Paslanmaz çelik üretiminde alaşım elementleri ve hammadde seçimi

Paslanmazlığın kaynağı

Krom, oksijenle temas ettiğinde yüzeyde birkaç nanometre kalınlığında, yoğun ve yapışkan bir krom oksit filmi oluşturur. Bu film metali ortamdan ayırır. Çizildiğinde ya da mekanik olarak kaldırıldığında, ortamda oksijen varsa saniyeler içinde kendini yeniden kurar; paslanmaz çeliği boyalı ya da kaplamalı çelikten ayıran özellik budur.

Filmin oluşabilmesi için krom eşiğinin aşılması şarttır. %10,5 altında film sürekli değildir ve koruma sağlamaz. Daha agresif ortamlarda bu oranın yükseltilmesi gerekir.

Başlıca aileler

304 ile 316 arasındaki fark

İkisi de östenitik paslanmaz çeliktir. Temel fark molibdendir: 316 ağırlıkça yaklaşık %2-3 molibden içerir, 304 içermez.

Molibden, klorür iyonlarının pasif filmi lokal olarak delmesine karşı direnç sağlar. Bu yüzden 316, deniz suyu, klorürlü kimyasallar ve tuzlu ortamlarda 304'e belirgin üstünlük gösterir. Klorür bulunmayan ortamlarda 304 genellikle yeterlidir ve daha ekonomiktir.

Çukurcuk korozyonuna direnci kabaca tahmin etmek için PREN değeri kullanılır: PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N. Tipik olarak 304 için 18-20, 316 için 24-26, dubleks 2205 için 34-38 civarında bir değer çıkar; sayı büyüdükçe klorürlü ortamdaki direnç artar.

Elementlerin görevleri

Krom

Pasif filmi kuran element. Oranı arttıkça genel korozyon ve oksidasyon direnci yükselir.

Nikel

Östenit fazını kararlı kılar; sünekliği, tokluğu ve derin çekilebilirliği artırır. Paslanmaz çelik maliyetinin en oynak bileşenidir.

Molibden

Çukurcuk ve aralık korozyonuna direnç; yüksek sıcaklıkta dayanım.

Azot

Östeniti kararlı kılar, dayanımı ve çukurcuk direncini artırır; nikelin bir bölümünün yerini alabilir.

Titanyum ve niyobyum

Karbonu kendileri bağlayarak krom karbür oluşumunu engeller; 321 ve 347 gibi stabilize kalitelerde kullanılır.

Kükürt ve selenyum

Talaş kırmayı kolaylaştırır (otomat kaliteleri) ama korozyon direncini düşürür.

Duyarlılaşma ve kaynak

Paslanmaz çelik 450-850 °C aralığında bir süre kalırsa, karbon kromla birleşerek tane sınırlarında krom karbür çökeltir. Karbürün hemen çevresi kromca fakirleşir ve pasif film orada zayıflar. Duyarlılaşma denen bu durum, malzemeyi tanelerarası korozyona açık bırakır ve en sık kaynağın ısıdan etkilenen bölgesinde görülür.

Üç çözüm vardır:

1. Karbonu düşürmek. 304L ve 316L kalitelerde karbon üst sınırı %0,03'tür. Bu, düşük karbonlu ferrokrom kullanımını zorunlu kılar.
2. Stabilize etmek. Titanyum ya da niyobyum ilavesiyle karbon önceden bağlanır (321, 347).
3. Çözeltiye alma ısıl işlemi. Çökelmiş karbürler yeniden çözülür ve hızlı soğutmayla çökelme önlenir.

Hammadde tarafı

Paslanmaz çelik üretimi büyük ölçüde hurda temellidir, ancak bileşimi tutturmak ve hurdadan gelen eksikleri tamamlamak için birincil hammaddelere ihtiyaç duyulur:

• Düşük karbonlu ferrokrom: krom kaynağı; karbon sınırını aşmadan krom eklemenin temel yolu.
• Saf nikel ya da nikel pik: östenitik kalitelerde nikel kaynağı.
• Yüksek saflıkta krom metal: karbonun çok düşük tutulması gereken özel kalitelerde ferrokrom yerine kullanılır.
• Ferromolibden: 316 ve dubleks kalitelerde molibden kaynağı.
• Ferrotitanyum ve ferroniyobyum: stabilize kalitelerde karbon bağlayıcı.
• Ferrosilisyum ve kireç: AOD sürecinde indirgeme ve cüruf yapıcı.

Paslanmaz çelikte eser elementler de önemlidir. Hurdadan gelen bakır, kalay ve kurşun gibi artık elementler sıcak şekillendirmede sorun çıkarabilir; şartnamede bunlara da üst sınır konulması yaygındır.

Şartname yazarken

• Kalite numarası yanında kritik elementlerin alt ve üst sınırlarını yazın.
• Karbon üst sınırını açıkça belirtin; L kalitesi isteyip isterneye göre fiyat değişir.
• Klorürlü ortam varsa molibden ve azot içeriğini, gerekiyorsa hedef PREN değerini ekleyin.
• Kaynaklı imalat yapacaksanız stabilize ya da düşük karbonlu kaliteyi şartnameye koyun.
• Her parti için analiz sertifikası ve gerekiyorsa EN 10204 3.1 isteyin.