|
1 ) Ostenitik Paslanmaz Çelik
paslanmaz çeliklerin içinde en çok kullanım alanı bulanlardan birisidir ve gıda, eczacılık, mayalama, kimya ve petrokimya alanlarında geniş uygulama alanları bulurlar.
aısı 304 ve aısı 316 kalitelerindeki çelikler bu gruba dahildirler. 304'ün içerisinde %18 krom ve %10 nikel bulunur ve bu tür paslanmaz çelikler mükemmel korozyon direnci gösterirler. 316 bileşiminde %17 krom, %12 nikel ve %2,2 molibden içeren bir ostenitik paslanmaz çelik türüdür ve 304'ün yetersiz kaldığı klorürlü ortamlar gibi çok daha ciddi korozif ortamlarda kullanım alanı bulurlar.
ostenitik paslanmaz çeliklerin bir diğer önemli özelliklerinden birisi genellikle çeliklerde görülenin tersine manyetik özelliği olmamasıdır.
Bu tür paslanmaz çelikleri bileşimlerinde %12 ~ 25 Cr ve %8 ~ 25 Ni içerirler. Nikel, kuvvetli bir ostenit yapıcı olduğundan, bu çeliklerde katılaşma sırasında ortaya çıkan ostenit oda sıcaklığının altındaki sıcaklıklarda bile dönüşmeden kalır. Soğuma sırasında Ostenit – Ferrit dönüşümü olmadığından su verme yolu ile sertleştirilemezler. Bu grup içinde en fazla bilinen 18/8 çeliği diye isimlendirilen, birleşiminde %18 Cr ve %8 Ni içeren türdür. Anti mağnetik olan bu tür paslanmaz çeliklere korozyon dayanımını artırmak için bir miktar MOLİBDEN katılır. Ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynak yeteneği açısından en önemli niteliklerini sıralayabiliriz.
Isı iletme katsayıları oda sıcaklığında az alaşımlı ve sade karbonlu çelikleri 1/3’ü kadardır.
Isıl genleşme katsayıları sade karbonlu ve az alaşımlı çeliklerden %50 daha fazladır.
Alaşımsız karbonlu çelikler düşük bir elektrik iletme direncine sahiptir, bu tür paslanmazlarda ise bu değer 5 ile 7 kat daha büyüktür.
Bu özelliklerden dolayı krom-nikelli çeliklerin kaynağında sade karbonlu çeliklerin
kaynağından daha fazla kendini çekme oluşur. Kaynak dikişinin soğuması sırasında büyük çekmelerin oluşumu sonucunda bu bölgede gözlemlenen iç gerilemeler çatlama tehlikesine yol açar. Bu tip paslanmazların çift taraflı iç köşe dikişlerinde sıcak çatlamaların oluşma olasılığı çok fazladır. Bu çeliklerde aşırı soğuk şekil değiştirmeleri özellikle dövme sonucunda kısmen martenzit bir yapı elde edilir. Özellikle 18/8 tipi ostenik paslanmaz çelikler 450 ~ 850 oC arasında bir sıcaklığa kadar ısıtılıp o sıcaklıkta tutulduklarında bir karbon çökelmesi eğilimi kendini gösterir.
Ostenik paslanmaz çeliklerin C içeriği en çok % 0.6, tercihen %0.03 civarında olmalıdır. Krom – Nikelli paslanmaz çeliklerde gerilim giderme tavlaması kaynaktan sonra zaman zaman uygulanır. Tav sıcaklığı 800 ~ 920 oC arasında seçilir. Tablo 7 ve 8 de ostenitik paslanmaz çeliklerin kimyasal bileşimi ve mekanik özellikleri ile sıcaklık dereceleri gösterilmiştir.
Ostenitik krom-nikelli paslanmaz çeliklerin kaynak kabiliyetlerini etkileyen fiziksel özelliklerinin yanında bir dizi metalurjik etken de bu çeliklerin kaynağında önemli rol oynar; bunlar delta ferrit fazının oluşumu, taneler arası korozyona hassasiyet, gerilmeli korozyona hassasiyet ve sigma fazının oluşmasıdır.
