บรรลัยวิทยา: เรื่อง หม้อ ๆ (หม้อสเตนเลส)

หม้อสเตนเลสคืออะไร มีกี่ประเภท ?

สเตนเลส มาจาก สเตนเลสสตีล (Stainless Steel) เรียกเป็นภาษาไทยแบบเก๋ ๆ ว่า "เหล็กกล้าไร้สนิม"

สเตนเลส เกิดจากการเติมโครเมียมลงไปเนื้อเหล็กจนมากพอให้เกิดฟิล์มโครเมียมออกไซด์ (Cr2O3) ปกคลุมทั่วผิวหน้าเหล็ก
และปกป้องไม่ให้เนื้อเหล็กข้างในไม่ให้สัมผัสกับสิ่งแวดล้อม สเตนเลสจึงทนการกัดกร่อนได้ดีหรือมีอัตราการกัดกร่อนต่ำ

ในทางโลหะวิทยาเราเรียกฟิล์มที่ป้องกันการกัดกร่อนนี้ว่าฟิล์มพาสซีฟ (Passive Film)



โดยทั่วไปสเตนเลสจะต้องมีโครเมียมผสมไม่ต่ำกว่า 10.5 – 12 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก (แล้วแต่ตำราจะนิยาม) 
เพื่อให้มีโครเมียมออกไซด์มากพอที่จะปกคลุมทั่วหน้าของสเตนเลส  และจะทำให้อัตราการกัดกร่อนหรือ การสูญเสียเนื้อโลหะ
จากการกัดกร่อนลดลงอย่างมาก

เราจึงไม่ค่อยเห็นสนิมสีแดง ๆ ของเหล็กออกไซด์ (Fe2O3) ในสเตนเลส 



แต่รูปแบบความเสียหายสิ่งที่เราอาจจะเจอในหม้อที่เราใช้งาน คือ การกัดกร่อนแบบรูเข็ม หรือ สนิมขุม (Pitting Corrosion) 
ที่จะเป็นรูเล็ก ๆ ขยายตัวลึกลงไปในหม้อ ซึ่งรูเข็ม (Pit) พวกนี้จะเกิดขึ้นในตำแหน่งที่ฟิล์มพาสถูกทำลาย


 
นอกจากโครเมียมสเตนเลสสามารถเติมธาตุอื่น ๆ เพื่อเพิ่มสมบัติอื่น ๆ ได้ เช่น นิกเกิล (Ni) โมลิบดินัม (Mo)
ซึ่งธาตุที่ผสมลงในเหล็กยังเป็นตัวกำหนดโครงสร้างจุลภาค (Microstructure) สมบัติทางฟิสิกส์
รวมถึงสมบัติความต้านทานการกัดกร่อน ของสเตนเลส

ปกติหม้อสเตนเลสที่ใช้ในบ้านเราจะมี 2 เกรดหลัก ๆ ที่ใช้กันคือ

1.   เกรด 304 หรือ เรียก เกรด 18/8  จะเป็นหม้อแบรนด์ สารพัดสัตว์ บางยี่ห้อก็จะมาแค่หัว

     สเตนเลสเกรด 304 หรือ 18/8 จะเป็นเกรดที่มีการเติมโครเมียม 18 เปอร์เซ็นต์ และนิกเกิล 8 เปอร์เซ็นต์

    นิกเกิลที่เติมลงมาจะทำให้สเตนเลส มีโครงสร้างที่เรียกว่า ออสเตไนท์ (Austenite)
    และเราเรียกสเตนเลสในกลุ่มนี้ว่า  ออสเตนิติก สเตนเลสสตีล (Austenitic Stainless Steel)  
 
   และโครงสร้างออสเตนิติกจากการเติมนิกเกิลจะทำให้เหล็กกลุ่มนี้ขึ้นรูปได้ง่าย
   หม้อหรือ อ่างล้างจานที่มีทรงลึก  จึงต้องใช้สเตนเลสกลุ่มนี้ในการผลิต 
 
   หม้อกลุ่มนี้จะมีสมบัติทนต่อการกัดกร่อนที่ดี เพราะนิกเกิลที่เติมลงไปจะช่วยหน่วงไม่ให้สเตนเลสเกิดสนิมขุมหรือรูเข็มได้เร็ว
  
