จุดหลอมเหลวของสแตนเลสคือเท่าไร – คู่มือฉบับสมบูรณ์

1.0 ช่วงจุดหลอมเหลวของสแตนเลส

เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก (เช่น 304, 316) มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าเล็กน้อย แต่มีความเหนียวและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม

• สแตนเลสเฟอร์ริติก: มีลักษณะเด่นคือมีจุดหลอมเหลวสูง จึงมีความทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันและทนต่อการกัดกร่อนจากความเค้นได้ดีเยี่ยม
• เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก:ด้วยจุดหลอมเหลวสูงและความแข็งที่แข็งแกร่ง จึงเหมาะอย่างยิ่งกับการใช้งานที่มีความแข็งแรงสูง ทนทานต่อการสึกหรอ เช่น เครื่องมือตัดและชิ้นส่วนยานยนต์

จุดหลอมเหลวของสแตนเลสจะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ แต่เกรดส่วนใหญ่จะอยู่ในช่วง 1,400°C – 1,530°C (ประมาณ 2,550°F – 2,790°F)

เคล็ดลับ: แม้จะมีจุดหลอมเหลวสูง แต่อุณหภูมิการทำงานจริงจะต่ำกว่ามาก ตัวอย่างเช่น แนะนำให้ใช้ Type 304 ในอากาศที่มีอุณหภูมิสูงถึง 870°C (1598°F) ในขณะที่ Type 310 สามารถทนอุณหภูมิได้สูงถึง 1050°C (1922°F)

1.1 ตารางแสดงอุณหภูมิหลอมละลายของเกรดสแตนเลส

2.0 ความแตกต่างของจุดหลอมเหลวระหว่างสแตนเลส 304 และ 316

304 และ 316 เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกที่พบได้ทั่วไปมากที่สุด โดยทั้งคู่มีโครงสร้างผลึกลูกบาศก์ที่มีจุดศูนย์กลางอยู่ที่หน้า (FCC) ซึ่งยังคงเสถียรตั้งแต่จุดแข็งตัวจนถึงจุดหลอมเหลว

• สแตนเลส304 ช่วงการหลอมละลาย: ประมาณ 1,400–1,450°C (2,552–2,642°F)
• ช่วงการหลอมละลายของสแตนเลส 316: ประมาณ 1,375–1,400°C (2,507–2,552°F)

ความแตกต่างของจุดหลอมเหลวนั้นส่วนใหญ่เกิดจากองค์ประกอบทางเคมีของโลหะนั้นๆ 316 ประกอบด้วยนิกเกิลในเปอร์เซ็นต์ที่สูงกว่าและมีโมลิบดีนัมผสมอยู่ด้วย ซึ่งทำให้จุดหลอมเหลวลดลงเล็กน้อย

3.0 ปัจจัยหลักที่มีผลต่อจุดหลอมเหลวของสแตนเลส

3.1 ผลของธาตุโลหะผสม

 สแตนเลสประกอบด้วยเหล็ก โครเมียม และนิกเกิลเป็นหลัก โครเมียมช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนและเพิ่มจุดหลอมเหลว นิกเกิลเพิ่มความเหนียวแต่ลดจุดหลอมเหลว คาร์บอนเพิ่มความแข็ง และปริมาณคาร์บอนที่สูงขึ้นโดยทั่วไปจะสัมพันธ์กับจุดหลอมเหลวที่สูงขึ้น

จุดหลอมเหลวของธาตุโลหะผสมหลัก:

• เหล็ก (Fe): 1535°C
• โครเมียม (Cr): 1890°C
• นิกเกิล (Ni): 1453°C

การรวมกันขององค์ประกอบเหล่านี้ช่วยเพิ่มความต้านทานการเกิดออกซิเดชันและความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตาม การผสมผสานบางอย่างอาจทำให้เกิดจุดหลอมเหลวต่ำ ซึ่งหมายความว่าสเตนเลสแม้จะมีองค์ประกอบที่มีจุดหลอมเหลวสูง แต่ก็ไม่ได้มีจุดหลอมเหลวโดยรวมสูงกว่าเหล็กทั่วไปเสมอไป ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของโลหะผสม

3.2 โครงสร้างผลึก

โครงสร้างผลึกของสแตนเลสยังส่งผลต่อจุดหลอมเหลวด้วย

• ออสเทนนิติก (FCC): มีความเหนียวดี จุดหลอมเหลวค่อนข้างต่ำ
• เฟอริติก (BCC): จุดหลอมเหลวสูงกว่า
• มาร์เทนซิติก: เกิดจากการให้ความร้อน โครงสร้างที่ซับซ้อน จุดหลอมเหลวได้รับอิทธิพลจากวิธีการประมวลผล

3.3 เงื่อนไขภายนอก:

• แรงดัน: แรงดันที่สูงขึ้นจะเพิ่มจุดหลอมเหลว
• บรรยากาศ: ก๊าซ เช่น ออกซิเจนและกำมะถัน สามารถส่งผลต่อพฤติกรรมของวัสดุที่อุณหภูมิสูง
• สิ่งเจือปน: สิ่งเจือปนในระดับที่สูงขึ้น (เช่น กำมะถัน ฟอสฟอรัส) จะทำให้จุดหลอมเหลวลดลง

