ทวีทรัพย์ แมชชินเนอรี่ แอนด์ เซอร์วิส (THAWEESUP MACHINERY & SERVICE CO.,LTD.)
ReadyPlanet.com
bulletวิสัยทัศน์
dot
Engineering Product and Service
dot
bulletTANK ถังเหล็กและสแตนเลส
bulletเครื่องจักรในระบบบำบัดน้ำเสีย
bulletMixer (ถังผสมสารเคมีและอาหาร)
bulletงานติดตั้งเครื่องจักรโรงงาน
bulletงานก่อสร้าง (Construction)
bulletLogistices (งานขนส่งสินค้า)
dot
บริการอื่น ๆ
dot
bulletมีโกดังให้เช่า ถนน นิมิตรใหม่ 39 มีนบุรี
bulletมีที่ให้เช่าวางตู้คอนเทนเนอร์ (ถนน นิมิตใหม่ 39 ใกล้สนามบิน สุวรรณภูมิ)
dot
Link ที่เกี่ยวข้อง
dot
bulletกระทรวงอุตสาหกรรม
bulletกรมโรงงานอุตสาหกรรม
bulletการนิคมอุตสาหกรรมแห่งประเทศไทย
bulletสถาบันเหล็กและเหล็กกล้าแห่งประเทศไทย
dot
นานาสาระ
dot
bulletคำศัพท์เกี่ยวกับ "ระบบบำบัดน้ำเสีย"
bulletการกัดกร่อนของโลหะและการป้องกัน
bulletวันแม่แห่งชาติ
bulletคำขวัญวันแม่แห่งชาติ






ราคาน้ำมันวันนี้


การกัดกร่อนของโลหะและการป้องกัน

(Metallic Corrosion and Its Prevention)
    
ปัจจุบัน เรามีการใช้เหล็กเป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับงานต่างๆ มากมาย     ซึ่งข้อพิจารณาในการเลือกใช้ผลิตภัณฑ์เหล็ก นอกจากจะดูที่ความแข็งแรง  ความเหนียว   ความสามารถในการขึ้นรูปและความสามารถในการเชื่อมประกอบแล้ว     เรายังต้องพิจารณาถึงความต้านทานการกัดกร่อนด้วย เพื่อให้ใช้งานเหล็กได้อย่างคุ้มค่า  ลดความจำเป็นในการซ่อมบำรุง และมั่นใจในความปลอดภัย เช่น อุตสาหกรรมอาหาร  การขนส่งเชื้อเพลิงโดยท่อเหล็ก เป็นต้น     บทความนี้จะเสนอเนื้อหาเกี่ยวกับรูปแบบการกัดกร่อนบางประเภทที่เกิดกับโลหะและการป้องกัน

      •         การกัดกร่อนแบบสม่ำเสมอ (Uniform corrosion) เป็นการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นเนื่องจากโลหะสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมโดยอัตราการสูญเสียของเนื้อโลหะที่บริเวณต่างๆ จะใกล้เคียงกัน   ทำให้สามารถวัดอัตราการกัดกร่อนและออกแบบการบำรุงรักษาตามช่วงระยะเวลาได้

•         การกัดกร่อนเนื่องจากความต่างศักย์ (Galvanic corrosion) เช่น เมื่อโลหะ 2 ชนิดที่ต่างกันมาเชื่อมต่อกันจะเกิดความต่างศักย์ขึ้น ทำให้เกิดการไหลของอิเล็กตรอนระหว่างโลหะทั้งสอง  โลหะที่ต้านทานการกัดกร่อนได้น้อยกว่าจะเป็นอาโนด  โลหะที่ต้านทานการกัดกร่อนได้มากกว่าทำหน้าที่เป็นคาโธด โดยระดับการกัดกร่อนขึ้นกับสภาพสิ่งแวดล้อมที่โลหะทั้งสองสัมผัส  ระยะห่างจากรอยต่อ (การกัดกร่อนแบบกัลวานิคจะรุนแรงที่สุดบริเวณใกล้รอยต่อระหว่างโลหะทั้งสอง และอัตราการกัดกร่อนจะลดลงเมื่อระยะห่างจากรอยต่อนั้นเพิ่มขึ้น)  สัดส่วนพื้นที่ของคาโธดต่อพื้นที่ของอาโนด (ยิ่งสัดส่วนดังกล่าวมาก ความรุนแรงของการกัดกร่อนที่อาโนดก็จะยิ่งสูงขึ้น)

