Paslanmaz Çelik

Paslanmaz çelikler, en az yaklaşık %12 Cr içeren demir bazlı alaşımlardır, bu miktar atmosferler ile pas oluşumunu önlemek için gereken miktardır (dolayısıyla paslanmaz olarak adlandırılır). Çok az paslanmaz çelik %30’dan fazla Cr veya %50’den az demir içerir. Görünmez ve yapışkan krom bakımından zengin bir oksit film oluşturarak paslanmaz özelliklerini elde ederler. Bu oksit oksijen varlığında oluşur ve kendini iyileştirir.

Demir yüzeyini pasif hale getiren krom, metalin alt katmanlarını korozyondan koruyan bir oksit filmi oluşturur. Bu oksit tabaka çeliğin elektrokimyasal özelliklerinde değişiklikler yaparak çeliğe korozif ortamdan koruyan özellikler katar. Krom oksit tabakası ince, sıkı, geçirimsiz ve metalin yüzey davranışlarından bir hayli etkilenmektedir.

Günümüzde 200’den fazla türü olan ve hala yeni türleri keşfedilen paslanmaz çelikler, değişik amaçlarda sanayide ve imalat sektöründe oldukça yaygın uygulama alanlarına sahiptir. Yeni element ilave edilerek değişik özellikler elde edilmektedir. Bu sayede çeliğe mukavemet, korozyon direnci, talaşlı işleme kolaylığı gibi özellikler kazandırılmaktadır.

Paslanmaz Çeliklerin Sınıflandırılması

Paslanmaz çelikler, metalurjik yapılarına göre dört ana grupta incelenmektedir.

Östenitik paslanmaz çelikler %16-26 arasında krom içerir ve nikel oranları %3,55 ile %37 arasında değişmektedir. Diğer alaşım elemenlerinden olan karbon %0,03-0,25 değerleri arasında değişirken, malzemeden beklenen diğer özellikler molibden, niyobyum, titanyum gibi elementlerin ilavesi ile sağlanmaktadır. Bu çelik grubu, pahalı olmasına rağmen en yaygın paslanmaz çelik grubudur. Östenitik paslanmaz çelikler hem oda sıcaklığında hem de yüksek sıcaklıklarda yüzey merkezli kübik kafese sahip östenitik içyapıları koruduklarından ısıl işlemle sertleştirilemezler. Süneklilikleri, toklukları ve şekillendirilebilme kabiliyetleri düşük sıcaklıklarda bile mükemmeldir. Çok iyi korozyon direncine sahiptirler ve kaynaklanabilirlikleri optimum seviyededir.

Östenitik paslanmaz çelikler manyetik değildir ve soğuk işlemle sertleştirilebilir. Sıcak ve soğuk işlem uygulanabilir ama işlem sırasında sertleşebilme kabiliyetleri vardır. Bu sebeple darbelere karşı dayanıklıdır ve işlenmesi kolay değildir. Martenzitik ve ferritik paslanmaz çeliklerle kıyaslandığında en iyi yüksek sıcaklık dayanımı ve çok iyi korozyon direnci gösterirler. 302, 304 ve 316 kalite paslanmaz çelikler yaygın olarak bilinen östenitik paslanmaz çelik türleridir. 304 kalite paslanmaz çelikte, titanyum (321) ve niyobyum (347) alaşım elementlerinin ilavesi ile stabilize edilmektedir.

Östenitik paslanmaz çelikler karbonlu çeliklerden daha yüksek termal genleşme katsayısına ve daha düşük termal iletkenlik katsayısına, daha yüksek elektrik direncine ve daha düşük ergime noktasına sahiptirler.

Östenitik paslanmaz çelikler özellikle oksitleyici veya redükleyici ortamlarda iyi korozyon direncine sahiptir. Bu tür paslanmaz çeliklere, korozyon direncini arttırmak için; kromun ferrit yapıcı etkisi, östenit yapıcı alaşım elementlerinin ilavesiyle giderilir.

  • Mükemmel korozyon dayanımına sahiptirler.
  • Kaynak edilebilme kabiliyetleri mükemmeldir.
  • Sünek olduklarından kolay şekillendirilebilirler.
  • Hijyeniktirler, temizliği ve bakımı kolaydır.
  • Yüksek sıcaklıklarda iyi mekanik özelliklere sahiptirler.
  • Düşük sıcaklıklarda mekanik özellikleri mükemmeldir.
  • Manyetik değildirler (tavlanmış halde).
  • Dayanımları sadece pekleşme ile arttırılabilir.

