สแตนเลสสตีล คือโลหะผสมอัลลอย(Alloy) ที่มีส่วนประกอบหลักคือ ‘เหล็ก’ และ ‘โครเมียม อย่างน้อย 10.5% ของน้ำหนัก’ และ ‘ต้องมีคาร์บอนน้อยกว่า 1.2%’ อาจมีการเติมสารชนิดอื่นๆ เช่น นิเกิล แมงกานีส ทองแดง โมลิบดินั่ม อลูมิเนียม ฯลฯ เพื่อเพิ่มคุณสมบัติของสแตนเลสให้เหมาะกับการใช้งานแบบต่างๆ มีอยู่มากกว่า 60 ชนิด โดยคุณสมบัติหลักของสแตนเลสสตีล คือ ไม่เกิดสนิม ทนความชื้น ทนต่อการกัดกร่อน
การเติมโครเมียมในโลหะผสมนั้นทำให้เกิดการสร้างชั้นฟิล์มโครเมียมออกไซด์ (chromium oxide film : CrO2) เคลือบอยู่บนพื้นผิวของโลหะ มีความบางมากจนไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่า ชั้นฟิล์มนี้เองที่ช่วยให้โลหะต้านทานการเกิดสนิมและการกัดกร่อน หากชั้นฟิล์มนี้ถูกทำลายลงด้วยสารเคมีหรือการแรงกล สารโครเมียมที่อยู่ในเนื้อโลหะผสมจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่มีอยู่ในบรรยากาศและสร้างฟิล์มโครเมียมออกไซด์ใหม่ขึ้นมาทดแทนทันที ทำให้สแตนเลสสตีลมีอายุการใช้งานยาวนาน ซึ่งมีรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณสมบัติพิเศษของสเตนเลสดังนี้
1. ทนทานต่อการกัดกร่อน
สเตนเลสสตีลทุกตระกูลทนทานต่อการกัดกร่อน แต่จะแตกต่างกันไปตามส่วนผสมของโลหะ เช่น เกรดที่มีโลหะผสมไม่สูงสามารถต้านทานการกัดกร่อนในบรรยากาศทั่วไป ในขณะที่เกรดที่มีโลหะผสมสูงจะสามารถต้านทานการกัดกร่อนในกรด ด่าง สารละลาย บรรยากาศคลอไรด์ได้เกือบทั้งหมด
2. ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงและอุณหภูมิต่ำ
สเตนเลสสตีลบางเกรดสามารถทนความร้อนและความเย็น รวมถึงการเปลี่ยนอุณหภูมิโดยฉับพลันได้ดี และด้วยคุณสมบัติพิเศษในการทนไฟ ทำให้มีการนำสเตนเลสสตีลไปใช้ในอุตสาหกรรมขนส่ง อุตสาหกรรมปิโตรเคมีอย่างแพร่หลาย
3. ง่ายต่อการประกอบ หรือแปรรูป
สเตนเลสตีลส่วนใหญ่สามารถตัด เชื่อม ตกแต่งทางกล ลากขึ้นรูป ขึ้นรูปนูนต่ำได้ง่าย ด้วยรูปร่าง คุณสมบัติ และลักษณะต่างๆ ของสเตนเลสสตีลช่วยให้ผู้ผลิตสามารถนำสเตนเลสไปประกอบกับวัสดุอื่นๆ ได้ง่าย
4. ความทนทาน
คุณสมบัติเด่นอีกประการหนึ่งของสเตนเลสสตีลคือความแข็งแกร่งทนทาน สเตนเลสสามารถเพิ่มความแข็งได้ด้วยการขึ้นรูปเย็น ซึ่งใช้เพื่อออกแบบงาน โดยลดความหนา น้ำหนักและราคา สเตนเลสสตีลบางเกรดอาจใช้งานในที่ทนความร้อนและยังคงความทนทานสูง
5. ความสวยงาม
