มารู้จัก สเตนเลส สตีล ( Stainless steel ) วัสดุที่มีความคงทนในด้านการถูกกัดกร่อน

kitchen stainless

“สเตนเลส” สตีล (เหล็กกล้าไร้สนิม) เป็นวัสดุที่มีความสามารถในด้านการต้านทนทานการถูกกัดกร่อน ซึ่งถือว่าเป็นคุณสมบัติพิเศษ โดยสามารถทำให้ประสิทธิภาพความคงทนเพิ่มขึ้นได้ด้วยการผสมโครเมียมลงไปรวมถึงแร่ธาตุอื่นๆ เช่น นิกเกิล ไนโตรเจน และโมลิบดิบมัน

สแตเลส นิยมใช้เพื่อเป็นวัสดุทำเครื่องจักรและอุปกรณ์เครื่องครัวสแตนเลส เนื่องจากมีความแข็งแรง ทนทาน และทนต่อการกัดกร่อน พื้นผิวที่สัมผัสกับอาหารได้ (Food Contact Surface) มีความปลอดภัยและถูกสุขลักษณะ ทำความสะอาดง่าย เป็นกลาง และไม่ทำปฏิกิริยากับอาหาร

ทั้งนี้สเตนเลสมีการจำแนกในธรรมชาติมากกว่า 60 ชนิด จึงนิยมนำเอามาใช้งานในหลายๆ ด้านเพราะคุณสมบัติที่สามารถตอบโจทย์การใช้งานได้ดีมาก โดยเฉพาะความคงทนในด้านการถูกกัดกร่อนไม่ทำให้เกิดสนิม เมื่อเทียบกับวัสดุเหล็กชนิดอื่น และยังสามารถขึ้นรูปได้ง่ายจากการเชื่อม มีระยะเวลาการใช้งานที่ยาวนานคุ้มค่า

สเตนเลสตระกูลออสเทนนิติค (Austenitic)
เป็นสเตนเลสตระกูลที่นำมาใช้อย่างกว้างขวาง นำมาผลิตเป็นอุปกรณ์เครื่องครัวสแตนเลส เครื่องใช้บนโต๊ะ อาหาร เครื่องใช้ไฟฟ้า งานตกแต่งอาคาร หรือผลิตภัณฑ์เครื่องดื่มและอาหารที่มีสมบัติต้านทานที่เกี่ยวข้องกับความสะอาดและสุขอนามัย โดยสแตนเลสตระกูลนี้สามารถใช้งานที่อุณหภูมิต่ำติดลบ สำหรับถังเก็บแก๊สเหลว สแตนเลสตระกูลออสเทนนิติค หรือรู้จักกันใน “ซีรี่ส 300” ซึ่งประมาณได้ว่า 70เปอร์เซนต์ของการผลิตสเตนเลสในโลกนี้เป็นสเตนเลสตระกูลออสเทนนิติค ประกอบด้วยคาร์บอนอย่างน้อย 0.15 เปอร์เซนต์ มีส่วนผสมของโครเมียมอย่างน้อย 16 เปอร์เซนต์ และนิกเกิล หรือช่วยปรับปรุงคุณสมบัติในการขึ้นรูปประกอบ และเพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อน บางเกรดจะมีแมงกานีสผสมอยู่ด้วย

สเตนเลสตระกูลเฟอร์ริติค (Ferritic)
ต้านทานการกัดกร่อนปานกลางถึงดี ต้านทานการกัดกร่อนแบบเป็นจุดและแบบมุมอับในซอกแคบๆ ได้ดีและมีความต้านทานการกัดกร่อนใต้แรงเค้นดีกว่าเกรดออสเทนนิติก มีข้อจำกัดในการเชื่อมและ การขึ้นรูป เช่น ดัด ดึงขึ้นรูป มากกว่าเกรดออสเทนนิติค มีความต้านทานการเกิดออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิสูงถึง 850 องศาเซลเซียสแม่เหล็กดูดติด ไม่สามารถชุบแข็งได้ นอกจากนี้ยังมีข้อจำกัดในการเชื่อม และการขึ้นรูป มักถูกนำมาทำ มีด ช้อน ส้อม อ่างล้างมือ เป็นต้น นอกจากนี้ยังใช้ในกระบวนการผลิตที่ต้องใช้เครื่องถ่ายความร้อน และอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับการผลิตนม เป็นส่วนประกอบอยู่ในถังปั่น เครื่องซักผ้า และเครื่องล้างจาน

