Paslanmaz çelik
👁 1 görüntülenmePaslanmaz çeliğin bileşiminde bulunan %10,5 üzeri krom elementi, çevredeki oksijen ve nem ile reaksiyona girerek çeliğin yüzeyinde korozyona karşı dayanıklılık sağlayan ve kendini onarabilen krom oksit tabakasını oluşturur. Çeliğin yüzeyini çepeçevre sararak çeliği paslanmaya karşı koruyan bu krom oksit (Cr2O3) tabakasının kalınlığı 1 ile 3 nm arasındadır. Molibden ilavesi, korozyon direncini (özellikle, oyuk korozyonuna karşı direnci) daha da arttırırken, nitrojen mekanik mukavemeti artırmaktadır ve oyuklaşmaya karşı direnci artırmaktadır.
Paslanmaz çelik, korozlanma veya paslanma yapmaz ve sıradan çelikler gibi üzerinde su lekeleri bırakmaz. Ancak tamamen leke geçirmez değildir, düşük oksijenli ve zayıf sirkülasyonlu ortamlar ile yüksek tuzluluk paslanmaz çeliği etkiler. Krom oranı ve pasivasyon oranı çeliğin korozyona ve pasa direncini belirler.
Paslanmaz çeliklerin kristal yapısı
Metallerin büyük çoğunluğu katı hallerinde kristal bir yapıya sahiptir, yani kristalize atomların kafes yapılarından oluşmaktadır. Tanım olarak, paslanmaz çelikler de dahil olmak üzere tüm çelikler, esas olarak karbon ilavesiyle kristalize demir atomlarından oluşmaktadır. Çelikteki demir, oluşturulma koşullarına bağlı olarak birkaç farklı kristal yapıda bulunabilmektedir.
Ferrit, östenit ve martensit, demirin kristal yapılarına örnektir ve hepsi farklı çelik türlerinde bulunmaktadır. Bu kristal yapılar arasındaki tanımlayıcı farklılıklardan biri, emebilecekleri karbon miktarıdır. Her zaman olmasa da genel olarak daha yüksek bir karbon içeriği, bir çeliği daha sert, ancak daha kırılgan yapmaktadır.
Bir sıvı olarak erimiş demir kristal değildir ve kristaller yalnızca malzeme soğuduğunda oluşmaktadır. Malzeme soğuduğunda, çelik yavaş yavaş oluşan ayrı kristaller olarak katılaşmaktadır; bu, metalin birden fazla sıcaklık aşaması boyunca yavaş yavaş kristaller oluşturduğundan, herhangi bir çelik türünün aslında birkaç kristal türünden oluştuğu anlamına gelebilmektedir. Bu, tanımlayıcı kristal yapılarına bakılmaksızın, çeliklerin az miktarda karışık ferrit, östenit ve sementit içermesi nadir görülen bir durum olmadığı anlamına gelmektedir.
Paslanmaz çelik çeşitleri
Paslanmaz çeliğin değişik çeşitleri vardır. Örneğin nikel ilave edildiğinde demirin östenitik mikroyapısı 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 artırılır. 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 mikroyapılarına göre beş grupta sınıflandırılırlar:
2. Ferritik paslanmaz çelikler
3. Martensitik paslanmaz çelikler
5. Çökelmeyle sertleştirilmiş paslanmaz çelik
Östenitik paslanmaz çelik
Östenitik paslanmaz çelikler, ferritten daha fazla karbon emebilen bir demir formu olan östenit içermektedir. Östenit, ferritin 912 derece C' ye ısıtılmasıyla oluşturulmaktadır ve bu noktada hacim merkezli kübik kristal yapıdan yüzey merkezli kübik kristal yapıya geçiş yapmaktadır. Yüzey merkezli kübik yapılar %2' ye kadar karbon emebilmektedir. Östenit soğuduğunda, genellikle ferrit formuna geri dönmektedir, bu da östenitin bir eritme fırınının aşırı sıcaklıklarının altındaki herhangi bir şeyde kullanılmasını zorlaştırmaktadır.
Östenit, birçok östenitik paslanmaz çelikte bulunan nikel ve manganez gibi kimyasal katkı maddelerinin eklenmesiyle düşük sıcaklıklarda kristal yapısını korumaya zorlanabilmektedir. Östenitik paslanmaz çelikler ısıl işlemle önemli ölçüde sertleştirilemez, ancak soğuk işlemle sertleştirilebilir. Östenitik paslanmaz çelikler, korozyona karşı mükemmel dirençleri nedeniyle özellikle paslanmaz çelik vidalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Östenitik grup, diğer paslanmaz çelik kategorilerinden daha fazla miktarda kullanılan daha fazla kalite içermektedir.