ด้วยรูปทรงและพื้นผิวที่หลากหลายรูปแบบที่สวยงาม ทำความสะอาดได้ง่าย ปัจจุบันสเตนเลสสตีลมีสีให้เลือกมากมายด้วยกรรมวิธีชุบเคลือบผิวเคมีไฟฟ้า สามารถทำให้สเตนเลสสตีลมีผิวสีทอง บรอนซ์ เขียว เงิน และสีดำ ทำให้สามารถเลือกประยุกต์ใช้สเตนเลสสตีลได้อย่างมากมาย นอกจากนี้ความเงางามของสเตนเลสสตีลในอ่างล้างจานอุปกรณ์ประกอบอาหารหรือเฟอร์นิเจอร์ทำให้บ้านดูสะอาดและน่าอยู่อีกด้วย
6. ความปลอดภัยและถูกสุขลักษณะ
การทำความสะอาด การดูแลรักษา สเตนเลสสตีลจะมีความเป็นกลางสูงจึงไม่ดูดซึมรสใดๆ เป็นเหตุผลสำคัญที่สเตนเลสสตีลถูกนำมาใช้ในโรงพยาบาล เครื่องครัว ด้านโภชนาการและด้านเภสัชกรรม เนื่องจากความทนทาน ต้องการการดูแลรักษาน้อย และค่าใช้จ่ายต่ำเมื่อเปรียบเทียบกับระยะเวลาการใช้งาน การใช้อุปกรณ์เครื่องครัวสเตนเลสในบ้านเรือนให้ความรู้สึกถึงความปลอดภัยแก่ผู้ใช้ และนอกจากนี้สเตนเลสยังช่วยอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมคือสามารถนำกลับมาใช้ได้ใหม่เกือบ 100 เปอร์เซ็นต์
สแตนเลสสตีล สามารถแบ่งออกเป็น 5 ประเภท ตามชนิดและสัดส่วนของสารที่ผสมเข้าไปในเนื้อโลหะผสม ได้แก่
1. กลุ่มออสเตนนิติก (Austenitic)
เป็นสแตนเลสสตีลชนิดที่ใช้งานอย่างแพร่หลาย มีส่วนผสมของโครเมียมประมาณ 16–22% คาร์บอนไม่เกิน 0.15% และมีการผสมนิกเกิลเข้าไปอีกด้วยประมาณ 8 -20% เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติ และเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน ซึ่งใช้ในส่วนประกอบของเตาหลอม ท่อนำความร้อน และแผ่นกันความาร้อนในเครื่องยนต์ จะเรียกว่า เหล็กกล้าไร้สนิม ชนิดทนความร้อน (Heat Resisting Steel)
คุณสมบัติสำคัญของสแตนเลสสตีลกลุ่ม ออสเทนนิติค
รุ่นสแตนเลสสตีลที่พบได้ในกลุ่มออสเทนนิติค คือ SS200 Series, SS304, SS316 , SS304L, SS316L
2. กลุ่มเฟอริติกส์ (Ferritic)
เป็นสแตนเลสที่ใช้งานมากเป็นลำดับถัดมา มีส่วนผสมของคาร์บอนต่ำ โดยจะใช้โครเมียมเป็นส่วนผสมหลักอยู่ระหว่าง 10.5–17% และมีนิกเกิ้ลผสมอยู่เล็กน้อย หรือไม่มีเลย แม่เหล็กดูดติด
สแตนเลสสตีลชนิดนี้มักจะนำไปใช้ในการผลิต ถังน้ำ เครื่องครัว เฟอร์นิเจอร์ เป็นต้น
รุ่นสแตนเลสสตีลที่พบได้ในกลุ่ม เฟอร์ริติค คือ 430, 430Ti, 439, 409
3. กลุ่มดูเพล็ก (Duplex)
เป็นสแตนเลสสตีลมีโครงสร้างที่ผสมระหว่างเฟอร์ไรต์ และออสตไนต์ โดยมีโครเมียมผสมอยู่ประมาณ 18–28% โมลิบดินัมมากกว่า 5% และมีนิกเกิล4.5-8%
