Ostenitik Paslanmaz Çeliklerin Kaynak Edilebilirliği

Ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynak edilebilirliği ve kaynak işlemi sonrası performansı, direkt olarak kaynak mikroyapısıyla ilgilidir. Ön ısıtma ve pasolar arası ısıtma aynı zamanda çarpılma ve çatlak oluşumunu arttırabilir. Kaynak sonrası ısıl işlem, özellikle kalın kesitli parçalarda ostenitik kaynak metalindeki kalıntı gerilmeleri gidermek için gereklidir. Gerilme giderme işlemi 650 °C’ de her 25 mm kalınlık için 1-4 h arasında olmalıdır (Brooks ve Lippold, 1993). Ostenitik paslanmaz çelikler, oksitleyici veya redükleyici ortamlarda iyi korozyon direnci gösterirler. Tüm kaynaklı paslanmaz çelik imalatlarının % 90’ dan daha fazlası için ostenitik paslanmaz çeliklerin kullanılmasının nedeni, iyi kaynaklanabilirliğidir. Ostenitik paslanmaz çeliklerde kaynaklar, çoğunlukla ana metalle karşılaştırılabilen kimyasal bileşimlere ve mekanik özelliklere sahiptirler. Ostenitik paslanmaz çelikler, çeşitli kaynak yöntemleri ile kolaylıkla kaynak edilebilir (Castro, 1974). Ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynak edilerek birleştirilmelerinde, fiziksel özelliklerini dikkate almak gereklidir. Ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynak kabiliyetini etkileyen fiziksel özelliklerinin yanında, bir dizi metalurjik etken de bu tür çeliklerin kaynağında önemli rol oynar. Bunlar; delta ferrit (δ-ferrit) oluşumu, tanelerarası korozyona duyarlılık, gerilmeli korozyona duyarlılık ve sigma fazının oluşmasıdır (Kaluç, 1990). Ostenitik paslanmaz çeliklerin üretimlerinde, sıvı halden itibaren katılaşma başlayınca, ostenit ve -ferrit (delta ferrit) taneleri oluşmaya başlar. Bu ferrit, ostenitin dönüşümü sonucu ortaya çıkan ferritten farklıdır. Katılaşma normal olarak ingota dökülen sıvı metalin katılaşmasında görülen hızda oluştuğu zaman bu çeliklerin yapısı, ostenit taneleri arasına serpilmiş δ-ferrit taneciklerinden oluşur. Bu faz, Cr ve ferriti dengeleyen elementler yönünden zengin, nikel ve osteniti dengeleyenler yönünden fakirdir. Bu fazın oluşumu, çelik üreticilerinin istemediği bir durumdur, çünkü malzemenin sıcak şekil değiştirmesini zorlaştırır ve malzemede çatlak oluşumunu teşvik eder. Bu fazın sürekli olarak tane sınırlarında bulunması, korozyon direncini azaltır. Ayrıca, yüksek sıcaklıklarda uzun süre δ-ferrit fazıyla karşı karşıya kalınması sonucunda da, malzemenin mukavemetinde ve şekillendirilebilme kabiliyetinde azaltıcı yönde etkiyen sert ve gevrek (sigma)-fazının oluşumu gibi sorunlarla karşılaşılır ( Anık ve Tülbentçi, 1983).

Ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynak bölgesinde  (sigma)-fazının bulunması, kaynak edilebilirliklerini olumsuz yönde etkiler. Metallerarası bir bileşik olan bu sert fazın oluşabilmesi için ostenitik yapı içinde bir miktar da ferrit bulunması gerekir. Ostenitik mikroyapı üzerine ise kimyasal bileşimin çok büyük etkisi vardır. N katkısı, alaşımın oyuklaşma korozyon direncini ve dayanımını önemli derecede düzeltir. Bu tip alaşımlar, diğerlerine nazaran daha yüksek Mn içeriğine sahiptirler. Paslanmaz çeliklerin kaynak metallerinin mikroyapıları, esas metalin mikroyapısından bir miktar farklılık gösterir. Tamamen ostenitik alaşımların eşdeğer bileşimindeki kaynak metalinin az miktarda ferrit içerdiği görülür. Çeşitli elektrodların kullanımı, kaynak yapısının metalurjik yapısını değiştirebilir. Delta ferrit içeriği ve kontrolü konusu, ferrit içeriği ve kaynak metali çatlağı arasındaki ilişki nedeniyle 40 yılı aşkın zamandır ilginçliğini korumuştur. Schaeffler ve De Long tarafından daha önce geliştirilen yapısal diyagramların yerine şimdi, WRC-92 diyagramı geçmiştir. Bu diyagramlar kimyasal bileşim üstüne ferrit tahmininin doğruluğunu geliştirerek kaynak metali verisini büyük ölçüde sağlamlaştırmıştır. WRC-92 diyagramı aşağıdaki Şekil 3.16’ da gösterilmektedir.

