1-Paslanmaz Çeliğin Tarihi

Paslanmaz çeliğin icadı, 1798'de Louis Vauquelin'in Fransız Akademisi'ne kromu göstermesiyle başlayan bir dizi bilimsel gelişmeyi takip etti. 1800'lerin başlarında, İngiliz bilim insanları James Stoddart, Michael Faraday ve Robert Mallet, krom-demir alaşımlarının ("krom çelikler") oksitleyici maddelere karşı direncini gözlemlediler. Robert Bunsen, kromun güçlü asitlere karşı direncini keşfetti. Demir-krom alaşımlarının korozyon direnci ilk olarak 1821'de Pierre Berthier tarafından fark edilmiş olabilir. Berthier, bu alaşımların bazı asitlere karşı dayanıklılığını gözlemledi ve çatal-bıçak takımlarında kullanılmasını önerdi. 1840'larda, İngiltere'nin Sheffield çelik üreticileri ve ardından Almanya'dan Krupp, krom çeliği üretmeye başladı. Krupp, 1850'lerde bu malzemeyi top yapımında kullandı. 1861'de, Robert Forester Mushet, İngiltere'de krom çelik üzerine bir patent aldı. Bu gelişmeler, Brooklyn'deki Chrome Steel Works şirketinden J. Baur'un köprü yapımında kullanmak üzere krom içeren çelik üretmesini sağladı. Bu ürünle ilgili bir ABD patenti 1869'da verildi. Bu gelişmeleri, İngilizler John T. Woods ve John Clark'ın, %5-30 arasında değişen krom oranına sahip ve tungsten eklenmiş "hava koşullarına dayanıklı alaşımlar" için bir İngiliz patenti alması izledi.

2- Özellikler

a- İletkenlik

Çelik gibi, paslanmaz çelikler de nispeten zayıf elektrik iletkenleridir ve bakırdan çok daha düşük elektriksel iletkenliğe sahiptir. Paslanmaz çeliğin elektriksel temas direnci (ECR), yoğun koruyucu oksit tabakası nedeniyle oluşur ve bu durum, elektrik konektörleri olarak kullanılmasını sınırlar. Bakır alaşımları ve nikel kaplı konektörler, daha düşük ECR değerleri gösterdiğinden, bu tür uygulamalarda genellikle tercih edilen malzemelerdir. Bununla birlikte, paslanmaz çelik konektörler, yüksek sıcaklık ve oksitleyici ortamlar gibi korozyon direncinin daha önemli olduğu tasarımlarda kullanılır.

b- Erime Noktası

Diğer tüm alaşımlarda olduğu gibi, paslanmaz çeliğin erime noktası da tek bir sıcaklık olarak değil, bir sıcaklık aralığı olarak ifade edilir. Bu sıcaklık aralığı, alaşımın özel bileşimine bağlı olarak 1.400 ila 1.530 °C (2.550 ila 2.790 °F) arasında değişir.

c- Manyetizma

Martenzitik, dupleks ve ferritik paslanmaz çelikler manyetiktir, oysa östenitik paslanmaz çelik genellikle manyetik değildir. Ferritik çelik, demir atomlarının köşelerde ve merkezde bir demir atomu bulunan birim hücrelerde (gövde merkezli kübik kristal yapısı) düzenlenmesi nedeniyle manyetizmasını kazanır. Bu merkezdeki demir atomu, ferritik çeliğin manyetik özelliklerinden sorumludur. Bu yapı, çeliğin emebileceği karbon miktarını yaklaşık %0,025 ile sınırlar. Düşük koersif alana (zayıf mıknatıslanma) sahip kaliteler, ev aletlerinde kullanılan elektro valfler ve içten yanmalı motorlardaki enjeksiyon sistemleri için geliştirilmiştir. Bazı uygulamalarda, manyetik olmayan malzemeler gereklidir; örneğin, manyetik rezonans görüntüleme (MRI) cihazları. Genellikle manyetik olmayan östenitik paslanmaz çelikler, soğuk işleme ile hafif manyetik hale gelebilir. Örneğin, östenitik çelik bükülür veya kesilirse, paslanmaz çeliğin kenarı boyunca kristal yapının yeniden düzenlenmesi nedeniyle manyetizma ortaya çıkabilir.