ซึ่งสแตนเลสชนิดนี้มีความต้านทานต่อการแตกร้าน และการกัดกร่อนได้ดีมาก สามารถใช้งานได้ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดหรือด่าง
4. กลุ่มมาร์เทนสิติกส์ (Martensitic)
เป็นแสตนเลสสตีลที่ผลิตจากโครเมียมประมาณ 12 -14% คาร์บอนประมาณ 0.1–1% นิกเกิล 0–2% และลิบดินัม 0.2–1% แม่เหล็กดูดติด มักนำไปใช้ทำส้อม มีด เครื่องมือตัด และเครื่องมือวิศวกรอื่น ๆ ซึ่งต้องการคุณสมบัติเด่นในด้าน การต้านทานการสึกกร่อน และ ความแข็งแรงทนทาน
ซึ่งผลที่ออกมาสแตนเลสสตีลชนิดนี้จะมีความทนทานที่มากขึ้น เพื่อให้สามารถใช้งานได้ยาวนานขึ้น
5.กลุ่มเพิ่มความแข็งโดยการตกผลึก (Precipitation hardening)
เกรดที่เป็นที่รู้จักในตระกูลนี้ คือ 17-4H ซึ่งมีส่วนผสมของโครเมียม 17% และนิกเกิล 4% สามารถเพิ่มความแข็งแรงได้โดยกลไกเพิ่มความแข็งจากการตกผลึก (Precipitation hardening mechanism) โดยสามารถเพิ่มความแข็งแรงสูงมาก มีค่าความเค้นพิสูจน์ (Proof stress) อยู่ระหว่าง 1,000 ถึง 1,500 เมกาปาสคาล (MPa) ขึ้นอยู่กับชนิดและกรรมวิธีปรับปรุงคุณสมบัติด้วยความร้อน (Heat treatment) จึงเหมาะสำหรับทำแกน ปั๊มหัววาล์ว และส่วนประกอบของ อากาศยาน
ผิวสำเร็จชนิดต่าง ๆ ของสแตนเลสสตีล มีอะไรบ้าง?
· No.1 ผิวขรุขระเล็กน้อย สีออกเทาด้าน รีดร้อนหรือรีดเย็น และอบอ่อน คราบออกไซด์ไม่ได้ขจัดออก เป็นผิวของท่อสแตนเลสด้านอุตสาหกรรม ผิวสแตนเลสฉากรีด และแผ่นสแตนเลสที่หนากว่า 3mm ขึ้นไป
· 2D (No.2D) ผิวเรียบ สีออกเทาเงินอ่อนลงเล็กน้อย เกิดจากการนำแผ่นสแตนเลสสตีลไปรีดเย็น อบอ่อน และกัดด้วยกรด มักไม่นิยมนำมาใช้งานเท่าผิวสแตนเลสอื่น ๆ
· 2B (No.2B) ผิวเรียบ สีออกเงินค่อนข้างเงา สะท้อนแสงได้ดี (แต่ไม่เงาเท่าผิว Mirror) เกิดจากการนำแผ่นไปรีดเย็น อบอ่อน และกัดกรด ก่อนนำไปรีดเบาด้วยลูกกลิ้งขัด เป็นพื้นผิวยอดนิยมจำพวกท่อสแตนเลสเงาเฟอร์นิเจอร์ และแผ่นสแตนเลสที่มีความหนาน้อยกว่า 3mm
· BA (No.2BA) ผ่านกระบวนการรีดเย็นโดยความหนาลดลงทีละน้อยๆ ผ่านการอบอ่อนด้วยก๊าซไฮโดรเจน เพื่อป้องกันกันการออกซิเดชั่นกับออกซิเจนในอากาศ ผิวมันเงา สะท้อนความเงาได้ดี ผิวผลิตภัณฑ์สแตนเลสสตีลจะกระทำด้วยวิธีนี้ ผิวเรียบ สีออกเงินและเงายิ่งขึ้น สะท้อนแสงได้ 50-55% (ยังไม่เงาเท่าผิว Mirror) คล้ายการผลิตแบบผิว 2B แต่นำไปผ่านกระบวนการขัดขึ้นเงาด้วยลูกกลิ้งขัดเป็นลำดับสุดท้าย จะใช้กับงานที่เป็นภาชนะในครัว อุปกรณ์ในกระบวนการผลิตอาหาร
