สแตนเลสเสียหายหรือไม่? คู่มือสำหรับวิศวกรนิติวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการระบุว่าเป็นความล้มเหลวของวัสดุหรือการใช้งาน

สแตนเลสเสียหายหรือไม่? คู่มือสำหรับวิศวกรนิติวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการระบุว่าเป็นความล้มเหลวของวัสดุหรือการใช้งาน

เมื่อส่วนประกอบที่ทำจากสแตนเลสเหล็กกล้าเกิดความล้มเหลว ไม่ว่าจะเป็นการแตกร้าว การเกิดหลุมบ่อ หรือการแตกหักอย่างรุนแรง คำถามทันทีที่ตามมาคือ เป็นเพราะคุณภาพของวัสดุหรือการใช้งานหรือไม่ ในฐานะวิศวกรผู้เชี่ยวชาญด้านการตรวจสอบทางเทคนิค การแยกแยะสาเหตุที่แท้จริงระหว่างปัจจัยเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการกำหนดความรับผิดชอบ การป้องกันไม่ให้เกิดเหตุการณ์ซ้ำ และการกำหนดคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ในอนาคต นี่คือกระบวนการตรวจสอบอย่างเป็นระบบเพื่อหาสาเหตุที่แท้จริง

? 1. การประเมินเบื้องต้นของการเกิดความล้มเหลว: บันทึกข้อมูลสถานที่เกิดเหตุ

รักษาหลักฐานไว้ให้ครบถ้วน

• ถ่ายภาพบริเวณที่เกิดความล้มเหลวจากหลายมุมมอง รวมทั้งภาพรวมและภาพในระยะใกล้ของพื้นผิวที่แตกหัก

• บันทึกสภาพแวดล้อม: อุณหภูมิ, ค่าพีเอช (pH), ความเข้มข้นของคลอไรด์ และการสัมผัสสารเคมี

• บันทึกแรงกระทำขณะใช้งาน: แรงคงที่ (static load), การโหลดซ้ำๆ (cyclic loading), หรือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (thermal cycling)

เก็บตัวอย่าง

• นำชิ้นส่วนที่เกิดความล้มเหลวออกมาอย่างระมัดระวัง เพื่อไม่ให้พื้นผิวที่แตกหักเสียหายเพิ่มเติม

• เก็บชิ้นส่วนวัสดุที่อยู่ใกล้เคียงซึ่งไม่ได้รับผลกระทบเพื่อใช้เปรียบเทียบ

⚠️ 2. รูปแบบความล้มเหลวที่พบบ่อยในสแตนเลสเหล็กกล้า

A. ความล้มเหลวที่เกิดจากวัสดุ

เกิดจากข้อบกพร่องในเนื้อเหล็กกล้าเอง

1. การเลือกเกรดผิด

   • ตัวอย่าง : การใช้เหล็กกล้าไร้สนิมชนิด 304 ในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์สูงซึ่งจำเป็นต้องใช้ 316

   • หลักฐาน : การกัดกร่อนแบบเป็นจุด (pitting) หรือแบบช่องว่าง (crevice corrosion) ในสารกัดกร่อนที่มีฤทธิ์รุนแรง

2. ข้อบกพร่องทางโลหะวิทยา

   • ส่วนผสม : สารปนเปื้อนประเภทซัลไฟด์หรือออกไซด์ทำหน้าที่เป็นจุดรวมแรงดันเครียด

     • หลักฐาน : การตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) แสดงให้เห็น MnS stringers ที่จุดเริ่มต้นของรอยร้าว

   • การเปราะตัวจากเฟสซิกม่า : การตกผลึกในเกรดดูเพล็กซ์ (เช่น 2205) เนื่องจากอุณหภูมิการอบไม่เหมาะสม

     • หลักฐาน : การสูญเสียความเหนียวในการกระแทก (ผลการทดสอบชาร์ปี) การแตกแบบอินเตอร์เกรนูลาร์

3. วัสดุปลอมแปลงหรือระบุชนิดผิด

   • ตัวอย่าง : 304 ถูกขายเป็น 316

   • หลักฐาน : การวิเคราะห์ด้วย XRF แสดงว่ามีปริมาณโมลิบดีนัมต่ำ (ต่ำกว่า 2.1% สำหรับเกรด 316)

