สกรูน๊อตที่ทำมาจากสแตนเลส มีโอกาสโดนแม่เหล็กดูดได้จริงหรือ!!?

        เชื่อว่าหลายๆ ท่านมีความเชื่อที่ว่า สินค้าที่ทำมาจากสแตนเลส แม่เหล็กจะต้องดูดไม่ติด เพราะถ้าหากแม่เหล็กดูดติด แปลว่าเป็นสแตนเลสเทียม
        ความเชื่อนี้ถูกต้องหรือไม่ ลองไปอ่านบทความด้านล่างดูนะครับ อาจยาวสักหน่อย แต่รับรองได้ว่าเป็นประโยชน์คุ้มค่ากับเวลาแน่นอนครับ

สลักภัณฑ์เหล็กกล้าไร้สนิมกับวิธีการตรวจสอบเหล็กกล้าไร้สนิม หรือ สเตนเลส

       สเตนเลสหรือเหล็กกล้าไร้สนิมเป็นวัสดุที่ทำจากโลหะผสมโดยมีองค์ประกอบหลักคือเหล็กและเจือโลหะชนิดอื่นๆ ได้แก่ โครเมียม นิคเกิล โมลิบดินัม และอื่นๆ เป็นต้น จุดประสงค์ที่ทำการผสมก็เพื่อให้โลหะมีคุณสมบัติเปลี่ยนแปลงไปตามที่ต้องการ แต่จุดประสงค์หลักคือ เพื่อป้องกันการเกิดสนิม เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าโลหะที่เราพบเจอตามธรรมชาติจะอยู่ในรูปของออกไซด์ และนั่นก็คือสนิมของโลหะชนิดนั้นๆ เหล็กก็เป็นโลหะอย่างหนึ่งที่พบได้มากตามธรรมชาติ มนุษย์มีการนำมาใช้อย่างแพร่หลาย ซึ่งเมื่อถูกน้ำกับออกซิเจนทำปฏิกิริยาออกซิเดชั่น ผิวนอกที่สัมผัสถูกน้ำและออกซิเจนก็จะเกิดการออกซิเดชั่นแล้วกลายเป็นออกไซด์ของเหล็กหลุดร่อนไป เนื้อในก็จะถูกเผยออกมาเป็นผิวนอกแทน แล้วก็เกิดปฏิกริยาออกซิเดชั่นซ้ำแล้วซ้ำเล่าทีละชั้นๆ ลึกลงไปในเนื้อโลหะ ต่อมาได้มีการสังเกตพบโดยนักโลหะวิทยาชื่อ Harry Brearley ว่าเมื่อมีการนำส่วนผสมโลหะชนิดหนึ่งชื่อว่าโครเมี่ยม ผสมกับเหล็กปริมาณ 13% เหล็กกล้าผสมชิ้นนี้ก็ไม่เกิดสนิม และเกิดกัดกร่อนแม้วางทิ้งเอาไว้หลายเดือน แต่แท้จริงแล้วกรณีของเหล็กกล้าโครเมี่ยมก็เกิดออกไซด์ของโครเมี่ยมที่ผิวเช่นกัน เพียงแต่สีของออกไซด์ไม่ได้เปลี่ยนไปเป็นสีแดงเหมือนออกไซด์ของเหล็ก ทำให้เราสังเกตุไม่ออกว่าเนื้อสเตนเลสนั้นเกิดสนิม อีกทั้งขนาดโมเลกุลของโครเมียมออกไซด์ก็พอเหมาะกับขนาดโมเลกุลของเหล็กทำให้ออกไซด์ของโครเมียมเข้าไปแทรกแน่นอยู่ในเนื้อโลหะ จึงไม่หลุดร่อนออกมาเป็นแผ่น ดังในกรณีออกไซด์ของเหล็ก โดยหลักการแล้วเหล็กกล้าไร้สนิมใช้ผิวที่เป็นออกไซด์ไปแล้วมาป้องกันการเกิดออกซิเดชั่นนั่นเอง