· No.4 ผิวเรียบมีลายขนแมวขนาดใหญ่ดูหยาบ สีออกเงินค่อนข้างเงา เกิดจากการนำสแตนเลสสตีลผิว 2B มาขัดด้วยกระดาษทรายเบอร์ 150-180
· No.4 Hairline ผิวเรียบมีลายขนแมวละเอียด เรียงตัวสวย สีออกเงินค่อนข้างเงา เป็นแบบพื้นผิวยอดนิยม เกิดจากการนำสแตนเลสสตีลผิว 2B มาขัดด้วยกระดาษทรายเบอร์ 180-300 หรือตามความเหมาะสม
· Mirror (No.8 หรือ No.12) ผิวเรียบ สีเงินและเงาที่สุดราวกับกระจกเงา เกิดจากการนำสแตนเลสสตีลผิว BA มาเข้ากระบวนการขัดละเอียดสูง ได้แก่ขัดด้วยกระดาษทรายเบอร์ 1000ขึ้นไป ตามด้วยการขัดด้วยขนสัตว์, ผงอลูมิเนียม, โครเมียมออกไซด์
การกัดกร่อน
สแตนเลสสตีลเป็นวัสดุที่ทนและต้านทานการกัดกร่อน อย่างไรก็ตามมีสแตนเลสสตีลหลายตระกูลที่สามารถต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเลิศ ในประเด็นการใช้งานที่ต่างกัน ซึ่งต้องเลือกไปใช้ในงานผลิตหรืองานประกอบโครงสร้าง ในงานอุตสาหกรรมต่างๆ อย่างระมัดระวัง
· การกัดกร่อนทั่วไป (General corrosion)
เป็นการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นตลอดทั่วผิวหน้า (Uniform attack) การกัดกร่อนแบบนี้มีอันตรายน้อยเพราะว่าสามารถวัด และทำนายการกัดกร่อนที่จะเกิดขึ้นล่วงหน้าได้ การกัดกร่อนแบบนี้จะเกิดขึ้นกับสแตนเลสสตีลในสิ่งที่แวดล้อมที่มีผลต่อการกัดกร่อนในอัตราที่ต่ำมาก
· การกัดกร่อนเนื่องจากความต่างศักย์ไฟฟ้า (Galvanic corrosion)
เป็นการกัดกร่อนที่เกิดจากโลหะ 2 ชนิดที่มีศักย์ทางไฟฟ้าแตกต่างกันมาอยู่ติดกัน จุ่มอยู่ในสารละลายที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเดียวกัน สแตนเลสสตีลจะเป็นโลหะที่มีศักย์สูงกว่า ดังนั้นอัตราการกัดกร่อนแบบกัลวานิคมักจะไม่ค่อยเพิ่มขึ้นในสแตนเลสสตีล
· การกัดกร่อนแบบสึกกร่อนเนื่องจากการไหลของสารละลายที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง (Erosion corrosion)/การกัดกร่อนเนื่องจากการขัดถู (Abrasion corrosion)
การกัดกร่อนแบบ Erosion/abrasion เป็นปฏิกิริยาที่เกิดร่วมกันระหว่างการสึกกร่อนทางกลกับการกัดกร่อนจากสารละลาย , ผงหรือเศษที่หลุดมาจากการขัดถู จะแขวนลอยอยู่ในสารละลาย และไหลด้วยความเร็วสูงจะทำให้ผิวหน้าสัมผัสมีอัตราการกัดกร่อนสูง สแตนเลสสตีลจะมีความต้านทานการกัดกร่อนแบบสึกกร่อนฯ หรือแบบขัดถูสูงเนื่องจากมีฟิล์มถาวรที่ยึดแน่น และสร้างทดแทนขึ้นที่ผิวหน้าสม่ำเสมอ
