มาริสา คุณธนวงศ์

ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

ตอบ

เหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless steel) และเหล็กกล้าชุบเคลือบสังกะสี (Galvanized steel) เป็นเหล็กกล้าที่ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเหมือนกัน แต่ต่างกันที่กระบวนการผลิต อายุการใช้งาน และความทนทาน

เป็นที่ทราบกันดีว่า ‘เหล็กกล้า (Steel)’ เป็นโลหะผสม (Alloy) ระหว่างเหล็กที่เป็นองค์ประกอบหลักกับคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบรอง โดยทั่วไปโลหะผสมจะมีส่วนผสมของคาร์บอนประมาณ 0.2 ถึง 2.1 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักซึ่งปริมาณของคาร์บอนจะเป็นตัวบ่งบอกเกรดของเหล็กกล้า

อย่างไรก็ตาม นอกจากคาร์บอนแล้วในกระบวนการผลิตอาจมีการปรับปรุงสมบัติของเหล็กกล้าด้วยการเติมธาตุต่างๆ เช่น ทังสเตน โครเมียม แมงกานีส และวาเนเดียมเข้าไปเพื่อทำให้เหล็กกล้ามีสมบัติที่เหมาะกับการใช้งานตรงตามวัตถุประสงค์มากขึ้น

สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless steel) หรือที่มักนิยมเรียกทับศัพท์ว่า ‘สเตนเลสสตีล’ นั้นเป็นเหล็กกล้าที่มีการเติมธาตุโครเมียมลงในส่วนผสมไม่ต่ำกว่า 10 เปอร์เซ็นต์โดยมวล เพื่อปรับปรุงให้เหล็กกล้ามีสมบัติทนต่อการกัดกร่อนได้ดี

โครเมียมที่เติมลงไปในเนื้อของเหล็กกล้านั้นจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศเกิดเป็นฟิล์มบางซึ่งเป็นชั้นของโครเมียมออกไซด์เคลือบผิวโลหะเอาไว้ไม่ให้น้ำและอากาศผ่านเข้าไปทำลายเนื้อโลหะจนเกิดการกัดกร่อนขึ้นได้ ทั้งนี้ชั้นฟิล์มดังกล่าวยังสามารถสร้างขึ้นใหม่ได้อย่างรวดเร็วเมื่อผิวโลหะเกิดการขูดขีดอีกด้วย

ภาพ 1. แสดงถึงชั้นของโครเมียมออกไซด์บนผิวโลหะที่สามารถป้องกันเหล็กกล้าไร้สนิมจากการกัดกร่อนซึ่งมีความหนาเพียง 130 อังสตรอมหรือประมาณ 13 นาโนเมตร
ภาพ 2. แสดงถึงชั้นฟิล์มที่ถูกทำลายไปเมื่อผิวโลหะได้รับความเสียหาย
ภาพ 3. แสดงให้เห็นว่า ชั้นฟิล์มดังกล่าวสามารถสร้างใหม่ได้เองเมื่อโครเมียมในเนื้อโลหะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศเกิดเป็นชั้นโครเมียมออกไซด์อีกครั้ง

ในกระบวนการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิม ผู้ผลิตจะเติมโครเมียมลงในน้ำเหล็กแล้วรอให้น้ำเหล็กเย็นจนเหล็กแข็งตัว จากนั้นจะนำเหล็กที่แข็งตัวแล้วไปแช่ในกรด (Pickling) เพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนต่างๆ (Impurity) ให้ออกจากผิวโลหะซึ่งเป็นการเตรียมพื้นผิวให้เหมาะสมต่อกระบวนการสร้างฟิล์มบาง (Passivation) ที่จะเกิดขึ้น

ลักษณะการใช้งานของเหล็กกล้าไร้สนิม

ด้วยความแข็งแรงและทนต่อการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิม มันจึงได้รับความนิยมนำมาใช้เป็นวัสดุหลักที่สำคัญในงานก่อสร้าง เช่น ใช้เป็นโครงสร้างของตึกระฟ้า ใช้สร้างบ้าน ใช้เป็นท่ออุตสาหกรรมและท่อน้ำสำหรับอาคาร ฯลฯ ใช้ทำเป็นเครื่องมือ (Hardware) เครื่องมือขนาดเล็กที่ทำงานด้วยมือ (Hand tool) และใบเลื่อย รวมทั้งใช้ทำเฟอร์นิเจอร์ เครื่องใช้บนโต๊ะอาหาร หรือเครื่องประดับ

นอกจากนี้เหล็กกล้าไร้สนิมยังทนต่อการกัดกร่อนได้ดีแม้แช่อยู่ในน้ำหรือน้ำเกลือ ดังนั้นมันจึงเหมาะที่จะนำไปใช้ทำเป็นอุปกรณ์ที่ใช้งานในน้ำหรือในทะเลได้ด้วย

แต่อย่างไรก็ตาม โลหะชนิดนี้ยังมีข้อจำกัดในการใช้งานบางประเภทโดยเฉพาะกับงานที่ทำให้ชั้นออกไซด์เสียหาย อย่างงานที่ต้องสัมผัสกับสารคลอรีน ซึ่งรวมถึงการทำความสะอาดผิวโลหะด้วยน้ำยาที่มีสารฟอกคลอรีน และงานหรืออุปกรณ์ที่ใช้โลหะสองชิ้นเสียดสีกัน