3.4 ผลกระทบของการอบด้วยความร้อนต่อจุดหลอมเหลวและประสิทธิภาพ:

แม้ว่าการอบด้วยความร้อนจะไม่เปลี่ยนจุดหลอมเหลวอย่างมีนัยสำคัญ แต่ก็ทำให้โครงสร้างและประสิทธิภาพของวัสดุเปลี่ยนแปลงไป

• การอบอ่อน: ปรับปรุงความเหนียว ลดความเครียดตกค้าง
• การชุบแข็ง: เพิ่มความแข็งแกร่ง เพิ่มความทนทานต่อแรงกระแทกจากความร้อน
• บรรเทาความเครียด: ปรับปรุงเสถียรภาพของวัสดุ ลดความเสี่ยงในการเสียรูป

4.0 ทำไมสแตนเลสถึงไม่มีจุดหลอมเหลวคงที่?

เหล็กกล้าไร้สนิมเป็นโลหะผสมที่ประกอบด้วยเหล็ก โครเมียม นิกเกิล โมลิบดีนัม และธาตุอื่นๆ โดยแต่ละธาตุมีจุดหลอมเหลวต่างกัน เหล็กกล้าไร้สนิมแตกต่างจากโลหะบริสุทธิ์ที่หลอมละลายที่อุณหภูมิเดียว โดยจะหลอมละลายในช่วงอุณหภูมิหนึ่งๆ เมื่อค่อยๆ เปลี่ยนจากของแข็งเป็นของเหลว

ช่วงการหลอมละลายนี้ถูกกำหนดโดยคำสำคัญสองคำ:

• อุณหภูมิโซลิดัส: อุณหภูมิที่การหลอมละลายเริ่มต้น
• อุณหภูมิของ Liquidus: อุณหภูมิที่วัสดุหลอมเหลวเต็มที่

5.0 เหตุใดการทราบจุดหลอมเหลวของสแตนเลสจึงมีความสำคัญ?

เมื่อใช้โลหะในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง การเข้าใจจุดหลอมเหลวถือเป็นสิ่งสำคัญ การเลือกวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวต่ำเกินไปอาจทำให้เกิดการเสียรูป ล้มเหลว หรือเกิดอุบัติเหตุร้ายแรงได้ ดังนั้น:

วิศวกรออกแบบจะต้องมั่นใจว่าวัสดุสามารถทนต่ออุณหภูมิการทำงานสูงสุดได้

กระบวนการต่างๆ เช่น การเชื่อมและการอบชุบด้วยความร้อน จะต้องพิจารณาช่วงการหลอมเพื่อให้มั่นใจถึงคุณภาพที่ปลอดภัยและสม่ำเสมอ

การหลอมและการแปรรูป:

ช่วงการหลอมมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับผู้ผลิตเหล็ก โดยจะควบคุมการหลอมและการหล่อภายในช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสม กำหนดวิธีการประมวลผลที่เหมาะสม (การรีด การตีขึ้นรูป เป็นต้น) แม้ว่าจุดหลอมเหลวอาจไม่ส่งผลกระทบโดยตรงต่อผู้ใช้ปลายทาง เช่น นักออกแบบหรือวิศวกร แต่ส่งผลกระทบทางอ้อมต่อความสามารถในการผลิตและลักษณะเฉพาะของการอบชุบด้วยความร้อน

6.0 ประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงและความแข็งแรงในการคืบคลาน

แม้ว่าจะต่ำกว่าจุดหลอมเหลว อุณหภูมิที่สูงก็สามารถทำให้เกิดผลดังต่อไปนี้ได้: ความแข็งแรงแรงดึงลดลง (เช่น ความแข็งแรงของ 100% ที่อุณหภูมิ 870°C อาจลดลงเหลือ 50% ที่อุณหภูมิ 1000°C) การเสียรูปของโครงสร้างที่นำไปสู่ความสามารถในการรับน้ำหนักและการดัดงอที่ลดลง การเกิดออกซิเดชันเพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลให้ฟิล์มออกไซด์ป้องกันเสียหายและเพิ่มความเสี่ยงต่อการกัดกร่อน การขยายตัวเนื่องจากความร้อน รอยเชื่อมคลายตัว และส่งผลกระทบต่อความสมบูรณ์ของโครงสร้าง

ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและซัลไฟด์:

โครเมียมช่วยเพิ่มความทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันในสแตนเลส โลหะผสมที่มีปริมาณนิกเกิลสูงอาจสูญเสียความทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง จุดหลอมเหลวส่งผลทางอ้อมต่อความทนทานต่อการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

7.0 ข้อควรพิจารณาในการผลิตและการเชื่อม

จุดหลอมเหลวกำหนดความเหมาะสมของเหล็กกล้าไร้สนิมสำหรับการหล่อ การเชื่อม และวิธีการประมวลผลด้วยความร้อนอื่นๆ

• สแตนเลส 304: จุดหลอมเหลวสูงและกักเก็บความร้อนได้ดี เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิปานกลางถึงสูง
• สแตนเลส 316: มีความเหนียวดีกว่าและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมทางทะเลหรือสารเคมี

รายการต่อไปนี้ประกอบด้วยโลหะทั่วไปหลายชนิดพร้อมจุดหลอมเหลวที่สอดคล้องกัน

8.0 คำถามที่พบบ่อย: จุดหลอมเหลวของสแตนเลส