•         การกัดกร่อนแบบช่องแคบ (Crevice corrosion) เป็นการกัดกร่อนเฉพาะบริเวณ (localised corrosion) แบบหนึ่ง มักเกิดขึ้นบริเวณช่องแคบหรือรอยแยกของโลหะที่สัมผัสกับสารละลายที่สามารถแตกตัวเป็นประจุไฟฟ้า (electrolyte) ได้     การกัดกร่อนแบบนี้สามารถเกิดขึ้นได้แม้โลหะสัมผัสกับอโลหะ เช่น rubber gasket     อัตราการกัดกร่อนในช่องแคบจะสูงกว่าของเนื้อโลหะโดยรวม (bulk)     นอกจากนี้การกัดกร่อนแบบช่องแคบมักเกิดกับโลหะที่โลหะผสมที่ผิวเป็น passive เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม

•         การกัดกร่อนแบบเป็นหลุม (Pitting) เป็นการกัดกร่อนเฉพาะที่ (localized attack) อีกแบบหนึ่ง   การกัดกร่อนแบบนี้ทำให้เกิดความเสียหายได้แม้สูญเสียน้ำหนักโลหะเพียงเล็กน้อย แต่เป็นอันตรายเพราะมักเป็นการเสียหายแบบฉับพลัน   โดยจะทะลุเป็นรูและยากที่จะตรวจหา  เพราะขนาดเล็กและอาจถูกปกคลุมด้วยผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อน (corrosion product)     การกัดกร่อนแบบเป็นหลุมมักจะเกิดกับโลหะที่ผิวเป็น passive ซึ่งจะทำให้มีแรงขับ (driving force) ที่จะทำให้เกิดกระแสการกัดกร่อนไหลไปในหลุมสูง     ถ้าผิวภายนอก active ก็จะขาดแรงขับต่อการเกิดการกัดกร่อนกัดแบบหลุม     การกัดกร่อนแบบหลุมจะพบบ่อยในสารละลายที่มีคลอไรด์เป็นองค์ประกอบ เช่น น้ำทะเล

•         การกัดกร่อนตามขอบเกรน (Intergranular corrosion)  โดยปกติการกัดกร่อนบริเวณขอบเกรน (grain boundary) จะเกิดได้ดีกว่าที่โลหะพื้น (matrix) เล็กน้อย  แต่ในบางสภาวะ การกัดกร่อนบริเวณขอบเกรนจะไวมาก เช่น ปัญหาที่พบบ่อยของการกัดกร่อนแบบนี้ในเหล็กกล้าไร้สนิม คือ บริเวณรอยเชื่อมของเหล็กกล้าไร้สนิมที่เกิดการสูญเสียโครเมี่ยมในรูปของคาร์ไบด์ (Cr23C6) ทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบนี้ในบริเวณใกล้แนวเชื่อม เนื่องจากขาดโครเมี่ยมสำหรับการสร้างฟิล์มโครเมี่ยมออกไซด์ที่แน่นและป้องกันเนื้อเหล็ก

•         การผุกร่อนแบบเลือก (Selective leaching or Dealloying) จะเกิดกับโลหะผสมที่ธาตุหนึ่งเสถียรกว่าอีกธาตุหนึ่งเมื่อสัมผัสกับบรรยากาศ เช่น

- การผุกร่อนแบบ Dezincification ของทองเหลือง (ทองแดงผสมสังกะสี) ที่สังกะสีจะถูกละลายออกไป เหลือไว้เหลือแต่ทองแดงที่เป็นรูพรุน ซึ่งแม้ว่ารูปทรงจะเหมือนเดิม แต่ความแข็งแรงจะลดลง     ปัญหาดังกล่าวสามารถลดลงได้โดยการเติมดีบุกประมาณ 1 % ลงในทองเหลือง

- Graphitization ของเหล็กหล่อเทา คือ การผุกร่อนที่เกิดขึ้นเนื่องจากเหล็ก (อาโนด) ผุกร่อนไป เหลือตาข่ายกราไฟต์ลักษณะแผ่น (Graphite flake) ที่เป็นคาโธดไว้   ทำให้โครงสร้างเหล็กหล่อเทาสูญเสียความแข็ง   การแก้ปัญหาทำโดยการใช้เหล็กหล่อกราไฟต์กลม หรือเหล็กหล่ออบเหนียว (Malleable cast iron) แทน

