พูดถึงเหล็ก ก็เป็นวัสดุชนิดหนึ่งที่นิยมนำมาใช้งานในอุตสาหกรรมที่หลากหลาย ด้วยคุณสมบัติที่มีความทนทาน ทนความร้อนได้สูง รับน้ำหนักได้เยอะ แต่เหล็กทั่วไป จะไม่ค่อยทนต่อการกัดกร่อนจากสภาพแวดล้อมซึ่งทำให้เกิดสนิม แต่ปัจจุบันก็จะมีโลหะอีกชนิดหนึ่งที่ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อแก้ปัญหาดังกล่าวนั่นคือ เหล็กกล้าไร้สนิม
เหล็กกล้าไร้สนิม คืออะไร ?
เหล็กกล้าไร้สนิมเป็นโลหะชนิดผสม มีอีกชื่อหนึ่งเรียกว่า สแตนเลสสตีล (Stainless Steel) โดยการผสมโลหะชนิดอื่นๆ เข้าไปภายในเนื้อเหล็กจะช่วยให้เนื้อเหล็กกล้าลดการเกิดปฎิกิริยาระหว่างอากาศ และเนื้อเหล็ก จึงทำให้เหล็กกล้าชนิดนี้ มีโอกาสที่จะเกิดสนิมได้น้อยหรือไม่ได้เลย โดยตัวอย่างโลหะที่มักจะถูกผสมเข้าไปภายในเนื้อเหล็ก คือ โครเมียม นิกเกิล คาร์บอน เป็นต้น
ประวัติของเหล็กกล้าไร้สนิม
เหล็กกล้าไร้สนิม ได้เริ่มถูกคิดค้นขึ้นมาในปี ค.ศ. 1821 ด้วยนักโลหะวิทยาชาวฝรั่งเศส คุณปิแอร์ เบอร์แทร์ (Pierre Berthier) โดยนักโลหะวิทยาผู้นี้ได้ค้นพบว่า เมื่อนำโลหะมาผสมกับโครเมียม ทำให้โลหะชิ้นนึงสามารถทนต่อการกัดกร่อนได้จากกรดบางชนิดแต่โลหะชิ้นนี้ก็มีความเปราะสูง
ในปี 1872 ได้มีชาวอังกฤษ 2 คนคือ คุณวูดส์และคลาร์ค (Woods and Clark) ได้ทำการจดสิทธิบัตรโลหะที่สามารถทนต่อการกัดกร่อนจากสภาพอากาศและกรดเป็นครั้งแรก โดยโลหะชิ้นนี้มีการผสม โครเมียม 30 ~ 35% และทังสเตน 1.5 ~ 2%
หลังจากนั้น ภายในปี ค.ศ. 1875 คุณ บรัสท์สเลอิน (Brustlein) ได้ค้นพบต่อมาว่าเหล็กกล้าโครเมียมจะต้องมีการควบคุมปริมาณคาร์บอนด้วย โดยอยู่ที่ไม่เกิน 0.15% แค่เทคโนโลยีในขณะนั้นไม่สามารถผลิตได้
หลังจากนั้นเหล็กกล้าไร้สนิมก็ได้ถูกพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และพัฒนาไปอย่างรวดเร็วใน ศตวรรษที่ 19 โดยในปี ค.ศ. 1895 คุณ ฮันส์ โกลชมิดท์ (Hans Goldschmidt) ได้ค้นพบกรรมวิธีในการผลิตโลหะที่มีส่วนผสมของคาร์บอนต่ำได้ และหลังจากนั้น 10 ปี คุณลีอ็อน กิวล์เลต (Leon Guillet) นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศา ได้ตีพิมพ์ผลงานวิจัย โลหะผสม ซึ่งคือเหล็กกล้าไร้สนิม กลุ่ม เฟอร์ริติกบางชนิด และ ออสเทนนิติกกลุ่ม 300
การเริ่มผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมในเชิงอุตสาหกรรม เริ่มต้นจริงๆ ในปี ค.ศ.1908 เมื่อบริษัท ครุปป์ไอออนเวิร์ค (Krupp Iorn Works) จากประเทศเยอรมนี โดยบริษัทนี้ ได้นำเหล็กกล้าผสมโครเมียม และนิกเกิลมาผลิตตัวเรือเดินสมุทร และภายในปี ค.ศ. 1912-1914 บริษัท ครุปป์ไอออนเวิร์คยังได้พัฒนาเหล็กกล้าออสเทนนิติกด้วยการผสม คาร์บอนน้อยกว่า 1% นิกเกิล น้อยกว่า 20% โครเมียม 15 – 40%
อุตสาหกรรมเหล็กกล้าไร้สนิม เพื่อการค้าได้รุ่งเรืองอย่างมากตั้งแต่ปี ค.ศ. 1911-1913 โดยมีการคิดค้น มีดโกนหนวดไร้สนิม และลำกล้องปืนที่ทนต่อการกัดกร่อน มีด กรรไกร และเครื่องครัว ในทีแรกเหล็กกล้าไร้สนิมนี้มีชื่อว่า “Rustless Steel” และได้ทำการเปลี่ยนชื่อมาเป็น สแตนเลสสตีล “Stainless Steel” ในเวลาต่อมา
ประเภทของเหล็กกล้าไร้สนิม
1. กลุ่มออสเทนนิติค (Austenitic)
เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีการใช้งานอย่างแพร่หลาย ซึ่งมีคุณสมบัติที่แม่เหล็กดูดไม่ติด โดยมีส่วนผสมของ โครเมียมประมาณ 16 – 22% คาร์บอนไม่เกิน 0.15% และผสมนิกเกิลเข้าไปประมาณ 8 – 14%
ตัวอย่างเหล็กกล้าไร้สนิมในกลุ่มนี้