d- Korozyon

Azot ilavesi, çukur korozyonuna (pitting korozyonu) karşı direnci artırır ve mekanik dayanımı yükseltir. Bu nedenle, alaşımın maruz kalacağı ortama uyacak şekilde değişen krom ve molibden içeriğine sahip birçok paslanmaz çelik türü vardır. Korozyon direnci, aşağıdaki yöntemlerle daha da artırılabilir: • Krom içeriğini %11'in üzerine çıkarmak • Nikel oranını en az %8'e çıkarmak • Molibden eklemek (bu aynı zamanda çukur korozyonuna karşı direnci de artırır)

e- Aşınma

Galling (soğuk kaynak olarak da adlandırılır), iki metal yüzeyin birbirine göre hareket ettiği ve ağır basınca maruz kaldığı durumlarda meydana gelen şiddetli bir yapışkan aşınma türüdür. Östenitik paslanmaz çelik bağlantı elemanları, özellikle dişli bağlantılarda galling'e karşı hassastır. Bununla birlikte, koruyucu bir oksit yüzey filmi oluşturan alüminyum ve titanyum gibi diğer alaşımlar da bu soruna açıktır. Yüksek temas kuvvetine sahip kayma sırasında, bu oksit tabakası deforme olabilir, kırılabilir ve bileşenin bazı bölümlerinden uzaklaşabilir. Bu durumda, çıplak reaktif metal yüzeyi ortaya çıkar. İki yüzey aynı malzemeden yapılmışsa, bu çıplak yüzeyler kolayca kaynaşabilir. Yüzeylerin birbirinden ayrılması, yüzeyin yırtılmasına ve hatta metal bileşenlerin veya bağlantı elemanlarının tamamen sıkışmasına neden olabilir. Galling'i önlemek için aşağıdaki yöntemler kullanılabilir: • Farklı malzemelerin kullanılması (örneğin, bronz ile paslanmaz çelik) • Farklı paslanmaz çelik türlerinin kullanılması (martenzitik çeliğin östenitik çeliğe karşı kullanılması) • İplikli bağlantıların yağlanması, iki parça arasında bir film oluşturur ve galling'i önler. Nitronic 60, mangan, silikon ve azot ile özel alaşımlandırılarak üretilmiş bir paslanmaz çelik türüdür ve galling eğiliminin azaltıldığını göstermiştir.

Türleri

a- Östenitik Paslanmaz Çelik

Östenitik paslanmaz çelik, tüm paslanmaz çelik üretiminin yaklaşık üçte ikisini oluşturan en büyük paslanmaz çelik grubudur. Yüzey merkezli kübik kristal yapıya (face-centered cubic, FCC) sahip östenitik bir mikroyapıya sahiptir. Bu mikroyapı, çeliğin yeterli miktarda nikel ve/veya manganez ve azotla alaşım haline getirilmesiyle elde edilir. Bu sayede, östenitik mikroyapı, kriyojenik sıcaklıklardan ergime noktasına kadar her sıcaklıkta korunur. Bu nedenle, ısıl işlemle sertleştirilemezler çünkü tüm sıcaklıklarda aynı mikroyapıya sahiptirler. Östenitik paslanmaz çelikler, 200 serisi ve 300 serisi olarak iki alt gruba ayrılır: • 200 Serisi: Bu seride, nikelin kullanımını en aza indirmek için krom-manganez-nikel alaşımları kullanılır. Bu gruba azot eklendiği için, 200 serisi çelikler 300 serisi paslanmaz çeliklere göre yaklaşık %50 daha yüksek akma dayanımına sahiptir. o Tip 201: Soğuk şekillendirme yoluyla sertleştirilebilir. o Tip 202: Genel amaçlı bir paslanmaz çeliktir. Düşük nikel içeriği ve yüksek manganez içeriği nedeniyle korozyon direnci düşüktür. • 300 Serisi: Bu seride, östenitik mikroyapıyı neredeyse tamamen nikel alaşımıyla sağlamak amaçlanır. o Tip 304: En bilinen türdür ve 18/8 veya 18/10 olarak da bilinir. %18 krom ve %8-10 nikel içerir. o Tip 316: En yaygın ikinci östenitik paslanmaz çeliktir. %2 molibden eklenmesi, asitlere ve klorür iyonlarının neden olduğu yerel korozyona karşı daha fazla direnç sağlar.

b- Ferritik Paslanmaz Çelik

Ferritik paslanmaz çelikler, karbon çeliği gibi ferrit mikroyapısına (merkezli kübik kristal yapı) sahiptir ve %10,5 ila %27 arasında krom içerir, ancak çok az nikel içerir veya hiç nikel içermez. Bu çeliklerin mikroyapısı, krom ilavesi sayesinde her sıcaklıkta sabittir, bu nedenle ısıl işlemle sertleştirilemezler. Östenitik paslanmaz çeliklere göre soğuk şekillendirme ile daha az güçlendirilebilirler ve manyetiktirler. • Tip 430: %17 krom içeriğine sahip olup mimari ve yapısal uygulamalarda kullanılır. • Tip 409 ve 439: Otomobil egzoz borularında yaygın olarak kullanılır. • Tip 441: Egzoz sistemleri, asansör ve ısı değiştirici imalatında kullanılır

