Paslanmaz Çeliklerin Alaşım Elementleri ve Metalurjik Etkileri
Alaşım elementlerinin her birinin çeliğin özellikleri üzerinde belirli bir etkisi vardır. Belirli bir çelik sınıfının özellik profilini belirleyen, tüm alaşım elementlerinin ve bir dereceye kadar safsızlıkların birleşik etkisidir. Farklı kalitelerin neden farklı bileşimlere sahip olduğunu anlamak için alaşım elementlerine ve bunların yapı ve özellikler üzerindeki etkileri bilinmektedir. Ayrıca alaşım elementlerinin etkisinin sertleştirilebilir ve sertleştirilemeyen paslanmaz çelikler arasında bazı yönlerden farklılık gösterdiğine dikkat edilmelidir.
Malzeme içerisinde %0,025-0,040 arasında değişen oranlarda bulunur ve paslanmaz çelik yapısındaki temel alaşım elementlerinden biridir. Bu oranların düşük olmasının sebebi, krom karbür çökelmesinin engellenmesi ve paslanmaz özelliğinin çeliğe kazandırılmasıdır. Karbon, güçlü bir östenit oluşturucudur ve güçlü bir östenitik yapıyı destekler. Aynı zamanda mekanik mukavemeti önemli ölçüde arttırır. Karbon, taneler arası korozyona karşı direnci azaltır.
Ferritik paslanmaz çeliklerde karbon hem tokluğu hem de korozyon direncini önemli ölçüde azaltır.
Martenzitik ve martenzitik-östenitik çeliklerde karbon sertliği ve mukavemeti artırır. Martenzitik çeliklerde sertlik ve mukavemette bir artışa genellikle toklukta bir azalma eşlik eder ve bu şekilde karbon, paslanmaz çeliklerin tokluğunu azaltır.
Krom, paslanmaz çeliklerdeki en önemli alaşım elementidir. Paslanmaz çeliklerin korozyon direncini malzeme yüzeyinde oluşturduğu kromca zengin (Fe,Cr)2O3 tabakası ile sağlayan en önemli alaşım elementidir. Paslanmaz çeliklere temel korozyon direncini veren elementtir. Korozyon direnci ve tufalleşme direnci artan krom içeriği ile artar. Ayrıca yüksek sıcaklıklarda oksidasyona karşı direnci artırır. Krom, ferritik bir yapıyı destekler
Azot, çok güçlü bir östenit oluşturucudur ve güçlü bir östenitik yapıyı destekler. Aynı zamanda mekanik mukavemeti önemli ölçüde artırır. Azot, özellikle molibden ile kombinasyon halinde lokal korozyona karşı direnci artırır. Yüksek kromlu ve az karbonlu çeliklerde yüksek sıcaklıklardaki tane büyümesini önlemek için kullanılır. Düşük sıcaklıklarda kaynak metali tokluğunu düşürür.
Nikel ilavesinin ana nedeni, östenitik bir yapının teşvik edilmesidir. Nikel genellikle sünekliği ve tokluğu artırır. Aynı zamanda korozyon oranını da düşürür ve bu nedenle asit ortamlarında avantajlıdır. Çökeltme sertleştirme çeliklerinde nikel, mukavemeti arttırmak için kullanılan intermetalik bileşikleri oluşturmak için de kullanılır. Kaynak metali tokluğunu yükseltici etkisi vardır.
Bakır, belirli asitlerde korozyon direncini arttırır ve östenitik bir yapıyı destekler. Çökeltme sertleştirme çeliklerinde, mukavemeti artırmak için kullanılan intermetalik bileşikleri oluşturmak için bakır kullanılır.
Mangan, genellikle paslanmaz çeliklerde sıcak sünekliği iyileştirmek için kullanılır. Ferrit / östenit dengesi üzerindeki etkisi sıcaklığa göre değişir: Düşük sıcaklıkta mangan bir östenit stabilizatörüdür, ancak yüksek sıcaklıklarda ferriti stabilize eder. Manganez, nitrojenin çözünürlüğünü arttırır ve östenitik çeliklerde yüksek nitrojen içeriği elde etmek için kullanılır.
Titanyum güçlü bir ferrit oluşturucu ve güçlü bir karbür oluşturucudur, bu nedenle etkili karbon içeriğini düşürür ve iki şekilde ferritik bir yapıyı teşvik eder. Östenitik çeliklerde taneler arası korozyona karşı direnci arttırmak için ilave edilir ve yüksek sıcaklıklarda mekanik özellikleri de arttırır. Östenitik paslanmaz çeliklerde krom-karbür çökelmesini önlemek için dengeleme elementi olarak kullanılır.
Ferritik paslanmaz çeliklerde, katı çözelti içindeki ara madde miktarını düşürerek tokluğu ve korozyon direncini artırmak için titanyum eklenir.
Martenzitik çeliklerde titanyum, martenzit sertliğini düşürür ve tavlama direncini artırır. Çökeltme sertleştirme çeliklerinde, mukavemeti artırmak için kullanılan intermetalik bileşikleri oluşturmak için titanyum kullanılır. Yüksek mukavemetli ve ısıya dayanımlı alaşımlara yaşlanma sertleşmesini etkilemek için alüminyum (Al) ile ilave edilir.