•         การกัดเซาะ (Erosion corrosion) เป็นการกัดกร่อนที่เกิดจากทั้งทางเคมีและทางกล เช่น ในท่อส่งสารละลายที่กัดกร่อนซึ่งอาจมีสารแขวนลอยของแข็งผสม   การกัดกร่อนแบบนี้จะถูกเร่งด้วยการชนของอนุภาค ซึ่งอาจทำให้เนื้อโลหะหลุดออก หรือแค่ทำให้ออกไซด์แน่นที่ปกป้องผิวหลุดออก เปิดให้เนื้อโลหะถูกกัดกร่อนง่ายขึ้น

•         Stress corrosion เป็นการกัดกร่อนที่เกิดโดยความเค้นและสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน   โดยสภาพความเค้นของโลหะอาจเกิดจาก

Ø     ความเค้นภายในเหลือค้าง (Residual internal stress) เช่น

- จากการขึ้นรูปเย็น (Cold forming) ซึ่งสามารถแก้ไขได้โดยทำการอบอ่อน (Annealing) หลังการขึ้นรูป

- การเย็นตัวอย่างไม่สม่ำเสมอจากอุณหภูมิสูง เป็นต้น

Ø     ความเค้นจากภายนอก เช่น

- การสั่นสะเทือน

- การรับการดัดโค้ง

- ผลของความร้อน (ขยายตัวหรือหดตัว) เป็นต้น

 

 

การป้องกันการกัดกร่อน

 

            เราสามารถชะลอการกัดกร่อนของโลหะได้โดย

1.       การเลือกใช้วัสดุ (Material selection) ที่เหมาะสม เช่น

§        ในกรณีที่ต้องเชื่อมต่อโลหะ 2 ชนิดที่ต่างกัน ควรเลือกโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้ารีดักชัน (Reduction potential) ใกล้เคียงกัน   เพื่อป้องกันการกัดกร่อนเนื่องจากความต่างศักย์ (Galvanic corrosion)

§        ในกรณีของเหล็กกล้าไร้สนิมที่ใช้งานบริเวณที่ใกล้ทะเล     เราสามารถลดแนวโน้มการเกิดการกัดกร่อนแบบหลุม (Pitting) ได้โดยเลือกใช้เกรด 316 ที่ผสมโมลิบดินั่มประมาณ 2 % แทนเกรด 304

§        ในกรณีของเหล็กกล้าไร้สนิมที่หนาและต้องทำการเชื่อม     เราสามารถป้องกันการกัดกร่อนตามขอบเกรน (Intergranular corrosion) ได้โดยเลือกใช้เกรดที่มีคาร์บอนต่ำ (ไม่เกิน 0.03% เช่น เกรด 316L) หรือเกรดที่ผสม Ti หรือ Nb (ซึ่งมีความสามารถในการจับกับคาร์บอนได้ดีกว่าโครเมียม)

§        ใส่ใจเรื่องการเลือกใช้ลวดเชื่อม เพื่อป้องกันการกัดกร่อนบริเวณรอยเชื่อม (ดูรายละเอียดในบทความเรื่อง “การเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิม” ได้ที่ http://www.isit.or.th/techinfo.asp) เป็นต้น

2.       การออกแบบ (Design) ที่เหมาะสม เช่น

ออกแบบให้สัดส่วนพื้นที่ของอาโนดต่อพื้นที่ของคาโธดที่สูงจะลดการกัดกร่อนแบบ Galvanic ได้ดีกว่า

§        ทำการเคลือบโดยการพิจารณาอย่างรอบคอบ เช่น การทาสีบนโลหะที่ทนการกัดกร่อนน้อย (anode) โดยไม่ทาสีบนโลหะที่ต้านทานการกัดกร่อนมากกว่า (คาโธด) นั้นเป็นสิ่งที่ไม่ควรทำ   เนื่องจากรูขนาดเล็ก (pin-holes) ในบริเวณที่ทาสีไม่สมบูรณ์จะทำให้เกิดพื้นที่อาโนดขนาดเล็ก แต่มีพื้นคาโธดที่ขนาดใหญ่ จึงเป็นการเร่งการกัดกร่อนเฉพาะบริเวณที่อาโนด

§        ลดการสัมผัสทางไฟฟ้าระหว่างโลหะต่างชนิดกันเพื่อป้องกัน Galvanic corrosion เช่น ใช้ฉนวน (insulator) คั่น

§        ใช้ปะเก็น (Gasket) ที่เป็นของแข็ง เช่น เทฟลอนแทนวัสดุที่ดูดซับของเหลวได้

