สายสลัดเหล็กไร้สแตนเลสในรายละเอียด: องค์ประกอบหลัก, ลักษณะหลักและการจัดเรียงเหล็กไร้สแตนเลส

สแตนเลสสตีลมักถูกสอนเป็นห้าประเภท: ออสเทนิติก, เฟอร์ริติก, มาร์เทนซิติก, ดูเพล็กซ์ และการชุบแข็งด้วยการตกตะกอน ประเภทเหล่านี้เป็นของจริง และไม่ใช่เหตุผลที่เกรดมีพฤติกรรมเช่นนั้น เกรดจะอยู่ในตำแหน่งที่มันอยู่เพราะตัวเลขสองตัวที่สามารถคำนวณได้จากองค์ประกอบของมัน และความต้านทานการกัดกร่อนของมันสามารถจัดอันดับได้ด้วยตัวเลขที่สาม เมื่อตัวเลขทั้งสามนี้อยู่บนหน้า ประเภททั้งห้าจะกลายเป็นพื้นที่บนแผนที่ ไม่ใช่ป้ายกำกับที่ต้องจำ

ตัวเลขแรกคือปริมาณโครเมียม และเป็นเกณฑ์ขั้นต่ำ ไม่ใช่มาตราส่วน คู่ที่สองคือค่าเทียบเท่าโครเมียมและนิกเกิล ซึ่งตัดสินว่าโครงสร้างที่เกิดขึ้นเมื่อเย็นตัวลงคือเฟอร์ไรต์ ออสเทนไนต์ หรือส่วนผสม ตัวเลขที่สามคือค่าเทียบเท่าความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุน ซึ่งแปลงโครเมียม โมลิบดีนัม และไนโตรเจนให้เป็นตัวเลขเดียวที่สามารถเปรียบเทียบได้ระหว่างเกรดต่างๆ

หน้านี้แสดงทั้งสามตัวเลข แสดงตำแหน่งของเกรดทั่วไปในแต่ละตัว และอธิบายกลไกเดียวที่ขจัดความคุ้มครองที่ตัวเลขแรกให้มา: โครเมียมที่สร้างฟิล์มพาสซีฟสามารถถูกคาร์บอนดึงออกไปที่ขอบเกรน

โครเมียมคือสิ่งที่ทำให้โลหะผสมสแตนเลส เหนือกว่าประมาณ 10.5% ในสารละลายของแข็ง โลหะจะสร้างฟิล์มโครเมียมออกไซด์ที่บางและต่อเนื่องบนพื้นผิว และฟิล์มนั้นคือสิ่งที่แยกสแตนเลสสตีลออกจากเหล็กกล้าผสมต่ำที่มีโครเมียมอยู่ ต่ำกว่าระดับนั้น ฟิล์มจะไม่ต่อเนื่อง และโลหะผสมจะเกิดสนิมเหมือนเหล็กกล้าทั่วไป

เกณฑ์ขั้นต่ำคือข้อความเกี่ยวกับโครเมียมในสารละลาย ไม่ใช่โครเมียมในการวิเคราะห์ หากโครเมียมถูกผูกติดกับสารตกตะกอน มันจะไม่พร้อมใช้งานในการสร้างฟิล์ม และโลหะผสมจะมีพฤติกรรมเหมือนมีโครเมียมน้อยลง ความแตกต่างนั้นเป็นหัวข้อทั้งหมดของส่วนสุดท้าย และอธิบายว่าเหตุใดเกรดที่ตรงตามใบรับรองจึงยังคงเกิดการกัดกร่อนที่รอยเชื่อมได้

นิกเกิลทำหน้าที่แตกต่างออกไป มันไม่ได้สร้างฟิล์ม และไม่จำเป็นสำหรับความต้านทานการกัดกร่อนในทุกตระกูล หน้าที่ของมันคือการทำให้เสถียรภาพของออสเทนไนต์ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเกรดออสเทนิติกจึงมีนิกเกิล 6 ถึง 22% ในองค์ประกอบที่ขายกันทั่วไป และเหตุผลว่าทำไมเกรดเฟอร์ริติกจึงมีน้อยหรือไม่เลย

โครเมียมและโมลิบดีนัมล้วนส่งเสริมเฟอร์ไรต์ นิกเกิล คาร์บอน และแมงกานีสส่งเสริมออสเทนไนต์ แผนภาพ Schaeffler ลดองค์ประกอบทั้งหมดให้เป็นตัวเลขสองตัวที่จับแนวโน้มเหล่านั้น และเกรดจะถูกวางบนแผนภาพโดยการคำนวณทั้งสองค่า

