Paslanmaz Çelikler

Paslanmaz çelik, öncelikle korozyon ve ısıya dayanıklı özellikleri için seçilen çok yönlü bir mühendislik malzemeleri ailesini tanımlamak için kullanılan bir terimdir. Tüm paslanmaz çelikler temel olarak demir ve minimum %10,5 krom içermektedir. Bu seviyede krom, ortamdaki oksijen ve nem ile reaksiyona girerek malzemenin tüm yüzeyini kaplayan koruyucu, yapışkan ve uyumlu bir oksit filmi oluşturmaktadır.

Bu oksit filmi (pasif veya sınır tabaka olarak bilinmektedir) çok incedir (2-3 namometre). [1nanometre = 10–9 m]. Paslanmaz çelikler üzerindeki pasif tabaka gerçekten dikkate değer bir özellik sergilemektedir: hasar gördüğünde (örneğin aşındığında), çelikteki krom oksit tabakasını yeniden oluşturmak için ortamdaki oksijen ve nem ile hızla reaksiyona girdiğinden kendi kendini onarmaktadır. Krom içeriğinin minimum %10,5'in üzerine çıkarılması, daha da fazla korozyon direnci sağlamaktadır. Korozyon direnci daha da geliştirilebilmektedir ve %8 veya daha fazla nikel ilavesiyle çok çeşitli özellikler sağlanabilmektedir. Molibden ilavesi, korozyon direncini (özellikle, oyuk korozyonuna karşı direnci) daha da arttırırken, nitrojen mekanik mukavemeti arttırmaktadır ve oyuklaşmaya karşı direnci arttırmaktadır.

Metallerin büyük çoğunluğu katı hallerinde kristal bir yapıya sahiptir, yani kristalize atomların kafes yapılarından oluşmaktadır. Tanım olarak, paslanmaz çelikler de dahil olmak üzere tüm çelikler, esas olarak karbon ilavesiyle kristalize demir atomlarından oluşmaktadır. Çelikteki demir, oluşturulma koşullarına bağlı olarak birkaç farklı kristal yapıda bulunabilmektedir. Ferrit, östenit ve martensit, demirin kristal yapılarına örnektir ve hepsi farklı çelik türlerinde bulunmaktadır. Bu kristal yapılar arasındaki tanımlayıcı farklılıklardan biri, emebilecekleri karbon miktarıdır. Her zaman olmasa da genel olarak daha yüksek bir karbon içeriği, bir çeliği daha sert, ancak daha kırılgan yapmaktadır. Bir sıvı olarak erimiş demir kristal değildir ve kristaller yalnızca malzeme soğuduğunda oluşmaktadır. Malzeme soğuduğunda, çelik yavaş yavaş oluşan ayrı kristaller olarak katılaşmaktadır; bu, metalin birden fazla sıcaklık aşaması boyunca yavaş yavaş kristaller oluşturduğundan, herhangi bir çelik türünün aslında birkaç kristal türünden oluştuğu anlamına gelebilmektedir. Bu, tanımlayıcı kristal yapılarına bakılmaksızın, çeliklerin az miktarda karışık ferrit, östenit ve sementit içermesi nadir görülen bir durum olmadığı anlamına gelmektedir.

