Paslanmaz Çelik

Paslanmaz Çelik Nedir? 

Metalürjide paslanmaz çelik, minimum %10,5 krom elementi içeren bir demir-karbon alaşımı olarak tarif edilir. Krom elementi aşağıdaki şekilde de görüldüğü üzere çeliği paslanmaya karşı koruyan temel bileşendir. İsmini bu çeliklerin, diğer çelikler gibi lekelenmemesi, korozyona uğramaması ve paslanmamasından almaktadır.

Bu malzeme aynı zamanda, alaşım tipi ve kaliteleriyle detaylandırılmamış şekliyle, özellikle havacılık endüstrisinde korozyon dayanımlı çelik olarak da adlandırılır. Günümüzde, ürünün ömrü boyunca uygulandığı zorlu çevre şartlarında problemsiz bir şekilde çalışan birçok farklı ve kolayca ulaşılabilecek kalitelerde ve yüzey özelliklerinde paslanmaz çeliklere ulaşmak çok kolaydır. Normal günlük yaşamımızda dahi her an çatal-bıçaklardan saatlere kadar bu ürünlerin çok geniş bir şekilde kullanıldığını görürüz.

Paslanmaz çelik birçok doğal ve insan yapımı ortamda, korozyona ve oksitlenmeye karşı yüksek bir dirence sahiptir. Fakat her bir özel uygulama için doğru kalite ve tipteki paslanmaz çeliğin seçilmesi çok büyük önem taşır. Kalite seçiminde ilk adım, tasarım aşamasında paslanmaz çeliğin maruz kalacağı olası ve var olan tüm çalışma şartlarının detaylı bir şekilde analiz edilip, tanımlanmasıyla başlar. 

Normal oda sıcaklığında ve hava şartlarında yüksek oksitlenme direnci, minimum %13 (ağırlık olarak), çok sert ve zor çevre şartlarında %30 'a kadar krom ilavesiyle başarılır. Paslanmaz çelikteki krom elementi oksijene maruz kaldığı zaman (normal atmosferde bulunan oksijen kastedilmektedir) hemen krom-oksit (Cr2O3) pasivasyon tabakası oluşturur.  Bu katman gözle görülemeyecek kadar incedir ve ürünü oluşturan metale (paslanmaz çeliğin) su veya herhangi bir gaz, oksijen nüfuzunu tamamen engelleyerek, örttüğü metali korur. Ayrıca, bu katmanın herhangi bir nedenle yırtılması, açılması veya çizilmesi durumunda oluşacak açıklık, çok hızlı bir şekilde katmanın kendisini yenilemesiyle tekrardan oluşur.  Bu olaya pasivasyon adı verilir ve titanyum gibi bazı diğer metallerde de görülür. 

Diğer düşük oranlarda kullanılan molibden ve vanadyum elementleri gibi nikel elementi de pasivasyon özelliğine katkı sağlar. 

Paslanmaz çeliğin korozyona ve lekelenmeye karşı olan direnci, onu ticari olarak geniş bir uygulama alanında, düşük bakım maliyeti, diğerleriyle karşılaştırıldığında daha ucuz olması ve göz alıcı bir görünüme sahip olması nedeniyle ideal ve vazgeçilmez bir malzeme kılar. Toplamda 150 'nin üzerinde paslanmaz çelik kalitesi olmasına rağmen, bunlar arasında 15 tanesi çok kullanılan ve piyasada çok tanınan paslanmaz çeliklerdir. 

Paslanmaz çelikler, akrabaları olan diğer çelikler gibi yassı ürün, plaka, çubuk, tel, boru, şekilli uzun ürünler ve döküm parçaları gibi birçok şekilde soğuk ve sıcak haddeleme yöntemleri ile üretilirler. Gıda endüstrisinde,  tıpta, cerrahi donanımlarda, endüstriyel donanımlarda, otomotivde, beyaz eşyada, yapılarda ve yapı elemanlarında, binalarda vb. gibi birçok alanda geniş bir şekilde kullanılmaktadır. Paslanmaz çeliklerin kullanıldığı alanlardan biri de günlük yaşamımızda yanımızdan hiç ayırmadığımız mücevher ve saat gibi ürünlerdir. Mücevherlerde kullanılan en yaygın kalite 316L 'dir. Paslanmaz çelik gümüş gibi zamanla oksitlenme ve kararma yapmaz. Ayrıca paslanmaz çeliğin yoğunluğu gümüşe oranla biraz daha hafif olmasından dolayı tasarımcılara kolaylık sağlar.

Paslanmaz çelik %100 geri dönüştürülebilirdir. Kullanılan paslanmaz çeliğin %60 'ı ömrünü tamamlamış ürünlerden alınan paslanmaz çelikler ve üretim proseslerinin hurdaları gibi geri dönüştürülen malzemelerin tekrardan değerlendirilmesiyle üretilmektedir.

