FARKLI KALİTEDEKİ OSTENİTİK PASLANMAZ ÇELİKLERİN DENİZ SUYU ORTAMINDAKİ AŞINMA DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ

FARKLI KALİTEDEKİ OSTENİTİK PASLANMAZ ÇELİKLERİN DENİZ SUYU ORTAMINDAKİ AŞINMA DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ

Gürhan ÖZDABAK, Harun MİNDİVAN, Hüseyin ÇİMENOĞLU

İstanbul Teknik Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği 34469 Maslak - İstanbul Tel: (212) 285 6895 E-posta: [email protected]

Tel: (212) 285 6834 E-posta: [email protected]

Özet: Bu çalışmada farklı kalitedeki ostenitik paslanmaz çeliklerin (316, 316L, 304L, 22-13-5) deniz suyu ortamındaki aşınma davranışı incelenmiştir. Salınım hareketli karşı yüklemeli (reciprocating) aşınma test cihazında gerçekleştirilen aşınma deneylerinde krom ve nikel’in paslanmaz çeliklerin deniz suyu ortamında aşınma dirençlerini artırdığı ortaya çıkarmıştır.

Anahtar sözcükler: Aşınma, Ostenitik Paslanmaz Çelik.

1. GİRİŞ

Yüksek korozyon direnci ve yüksek mekanik özelliklerinin bir arada bulunması istenen çeliklere krom ve nikel elementleri birlikte ilave edilmektedir. Çelik içinde bulunan krom, çeliği daha sert ve aşınmaya daha dayanıklı yaparken; nikel östenitik yapının oluşumunu sağlar diğer yandan da malzemenin tokluğunu artırır. Paslanmaz çelikler ısı dayanımı, aşınma dayanımı, korozyon direncine sahip olmaları nedeniyle kimya, petrokimya, gıda, enerji, ilaç gibi endüstri dallarında yaygın olarak kullanılmaktadırlar (Davis, 1994). Kristal yapılarına ve sertleşme mekanizmalarına göre paslanmaz çelikleri 5 ayrı gruba ayırmak mümkündür. Bunlar; ferritik, ostenitik, martenzitik, çift fazlı ve çökelme ile sertleşen paslanmaz çeliklerdir(Kim, 2002).

Östenitik paslanmaz çelikler, kromun yanında yapıyı ostenitik halde tutacak oranda nikel ve manganez içeren

alaşımlardır. Paslanmaz çelik türleri içerisinde en çok kullanılan paslanmaz çelik türüdür. Östenitik paslanmaz çelikler yeterli sertlik ve mukavemetlerinin yanısıra iyi bi süneklilik özelliğine de sahiptirler.

Bu çalışmada; 4 farklı kalitede ostenitik paslanmaz çeliğin deniz suyu ortamındaki aşınma davranışları incelenmiştir.

2. DENEYSEL ÇALIŞMALAR

İncelenen ostenitik paslanmaz çeliklerin kimyasal bileşimleri ve

Creş = %Cr + %Mo + 1.5.%Si + 2.%Nb + 3.%Ti (1) Nieş = %Ni + 30.%C + 0.5.%Mn + 11.5.%N (2) bağıntıları (Çimenoğlu, 2001) ile hesaplanan krom ve nikel eşdeğerleri (Creş ve Nieş) Tablo 1’de verilmiştir.

Tablo 1. Ostenitik paslanmaz çeliklerin kimyasal bileşimleri, krom ve nikel eşdeğerleri.

% C % Si % S % P % Mn % Ni % Cr % Mo % Nb % Creş % Nieş 22-13-5 0.018 0.29 0.003 0.021 3.32 18.75 26.74 2.65 0.11 30.45 20.95

316 0.078 1.03 0.012 0.020 0.62 11.10 19.10 2.38 - 23.02 13.75

316L 0.018 0.44 0.019 0.023 1.46 10.86 17.25 2.04 - 19.96 12.13 304L 0.037 0.59 0.003 0.032 1.68 8.90 18.24 - - 19.13 10.84

Farklı kalitedeki östenitik paslanmaz çeliklerin iç yapılarını incelemek için metalografi çalışmaları yapılmıştır.

Reçineye alınan numuneler, zımparalandıktan sonra elektrolitik yöntemle %10 oksalik asit içinde dağlanmıştır.

Aşınma deneyleri karşı yüklemeli (reciprocating) aşınma test cihazında gerçekleştirilmiştir (Şekil 1). Aşınma deneylerinde karşı malzeme olarak 10 mm çapında Al2O3

top kullanılmıştır. Kayma hızı 0,02 m/s. olup, 480 m toplam kayma mesafesinde toplam 360 dak. aşındırılmıştır. Yük

olarak 150 gr. kullanılmış ve deneyler; deniz suyu ortamında gerçekleştirilmiştir. Numuneler, aşınma deneyine başlanmadan önce 1200 gritlik SiC zımpara ile hafifçe zımparalanmıştır. Deneyler belli sürelerde (35, 90, 180 ve 270 dak.) durdurularak numunelerde oluşan aşınma izlerinin yüzey profilleri PERTHOMETER S8P tipi cihaz ile ölçülmüştür ve yüzey profilleri vasıtasıyla aşınma iz alanları hesaplanmıştır. Ayrıca aşınma yüzeyleri optik mikroskopda incelenmiştir. Aşınma deneyleri sırasında sürtünme katsayısı değerleri sürekli olarak kaydedilmiştir.

