การเกิด carbide precipitation ของเหล็กกล้าไร้สนิม (stainless steel) MO Memoir : Tuesday 18 December 2555

เมื่อสักประมาณ ๑๐ ปีที่แล้วได้รับคำสั่งให้ไปทำหน้าที่เป็นกรรมการด้านเทคนิคในการจัดซื้อครุภัณฑ์โครงการเงินกู้ธนาคารโลก สำหรับพัฒนาการเรียนการสอนระดับปริญญาตรี ของทบวงมหาวิทยาลัย

มีอยู่ครั้งหนึ่งเกิดปัญหาคณาจารย์ในคณะวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยแห่งหนึ่งไม่ยอมตรวจรับครุภัณฑ์ที่ผู้ขายส่งมอบ โดยอ้างว่าครุภัณฑ์ที่ได้รับนั้นไม่เรียบร้อย ครุภัณฑ์ส่วนที่เป็นปัญหาคืออ่างใส่น้ำที่ทำจากแผ่นเหล็กกล้าไร้สนิมพับขึ้นรูปเป็นรูปอ่างสี่เหลี่ยม และทำการเชื่อมรอยต่อระหว่างชิ้นส่วนที่พับขึ้นมาประกบกัน จากนั้นก็ทำการขัดรอยเชื่อมดังกล่าวให้เรียบเนียน

โดยปรกติถ้าครุภัณฑ์ที่ผู้ขายส่งมอบนั้นมีคุณลักษณะไม่ตรงตามข้อกำหนดหรือมีข้อบกพร่อง ทางผู้ซื้อก็มีสิทธิที่จะปฏิเสธไม่รับครุภัณฑ์ดังกล่าวอยู่แล้ว แต่ในกรณีนี้ครุภัณฑ์นั้นมีคุณสมบัติเป็นไปตามข้อกำหนด ประเด็นที่ต้องเชิญกรรมการทางเทคนิคเข้าไปประชุมพิจารณาให้ความเห็นคือ เหตุผลที่ทางผู้รับของปฏิเสธที่จะตรวจรับครุภัณฑ์นั้นเป็นเหตุผลที่สมเหตุสมผลหรือไม่

รูปที่ ๑ บริเวณรอยเชื่อมต่อเหล็กกล้าไร้สนิม จะเห็นสีโลหะเปลี่ยนแปลงเนื่องจากความร้อน บริเวณนี้จะเป็นจุดอ่อนที่เกิดการผุกร่อนได้ง่ายที่สุด

เหล็กกล้าไร้สนิมหรือที่เรามักนิยมเรียกทับศัพท์ว่าเหล็กสแตนเลส (stainless steel) นั้นจัดเป็นวัสดุพวกเหล็กกล้าผสมสูง (high alloy steel) โดยมีการผสม Ni และ Cr เข้าไปกับเหล็ก และมี C ตกค้างอยู่ส่วนหนึ่ง เหล็กกล้าไร้สนิมที่ใช้กันมากและพบเห็นได้ทั่วไปในชีวิตประจำวันมากที่สุดคือเบอร์ 304 และรองลงไปคือเบอร์ 316

เหล็กกล้าในกลุ่มเบอร์ 3xx นี้บางทีก็เรียกว่าเหล็กกลุ่ม 18-8 หมายถึงมี Cr 18% และ Ni 8% (องค์ประกอบโดยละเอียดของแต่ละเบอร์ก็แตกต่างกันออกไป) เบอร์ 316 นั้นมีการเพิ่ม Mo เข้ามาทำให้ทนการกัดกร่อนจากคลอไรด์ได้ดีขึ้น

วิธีการหนึ่งในการขึ้นรูปโลหะคือการเชื่อม (welding) ด้วยไฟฟ้า ในกระบวนการเชื่อมด้วยไฟฟ้าจะใช้กระแสไฟฟ้าทำให้โลหะของชิ้นงานที่ต้องการเชื่อมให้ติดกันนั้นเกิดการหลอมละลาย และในขณะเดียวกันก็จะมีการเติมโลหะ (ลวดเชื่อม) เข้าไปเติมเต็มตรงรอยต่อที่ต้องการประสานเข้าด้วยกันด้วย ลวดเชื่อมที่เติมเข้าไปก็จะเกิดการหลอมละลายรวมกับโลหะของชิ้นงานที่หลอมละลาย และเมื่อรอยเชื่อมเย็นตัวลงโลหะที่หลอมเหลวก็จะแข็งตัวประสานเป็นเนื้อเดียวกัน