Östenitik paslanmaz çelikler, hem ferritik hem de martenzitik paslanmaz çeliklere karşı üstün korozyon direnci göstermektedir. Ferritik ve martenzitik paslanmaz çeliklerin aksine, östenitik kaliteler bir akma noktası göstermemektedir. Mükemmel şekillendirilebilirlik sunmaktadır ve deformasyona tepkileri kimyasal bileşim ile kontrol edilebilmektedir. Düşük sıcaklıklarda darbe geçişine maruz kalmamaktadır ve kriyojenik sıcaklıklara karşı yüksek tokluğa sahiptir. Daha fazla termal genleşme ve ısı kapasitesi sergilemektedir ve diğer paslanmaz veya geleneksel çeliklerden daha düşük termal iletkenliğe sahiptir. Genellikle kolayca kaynaklanmaktadır, ancak daha yüksek alaşımlı kaliteler için sarf malzemelerinin ve uygulamaların seçiminde dikkatli olunması gerekmektedir.
Östenitik paslanmaz çelikler genellikle manyetik olmayan olarak tanımlanmaktadır, ancak işlendiğinde veya işlendiğinde biraz manyetik hale gelebilmektedir.
Ferritik paslanmaz çelikler
Ferritik paslanmaz çelik ise %10,5 ila %30 krom içeriği ile tanımlanmaktadır. Ferritik paslanmaz çeliğin tüm formları en az %10,5 kromdan yapılmıştır. Demir, yapımında kullanılan ana maddedir. Bununla birlikte, ferritik paslanmaz çelik, östenitik paslanmaz çelikten daha yüksek bir krom konsantrasyonu içermektedir.
Ferritik paslanmaz çeliğin ısıl işlemle sertleştirilemeyeceğine dikkat etmek önemlidir. Örneğin sıcak haddeleme, ferritik paslanmaz çeliği sertleştirmemektedir. Ferritik paslanmaz çelik sadece soğuk haddeleme gibi soğuk işlemle sertleştirilebilmektedir. O zaman bile, ferritik paslanmaz çelik sertleşmeye karşı dirençlidir. Bir dereceye kadar sertleşebilmektedir, ancak sertlikte önemli bir farklılık göstermemektedir.
Martenzitik paslanmaz çelikler
Martenzitik paslanmaz çelik, martenzitin oluşturulmasıyla oluşmaktadır. Martenzit, yüzlerce yıldır su verilmiş çeliğin önemli bir unsuru olmuştur, ancak resmi olarak metalürjist Adolf Martens'ten (1850 - 1914) sonra 20. yüzyılda adlandırılmıştır. Martenzit, ısıtıldığında östenitin hızla soğutulmasıyla oluşan kristalize demirin vücut merkezli kübik bir şeklidir. Martenzit kristallerinin oluşturulma hızının artması, sementit oluşumunu engellemektedir ve karbon atomlarının, kademeli soğutma sırasında normalde fazla karbonu dışarı atacak olan kristallerde doğal olmayan bir şekilde tutulmasına neden olmaktadır.
Martenzitik paslanmaz çelikler ısıl işlem görebilmektedir ve sertleştirilebilmektedir, ancak östenitik paslanmaz çeliklere kıyasla kimyasal direnci daha düşüktür.
Martenzitik paslanmaz çelik, genellikle, yüzey sertliğinin daha keskin bir bıçak oluşturduğu bıçaklarda olduğu gibi, sertlik kritik olduğunda kullanılmaktadır.
Dubleks paslanmaz çelikler
Bu paslanmaz çelikler, östenitik paslanmaz çeliklerin korozyon direncinin daha güçlü bir kombinasyonunu sağlayan östenit ve ferritten oluşan bir mikro yapıya sahiptir. Dubleks paslanmaz çelikler kaynaklanabilmektedir, ancak östenit ve ferritin doğru dengesini korumak için özen gösterilmelidir. Ferromanyetiktir ve düşük sıcaklıklarda darbe geçişine maruz kalmaktadır. Termal genleşmeleri östenitik ve ferritik paslanmaz çeliklerinki arasında bulunurken diğer termal özellikler sade karbon çeliklerine benzemektedir. Şekillendirilebilirlik makuldür, ancak östenitik paslanmaz çelikler için kullanılanlardan daha yüksek kuvvetler gereklidir.
