เหล็กชนิดใดที่ไม่เป็นแม่เหล็ก?

เมื่อพูดถึงเหล็ก คนส่วนใหญ่มักนึกถึงโลหะที่แข็งแรงและมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก อย่างไรก็ตาม เหล็กทุกชนิดไม่ได้มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กเสมอไป ในความเป็นจริง เหล็กบางประเภท โดยเฉพาะเหล็กกล้าไร้สนิมบางเกรดนั้น มีคุณสมบัติไม่เป็นแม่เหล็กหรือเป็นแม่เหล็กเพียงเล็กน้อย การทำความเข้าใจว่าอะไรทำให้เหล็กบางชนิดไม่เป็นแม่เหล็กนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับวิศวกร นักออกแบบ และผู้ผลิตที่ทำงานในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การแปรรูปอาหาร อุปกรณ์ทางการแพทย์ การใช้งานทางทะเล และอิเล็กทรอนิกส์

ในบทความนี้ เราจะสำรวจว่าเหล็กประเภทใดบ้างที่ไม่เป็นแม่เหล็ก เหตุใดจึงมีคุณสมบัติเช่นนั้น และมีการใช้งานทั่วไปในด้านใดบ้าง ในฐานะผู้จำหน่ายเหล็กกล้าไร้สนิมคุณภาพสูงที่ได้รับความไว้วางใจซาคีสตีลเรามอบความเชี่ยวชาญทางเทคนิคเชิงลึกและวัสดุคุณภาพสูงสำหรับความต้องการเหล็กกล้าที่ไม่เป็นแม่เหล็กทุกประเภท

1. “เหล็กกล้าที่ไม่เป็นแม่เหล็ก” หมายความว่าอย่างไร?

เหล็กกล้าที่ไม่เป็นแม่เหล็กหมายถึงโลหะผสมที่ไม่มีแรงดึงดูดแม่เหล็กสูง ในทางวิทยาศาสตร์ โลหะผสมเหล่านี้ถูกจัดประเภทเป็นออสเทนิติกเหล็กกล้าเนื่องจากโครงสร้างผลึกเฉพาะของมัน ซึ่งรู้จักกันในชื่อโครงสร้างลูกบาศก์แบบศูนย์กลางหน้า (FCC)โครงสร้างนี้ไม่เอื้อต่อการเรียงตัวของโดเมนแม่เหล็ก ทำให้เหล็กชนิดนี้แทบไม่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กเลย

อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ เหล็กบางชนิดอาจมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กเล็กน้อยหลังจากผ่านกระบวนการขึ้นรูปเย็นหรือการเชื่อม แต่ก็ยังคงมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กอ่อนกว่าเหล็กเฟอร์ริติกหรือมาร์เทนซิติกมาก

2. วิทยาศาสตร์เบื้องหลังคุณสมบัติแม่เหล็กในเหล็กกล้า

คุณสมบัติแม่เหล็กในเหล็กกล้าขึ้นอยู่กับโครงสร้างจุลภาคเป็นอย่างมาก โดยเหล็กกล้าไร้สนิมมีโครงสร้างจุลภาคหลักอยู่ 3 ประเภท ได้แก่:

• ออสเทนิติก (ไม่เป็นแม่เหล็ก)– โครงสร้างลูกบาศก์แบบมีอะตอมอยู่ตรงกลางหน้า; มีปริมาณนิกเกลและโครเมียมสูง; ไม่เป็นแม่เหล็กในสภาพอบอ่อน

• เฟอร์ริติก (แม่เหล็ก)– โครงสร้างลูกบาศก์แบบมีจุดศูนย์กลางอยู่ที่ตัวมันเอง ประกอบด้วยโครเมียมแต่มีนิกเกลน้อยมากหรือไม่มีเลย มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กแรงสูง

• มาร์เทนซิติก (แม่เหล็ก)– มีปริมาณคาร์บอนและโครเมียมสูง มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก และสามารถเพิ่มความแข็งแรงได้ด้วยการอบชุบความร้อน

เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติกมีคุณสมบัติไม่เป็นแม่เหล็กเนื่องจากนิกเกล ซึ่งช่วยรักษาเสถียรภาพโครงสร้าง FCC และป้องกันการก่อตัวของเฟสเฟอร์ไรต์หรือมาร์เทนไซต์ที่เป็นแม่เหล็ก

3. เหล็กกล้าที่ไม่เป็นแม่เหล็กทั่วไป

ก. เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติก

นี่คือเหล็กกล้าที่ไม่เป็นแม่เหล็กที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด เกรดหลักๆ ได้แก่:

• เหล็กกล้าไร้สนิม 304 (UNS S30400)
  เหล็กกล้าไร้สนิม 304 เป็นที่รู้จักกันดีว่าเป็นเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดที่พบได้ทั่วไป มีส่วนประกอบของโครเมียม 18% และนิกเกล 8% ในสภาพอบอ่อนนั้นเหล็กกล้าชนิดนี้ไม่เป็นแม่เหล็ก แต่สามารถกลายเป็นแม่เหล็กได้เล็กน้อยหลังจากผ่านกระบวนการขึ้นรูปเย็นอย่างหนัก

• สแตนเลส 316 (UNS S31600)
  มีส่วนประกอบของโมลิบเดนัมเพื่อเพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อน โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมทางทะเลและทางเคมี จึงเหมาะสำหรับงานที่ต้องการทั้งความทนทานต่อการกัดกร่อนและคุณสมบัติที่ไม่เป็นแม่เหล็ก

• เหล็กกล้าไร้สนิม 310 และ 321
  เกรดเหล่านี้ไม่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก และได้รับการออกแบบมาสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงหรือทนต่อการเกิดออกซิเดชัน

• เหล็กกล้าไร้สนิม 904L (UNS N08904)
  เป็นเหล็กกล้าออสเทนิติกเกรดสูงที่มีนิกเกล (24–26%) และโมลิบเดนัม (4–5%) ในปริมาณมาก ทำให้ไม่เป็นแม่เหล็กแม้หลังจากผ่านกระบวนการผลิตแล้ว

4. เหตุใดจึงต้องใช้เหล็กที่ไม่เป็นแม่เหล็ก?

เหล็กกล้าที่ไม่เป็นแม่เหล็กมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมที่การรบกวนจากสนามแม่เหล็ก การกัดกร่อน และสุขอนามัยเป็นข้อกังวลหลัก ประโยชน์ที่ได้รับ ได้แก่:

• ค่าการซึมผ่านของสนามแม่เหล็กต่ำ:ป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรืออุปกรณ์วัดที่มีความไวสูง

• ทนทานต่อการกัดกร่อนดีเยี่ยม:เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานทางทะเล เคมี และการแพทย์

• ความสามารถในการทำความสะอาด:พื้นผิวเรียบและไม่มีรูพรุนช่วยป้องกันการสะสมของแบคทีเรีย เหมาะอย่างยิ่งสำหรับอุตสาหกรรมอาหารและยา

• ความทนทานและความแข็งแรง:คงความทนทานสูงแม้ในอุณหภูมิเยือกแข็ง

5. การใช้งานของเหล็กกล้าไร้สนิมที่ไม่เป็นแม่เหล็ก

เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะตัวที่โดดเด่น เหล็กกล้าที่ไม่เป็นแม่เหล็กจึงถูกนำไปใช้ในด้านต่างๆ ดังนี้:

ก. อุปกรณ์ทางการแพทย์และห้องปฏิบัติการ

เหล็กกล้าไร้สนิมที่ไม่เป็นแม่เหล็กถูกนำมาใช้ในเครื่องมือผ่าตัด ชิ้นส่วนเครื่องสแกน MRI และเฟอร์นิเจอร์ในโรงพยาบาล เนื่องจากไม่รบกวนสนามแม่เหล็ก

