ทำไมแม่เหล็กดูดติด

ช่วงนี้มีลูกค้าของผมหลายรายขอเข้ามาทดสอบว่า สเตนเลสที่โรงงานผมผลิตและจำหน่ายนั้นแม่เหล็กดูดติดหรือไม่ เพราะลูกค้าของเขาขอมาอีกที เหตุผลที่ต้องมาทดสอบเรื่องคุณสมบัติแม่เหล็กนี้ น่าจะมีอยู่ 2 ประการครับ 1. ลูกค้าเข้าใจว่า ถ้าเป็นสเตนเลสแท้ แม่เหล็กจะดูดไม่ติด จึงต้องการตรวจสอบว่าเป็นสเตนเลสแท้หรือไม่ 2. ต้องการนำเอาไปใช้งานที่จำเป็นต้องใช้คุณสมบัติแม่เหล็กดูดไม่ติด (non-magnetic) เช่น งานโครงสร้างบางประเภท, อุปกรณ์ทางการแพทย์ ฯลฯ ผลคือ พบว่า มีแรงดึงหน่วงๆอยู่บ้าง และแต่ละแผ่นนั้นก็ไม่เท่ากัน แต่ประเด็นคือ การวัดอำนาจแม่เหล็กโดยใช้แม่เหล็กลักษณะนี้ ไม่สามารถวัดออกมาเป็นตัวเลขชัดเจนให้เปรียบเทียบกันได้ ถึงแม้บางแผ่นจะมีแรงดูดมากกว่าแผ่นอื่น แต่ก็ไม่ได้มากขนาดคว่ำแผ่นแล้วยังคาอยู่ในลักษณะที่เกิดขึ้นกับเหล็กทั่วไป เช่นนี้แล้ว ที่บอกว่า ติดหรือไม่ติด ก็เป็นการวัดจากความรู้สึกของแต่ละคน หลายครั้งที่ลูกค้าโทร.มาถามก็อาจจะได้คำตอบว่า มีแรงหน่วงๆนิดหน่อย ถ้าจะให้ดีก็รบกวนมาทดสอบด้วยตัวเองจะดีกว่า เพราะแน่นอนครับว่า คำว่า “นิดหน่อย” ของแต่ละคนนั้นไม่เท่ากัน

สเตนเลสนั้นแบ่งออกเป็น 4 กลุ่ม คือ 1. เฟอร์ริติก 2. มาร์เทนซิติก 3. ออสเทนนิติก 4. ดูเพล็กซ์ ใน 4 กลุ่มนี้ มีเพียงกลุ่มเดียวที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กดูดไม่ติด (non-magnetic) คือ กลุ่มออสเทนนิติก ซึ่งเป็นกลุ่มที่นิยมใช้กันมากที่สุด คือ พวกซีรี่ส์ 300 เช่น เกรด 304,316,310 และที่มาทดสอบแรงดูดแม่เหล็กกันก็คือสเตนเลสกลุ่มนี้ แต่ควรกล่าวไว้ด้วยว่า คำว่าคุณสมบัติแม่เหล็กดูดไม่ติดนี้ไม่ใช่ไม่มีแรงดูดเลย แต่มีน้อยมาก โดยเฉพาะเมื่อเทียบกับอีกสามกลุ่มที่เหลือ ซึ่งคุณสมบัตินี้เป็นผลมาจากส่วนประกอบทางเคมีและการเรียงตัวของโครงสร้างผลึกที่ต่างจากกลุ่มอื่น

คุณสมบัติแรงดึงแม่เหล็กนั้น ในทางแม่เหล็กไฟฟ้า เรียกว่า magnetic permeability (ความซึมซาบแม่เหล็ก) เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ มิว  มีหน่วยวัดคือ เฮนรี่/เมตร (H m^-1) ในการวัดค่า permeability ของโลหะจะเทียบกับค่าคงที่แม่เหล็ก ซึ่งจะเรียกว่า ค่า Relative Permeability  นี้จะไม่มีหน่วยเพราะเทียบกับค่า permeability ของสูญญากาศ ค่า Relative permeability ของวัสดุใดๆจะมีค่าต่ำสุดเท่ากับ1.0 ถ้าค่ายิ่งมากแสดงว่า มีแรงดึงแม่เหล็กสูง ในวัสดุบางประเภท ค่า permeability จะเปลี่ยนแปลงไปตามความเข้มของสนามแม่เหล็กด้วย ดังนั้นโดยปกติเมื่อกล่าวถึงค่า permeability  ของวัสดุแม่เหล็กจึงมักจะหมายถึงค่า permeability ที่เริ่มต้น หรือ ค่า permeability ที่สูงสุด