เทอมคาร์บอนอธิบายผลลัพธ์ที่ทำให้ผู้ซื้อประหลาดใจ สองเกรดที่มีปริมาณนิกเกิลเท่ากันอาจตกอยู่ในภูมิภาคที่แตกต่างกันหากระดับคาร์บอนต่างกัน เนื่องจากคาร์บอนมีประสิทธิภาพมากกว่านิกเกิลถึงสามสิบเท่าในการทำให้เสถียรภาพของออสเทนไนต์ในนิพจน์นี้ นั่นคือเหตุผลหนึ่งที่เวอร์ชันคาร์บอนต่ำของเกรดไม่ใช่เพียงเวอร์ชันที่สะอาดกว่าของเกรดเดียวกัน และเหตุใดอักษรต่อท้าย L จึงปรากฏบนแบบเขียนเมื่อมีการเชื่อม

แถวออสเทนิติกมีการระบุเพิ่มเติมที่ตำราเรียนมักจะละเลย เกรดออสเทนิติกที่อบอ่อนจะไม่เป็นแม่เหล็ก และเกรดที่ผ่านการทำงานเย็นจะไม่เป็นเช่นนั้นทั้งหมด การทำงานเย็นสามารถสร้างมาร์เทนไซต์ในเกรดออสเทนิติกที่ไม่เสถียร ดังนั้นชิ้นส่วนที่ผ่านการดึงลึกหรือรีดหนักอาจแสดงการตอบสนองทางแม่เหล็กที่ใบรับรองที่อบอ่อนไม่ได้คาดการณ์ไว้ ข้อกำหนดที่ต้องการพฤติกรรมที่ไม่เป็นแม่เหล็กควรระบุไว้ในสภาพสำเร็จรูป ไม่ใช่ในสภาพอบอ่อน

การกัดกร่อนแบบรูพรุนเป็นโหมดความล้มเหลวที่ตัดสินใจเลือกวัสดุในการใช้งานคลอไรด์ และขึ้นอยู่กับองค์ประกอบสามชนิด ไม่ใช่หนึ่งชนิด ค่าเทียบเท่าความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุนรวมองค์ประกอบเหล่านี้เป็นตัวเลขเดียว และรูปแบบมาตรฐานคือโครเมียมบวก 3.3 เท่าของโมลิบดีนัมบวก 16 เท่าของไนโตรเจน

ตัวเลขนี้วางเกรดทั่วไปบนมาตราส่วนตั้งแต่ประมาณ 16 ถึงมากกว่า 70 และมาตราส่วนนี้คือเหตุผลที่ 316 ถูกระบุสำหรับไซต์ชายฝั่งทะเล และ 304 ไม่ใช่

มีสองเกณฑ์ที่ควรจำเพราะปรากฏในข้อกำหนดการจัดซื้อ PREN อย่างน้อย 32 เป็นตัวเลขที่ใช้กันทั่วไปเพื่อต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุนในน้ำทะเล และ PREN 40 หรือสูงกว่าเป็นตัวเลขที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการบริการที่มีไฮโดรเจนซัลไฟด์และสำหรับการบริการน้ำทะเลที่มีความเสี่ยงสูงกว่า เหล่านี้เป็นค่าคัดกรอง ไม่ใช่การรับประกัน และย่อหน้าถัดไปจะอธิบายเหตุผล

ข้อจำกัดถูกระบุโดยสมาคมที่เผยแพร่งานคำนวณ PREN มีประโยชน์สำหรับการจัดอันดับเกรดภายในตระกูลเดียว และไม่สามารถคาดการณ์ได้ว่าเกรดใดจะเหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะ 2205 และ 904L ที่มี PREN ใกล้เคียงกันไม่ได้มีพฤติกรรมเหมือนกันทุกประการ เพราะหนึ่งเป็นดูเพล็กซ์และอีกอันเป็นออสเทนิติก และการเปรียบเทียบมีความหมายเฉพาะระหว่างเกรดที่มีโครงสร้างเดียวกัน อุณหภูมิ พื้นผิวสำเร็จรูป การไหล และการมีอยู่ของคราบสกปรก ล้วนส่งผลต่อผลลัพธ์ และไม่มีสิ่งใดปรากฏในสูตร

