Paslanmaz Çelik Çeşitleri

Paslanmaz Çelik Çeşitleri

Paslanmaz çeliğin değişik çeşitleri vardır. Örneğin nikel ilave edildiğinde demirin östenitik mikro yapısı istikrarlı hale gelir. Bu kristal yapı çeliği manyetik olmayan, düşük sıcaklıklarda daha az kırılgan olan bir çelik haline getirir. Daha yüksek sertlik ve mukavemet için içerdiği karbon miktarı arttırılır. Isıl işlemlerle birlikte bu çelikler jilet, bıçak ve kesici uçlar gibi birçok üründe kullanılabilir.   Mangan da birçok çelikte değişik oranlarda bulunur ve nikelin vermiş olduğu östenitik yapının korunmasına, daha düşük maliyetlerle yardımcı olur.

            Paslanmaz çelikler kristal mikro yapılarına göre beş gurupta sınıflandırılırlar.

1.  Östenitik Paslanmaz Çelikler
2.  Ferritik Paslanmaz Çelikler
3.  Duplex Paslanmaz Çelikler
4.  Martensitik Paslanmaz Çelikler
5.  Çökelmeyle Sertleştirilmiş Paslanmaz Çelikler (PH)

1.  Östenitik Paslanmaz Çelikler

300 serisi veya östenitik paslanmaz çelikler dünya toplam paslanmaz çelik üretiminin yaklaşık %60 'ını oluştururlar. Maksimum %0,15 karbon, minimum %16 krom ve östenitik yapıyı çok düşük sıcaklıklardan ergime sıcaklığına kadar kararlı kılmak amacıyla yeterli miktarda nikel ve/veya mangan içerirler.

En çok bilinen türü 18/8 (304 kalite) paslanmaz çelik olarak tanınan ve %18 krom, %8 nikel içeren çeliktir. AL-6XN ve 254SMO gibi "süperöstenitik" paslanmaz çelik olarak bilinen çelikler içerdikleri yüksek molibden (>%6) ve nitrojen ilaveleriyle ve yüksek nikelin gösterdiği yüksek stres korozyon direnci sayesinde çok etkin bir klorit çekirdeklenme ve çatlama korozyonu direnci gösterirler. 

"Süperöstenitik" 'lerin yüksek alaşım içerikleri maliyetlerinin de çok yükselmesine neden olur. Bu nedenle tamamen aynı olmamakla birlikte benzer bir performansı, daha düşük maliyetle ferritik veya duplex paslanmaz çelik gruplarından da elde edilebileceği unutulmamalıdır. En yaygın olarak bilinen östenitik kaliteler 304 ve 316 'dır.

Östenitik paslanmaz çelikler manyetik değildirler ve ısıl işleme tabii tutulamazlar, süneklik özellikleri yüksektir, haddelemeyle sertleştirilebilirler ve mükemmel bir korozyon dayanımına, işlenebilirlik özelliğine ve kaynaklanabilirlik özelliğine sahiptirler. Yapıları FCC 'dir

2.  Ferritik Paslanmaz Çelikler

Ferritik paslanmaz çelikler genelde nikel içermeyip yüksek krom içeren (%10,5 ile %30 arasında), molibden, titanyum vanadyum gibi karbür yapıcı ve ferritik yapıyı istikrarlı kılan alaşım elementleri içeren bir paslanmaz çelik gurubudur.

Genelde içerdikleri yüksek krom oranı, ferritiklere çok yüksek bir korozyon direnci sağlar. Daha çok yakın akrabaları olan karbon çeliklerin özelliklerine yakın mekanik ve fiziksel özelliklere sahip olan ferritik paslanmaz çelikler, östenitiklerin tersine manyetiktirler, düşük karbon içerikleri nedeniyle ısıl işleme tabii tutulamazlar ve kolayca haddelenebilirler. Bu tür çeliklere tek uygulanabilen ısıl işlem tavlama işlemidir.

Son zamanlarda alaşım elementlerinde, özellikle nikelde, yaşanan aşırı fiyat yükselişi ve değişikliği, ferritiklerin geliştirilmesine hız kazandırmış olup, düşük maliyetle östenitikler kadar korozyona dayanımlı yeni, geniş bir kullanım alanına sahip ve maliyeti çok daha düşük ferritik kaliteler de geliştirilmiştir.