Ferritik paslanmaz çelikler, esas olarak %12-30 Cr içeren demir-krom alaşımlarıdır. Bu alaşımlar ferritik olarak adlandırırlar. Yaygın olarak kullanılan türleri 405 ve 430 kalite ferritik paslanmaz çeliklerdir. Kübik hacim merkez yapısına sahiptir. Bunların yapıları normal ısıl işlem sırasında çoğunlukla ferritik olarak kalır. Molibden, alüminyum, silisyum, niyobyum ve titanyum gibi karbür yapıcı ve ferritik yapıyı kararlı kılan alaşım elementleri eklenerek istenen özellikler elde edilmektedir. Bu çelikler ferromanyetiktir ve mekanik dayanımları yüksektir. Karbon miktarının %0,02-0,2 arasında değişmesinden dolayı ısıl işlemle sertleştirilemezler ve kolayca haddelenebilirler. Soğuk şekillendirme uygulandığında ise malzemenin dayanımı artarken sünekliği azalır. Bu çeliklerde 400 oC ile 510 oC arasında uygulanan işlemler kırılganlık oluşumuna neden olur ve malzemenin çentik darbe dayanımı azalır.

Standart ferritik paslanmaz çeliklerin süneklik problemini aşmak için düşük karbon ve azot içerikli yeni ferritik paslanmaz çelikler geliştirilmiş ve ticari olarak üretilmiştir. Nikel içeren paslanmaz çelikler gibi aynı korozyon direncini sağlarlar fakat alaşım elementi olarak nikele ihtiyaç olmadığı için ekonomiktirler. Buna karşın ferritik paslanmaz çelikler sünekliklerinin azlığı, çentik hassaslıkları ve düşük kaynaklanabilirliklerinden dolayı kullanımları östenitik paslanmaz çeliklerden daha sınırlıdır.

  • Orta ila iyi derecede olan korozyon dayanımı, krom miktarının artması ile iyileşir.
  • Isıl işlemle dayanım artırılamaz ve sadece tavlanmış durumda kullanılır.
  • Kaynak edilebilme kabiliyetleri düşüktür.
  • Östenitik çelikler kadar kolay şekillendirilemezler.

Dubleks paslanmaz çelikler ferrit ve östenit fazlarını bir arada barındıran yüksek alaşım elementli bir çelik türü olduğu için yüksek korozyon dayanımı ve yüksek mekanik özellikler taşıyan bir malzemedir. Tek fazlı paslanmaz çeliklere göre daha üstün özellikleri sayesinde günümüzde birçok alanda tercih edilmektedir.

Bu tür çeliklerde östenit ve ferrit faz oranlarının %50/%50 olması istenmektedir.  Ferrit fazı, mekanik ve gerilmeli korozyon çatlağına karşı dayanım sağlarken; östenit fazı ise süneklik ve genel korozyon dayanımı sağlamaktadır. Karbon içeriği ise %0,03-0,04 arasındadır. En yaygın olarak kullanılan dubleks paslanmaz çelik 2205 kalitedir. Ferrit fazı kübik hacim merkezli, östenit faz ise kübik yüzey merkezlidir.

Östenitik çeliklere kıyasla daha iyi gerilme korozyonu dayanımına; ferritik çeliklere kıyaslandığında ise daha iyi tokluk ve sünekliğe sahip olurlar. Ayrıca, iki fazın bir arada bulunması halinde tavlanmış durumda bile 550 ile 690 MPa akma dayanımı gösterirler ki, bu değer fazların tek başına türdeki çeliklerin akma dayanımının yaklaşık iki katıdır. Mevcut ticari kaliteler %22- %26 krom, %4- %7 nikel, azami %4,5 molibden, yaklaşık %0,7 bakır ve volfram ile %0,08- %0,35 azot içerirler.

Dubleks paslanmaz çelikler sınıflandırılması PRE (Pitting Resistance Equilavent) eşitliği ile yapılmaktadır. PRE eşitliğinden elde edilen değer ile malzemenin oyuklanma korozyonuna karşı gösterdiği dayanım doğru orantılıdır.

  • Gerilmeli korozyona karşı yüksek dayanıklık verirler.
  • Klor iyonunun bulunmadığı ortamlarda daha yüksek korozif dayanım gösterirler.
  • Östenitik ve ferritik çeliklerden daha yüksek mekanik dayanım sağlarlar.
  • İyi şekil verilebilirlikleri vardır.
  • Kaynak edilebilirlikleri yüksektir.

Karbon miktarı %0,1’den fazla olan çelikler yüksek sıcaklıklarda östenitik içyapıya sahiptirler. Tetragonal hacim merkez yapısına sahip demir-krom-karbon alaşımlarıdır. Ferromanyetik özelliğe sahiptir ve ısıl işlemle sertleştirilebilir. Östenitleme sıcaklığı çeliğin türüne göre 950-1050°C arasındadır. Bu sıcaklıkta tutulan çeliğe su verilirse martenzitik bir içyapı elde edilir. Bu şekilde elde edilen yüksek sertlik ve mekanik dayanım, karbon yüzdesi ile birlikte artar. 403, 410, 420 ve 501 kalite çelik yaygın olan türleridir. Korozyon direnci ferritik ve östenitik paslanmaz çeliklerle kıyaslandığında daha düşüktür. Mukavemet ve mekanik aşınmaya karşı direncin, korozyona karşı dirençle birlikte istenildiği uygulama alanlarında kullanılmaktadır.

