บล็อก

เหตุใดความต้านทานต่อการกัดกร่อนจึงเป็นเกณฑ์สำคัญในการกำหนดคุณภาพของสกรูสแตนเลสสำหรับงานเรือ

ความท้าทายด้านไฟฟ้าเคมีจากการสัมผัสน้ำทะเล

ปริมาณเกลือในน้ำทะเลทำให้มันทำตัวเหมือนตัวนำไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งเร่งการสลายตัวของโลหะผ่านปฏิกิริยาทางอิเล็กโทรเคมี น็อตสแตนเลสต้องเผชิญกับการถูกกัดกร่อนอย่างต่อเนื่อง แม้ว่าจะมีชั้นป้องกันที่ประกอบด้วยโครเมียมออกไซด์บางๆ ซึ่งปกติจะช่วยยับยั้งไม่ให้สนิมแพร่กระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วพื้นผิว ปัญหาจะเกิดขึ้นเมื่อมีรอยแตกเล็กๆ ที่อนุญาตให้ไอออนคลอไรด์แทรกผ่านเข้าไป สร้างเซลล์ไฟฟ้าขนาดเล็กบนพื้นผิวน็อต ทำให้บางส่วนของน็อตกลายเป็นขั้วบวกเมื่อเทียบกับบริเวณโดยรอบ ข้อมูลจากอุตสาหกรรมแสดงให้เห็นว่าการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมน้ำทะเลเกิดขึ้นเร็วกว่าในน้ำจืดทั่วไปประมาณ 3 ถึง 5 เท่า ซึ่งหมายความว่าจะเกิดการสูญเสียโลหะอย่างมีนัยสำคัญในจุดที่เปราะบาง เช่น เกลียวของน็อต และบริเวณที่หัวน็อตเชื่อมต่อกับก้าน โดยความแข็งแรงในการรับน้ำหนักจะลดลงประมาณ 15 เปอร์เซ็นต์ต่อปี ในพื้นที่ชายฝั่งที่ได้รับผลกระทบจากคลื่นและระดับน้ำขึ้นน้ำลง สำวิศวกรที่ทำงานกับโครงสร้างทางทะเล การรักษาระบบชั้นป้องกันเหล่านี้ให้อยู่ในสภาพสมบูรณ์ไม่ใช่เพียงแค่การเลือกวัสดุที่ดีกว่าเท่านั้น แต่ยังส่งผลโดยตรงต่อความทนทานของระบบทั้งหมดภายใต้แรงกระทำ

คลอไรด์กระตุ้นการกัดกร่อนแบบเป็นจุดและแบบช่องว่างในสลักเกลียวสแตนเลสได้อย่างไร

ไอออนของคลอไรด์เริ่มต้นกระบวนการกัดกร่อนแบบเฉพาะที่ผ่านกลไกที่ดำรงตนเอง: โดยจะรวมตัวกันที่บริเวณที่ผิวไม่สมบูรณ์ ทำให้โครเมียมออกไซด์ละลาย และสร้างสภาพแวดล้อมที่มีความเป็นกรดในระดับจุลภาค ซึ่งยิ่งทำให้ชั้นผ่านศพเสื่อมสภาพลงอย่างต่อเนื่อง

รอยแยกจะเกิดขึ้นในพื้นที่ต่างๆ เช่น ใต้แหวนรองหรือระหว่างน็อตและสลักเกลียว ซึ่งสภาพแวดล้อมจะกลายเป็นกรดและมีคลอไรด์สะสม ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาการกัดกร่อนที่ดำเนินต่อไปได้เรื่อยๆ โดยสลักเกลียวสแตนเลสเกรด 316 มาตรฐานที่จุ่มอยู่ในน้ำทะเลอุ่นสามารถพัฒนาเป็นหลุมกัดกร่อนที่โตเร็วได้ถึง 1 มิลลิเมตรต่อปี รายงานจากอุตสาหกรรมระบุว่า เกือบครึ่งหนึ่งของความล้มเหลวของสลักเกลียวในงานทางทะเลเริ่มต้นจากการกัดกร่อนแบบซ่อนอยู่นี้ตามจุดเชื่อมต่อ การเติมโมลิบดีนัมลงในโลหะผสมช่วยต่อต้านปัญหานี้ได้ เพราะมันสร้างสารประกอบโมลิบเดตที่มีคุณสมบัติป้องกัน ซึ่งจะหยุดไม่ให้คลอไรด์แทรกผ่านและช่วยคงชั้นเคลือบป้องกันของโลหะไว้ได้นานขึ้น

สลักเกลียวสแตนเลส 304 เทียบกับ 316: ประสิทธิภาพ ข้อจำกัด และการตรวจสอบยืนยันจริงในงานทางทะเล