สำหรับผู้ที่เรียนวิชาวัสดุวิศวกรรมมาแล้วคงทราบว่าเวลาที่เรามีโลหะหลอมเหลวนั้น ถ้าเราทำให้โลหะหลอมเหลวเย็นตัวลงด้วยอัตราเร็วที่แตกต่างกัน เราก็จะได้โลหะที่มีคุณสมบัติที่แตกต่างกันได้ ซึ่งความรู้เรื่องนี้มีการนำมาใช้ในการชุบแข็งผิวเหล็ก ด้วยการเผาเหล็กให้ร้อนและทำให้เย็นตัวลงด้วยอัตราเร็วที่แตกต่างกัน (เช่นปล่อยให้เย็นในอากาศ แช่ในน้ำ แช่ในน้ำเกลือ หรือแช่ในน้ำมัน) ก็จะได้ชิ้นงานที่มีความแข็งและความเหนียวตามต้องการ

ถ้าเป็นเหล็กกล้าทั่วไป หลังจากขึ้นรูปชิ้นงานเสร็จแล้วก็มักจะมีการทาสีหรือเคลือบผิวเพื่อป้องกันสนิม ดังนั้นเราจึงมองไม่เห็นผิวโลหะโดยตรง แต่ถ้าเป็นเหล็กกล้าไร้สนิมแล้วมักจะไม่นิยมทาสีทับ (ถ้าต้องการทาสีทับเพื่อความสวยงามก็ควรจะใช้เหล็กกล้าธรรมดาไปเลย) ทั้งนี้เพื่อต้องการอวดความเป็นมันวาวของชิ้นงาน แต่ก็ทำให้เห็นร่องรอยของรอยเชื่อมได้

สัปดาห์นี้เห็นทางมหาวิทยาลัยทำแผงเหล็กกล้าไร้สนิมรูปทรงแปลก ๆ มาติดตั้งไว้ตามที่ต่าง ๆ ซึ่งก็ยังไม่รู้เหมือนกันว่าจะติดเอาไว้เพื่อวัตถุประสงค์ใด แผงดังกล่าวดูเหมือนทำจากเหล็กกล้าไร้สนิมที่เป็นท่อนสี่เหลี่ยมนำมาเชื่อมติดกัน ซึ่งหลังจากที่เชื่อมติดกันแล้วก็มีการขัดผิวตรงรอยเชื่อมให้เรียบเสมอกับผิวท่อนเหล็ก สิ่งที่เห็นตรงรอยเชื่อมต่อคือสีของเนื้อโลหะบริเวณนี้ซึ่งเป็นบริเวณที่ได้รับความร้อนสูงจะแตกต่างไปจากบริเวณที่ไม่ได้รับความร้อนสูง

ตรงรอยเชื่อมของเหล็กกล้าไร้สนิมนั้นเป็นจุดอ่อนที่สามารถเกิด "สนิม" ได้ ทั้งนี้เพราะเมื่อเหล็กกล้าไร้สนิมเกิดการหลอมเหลวและเย็นตัวลงด้วยอัตราที่ไม่เหมาะสมนั้น คาร์บอนที่ตกมีอยู่เล็กน้อยในเนื้อโลหะจะจับตัวกับ Cr เกิดเป็นโครงสร้าง carbide แยกตัวออกมาที่เรียกว่า carbide precipitation ทำให้เนื้อโลหะตรงบริเวณนี้ที่เดิมมีคุณสมบัติเป็นเหล็กกล้าไร้สนิมนั้นสูญเสียคุณสมบัติดังกล่าวไป แต่ปัญหานี้ก็สามารถแก้ไขหรือทุเลาได้ด้วยการให้ความร้อนที่เหมาะสมแก่รอยเชื่อมและควบคุมการเย็นตัวให้เหมาะสม หรือไม่ก็เลือกใช้เหล็กกล้าไร้สนิมที่มีปริมาณคาร์บอนต่ำ ซึ่งได้แก่พวกที่มีอักษร L ต่อท้ายเลขเช่น 304L และ 316L ซึ่งจะมีปริมาณคาร์บอนต่ำกว่าเบอร์ 304 และ 316

