Paslanmaz Çelikler

Paslanmaz çelik bir demir alaşımıdır. Paslanmaz çelikteki Cr ve pasivasyon oranı, çeliğin paslanmazlık kalitesini belirler. Paslanmaz çelik, minimum %10,5 krom elementi içeren bir demir-karbon alaşımı olarak tarif edilebilir. 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.

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 varolan 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 herhangibir nedenle yırtılması, açılması veya çizilmesi durumunda oluşacak açıklık, çok hızlı bir şekilde tekrar katmanın kendisini yenilemesiyle tekrardan oluşur. Bu olaya pasivasyon adı verilir ve titanyum gibi bazı diğer metallerde de görülür.

Nikel elementi de, diğer düşük oranlarda kullanılan molibden ve vanadyum gibi elementler gibi 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.

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 çelikler kristal mikro yapılarına göre beş gurupta sınıflandırılırlar:

• 1. Östenitik Paslanmaz Çelikler
• 2. Ferritik Paslanmaz Çelikler
• 3. Martensitik Paslanmaz Çelikler
• 4. Dubleks Paslanmaz çelikler
• 5. Çökelmeyle Sertleştirilmiş Paslanmaz Çelikler

Östenitik Paslanmaz Çelikler:

300 serisi veya östenitik paslanmaz çelikler dünya toplam paslanmaz çelik üretiminin yaklaşık %60 ‘ini 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 18/10 (304 kalite) paslanmaz çelik olarak tanınan ve %18 krom ve %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 dubleks 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.

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 değişkenliği, 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. En yaygın olarak bilinen ferritik kaliteler 430 ve 442 ‘dir. Ferritiklerin yapıları BCC ‘dir.

Martensitik Paslanmaz Çelikler:

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

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. Yukarda bir mikroyapı örneği görülen martensitik paslanmaz çelikler manyetiktirler. Artan karbon oranına bağlı olarak, sertleştirile bilirlikleri 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. Ferritik ve östenitik kalitelerle karşılaştırıldığında korozyona dayanım özelliği martensitik kalitelerin biraz düşüktür. İşlene bilirlik ve şekillene bilirlik 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 istenildiği alanlarda çok başarıyla uygulanabilir. Takım çeliği olarak da kullanılır. Uygulama alanı çok geniştir. Yapıları BCT ‘dir.

Dubleks Paslanmaz Çelikler:

Mikro yapılarında genelde eşit oranlarda ferrit ve östenit içeren bu çeliklerin korozyona karşı performansı içerdikleri alaşımlara göre farklılık göstermektedir. Dubleks 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. Dubleks kaliteler de %19 - 28 arasında olan yüksek orandaki krom, %5 ‘e kadar bulunan molibden ve östenitiklere göre daha düşük oranlarda olan nikel içerikleri sayesinde östenitiklere göre daha mukavemetlidirler. Dubleks 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, dubleks çelikler kırılganlaşır ve tekrar tavlama ihtiyacı doğar. En yaygın olarak bilinen dubleks paslanmaz çelik kalitesi 2205 kalitedir. Yapıları ferritik kısımları için BCC, östenitik kısımları için FCC ‘dir.

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 birkaçının 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.

Paslanmaz Çeliklerin Asitlere Dayanımı:

Paslanmaz çeliklerin genellikle asitlere karşı dayanıklı oldukları kabul edilir. Ancak bu husus, asitlerin tipi, konsantrasyonu çelik tipi ve ortam sıcaklığı ile yakından alakalıdır. Örnek olarak 904 tipindeki paslanmaz çelikler oda sıcaklığında yüksek konsantrasyondaki sülfirik asitlere karşı dayanıklı olmalarına rağmen, 304 kalite paslanmaz çelik, düşük konsantrasyonlara bile dayanamamaktadır. 304L ve 430 kalite paslanmaz çelikler nitrik asite karşı dayanıklı iken, hidroklorik asit bütün paslanmaz çeliklere zarar verebilmektedir.

Paslanmaz Çeliklerin Bazlara Dayanımı:

300 Serisi paslanmaz çelikler, yüksek konsantrasyonlarda bazlara direnç gösterebilirler. Ancak yine aynı seri paslanmaz çelikler daha güçlü bir baz tipi olan “Sodyum Hidroksit“ e karşı dayanıksızdır.

Burada dikkat edilmesi gereken husus şudur; Paslanmaz çelik kesinlikle hiçbir zaman paslanmayacak anlamına gelmemelidir. Her tip paslanmaz çelik kendi özelliklerine uygun yerlerde kullanılır ise, uzun süre yıpranmadan kullanılabilir. Ancak; kendi kimyasal ve mekanik dayanımlarına uygun olmayan yerlerde kullanılırsa paslanmazlık özelliğini kaybeder.

Paslanmaz Çeliklerin Manyetiklik Özellikleri:

• Ferritik ve martenzitik paslanmaz çelikler manyetiktir.
• Östenitik paslanmaz çelikler manyetik değildir.
• Soğuk şekil verilen östenitik paslanmaz çelikler bir miktar manyetik özellik kazanır.
• Burdan da anlaşılacak şey şudur ; Eğer östenitik bir paslanmaz çelik mıknatıs tutuyor ise, soğuk şekillendirilmiş demektir.