Ostenitik krom-nikelli paslanmaz çeliklerin üretimlerinde, sıvı halden itibaren katılaşma başlayınca, ostenit ve d-ferrit taneleri oluşmaya başlar. Bu ferrit ostenitin dönüşümü sonucunda ortaya çıkan ferrritten farklıdır. Katılaşma normal olarak çeliklerin yapısı ostenit taneleri arasına serpilmiş d-ferrit taneciklerinde oluşur. Bu faz, krom ve ferriti dengeleyen elementler yönünden zengin, nikel ve osteniti dengeleyen elementler yönünden fakirdir. Bu fazın oluşumu çelik üreticilerinin istemediği bir durumdur: zira malzemenin sıcak şekillendirilmesini zorlaştırır ve malzemede çatlakların oluşumunu teşvik eder. Bu fazın sürekli olarak tanecik sınırlarında bulunması korozyon direncini azaltır. Ayrıca, yüksek sıcaklıklarda uzun süre d-ferrit fazıyla karşı karşıya kalınması sonucunda da, malzemenin mukavemetini ve şekillendirilebilme kabiliyetini azaltıcı yönde etkileyen sert ve gevrek sigma fazının oluşumu gibi sorunlarla karşılaşılır.
Ostenitik krom-nikelli paslanmaz çeliklerin kaynağında ortaya çıkan ikincil bir sorun da, özellikle 18/8 çeliği gibi bazı krom-nikelli çeliklerin 450 - 850 oC sıcaklık aralığındaki bir sıcaklıkta uzun süre kalmalarında oluşan krom karbür çökelmesi eğilimidir. Bu çelikler üretimleri sırasında krom karbürün ostenit içerisinde çözündüğü 1100 oC’den itibaren hızla soğutulurlar. Bu şekilde bu elementlerin çökelme tehlikesi ortadan kalkmış olur ve oda sıcaklığında karbonun difüzyon hızı çok düşük olduğundan, kullanım esnasında oluşma olanağı yoktur. Sıcaklığı 450 oC’nin üzerine çıkması ile karbonun difüzyon hızı, karbonu tane sınırlarından dışarıya çıkartacak derecede artar. Tane sınırlarında biriken karbon, kroma karşı olan yüksek ilgisinden (affinitesinden) dolayı bu bölgede krom ile birleşerek krom karbür oluşturur (Fe, Cr23 C6). Oluşan krom karbürün ağırlık olarak %90’ını krom oluşturduğundan, tane sınırlarında bulunan çok az karbon bile ostenit tanelerin çevresindeki krom miktarını aşırı derecede azaltır (Şekil 1). Bunun sonucu olarak malzeme krozif bir ortamda bulunduğunda, kromca zayıflamış olan tane sınırlarında korozyon oluşur. Bu şekilde ortaya çıkan taneler arası korozyon tüm malzemeyi çok kısa zamanda kullanılmaz hale getirir. Çeliğin karbon içeriği arttıkça bu olay şiddetlenir.
Ostenitik krom-nikelli paslanmaz çeliklerin kaynağı esnasında eriyen bölge çok kısa bir zamanda katılaşıp hızla soğuduğundan ve elektrot olarak kullanılan alaşımların karbon içeriği de düşük olduğundan kaynak metali, yani kaynak dikişi için karbür çökelme tehlikesi yoktur. Bana karşın ısının tesiri altında kalan bölge (ITAB), kaynak süresi boyunca, 500 - 900 oC sıcaklık aralığında tavlı olarak kalmakta ve aynı zamanda da burası esas metal olduğundan, karbon içeriğinin yüksek olması halinde ostenit tane sınırlarında taneler arası korozyona neden olacak karbür çökelmesi olayı ortaya çıkmaktadır. Belli bir karbon içeriği için karbür çökelmesi olayının şiddeti, sıcaklık ve zamana bağlıdır. Çökelme başlamadan önce sıcaklık ve değişen bir kuluçka periyodu vardır. Sıcaklık ve çeliğin karbon içeriğine göre en kısa sürede çökelmenin başladığı bir sıcaklık vardır ki buna kritik sıcaklık adı verilir.