บทบาทสำคัญของโมลิบดีนัมในการทำให้ชั้นผิวเฉื่อยของสลักเกลียวสแตนเลส 316 เสถียร

สิ่งที่ทำให้สแตนเลสโบลต์เกรด 304 แตกต่างจากเกรด 316 อย่างแท้จริงคือการมีโมลิบดีนัม ทั้งสองประเภทมีโครเมียมประมาณ 18% และนิกเกิลอยู่ระหว่าง 8 ถึง 10% แต่สิ่งที่สร้างความแตกต่างคือโมลิบดีนัมซึ่งมีอยู่ในเกรด 316 เท่านั้น คิดเป็นร้อยละ 2 ถึง 3 เมื่อสัมผัสกับสภาพแวดล้อมน้ำเค็ม โมลิบดีนัมจะรวมตัวกับโมเลกุลของออกซิเจนและสร้างสารประกอบไม่ละลายน้ำที่เรียกว่า โมลิบเดต โครงสร้างทางเคมีเล็กๆ เหล่านี้จะเข้าไปอุดรอยแตกและข้อบกพร่องเล็กๆ บนชั้นครอมเมียมออกไซด์ป้องกันที่ผิวโลหะ ด้วยเหตุนี้ โบลต์เกรด 316 จึงสามารถทนต่อความเสียหายจากการกัดกร่อนของคลอไรด์ได้มากกว่าโบลต์ 304 ทั่วไปถึงสามเท่า เมื่อใช้งานใกล้ชายฝั่งทะเล สำหรับผู้ที่ทำงานกับอุปกรณ์ที่สัมผัสกับน้ำทะเลอย่างต่อเนื่อง การเลือกใช้วัสดุเกรด 316 ไม่ใช่แค่ดีกว่า แต่แทบจะเป็นสิ่งจำเป็น หากเราต้องการให้อุปกรณ์เหล่านั้นคงทนอยู่ได้หลายฤดูกาลโดยไม่เกิดสนิม

หลักฐานจากสนามจริง: สกรูสแตนเลส 316L หลังใช้งาน 8 ปีในสภาพแวดล้อมชายฝั่ง (ท่าเรือรอตเตอร์ดัม)

นักวิจัยได้ศึกษาสิ่งที่เกิดขึ้นกับสกรูสแตนเลสที่ถูกติดตั้งในพื้นที่แนวคลื่นของท่าเรือรอตเตอร์ดัมเป็นระยะเวลาแปดปี โดยสกรูชนิด 316L ซึ่งมีปริมาณคาร์บอนต่ำกว่าเพื่อป้องกันปัญหาในระหว่างกระบวนการผลิต แสดงอาการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมเพียงเล็กน้อย (ลึกไม่ถึง 0.1 มม.) แม้จะต้องจมอยู่ในน้ำและสัมผัสกับอากาศอย่างต่อเนื่อง ในขณะเดียวกัน สกรูชนิด 304 ที่ติดตั้งใกล้เคียงกันกลับประสบปัญหากัดกร่อนแบบช่องว่างรุนแรงบริเวณที่สัมผัสกับแหวนรอง โดยบางตำแหน่งที่อยู่ภายใต้แรงเครียดสูงสูญเสียวัสดุไปมากกว่า 0.8 มม. เมื่อพิจารณาอย่างละเอียด พบว่าตัวอย่างชนิด 304 มีสัญญาณของการกัดกร่อนตามรอยเชื่อมผลึก แต่ไม่พบเลยในตัวอย่างชนิด 316L สิ่งนี้บ่งชี้อย่างชัดเจนว่า ชั้นป้องกันแบบเฉื่อยที่ดีกว่าของ 316L ทำให้มันมีข้อได้เปรียบอย่างแท้จริงเมื่อเวลาผ่านไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพที่ระดับออกซิเจนเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาและทำให้การกัดกร่อนรุนแรงขึ้น

เมื่อสแตนเลสเกรด 316 ไม่เพียงพอ: สกรูสแตนเลสประสิทธิภาพสูงสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมทางทะเลที่รุนแรง

สกรูสแตนเลสแบบซูเปอร์ออสเทนนิติก (254 SMO, AL-6XN) และแบบดูเพล็กซ์ (2205, 2507) สำหรับโรงผลิตน้ำจืดจากน้ำเค็มและโครงสร้างพื้นฐานใต้ทะเล

