Paslanmaz Çeliklerin Temel Türleri ve Özellikleri

Paslanmaz çeliklerde kimyasal bileşim değiştirilerek, farklı özelliklerde alaşımlar elde edilir. Krom miktarı yükseltilerek veya nikel ve molibden gibi alaşım elementleri katılarak korozyon dayanımı artırılabilir. Bunun dışında bakır, titanyum, alüminyum, silisyum, niyobyum, tantal, azot, kükürt ve selenyum gibi bazı elementlerle alaşımlama olumlu etkiler sağlayabilir. Bu şekilde makina tasarımcıları ve imalatçıları değişik kullanımlar için en uygun paslanmaz çeliği seçme şansına sahip olurlar.

Örneğin;

• Niyobyum, Tantal ve Titanyum: Tanelerarası korozyonu önler.

• Azot: γ-bölgesini genişleterek mukavemet ve korozyon dayanımını, artırır. • Kükürt ve Selenyum: Talaşlı işlenebilme özelliğini iyileştirir.

Genel olarak paslanmaz çelikler Fe-Cr-Ni alaşımlarıdır. İçerdikleri alaşım elementleri artırılarak veya azaltılarak farklı tür paslanmaz çelikler elde edilebilir. Paslanmaz çelikler, içerdikleri krom ve nikel miktarına bağlı olarak Şekil 3.12’ de görüldüğü gibi 5 ana grupta sınıflandırılırlar.

Paslanmaz çelik türleri: • Ostenitik paslanmaz çelikler, • Ferritik paslanmaz çelikler, • Martenzitik paslanmaz çelikler, • Duplex paslanmaz çelikler,

• Çökeltme sertleşmeli paslanmaz çeliklerdir.

Paslanmaz çeliklerde içyapıyı belirleyen en önemli alaşım elementleri, önem sırasına göre krom, nikel, molibden ve mangandır. Bunlardan öncelikle, krom ve nikel içyapının ferritik veya ostenitik olmasını belirler. Beş ana grup çatısı altında toplanan paslanmaz çeliklere ait mikroyapı görüntüleri Şekil 3.13’ te gösterilmiştir. Şekilden de görüldüğü gibi ostenitik paslanmaz çeliklerin mikroyapısı ostenit tanelerinden meydana gelirken, ferritik paslanmaz çeliklerin yapısı ince ferrit tanelerinden oluşmaktadır. Martenzitik paslanmaz çeliklerin yapıları ise ferrit tane yapı içerisindeki karbür dağılımları şeklinde görülmektedir. Duplex paslanmaz çeliklerin yapısı ise ostenit matrixs içerisinde uzanmış ferrit levhalarından meydana gelmektedir.

Şekil 3.13. Paslanmaz çeliklere ait mikroyapı görüntüleri (Aran, 2003).

Bileşimlerinde en az yaklaşık % 12 krom bulunan çeliklerde, yüzeye kuvvetle tutunmuş, yoğun, gevrek olmayan, çok ince ve görünmeyen bir oksit tabakası bulunur. Dolayısıyla bu malzemeler kimyasal reaksiyonlara karşı pasif olduklarından; indirgeyici

olmayan ortamlarda korozyona karşı direnç kazanırlar. Söz konusu oksit tabakası, oksijen bulunan ortamlarda oluşur ve dış etkilerle bozulduğunda, kendi kendini onarır. Paslanmaz çeliklerde karbon % 0.02 ile 1 arasında olabilir, düşük karbon miktarları daha tipiktir, yüksek oranlar martenzitik çeliklerde söz konusudur. Çünkü bu paslanmaz çeliklerde karbonun varlığında, krom karbür oluşur ve genellikle tane sınırlarında krom karbür olarak çökelir, bu nedenle; kafes içinde çözünmüş krom miktarı %12’ lik sınırın altına düşebilir ve malzemenin korozyona dayanıklılık özelliği azalır ya da kaybolur. Dolayısıyla çelik bileşimindeki karbon yüzdesi yükseldikçe; krom miktarı artırılmalı veya karbür yapma eğilimi kromdan fazla olan elementler katılarak, krom karbürün meydana gelmesi ve kafeste çözünmüş kromun azalması engellenmelidir.