B. ความล้มเหลวที่เกิดจากปัจจัยการใช้งาน

เกิดจากปัจจัยภายนอกที่ไม่เกี่ยวข้องกับคุณภาพของวัสดุ

1. การแตกตัวจากความเครียดและสารกัดกร่อน (SCC)

   • ส่งผลให้ : ความเครียดแบบดึง + คลอไรด์ + อุณหภูมิ

   • หลักฐาน : รอยแตกแบบกิ่งก้านภายใต้กล้องจุลทรรศน์ (ลักษณะเฉพาะของ SCC จากคลอไรด์)

2. การเกิดสนิมแบบกัลวานิก

   • ส่งผลให้ : การใช้โลหะสแตนเลสคู่กับโลหะแอโนดิกมากกว่า (เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน) ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์

   • หลักฐาน : การกัดกร่อนเฉพาะจุดที่จุดสัมผัส

3. การผลิตที่ไม่เหมาะสม

   • ข้อบกพร่องในการเชื่อม :

     • ไม่มีการล้างก๊าซออก (เกิดน้ำตาลทรายด้านหลัง)

     • คราบสีจากความร้อน (คราบออกไซด์) ไม่ถูกลบออก ทำให้เกิดพื้นที่ที่โครเมียมลดลง

   • การแปรรูปเย็น : ทำให้เกิดความเครียดคงเหลือ ส่งเสริมการกัดกร่อนแบบ SCC

4. การบำรุงรักษาไม่เพียงพอ

   • ตัวอย่าง : เศษเหล็กปนเปื้อนจากเครื่องมือเหล็กกล้าคาร์บอนที่ไม่ได้ทำความสะอาด ทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม (pitting)

? 3. เทคนิคการตรวจสอบทางนิติวิทยาศาสตร์

การตรวจสอบด้วยตาและด้วยกล้องจุลทรรศน์

• การตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบสเตอริโอ : ระบุประเภทการแตกหัก (เหนียว vs. เปราะ)

• SEM/EDS : วิเคราะห์พื้นผิวการแตกหักเพื่อหาองค์ประกอบทางเคมี (เช่น การมีอยู่ของคลอไรด์)

การตรวจสอบวัสดุ

• เครื่องวิเคราะห์โลหะด้วยรังสีเอกซ์ (XRF Gun) : ตรวจสอบองค์ประกอบของโลหะได้ภายในไม่กี่วินาที

• การสเปกโตรสโกปีแบบปล่อยแสง (OES) : การวิเคราะห์เชิงปริมาณของโลหะผสมอย่างแม่นยำ

การทดสอบคุณสมบัติทางกลและความต้านทานการกัดกร่อน

• การทดสอบความแข็ง : ความแข็งสูงอาจบ่งชี้ถึงการปรับปรุงคุณสมบัติทางความร้อนที่ไม่เหมาะสม

• ชาร์ปีวีน็อตช์ : ประเมินความเหนียวต่อแรงกระแทก (ค่าที่ต่ำบ่งชี้ถึงการเปราะตัว)

• การทดสอบ ASTM G48 : ประเมินความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบเป็นจุด (หากเกิดความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับการกัดกร่อน)

การทดสอบจำลอง

• จำลองสภาพการใช้งาน (เช่น การสัมผัสคลอไรด์ที่อุณหภูมิการใช้งาน) บนตัวอย่างจากล็อตเดียวกัน

? 4. แผนภาพตัดสินใจ: วัสดุ vs. การใช้งาน

ใช้แผนภูมิลำดับนี้เพื่อจำกัดสาเหตุที่เป็นไปได้:

1. ขั้นตอนที่ 1: ตรวจสอบชนิดของวัสดุ

   • หาก XRF แสดงองค์ประกอบที่ไม่ถูกต้อง → การล้มเหลวของวัสดุ .