Martenzitik Paslanmaz Çelik

Martenzitik paslanmaz çelik, merkezlenmiş kübik kristal yapıya sahiptir. Bu çelikler, mühendislik çelikleri, takım çelikleri ve sürünme dirençli çelikler olarak kullanılır. Manyetiktir ve düşük krom içeriği nedeniyle ferritik ve östenitik paslanmaz çelikler kadar korozyona dayanıklı değildir.
• Fe-Cr-C Kaliteleri: İlk kullanılan martenzitik türdür ve aşınma direncinin önemli olduğu mühendislik uygulamalarında yaygın olarak kullanılır.
• Fe-Cr-Ni-C Kaliteleri: Karbonun bir kısmı nikel ile değiştirilmiştir. Bu, daha yüksek tokluk ve korozyon direnci sağlar.
• Çökelme Sertleşen Kaliteler: EN 1.4542 (17-4 PH) çeliği, martenzitik sertleşme ve çökelme sertleşmesini birleştirir ve yüksek mukavemetle iyi tokluk sağlar.
• Sürünme Dirençli Kaliteler: Niyobyum, vanadyum, bor ve kobalt eklenerek 650 °C'ye kadar mukavemet ve sürünme direnci artırılır. Martenzitik paslanmaz çelikler, üç aşamalı bir ısıl işlemle daha iyi mekanik özellikler sağlar: 1. Östenitleme: Çelik 980-1050°C'ye ısıtılır. 2. Su Verme: Östenit, martenzite dönüşür ve çok sert bir yapı oluşur. 3. Temperleme: 500°C civarında ısıl işleme tabi tutulur, bu da tokluk ve darbe direncini artırır.

d- Dubleks Paslanmaz Çelik

Dubleks paslanmaz çelikler, östenit ve ferrit mikroyapılarının bir karışımına sahiptir (genellikle 50:50 oranında). 19-32% krom, 5% molibden ve daha düşük nikel içerirler. Östenitik çeliklere göre iki kat daha yüksek akma dayanımına sahiptirler. Dubleks paslanmaz çelikler üç gruba ayrılır:

Paslanmaz Çelik Kaliteleri (200-300-400 Serileri)

• 304/304L: Östenitik grubun en yaygın türü. Mutfak eşyaları, endüstriyel mutfaklar ve otomotiv endüstrisinde kullanılır.
• 316/316L/316Ti: Yüksek sıcaklık, asit ve klorürlere dayanıklıdır. 316L düşük karbonludur, 316Ti ise titanyumla takviye edilmiştir.
• 321: Titanyum ile güçlendirilmiş korozyon direncine sahiptir. Isı değiştiriciler, kimya endüstrisi ve havacılıkta kullanılır.
• 309S ve 310S: Yüksek sıcaklıklara dayanıklıdır (309S: 1050°C, 310S: 1100°C). Fırın parçalarında ve kimya endüstrisinde kullanılır.
• 430: Ferritik grubun en yaygın türüdür. Dekoratif kullanımlar, asansör, baca sistemlerinde kullanılır.
• 441: Yüksek sıcaklık direnci sağlar. Egzoz sistemleri ve ısı değiştiricilerde kullanılır.
• 201: En yaygın 200 serisi türüdür. Dekoratif kullanımlarda, endüstriyel mutfaklarda ve depolama ekipmanlarında kullanılır

3- Paslanmaz Çeliğin Uygulama Alanları

• Otomotiv ve Taşımacılık: Egzoz sistemleri, ızgaralar ve yapısal bileşenler.
• Medikal Teknoloji: Cerrahi aletler, ameliyat masaları, implantlar ve sterilizasyon cihazları.
• İnşaat: İç tasarım (tezgahlar, korkuluklar) ve dış tasarım (dış cephe kaplamaları, köprüler).
• Havacılık: Uçak iskeletleri, jet motorları ve iniş takımları.
• Gıda ve Catering: Mutfak eşyaları, çatal-bıçak takımı, endüstriyel mutfak ekipmanları.
• Tanker ve Gemi İmalatı: Kimyasal taşıma tankerleri ve gemi yapımında kullanılır.