· การกัดกร่อนตามขอบเกรน (Intergranular corrosion)
การกัดกร่อนตามขอบเกรนเกิดขึ้นเนื่องจากเกิดการตกผลึกของโครเมียมคาร์ไบด์บริเวณขอบเกรน ที่อุณหภูมิสูงประมาณ 450° - 850°C. ทำให้ขอบเกรนมีปริมาณโครเมียมลดลง มีความต้านทานการกัดกร่อนตามแนวขอบเกรนต่ำ แก้ไขโดยการเลือกใช้วัสดุเกรด “L” หรือ เกรดที่ช่วยให้โครงสร้างเสถียร (Stabilized grade) และต้องระวังไม่ให้เกิดการกัดกร่อนตามขอบเกรนระหว่างการเชื่อมประกอบโครงสร้าง
· การกัดกร่อนแบบสนิมขุม (Pitting corrosion)
การกัดแบบเป็นจุดหรือแบบสนิมขุมเป็นการกัดกร่อนเฉพาะที่เป็นอันตรายมาก ซึ่งมีผลทำให้เกิดการกัดกร่อนที่ผิวหน้าเป็นรูเล็กๆ หรือเป็นรูทะลุตลอดเนื้อวัสดุ แต่สามารถวัดการสูญเสียเนื้อวัสดุได้น้อย สิ่งแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนแบบสนิมขุม ส่วนมากจะเป็นสารละลายที่มีคลอไรด์ไอออน (Chloride ion) จะเป็นตำแหน่งที่ฟิล์มถาวรจะถูกทำลายได้ง่ายที่สุดในสิ่งแวดล้อมเช่นนี้ ควรจะเลือกใช้วัสดุด้วยความระมัดระวัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสารละลายของกรดที่มีอุณหภูมิสูง ถ้าเงื่อนไขที่จะทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบสนิมขุมไม่สามารถแก้ไขได้ ให้แก้โดยการเลือกใช้โลหะผสมที่ต้านทานการกัดกร่อนสูงกว่า เช่น สแตเลสสตีลเกรดดูเพล็ก และเกรดอื่นๆ ที่สามารถแก้ไขปัญหาได้
· การกัดกร่อนในพื้นที่อับหรือถูกปกปิด (Crevice corrosion)
การกัดแบบนี้เกิดขึ้นที่ผิวหน้าส่วนที่ถูกปิด หรือกดทับของสแตนเลสสตีล มีผลทำให้ปิดกั้นออกซิเจนไม่สามารถเข้าไปทำปฏิกิริยาออกซิเดชั่นสร้างฟิล์มออกไซด์ได้ ทำให้ฟิล์มป้องกันมีแนวโน้มที่จะแตกหรือถูกทำลายลงในพื้นที่อับนี้ ดังนั้นในสภาวะการใช้งานต้องหลีกเลี่ยงการมีพื้นที่อับ
· การกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่มีจุลชีพ (Microbiologically Induced Corrosion : MIC)
การกัดกร่อนที่เป็นผลมาจากจุลชีพ เกิดจากแบคทีเรียที่มีอยู่ในสิ่งแวดล้อมเกาะติดที่ผิวหน้าของสแตนเลสสตีลทำให้บริเวณนั้น ปิดกั้นออกซิเจน ดังนั้นเงื่อนไขในการกัดกร่อนจึงคล้ายกับแบบ Crevice แบคทีเรียจึงทำให้สถานการณ์ การกัดกร่อนเลวร้ายลง
· การแตกร้าวเนื่องจากการกัดกร่อนภายใต้แรงเค้น (Stress Corrosion Cracking : SCC)