§        ออกแบบควบคุมการไหลของสารที่ขนส่งในท่อและวาล์วให้เหมาะสม  โดยคำนึงถึงรูปร่างและลักษณะทางเรขาคณิต หรือการเพิ่มความหนาของวัสดุบริเวณที่ถูกกัดเซาะสูง (Erosion corrosion) เป็นต้น

§        ในกรณีที่ส่งผ่านของเหลวที่มีตะกอนตามท่อโลหะ อาจพิจารณาใช้ตัวกรองเพื่อกรองของแข็งออก     เพื่อช่วยลดการกัดเซาะ

§        ออกแบบเผื่อให้ชิ้นงานให้มีความหนามากขึ้น หรือออกแบบให้ชิ้นงานที่เป็นอาโนดสามารถถอดเปลี่ยน ซ่อมบำรุงได้ง่าย

§        สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมที่ได้สูญเสียโครเมี่ยมไปในรูปของคาร์ไบด์ (sensitised) เช่น ชิ้นงานหนาที่ผ่านการเชื่อม     การปรับปรุงโดยกระบวนการทางความร้อนเพื่อละลายคาร์ไบด์จะสามารถช่วยป้องกันการกัดกร่อนตามขอบเกรนได้

§        เราสามารถลด Stress corrosion cracking ได้โดยการลดความเค้นเหลือค้างในชิ้นงานให้ต่ำลง โดยการอบคลายความเครียด

§        ใช้การเชื่อมแทนการใช้หมุดย้ำ (Rivet) หรือสลักเกลียว (Bolt) ในการยึดวัสดุ

 

      

 

รูปที่ 1 : การใช้ Bolt ยึดโลหะ                                       การเชื่อมยึดโลหะ               

 

§        การเชื่อมต่อโลหะ 2 ชนิดที่ต่างกัน ควรเลือกใช้โลหะที่ใช้เชื่อมที่ต้านทานการกัดกร่อนสูงกว่าโลหะพื้น (Base metal) ที่ต้องการยึดต่ออย่างน้อย 1 ตัว

3.       การปรับสภาพแวดล้อม (Modification of environment) และการบำรุงรักษาโลหะ เช่น

§        การใช้สารยับยั้งการกัดกร่อน (inhibitor) เติมในสารละลายที่ต้องการใช้ลำเลียง จัดเก็บหรือใช้ทำการผลิต เพื่อลดการกัดกร่อนของอุปกรณ์โลหะที่สัมผัส

§        การศึกษาถึงอิทธิพลของปัจจัยทางสิ่งแวดล้อมที่มีต่อการกัดกร่อน เช่น การเปลี่ยนสภาพจากคาโธดเป็นอาโนดในระบบสิ่งแวดล้อมต่างๆ เป็นต้น

§        ทำความสะอาด ตรวจสอบอุปกรณ์และขจัดตะกอนที่ตกค้างอย่างสม่ำเสมอ  เป็นต้น

4.       การเคลือบผิว/ทาสี (Coating/painting) มีด้วยกันหลายแบบ เช่น การเคลือบผิวเหล็กด้วยสังกะสี ดีบุก หรืออีนาเมล  (ดูรายละเอียดในบทความเรื่อง “เหล็กแผ่นเคลือบอีนาเมล” ได้ที่ http://www.isit.or.th/techinfo.asp)  เป็นต้น

5.       วิธีการทางไฟฟ้า-เคมี (Electrochemical methods)

§        วิธี Cathodic protection โดยการทำให้โครงสร้างที่ต้องการป้องกันเป็นคาโธด ซึ่งอาจทำโดยการให้กระแสไฟฟ้า (impressed current) หรือการใช้อาโนดสิ้นเปลือง (sacrificial anode) โดยใช้วัสดุตัวอื่นซึ่งทำหน้าที่เป็นอาโนดต่อเข้ากับโลหะที่ต้องการป้องกัน เพื่อให้ผุกร่อนแทน

รูปที่ 2 : Cathodic protection ของท่อเหล็กโดยแบบใช้กระแสไฟฟ้า

§        วิธี Anodic protection โดยการใช้กระแสไฟฟ้าจากภายนอกทำให้โลหะที่ต้องการปกป้องสร้างชั้นฟิล์มที่เสถียร (protective film) ที่ผิวซึ่งจะใช้ได้กับโลหะเพียงบางชนิด  ต่างจาก Cathodic protection ที่สามารถใช้กับโลหะได้ทุกชนิด


ขอขอบคุณข้อมูลคุณภาพจาก : สถาบันเหล็กและเหล็กกล้าแห่งประเทศไทย