Dubleks paslanmaz çelik (1.4462) malzemenin farklı iletim hızlarında erozif aşınma davranışı üzerine bir çalışma
A study on the erosive wear behavior of duplex stainless steel (1.4462) at different transmission rates
Yazar: MEHMET ALİ KAHRAMAN
Danışman: DOÇ. DR. RECEP DEMİRSÖZ
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
İhtiyaçlarımıza göre şekillenen teknolojilerin oldukça hızlı bir şekilde ilerlediği açıktır. Bu ilerlemeyi düşündüğümüzde, malzemelerin önemi ve özellikle çelik türevi malzemelerin önemi oldukça büyüktür. Günlük hayatımızın birçok alanında kullanılan çelik, inşaat, konstrüksiyon ve imalat, sağlık, gıda, enerji sektörleri gibi sektörlerde büyük bir rol oynamaktadır. Seçilecek her çeliğin mekanik özellikleri gibi kriterler büyük önem taşımaktadır. Paslanmaz çelik, dünya genelinde yaygın olarak kullanılan bir çelik türüdür ve korozyona dayanımı, geniş sıcaklık aralıklarında çalışabilme, üretilebilirliği, mekanik olarak yüksek dayanımı, kaliteli yüzeye sahip, hijyenik ve kullanım ömrünün uzun olması gibi üstün özellikleri nedeniyle tercih edilmektedir. Her ne kadar bu gruba ait malzemelerden yapılmış ekipmanlar veya parçalar aşınmaya maruz kaldığında, ömürleri doğrudan ve olumsuz olarak etkilenmektedir. 
 
Dubleks paslanmaz çelik, yüksek mukavemet, korozyon direnci ve yüksek sıcaklık dayanımı gibi özellikleri bir arada sunan bir paslanmaz çelik alaşımıdır. Östenitik ve ferritik fazların bir arada olduğu paslanmaz çeliklerdir. Östenitik paslanmaz çelikler, korozyon direnci ve kaynaklanabilirlikleri nedeniyle yaygın olarak kullanılan bir paslanmaz çelik sınıfıdır. Ancak, yüksek sıcaklıklarda ve aşındırıcı ortamlarda dayanıklılıkları düşük olabilir. Ferritik paslanmaz çelikler ise yüksek mukavemetli ve maliyeti düşük bir paslanmaz çelik sınıfıdır. Ancak, korozyon dirençleri östenitik çeliklere kıyasla daha düşüktür. Dubleks paslanmaz çelikler, bu iki farklı paslanmaz çelik sınıfının avantajlarını bir arada sunarak, yüksek mukavemet, korozyon direnci ve yüksek sıcaklık dayanımı özelliklerini birleştirir. Bu nedenle, özellikle denizaltı, petrol ve gaz endüstrilerinde kullanılan ekipmanlar için ideal bir malzemedir. Ayrıca, rafineri ve kimya endüstrisi gibi zorlu ortamlarda da tercih edilir.

Çamur erozyon çalışması, özellikle petrokimya tesislerinde, hidrolik makinelerde, pompalarda, maden endüstrisinde ve hidroelektrik santrallerinde, vb. aşındırıcı partiküllerin taşınmasıyla ilgili birçok mühendislik uygulamasında hayati öneme sahiptir. Erozyona bağlı arızalar, güvenlik endişelerinin yanı sıra zararlı ekonomik sonuçlara da yol açmakta olup, bunun sonucunda arıza ve bakım maliyetlerini azaltan daha uzun kullanım süresi talebi, pek çok şirket ve araştırmacıyı, güncel uygulamalarda çamur erozyonunu incelemeye motive etmiştir. Bu kapsamda çeşitli çevresel koşullar altında farklı malzemelerin gerçek erozyon durumlarını anlamak için değişik alanlarda çalışma yapılmış ve daha da geliştirilmek üzere çalışmalara devam edilmektedir.

Yapılan bu çalışmada, paslanmaz çeliklerin önemine ve endüstride kullanım alanlarına değinilerek, özellikle 1.4462 dubleks paslanmaz çeliğinin erozif aşınma ortamında deneysel çalışmaları yapılacaktır. Numuneler, Tam Faktoriyel yöntemi oluşturulan deney tasarımına göre çeşitli çarpma açıları (30°,60° ve 90), çarpma hızları (2,5 m/s, 3,5 m/s ve 4,5 m/s) ve sabit partikül konsantrasyonu ile sulu çamur erozif aşınma ortamında 1 saat boyunca uygulanacaktır. Deney sonuçları, 10-4 gram hassasiyetinde olan bir hassas terazi yardımı kütle kaybı ve de yüzey pürüzlülüğü üzerindeki incelenecektir. Ayrıca, aşınma durumları görsel ve elemental olarak SEM, EDX gibi yöntemlerle analiz edilecektir. Bu çalışma, dubleks paslanmaz çeliklerin erozif aşınma ortamında performanslarının belirlenmesine katkı sağlayabilir ve endüstriyel uygulamalarda malzeme seçiminde yardımcı olabilir.

Abstract:
It is evident that technologies are rapidly advancing to meet our needs. When considering this progress, the importance of materials, especially steel-based materials, is significant. Steel, widely used in many areas of our daily lives, plays a crucial role in sectors such as construction, manufacturing, healthcare, food, and energy. The selection of steel involves crucial criteria, particularly mechanical properties. Stainless steel is a widely used type of steel worldwide, preferred for its superior properties such as corrosion resistance, ability to operate in a wide temperature range, producibility, high mechanical strength, high-quality surface, hygiene, and long service life. However, equipment or components made from these materials are directly and adversely affected when exposed to abrasion.
 
Duplex stainless steel is a stainless-steel alloy that combines high strength, corrosion resistance, and high-temperature resistance. It consists of austenitic and ferritic phases. Austenitic stainless steels are widely used due to their corrosion resistance and weldability. However, they may have low durability in high temperatures and corrosive environments. Ferritic stainless steels, on the other hand, are a cost-effective class of stainless steel with high strength. However, their corrosion resistance is lower compared to austenitic steels. Duplex stainless steels combine the advantages of these two different stainless-steel classes, offering high strength, corrosion resistance, and high-temperature resistance. Therefore, they are an ideal material, especially for equipment used in industries such as submarines, oil and gas, as well as in challenging environments like refineries and the chemical industry.

Slurry erosion study is of vital importance in many engineering applications related to the transportation of abrasive particles, such as petrochemical plants, hydraulic machinery, pumps, the mining industry, hydroelectric power plants, and more. Erosion-related failures not only raise safety concerns but also result in harmful economic consequences. As a result, the demand for longer service life that reduces failure and maintenance costs has motivated many companies and researchers to investigate slurry erosion in current applications. Various studies have been conducted in different fields to understand the real erosion conditions of different materials under various environmental conditions and continue to be further developed.

In this study, the importance of stainless steels and their industrial applications are discussed, focusing specifically on the experimental investigation of 1.4462 duplex stainless steel in erosive wear conditions. Samples will be subjected to a one-hour exposure in a slurry erosion environment with various impact angles (30°, 60°, and 90°), impact velocities (2.5 m/s, 3.5 m/s, and 4.5 m/s), and constant particle concentration, according to the experimental design created by the Full Factorial method. The experimental results will be analyzed in terms of mass loss and surface roughness with the help of a precision balance with a sensitivity of 10-4 grams. Additionally, the wear conditions will be visually and elementally analyzed using methods such as SEM and EDX. This study can contribute to determining the performance of duplex stainless steels in erosive wear environments and assist in material selection for industrial applications.