3.   Duplex Paslanmaz Çelikler

Mikro yapılarında genelde eşit oranlarda ferrit ve östenit içeren bu çeliklerin korozyona karşı performansı içerdikleri alaşımlara göre farklılık göstermektedir.  

Duplex paslanmaz çelikler östenitik paslanmaz çeliklere göre daha yüksek bir mukavemete sahip olmakla birlikte, bölgesel korozyonlara karşı özellikle çekirdeklenme, çatlak ve stres korozyonuna karşı östenitiklerden daha iyi bir dayanıma sahiptirler. Duplex kaliteler de %19 - %28 arasında olan yüksek orandaki krom, %5 'e kadar bulunan molibden ve östenitiklere göre daha düşük oranlarda olan nikel içerikleri sayesinde daha mukavimdirler.

Duplex paslanmaz çeliklerin en önemli kısıtlayıcı özelliği yüksek sıcaklıklarda ve çok düşük sıcaklıklarda kırılganlaşmalarıdır. Özellikle 300 °C 'nin üzerinde ve -50 °C 'nin altında kısa bir süre dahi çalışılırsa, duplex çelikler kırılganlaşır ve tekrar tavlama ihtiyacı doğar. En yaygın olarak bilinen duplex paslanmaz çelik kalitesi 2205 kalitedir.  Yapıları ferritik kısımları için BCC, östenitik kısımları için FCC 'dir.  

4.  Martensitik Paslanmaz Çelikler

5.  Çökelmeyle Sertleştirilmiş Paslanmaz Çelikler (PH)

"Yaşlandırmayla sertleştirilen paslanmaz çelikler" olarak da adlandırılan çökelmeyle sertleştirilmiş paslanmaz çelikler, temelde krom ve nikel içerip, martensitik ve östenitik kalitelerin arasında, her ikisinin de özelliklerini uygun bir şekilde yapısında birleştiren bir paslanmaz çelik türüdür. 

Martensitik paslanmaz çelikler gibi ısıl işlemle yüksek mukavemet kazanabildikleri gibi, östenitik kaliteler gibi de korozyon dayanımına sahiptirler. Sertleştirme, bakır, alüminyum, titanyum, niobium ve molibden gibi alaşım elementlerinin bir veya bir kaçının ilavesiyle sağlanır. Bu grupta en yaygın olarak bilinen kalite 17-4 PH 'dır. Bu kalite ayrıca 630 olarak da tanınır. Adını %17 krom ve %4 nikel içeriğinden alan bu kalite, %4 bakır ve %0,3 niobium da içerir.
  
Çökeltiyle sertleştirilmiş paslanmaz çeliklerin bir avantajı da, bu malzemelerin mekanik olarak çalışılmaya, işlenmeye hazır bir şekilde,  "işlem görmüş çözelti" şartlarında da temin edilebilmesidir. Mekanik işleme veya üretim sonrasında, çok basitçe bir düşük sıcaklık ısıl işlemi uygulanması yoluyla çeliğin mukavemeti istenildiği gibi artırılabilir. Bu işlem düşük sıcaklıkta yapıldığı için, üretilen veya uygulanılan malzemede sıcaklığa bağlı bozulmalar veya çarpıklıklar oluşmaz.

Çökelmeyle sertleştirilen paslanmaz çelikler üç alt guruba ayrılır: Martensitik PH, yarı-östenitik PH ve östenitik PH.
PH paslanmaz çelikler, alaşım oranına bağlı olmakla birlikte östenitik 304 kalite kadar korozyon direncine sahip olabilir. Tavlanmış şekilde korozyon dayanımı çok düşüktür. Bu nedenle ısıl işlemden önce kullanılmamalıdır. Yapıları da alt guruplarına göre BCT veya FCC veya her ikisi birden olabilir.  

304 Kalite Paslanmaz Çelik

ASTM 304 (304 Kalite) en büyük paslanmaz çelik başarı hikâyesidir. Tüm paslanmaz çelik üretiminin %50 'sini ve paslanmaz tüketiminin yaklaşık yarısını oluşturur ve hemen hemen tüm endüstriyel uygulamalarda kullanılır.