เหตุผลที่ทำให้ทางกรรมการตรวจรับไม่ยอมตรวจรับครุภัณฑ์ดังกล่าวคือเขาว่า water bath ที่เขาได้นั้นมันมี "สี" ทำให้เขากลัวว่าถ้าเขามันไปใช้ในการเลี้ยงเชื้อ "สี" นั้นจะละลายเข้าไปในน้ำและ "ซึมผ่าน flask" ที่เขาใช้เลี้ยงเชื้อ และส่งผลต่อเชื้อที่เขาเลี้ยงได้ ทางผู้ขายก็พยายามแก้ไขโดยการขัดและล้างบริเวณดังกล่าวแต่ "สี" นั้นก็ไม่หายไป (มันจะหายไปได้อย่างไรในเมื่อมันเป็นส่วนหนึ่งของเนื้อโลหะ) ตอนแรกที่เขาให้ผมดูครุภัณฑ์ที่เป็นปัญหานั้นเขายังไม่บอกผมว่าทางคนตรวจรับใช้เหตุผลใดในการปฏิเสธ ผมตรวจดูแล้วก็เห็นว่ามันปรกติดี เป็นไปตามข้อกำหนดทุกประการ รอยเชื่อมก็เรียบร้อยดี แต่งผิวได้เรียบร้อยดี ส่วนเรื่องสีนั้นผมเห็นว่ามันเป็นเรื่องปรกติที่ต้องเกิดเนื่องจากการเชื่อมโลหะ (บังเอิญเคยคุมงานวางท่อในโรงงานมาก่อน ก็เลยพอมีประสบการณ์ได้เห็นรอยเชื่อมท่อเหล็กกล้าไร้สนิมมาบ้าง) 

 

ซึ่งผมก็ได้ให้ความเห็นไปว่าเหตุผลที่กรรมการตรวจรับแย้งมานั้นมันไม่มีน้ำหนัก (เกรงว่าถ้าใช้คำว่าเหตุผลมันฟังไม่ขึ้นก็จะแรงเกินไป) ถ้ามีการฟ้องร้องกันก็คงแพ้คดีแน่ และก็ไม่คิดว่าจะก่อให้เกิดปัญหาอย่างที่เขากังวลด้วย

เรื่องก็ยังไม่จบแค่นั้น เพราะกรรมการตรวจรับก็ยังไม่ยอมตรวจรับอยู่ดี ต้องมีการเรียกประชุมกรรมการเทคนิคใหม่อีกรอบ มาคราวนี้ก็เลยมีการยื่นข้อเสนอว่า ถ้าทางกรรมการตรวจรับนั้นไม่ประสงค์ที่จะตรวจรับครุภัณฑ์ชิ้นดังกล่าว ก็ขอให้ส่งคืนให้กับทางทบวงมหาวิทยาลัย เพราะมีมหาวิทยาลัยหลายแห่งทราบเรื่องดังกล่าวแล้วและก็ยินดีที่จะตรวจรับเอาครุภัณฑ์ที่ท่านปฏิเสธนั้นไปใช้งานเอง

เท่านั้นเองเรื่องต่าง ๆ ก็จบลงสักที

เรื่องนี้สอนให้รู้ว่าคนที่เป็นอาจารย์มหาวิทยาลัยนั้น แม้จะจบปริญญาเอก เรียนรู้มาทางด้านสายวิทยาศาสตร์ที่ต้องใช้เหตุผล แต่เวลาทำงานเข้าจริงนั้นกลับใช้ ความเชื่อ ความรู้สึก หรือความลำเอียง ในการพิจารณาสิ่งต่าง ๆ นั้น หาได้ไม่ยากหรอก