แม่เหล็กกับสลักภัณฑ์เหล็กกล้าไร้สนิม
          สลักภัณฑ์มีบทบาทมากมาย มีการนำไปใช้งานอย่างแพร่หลายในงานอุตสาหกรรมต่างๆ ทุกอุตสาหกรรม เนื่องจากสลักภัณฑ์เป็นชิ้นส่วนที่มีความสำคัญอย่างมาก อาจจะดูเล็กเมื่อเทียบกับขนาดของชิ้นงานแต่การเลือกซื้อสลักภัณฑ์ที่ถูกต้องตามความต้องการจึงมีส่วนสำคัญมากและยังเป็นชิ้นส่วนที่ต้องการความถูกต้องตรงตามข้อกำหนด หลายๆ ท่านก็มีวิธีการตรวจสอบการเลือกซื้อวัตถุดิบ สินค้าต่างๆ นานา ซึ่งโดยทั่วไปก็จะใช้คุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุชนิดนั้นมาเป็นตัวตัดสิน สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมก็มีคุณสมบัติทางกายภาพเช่นกัน ได้แก่ สีผิว ความถ่วงจำเพาะ ความต้านทานการกัดกร่อน คุณสมบัติการซึมซาบได้ของสนามแม่เหล็ก เป็นต้น
          สลักภัณฑ์สเตนเลสที่ซื้อมาพอเอาแม่เหล็กไปดูดติดก็บอกว่านี่ไม่ใช่สเตนเลส นี่เป็นวิธีการตรวจสอบสลักภัณฑ์สเตนเลสของผู้ซื้อทั่วๆ ไปและพบเห็นบ่อยมาก ซึ่งมันก็ไม่ผิดซะทีเดียวเว้นแต่ว่าวิธีการนี้ยังไม่ดีพอที่จะนำมาคัดแยกสลักภัณฑ์สเตนเลสอย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากวิธีการนี้มีการนำความรู้เพียงผิวเผินมาเป็นตัวตัดสิน และใช้เกณฑ์การตัดสินอย่างไม่เพียงพอ นั่นก็คือประโยคที่ว่า สเตนเลสเป็นโลหะที่สนามแม่เหล็กไม่สามารถซึมซาบได้ แต่แท้จริงแล้วยังมีปัจจัยอื่นๆ อีกที่สามารถทำให้เหล็กกล้าไร้สนิมกลายมาเป็นโลหะที่สนามแม่เหล็กซึมซาบได้ หากเรามาทำความเข้าใจถึงสาเหตุของการซึมซาบได้ของสนามแม่เหล็ก ก็จะทำให้เราทราบว่าควรเลือกวิธีการใดมาใช้ในการตรวจสอบสลักภัณฑ์สเตนเลส
        เหล็กกล้าไร้สนิมสามารถแบ่งออกได้เป็น 5 ประเภทได้แก่ Ferritic, Austenitic, Martensitic, Duplex และ Precipitate-hardened เหล็กกล้าไร้สนิม 4 ประเภทแรก แบ่งตามโครงสร้างจุลภาค (Micorstructure) ส่วนประเภทสุดท้ายขึ้นกับกระบวนการอบชุบทางความร้อน และมีเหล็กกล้าไร้สนิมเพียงประเภทเดียวที่สนามแม่เหล็กซึมซาบไม่ได้คือ Austenitic และบังเอิญว่า Austenitic เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมประเภทที่ใช้ในท้องตลาดทั่วไปมากที่สุด ได้แก่เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 304 และ 316

ตารางแสดงประเภทของเหล็กกล้าไร้สนิมและคุณสมบัติบางส่วนโดยสังเขป

BCC Body Centered Cubic, FCC Face Centered Cubic, BCT Body Centered Tetragonal
2.     โลหะที่มีความซึมซาบแม่เหล็กหมายถึง โลหะที่สนามแม่เหล็กสามารถผ่านเนื้อโลหะได้