Ürün tipine bağlı olarak martenzitik çelikler tavlanmış veya ıslah edilmiş durumda pazara sunulur. Tavlanmış olarak satın alınan ürünler biçim verildikten sonra ıslah işlemine (su verme + temperleme) tabi tutulur. Temperleme sıcaklığı değiştirilerek değişik özellikler elde edilir. En iyi korozyon dayanımı elde etmek için, tavsiye edilen ısıl işlem sıcaklığına uyulması çok önemlidir.

Martenzitik paslanmaz çelikler genellikle su verilmiş ve menevişlenmiş veya tavlanmış halde kullanılırlar. Martenzitik paslanmaz çeliklerin kritik soğuma hızlarının çok yavaş olması, yavaş soğuma halinde, örneğin sakin havada soğuma, martenzit oluşumuna neden olur. Martenzitik durumda korozyon dirençleri çok iyidir. 815°C’ye kadar paslanmazlık özelliklerini yitirmezler.

  • Orta derecede korozyon dayanımına sahiptirler.
  • Isıl işlem uygulanabilir, böylece yüksek dayanım ve sertlikler elde edilebilir.
  • Kaynak edilebilme kabiliyetleri düşüktür.
  • Manyetikler

Ülkemizde En Çok kullanılan Kaliteler

304 – 304L : Östenitik grubunun en bilinen kalitesidir. 400 °C’ye kadar yüksek oksidasyon sağlar. Mekanik direnç ve sürtünme mukavemeti çok iyidir. Düşük karbonlu hali 304L olarak geçer. Mutfak eşyaları, evyeler, ev aletleri, endüstriyel mutfaklar, kimya ve petro kimya sektörü, gıda sektörü, otomotiv sanayi, eşanjör ve boyler üretiminde kullanılır.

316 – 316L – 316 Ti : 600°C’a kadar sıcaklıklara dayanıklıdır. Mekaniksel kopma ve büzülme mukavemeti oldukça iyidir. Bünyesindeki molibdenden dolayı oksidasyon ve asitlere dayanıklıdır.400°C’a kadar sıcaklıklara dayanıklı olan düşük karbonlu hali 316L , yüksek sıcaklık ve oksidasyon mukavemetine sahip olan titanyumlu çeşidi ise 316Ti olarak geçer . Kimya, petro kimya endüstrisi, buhar kazanları, ısıya mukavim eşanjörler, çeşitli kazan uygulamalarında kullanılır.  316L grubu süthane ve nükleer mühendislik ve kağıt endüstrisinde kullanılır. 316Ti grubu ise pompa ve kompresör parçaları, kazanlar, fırınlar ve ısı değiştiricilerde kullanılır .

321 : Bünyesindeki Titan ilavesi ile korozyona karşı mukavemeti arttırılmıştır. Yüksek sıcaklıklara dayanıklıdır. Eşanjör , rezistanslar, egzost boruları, havacılık endüstrisi, bira fabrikaları, kimya endüstrisinde kullanılır.

309S: 1050 °C’a kadar sıcaklıklarda oksidasyon mukavemeti yüksektir. Yüksek sıcaklığa dayanıklı ekipmanların ve parçaların üretiminde kullanılır.

310-310S: 1100 °C’a kadar sıcaklıklarda oksidasyon mukavemeti yüksektir. Fırın parçaları ve yüksek sıcaklıklara dayanıklı ekipmanlar, kimya, petro kimya endüstrisinde kullanılır

430 : Feritik grubunun en çok kullanılan kalitesidir. İyi yüzey görünümü sağlar. Nikel içermediğinden mıknatıslanabilir. Dekoratif amaçlı kullanımlar, parlak yüzey uygulamalarında kullanılır.

441: Yuksek sıcaklık dayanımı ve iyi korozyon direnci sağlar . Egzos sistemleri , asansor  ve  eşanjör imalatında kullanılabilir.

200: En yoğun kullanılanı 201 grubu en düşük nikel içeren gruptur. Kendi içinde J1-J2 -J4-J6 olarak sınıflara ayrılır.   204CU içerisindeki bakır nedeniyle sıvama işlemlerinde daha iyi sonuç verir . Dekoratif amaçlı kullanımlar, endüstriyel mutfak , asansör , depo imalatında kullanılır .