Paslanmaz çeliklerin istenilen mikroyapı ve diğer özelliklerinin elde edilebilmesi için Mn, Si, Mo, Ni, Ti ve N gibi alaşım elementleri kullanılmaktadır. Paslanmaz çeliklerin mikroyapısı üzerine bileşimin etkisini ayrıntılı olarak tanımlamak amacıyla Cr ve Ni eşdeğerliği kavramı geliştirilmiştir. Ferrit stabilizatörleri; ferrit faz alanını genişleten krom, molibden, vanadyum, niyobyum, tantal ve titanyum gibi karbür oluşturan metallerdir. Ostenit stabilizatörleri ise ostenit faz alanını genişleten nikel, mangan, karbon ve azot gibi elementlerdir. Şekil 3.14’ te Cr ve Ni eşdeğerliklerinin karşılıklı olarak verildiği Schaffler diyagramı, paslanmaz çeliklerin kaynağında mikroyapı ve bileşim arasındaki ilişkiyi tanımlamaktadır (Smith ve Farrar, 1993).

Korozyon dayanımı: Tüm paslanmaz çeliklerin korozyon dayanımları yüksektir. Düşük alaşımlı türleri atmosferik korozyona, yüksek alaşımlı türleri ise asit ve klorür içeren ortamlara dahi dayanıklıdır.

Yüksek ve düşük sıcaklıklar: Bazı paslanmaz çelik türlerinde, yüksek sıcaklıklarda dahi tufallaşma ve malzemenin mekanik dayanımında önemli bir düşme görülmez iken, bazı türlerinde ise çok düşük sıcaklıklarda dahi gevrekleşme görülmez ve tokluklarını korurlar. İmalat kolaylığı: Yan kesme, kaynakla birleştirilebilme, sıcak ve soğuk şekillendirme ve talaşlı imalat işlemleri ile kolaylıkla biçimlendirilebilirler.

Mekanik dayanım: Paslanmaz çeliklerin büyük çoğunluğu soğuk şekillendirme ile pekleşirler. Dayanımın artması sonucunda, malzeme kalınlıkları azaltılarak parça ağırlığı ve fiyatta önemli düşüşler sağlanabilir. Bazı türlerine ise ısıl işlem yoluyla yüksek bir dayanım kazandırmak mümkündür.

Görünüm: Paslanmaz çelikler, farklı yüzey kalitelerinde temin edilebilirler. Yüzeylerin görünümü, kalitesi ve bakımı kolay olduğundan uzun süreler korunabilir.

Hijyenik özellik: Paslanmaz çeliklerin kolay temizlenebilir olması, bu malzemelerin hastahane, mutfak, gıda ve ilaç sanayinde yaygın olarak kullanılmasını sağlar.

Uzun ömür: Paslanmaz çelikler, dayanıklı ve bakımı kolay malzemeler olduklarından, üretilen parçanın kullanım ömrü dikkate alındığında ekonomik malzemelerdir (Aran, 2003).

Paslanmaz çeliklerin mekanik özelliklerini, korozyon dirençlerini, talaşlı işlenebilme ve biçimlendirilebilme özelliklerini, kaynak edilebilirliklerini ve uygulama alanlarını iyileştirmek amacı ile katılan alaşım elementleri, bu tür çeliklerin fiziksel özelliklerini de önemli ölçüde etkiler.

En önemli özelliklerinden biri olan manyetik özelliğine bakıldığında, paslanmaz çeliklerin özellikle sade krom içeren türleri manyetiktirler. Buna karşın, ostenitik krom-nikelli paslanmaz çelikler antimanyetik özellik gösterirler. 100-500 °C aralığında ostenitik paslanmaz çeliklerin ısıl genleşme katsayıları, ferritik paslanmaz çeliklere nazaran % 60 daha fazladır.

Ferritik paslanmaz çeliklerin ısıl iletkenlikleri, karbonlu çeliklerin yaklaşık % 50 altındadır. Isıl iletkenlikleri, ostenitik paslanmaz çeliklere göre % 40 daha yüksektir. Yine, elektrik iletme dirençleri % 20 ve özgül ısıları da onlardan % 10 daha düşüktür. Ancak; tüm paslanmaz çeliklerin elektrik dirençleri, karbonlu çeliklerinkinden yaklaşık 4-7 kat daha fazladır. Ferritik kromlu çeliklerin 7.7x104

paslanmaz çeliklerin 7.9x104

N/m3 olan yoğunluklarından daha düşüktür (Kaluç ve Tülbentçi, 1995).