Paslanmaz Çelik Çeşitleri

Paslanmaz çeliğin değişik çeşitleri vardır. Örneğin nikel ilave edildiğinde demirin östenitik mikro yapısı istikrarlı hale gelir. Bu kristal yapı çeliği manyetik olmayan, düşük sıcaklıklarda daha az kırılgan olan bir çelik haline getirir. Daha yüksek sertlik ve mukavemet için içerdiği karbon miktarı arttırılır. Isıl işlemlerle birlikte bu çelikler jilet, bıçak ve kesici uçlar gibi birçok üründe kullanılabilir. Mangan da birçok çelikte değişik oranlarda bulunur ve nikelin vermiş olduğu östenitik yapının korunmasına, daha düşük maliyetlerle yardımcı olur.

Paslanmaz çelikler kristal mikro yapılarına göre beş gurupta sınıflandırılırlar.

1.  Östenitik Paslanmaz Çelikler
2.  Ferritik Paslanmaz Çelikler
3.  Duplex Paslanmaz Çelikler
4.  Martensitik Paslanmaz Çelikler 
5.  Çökelmeyle Sertleştirilmiş Paslanmaz Çelikler (PH)

1.  Östenitik Paslanmaz Çelikler

300 serisi veya östenitik paslanmaz çelikler dünya toplam paslanmaz çelik üretiminin yaklaşık %60 ‘ını oluştururlar. Maksimum %0,15 karbon, minimum %16 krom ve östenitik yapıyı çok düşük sıcaklıklardan ergime sıcaklığına kadar kararlı kılmak amacıyla yeterli miktarda nikel ve/veya mangan içerirler.

En çok bilinen türü 18/8 (304 kalite) paslanmaz çelik olarak tanınan ve %18 krom, %8 nikel içeren çeliktir. AL-6XN ve 254SMO gibi “süperöstenitik” paslanmaz çelik olarak bilinen çelikler içerdikleri yüksek molibden (>%6) ve nitrojen ilaveleriyle ve yüksek nikelin gösterdiği yüksek stres korozyon direnci sayesinde çok etkin bir klorit çekirdeklenme ve çatlama korozyonu direnci gösterirler.

“Süperöstenitik” ‘lerin yüksek alaşım içerikleri maliyetlerinin de çok yükselmesine neden olur. Bu nedenle tamamen aynı olmamakla birlikte benzer bir performansı, daha düşük maliyetle ferritik veya duplex paslanmaz çelik gruplarından da elde edilebileceği unutulmamalıdır. En yaygın olarak bilinen östenitik kaliteler 304 ve 316 ‘dır.

Östenitik paslanmaz çelikler manyetik değildirler ve ısıl işleme tabii tutulamazlar, süneklik özellikleri yüksektir, haddelemeyle sertleştirilebilirler ve mükemmel bir korozyon dayanımına, işlenebilirlik özelliğine ve kaynaklanabilirlik özelliğine sahiptirler. Yapıları FCC ‘dir

2.  Ferritik Paslanmaz Çelikler

Ferritik paslanmaz çelikler genelde nikel içermeyip yüksek krom içeren (%10,5 ile %30 arasında), molibden, titanyum vanadyum gibi karbür yapıcı ve ferritik yapıyı istikrarlı kılan alaşım elementleri içeren bir paslanmaz çelik gurubudur. 

Genelde içerdikleri yüksek krom oranı, ferritiklere çok yüksek bir korozyon direnci sağlar. Daha çok yakın akrabaları olan karbon çeliklerin özelliklerine yakın mekanik ve fiziksel özelliklere sahip olan ferritik paslanmaz çelikler, östenitiklerin tersine manyetiktirler, düşük karbon içerikleri nedeniyle ısıl işleme tabii tutulamazlar ve kolayca haddelenebilirler. Bu tür çeliklere tek uygulanabilen ısıl işlem tavlama işlemidir.

Son zamanlarda alaşım elementlerinde, özellikle nikelde, yaşanan aşırı fiyat yükselişi ve değişikliği, ferritiklerin geliştirilmesine hız kazandırmış olup, düşük maliyetle östenitikler kadar korozyona dayanımlı yeni, geniş bir kullanım alanına sahip ve maliyeti çok daha düşük ferritik kaliteler de geliştirilmiştir.

3.   Duplex Paslanmaz Çelikler

Mikro yapılarında genelde eşit oranlarda ferrit ve östenit içeren bu çeliklerin korozyona karşı performansı içerdikleri alaşımlara göre farklılık göstermektedir.  

Duplex paslanmaz çelikler östenitik paslanmaz çeliklere göre daha yüksek bir mukavemete sahip olmakla birlikte, bölgesel korozyonlara karşı özellikle çekirdeklenme, çatlak ve stres korozyonuna karşı östenitiklerden daha iyi bir dayanıma sahiptirler. Duplex kaliteler de %19 - %28 arasında olan yüksek orandaki krom, %5 ‘e kadar bulunan molibden ve östenitiklere göre daha düşük oranlarda olan nikel içerikleri sayesinde daha mukavimdirler. 