Temizlik

Paslanmaz çelikler kullanım öncesinde temizlenmelidir. Bu tip çeliklerin yüzeylerindeki kontamine birikintiler ilerde paslanmaz çeliğin paslanmasına neden olabilmektedir. Temiz bir bez ve su ile ya da özel temizleme solüsyonları ile temizleme yapılabilir. Yalnız burada dikkat edilmesi gereken husus, temizleme sonrası, su ya da solvent artıklarının yüzeyden kaldırılmasıdır. Çünkü, yüzeyde bulunan su damlacıkları lokal olarak çeliği paslandırabilmektedir.

Ayrıca depolama esnasında paslanmaz çeliklerin, toprak ile teması kesilmeli, karbon çeliklerin depolandığı ya da işlendiği yerlerden uzak tutulmalıdır. Çünkü herhangi bir karbon çelik talaşı paslanmaz çeliğe temas ettiği anda, paslanmaz çelikte paslanma başlayabilmektedir.

Montaj sırasında kesinlikle karbon çelik taşıyıcı iskelet ile paslanmaz çelik borular temas etmemelidir. Temas yerlerine plastik malzemeler konarak temas önlenebilir ve paslanmanın önüne geçilebilir.

Kullanımdaki genel bir yanlış algı, bu tip çeliklerin asla paslanmayacağı düşüncesidir. Paslanmaz çelikler izole ortamda muhafaza edilmez ise belli bir süre sonunda paslanacaklardır.

Paslanmaz Çelik Yüzey Tipleri

• No. 0: Sıcak hadde, tavlı
• No. 1: Sıcak hadde, tavlı ve pasivasyon yapılmış
• No. 2D: Soğuk hadde, tavlı, asitle temizlenmiş ve pasivasyon yapılmış
• No. 2B: Soğuk hadde, tavlı, asitle temizlenmiş ve pasivasyon yapılmış ( ekstra parlak haddelenmiş )
• No. 2BA: Soğuk hadde, parlak tavlı, asitle temizlenmiş ve pasivasyon yapılmış
• No. 3: Mekanik olarak kaba işlenmiş yüzey
• No. 4: Fırçalı yüzey
• No. 5: Satineli yüzey
• No. 6: Mat yüzey
• No. 7: Parlak yüzey
• No. 8: Ayna yüzey

Paslanmaz Çelik Seçimi Yaparken Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar

Paslanmaz çelik tipi seçilirken kullanıldığı yere uygun bir seçim yapılması önemlidir. Seçim yapılırken, fiyat da göz önüne alınmalıdır ancak; fiyat önem sırasında ilk sıralarda yer alırsa, kullanım açısından ilerde problemler ile karşılaşmak muhtemeldir.

Çeliğin kullanıldığı yer ve satın alınacak malzemenin özellikleri doğru bir şekilde eşleştirilir ise, alınacak paslanmaz çelik uzun yıllar problem çıkmadan kullanılabilir.

Temin edilen malzemenin fiyatı ucuz olduğu için tercih edildiyse, ilerde bunun tutarı tüketiciye daha pahalıya mal olabilir.

Dikkat edilecek özellikler ;

• Malzemenin korozyon dayanımı
• Malzemenin mekanik dayanımı
• Malzemenin fiziksek özellikleri
• Malzemenin yüzey özellikleri
• Kullanılacak ortam sıcaklığı
• Ne gibi korozif etkenlere karşı kullanılacağı

Paslanmaz Çelik Kullanım Alanları

Paslanmaz çelik kullanım alanları oldukça geniştir. Paslanmaz çelikler mutfak araç gereçlerinden, tekne imalatına, santral üretiminden, endüstriyel makina parçalarına, araba parçalarında, havacılık ve uzay sanayiine, bina iç ve dış cephesinde, inşaat demirlerinde, aksesuarlarda, makina parçalarında ve günlük hayatımızda karşımıza çıkabilen hemen hemen tüm alanlarda kullanılmaktadır. Kullanım alanı bu kadar geniş olması sebebiyle paslanmaz çelik malzemeler oldukça popülerdir. Ancak her paslanmaz çelik, her alanda kullanılamaz. En iyi diye bir paslanmaz çelik kalitesi de mevcut değildir. Paslanmaz çelik malzemelerin doğru yerlerde doğru amaçlarla kullanılması gerekmektedir. Aksi halde malzeme korozyon direnci bakımından yetersiz kalabilir, mekanik olarak kuvvetsiz kalabilir veya ağırlık bakımından fazla malzeme tüketilmesine yol açabilir. Dolayısıyla doğru malzeme seçimi paslanmaz çeliklerde oldukça önemli bir konudur. Doğru paslanmaz çelik kalitesini aşağıdaki farklı paslanmaz çelik kalitelerinin özelliklerine bakarak seçebilirsiniz.