Niyobyum hem güçlü bir ferrit hem de karbür oluşturucudur. Titanyum gibi orta şiddette ferrit yapıcıdır. Östenitik çeliklerde, taneler arası korozyona karşı direnci artırmak için eklenir, krom karbür çökelmesine karşı dengelemede kullanılır ancak aynı zamanda yüksek sıcaklıklarda mekanik özellikleri de geliştirir.
Martenzitik çeliklerde niyobyum sertliği düşürür ve tavlama direncini artırır. Bazı martenzitik paslanmaz türlerinde karbonu bağlayarak, çeliğin sertleşme eğilimini azaltmak amacı ile katılır. Yüksek mukavemetli bazı alaşımlara, sertliği ve mukavemeti etkilemek için katılmaktadır. ABD’de aynı zamanda Columbium (Cb) olarak da anılır.
Silisyum hem yüksek sıcaklıklarda hem de daha düşük sıcaklıklarda güçlü oksitleyici çözeltilerde oksidasyona karşı direnci artırır. Orta şiddette ferrit yapıcıdır. Islah edilebilir su verilmiş çeliklerde, çekme mukavemeti ve orantılılık sınırını yükseltir. Soğuk şekillendirilme kabiliyetini azaltır. Çeliklerin elektrik direncini yükseltir.
Molibden hem genel hem de lokal korozyona karşı direnci büyük ölçüde artırır. Oksitleyici olmayan ortamlarda genel korozyon direncini, diğer ortamlarda çukurcuk korozyon direncini arttırmak için kullanılır. Mekanik mukavemeti bir miktar arttırır ve ferritik bir yapıyı güçlü bir şekilde destekler. Molibden ayrıca ferritik, ferritik-östenitik ve östenitik çeliklerde ikincil fazların oluşumunu destekler. Martenzitik çeliklerde karbür çökelmesi üzerindeki etkisinden dolayı daha yüksek meneviş sıcaklıklarında sertliği artıracaktır. Yüksek sıcaklıkta mukavemeti ve sürünme direncini arttırır.
Kuvvetli ferrit yapıcıdır. Alüminyum, önemli miktarlarda eklenirse oksidasyon direncini artırır. Bu amaçla bazı ısıya dayanıklı alaşımlarda kullanılmaktadır. Çökeltme sertleştirme çeliklerinde alüminyum, yaşlanmış durumda mukavemeti artıran intermetalik bileşikleri oluşturmak için kullanılır. Titanyum ile bazı yüksek mukavemetli alaşımlara katılarak yaşlanma sertleşmesi etkisini azaltır. %12 krom içeren kaynak metaline katılarak yapıyı ferritik yani sertleşemez hale getirir.
Kobalt, özellikle yüksek sıcaklıklarda sertliği ve tavlama direncini arttırdığı martenzitik çeliklerde sadece alaşım elementi olarak kullanılır. Aynı zamanda birçok paslanmaz alaşımının yüksek sıcaklıklardaki sürünme ve mukavemet özelliklerini geliştirmek amacı ile katılır.
Vanadyum, mevcut karbür türü üzerindeki etkisinden dolayı martenzitik çeliklerin sertliğini artırır. Aynı zamanda tavlama direncini de arttırır. Vanadyum ferriti stabilize eder ve yüksek içerikte yapıdaki ferriti teşvik eder. Sadece sertleştirilebilir paslanmaz çeliklerde kullanılır.
İşlenebilirliği artırmak için bazı paslanmaz çeliklere, talaşlı üretime yatkınlığı arttırmak için kükürt eklenir. Fazla miktarda kükürt, korozyon direncini, sünekliği ve kaynaklanabilirlik ve şekillendirilebilirlik gibi üretim özelliklerini önemli ölçüde azaltacaktır.
Seryum, nadir toprak metallerinden biridir ve oksidasyona ve yüksek sıcaklık korozyonuna karşı direnci artırmak için bazı ısıya dayanıklı sıcaklık çeliklerine ve alaşımlarına küçük miktarlarda eklenir.
Tungsten, kuvvetli bir ferrit yapıcıdır. Bazı yüksek sıcaklık alaşımlarının mukavemet ve sürünme direncini arttırmak için katılır.
Bu elementlerden bir tanesi az bir miktarda molibden veya zirkonyum ile paslanmaz çeliğe katılarak paslanmaz çeliğin talaşlı üretime yatkınlığı arttırılır. Bu üç elementte kaynak metalinde çatlamayı teşvik eder.