โครเมียมสร้างฟิล์มได้ก็ต่อเมื่อยังคงอยู่ในสารละลายเท่านั้น คาร์บอนจะลบมันออก และมันจะทำเช่นนั้นที่ขอบเกรน เมื่อสแตนเลสสตีลออสเทนิติกถูกเก็บไว้ในช่วงอุณหภูมิประมาณ 500 ถึง 850 °C คาร์บอนในโลหะผสมจะรวมกับโครเมียมที่ขอบเกรนเพื่อสร้างโครเมียมคาร์ไบด์ และโลหะที่อยู่ติดกับคาร์ไบด์แต่ละอันจะถูกทำให้โครเมียมพร่องไป

โซนที่พร่องนั้นแคบและต่อเนื่องตามแนวขอบเกรน ดังนั้นโลหะผสมจึงมีเส้นทางผ่านที่ไม่อีกต่อไปเมื่อส่วนใหญ่ของเกรนยังคงเป็นอยู่ สื่อกัดกร่อนจะโจมตีเส้นทางนั้น และผลลัพธ์คือการกัดกร่อนระหว่างเกรน ซึ่งดูเหมือนรอยต่อที่ขอบหายไป ไม่ใช่พื้นผิวที่เกิดสนิม

คำตอบมาตรฐานสองแบบทำงานโดยกลไกที่แตกต่างกัน เกรด L ลดปริมาณคาร์บอนที่มีอยู่ ดังนั้นจึงสามารถเกิดคาร์ไบด์ได้น้อยลง เกรดที่เสถียรจะเพิ่มไทเทเนียมหรือไนโอเบียม ซึ่งรวมกับคาร์บอนได้เร็วกว่าโครเมียม ดังนั้นโครเมียมจึงยังคงอยู่ในสารละลาย ทั้งสองถูกต้อง และไม่สามารถใช้แทนกันได้: เกรดที่เสถียรสามารถใช้ที่อุณหภูมิสูงกว่าเกรด L และเกรด L มักจะมีราคาถูกกว่า

ควรเลือกเกรดตามกลไกที่คาดว่าจะทำให้ชิ้นส่วนสิ้นสุด ตารางเชื่อมโยงกลไกกับตระกูลและตัวเลขที่คาดการณ์ไว้

DLX จัดหาสแตนเลสสตีลและผลิตภัณฑ์โลหะผสมนิกเกิลจากฉางโจว มณฑลเจียงซู ในลวดตั้งแต่ 0.025 มม. แท่งกลมถึง 50 มม. แถบตั้งแต่ 0.50 มม. ถึง 2.5 มม. หนา และท่อและแผ่นในขนาดโรงงานมาตรฐาน ช่วงครอบคลุมตระกูลออสเทนิติก เฟอร์ริติก ดูเพล็กซ์ และการชุบแข็งด้วยการตกตะกอน พร้อมกับโลหะผสมนิกเกิลที่ใช้เมื่อเกรดสแตนเลสถึงขีดจำกัดในคลอไรด์หรือกรดรีดิวซิ่ง

วัสดุจะถูกจัดหาตามมาตรฐานที่ระบุในคำสั่งซื้อ พร้อมใบรับรอง EN 10204 3.1 ตามคำขอ และหมายเลขความร้อนสามารถตรวจสอบย้อนกลับไปยังผลการทดสอบได้ คำถามที่มีประโยชน์ไม่ใช่ว่าเกรดเป็นของตระกูลใด แต่เป็นกลไกที่คาดว่าจะทำให้ชิ้นส่วนสิ้นสุด และตัวเลขใดที่คาดการณ์กลไกนั้น

เพราะนั่นคือระดับที่ฟิล์มโครเมียมออกไซด์มีความต่อเนื่องเพียงพอที่จะปกป้องพื้นผิวได้ ต่ำกว่านั้น ฟิล์มจะไม่สมบูรณ์และโลหะผสมจะเกิดสนิมเหมือนเหล็กกล้าผสมต่ำ เกณฑ์นี้ใช้กับโครเมียมในสารละลาย ดังนั้นโลหะผสมที่โครเมียมถูกบริโภคโดยคาร์ไบด์อาจมีพฤติกรรมเหมือนอยู่ต่ำกว่าเส้น แม้ว่าใบรับรองจะระบุเป็นอย่างอื่นก็ตาม