อย่างไรก็ตาม จากประสบการณ์ของผู้เขียนก็ยังเคยพบโลหะที่มีโครงสร้าง Austenitc แต่แม่เหล็กดูดติดมาแล้ว เนื่องจากโครงสร้าง  Austenitic เกิดได้จากโครงสร้างที่เป็น FCC และกรณีที่เป็นประเด็นก็คือโครงสร้าง Fe-Mn-C กล่าวคือแม้จะมีคุณสมบัติแม่เหล็กซึมซาบไม่ได้แต่ก็ยังเกิดการกัดกร่อนอย่างรุนแรงจากสารละลายอย่างน้ำเกลือได้เช่นกัน ซึ่งคุณสมบัติหลักของเหล็กกล้าไร้สนิมคือไม่เกิดออกซิเดชั่น และไม่เกิดการกัดกร่อน

เหล็กกล้าไร้สนิมประเภท Austenitic มีความซึมซาบแม่เหล็กได้อย่างไร?
   โครงสร้างจุลภาคของโลหะ จะเป็นตัวกำหนดว่าเหล็กกล้าไร้สนิมมีอำนาจแม่เหล็กเกิดขึ้นหรือไม่ เหล็กกล้าไร้สนิมประเภท Austenitic (SUS-304, SUS-316 เป็นต้น) มีโครงสร้างผลึกที่เป็นแบบ FCC และเป็นโครงสร้างเดียวที่ไม่ทำให้เหล็กกล้าไร้สนิมเกิดความซึมซาบแม่เหล็ก แต่หากมีการเปลี่ยนแปลงสัดส่วนของโครงสร้างจุลภาคไปเป็นประเภทอื่นนอกจาก Austenitic ปริมาณมีมากพอก็จะทำให้มีสภาพสนามแม่เหล็กซึมซาบได้เกิดขึ้น
โครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้าไร้สนิม Austenitic สามารถเปลี่ยนไปเป็นโครงสร้างจุลภาค Martensitic ได้ 2 อย่าง
           อย่างแรกคือการที่เหล็กกล้าไร้สนิมถูกให้ความร้อนจนไปจนถึงอุณหภูมิที่โครงสร้างจุลภาคกลายเป็น Austenitic แล้วถูกปล่อยให้เย็นตัวลงอย่างช้าๆ โครงสร้างจุลภาคจะเรียงตัวใหม่กลายเป็น Martensitic โดยปกติแล้วการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมจะต้องการให้โครงสร้างเป็น Austenitic เมื่อโครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้าไร้สนิมกลายเป็น Austenitic แล้ว ก็จะนำมาทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วเพื่อให้โครงสร้างจุลภาคอยู่ในสภาวะ Austenitic แม้ว่าเหล็กกล้าไร้สนิมที่ได้จากโรงงานผลิตจะมีโครงสร้างจุลภาคอยู่ในสภาวะ Austenitic วิธีการตรวจสอบของโรงงานผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมก็ไม่ได้ใช้การตรวจสอบด้วยแม่เหล็ก แต่ใช้วิธี Dye Penetrant Inspection หรือเรียกว่า Liquid Penetrant Inspection
      อย่างที่สอง เกิดได้จากการขึ้นรูปแบบเย็น ซึ่งโครงสร้างจุลภาคจะเกิดการเปลี่ยนแปลงที่เรียกว่า Martensitic Stress Induced Transformation (MSIT) เป็นการเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคจาก Austenitic กลายมาเป็น Martensitic การทุบ การดึง หรือการกระทำใดๆ ที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปทรงของเหล็กกล้าไร้สนิมในสภาวะอุณหภูมิห้อง ยิ่งมีการเปลี่ยนแปลงของรูปทรงมากก็ยิ่งทำให้เกิดโครงสร้างจุลภาคเป็น Martensitic มากยิ่งขึ้น ซึ่งการขึ้นรูปเย็นเป็นกระบวนการที่ใช้เป็นปกติในกระบวนการผลิตสลักภัณฑ์ หากพิจารณาตั้งแต่วัตถุดิบที่ใช้ต้องผ่านกระบวนการทางการเปลี่ยนรูปตลอดตั้งแต่ต้นจนจบ ได้แก่ การดึงลดขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางวัตถุดิบ การปั๊มขึ้นรูป และการรีดเกลียว กระบวนการเหล่านี้ทำให้เกิดสัดส่วนโครงสร้างจุลภาคประเภท Martensitic มากเพียงพอที่จะทำให้สนามแม่เหล็กซึมซาบสลักภัณฑ์สเตนเลสได้


