ลองนึกภาพระบบท่อในสภาวะที่มีความร้อนสูงหรือมีการกัดกร่อนเหมือนกับระบบหลอดเลือดของร่างกายมนุษย์ เช่นเดียวกับที่หลอดเลือดที่เปราะบางสามารถนำไปสู่ผลที่ตามมาที่เป็นหายนะ การเลือกวัสดุที่ไม่ถูกต้องสำหรับการใช้งานท่อที่สำคัญก็อาจทำให้ระบบล้มเหลวได้ ท่อสแตนเลส ASTM A312 อาจเป็นทางเลือกที่คุณกำลังมองหา
ASTM A312 เป็นข้อกำหนดมาตรฐานที่พัฒนาโดย American Society for Testing and Materials (ASTM) ซึ่งครอบคลุมถึงท่อสเตนเลสออสเทนนิติกเชื่อมแบบไร้รอยต่อ ตะเข็บตรง และงานเย็นหนัก ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและมีฤทธิ์กัดกร่อนทั่วไป ข้อมูลจำเพาะนี้รวมเกรดที่ใช้บ่อยที่สุดบางเกรด เช่น สแตนเลส 304/304L และ 316/316L บทความนี้จะให้การวิเคราะห์โดยละเอียดของมาตรฐาน ASTM A312 โดยตรวจสอบองค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติทางกลเพื่อเป็นแนวทางในกระบวนการเลือกวัสดุของคุณ
ท่อสแตนเลสมีบทบาทสำคัญในการใช้งานที่อุณหภูมิสูงเนื่องจากมีความต้านทานการกัดกร่อนเป็นพิเศษ เนื่องจากอุตสาหกรรมต่างๆ ต้องการวัสดุที่สามารถทนทานต่อสภาวะการทำงานที่รุนแรงมากขึ้น เหล็กกล้าไร้สนิมจึงกลายเป็นวิวัฒนาการของเหล็กกล้าคาร์บอนมาตรฐาน ด้วยการเติมธาตุโลหะผสม เช่น นิกเกิลและโครเมียม ลงในเหล็กฐาน เหล็กกล้าไร้สนิมจะช่วยเพิ่มความต้านทานต่อสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนได้อย่างมาก
ก่อนที่จะสำรวจสเตนเลสเกรดต่างๆ สิ่งสำคัญคือต้องทำความเข้าใจประเภททั่วไปที่มีอยู่ในตลาดและการจำแนกประเภท
โดยทั่วไป โลหะผสมเหล็กใดๆ ที่มีปริมาณโครเมียมอย่างน้อย 10.5% ถือได้ว่าเป็น "เหล็กกล้าไร้สนิม" อย่างไรก็ตาม ขึ้นอยู่กับส่วนผสมเฉพาะของธาตุโลหะผสม (เช่น นิกเกิล โครเมียม โมลิบดีนัม ไทเทเนียม ทองแดง ไนโตรเจน ฯลฯ) มีเกรดที่แตกต่างกันมากมายให้เลือก โดยแต่ละเกรดมีคุณสมบัติทางโครงสร้าง ทางเคมี และทางกลที่แตกต่างกันออกไป
ลักษณะเด่นที่สุดของสแตนเลสคือความต้านทานการกัดกร่อนที่โดดเด่น ซึ่งเป็นผลมาจากชั้นปกป้องโครเมียมออกไซด์ที่ก่อตัวบนพื้นผิว ชั้นออกไซด์นี้ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อสร้างสิ่งกีดขวางระดับจุลภาคที่ป้องกันการกัดกร่อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอน โลหะผสมสแตนเลสยังมีความเหนียวที่ดีกว่าในการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำ ความแข็งแรงและความแข็งที่สูงกว่า ความเหนียวที่เหนือกว่า และค่าบำรุงรักษาที่ต่ำกว่า
เหล็กกล้าไร้สนิมสามารถแบ่งประเภทกว้าง ๆ เป็นซีรีส์ต่อไปนี้ตามโครงสร้างทางโลหะวิทยา:
นี่คือเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดที่พบมากที่สุด การเพิ่มองค์ประกอบต่างๆ เช่น นิกเกิล แมงกานีส และไนโตรเจน ทำให้สเตนเลสออสเทนนิติกมีความสามารถในการเชื่อมและการขึ้นรูปที่ดีเยี่ยม โดยการเพิ่มปริมาณโครเมียม โมลิบดีนัม และไนโตรเจน จะทำให้ความต้านทานการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นอีก อย่างไรก็ตาม เหล็กกล้าออสเทนนิติกขั้นพื้นฐานนั้นไวต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น (จำเป็นต้องมีปริมาณนิกเกิลที่สูงขึ้นเพื่อปรับปรุงความต้านทานต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น) สเตนเลสออสเทนนิติกไม่สามารถชุบแข็งได้ด้วยกรรมวิธีทางความร้อน แต่สามารถผ่านกระบวนการเย็นจนถึงระดับความแข็งแรงสูงมากได้ โดยยังคงรักษาความเหนียวและความเหนียวไว้ได้มาก
แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วเหล็กกล้าออสเทนนิติกจะไม่ใช่แม่เหล็ก แต่อาจมีระดับแม่เหล็กอยู่บ้าง ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสมจริงและขอบเขตของการทำงานเย็นที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิต เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกแบ่งออกเป็นซีรีส์ 200 (โลหะผสมโครเมียม-แมงกานีส-นิกเกิล) และซีรีส์ 300 (โลหะผสมโครเมียม-นิกเกิล เช่น 304, 309, 316, 321, 347 เป็นต้น) สเตนเลสเกรด 304 เป็นสเตนเลสออสเทนนิติกที่พบมากที่สุด เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนมากที่สุด เกรดอื่นๆ ในซีรีส์ 300 สามารถเพิ่มคุณสมบัติพื้นฐานของ SS304 ได้
เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกมีความคล้ายคลึงกับเหล็กกล้าเฟอร์ริติกตรงที่ทั้งสองมีปริมาณโครเมียมอย่างมีนัยสำคัญ แต่เหล็กกล้ามาร์เทนซิติกมีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าถึง 1% ปริมาณคาร์บอนสูงช่วยให้เหล็กกล้ามาร์เทนซิติกแข็งตัวและผ่านกระบวนการอบคืนตัวได้ เช่นเดียวกับเหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมโครเมียมมาตรฐาน (แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วจะมีความสามารถในการเชื่อมและความเหนียวต่ำกว่าก็ตาม) สแตนเลสประเภทนี้เหมาะสำหรับงานที่ต้องการความแข็งแรงสูงและทนต่อการกัดกร่อนปานกลาง เหล็กกล้ามาร์เทนซิติกต่างจากสเตนเลสออสเทนนิติกมาตรฐานตรงที่เป็นแม่เหล็ก เกรดเหล็กมาร์เทนซิติกทั่วไป ได้แก่ 410, 420 และ 440C
เหล็กกล้าไร้สนิมเฟอริติกมีโครเมียมจำนวนมากแต่มีปริมาณคาร์บอนต่ำ (โดยปกติจะต่ำกว่า 0.1%) ชื่อของเหล็กกล้าไร้สนิมนี้มาจากโครงสร้างทางโลหะวิทยา ซึ่งมีลักษณะใกล้เคียงกับเหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมต่ำ เหล็กเหล่านี้มีการใช้งานที่หลากหลาย แต่ไม่เหมาะสำหรับพื้นผิวบาง เนื่องจากมีความต้านทานต่อการเชื่อมต่ำและมีความสามารถในการขึ้นรูปที่จำกัด (เหล็กเฟอร์ริติกมีความสามารถในการขึ้นรูปและความเหนียวต่ำกว่า) เหล็กกล้าไร้สนิมเฟอริติกไม่สามารถชุบแข็งได้ด้วยการบำบัดความร้อน ด้วยการเติมโมลิบดีนัมลงในเหล็กเฟอร์ริติก วัสดุนี้จึงสามารถนำไปใช้ในการใช้งานที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง เช่น โรงงานแยกเกลือและสภาพแวดล้อมน้ำทะเล เหล็กเหล่านี้ยังแสดงให้เห็นถึงความต้านทานที่ดีเยี่ยมต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น เช่นเดียวกับเหล็กกล้ามาร์เทนซิติก เหล็กกล้าไร้สนิมเฟอร์ริติกนั้นเป็นแม่เหล็ก เกรดเหล็กเฟอร์ริติกที่พบมากที่สุดคือ 430 (โครเมียม 17%) และ 409 (โครเมียม 11%) ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์