สเตนเลสในตระกูลมาร์เทนซิติค (Martensitic)
ความต้านทานการกัดกร่อนปานกลาง แม่เหล็กดูดติด สามารถทำให้แข็งได้ด้วยกรรมวิธีทางความร้อน ดังนั้นจึงสามารถพัฒนาปรับปรุงให้มีความแข็งแรงสูงและปรับระดับควมแข็งแรงได้ มีข้อจำกัดในการเชื่อม เนื่องจากมีปริมาณคาร์บอนสูงและมีความแข็งโดยธรรมชาติในตัวเอง ใช้งานในอุณหภูมิสูงได้ดีถึง 593 องศาเซลเซียส

เป็นการนำเอาคุณสมบัติที่โดดเด่นของสเตนเลสในตระกูลนี้มาใช้งาน โดยดึงเอาคุณสมบัติที่มีความทนทาน แข็งแรง ไปใช้เป็นอุปกรณ์เครื่องมือผ่าตัด ใบมีด หัวฉีด เพลา สปริง ตัวยึด และไปจนถึงกระสวยกันเลยทีเดียว ลักษณะการผลิตสเตนเลสในกลุ่มนี้ออกมา มักจะอยู่ในรูปแผ่น หรือท่อที่มีความแบน บางครั้งก็อยู่ในรูปของงานหล่อ อย่างเช่น สเตนเลสเกรดมาร์เทนซิติค

สเตนเลสในตระกูลดูเพล็กซ์ ( Duplex)
การที่โครงสร้างผสมระหว่างเฟอร์ริติค และออสเทนนิติค ทำให้สามารถต้านทานการแตกร้าว จากการกัดกร่อนด้วยแรงเค้นสูงและการกัดกร่อนเป็นรู ทนต่อสารคลอไรด์ทำให้ใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีความเป็นกรดหรือด่างสูงได้ ต้านทานการกัดกร่อนได้ดี เนื่องจากมีส่วนผสมของโครเมียมสูงและเพิ่มส่วนผสมของธาตุโมลิบดิบนัม ไนโตรเจนใช้ในงานเชื่อมและขึ้นรูปได้ดีเช่น งานปั๊มก้นลึก เนื่องจากมีสมบัติเชิงกลดีเลิศในการใช้งานที่อุณหภูมิติดลบ ได้ถึง -225 องศาเซลเซียส หรือ ใช้งานที่อุณภูมิ (ถึง 1100 องศาเซลเซลเซียส)
ตระกูลดูเพล็กซ์มักจะถูกนำเอาไปใช้สำหรับการทำแผงและอุปกรณ์ต่างๆ ที่ใช้แลกเปลี่ยนความร้อน ถึงเก็บความดันในบรรยากาศที่มีคลอไรด์ความเข้มข้นสูง อุปกรณ์สำหรับขนย้ายวัสดุ อุปกรณ์หล่อเย็นด้วยน้ำทะเล การใช้เป็นวัสดุประกอบในกระบวนการกลั่นน้ำทะเลให้สามารถดื่มได้ ใช้ในงานอุตสาหกรรมหมักดองอาหาร เหมืองฉีดน้ำ และอุตสาหกรรมแก๊สและน้ำมันอีกด้วย
การเปรียบเทียบคุณสมบัติของสเตนเลสในแต่ละเกรด

1.สแตนเลส 304 – จะใช้สำหรับงานทั่วไป มีคุณสมบัติหลักคือไม่เป็นสนิม จึงสามารถทนต่อการกัดกร่อนได้สูง ปรับขึ้นรูปได้ด้วยความเย็น และเชื่อมเข้ากันได้ง่าย

2.สแตนเลส 304L – เน้นสำหรับใช้งานเชื่อมต่อที่ดีกว่าแบบแรก เหมาะสำหรับใช้ในงานแท้งค์