โมลิบดีนัม เกรด 316 เพิ่มโมลิบดีนัมเข้ามา และโมลิบดีนัมมีน้ำหนัก 3.3 ในค่าเทียบเท่าความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุน ซึ่งทำให้ค่าจากประมาณ 19 สำหรับ 304 ไปเป็นประมาณ 27 สำหรับ 316 นั่นเพียงพอที่จะมีความสำคัญในการใช้งานคลอไรด์ และไม่เพียงพอที่จะถึงเกณฑ์น้ำทะเลที่ 32 ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการใช้งานชายฝั่งทะเลจึงมักจะเปลี่ยนไปใช้ 904L, เกรดดูเพล็กซ์ หรือโลหะผสมนิกเกิล

ในสภาพอบอ่อนมันเป็นเช่นนั้น และในสภาพที่ผ่านการทำงานเย็นมันอาจจะไม่เป็นเช่นนั้น การทำงานเย็นสามารถสร้างมาร์เทนไซต์ในเกรดออสเทนิติกที่ไม่เสถียร ดังนั้นชิ้นส่วนที่ผ่านการดึงลึกหรือรีดหนักอาจแสดงการตอบสนองทางแม่เหล็กที่ใบรับรองที่อบอ่อนไม่ได้คาดการณ์ไว้ ข้อกำหนดที่ต้องการพฤติกรรมที่ไม่เป็นแม่เหล็กควรระบุสภาพที่ทำการวัด

เป็นการสูญเสียโครเมียมจากขอบเกรนเมื่อโครเมียมคาร์ไบด์ก่อตัวในช่วงประมาณ 500 ถึง 850 °C รอยเชื่อมและโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจะผ่านช่วงนั้นขณะเย็นตัวลง ดังนั้นขอบเกรนจะกลายเป็นเส้นทางที่ไม่ใช่สแตนเลสอีกต่อไป ในขณะที่ภายในเกรนยังคงเป็นอยู่ ผลลัพธ์คือการกัดกร่อนระหว่างเกรน และคำตอบมาตรฐานคือเกรดคาร์บอนต่ำหรือเกรดที่เสถียร

เป็นเครื่องมือคัดกรอง ไม่ใช่วิธีการเลือก มันจัดอันดับเกรดภายในตระกูลเดียว และไม่สามารถคาดการณ์ได้ว่าเกรดใดจะเหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะ เกรดดูเพล็กซ์และออสเทนิติกที่มีค่าใกล้เคียงกันไม่ได้มีพฤติกรรมเหมือนกันทุกประการ และอุณหภูมิ พื้นผิวสำเร็จรูป การไหล และคราบสกปรก ล้วนส่งผลต่อผลลัพธ์โดยไม่ปรากฏในสูตร

คาร์บอนต่ำ ขีดจำกัดคาร์บอนลดลงเหลือประมาณ 0.03% ซึ่งช่วยลดปริมาณโครเมียมคาร์ไบด์ที่สามารถก่อตัวขึ้นที่ขอบเกรนระหว่างการเชื่อม เป็นคำตอบมาตรฐานสำหรับชิ้นส่วนที่ผลิตขึ้นซึ่งไม่สามารถอบอ่อนใหม่หลังการเชื่อมได้ และมีราคาถูกกว่าเกรดที่เสถียร

สแตนเลสสตีลมีห้าตระกูลที่วางตำแหน่งด้วยค่าเทียบเท่าที่คำนวณได้สองค่า ได้รับการปกป้องด้วยเกณฑ์เดียว และจัดอันดับในการบริการคลอไรด์ด้วยตัวเลขเดียว โครเมียมที่สูงกว่าประมาณ 10.5% ในสารละลายจะสร้างฟิล์ม ค่าเทียบเท่าโครเมียมและนิกเกิลจะตัดสินว่าโครงสร้างเป็นเฟอร์ไรต์ ออสเทนไนต์ หรือส่วนผสม ค่าเทียบเท่าความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุน โครเมียมบวก 3.3 เท่าของโมลิบดีนัมบวก 16 เท่าของไนโตรเจน จัดอันดับเกรดภายในตระกูลและกำหนดเกณฑ์คัดกรองที่ 32 และ 40

การป้องกันสามารถลบออกได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนใบรับรอง คาร์บอนจะดึงโครเมียมออกจากขอบเกรนระหว่างประมาณ 500 ถึง 850 °C และรอยเชื่อมเป็นสถานที่ทั่วไปที่สิ่งนั้นเกิดขึ้น เกรดคาร์บอนต่ำหรือเกรดที่เสถียรจะป้องกันสิ่งนี้ และการเลือกระหว่างทั้งสองขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการใช้งานและต้นทุน