เหล็กชุบแข็งด้วยการตกตะกอน (PH) มีความแข็งแรงเป็นพิเศษผ่านการเติมองค์ประกอบต่างๆ เช่น ทองแดง ไนโอเบียม และอะลูมิเนียม เหล็กเหล่านี้สามารถแปรรูปเป็นรูปทรงเฉพาะเจาะจงได้โดยมีค่าความคลาดเคลื่อนสูงก่อนที่จะผ่านการชุบแข็งในขั้นสุดท้าย สิ่งนี้แตกต่างจากการชุบแข็งและการแบ่งเบาบรรเทาแบบดั้งเดิมของเหล็กกล้ามาร์เทนซิติก ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดการเสียรูประหว่างการประมวลผล ความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กชุบแข็งแบบตกตะกอนนั้นเทียบได้กับความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กออสเทนนิติกมาตรฐาน เช่น SS304 สแตนเลสชุบแข็งด้วยการตกตะกอนที่พบมากที่สุดคือ 17-4PH ซึ่งประกอบด้วยโครเมียม 17% และนิกเกิล 4%
ขนาดของท่อสแตนเลสมาตรฐานถูกกำหนดโดยข้อกำหนด ANSI ASME B36.19 ท่อสแตนเลสไร้ตะเข็บมีจำหน่ายในขนาดตั้งแต่ 1/8" ถึง 24" ในขณะที่ท่อสแตนเลสแบบเชื่อมผลิตในขนาดตั้งแต่ 2" ถึง 36" (ท่อ ASTM A312 ซึ่งเป็นท่อสแตนเลสออสเทนนิติกโครเมียม-นิกเกิลเชื่อมฟิวชั่นด้วยไฟฟ้า หรือท่อรีด)
ลองนึกภาพระบบท่อในสภาวะที่มีความร้อนสูงหรือมีการกัดกร่อนเหมือนกับระบบหลอดเลือดของร่างกายมนุษย์ เช่นเดียวกับที่หลอดเลือดที่เปราะบางสามารถนำไปสู่ผลที่ตามมาที่เป็นหายนะ การเลือกวัสดุที่ไม่ถูกต้องสำหรับการใช้งานท่อที่สำคัญก็อาจทำให้ระบบล้มเหลวได้ ท่อสแตนเลส ASTM A312 อาจเป็นทางเลือกที่คุณกำลังมองหา
ASTM A312 เป็นข้อกำหนดมาตรฐานที่พัฒนาโดย American Society for Testing and Materials (ASTM) ซึ่งครอบคลุมถึงท่อสเตนเลสออสเทนนิติกเชื่อมแบบไร้รอยต่อ ตะเข็บตรง และงานเย็นหนัก ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและมีฤทธิ์กัดกร่อนทั่วไป ข้อมูลจำเพาะนี้รวมเกรดที่ใช้บ่อยที่สุดบางเกรด เช่น สแตนเลส 304/304L และ 316/316L บทความนี้จะให้การวิเคราะห์โดยละเอียดของมาตรฐาน ASTM A312 โดยตรวจสอบองค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติทางกลเพื่อเป็นแนวทางในกระบวนการเลือกวัสดุของคุณ
ท่อสแตนเลสมีบทบาทสำคัญในการใช้งานที่อุณหภูมิสูงเนื่องจากมีความต้านทานการกัดกร่อนเป็นพิเศษ เนื่องจากอุตสาหกรรมต่างๆ ต้องการวัสดุที่สามารถทนทานต่อสภาวะการทำงานที่รุนแรงมากขึ้น เหล็กกล้าไร้สนิมจึงกลายเป็นวิวัฒนาการของเหล็กกล้าคาร์บอนมาตรฐาน ด้วยการเติมธาตุโลหะผสม เช่น นิกเกิลและโครเมียม ลงในเหล็กฐาน เหล็กกล้าไร้สนิมจะช่วยเพิ่มความต้านทานต่อสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนได้อย่างมาก