Ostenitik krom-nitelli paslanmaz çelikler sıcak çatlamaya karşı duyarlıdırlar. Bu durum özellikle örtülü elektrotla yapılan elektrik ark kaynağında kendini gösterir. Bu durumda alınması gereken önlemler ve dikkat edilmesi gereken konuları şöyle sıralayabiliriz.
En küçük elektrot çapı seçilmeli,
En düşük akım şiddeti kullanılmalı,
Elektroda zig zag hareketi verilmemeli ve pasolar ince çekilmeli,
Çok pasolu kaynaklarda her paso çekildikten sonra parça oda sıcaklığına kadar soğutulmalı ve ikinci paso sonra çekilmelidir. Soğuma olanaklar ölçüsünde hızlı bir şekilde gerçekleştirilmelidir.
Kaynağın bitimindeki krater mutlaka doldurulmalı, kaynak sırasında çatlak saptanırsa taşlanarak yok edilmeli ve sonra kaynatılmalıdır.
2 ) Martensitik Paslanmaz Çelik
bu tip paslanmaz çelikler mukavemet açısından diğerlerine göre çok daha iyi özellikler göstermesine rağmen paslanmazlık özelliği en düşük olanıdır ve paslanmazlığın yanısıra yüksek mukavemet ve sertleşebilirlik özelliklerinin bir arada bulunmasının istendiği yerlerde uygulama alanı bulurlar.
ostenitik paslanmaz çelik ve ferritik paslanmaz çelik türlerinin % 0,02 ila 0,04 arasında değişen karbon miktarına karşın martenzitik paslanmaz çelikler %0,3 civarlarında karbon içerebilirler ve içeriğindeki yüksek karbon miktarı sayesinde su verilerek sertleştirilebilirler. aisi 420 kalitesi bu tip paslanmaz çelik grubuna dahildir ve %0,2 civarında karbon %13 civarında krom içerirler
Bu gruba giren paslanmaz çelikler genel olarak %16’dan az Cr içerirler, birleşimlerindeki C miktarı %0.5 ~ %1.2 arasında değişir. Yüksek miktardı C içerenlerde Cr miktarı %18’e kadar çıkabilir. Soğuma hızları yavaş olduğundan martenzit oluşumu çok yavaş meydana gelir. (sakin havada).
Martenzitik halde korozyon dirençleri çok iyidir. 815 oC’ye kadar paslanmazlık özelliklerini yitirmezler. Uzun süre sıcaklığı maruz kalırlarsa hafif korozyon başlangıcı olur. Bundan ötürü endüstride 700 oC üzerindeki sıcaklıklarda kullanılmazlar.
Bu çeliklere 650 oC de gerilim giderme, 825 oC de yumuşatma tavı uygulanır. Düşük karbonlu martenzitik paslanmaz çelikler, bir takım önlemler alınarak kaynak edilirler. Yüksek karbonluların ise kaynak edilmelerinden kaçınılmalıdır. Düşük karbonlu martenzit paslanmaz çeliklerde martezit nispeten daha az ve serttir, dolayısıyla çatlamaya karşı eğilimi daha azdır.
Bu çelikler kaynaktan önce genellikle ön tavlamaya tabi tutulur. Bu ön tavlama yüksek C eşdeğerli çeliklerde olduğu gibi ısının etkisi altında kalan bölgede bir sertlik azalması meydana getirmez. Yalnızca oluşan ısıl gerilmeler azaldığından çatlama olasılığı azalır. Bu çeliklerin ön tavı için uygun görülen tav dereceleri 200 ~ 400 oC’dir. Kaynaktan hemen sonra çatlama olasılığını ortadan kaldırmak için parçalar, mümkün olan durumlarda kaynaktan sonra soğumadan bir gerilim giderme tavına tabi tutulmalıdır. 820 ~ 870 oC’de 4 saat süre ile tavlanmalı ve fırında tercihen çok yavaş olarak 590 oC’ye düşürülmeli ve daha sonra sakin havada soğutulmalıdır.
