เหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless steel) คือเหล็กกล้าที่ผสมธาตุโครเมียม (Cr) ไม่ต่ำกว่า 10% นิยมเรียกว่า สแตนเลส มีคุณสมบัติเด่นคือการป้องกัน การกัดกร่อนหรือเป็นสนิมของโลหะ เนื่องจากมี passive film (โครเมียมออกไซด์, Cr2O3) อยู่ที่ผิวของโลหะ โดยธาตุผสมแต่ละตัวทำให้เกิดโครงสร้างต่างกันไป ภาพถ่ายโครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้าสแตนเลส 3 ชนิด
(a) ferritic, (b) austenitic, (c) duplex stainless steels
https://link.springer.com/article/10.1007/s13632-013-0066-8/figures/1
ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็น 5 ประเภทตามโครงสร้างได้แก่
1.เหล็กกล้าไร้สนิมเฟอร์ริติก (Ferritic stainless steel)
- มีธาตุผสมหลักคือ โครเมียม (Cr) 12-27% มีโครงสร้างหลักเป็นเฟอร์ไรต์
- ไม่สามารถทำการชุบแข็งเพื่อเพิ่มความแข็งแรงได้
- มีคุณสมบัติที่แม่เหล็กดูดติดได้
- ราคาถูกที่สุดในกลุ่มสแตนเลสเพราะธาตุผสมมีแค่ธาตุโครเมียม Cr
- ความต้านทานกัดกร่อนและทนความร้อนได้ดี
- เกรด 430 409 430Ti 444
- ใช้งานใน ชิ้นส่วนเครื่องซักผ้า ชิ้นส่วนระบบท่อไอเสีย อ่างล้างจาน ท่อ เป็นต้น
2.เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก (Austenitic)
- เป็นกลุ่มที่ถูกใช้งานอย่างแพร่หลาย ในชีวิตประจำวันพบสแตนเลสกลุ่มนี้มากกว่า 70 %
- มีโครงสร้างหลักเป็นออสเทนไนต์ เป็นผลจากการเติม Ni Mn
- มีความโดดเด่นในด้านการยืดตัวสูง ทำให้ความสามารถในการขึ้นรูปได้ดี
- แม่เหล็กไม่สามารถดูดติดได้
- ทนทานต่อการกัดกร่อนดีกว่าเหล็กกลุ่มเฟอร์ริติก
- เกรด 304 304L 310 316 316L 321 347
- ใช้งานใน เครื่องใช้ในบ้าน ภาชนะเครื่องครัว หม้อ กระทะ ภาชนะรับแรงดัน บอยเลอร์ แท้งค์น้ำ ท่อในอุตสาหกรรมอาหาร งานตกแต่ง เป็นต้น
3.เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก (Martensitic)
- ถูกชุบแข็งเพื่อเพิ่มความแข็งแรงได้ หลังชุบโครงสร้างเป็นมาร์เทนไซต์
- ก่อนนำไปชุบแข็งโครงสร้างเป็นเฟอร์ไรต์-ออสเทนไนต์
- มีคุณสมบัติที่แม่เหล็กดูดติดได้
- เหมาะกับงานที่ต้องการ ความแข็งแรง และความแข็ง
- เนื่องจากมีคาร์บอนมากเรื่องความทนทานการกัดกร่อนจึงน้อยลง แต่คงไม่เป็นสนิมในสารละลายที่มีการกัดกร่อนไม่สูงมากนัก
- Tensile strength สูงมาก แต่จะมีค่า Elongation ต่ำ
- เกรด 403 410 420 431
- นิยมนำไปทำ มีด เพลา เฟือง ลูกปืน สปริง ใช้ทำเครื่องมือตัดชิ้นส่วน เป็นต้น
4.เหล็กกล้าไร้สนิมสองเฟส (Duplex)
- มีโครงสร้างทางจุลภาคร่วมกันระหว่างเฟอร์ไรต์และออสเทนไนท์
- มีความแข็งแรงสูง ทนการกัดกร่อนได้สูงมาก ความเหนียวสูง และมีความแข็งแรงสูง
- มีคุณสมบัติที่แม่เหล็กดูดติดได้
- มีธาตุผสม โครเมียม 22%, โมลิบดีนัม 3% และ นิกเกิล 6%
- นิยมใช้ในบรรยากาศที่มีคลอไรด์ Heat Exchangers ถังบรรจุสารเคมี โรงกลั่นน้ำมันปิโตรเคมี รวมถึงแท่นขุดเจาะน้ำมัน
- ราคาแพง
- เกรดAISI 2205 2304 2507
5.เหล็กกล้าไร้สนิมแบบตกผลึกแข็ง (Precipitation-hardening)
- ภายในเนื้อวัสดุมีโครงสร้างมาร์เทนไซต์, กึ่งออสเทนไนต์ หรือ ออสเทนไนต์
- ใช้งานน้อยมากในประเทศไทย
- มีความแข็งแรงสูง เนื่องจากการตกผลึกของเฟสต่างๆ
- มีคุณสมบัติที่แม่เหล็กดูดติดได้
- เช่นเกรด PH13-9Mo, AM-350, 600, 630
- นิยมนำไปทำ แกนปั๊ม หัววาล์ว
ผลของธาตุผสมที่ส่งผลต่อการเกิดโครงสร้างแต่ละชนิด