Şekil 3.16. Paslanmaz çeliklerin WRC-92 diyagramı (URL-1, www.migweld.de, 2009).

Bu diyagram, ferrit içeriklerini 100FN (ferrit numarası) kadar genişletmiştir; böylece, diyagram duplex paslanmaz çelik kaynak metalleri için de kullanılmaya başlanmıştır. Bu diyagram; ostenitik (A), ostenitik-ferritik (AF), ferritik-ostenitik (FA) ve ferritik (F) rejimlere

ayrılan çizgilerle gösterildiği gibi aynı zamanda, katılaşma davranışının rejimlerini de göstermektedir. Katılaşma biçimi kaynak metali katılaşma çatlağına hassasiyeti etkilediğinden, bu diyagramla katılaşma davranışı tahmini yapılabilmesi önemli bir katkıdır. Ostenit fazından katılaşan kaynak metalleri, ferrit fazından katılaşandan daha fazla katılaşma çatlağına uğrama eğilimindedir (Lippold, 1993).

WRC paslanmaz çelik alt komisyonu tahribatsız yöntemlerle ferritin saptanması için bazı çalışmalar yapmış, manyetik yöntemlerle ferritin saptanmasını sağlamışlardır. Ferritin manyetik, ostenitin antimanyetik olması en önemli etkendir. Bu gerçek, delta ferritin manyetik yöntemlerle saptanmasını olanaklı duruma getirmiştir. Ferromanyetik bir kaplama üzerine, manyetik olmayan farklı kalınlıkta kaplama kullanarak manyetik bir çekim alanı elde etmişlerdir. Kaplama kalınlıkları için FN tayin edilmiş ve bir kalibrasyon prosedürü geliştirilmek üzere bir seri standartlar kullanılmıştır (Lippold ve Kotecki, 2005). Ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynağında ortaya çıkan ikinci bir sorun da; özellikle 18/8 çeliği gibi bazı paslanmaz çeliklerin 450-850 °C sıcaklık aralığındaki bir sıcaklıkta uzun süre kalmaları sonucunda oluşan krom karbür çökelmesi eğilimidir. Oluşan krom karbürün ağırlıkça % 90’ ını Cr oluşturduğundan, tane sınırlarında bulunan çok az karbon bile ostenit tanelerinin çevresindeki krom miktarını aşırı derecede azaltır. Bunun sonucu olarak, malzeme korozif bir ortamda kaldığında kromca zayıflamış tane sınırında korozyon oluşur (Kaluç, 1990; Anık vd., 1993). Ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynağı esnasında ergiyen bölge, çok kısa bir zamanda katılaşıp hızla soğuduğundan ve elektrod olarak kullanılan alaşımların karbon içeriği düşük olduğundan, kaynak metali için karbür çökelme tehlikesi yoktur. Buna karşılık ITAB, kaynak süresi boyunca 500-900 o_{C sıcaklık aralığında tavlı olarak kalmakta ve aynı zamanda da}

burası esas metal olduğundan, karbon içeriğinin yüksek olması halinde ostenit tane sınırlarında tanelerarası korozyona neden olabilecek, karbür çökelmesi olayı ortaya çıkmaktadır.

3.3.11. Ostenitik Paslanmaz Çeliklerin Sürtünme Kaynak Yöntemi İle Kaynak