Martenzit paslanmaz çeliklerin kaynağında, kaynak dikişinin dayanımının çok önemli olmadığı, parçanın da kükürtlü ortamda bulunmadığı durumlarda ostenitik kaynak metali kullanılır (ostenitik elektrotlar). Ostenitik kaynak metalinin akma sınırının düşük olması kaynaktan sonra oluşan kendini çekme gerilmelerinin oluşturduğu çatlama olasılığını ortadan kaldırır. Yüksek C içeren ( %0.5-1.2 ) martenzit paslanmaz çelikler bütün bu önlemler yardımıyla bile sıhhatli bir şekilde kaynak edilemezler.
Martenzit paslanmaz çelikler; valfler, bağlantı elemanları, dişliler, pim, yük aktaran miller, zincirler; düşük karbonlu ise türbin kanat ve çarklarında, buhar türbinlerinde kullanılır. Mağnetiklenme özellikleri yoktur
3 ) Ferritik Paslanmaz
Ostenitik paslanmaz çeliklere göre paslanmazlık özelliği daha düşük olan bir çelik türüdür ve bu nedenle paslanmazlık özelliğinin çok ciddi boyutlarda istenmediği otomotiv sanayi gibi alanlarda daha çok kullanım alanı bulurlar. ostenitik paslanmaz çeliklere göre daha gevrek mukavemet özellkleri gösteren bu tip çelikler paslanmaz çeliklerde bir dezavantaj teşkil eden manyetik özellikler gösterirler ve içeriğinde %11,5 ile %16,5 arasında krom içeren türleri bulunmasının yanısıra %0,5'den daha az miktarda nikel içerirler.
Bu tür paslanmaz çelikler %16~30Cr ve %0.25~0.5C içerirler. Bu tip çeliklerin en önemli özellikleri katı halde bir faz dönüşmesi oluşmadığından su verme yolu ile sertleştirilmeleri ve yüksek sıcaklıkta korozyon ve oksidasyon dirençlerinin yüksek olmasıdır.
Bu tür çeliklerin ancak soğuk şekil değiştirme ile sertleştirilmeleri olanaklıdır. Bundan ötürü az miktarda olsa soğuk şekil değiştirmenin neden olduğu sertlik, çeliğin biçimlendirilmesini zorlaştırdığından kullanma oranları azdır. Bu çelikler soğuk şekil değiştirme sertleşmesini ortadan kaldırmak için 750 ~ 800 oC sıcaklıkla yumuşatma tavına tabi tutulur.
Martenzit paslanmaz çeliklere oranla daha kolay kaynak edilir. Ferritik paslanmaz çeliklerin kaynağında karşılaşılan en önemli sorun bu malzemenin 1150 oC üzerindeki sıcaklıklarda tane büyümesine karşı olan aşırı eğilimidir. Kaynak sırasında ısının etkisi altında kalan bölgenin bir bölümü 1150 oC üzerindeki bir sıcaklığa kadar ısınır ve bu bölgede aşırı bir tane büyümesi oluşur. Bu malzemede katı halde ostenitin ferrite dönüşmesi olayı meydana gelmediğinde bir ısıl işlem ardımı ile tanelerin küçülmesi olanağı yoktur. Normal halde ferritik paslanmaz çelikler çok ince taneli sünek bir yapıya sahiptirler. Kaba taneli bir yapı haline geçince gevrekleşir, çentik darbe dayanımı düşer ve geçiş sıcaklığı yükselir. Tane büyümesini önlemek için bazı ferritik paslanmaz çeliklerin bileşimine AZOT eklenir. (Örneğin; AISI normuna göre 444 çeliği 0,035 maksimum ve 446 çeliği 0,25 maksimum).