    แต่ข้อเสียที่สำคัญคือ

     I  สเตนเลสกลุ่มนี้มีสมบัติการนำความร้อนที่ไม่ค่อยดี
          ทำให้ก้นหม้อ หรือ ขอบหม้อ บริเวณรอยต่อของน้ำกับอากาศ (ระดับสูงสุดที่เราเติมอาหารลงในหม้อ)
          จะเกิดคราบสีรุ้ง ๆ หรือ สีออกน้ำตาลได้ง่าย

     II  โครงสร้างออสเตนิติก เป็นโครงสร้างที่แม่เหล็กดูดไม่ติด
           ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้กับเตาแม่เหล็กไฟฟ้าหรือเตาอินดักชันได้  
           แต่หลายคนอาจจะแย้งว่าก็เคยใช้ได้นี้   ก็โอเคอาจจะใช้ได้ แต่ประสิทธิภาพจะต่ำและจะเปลืองไฟ
           เพราะ เหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนิติก  เมื่อผ่านการขึ้นรูป โครงสร้างบางส่วนจะเปลี่ยนเป็นมาร์เทนไซต์
           ซึ่งเป็นเป็นโครงสร้างที่แม่เหล็กดูดติด 

           แต่โครงสร้างที่ดูดแม่เหล็กติดมีไม่มาก  กระแสไหลวน (Eddy Current) ที่ทำให้เกิดความร้อนที่หม้อจึงต่ำ
 
2.    เกรด 430 เกรดนี้จะเป็นแบรนด์รอง ๆ เช่น แบรนด์ดวงดาวที่ให้ความร้อนแก่เราในตอนกลางวัน 
       หรือ แบรนด์ พาหนะที่ส่งมนุษย์ไปสู่ห้วงอวกาศ 
 
     เกรดนี้ธาตุหลัก ๆ ที่เติมลงไปจะมีเพียงโครเมียมอย่างเดียว โดยจะใส่ไป 16-18 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก
     ดังนั้นมันก็เป็นสเตนเลส หรือ เหล็กกล้าไร้สนิมแน่ ๆ และสามารถใช้งานได้โอเคปลอดภัย
 
     การเติมโครเมียมแต่เพียงอย่างเดียวไม่มีนิกเกิลเติมลงมาทำให้เหล็กกลุ่มนี้มีโครงสร้างเป็นเฟอร์ไรท์ (Ferrite) 
     และเรียกเหล็กกลุ่มนี้ว่า เหล็กกล้าไร้สนิมเฟอริติก (Ferritic)  
 
    เหล็กกลุ่มนี้มีสมบัตินำความร้อนได้ดี คราบบริเวณกลางหม้อจึงมักไม่ค่อยเห็น 
    และเนื่องจากเหล็กกลุ่มนี้แม่เหล็กสามารถดูดติด ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับใช้กับเตาแม่เหล็กไฟฟ้า หรือ เตาอินดักชัน
 
ข้อเสียของเหล็กกลุ่มนี้คือ
   
    I    สมบัติการขึ้นรูปที่ไม่ดี
        ดังนั้น หม้อที่ลากขึ้นรูปลึก ๆ จึงทำได้ยาก และเวลาขึ้นรูปจะมีผิวที่ไม่สวย เรามักจะเห็นแนวการขึ้นรูปเป็นเส้นขนานกับความลึกของหม้อ

   II    สมบัติความต้านทานการกัดกร่อนที่ต่ำ ดังนั้นเราจึงมักเห็นช้อนตักน้ำส้มในพวงก๋วยเตี๋ยวมีสีดำ ๆ
         และมักจะมีรอยพรุน ทิ้งไว้เป็นร่องรอยอารธรรม แต่จริงๆ แล้วเหล็กเกรดนี้ก็สามkรถใช้งานปกติก็ไม่ได้มีปัญหาอะไร 

3.  หม้ออัดฐาน

    หม้ออัดฐานเป็นหม้อสเตนเลสแบบหนึ่งที่ผลิตจากเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 304
    แต่มีการแก้ไขข้อด้อยของหม้อชนิดนี้โดยการอัดชั้น อะลูมิเนียม ทองแดง และ/หรือ เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 430 ลงไปที่ฐานหม้อ 

   เพื่อให้ความร้อนส่งผ่านหม้อได้ดียิ่งขึ้น และช่วยลดข้อด้อยของสเตเลสกลุ่ม 304 ที่นำความร้อนได้ไม่ค่อยดี
   ปัจจุบันฐานที่อัดมักใช้เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 430 ปิดท้ายที่ก้นหม้อ เพื่อให้สามารถใช้กับเตาแม่เหล็กไฟฟ้าได้

 

คราบในหม้อสเตนเลส คืออะไร ? อันตรายไหม ?