เมื่อต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงมาก เช่น สถาน facility การแยกเกลือออกจากน้ำ แท่นขุดเจาะน้ำมันใต้ทะเล หรือน้ำทะเลเขตร้อนที่มีอุณหภูมิสูง ระดับคลอไรด์และอุณหภูมิมักจะสูงเกินกว่าที่สแตนเลสสตีลเกรด 316 ทั่วไปจะทนได้ ในสถานการณ์เหล่านี้ ปัญหาอย่างการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม (pitting) และการแตกร้าวจากความเครียดเนื่องจากกัดกร่อน (stress corrosion cracking) จะกลายเป็นประเด็นสำคัญ ยกเว้นเราจะเปลี่ยนมาใช้อะลูมีคุณภาพดีกว่า ตัวอย่างเช่น เกรดซูเปอร์ออสเทนนิติก (super austenitic grades) วัสดุอย่าง 254 SMO และ AL-6XN มีมอลิบดีนัมระหว่าง 6 ถึง 7.5 เปอร์เซ็นต์ พร้อมไนโตรเจน ซึ่งทำให้มีค่า Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) สูงกว่า 40 สิ่งนี้หมายความว่าอย่างไร? วัสดุเหล่านี้ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือแม้จะสัมผัสกับความเข้มข้นของคลอไรด์สูงถึง 100,000 ส่วนในล้านส่วน (parts per million) และอุณหภูมิสูงกว่า 60 องศาเซลเซียส ซึ่งสูงถึงสามเท่าของที่สแตนเลสสตีล 316 มาตรฐานสามารถทนได้ อโลหะผสมแบบดูเพล็กซ์ (Duplex alloys) เช่น 2205 และ 2507 ทำงานต่างออกไปโดยรวมโครงสร้างออสเทนไนต์และเฟอร์ไรต์เข้าด้วยกัน การรวมกันนี้ทำให้วัสดุมีความแข็งแรงมากขึ้นและทนต่อการแตกร้าวจากความเครียดเนื่องจากกัดกร่อนได้ดีขึ้นในงานใต้น้ำลึก ตัวอย่างจริงที่ดีคือจากทะเลเหนือ ซึ่งสลักเกลียว 2507 ยังคงอยู่ครบถ้วนตลอดระยะเวลาสิบห้าปีในสภาพพื้นที่ที่ถูกน้ำทะเลกระเซ็น (splash zone) ในขณะที่อุปกรณ์ยึดตรึงมาตรฐาน 316 ในสภาพแวดล้อมเดียวกันเริ่มแสดงอาการเสียหายหลังจากเพียงห้าปี เนื่องจากความเสียหายจากการกัดกร่อนแบบครีบิส (crevice corrosion) ที่สะสมอย่างช้าๆ

การเลือกสกรูสแตนเลสที่เหมาะสม: แนวทางการตัดสินใจเชิงปฏิบัติสำหรับวิศวกรทางทะเล

สำหรับวิศวกรทางทะเลที่ทำงานในโครงการจริง การยึดติดกับวัสดุทั่วไปนั้นไม่เพียงพออีกต่อไป พวกเขาจำเป็นต้องดำเนินการตามกระบวนการตัดสินใจอย่างเหมาะสมโดยอิงจากสภาพแวดล้อมจริง แทนการคาดเดา เริ่มต้นจากการประเมินความรุนแรงของสภาพแวดล้อม สลักเกลียวที่ทำจากสแตนเลส 316 สามารถใช้งานได้ดีในพื้นที่ที่สัมผัสเพียงแค่อากาศ แต่เมื่อสภาพแวดล้อมมีความชื้นมากขึ้นหรืออยู่ในเขตคลื่นซัด วิศวกรควรพิจารณาทางเลือกแบบดูเพล็กซ์ เช่น 2205 หรือ 2507 เพราะวัสดุเหล่านี้ทนต่อไอออนคลอไรด์ได้ดีกว่า ขั้นตอนถัดไปคือการตรวจสอบว่าวัสดุสามารถทนต่อแรงเครียดได้หรือไม่ โดยอัลลอยด์แบบดูเพล็กซ์มีความแข็งแรงประมาณสองเท่าของสลักเกลียว 316 ทั่วไป ซึ่งถือเป็นข้อได้เปรียบสำคัญเมื่อต้องเผชิญกับการเคลื่อนไหวและแรงสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่อง ตามการวิจัยจาก ASM International เมื่อปีที่แล้ว และในท้ายที่สุด ไม่มีใครอยากใช้เงินจำนวนมากโดยไม่รู้ว่าจะประหยัดอะไรได้ในอนาคต สลักเกลียวแบบซูเปอร์ออสเทนนิติก เช่น 254 SMO อาจมีต้นทุนสูงกว่าในช่วงแรก แต่กลับมีอายุการใช้งานยาวนานกว่ามากในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น ในสถานที่ติดตั้งระบบออสโมซิสย้อนกลับ (reverse osmosis) ทำให้ส่วนใหญ่สามารถประหยัดค่าเปลี่ยนวัสดุได้ประมาณ 60% ในระยะยาว การปฏิบัติตามแนวทางสามขั้นตอนนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าทุกอย่างจะทำงานได้อย่างเชื่อถือได้นานหลายปี ลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา และป้องกันความล้มเหลวที่มีค่าใช้จ่ายสูง ซึ่งไม่มีใครอยากเผชิญ