ส่วนเหล็กกล้าชุบเคลือบสังกะสี (Galvanized Steel) นั้นเป็นเหล็กกล้าที่ผ่านกระบวนการเคลือบด้วยชั้นบางของสังกะสี (Galvanizing process) เพื่อป้องกันการกัดกร่อน

กระบวนการเคลือบดังกล่าวทำได้สองวิธีคือ การชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อน (Hot dip galvanizing) และการเคลือบสังกะสีด้วยไฟฟ้า (Electrogalvanizing / Electroplating)

สำหรับวิธีการชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อนทำได้โดยจุ่มเหล็กกล้าลงในอ่างสังกะสีแล้วยกขึ้น เมื่อเหล็กเย็นตัวลงสังกะสีจะเคลือบติดบนพื้นผิวของโลหะ

ส่วนวิธีการเคลือบสังกะสีด้วยไฟฟ้านั้นทำได้โดยจุ่มเหล็กกล้าลงในอ่างอิเล็กโทรไลต์ที่มีสังกะสี ไฟฟ้าจะเหนี่ยวนำสังกะสีซึ่งเป็นขั้วบวกให้ละลายลงในสารละลาย จากนั้นจะเกิดปฏิกิริยาเคมีเชื่อมระหว่างอิออนของสังกะสีกับพื้นผิวของโลหะซึ่งเป็นขั้วลบทำให้เกิดเป็นชั้นเคลือบสังกะสีบนผิวโลหะได้อย่างถาวร

การชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อน (Hot dip galvanizing) ภาพจาก พจนานุกรมวัสดุศาสตร์และเทคโนโลยี (MTEC Materials Science and Technology Dictionary)
การเคลือบสังกะสีด้วยไฟฟ้า (Electrogalvanizing/Electroplating) ภาพจาก http://news.alibaba.com/article/detail/metalworking/100190372-1-metals-knowledge%253Acontinuous-electroplating-process-steel.html

 

ลักษณะการใช้งานของเหล็กกล้าชุบเคลือบสังกะสี

เหล็กกล้าชุบเคลือบสังกะสีเป็นโลหะที่มีสมบัติทนต่อการกัดกร่อนได้ดี สามารถผลิตให้มีความแข็งแรงและความหนาได้หลายระดับตามวัตถุประสงค์ที่จะนำไปใช้ ผลิตได้ทั้งในรูปแบบที่เป็นแผ่น เป็นท่อหรือเป็นม้วน มีสมบัติเหมาะกับการใช้งานได้หลากหลายประเภทอุตสาหกรรม ไม่ว่าจะเป็นอุตสาหกรรมก่อสร้าง อุตสาหกรรมยานยนต์ รวมถึงผลิตภัณฑ์ที่ใช้ในชีวิตประจำวัน

ในอุตสาหกรรมก่อสร้าง โลหะชนิดนี้นับว่าเป็นตัวเลือกหลักของการก่อสร้างประเภทต้นทุนต่ำ อย่างโครงสร้างของบ้านเรือนทั่วไป หรือแม้แต่ใช้ทำตะปู แหวนสกรู สลักเกลียว และรั้วประดับต่างๆ เพราะนอกจากจะแข็งแรง มีสมบัติที่ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี ไม่เป็นสนิมแล้ว มันยังมีน้ำหนักที่เบาและมีราคาถูกกว่าวัสดุก่อสร้างชนิดอื่นๆด้วย

ยิ่งไปกว่านั้นน้ำหนักที่เบาของโลหะชนิดนี้ยังช่วยให้ผู้ใช้หรือผู้ประกอบผลิตภัณฑ์ในขั้นตอนสุดท้ายสามารถตัดหรือดัดมันให้เป็นรูปทรงที่ต้องการได้ในระหว่างการผลิต ซึ่งเหมาะกับการนำไปใช้ทำชิ้นส่วนยานยนต์ต่างๆ ทั้งยังนำไปใช้ทำโครงสร้างของรถที่ต้องรับน้ำหนักมาก (Heavy-duty vehicle) เช่น รถบรรทุก และรถบัส ได้อีกด้วย

นอกจากนี้แล้ว โลหะชนิดดังกล่าวยังสามารถนำมาใช้ผลิตเป็นเครื่องใช้ภายในบ้านที่มักถูกกัดกร่อนให้เกิดสนิมได้ง่าย เช่น เครื่องซักผ้าและเครื่องล้างจาน เป็นต้น

อย่างไรก็ตาม แม้ว่าโลหะชนิดนี้จะเป็นตัวเลือกที่นับว่าดีที่สุดสำหรับงานหลากหลายประเภท แต่มันก็ยังไม่สามารถตอบโจทย์ให้กับทุกๆงานโดยเฉพาะกับงานที่ต้องสัมผัสกับน้ำเกลือ เพราะเกลือสามารถทำลายชั้นเคลือบสังกะสีจนทำให้โลหะเป็นสนิมได้ในที่สุด