3.สแตนเลส 316 – มีความคงทนต่อการกัดกร่อนได้สูง จึงใช้ในงานที่ต้องสัมผัสกับกรด สารเคมี โดยอาจจะมีปฏิกิริยากับกรดบ้าง แต่เกิดขึ้นเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

4.สแตนเลส 316L – เน้นใช้กับงานที่สัมผัสกับกรดที่มีความเข้มข้นสูงมากกว่าแบบแรก ทนทานต่อสารเคมีมากกว่า แน่นอนว่าปฏิกิริยาที่เกิดกับกรด จะมีน้อยมาก

5.สแตนเลส 420 (มาตรฐานอเมริกา) และสแตนเลส 420J (มาตรฐานญี่ปุ่น) – เป็นสแตนเลสที่ใช้งานสำหรับการชุบแข็ง ในเกรดนี้เมื่อนำไปชุบแข็งแล้ว จะมีความแข็งขึ้นราว 58 HRC

6.สแตนเลส 431 – เป็นสแตนเลสที่มีการเคลือบผิวให้แข็งมาเรียบร้อย ใช้ในงานชุบแข็งได้ ซึ่งจะอยู่ที่ 50-55 HRC น้อยกว่าในเกรด 420

7.สแตนเลส 301 – เน้นใช้งานในการทำสายพานลำเลียง งานคอนแทค และงานสปริง

8.สแตนเลส 310 /310S – เน้นใช้ในงานทนความร้อนสูง ราว 1,150 องศา อย่างในงานเตาอบ เตาหลอม อีกทั้งยังใช้เป็นนวัสดุกั้นความร้อน และฉนวน

9.สแตนเลส 309/309S – ใช้งานในด้านทนความร้อนเช่นเดียวกัน แต่จะสามารถทนได้ในระดับ 900 องศา

10.สแตนเลส 409/409S – นิยมใช้ในการผลิตท่อไอเสีย และชิ้นส่วนผนังท่อที่เกี่ยวกับการเป่าลมร้อนต่างๆ

11.Duplex Plate 2205 – เป็นเกรดของสแตนเลสที่มีคุณสมบัติที่เหมาะสำหรับใช้งานด้านการขุดเจาะแก๊สและน้ำมัน ในงานอุตสาหกรรมเคมี ปิโตรเลี่ยม ในอุตสาหกรรมกระดาษและเยื่อ

12.SUS304Cu – เป็นการเพิ่มธาตุ Cu เข้ามา เพิ่มคุณสมบัติในการขึ้นรูปให้ดีเยี่ยมมากกว่าเดิม จึงนิยมใช้กับการขึ้นรูปที่มีความลึก เช่น เป็นอุปกรณ์เครื่องใช้ในบ้าน อย่างกระติกน้ำร้อนแบบสุญญากาศ อ่างอาบน้ำ และอ่างในห้องครัว เป็นต้น

13.SUS304Ni9 – เป็นการเพิ่ม Ni เข้าไป ซึ่งคุณสมบัติคือการขึ้นรูปลึกได้ดีเช่นเดียวกันกับแบบ SUS304Cu และนิยมนำไปใช้ในกระบวนการผลิตคล้ายๆ กัน

14.SUS304L – มีความสามารถทนต่อการกัดกร่อนรอบเกรนได้ดีขึ้น ด้วยการลดปริมาณธาตุคาร์บอนลงไป จึงมักใช้ในกลุ่มเครื่องจัก เครื่องมือที่อยู่ในโรงงานเคมี และชิ้นส่วนที่ต้องทนรับความร้อนในการเผาไหม้เชื้อเพลิงในโรงงานปิโตรเคมี

15.SUS316 – ทนต่อการผุกร่อนและความร้อนได้สูง เหมาะสำหรับใช้งานในสภาวะที่มีความกัดกร่อนจากกรดสูง แม่เหล็กไม่สามารถดูดติดได้ มีเวิร์คฮาร์ดเดนนิงเพียงเล็กน้อย นิยมนำไปใช้เป็นส่วนประกอบในเครื่องมือทดสอบน้ำทะเล โรงงานทำสีย้อมผ้า โรงงานเคมี โรงงานที่มีการผลิตกรดสมุนไพร การผลิตเครื่องจักรกลด้านการเกษตร และเครื่องใช้ตามชายฝั่งทะเล เป็นต้น