ปริมาณโลหะที่เจือก็มีผลกับการเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคจากการขึ้นรูปเย็นของเหล็กกล้าไร้สนิมและส่งผลให้เกิดความซึมซาบแม่เหล็ก
          ธาตุที่เจือในเหล็กกล้าไร้สนิมได้แก่ นิคเกิล คาร์บอน ไนโตรเจน ก็มีผลกับความไวในการเปลี่ยนโครงสร้างจากกระบวนการ MSIT เหล็กกล้าไร้สนิมที่มีการเจือน้อยกว่าเมื่อถูกกระทำการขึ้นรูปเย็นโครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้าไร้สนิมที่เจือธาตุดังกล่าวน้อยกว่าจะเปลี่ยนเป็น Martensitic ได้ง่ายกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีการเจือธาตุดังกล่าวมากกว่า รูปด้านล่าง รูปที่ 3 แสดงให้เห็นถึงเหล็กกล้าไร้สนิมมีความซึมซาบแม่เหล็กมากขึ้นเมื่อผ่านกระบวนการขึ้นรูปเย็น และรูปที่ 4 แสดงให้เห็นถึงเหล็กกล้าไร้สนิมมีความซึมซาบแม่เหล็กเพิ่มขึ้นเมื่อค่าUltimate Tensile strength สูงขึ้น บ่อยครั้งที่เราจะพบว่าสลักภัณฑ์สเตนเลส 304 ดูดติดด้วยแม่เหล็กก็เพราะมีการขึ้นรูปเย็นซึ่งทำให้โครงสร้างจุลภาคเปลี่ยนแปลงเป็น Martensitic มากเพียงพอให้แม่เหล็กดูดติดได้

การควบคุมอำนาจแม่เหล็กในเหล็กกล้าไร้สนิม

        อย่างไรก็ตามในบางอุตสาหกรรมก็ต้องการสลักภัณฑ์สเตนเลสที่ปลอดสภาพอำนาจแม่เหล็ก ซึ่งก็มีทั้งวิธีการลดการเกิดความซึมซาบแม่เหล็กจากกระบวนการผลิต และวิธีการกำจัดโดยนำสลักภัณฑ์สเตนเลสไปผ่านกระบวนการอบทางความร้อนแต่อย่างไรก็ตามก็ไม่ได้ทำให้อำนาจแม่เหล็กกลายเป็น 0 ถึงแม้ว่าการอบอ่อนซ้ำก็ไม่สามารถทำได้เนื่องจากคุณสมบัติบางประการของวัสดุ และเหตุผลทางด้านต้นทุน จึงต้องทำความเข้าใจระหว่างผู้ผลิตและผู้ใช้ว่าปริมาณอำนาจแม่เหล็กตกค้างในสลักภัณฑ์สเตนเลสมีค่าเป็นเท่าไหร่ที่ยอมรับได้






การตรวจสอบเกรดของเหล็กกล้าไร้สนิม


          วิธีการตรวจสอบเกรดของเหล็กกล้าไร้สนิมที่แม่นยำที่สุดจะใช้เครื่อง Spectro Analysis โดยอาศัยหลักการคือธาตุทุกธาตุประกอบขึ้นจากโปรตอน นิวตรอน และอิเลคตรอน ซึ่งปกติจะอยู่ในสภาวะเสถียร อิเลคตรอนจะวิ่งวนรอบนิวเคลียสที่วงโคจรของธาตุนั้นๆ ในสภาวะเสถียรจะมีผลรวมของการดูดและรับพลังงานรวมเป็น 0 เมื่อธาตุได้รับพลังงานก็จะทำให้อิเลคตรอนที่โคจรรอบนิวเคลียสของธาตุนั้นเกิดการเปลี่ยนแปลงชั้นของวงโคจร และโดยธรรมชาติเมื่อได้รับพลังงานเข้าไปทำให้โมเลกุลเกิดความไม่สมดุล ก็ต้องคายพลังงานกลับคืน โดยสามารถวัดจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาได้เรียกว่า Spectrum โดยที่ธาตุแต่ละตัวจะมีรูปแบบของ Spectrum ที่ปล่อยออกมาเฉพาะตัว ดังนั้นเมื่อนำ Spectrum มาวิเคราะห์ก็จะทำให้เราทราบได้ว่าเหล็กกล้าไร้สนิมนี้ประกอบจากธาตุอะไร มีสัดส่วนเท่าไหร่บ้าง และสามารถออกเป็นใบรับรองวัตถุดิบที่ใช้ได้ ผู้ใช้งานควรขอใบรับรองนี้เพื่อความมั่นใจในการเลือกสลักภัณฑ์