Paslanmaz Çeliklerin Fiziksel ve Mekanik Özellikleri
Fiziksel özellikler açısından paslanmaz çelikler, bazı açılardan karbonlu çeliklerden belirgin şekilde farklıdır. Çeşitli paslanmaz çelik kategorileri arasında da kayda değer farklılıklar vardır. Aşağıdaki tabloda paslanmaz çeliklerin bazı fiziksel özellikleri için tipik değerleri göstermektedir.
| Özellik | Paslanmaz Çelik Türü | |||
| Martenzitik | Ferritik | Östenitik | Dubleks | |
| Yoğunluk (g/cm3) | 7.6-7.7 | 7.6-7.8 | 7.9-8.2 | 8 |
| Young Modülü (MPa) | 220 | 220 | 195 | 200 |
| Termal Genleşme (x10-6/°C) | 12-13 | 12-13 | 17-19 | 13 |
| Termal İletkenlik (W/m°C) | 22-24 | 20-23 | 12-15 | 20 |
| Isı Kapasitesi (J/kg°C) | 460 | 460 | 440 | 400 |
| Direnç (nΩm) | 600 | 600-750 | 850 | 700-850 |
| Ferromanyetiklik | Var | Var | Yok | Var |
Östenitik çelikler genellikle diğer paslanmaz çelik türlerinden daha yüksek yoğunluğa sahiptir. Her bir çelik kategorisi içinde, yoğunluk genellikle artan alaşım elementleri, özellikle molibden gibi ağır elementler ile artar.
Paslanmaz çelik türleri arasında en büyük farklılığı gösteren ve aynı zamanda paslanmaz çelikler ve karbon çelikler için önemli ölçüde farklı olan iki önemli fiziksel özellik, ısıl genleşme ve ısıl iletkenliktir. Östenitik çelikler, diğer paslanmaz çelik türlerinden önemli ölçüde daha yüksek termal genleşme sergiler. Bu, sıcaklık dalgalanmaları olan uygulamalarda, tüm yapıların ısıl işleminde ve kaynakta ısıl streslere neden olabilir. Paslanmaz çelikler için ısıl iletkenlik genellikle karbonlu çeliklerden daha düşüktür ve her paslanmaz çelik kategorisi için artan alaşım seviyesi ile azalır. Isıl iletkenlik aşağıdaki sırada azalır: martenzitik çelikler, ferritik ve ferritik-östenitik çelikler ve son olarak en düşük termal iletkenliğe sahip östenitik çelikler.
Paslanmaz çeliklerin fiziksel özellikleri, alüminyum ve bakır alaşımları gibi yaygın olarak kullanılan demir dışı alaşımlardan oldukça farklıdır. Bununla birlikte, çeşitli paslanmaz aileleri karbonlu çeliklerle karşılaştırılırken, özelliklerdeki birçok benzerlik bazı temel farklılıklar olsa da var. Karbon çelikleri gibi, paslanmaz çeliklerin yoğunluğu yaklaşık olarak ~ 8.0 g / cm3‘tür. Alüminyum alaşımlarından üç kat daha büyüktür (2,7 g / cm3). Karbon çelikler gibi, paslanmaz çelikler de bakır alaşımlarının (115 MPa veya 17 ksi) neredeyse iki katı ve alüminyum alaşımlarının neredeyse üç katı (70 MPa veya 10 ksi) olan yüksek bir elastikiyet modülüne (200 MPa veya 30 ksi) sahiptir.
Bu malzemeler arasındaki farklılıklar termal iletkenlik, termal genleşme ve elektriksel dirençte de belirgindir. Çeşitli malzeme türleri arasında ısıl iletkenlikteki büyük farklılığı göstermektedir; 6061 alüminyum alaşımı (Al-lMg-0.6Si-0.3Cu-0.2Cr) çok yüksek bir termal iletkenliğe sahiptir, ardından alüminyum bronz (Cu-5Al), 1080 karbon çeliği ve ardından paslanmaz çelikler gelir. Paslanmaz çelikler için alaşım ilaveleri, özellikle nikel, bakır ve krom, termal iletkenliği büyük ölçüde azaltır.
Termal genleşme 6061 tipi alüminyum alaşımı için en büyüktür, ardından alüminyum bronz ve östenitik paslanmaz alaşımlar ve ardından ferritik ve martenzitik alaşımlar gelir. Östenitik paslanmaz alaşımlar için nikel ve bakır ilaveleri termal genleşmeyi azaltabilir
Paslanmaz çelikler yüksek elektrik direncine sahiptir. Alaşım ilaveleri elektrik direncini artırma eğilimindedir. Bu nedenle, ferritik ve martenzitik paslanmaz çelikler, östenitik, dubleks ve PH alaşımlarından daha düşük elektrik direncine, ancak 1080 karbon çeliğe göre daha yüksek elektrik direncine sahiptir. Paslanmaz çeliklerin elektriksel direnci, alüminyum bronzdan ~ 7,5 kat, tip 6061 alüminyum alaşımından yaklaşık 20 kat daha fazladır.
Paslanmaz Çelik Standartları
Korozyona olan dayanımı , düşük ve yüksek sıcaklıklarda kullanılabilmesi , mekanik özellikleri , üretim kolaylığı , hijyenik olması ve uzun ömrü nedeni ile paslanmaz çelik günümüzün vazgeçilmez sanayi materyallerinden biridir.
**Tabloyu büyütmek için üzerine tıklayınız