แผนภาพ Schaeffler และนิพจน์ค่าเทียบเท่า ตามที่เผยแพร่ในเอกสารอ้างอิงโลหะวิทยาการเชื่อม: ค่าเทียบเท่าโครเมียม = Cr + Mo + 1.5 Si + 0.5 Nb และค่าเทียบเทท่านิกเกิล = Ni + 30 C + 0.5 Mn

สมาคมสแตนเลสสตีลแห่งสหราชอาณาจักร, การคำนวณค่าเทียบเท่าความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุน แหล่งที่มาของนิพจน์ PREN = Cr + 3.3 Mo + 16 N, ช่วงที่เผยแพร่สำหรับ 304, 316, 316L, 904L, 2205 และ 2507 และข้อความที่ว่า PREN มีประโยชน์สำหรับการจัดอันดับและการเปรียบเทียบ แต่ไม่สามารถคาดการณ์ได้ว่าเกรดจะเหมาะสมกับการใช้งานที่กำหนดหรือไม่

ข้อมูลเปรียบเทียบ PREN ที่เผยแพร่สำหรับสแตนเลสและโลหะผสมนิกเกิล โดยให้ค่าเดียว 19 สำหรับ 304, 27 สำหรับ 316, 35 สำหรับ 904L, 36 สำหรับ 2205, 43 สำหรับ 2507 และ 254 SMO, 46 สำหรับ AL-6XN, 51 สำหรับ Alloy 625 และ 68 สำหรับ Hastelloy C-276

แนวทางทางเทคนิคที่เผยแพร่เกี่ยวกับเกณฑ์ PREN โดยระบุว่าค่าอย่างน้อย 32 ใช้เพื่อป้องกันการกัดกร่อนแบบรูพรุนในน้ำทะเล และ 40 หรือสูงกว่าใช้สำหรับการบริการที่มีไฮโดรเจนซัลไฟด์และการบริการน้ำทะเลที่รุนแรงกว่า

งานวิจัยที่เผยแพร่เกี่ยวกับการทำให้เสื่อมสภาพของสแตนเลสสตีลออสเทนิติก อธิบายการตกตะกอนของโครเมียมคาร์ไบด์ที่ขอบเกรนและโซนที่พร่องโครเมียมที่เกิดขึ้นในช่วงอุณหภูมิประมาณ 500 ถึง 850 °C

เอกสารอ้างอิงโลหะวิทยาการเชื่อมที่เผยแพร่ อธิบายการทำให้เสื่อมสภาพในโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน และการใช้เกรดคาร์บอนต่ำและเกรดที่เสถียรเพื่อป้องกัน

EN 10088 และ ASTM A240 เป็นมาตรฐานผลิตภัณฑ์ที่กำหนดเกรดสแตนเลสที่ระบุและช่วงองค์ประกอบที่อ้างถึง

EN 10204 เอกสารการตรวจสอบ สำหรับคำจำกัดความของใบรับรอง 3.1 เป็นเอกสารที่แสดงผลการทดสอบจริงและได้รับการรับรองโดยตัวแทนตรวจสอบอิสระของผู้ผลิต

ช่วงองค์ประกอบและค่าที่คำนวณข้างต้นเป็นตัวเลขมาตรฐานสำหรับเกรดที่ระบุ และไม่ใช่ขีดจำกัดการยอมรับสำหรับล็อตที่ส่งมอบ PREN เป็นดัชนีการจัดอันดับ ไม่ใช่ค่าอัตราการกัดกร่อน และเกรดสองเกรดที่มีค่าเท่ากันในตระกูลที่แตกต่างกันจะไม่มีพฤติกรรมเหมือนกัน การทำให้เสื่อมสภาพขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอน ระยะเวลาในช่วง และอัตราการเย็นตัว ดังนั้นเกรดที่ทนทานในการผลิตชิ้นส่วนหนึ่งอาจถูกโจมตีในอีกชิ้นส่วนหนึ่งที่มีการวิเคราะห์เหมือนกัน ค่าคุณสมบัติสำหรับชิ้นส่วนที่ส่งมอบขึ้นอยู่กับสภาพและทิศทางการทดสอบ และใบรับรองจะอธิบายถึงความร้อน ไม่ใช่ส่วนประกอบ มาตรฐานผลิตภัณฑ์จะได้รับการแก้ไข และฉบับที่ระบุในใบสั่งซื้อจะมีผลบังคับใช้ ไม่มีสิ่งใดในหน้านี้สามารถใช้แทนการอนุมัติทางวิศวกรรมหรือการทดสอบคุณสมบัติที่ตกลงกันระหว่างผู้ซื้อและผู้จำหน่ายได้