Çökelmeyle sertleştirilmiş paslanmaz çelik
Çökeltme sertleştirilmiş paslanmaz çelikler, daha yüksek mukavemete ulaşmak için çökeltme sertleştirmesi yapılabilme özelliğiyle karakterize edilir. Kristal yapılarına göre sınıflandırılan üç tip çökeltme sertleştirmeli paslanmaz çelik vardır:
Martensitik çökeltme sertleştirmeli paslanmaz çelikler, hem çözelti tavlaması hem de çökeltme sertleştirmesi koşullarında oda sıcaklığında martensitiktir. Temsilci alaşımlar arasında 17-4 PH (UNS S17400), 15-5 PH (UNS S15500), Custom 450 (UNS S45000) ve Custom 465 (UNS S46500) bulunur. Yarı östenitik çökeltme sertleştirmeli paslanmaz çelikler, imalat kolaylığı için başlangıçta çözelti tavlaması koşulunda östenitiktir, ancak daha yüksek mukavemet sağlamak ve çökeltme sertleştirmesi yapılabilmesi için daha sonra martensit haline dönüştürülür. Temsilci alaşımlar arasında 17-7 PH (UNS S17700), 15-7 PH (UNS S15700), AM-350 (UNS S35000) ve AM-355 (UNS S35500) bulunur. Östenitik çökelme ile sertleştirilebilir paslanmaz çelikler, hem çözelti tavlaması hem de çökelme ile sertleştirme koşullarında oda sıcaklığında östenitiktir. Temsilci alaşımlar arasında A-286 (UNS S66286) ve Discalloy (UNS S66220) bulunur.
Tarihçe
Antik çağlarda pasa ve korozyona dirençli demir örnekleri yapılmıştır. Hindistan'ın Delhi şehrinde bulunan 7 metre yüksekliğindeki "Delhi Demir Ayağı" Gupta Kralı I. Kumaragupta tarafından yaptırılmıştır. Pasa dirençli bu demir direkte krom yerine fosfor kulanılarak direnç sağlanmıştır. 1821 yılında demir-krom alaşımları kullanarak korozyona karşı direnç sağlamaya çalışan ilk kişi Fransız metalurjist Pierre Berthier olmuştur. 19. yüzyıl metalurjistlerinin düşük karbon ve yüksek krom alaşımları kullanarak paslanmaz çelik elde etmelerine karşın bu alaşımların kırılganlığı yüksek olmuştur.
1890 yılında Alman Hans Goldschmidt, karbonsuz krom üretimine yarayacak termit reaksiyonunu bulmuştur. 1904 ila 1911 yılları arasında pek çok araştırmacı özellikle de Fransız Léon Guillet, birçok değişik alaşımlar deneyerek paslanmaz çeliğe ulaşmaya çalıştılar. 1908 yılında Friedrich Krupp Germaniawerft firması Germania adlı bir yatın yapımı için krom-nikel alaşımı kullanmıştır. 1911 yılında Philip Monnartz kromun korozyon ve pasa karşı direncini açıklamıştır. 17 Ekim 1912 tarihinde Krupp mühendisleri Benno Strauss ve Eduard Maurer östenit paslanmaz çelik alaşımı için ThyssenKrupp Nirost adına patent aldılar. Benzer gelişmeler aynı zamanlarda ABD'de yaşanıyordu ve Christian Dantsizen ve Frederick Becket ferritik paslanmaz çeliği endüstrileştirmeye çalıştılar. 1912 yılında Elwood Haynes, martensitik paslanmaz çelik alaşımı için patent ofisine başvurduysa da ancak 1919 yılında patent alabildi.
1912 yılında Sheffield, İngiltere'de kurulu Brown-Firth Çelikleri firmasında çalışan Harry Brearley, tüfek namlularını korozyondan korumaya yönelik araştırmalar yaparken, bir martensitik paslanmaz çelik alaşımı keşfetti. Bu buluş iki yıl sonra The New York Times gazetesinde Ocak 1915'te bir makalede anlatılarak duyuruldu. Bu yeni alaşım metal Vickers firması tarafından Staybrite markasıyla pazarlandı ve 1929 yılında Londra'daki Savoy Hotel'in girişinde gölgelik olarak kullanıldı. 1915 yılında Harry Brearley ve Elwood Haynes birlikte finansman bularak Pittsburgh, Pensilvanya merkezli Amerikan Paslanmaz Çelik Şirketi'ni (American Stainless Steel Corporation) kurdular. Paslanmaz çelik başlangıçta ABD'de, 'Allegheny Metali' ve 'Nirosta Çeliği' gibi farklı marka isimleri altında satıldı. 1929 yılındaki Büyük Buhran'dan önce, ABD'de 25.000 ton paslanmaz çelik üretildi ve satıldı.
1936 yılında Sovyetler Birliği döneminde inşasına başlanan İşçi ve Çiftçi Kadın Heykeli paslanmaz çelikten yapılmıştır.
Ayrıca bakınız
Dış bağlantılar
Stainless Steel Grades Explained
Introduction to Stainless Steel Metallurgy | Welding and Materials Basics