          วิธีการตรวจสอบโดยปฏิกิริยาเคมีก็เป็นอีกทางหนึ่ง ผู้ผลิตน้ำยาตรวจสอบสเตนเลสบางยี่ห้อก็มีผลิตภัณฑ์สำหรับทดสอบสเตนเลสเช่นกัน แต่ส่วนผสมของน้ำยาตรวจสอบแต่ละยี่ห้อก็แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความรู้ การทดลองของห้องปฏิบัติการว่าจะพัฒนาน้ำยาเคมีไปอย่างไรราคา ประสิทธิภาพ ก็แตกต่างกันไป โดยส่วนมากจะทำให้สีเปลี่ยนไปตามน้ำยาเคมีที่ใช้ทดสอบ


          อย่างไรก็ตามวิธีการตรวจสอบทั้งหมดที่ได้กล่าวไปยังคงเป็นวิธีการตรวจสอบแบบทำลายชิ้นงาน สลักภัณฑ์ที่ผู้ใช้งานได้รับไปจึงไม่ใช่ตัวที่ผ่านการทดสอบมาโดยตรง แต่อาศัยว่าวัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตหลอมมาจากโลหะก้อนเดียวกัน และกระบวนการผลิตที่เหมือนกัน โดยผู้ใช้งานควรอ้างอิงถึงหมายเลข Lot ที่ทำการผลิตและหมายเลข Heat บนฉลากของวัตถุดิบ ต้องเป็นหมายเลขเดียวกันกับที่ระบุอยู่บนใบรับรองสินค้า เพื่อความมั่นใจว่าสลักภัณฑ์สเตนเลสที่ได้รับไปเป็นเหล็กกล้าไร้สนิมเกรดตามที่ต้องการ และการออกแบบเลือกใช้เหล็กกล้าไร้สนิม ผู้ใช้ควรจะตรวจสอบว่าเหล็กกล้าไร้สนิมที่จะนำมาใช้งาน ต้องใช้ในสภาวะแวดล้อมอย่างไร เพราะเหล็กกล้าไร้สนิมเกรดหนึ่งๆ ไม่สามารถป้องกันการกัดกร่อนจากสารละลายได้ทุกอย่าง โดยดูได้จากตารางการกัดกร่อนในเอกสารอ้างอิง [2]


          สำหรับวิธีการตรวจสอบสลักภัณฑ์สเตนเลสกรณีที่ไม่มีใบรับรองสินค้า เป็นวิธีต้นทุนต่ำสำหรับการตรวจสอบเหล็กกล้าไร้สนิม 304 และ 316 ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าเหล็กกล้าไร้สนิมมีคุณสมบัติป้องกันการเกิดออกซิเดชั่น และต้านทานการกัดกร่อนจากกรด เบส และเกลือ แต่ก็ไม่ได้ทนการกัดกร่อนทุกชนิด ให้ใช้เกลือแกงหรือ Sodium Chloride (NaCl) ละลายน้ำ แล้วนำสลักภัณฑ์สเตนเลสแช่ทิ้งไว้ 1 คืน หากทำจากเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 304 หรือ 316 จะไม่เป็นสนิมแดง


อ้างอิงจาก
[1] http://www.bssa.org.uk
[2] http://www.engineeringtoolbox.com/metal-corrosion-resistance-d_491.html
[3] Carpenter Stainless Steel, Selection Alloy Data Fabrication, 1991

ดูหรือสั่งซื้อรายการสินค้าสแตนเลสของทางร้าน คลิ๊กเลย