ธาตุผสมที่ให้โครงสร้างออสเทนไนท์ : C, Ni, Mn
ธาตุผสมที่ให้โครงสร้างเฟอร์ไรต์ : Cr, Si, Mo, Al, W
ลวดเชื่อมสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม
การเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมต้องคำนึงถึงเกรดของชิ้นงาน และเกรดของลวดเชื่อมต้องเหมาะสม เช่น
สแตนเลสเกรด 304L เชื่อมต่อกับ 304L ต้องใช้ลวดเชื่อมเกรด 308L
สแตนเลสเกรด 316L เชื่อมต่อกับ 164L ต้องใช้ลวดเชื่อมเกรด 316L
สแตนเลสเกรด 304L เชื่อมต่อกับเหล็กกล้าคาร์บอน ต้องใช้ลวดเชื่อมเกรด 309L
สแตนเลสเกรด 316L เชื่อมต่อกับเหล็กกล้าคาร์บอน ต้องใช้ลวดเชื่อมเกรด 309LMo
Duplex stainless(2205) ใช้ลวดเชื่อมเกรด 2209
Super duplex stainless (2507) ใช้ลวดเชื่อมเกรด 2594
ตารางแสดงการเลือกเกรดลวดเชื่อมสแตนเลส
| Base Metal Grade | 442 446 | 430 431 | 501 502 | 416 418 | 403 410 420 |
321 347 | 317 | 316L 316 | 314 | 310 | 309 | 304L 304 | 303 | 202 301 302 | Carbon Steel |
| 202 301 302 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 | 309 310 312 | 308 | 308 | 308 | 308 | 308 | 308 | 308 | 308 | 308 | 312 310 309 |
| 303 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 |
308 | 308 | 308 | 308 | 308 | 308 | 308 | 312 308 | 308 | 312 310 309 |
| 304 304L | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 |
308 | 308 | 308 | 308 | 308 | 308 | 308L 308 | 308 | 308 | 312 310 309 |
| 309 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 |
308 | 317 316 309 | 316 | 309 | 309 | 308 | 308 | 308 | 308 | 309 310 312 |
| 310 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 |
309 | 317 316 309 | 316 | 310 | 310 | 309 310 | 309 | 309 | 309 | 310 309 312 |
| 314 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 |
309 310 308 | 309 310 | 309 310 | 310 | 310 | 309 310 | 309 310 | 309 310 | 309 310 | 310 309 312 |
| 316L 316 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 |
308 | 316 317 308 | 316L 316 | 309 310 316 | 310 309 316 | 319 309 | 308 316 | 308 316 | 308 316 | 308 310 312 |
| 317 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 | 309 310 312 | 309 310 312 |
308 | 317 | 316 308 | 309 310 317 | 317 316 309 | 317 316 309 | 308 316 317 | 308 316 317 | 308 316 317 | 309 310 312 |
| 321 347 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 | 309 310 312 |
347 308 | 308 347 | 347 308 | 309 310 347 | 309 310 347 | 347 308 | 347 308 308L | 347 308 | 347 308 | 309 310 312 |
| 403 410 420 | 310 309 312 | 310 309 312 | 310 309 312 | 309 310 | 410* 309** |
309 310 | 309 310 | 309 310 | 310 309 | 310 309 | 310 309 | 309 310 | 309 310 | 309 310 | 309 310 312 |
| 416 | 310 309 | 310 309 | 310 | 410* | 410* 309** 310** |
309 310 | 309 310 312 | 309 310 312 | 309 310 312 | 310 309 312 | 309 310 312 | 309 310 312 | 309 310 312 | 309 310 312 | 309 310 312 |
| 501 502 | 310 | 310 | 520* 310** | 310 | 310 | 310 309 | 310 309 | 310 309 | 310 309 | 310 309 | 310 309 | 310 309 | 310 309 | 310 309 | 310 312 309 |