- เหล็กกล้าไร้สนิม ชนิด 200 เป็นเหล็กที่ผสมโครเมียม แมงกานีส นิกเกิล โดยใช้แมงกานีสและไนโตรเจนให้มากที่สุด เพื่อลดการใช้นิกเกิลให้น้อยที่สุด เพราะการใช้ไนโตรเจน ทำให้มีความแข็งแรงมากกว่า แผ่นเหล็ก ประเภท 300 ประมาณ 50%
- เหล็กกล้าไร้สนิม ชนิด 201 เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมที่สามารถชุบแข็งได้ จากการรีดเย็น
- เหล็กกล้าไร้สนิม ชนิด 202 เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดอเนกประสงค์ โดยทำการลดนิกเกิล และเพิ่มปริมาณ แมงกานีส เพื่อเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน
- เหล็กกล้าไร้สนิม ชนิด 300 เป็นโลหะผสมที่ผสมโครเมียมและนิกเกิล เป็นรุ่นที่ถูกใช้งานอย่างแพร่หลาย โดยชนิดที่ที่พบเห็นได้บ่อยที่สุดคือ SS304 หรือ 18/8 และ 18/10 คือเหล็กที่ผสม โครเมียม 18% และนิกเกิล 8% หรือ 10% และอีกชนิดหนึ่งคือ SS316 เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมที่พบได้บ่อยอีกชนิดหนึ่ง โดยเติม โมลิบดินัม (Molybdenum) ไปในปริมาณ 2% และมีปริมาณคาร์บอนที่ต่ำกว่า 0.03% เพื่อลดโอกาสเกิดการกัดกร่อนบริเวณที่ทำการเชื่อม ตัวอย่างสินค้าจากสแตนเลส 304 เช่น เคเบิ้ลแกลน สแตนเลส
2. กลุ่มเฟอร์ริติค (Ferritic)
เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีการใช้งานเป็นปริมาณมากในระดับถัดมา โดยมีส่วนผสมของคาร์บอนต่ำ ใช้โครเมียมเป็นส่วนผสมหลักและมีนิกเกิลผสมอยู่หรือไม่มีเลย แม่เหล็กสามารถดูดติดได้ โดยเกรดหลัก ๆ ของสแตนเลสชนิดนี้คือ 405, 409, 410, 430, 434, 439, 441, 445, 446, 447 แต่ที่ถูกใช้งานอย่างแพร่หลายคือ 409, 410, 430
โดยเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเฟอร์ริติคมีการใช้โครเมียมที่สูงกว่า ทำให้มีราคาถูกกว่า จึงเป็นวัสดุทางเลือกที่ใช้แทน เหล็กกล้าไร้สนิมชนิด 304 หรือ รุ่น 200
3. กลุ่มมาร์เทนซิติค (Martensitic)
เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมที่แม่เหล็กสามารถดูดติด โดยมีส่วนผสมของโครเมียมประมาณ 12 – 14% มีคาร์บอนผสมอยู่ปานกลาง และโมลิบดีนัมประมาณ 0.2-1% โดยที่ไม่ผสมนิกเกิล
4. กลุ่มดูเพล็กซ์ (Duplex)
เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มที่มีโครงสร้างผสมกันระหว่าง เฟอริติกและออสเทนนิติค โดยมีโครเมียมเป็นส่วนผสมประมาณ 19 – 28% และโมลิบดินัมสูงกว่า 5% และยังมีการผสมนิกเกิลเข้าไปด้วย แต่อาจจะผสมลงไปน้อยกว่าออสเทนนิติค โดยคุณสมบัติพิเศษของเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มนี้คือ ทนต่อคลอไรด์ได้ดี ทำให้สามารถใช้งานในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดหรือด่างได้ดี และยังเชื่อมและขึ้นรูปได้ดี
5. กลุ่มเพิ่มความแข็งด้วยการตกผลึก
เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มที่เน้นความแข็งแรง ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี สามารถขึ้นรูปและชุบแข็งได้ในทีเดียว โดยจะมีส่วนผสมเป็น โครเมียม 17% นิกเกิล 4% และอาจจะใส่ไนโอเบียมกับทองแดงลงไปผสมด้วย
เหตุใดถึงนิยมใช้เหล็กกล้าไร้สนิม
- ตัวเหล็กมีความทนทานสูง ทนต่ออุณหภูมิ มีอายุการใช้งานที่ยาวนาน
- ทนต่อการกัดกร่อน ทั้งกรดและด่าง ไม่เป็นสนิมได้โดยง่าย
- มีความเงา สามารถทำความสะอาดได้ง่าย
- สแตนเลสบางชนิดสามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมอาหารได้ เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม ชนิด 304 เพราะจะไม่มีการปนเปื้อนลงสู่อาหาร
- เป็นโลหะชนิดที่สามารถนำกลับมาใช้งานใหม่ได้
ขอบคุณที่มา : wikipedia.org