ค่า permeability ของสเตนเลสกลุ่มออสเทนนิติค ค่อนข้างจะต่างจากกลุ่มอื่นๆมาก โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 1.003 ในขณะที่กลุ่มอื่นๆจะมากกว่า 10 ไปจนถึงมากกว่า 1000 ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบทางเคมีของแต่ละเกรด ที่ค่า 1.003 นี้จะไม่รู้สึกถึงแรงดูดมากนัก ทำให้สามารถจัดอยู่ในประเภท non-magnetic ได้ อย่างไรก็ดี ค่า permeability ในกลุ่มออสเทนนิติกนี้อาจจะมากกว่านี้ได้หากมีความเป็น ferrite และ martensite อยู่มาก ซึ่งความเป็น ferrite หรือ martensite นี้ขึ้นอยู่กับ 1. ส่วนประกอบทางเคมีของเกรดนั้นๆ และ 2. โครงสร้างผลึกที่เปลี่ยนไปจากการขึ้นรูปเย็นเช่น พับ หรือ ตัดกรรไกร

ในส่วนขององค์ประกอบทางเคมี สเตนเลสเกรดที่มีนิกเกิลและไนโตรเจนสูงกว่าเช่น 304, 316, 310 จะรักษาเสถียรภาพของความเป็นออสเทนซิติกได้ดีกว่า ในขณะที่เกรดที่มีโมลิบดินั่ม, ไททาเนียมสูง เช่น 301, 321 จะช่วยรักษาเสถียรภาพของความเป็นเฟอร์ไรต์ได้ดี  สำหรับการขึ้นรูปเย็นนั้น จะส่งผลต่อโครงสร้างออสเทนนิติกให้เป็นโครงสร้างมาร์เทนไซต์มากขึ้น ซึ่งโครงสร้างลักษณะนี้จะมีแรงดูดแม่เหล็กมากขึ้น โดยเฉพาะบริเวณขอบตัดหรือแนวพับ กล่าวสำหรับเกรดที่นิยมใช้กันคือ 304 และ 316 นั้น ถึงแม้เกรด 316 มีทั้งนิกเกิลและโมลิบดินั่มซึ่งมีผลต่อเสถียรภาพต่อโครงสร้างทั้งออสเทนนิติกและเฟอร์ไรต์ แต่เมื่อผ่านการขึ้นรูปเย็น นิกเกิลจะส่งผลให้รักษาโครงสร้างออสเทนนิกติกไว้มากกว่าทำให้ค่า permeability น้อยกว่าเกรด 304 ที่ผ่านการขึ้นรูปแบบเดียวกัน สำหรับการตัดเลเซอร์นั้น ความร้อนที่เกิดขึ้นนั้น ปกติแล้ว จะไม่ส่งผลต่อค่า permeability นอกจากกรณีที่ชิ้นงานมีการบิดงอมากผิดปกติ

การวัดด้วยแม่เหล็กชิ้นเล็กๆนั้น บ่อยครั้งที่สร้างปัญหาระหว่างผู้จำหน่ายและลูกค้า เนื่องจากไม่มีมาตรฐานการวัดเป็นตัวเลขที่ชัดเจน ในกรณีที่ต้องการหลักฐานตรวจสอบเกรดสเตนเลส วิธีหนึ่งที่สามารถทำได้เลย ก็คือ ขอใบ certificate ของแผ่นนั้นแล้วมาเทียบกับ Heat number หรือ ถ้ายังไม่มั่นใจ ก็อาจจะใช้เครื่องตรวจสอบส่วนประกอบทางเคมี ซึ่งให้ผลที่เป็นรูปธรรมกว่าการใช้แม่เหล็กมาก แต่หากต้องการทดสอบเรื่องคุณสมบัติแรงดูดแม่เหล็ก ก็คงต้องทำข้อตกลงให้ชัดเจนครับว่า จะเอาแม่เหล็กขนาดไหนมาวัด และแค่ไหนถึงเรียกว่าติด สำหรับกรณีนี้ถ้าไม่สามารถวัดเป็นตัวเลข ผมยังมองว่า คงหาข้อสรุปกันได้ยากครับ

แล้วพบกันใหม่ฉบับหน้า สวัสดีครับ

อ้างอิงhttp://www.elecnet.chandra.ac.th/learn/courses/5513101/termwork/magnetic/timesaving1.html

http://www.bssa.org.uk/topics.php?article=4

http://en.wikipedia.org/wiki/Permeability_(electromagnetism) 

ดร.อภิชาติ ชยานุภัทร์กุล