16.SUS316L – มีการลดปริมาณของคาร์บอนลงมา ส่งผลให้มีความทนทานต่อการกัดกร่อนรอบขอบเกรนได้ดี ใช้งานในสภาวะที่มีความกัดกร่อนสูง การนำไปประยุกต์ใช้งาน เช่นเดียวกันกับ SUS316

17.SUS321 – มีการเพิ่มธาตุ Ti ลงไป จึงทนต่อการกัดกร่อนรอบเกรน ทนต่อความร้อน และยังทนต่อการเกิดออกไซด์ในอุณหภูมิสูงๆ ได้อีกด้วย จึงนิยมนำไปใช้ในการผลิตภาชนะที่ทนความร้อน เครื่องบิน ท่อระบาย ยานยนต์ เครื่องมือที่สัมผัสกับเคมีโดยตรง เครื่องมือแลกเปลี่ยนความร้อน และฝาครอบหม้อน้ำ เป็นต้น

18.SUS301 – มีโครเมียมและนิกเกิลต่ำกว่าเกรด 304 เน้นใช้งานเพิ่มความแข็งแรงในงานที่มีความเย็น เช่น รถไฟ สายพาน สปริง เครื่องบิน เป็นต้น

19.SUS301L – ส่วนประกอบจะมีคาร์บอนต่ำ สามารถเพิ่มความแข็งแรงได้ด้วยการทำงานเย็น ทนต่อการกัดกร่อนของกรดรอบเกรนได้ดีเยี่ยมกว่า จึงใช้งานในการผลิตกรอบรถไฟ และงานประดับในกลุ่มงานสถาปัตยกรรม

20.SUH409L – ทนต่อการเกิดออกไซด์ได้สูงถึง 800 องศาเซลเซียส สามารถใช้งานดัดแปลงได้ง่าย นิยมนำไปผลิตเป็นปล่อยท่อไอเสียรถยนต์

21.SUH410L – เป็นสแตนเลสที่มีความเหนียวมาก สามารถเชื่อมเข้ากันได้ง่าย เปลี่ยนรูปและหักพับได้ดี มีความคงทนต่อความร้อน และการเกิดออกไซด์ ไม่เหว้นแม้กระทั่งบริเวณแนวเชื่อม จึงเน้นใช้ผลิตในงานหม้อน้ำ หัวเตา และท่อไอเสีย เป็นต้น

22.SUS430 – เมื่อโดนความร้อนจะขยายตัวเพียงเล็กน้อย มีความคงทนต่อความร้อน สามารถดัดแปลงได้ง่าย นิยมใช้ในการผลิตเครื่องครัวสแตนเลสและอ่างล้างจานภายครัวเรือน เป็นต้น

23.SUS436L – มีการเพิ่ม Mo Ti Nb ลงไปด้วย จึงเพิ่มคุณสมบัติทำให้คงทนต่อการกัดกร่อนได้ดีมาก อีกทั้งยังเชื่อมและขึ้นรูปง่าย นิยมใช้ในการผลิตหม้อน้ำ และระบบของท่อไอเสียรถยนต์

24.SUS444 – มีการเพิ่ม Mo Ti Nb ลงไปด้วย สามารถทนต่อการกัดกร่อนจากความเค้นได้มากกว่าเกรด 316 เน้นใช้งานในการผลิตถังน้ำ ระบบจ่ายน้ำ และท่อไอเสียรถยนต์

25.SUS420J2 – มีคุณสมบัติด้านความแข็งแรงทนทานสูงภายหลังการชุบแข็ง จึงใช้ในระบบเครื่องจักร์ วาร์ว และเข็มฉีด

ค่าการนำความร้อนในสแตนเลส
ไม่ว่าจะเป็นสแตนเลสชนิดไหน ก็จะมีค่านำความร้อนที่ต่ำกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนเป็นอย่างมาก ในเกรดที่ผสมโครเมียมล้วน จะมีค่าการนำความร้อน +-1/3 ส่วนในเกรดออสเทนนิติกจะมีค่าการนำความร้อน +-1/4 ของเหล็กกล้าคาร์บอน จึงทำให้มีผลต่อการควบคุมปริมาณความร้อนในระหว่างเชื่อมชิ้นงาน และจำเป็นต้องให้ความร้อนนานขึ้น กรณีใช้ในงานขึ้นรูปร้อน