Östenitik paslanmaz çelikler, ferritten daha fazla karbon emebilen bir demir formu olan östenit içermektedir. Östenit, ferritin 912 derece C' ye ısıtılmasıyla oluşturulmaktadır ve bu noktada hacim merkezli kübik kristal yapıdan yüzey merkezli kübik kristal yapıya geçiş yapmaktadır. Yüzey merkezli kübik yapılar %2' ye kadar karbon emebilmektedir. Östenit soğuduğunda, genellikle ferrit formuna geri dönmektedir, bu da östenitin bir eritme fırınının aşırı sıcaklıklarının altındaki herhangi bir şeyde kullanılmasını zorlaştırmaktadır. Östenit, birçok östenitik paslanmaz çelikte bulunan nikel ve manganez gibi kimyasal katkı maddelerinin eklenmesiyle düşük sıcaklıklarda kristal yapısını korumaya zorlanabilmektedir. Östenitik paslanmaz çelikler ısıl işlemle önemli ölçüde sertleştirilemez, ancak soğuk işlemle sertleştirilebilir. Östenitik paslanmaz çelikler, korozyona karşı mükemmel dirençleri nedeniyle özellikle paslanmaz çelik vidalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Östenitik grup, diğer paslanmaz çelik kategorilerinden daha fazla miktarda kullanılan daha fazla kalite içermektedir. Östenitik paslanmaz çelikler, hem ferritik hem de martenzitik paslanmaz çeliklere karşı üstün korozyon direnci göstermektedir. Ferritik ve martenzitik paslanmaz çeliklerin aksine, östenitik kaliteler bir akma noktası göstermemektedir. Mükemmel şekillendirilebilirlik sunmaktadır ve deformasyona tepkileri kimyasal bileşim ile kontrol edilebilmektedir. Düşük sıcaklıklarda darbe geçişine maruz kalmamaktadır ve kriyojenik sıcaklıklara karşı yüksek tokluğa sahiptir. Daha fazla termal genleşme ve ısı kapasitesi sergilemektedir ve diğer paslanmaz veya geleneksel çeliklerden daha düşük termal iletkenliğe sahiptir. Genellikle kolayca kaynaklanmaktadır, ancak daha yüksek alaşımlı kaliteler için sarf malzemelerinin ve uygulamaların seçiminde dikkatli olunması gerekmektedir. Östenitik paslanmaz çelikler genellikle manyetik olmayan olarak tanımlanmaktadır, ancak işlendiğinde veya işlendiğinde biraz manyetik hale gelebilmektedir.

Ferritik paslanmaz çelik ise %10,5 ila %30 krom içeriği ile tanımlanmaktadır. Ferritik paslanmaz çeliğin tüm formları en az %10,5 kromdan yapılmıştır. Demir, yapımında kullanılan ana maddedir. Bununla birlikte, ferritik paslanmaz çelik, östenitik paslanmaz çelikten daha yüksek bir krom konsantrasyonu içermektedir. Ferritik paslanmaz çeliğin ısıl işlemle sertleştirilemeyeceğine dikkat etmek önemlidir. Örneğin sıcak haddeleme, ferritik paslanmaz çeliği sertleştirmemektedir. Ferritik paslanmaz çelik sadece soğuk haddeleme gibi soğuk işlemle sertleştirilebilmektedir. O zaman bile, ferritik paslanmaz çelik sertleşmeye karşı dirençlidir. Bir dereceye kadar sertleşebilmektedir, ancak sertlikte önemli bir farklılık göstermemektedir.

Martenzitik paslanmaz çelik, martenzitin oluşturulmasıyla oluşmaktadır. Martenzit, yüzlerce yıldır su verilmiş çeliğin önemli bir unsuru olmuştur, ancak resmi olarak metalürjist Adolf Martens'ten (1850 - 1914) sonra 20. yüzyılda adlandırılmıştır. Martenzit, ısıtıldığında östenitin hızla soğutulmasıyla oluşan kristalize demirin vücut merkezli kübik bir şeklidir. Martenzit kristallerinin oluşturulma hızının artması, sementit oluşumunu engellemektedir ve karbon atomlarının, kademeli soğutma sırasında normalde fazla karbonu dışarı atacak olan kristallerde doğal olmayan bir şekilde tutulmasına neden olmaktadır. Martenzitik paslanmaz çelikler ısıl işlem görebilmektedir ve sertleştirilebilmektedir, ancak östenitik paslanmaz çeliklere kıyasla kimyasal direnci daha düşüktür. Martenzitik paslanmaz çelik, genellikle, yüzey sertliğinin daha keskin bir bıçak oluşturduğu bıçaklarda olduğu gibi, sertlik kritik olduğunda kullanılmaktadır.

Bu paslanmaz çelikler, östenitik paslanmaz çeliklerin korozyon direncinin daha güçlü bir kombinasyonunu sağlayan östenit ve ferritten oluşan bir mikro yapıya sahiptir. Dubleks paslanmaz çelikler kaynaklanabilmektedir, ancak östenit ve ferritin doğru dengesini korumak için özen gösterilmelidir. Ferromanyetiktir ve düşük sıcaklıklarda darbe geçişine maruz kalmaktadır. Termal genleşmeleri östenitik ve ferritik paslanmaz çeliklerinki arasında bulunurken, diğer termal özellikler sade karbon çeliklerine benzemektedir. Şekillendirilebilirlik makuldür, ancak östenitik paslanmaz çelikler için kullanılanlardan daha yüksek kuvvetler gereklidir.