Duplex paslanmaz çeliklerin en önemli kısıtlayıcı özelliği yüksek sıcaklıklarda ve çok düşük sıcaklıklarda kırılganlaşmalarıdır. Özellikle 300 °C ‘nin üzerinde ve -50 °C ‘nin altında kısa bir süre dahi çalışılırsa, duplex çelikler kırılganlaşır ve tekrar tavlama ihtiyacı doğar. En yaygın olarak bilinen duplex paslanmaz çelik kalitesi 2205 kalitedir.  Yapıları ferritik kısımları için BCC, östenitik kısımları için FCC ‘dir.

4.  Martensitik Paslanmaz Çelikler

Fakat içerdiği fazladan karbon ilavesi nedeniyle, karbon çelikleri gibi ısıl işlemle sertleştirilip, mukavemeti artırılabilir. Temel alaşım elementleri: %12 ile %15 arası krom, %0,2 ile %1,0 arası molibden ve %0,1 ile %1,2 arasında karbon ‘dur. Birkaç martensitik kalite haricinde içeriğinde nikel bulunmaz. 

Aşağıda bir mikro yapı örneği görülen martensitik paslanmaz çelikler manyetiktirler. Artan karbon oranına bağlı olarak,    sertleştirilebilirlikleri ve mukavemetleri artarken, toklukları ve süneklikleri azalır. Yüksek karbon oranına ve diğer alaşım elementlerine bağlı olarak,  60 HRC ‘ye kadar ısıl işlemle sertleştirilebilirler. Menevişleme veya temperleme olarak adlandırılan ısıl işlem sonrası stres giderme işleminden sonra, en uygun korozyon dayanımına ulaşılır.

Martensitik kalitelerin, ferritik ve östenitik kalitelerle karşılaştırıldığında korozyona dayanım özelliği biraz düşüktür. İşlenebilirlik ve şekillenebilirlik özellikleri yüksektir.  İçerdikleri alaşım elementlerine ve oranlarına bağlı olarak yapılarında az miktarda kalan-östenit yapı olabilir.  

Martensitik çelikler, özellikle mukavemetin ve mekanik aşınmaya karşı direncin korozyona karşı dirençle birlikte istendiği alanlarda çok başarıyla uygulanabilir. Takım çeliği olarak da kullanılır. Uygulama alanı çok geniştir. Yapıları BCT ‘dir.

Martensitik paslanmaz çelikler, ferritik çeliklere benzeyen yapılarıyla, düşük alaşım – yüksek mukavemetli çeliklere veya karbon çeliklerine benzerler. 

5.  Çökelmeyle Sertleştirilmiş Paslanmaz Çelikler (PH)

“Yaşlandırmayla sertleştirilen paslanmaz çelikler” olarak da adlandırılan çökelmeyle sertleştirilmiş paslanmaz çelikler, temelde krom ve nikel içerip, martensitik ve östenitik kalitelerin arasında, her ikisinin de özelliklerini uygun bir şekilde yapısında birleştiren bir paslanmaz çelik türüdür.  

Martensitik paslanmaz çelikler gibi ısıl işlemle yüksek mukavemet kazanabildikleri gibi, östenitik kaliteler gibi de korozyon dayanımına sahiptirler. Sertleştirme, bakır, alüminyum, titanyum, niobium ve molibden gibi alaşım elementlerinin bir veya bir kaçının ilavesiyle sağlanır. Bu grupta en yaygın olarak bilinen kalite 17-4 PH ‘dır. Bu kalite ayrıca 630 olarak da tanınır. Adını %17 krom ve %4 nikel içeriğinden alan bu kalite, %4 bakır ve %0,3 niobium da içerir. 
  
Çökeltiyle sertleştirilmiş paslanmaz çeliklerin bir avantajı da, bu malzemelerin mekanik olarak çalışılmaya, işlenmeye hazır bir şekilde,  “işlem görmüş çözelti” şartlarında da temin edilebilmesidir. Mekanik işleme veya üretim sonrasında, çok basitçe bir düşük sıcaklık ısıl işlemi uygulanması yoluyla çeliğin mukavemeti istenildiği gibi artırılabilir. Bu işlem düşük sıcaklıkta yapıldığı için, üretilen veya uygulanılan malzemede sıcaklığa bağlı bozulmalar veya çarpıklıklar oluşmaz. 

Çökelmeyle sertleştirilen paslanmaz çelikler üç alt guruba ayrılır: Martensitik PH, yarı-östenitik PH ve östenitik PH. 
PH paslanmaz çelikler, alaşım oranına bağlı olmakla birlikte östenitik 304 kalite kadar korozyon direncine sahip olabilir. Tavlanmış şekilde korozyon dayanımı çok düşüktür. Bu nedenle ısıl işlemden önce kullanılmamalıdır. Yapıları da alt guruplarına göre BCT veya FCC veya her ikisi birden olabilir.

Paylaş :

+90262 502 21 35 - 37 - 38 [email protected]