304 sadece her uygulamaya uyabilen bir paslanmaz çelik değildir; aynı zamanda 304 'ün niteliklerini anlamak, istenilen bir uygulamada paslanmaz çeliğin uygunluğunu tanımlamada pratik bir temel ve östenitik paslanmaz çelik grubunun malzemelerini karşılaştırmak için mükemmel bir temel sağlar. 304 'ün kullanımıyla ilgili tatmin edici bir tecrübeye ve derin çekme özellikleriyle ilgili bilgiye hepimiz sahibizdir. Çatal-bıçak takımlarınız, (18/10 ve 18/8 işaretlemelerine bakınız), düdüklü tencereleriniz, lavabolarınız ve hatta disketlerde kullanılan metalik kısım 304 paslanmaz çeliğindendir.

Bileşenleri:

Kalite 304L (Lütfen Tablo-1 'e bakınız), kaynakla tutturulmuş parçalarda mümkün olabilecek korozyon hassasiyetini önlemek amacıyla ara sıra kullanılan düşük karbonlu bir 304 'tür. Kalite 304H (Lütfen Tablo-1 'e bakınız), dayanımı artırır, (özelikle 500 ºC üzerindeki sıcaklıklarda) 304L 'ye göre daha yüksek bir karbon içerir. Hassas korozyon ihtimali olan uygulamalar için bu kalite kullanılmaz.

Not-1: Aralık olarak verilmeyen % oranları maksimum oranları göstermektedir.
Not-2: Bu değerler ASTM A240 'da, plaka, saç ve rulo için tanımlanmış değerlerdir. Diğer bazı ürünler için tanımlama bu değerlerden biraz farklı olabilir.

304L ve 304H 'ın her ikisi de plaka (yassı ürün) ve boru için uygundur, fakat 304H stok öncesi daha az bulunabilir. 304L ve 304H bazen standart 304 gibi stoklanır. (Test sertifikaları bunun "L" 'mi "H" 'mı olduğunu teyit eder)

Korozyon Dayanımı:

304 Kalite çok geniş bir alanda mükemmel bir korozyon dayanımına sahiptir. Birçok mimari inşaat uygulamalarında paslanma yapmaz. Ayrıca, birçok gıda üretimi ve prosesi yapılan çevrelerde, kolayca temizlenip, organik kimyasallara, çok geniş bir alanda inorganik kimyasallara ve renkli boya maddelerine karşı dayanıklıdır.

304 Kalite, orta sıcaklıktaki klorit ortamlarda, 50 ºC üzerindeki sıcaklıklarda çekme ku vvetinin uygulandığı stres korozyonu kırılması ve çekirdeklenme ve çatlama korozyonuna maruz kalır. Bunun yanında, kısa süreli aralıklarla ve temizliğin düzenli yapılıp, uygulandığı (örneğin tencerelerde ve bazı yat bağlantılarında) yerlerdeki ılık klorit ortamlarda başarıyla uygulanabilir.

Isı Dayanımı:

304 Kalite 870 ºC 'de kısa süreli aralıklarla çalışıldığı ve 925 ºC 'de sürekli çalışıldığı yerlerde iyi bir oksitlenme dayanımına sahiptir. 304 'ün 425 - 860 ºC aralığında, eğer takip eden uygulama oda sıcaklığında sulu ortamlardaki çalışma ise, tavsiye edilmez. Fakat bu sıcaklık aralığının üzerinde veya altında değişen ortamlarda bazen iyi performans gösterir.

304L kalitesi karbür çökelmesine karşı daha dayanımlıdır ve yukarıda bahsi geçen sıcaklık aralığında kullanılabilir. Yüksek sıcaklıkta malzeme dayanımının önemli olduğu yerlerde, yüksek karbon değerlerine ihtiyaç duyulur. Örneğin AS1210 basınç kapları kodu 304L 'nin kullanım operasyon sıcaklığını 425 ºC ile sınırlar ve 304 kalitenin kullanımı, 550 ºC sıcaklığın üzeri için, karbon değeri %0,04 ve daha yüksek değerlere kısıtlanır.

304 Kalite, sıvılaştırılmış gazların düşük sıcaklıklarında mükemmel bir tokluğa sahiptir ve bu sıcaklıklarda uygulaması da bulunur.