 ในหม้อสเตนเลสเกรด 304 เรามักพบ คราบภายสีรุ้ง หรือ สีน้ำตาล ที่เกิดขึ้นบริเวณกลางหม้อ 
 เป็นเรื่องปกติ ไม่ต้องตกใจ เพราะนั้นคือชั้นออกไซด์ เพียงแต่ว่ามันหนากว่าปกติเพราะความร้อนสะสมอยู่ที่กลางหม้อมาก


ปกติแล้วฟิล์มพาสซีฟในเหล็กกล้าไร้สนิม จะมีความหนาระดับนาโนเมตร เป็นฟิล์มใส แสงทะลุผ่านและสะท้อนกลับได้

แต่หากได้รับความร้อนสูงมาก ๆ ก็จะทำให้เกิดคราบสีรุ้งได้

สีพวกนี้เกิดจากปรากฏการที่เรียกว่า ปรากฏการณ์ฟิล์มบาง (Thin Film Effect) คล้ายๆ กับที่เกิดขึ้นกับที่เราเห็นรุ้งในฟองสบู่ 


เป็นผลจากการฟิล์มพวกนี้ทำให้เกิดการหักเหของแสง แสงในบางช่วงความถี่อาจถูกดูดกลืน/หักล้างจากการแทรกสอดของแสง

ด้วยความหนาบางที่ไม่เท่ากันของฟิล์มในแต่ละตำแหน่ง แต่ละช่วงความถี่ของแสงที่ถูกหักเหและถูกดูดจึงแตกต่างกัน
เราจึงเห็นเหมือนเป็นสีรุ้ง

ในท่อไอไอเสียที่ได้รับความร้อน หรือ ไททาเนียมที่ผ่านการทำ Anodizing  หรือ  Passivation ก็เกิดสีจากปรากฏการณ์นี้เช่นกัน

 
แต่หากคราบที่เห็นไม่ใช่สีรุ้งแต่เริ่มมีสีน้ำตาลออกดำ
ก็จะเป็นผลจากชั้นออกไซด์ที่เกิดขึ้นเริ่มมี เหล็กออกไซด์ (Ferrous Oxide) เข้ามาปนกับโครเมียมออกไซด์ 
 
คราบที่เห็นจริง ๆ แล้วไม่ได้อันตราย เพราะฟิล์มพวกนี้แม้สมบัติจะไม่ดีเท่าฟิล์มบาง ๆ ใส ๆ ของโครเมียมออกไซด์
แต่ก็ทนการกัดกร่อนและป้องกันไม่ได้เนื้อโลหะข้างในสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมเช่นเดียวกัน  
 
แต่หากไม่สบายใจคราบดำ ๆ ที่เกิดขึ้น ก็สามารถใช้ผงขัดสเตนเลส กระดาษทราย หรือ ฝอยขัดหม้อ ขัดคราบพวกนี้ออกไปได้ 

เพราะฟิล์มพาสซีฟของสเตนเลสที่ถูกทำลายไป สามารถถูกสร้างขึ้นมาใหม่ได้
เนื่องจากฟิล์มพาสซีฟ มีสมบัติรักษาตัวเองได้ (Self-Healing) หรือ สามารถเกิดฟิล์ขึ้นใหม่ได้เมื่อฟิล์มถูกทำลาย (Repassive)

เพียงแค่หลังจากขัดหม้อก็ล้างน้ำให้สะอาดไม่ให้มีคราบไขมัน จากนั้นงายหม้อให้สัมผัสกับอากาศซัก 24 ชั่วโมง
แค่นั้นเราก็จะได้หม้อเก่าที่มีสมบัติทนต่อการกัดกร่อนเหมือนเดิม


#เหล็กไม่เอาถ่าน

Ref. 
1) ASM Handbook Volume 13, Corrosion, 4th edition, ASM International, USA, 1992.
2) Pierre R. Roberge, Corrosion Engineer: Principle and practices, McGraw-Hill Companies, Inc., 1st edition, USA, 2008.
3) Michael McGuire, Stainless Steels for Design Engineers, ASM International, USA, 2008.
4) Schweitzer, Philip A, Fundamentals of corrosion: mechanisms, causes, and preventative methods., Taylor and Francis Group, LLC, 1st edition, USA, 2010.
แสดงความคิดเห็น
โปรดศึกษาและยอมรับนโยบายข้อมูลส่วนบุคคลก่อนเริ่มใช้งาน อ่านเพิ่มเติมได้ที่นี่