ก่อนที่จะสำรวจสเตนเลสเกรดต่างๆ สิ่งสำคัญคือต้องทำความเข้าใจประเภททั่วไปที่มีอยู่ในตลาดและการจำแนกประเภท
โดยทั่วไป โลหะผสมเหล็กใดๆ ที่มีปริมาณโครเมียมอย่างน้อย 10.5% ถือได้ว่าเป็น "เหล็กกล้าไร้สนิม" อย่างไรก็ตาม ขึ้นอยู่กับส่วนผสมเฉพาะของธาตุโลหะผสม (เช่น นิกเกิล โครเมียม โมลิบดีนัม ไทเทเนียม ทองแดง ไนโตรเจน ฯลฯ) มีเกรดที่แตกต่างกันมากมายให้เลือก โดยแต่ละเกรดมีคุณสมบัติทางโครงสร้าง ทางเคมี และทางกลที่แตกต่างกันออกไป
ลักษณะเด่นที่สุดของสแตนเลสคือความต้านทานการกัดกร่อนที่โดดเด่น ซึ่งเป็นผลมาจากชั้นปกป้องโครเมียมออกไซด์ที่ก่อตัวบนพื้นผิว ชั้นออกไซด์นี้ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อสร้างสิ่งกีดขวางระดับจุลภาคที่ป้องกันการกัดกร่อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอน โลหะผสมสแตนเลสยังมีความเหนียวที่ดีกว่าในการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำ ความแข็งแรงและความแข็งที่สูงกว่า ความเหนียวที่เหนือกว่า และค่าบำรุงรักษาที่ต่ำกว่า
เหล็กกล้าไร้สนิมสามารถแบ่งประเภทกว้าง ๆ เป็นซีรีส์ต่อไปนี้ตามโครงสร้างทางโลหะวิทยา:
นี่คือเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดที่พบมากที่สุด การเพิ่มองค์ประกอบต่างๆ เช่น นิกเกิล แมงกานีส และไนโตรเจน ทำให้สเตนเลสออสเทนนิติกมีความสามารถในการเชื่อมและการขึ้นรูปที่ดีเยี่ยม โดยการเพิ่มปริมาณโครเมียม โมลิบดีนัม และไนโตรเจน จะทำให้ความต้านทานการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นอีก อย่างไรก็ตาม เหล็กกล้าออสเทนนิติกขั้นพื้นฐานนั้นไวต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น (จำเป็นต้องมีปริมาณนิกเกิลที่สูงขึ้นเพื่อปรับปรุงความต้านทานต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น) สเตนเลสออสเทนนิติกไม่สามารถชุบแข็งได้ด้วยกรรมวิธีทางความร้อน แต่สามารถผ่านกระบวนการเย็นจนถึงระดับความแข็งแรงสูงมากได้ โดยยังคงรักษาความเหนียวและความเหนียวไว้ได้มาก
แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วเหล็กกล้าออสเทนนิติกจะไม่ใช่แม่เหล็ก แต่อาจมีระดับแม่เหล็กอยู่บ้าง ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสมจริงและขอบเขตของการทำงานเย็นที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิต เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกแบ่งออกเป็นซีรีส์ 200 (โลหะผสมโครเมียม-แมงกานีส-นิกเกิล) และซีรีส์ 300 (โลหะผสมโครเมียม-นิกเกิล เช่น 304, 309, 316, 321, 347 เป็นต้น) สเตนเลสเกรด 304 เป็นสเตนเลสออสเทนนิติกที่พบมากที่สุด เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนมากที่สุด เกรดอื่นๆ ในซีรีส์ 300 สามารถเพิ่มคุณสมบัติพื้นฐานของ SS304 ได้
เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกมีความคล้ายคลึงกับเหล็กกล้าเฟอร์ริติกตรงที่ทั้งสองมีปริมาณโครเมียมอย่างมีนัยสำคัญ แต่เหล็กกล้ามาร์เทนซิติกมีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าถึง 1% ปริมาณคาร์บอนสูงช่วยให้เหล็กกล้ามาร์เทนซิติกแข็งตัวและผ่านกระบวนการอบคืนตัวได้ เช่นเดียวกับเหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมโครเมียมมาตรฐาน (แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วจะมีความสามารถในการเชื่อมและความเหนียวต่ำกว่าก็ตาม) สแตนเลสประเภทนี้เหมาะสำหรับงานที่ต้องการความแข็งแรงสูงและทนต่อการกัดกร่อนปานกลาง เหล็กกล้ามาร์เทนซิติกต่างจากสเตนเลสออสเทนนิติกมาตรฐานตรงที่เป็นแม่เหล็ก เกรดเหล็กมาร์เทนซิติกทั่วไป ได้แก่ 410, 420 และ 440C
เหล็กกล้าไร้สนิมเฟอริติกมีโครเมียมจำนวนมากแต่มีปริมาณคาร์บอนต่ำ (โดยปกติจะต่ำกว่า 0.1%) ชื่อของเหล็กกล้าไร้สนิมนี้มาจากโครงสร้างทางโลหะวิทยา ซึ่งมีลักษณะใกล้เคียงกับเหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมต่ำ เหล็กเหล่านี้มีการใช้งานที่หลากหลาย แต่ไม่เหมาะสำหรับพื้นผิวบาง เนื่องจากมีความต้านทานต่อการเชื่อมต่ำและมีความสามารถในการขึ้นรูปที่จำกัด (เหล็กเฟอร์ริติกมีความสามารถในการขึ้นรูปและความเหนียวต่ำกว่า) เหล็กกล้าไร้สนิมเฟอริติกไม่สามารถชุบแข็งได้ด้วยการบำบัดความร้อน ด้วยการเติมโมลิบดีนัมลงในเหล็กเฟอร์ริติก วัสดุนี้จึงสามารถนำไปใช้ในการใช้งานที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง เช่น โรงงานแยกเกลือและสภาพแวดล้อมน้ำทะเล เหล็กเหล่านี้ยังแสดงให้เห็นถึงความต้านทานที่ดีเยี่ยมต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น เช่นเดียวกับเหล็กกล้ามาร์เทนซิติก เหล็กกล้าไร้สนิมเฟอร์ริติกนั้นเป็นแม่เหล็ก เกรดเหล็กเฟอร์ริติกที่พบมากที่สุดคือ 430 (โครเมียม 17%) และ 409 (โครเมียม 11%) ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์
เหล็กชุบแข็งด้วยการตกตะกอน (PH) มีความแข็งแรงเป็นพิเศษผ่านการเติมองค์ประกอบต่างๆ เช่น ทองแดง ไนโอเบียม และอะลูมิเนียม เหล็กเหล่านี้สามารถแปรรูปเป็นรูปทรงเฉพาะเจาะจงได้โดยมีค่าความคลาดเคลื่อนสูงก่อนที่จะผ่านการชุบแข็งในขั้นสุดท้าย สิ่งนี้แตกต่างจากการชุบแข็งและการแบ่งเบาบรรเทาแบบดั้งเดิมของเหล็กกล้ามาร์เทนซิติก ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดการเสียรูประหว่างการประมวลผล ความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กชุบแข็งแบบตกตะกอนนั้นเทียบได้กับความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กออสเทนนิติกมาตรฐาน เช่น SS304 สแตนเลสชุบแข็งด้วยการตกตะกอนที่พบมากที่สุดคือ 17-4PH ซึ่งประกอบด้วยโครเมียม 17% และนิกเกิล 4%
ขนาดของท่อสแตนเลสมาตรฐานถูกกำหนดโดยข้อกำหนด ANSI ASME B36.19 ท่อสแตนเลสไร้ตะเข็บมีจำหน่ายในขนาดตั้งแต่ 1/8" ถึง 24" ในขณะที่ท่อสแตนเลสแบบเชื่อมผลิตในขนาดตั้งแต่ 2" ถึง 36" (ท่อ ASTM A312 ซึ่งเป็นท่อสแตนเลสออสเทนนิติกโครเมียม-นิกเกิลเชื่อมฟิวชั่นด้วยไฟฟ้า หรือท่อรีด)