สัมประสิทธิ์การขยายตัวของสแตนเลส
หากเป็นสแตนเลสที่มีส่วนผสมของโครเมียมเพียงอย่างเดียว จะพบสัมประสิทธิ์การขยายตัวใกล้เคียงเหล็กกล้าคาร์บอน ส่วนในเกรดออสเทนนิติก จะให้สัมประสิทธิ์การขยายตัวสูงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนประมาณ 1 1/2 เท่า ด้วยเหตุที่มีค่านำความร้อนค่ำ แต่ขยายตัวสูง จำเป็นต้องการวิธีป้องกันเพื่อลดความเสี่ยงต่อการเสียหายที่จะตามมาในภายหลัง ไม่ว่าจะเป็น การใช้ปริมาณความร้อนในการเชื่อมต่ำ, การกระจายความร้อนออกไปบ้างด้วยแท่งทองแดง ไปจนถึงการจับยึดเพื่อลดการบิดงอ เป็นต้น

คุณสมบัติทั่วไปและคุณสมบัติทางกายภาพ
คุณสมบัติทางกายภาพของสแตนเลส หากเทียบกับวัสดุอื่นๆ ค่าความหนาแน่นสูงของสแตนเลสจะต่างจากวัสดุอื่นอย่างเห็นได้ชัด ส่วนคุณสมบัติที่เกี่ยวกับความร้อน จะสังเกตได้ว่าระดับการทนความร้อนจะมีจุดหลอมเหลวสูง เมื่อเทียบกับเซรามิกที่ 1000 องศาเซลเซียส มีค่านำความร้อนและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวในระดับปานกลาง

คุณสมบัติเชิงกลของสแตนเลส
โดยทั่วไปจะมีส่วนผสมของเหล็กอยู่ราว 70-80 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งช่วยให้มีคุณสมบัติที่สำคัญคือ ความแข็งแรง และความแกร่งในระดับค่าที่เป็นกลาง เนื่องจากมีส่วนผสมของธาตุเหล็กนั่นเอง

ลักษณะของสแตนเลสแท้
ค่ามาตรฐานของสแตนเลสแท้ ควรมีค่านิกเกิลตั้งแต่ 8 เปอร์เซ็นต์ขึ้นไป หรือจัดอยู่ในเกรด 304 ขึ้นไป เพื่อช่วยให้การใช้งานมีปัญหาน้อยที่สุด เพราะฉะนั้นก่อนตัดสินใจซื้อสแตนเลสสักชิ้น ควรถามก่อนว่าเป็นเกรด 304 หรือไม่

“ความน่าสนใจในสแตนเลสเกรด 304 และ 316”
สแตนเลส 304 เป็นสแตนเลสธรรมดาที่พบได้ทั่วไป แต่ในเกรด 316 จะมีความพิเศษตรงที่ความทนทานต่อกรดและด่าง หมดกังวลเรื่องสนิม ดังนั้นการใช้งานในสภาวะที่เสี่ยงต่อการกัดกร่อนได้ง่าย จึงควรเป็นเกรด 316 นอกจากนี้คุณสมบัติของสแตนเลสยังสามารถเพิ่มความทนทานด้วยการขึ้นรูปเย็น มีรูปทรงความสวยงามตามลวดลายของพื้นผิวให้เลือกมากมาย และยังมีความปลอดภัยสูง เพราะมีความเป็นกลาง ไม่ดูดซึมสารใดๆ เข้าไป จึงกลายเป็นวัสดุที่ใช้ในงานที่ต้องการสุขลักษณะอนามัยที่ดี ไม่ว่าจะโรงพยาบาลหรือในครัวเรือน โดยไม่ต้องกังวลถึงปัญหาที่จะตามมา

 

Reference / เครดิต
-มาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม เครื่องใช้เหล็กกล้าไร้สนิม
-บทวิภาค มาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม เครื่องใช้เหล็กกล้าไร้สนิม
-Chaijaroen Tech