ข. โครงสร้างทางทะเลและนอกชายฝั่ง

เหล็กกล้าไร้สนิม 316 และ 904L ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในชิ้นส่วนเรือ เพลาใบพัด และแท่นขุดเจาะนอกชายฝั่ง เนื่องจากมีความทนทานต่อการกัดกร่อนของน้ำทะเลและมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กต่ำ

ค. อุตสาหกรรมแปรรูปอาหารและเครื่องดื่ม

เหล็กกล้าไร้สนิมเกรดออสเทนิติก เช่น 304 และ 316 ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสะอาด ถูกสุขอนามัย และทนทานต่อกรดและเกลือที่พบในกระบวนการแปรรูปอาหาร

ง. การประยุกต์ใช้ในด้านอวกาศและการป้องกันประเทศ

คุณสมบัติที่ไม่เป็นแม่เหล็กมีความสำคัญอย่างยิ่งในตัวเรือนอุปกรณ์วัดและชิ้นส่วนอากาศยาน เนื่องจากสัญญาณรบกวนจากสนามแม่เหล็กอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงาน

E. ระบบอิเล็กทรอนิกส์และระบบทำความเย็น

เหล็กกล้าออสเทนิติกคงความเสถียรในสภาพอากาศหนาวจัดและไม่รบกวนเซ็นเซอร์แม่เหล็ก ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับถังเก็บสารแช่แข็งและอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูง

6. ปัจจัยที่อาจส่งผลต่อคุณสมบัติแม่เหล็กในเหล็กกล้าไร้สนิม

แม้แต่เหล็กกล้าที่ไม่เป็นแม่เหล็กก็อาจเกิดคุณสมบัติแม่เหล็กเล็กน้อยได้เนื่องจาก:

• การขึ้นรูปเย็น (การขึ้นรูป การดัด หรือการรีด):แรงทางกลอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงบางส่วนไปเป็นมาร์เทนไซต์ ซึ่งจะทำให้คุณสมบัติทางแม่เหล็กเพิ่มขึ้นเล็กน้อย

• การเชื่อมโลหะ:บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนสามารถก่อให้เกิดเฟอร์ไรต์ ซึ่งนำไปสู่การเกิดสนามแม่เหล็กเฉพาะที่

• รูปแบบการจัดองค์ประกอบที่หลากหลาย:ปริมาณนิกเกลที่ต่ำลงอาจลดความเสถียรของออสเทนไนต์ ทำให้มีความเสี่ยงต่อการเกิดปฏิกิริยาแม่เหล็กเพิ่มขึ้น

เพื่อรักษาคุณสมบัติที่ไม่เป็นแม่เหล็ก ผู้ผลิตต้องควบคุมส่วนประกอบของโลหะผสมและสภาวะการผลิตอย่างระมัดระวัง

7. วิธีทดสอบว่าเหล็กไม่เป็นแม่เหล็กหรือไม่

วิธีทดสอบง่ายๆ คือใช้แม่เหล็กขนาดเล็ก วางแม่เหล็กไว้ใกล้พื้นผิวเหล็ก:

• ถ้ามีไม่มีแรงดึงดูดมันเป็นวัสดุที่ไม่เป็นแม่เหล็ก (ออสเทนิติก)

• ถ้าหากว่าติดเล็กน้อยอาจมีเฟสเฟอร์ริติกหรือมาร์เทนซิติกบางส่วนเนื่องจากการขึ้นรูปเย็น

• ถ้าหากว่าติดแน่นมากมันเป็นแม่เหล็ก (เฟอร์ริติกหรือมาร์เทนซิติก)

ห้องปฏิบัติการระดับมืออาชีพสามารถวัดค่าสภาพซึมผ่านของแม่เหล็กได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นโดยใช้เครื่องมือเฉพาะทาง

8. การเปรียบเทียบระหว่างเหล็กกล้าแม่เหล็กและเหล็กกล้าไร้แม่เหล็ก