Şekil 1. Salınım hareketli aşınma test cihazının şematik görünümü.

3.DENEYSEL SONUÇLAR

Farklı kalitedeki ostenitik paslanmaz çeliklerin mikroyapıları Şekil 2 ’de verilmiştir. 316 kalite paslanmaz çelik diğerlerinden farklı olarak döküm yapısındadır.

Aşınma deneyleri sırasında ostenitik paslanamaz çeliklerin yüzeyinde gelişen aşınma izi görüntüleri Şekil 3’de verilmiştir.

22-13-5 paslanamaz çeliğin aşınma izinin genişliği diğer paslanmaz çeliklere göre daha düşüktür (Özdabak, 2003). Aşınma izlerinin 3 boyutlu profillerinden hesaplanan. aşınma iz alanlarının değişimi Şekil 4’de görülmektedir. Buna göre incelenen paslanmaz çelikler içinde en düşük aşınma direncine 316 L, en yüksek aşınma direncine 22-13-5 kalite paslanmaz çelik sahiptir.

304L ve 316 kalitelerin aşınma dirençleri birbirine çok yakın olup, 316L ve 22-13-5 kalite paslanmaz çeliklere nazaran orta düzeydedir.

İncelenen paslanmaz çeliklerin deniz suyundaki aşınma davranışlarının, kimyasal bileşimleri açısından değerlendirilmesi amacıyla, Şekil 5’deki grafikler çizilmiştir. Bu diyagramlarda 360 dak deney süresi sonunda oluşan aşınma iz alanlarının Cr_eş ve Ni_eş değerine göre değişimi verilmiştir. Gerek Creş ve gerekse Nieş

değerinin artması ile aşınma iz alanı azalmış yani paslanmaz çeliklerin deniz suyundaki aşınma direnci artmıştır. Aşınma direnci üzerinde krom, nikele nazaran daha belirgin bir etkiye sahiptir.

İncelenen paslanmaz çeliklerin deniz suyunda yapılan aşınma deneyleri sırasındaki sürtünme katsayısının değişimi sürekli kaydedilerek kararlı durum sürtünme katsayıları Şekil 6’da verilmiştir. Buna göre en çok aşınan 316L kalite paslanmaz çelikte sürtünme katsayısı değeri en büyük iken, en az aşınan 22-13-5 kalite paslanmaz çelikte en düşük sürtünme katsayısı değeri elde edilmiştir.

Şekil 2. İncelenen ostenitik paslanmaz çeliklerin (a)316 (b)304L (c)316L (d) 22-13-5 mikroyapıları.

316L 304L 316 22-13-5

(a)

(b)

(c)

Şekil 3. Deniz suyu ortamındaki aşınma deneyi sonrası incelenen paslanmaz çeliklerin aşınmış yüzeylerinin optik mikroskop görüntüleri(X50)

(a) 180 (b) 270 (c) 360 dak.

Şekil 4. Deniz suyundaki aşınma deneyleri sırasında ostenitik paslanmaz çeliklerin yüzeylerinde oluşan aşınma izlerinin deney süresince değişimi

(a) (b)

(a) (b)

Şekil 5. İncelenen paslanmaz çeliklerin yüzeyinde deniz suyunda oluşan iz alanına (a) Creş ve (b) Nieş değerinin etkisi (Deney süresi 360 dak)

Şekil 6. Deniz suyunda yapılan aşınma deneyleri sırasında incelenen paslanmaz çeliklere ait kararlı durum sürtünme katsayıları.

0 0,001 0,002 0,003 0,004

0 5 10 15 20 25

Nieş

Aşınma Alanı (mm2 )

0 0,001 0,002 0,003 0,004

0 10 20 30 40

Creş

Aşınma Alanı (mm2 )

0 0.001 0.002 0.003 0.004

0 90 180 270 360 450

Süre (dak) Aşınma İz Alanı (mm2 )

316 316L 304L 22-13-5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

316L 304L 316 22-13-5

Sürtünme Katsayısı

4. GENEL SONUÇLAR

Ostenitik mikroyapıdaki 316, 316L, 304L, 22-13-5 kalite paslanmaz çeliklerin deniz suyu ortamında gerçekleştirilen aşınma deneylerinde en düşük aşınma direncine 316L, en iyi aşınma direncine 22-13-5 kalite paslanmaz çelik sahiptir. Paslanmaz çeliklerin bileşiminde bulunan krom ve nikelin artışı ile deniz suyu çözeltisinde aşınma dayanımı artmıştır.

5. KAYNAKLAR

[1]. DAVIS, J.R., ASM Speciality Handbook, Stainless Steels,. Materials Park, OH, 1994.

[2]. KIM, J.S., PEELEN, W.H.A., HEMMES, K., MAKKUS, R.C., “Effect of alloying elements on the contact resistance and the passivation behavior of stainless steels”, Corrosion Science, Vol. 44, p. 635- 655, 2002.

[3]. ÖZDABAK, G., “Paslanmaz çeliklerin kuru ve korozif ortamlardaki tribolojik davranışlarının incelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2003

[4]. ÇİMENOĞLU, H ve GEÇKİNLİ, E, “Çelik ve Dökme Demirlerin Metalografisi ve Mekanik Muayenesi”.

TMMOB Metalurji Mühendisleri Odası, İstanbul, 2001