Elektroda eklenen azot kaynak metalinin katılaşma sonunda ince taneli olmasına yardımcı olur. Bu tip paslanmaz çeliklerin kaynağında öyle bir kaynak yöntemi uygulanmalıdır ki ısının etkisi altında kalan bölgede 1150 oC’yi aşan sıcaklıklarda mümkün mertebe az kalmalıdır. Bu ise kaynağın çok kısa pasolarda yapılması ve hemen soğutulması ile gerçekleşebilir. Krom ferritik paslanmaz çeliklerin kaynağında bir başka sorunda krom ve demirin bir metaller arası fazı olan çok kırılgan ve gevrek (G) sigma fazının oluşmasıdır. Bu olay çeliğin uzun süre 400 ~ 550 oC arasında tutulması sonucu ortaya çıkar. Bu bakımdan bu çeliklere hiçbir zaman 400 oC üzerinde bir öne tavlama uygulanmamalıdır. Ancak 200 oC’lik bir ön tavlama uygulanabilir. Diğer durumlarda bu çeliklerin kaynağında ön tav uygulanmaz.
Ferritik kromlu paslanmaz çeliklerin kaynağında ortaya çıkan bir tehlike de, ITAB’de taneler arası korozyona karşı aşırı hassasiyettir. Özellikle stabilize edilmemiş, yüksek krom ve karbon içeren türlerde karşılaşılan önemli bir sonudur. Bu olay, ostenitik krom-nikelli paslanmaz çeliklerde oluşanın aksine, ferritik türlerde 900 oC’nin üzerindeki sıcaklıklardan hızlı soğumada ortaya çıkmaktadır, çünkü ostenitik bir yapıya nazaran ferritik yapı içinde krom karbür çökelmesi daha yüksek oranlardadır. Ferritik kromlu paslanmaz çelikler kaynak edildiklerinde, dikişe komşu bölgede taneler arası korozyona karşı hassastırlar, zira krom karbürler önce çözülürle, soğuma sırasında yer alabildiğince çabuk gerisin geriye tane sınırlarına partiler halinde çökelirler. Stabilize edilmemiş % 17 Cr’lu çeliklerden yapılan kaynaklı bağlantılar, kaynaktan hemen sonra 750 oC’de tavlama işlemine tabi tutularak taneler arası korozyona karşı dirençli hale getirilebilirler. Eğer bu tür çelikler Ti veya Nb ile stabilize edilmiş ise kaynaklı bağlantılar taneler arası korozyona karışı ısıl işlemsiz halde bile dirençli olacaklardır.
Ferritik kromlu paslanmaz çeliklerin kaynağında yapılacak bir ön tavlama, martenzitlik paslanmaz çeliklerin kaynağından farklı metarlurjik etkilere sahiptir. Bu tür çeliklerin kaynaklı bağlantıları yavaş soğutulduğu zaman tane irileşmesi ve tokluk azalması gösterirler. Bazı ferritik paslanmaz çelikler de tane sınırlarında martenzit oluşumuna eğilimlidirler. Bu çeliklere uygulanan ön tavlama ITAB’de çatlama tehlikesini ortadan kaldırır ve kaynaktan doğan gerilmeleri sınırlar. Ön tavlama sıcaklığı, bileşime , arzu edilen mekanik özelliklere, kalınlığa ve artık gerilmelere bağlı olarak saptanır. Ön tav sıcaklığı normalde 150 – 250 oC arasında uygulanır ve pasolar arası sıcaklıklar da ön tav sıcaklığının biraz üzerinde tutulabilir.
Kaynaktan sonra 750 - 850 oC’lik bir tavlamayı takiben hızlı bir soğutma, bu çeliklerde ITAB’nin sünekliğinin ve taneler arası korozyona direncinin artmasına yardımcı olur.
Az karbonlu ferritik paslanmaz çelikleri 18/8 tipi %8.1den fazla C içeren çelikler için %25Cr ve %20Ni içeren elektrotlar iyi sonuç vermektedir. Tablo 5 ve 6 da ferritik paslanmaz çeliklerin kimyasal bileşikleri, mekanik özellikleri belirtilmektedir.
|