SCC คือการแตกเปราะที่เริ่มต้นจากการกัดกร่อนในวัสดุที่มีความเหนียว สแตนเลสสตีลเกรดออสเทนนิติกจะมีแนวโน้มที่จะเกิด SCC สูงกว่าเกรดเฟอร์ริติก, สแตนเลสตีลเกรดเฟอร์ริติกจึงสามารถต้านทานการกัดกร่อนแบบ SCC ได้สูงกว่าเกรดออสเทนนิติก
ในการใช้งานทั่วๆไปคนไทยมักนิยมใช้สแตนเลสประเภท ‘ออสเตนนิติก’ ซึ่งมีส่วนประกอบหลักได้แก่ เหล็ก, โครเมียม, นิกเกิล และ แมงกานีส รุ่นสแตนเลสยอดนิยมจะเป็นรหัส SUS304, SUS304L, SUS316, SUS316L และ SUS430
การเลือกใช้หรือซื้อสแตนเลสสตีล
ผู้ซื้อหรือผู้ใช้ควรมีความรู้พื้นฐานสักเล็กน้อยในเรื่อง ดังต่อไปนี้
ข้อปฎิบัติสำหรับงานสเตนเลสสตีล
ควรทำ
- เมื่อไม่ได้มีการทำความสะอาดสเตนเลสสตีล อย่างสม่ำเสมอ เมื่อสังเกตเห็นคราบหรือฝุ่นละอองใด ๆ ต้องรีบทำความสะอาดทันที
- การทำความสะอาดสเตนเลสสตีล ควรเริ่มจากผลิตภัณฑ์ทำความสะอาด ที่อ่อนที่สุด โดยเริ่มใช้ในบริเวณเล็ก ๆ ก่อนเพื่อดูว่าเกิดผลกระทบอะไร กับผิวสเตนเลสสตีลหรือไม่
- ใช้น้ำอุ่นล้างคาบความมันออก ไม่ควรใช้ยาฆ่าเชื้อในการทำความสะอาดชิ้นส่วนสเตนเลสสตีล
- หมั่นล้างสเตนเลสสตีลด้วนน้ำสะอาด เป็นขั้นตอนสุดท้ายเช็ดให้แห้งด้วยผ้านุ่ม หรือกระดาษชำระ
- เมื่อใช้กรดกัดทำความสะอาดสเตนเลสสตีล ควรใช้ด้วยความระมัดระวัง
- หลังจากใช้เครื่องครัวที่ทำด้วยสเตนเลสสตีล ควรล้างให้สะอาดทุกครั้ง
- หลีกเลี่ยงคราบ/สนิมเหล็ก ที่อาจติดมากับอุปกรณ์ทำความสะอาด ที่ทำมาจากเหล็ก หรือใช้ทำความสะอาดชิ้นส่วนเหล็กกล้าคาร์บอน
- ในกรณีที่ประสบปัญหาในการทำความสะอาด
สเตนเลสสตีลควรปรึกษาผู้เชี่ยวชาญ
ไม่ควรทำ
- ไม่ควรเคลือบผิวสเตนเลสสตีลด้วยแว็กหรือวัสดุที่ผสมน้ำมันเพราะจะทำให้คราบสกปรกหรือฝุ่นละอองติดบนพื้นผิวได้ง่ายขึ้นและล้างทำความสะอาดออกได้ยาก
- ไม่ควรใช้ผลิตภัณฑ์ทำความสะอาด ที่มีส่วนประกอบของคลอไรด์และฮาไลด์ เช่น โบรไมน์, ไอโอดีนและผลูออรีน
- ไม่ควรใช้กรดไฮโดรคลอริก (HCI) ในการทำความสะอาด เพราะอาจก่อให้เกิดการกัดกร่อน แบบรูเข็ม และการแตกเนื่องจากความเครียด (Stress Corrosion Crocking)
- ไม่ควรใช้ผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดที่เราไม่แน่ใจ
- ไม่ควรใช้ผลิตภัณฑ์ที่ทำความสะอาดเครื่องเงิน ในการทำความสะอาดสเตนเลสสตีล
- ไม่ควรใช้สบู่ หรือผงซักฟอกมากเกินไป เพราะจะทำให้ผิวสเตนเลสสตีลมัวและหมองลง
- ไม่ควรทำความสะอาด และทำพาสซิเวชั่นในขั้นตอนเดียวกัน ควรทำตามขั้นตอน คือ ล้างก่อนแล้วค่อยทำพาสซิเวชั่น