   • หากองค์ประกอบถูกต้อง → ดำเนินการต่อไปยังขั้นตอนที่ 2

2. ขั้นตอนที่ 2: ตรวจสอบพื้นผิวการแตกหัก

   • หากเกิดการยุบตัวแบบดักไทล์ (Ductile dimpling) → การโหลดเกิน (การใช้งาน)

   • หากเกิดการแตกร้าวแบบอินเตอร์เกรนนูลาร์ (Intergranular cracking) → ตรวจสอบการไวต่อการกัดกร่อน (วัสดุ) หรือการแตกร้าวจากความเครียดภายใต้แรงกัดกร่อน (SCC) (การใช้งาน)

   • หากเกิดหลุมบ่อ (Pitting) → ตรวจสอบคลอไรด์ (การใช้งาน) หรือสิ่งเจือปน (วัสดุ)

3. ขั้นตอนที่ 3: ตรวจสอบประวัติการผลิต

   • หากการเชื่อมขาดแก๊สพาร์จหรือแสดงสีที่เกิดจากความร้อน → การล้มเหลวในการใช้งาน .

   • หากวัสดุได้รับมาในสภาพบกพร่อง (เช่น เบillet แตก) → การล้มเหลวของวัสดุ .

?️ 5. กรณีศึกษา: เพลาปั๊มสแตนเลสเหล็กหัก

• สถานการณ์ : เพลา 316L ในแอปพลิเคชันสำหรับเรือเดินทะเลเกิดการแตกหักหลังจากใช้งานไป 6 เดือน

• การสอบสวน :

  • XRF ยืนยันว่าองค์ประกอบทางเคมีถูกต้อง (โมลิบดีนัม = 2.5%)

  • SEM แสดงรอยแตกร้าวจากความเหนื่อยล้าที่เริ่มต้นจากจุดบกพร่อง

  • EDS ตรวจพบคลอรีดในระดับสูงภายในจุดบกพร่อง

• สาเหตุหลัก : การล้มเหลวในการใช้งาน . คลอรีดจากน้ำทะเลเข้มข้นขึ้นภายใต้คราบที่สะสมอยู่ ทำให้เกิดร่องรอยการกัดกร่อนแบบเป็นจุด ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของรอยร้าวจากความเหนื่อยล้า

• ตรึง : ออกแบบใหม่เพื่อหลีกเลี่ยงพื้นที่น้ำนิ่ง; อัปเกรดเป็นสแตนเลสแบบดูเพล็กซ์ 2205 เพื่อเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบเป็นจุด

✅ 6. กลยุทธ์การป้องกัน

สำหรับความล้มเหลวของวัสดุ

• เลือกซื้อจากโรงงานที่ได้รับการรับรอง ISO 9001

• ต้องการรายงานผลการทดสอบวัสดุ (MTRs) สำหรับทุกล็อต

• ดำเนินการตรวจสอบวัตถุดิบก่อนรับเข้า (XRF, การทดสอบความแข็ง)

สำหรับปัญหาการใช้งานล้มเหลว

• ดำเนินการประเมินความเสี่ยงการกัดกร่อนก่อนเลือกวัสดุ

• ปฏิบัติตามมาตรฐาน ASTM A380/A967 สำหรับกระบวนการทำให้ผิวเงาและกระบวนการผลิต

• ฝึกอบรมช่างเชื่อมเกี่ยวกับขั้นตอนเฉพาะสำหรับสแตนเลส (เช่น การใช้ก๊าซพัวพัน)

? สรุป: การดำเนินการแบบเป็นระบบคือกุญแจสู่ความสำเร็จ

ความล้มเหลวมักไม่ใช่สิ่งที่ชัดเจนแบบขาว-ดำ มักเกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างข้อบกพร่องของวัสดุและการใช้งานที่ผิดพลาด ด้วยการวิเคราะห์อย่างละเอียดร่วมกับมาตรฐานอุตสาหกรรม คุณสามารถระบุสาเหตุที่แท้จริงและดำเนินการแก้ไขได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เคล็ดลับจากผู้เชี่ยวชาญ : จัดทำฐานข้อมูลความล้มเหลว—การบันทึกผลการสืบสวนจะช่วยเร่งการวินิจฉัยในอนาคต และช่วยในการเจรจาข้อเรียกร้องความรับผิดชอบ