นอกจากนี้แล้ว ตะปูที่ทำจากโลหะชนิดนี้ยังไม่เหมาะที่จะใช้กับรั้วที่ทำจากไม้สนซีดาร์ (cedar) เนื่องจากชั้นเคลือบสังกะสีบนผิวโลหะจะทำปฏิกิริยากับเอนไซม์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติของไม้สนซีดาร์ ทำให้ตะปูเกิดเป็นคราบดำและลามลงสู่เนื้อไม้ได้อีกด้วย

สรุปความแตกต่างระหว่าง เหล็กกล้าไร้สนิม กับ เหล็กกล้าชุบสังกะสี 

กระบวนการผลิต (Manufacture)

เหล็กกล้าไร้สนิมผลิตขึ้นด้วยการเติมโครเมียมลงในเนื้อของเหล็กกล้า ฟิล์มบางที่ปกป้องผิวโลหะจะเกิดขึ้นได้เองเมื่อโครเมียมในเนื้อเหล็กสัมผัสกับออกซิเจน แต่สำหรับเหล็กกล้าชุบเคลือบสังกะสีนั้นจะผลิตขึ้นด้วยการทำให้เกิดปฏิกิริยากันระหว่างสังกะสีกับผิวโลหะโดยตรง เพื่อทำให้เกิดเป็นชั้นฟิล์มบางขึ้นมาเคลือบที่ผิวโลหะ

 

การทำงาน (Function) และ อายุการใช้งาน (Longevity)

เหล็กกล้าทั้งสองชนิดนี้สามารถทนต่อการกัดกร่อนได้โดยอาศัยการทำงานของชั้นหรือฟิล์มออกไซด์ที่เกิดขึ้นเช่นเดียวกัน แต่อายุการใช้งานของชั้นออกไซด์ของโลหะแต่ละชนิดจะแตกต่างกัน โดยชั้นซิงค์ออกไซด์ของเหล็กกล้าชุบเคลือบสังกะสีจะมีการสึกหรอจากการใช้งานและไม่สามารถสร้างขึ้นมาใหม่ได้เองเหมือนกับชั้นโครเมียมออกไซด์ของเหล็กกล้าไร้สนิมที่สามารถสร้างขึ้นใหม่ได้เองเมื่อโครเมียมในเนื้อโลหะสัมผัสกับออกซิเจนซึ่งมีอยู่ในอากาศ ดังนั้น เหล็กกล้าไร้สนิมจึงมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าเหล็กกล้าชุบเคลือบสังกะสี

ความทนทาน (Durability)

แม้ว่าชั้นซิงค์ออกไซด์ของเหล็กกล้าชุบเคลือบสังกะสีจะมีความหนาพอที่จะมองเห็นได้เมื่อเทียบกับชั้นโครเมียมออกไซด์ของเหล็กกล้าไร้สนิมที่บางเกินกว่าจะมองเห็นก็ตาม แต่ความหนาของมันก็ยังน้อยกว่า 1 มิลลิเมตร

ดังนั้นเมื่อเหล็กกล้าชุบเคลือบสังกะสีถูกขีดข่วนเพียงเล็กน้อย มันก็จะเกิดสนิมได้ง่ายและรวดเร็วกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมที่ทนทานต่อการขูดขีด ทั้งนี้ระดับความทนทานต่อการขูดขีดของเหล็กกล้าไร้สนิมขึ้นนั้นยังขึ้นอยู่กับประเภทและเกรดของมันอีกด้วย

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Stainless_steel
  2. https://www.galvanizeit.org/knowledgebase/article/electrogalvanizing-production-process
  3. https://www.ehow.com/facts_6152626_stainless-steel-vs_-galvanized-steel.html#ixzz231msSNPL
  4. https://bettereducation.com.au/dreamhome/yaf_postsm2440_Compare-electrogalvanizing-with-hot-dip-galvanizing.aspx

แหล่งข้อมูลเพิ่มเติม

  1. Galvanized Steel : https://www.wisegeek.com
  2. Galvanization : https://www.ingal.com.au/IGSM/12.htm
  3. Galvanization : https://en.wikipedia.org/wiki/Galvanization
  4. Stainless steel : https://www.j4stainless.com/info.html (ภาพ)
  5. Hot dipped galvanized line for pipe : https://www.tube-mill.com/products/Hot-dip-galvanizing-tube-pipe-line.html
  6. Stainless Steel Compositions : https://hghouston.com/resources/material-property-data/stainless-steel-data/stainless-steel-compositions.aspx

คลิกอ่านเอกสาร PDF

  1. ตารางสมบัติของเหล็กกล้าไร้สนิม : Tables_TechnicalProperties_ENstainlesssteel.pdf
  2. Hot dip galvanizing – Process, applications, properties :  Galvanizedsteel.pdf
  3. Hot Dip Galvanizing versus Electro-plating (Electro-galvanizing) : Hot Dip Galvanizing versus Electro-plating (Electro-galvanizing).pdf
  4. การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน เพื่อ การป้องกันการกัดกร่อนของเหล็กกล้า : Hotdip_Thai.pdf
Scroll Up