ผลของการเติมธาตุโครเมียมและนิกเกิลในเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 316L ที่ผลิตด้วยการหล่อต่อโครงสร้างจุลภาคและความต้านทานการเกิดออกซิเดชัน

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้ศึกษาผลการเติมธาตุ โครเมียม และ นิกเกิล เพื่อปรับปรุงสมบัติของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติก เกรด 316L โดยเฉพาะสมบัติการต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิ 800 และ 900 องศาเซลเซียส ข้อมูลที่ใช้ในการศึกษาวิเคราะห์ประกอบด้วย โครงสร้างจุลภาค การเกิดชั้นฟิลม์ออกไซด์ รวมไปถึงอัตราการเกิดออกซิเดชันของชิ้นงาน ภายหลังจากการเตรียมชิ้นงานจากผงโลหะเหล็กกล้าไร้สนิม 316L ที่เพิ่มส่วนผสมผงโครเมียม 2, 4, 6, 8, 10% ผงนิกเกิล 2, 4, 6, 8, 10% และ ผงโครเมียมกับนิกเกิลรวม 1, 2, 3, 4, 5% แล้ว ส่วนผสมจะถูกหล่อเป็นชิ้นงานโดยเครื่องอาร์กสุญญากาศ จากนั้นชิ้นงานจะตรวจสอบส่วนผสมทางเคมี แล้วจึงทดสอบการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิ 800 และ 900 องศาเซลเซียส ผลที่ได้พบว่าชิ้นงานเหล็กกล้าไร้สนิม 316L จะมีโครงสร้างแบบออสเทไนต์ ส่วนการเติมโครเมียมจะทำให้โครงสร้างเปลี่ยนโดยเกิดเฟสเฟร์ไรต์เพิ่มขึ้นกลายเป็นโครงสร้างจุลภาคผสมออสเทไนต์และเฟร์ไรต์หรือดูเพล็กซ์ การเติมนิกเกิลยังคงทำให้โครงสร้างเป็นออสเทไนต์ และในกรณีที่เติมทั้งสองธาตุจะทำให้เกิดโครงสร้างเป็นแบบดูเพล็กซ์ หลังจากการทดสอบออกซิเดชันพบว่า การเติมแต่ละธาตุล้วนแต่ช่วยทำให้อัตราการเกิดออกไซด์ลดลงทั้งสิ้น โดยเฉพาะการเติมโครเมียมจะให้ผลดีที่สุด ทั้งนี้การเติมธาตุผสมมีส่วนทำให้สารประกอบของชั้นฟิล์มเกิดการเปลี่ยนแปลง จากเดิมที่พบเพียงชั้นฟิล์ม Cr2O3 แต่ภายหลังจากการเติมธาตุจะพบสารประกอบ Fe2O3, (Fe0.6Cr0.4)2O3, NiFe2O4 และ NiCr2O4 เพิ่มขึ้นมาจากสารประกอบเดิม ส่วนอัตราการเกิดออกไซด์ของชั้นฟิล์มส่วนใหญ่จะเป็นไปตามอัตรากลไกพาราโบลิก W = ktn โดย W = น้ำหนักที่เพิ่มขึ้น (g/cm2), t = เวลา (s), k คือ ค่าคงที่ของการเกิดปฏิกิริยา ค่า n หมายถึงกลไกของปฏิกิริยาชั้นฟิล์มออกไซด์ ถ้ามีค่าเป็น 0.5 กลไกปฏิกิริยาเป็นแบบพาราโบลิก การทดลองนี้ค่า n อยู่ในช่วง 0.44 - 0.88 กรณีที่ค่า n สูงกว่า 0.5 มากเช่น ที่ส่วนผสมโครเมียม 19.78 และนิกเกิล 13.66 ค่า n = 0.88 กลไกการเกิดชั้นฟิล์มออกไซด์จะเป็นแบบผสมระหว่างลอการิทึมและพาราโบริกทั้งนี้สันนิษฐานว่าเป็นผลมาจากความแตกต่างของโครงสร้างของชั้นฟิล์มออกไซด์เนื่องมาจากความแตกต่างส่วนผสมเคมี