Mekanik ve Fiziksel Özellikler:

Diğer östenitik kaliteler gibi, tavlanmış şekildeki 304'de neredeyse manyetik değildir. (çok düşük manyetik özellik). Fakat soğuk haddelendikten sonra, önemli ölçüde manyetik özelliğe sahip olabilir. (Tavlamayla tersine çevrilebilir)
                                                             
Diğer östenitik çeliklerde olduğu gibi, 304'de ancak soğuk haddeleme ile sertleştirilebilir. 1.000 MPa 'ı aşan kopma mukavemet değerlerine ulaşılabilir ve talep edilen miktar ürün şekline bağlı olarak da özel soğuk haddelenmiş, mukavemeti yüksek bir sipariş de verilebilir. (Bakınız ASTM A666 veya EN 10088-2)

Tavlama işlemi 304 kalitede uygulanan ana ısıl işlemdir. Bu 1.010 - 1.120 ºC 'ye kadar ısıtıp, hızlı bir şekilde soğutmayla -genelde suya daldırma- gerçekleştirilir.                                                              

Üretilebilirlik
                                                             
304 Kalite mükemmel bir şekillendirilebilme özelliğine sahiptir. Isıl işlemle ara yumuşatma operasyonu yapmadan derin çekme işlerinde kullanılabilir. Bu özelliği derin çekmenin (sıvama halk dilinde) üretiminde kullanıldığı kaplar, tencereler gibi ürünlerin üretiminde, bu malzemenin tercih edilmesine neden olmaktadır. Kolayca kesilip, endüstriyel, mimari ve taşımacılık alanlarındaki diğer parça çeşitlerine şekillendirilip, kullanılabilir.

304 kalite kaynaklanabilirlik açısından da uygun olup tüm standart kaynak teknikleri kullanılabilir. (Oxyacetylene normalde kullanılmamasına rağmen) Kaynak sonrası uygun şekilde yapılmış temizleme tavsiye edilmesine rağmen, kaynak sonrası tavlama, 304 'ün korozyon dayanımını koruması açısından bazen gerekli değildir. 304L kaynak sonrası tavlama işlemi gerektirmez ve ağır ölçü üretimlerinde geniş yer bulur.

304 'ün işlenebilirliği birçok karbon çeliklerinden daha düşüktür. 304 gibi standart östenitik çelikler, yavaş hızlarda ve ağır beslemeyle, sert ve keskin uçlar ve soğutma sıvısı kullanarak kolayca işlenebilirler.

Fiyat Karşılaştırması:

Sadece "İlk Maliyet" fiyat karşılaştırması uygun olmamasına rağmen, Tablo-4 'deki kılavuz, yapı projeleri için saç malzemelerin standart haddeleme yüzeylerinde kullanılması önerilir. "Ömür Maliyeti" parametreleri, birçok uygulamalarda, belirgin bir şekilde paslanmazın çekiciliğini diğer "ilk maliyet" rakipleri karşısında artırır.

Uygun Formlar:

304 Kaliteleri, rulo, sac, plaka, şerit, tüp, boru, bağlantı elemanı, bar, açılı ürün, tel, döküm ve diğer şekillerde olmak üzere, aşağı yukarı tüm paslanmaz ürün formlarında elde etmek mümkündür. Ayrıca 304' ü, paslanmaz çelikten üretilen, standarttan özel yüzeylere kadar tüm yüzey kalitelerinde bulmak mümkündür.

Uygulamalar:

Deniz şartları, 50 - 60 ºC 'yi aşan sıcaklık şartları, klorit bulunan ortamları, ağır kaynaklamaya ihtiyaç duyan durumları, çok işleme gerektiren, yüksek mukavemet, sertlik veya soğuk haddelemeyle elde edilen şeritleri de içeren durumlar gibi belirgin bazı durumlarda ve uygulamalarda, 304 'e alternatif kaliteler değerlendirilmelidir.

Ancak mutfak takımı, mimari, gıda ve meşrubat prosesi, takım-teçhizat, ticari ve ev mutfak üretimi, kazanlar, kimya, petro-kimya, mineral işlemleri ve diğer endüstriler, 304 'ün tipik uygulama alanlarını oluşturur.

Bu geniş kullanım alanıyla 304 kalite modern endüstride temel bir malzeme olmuştur.

316 Kalite Paslanmaz Çelik

Eğer bir uygulama 304 kalitenin sağlayacağı korozyon dayanımından daha yüksek bir dayanım gerektiriyorsa, 316 kalite bir basamak ilerisidir. 316 Kalite görsel olarak 304 kaliteyle eşdeğer bir mekanik, fiziksel ve üretilebilirlik karakterine sahip olmakla birlikte, özellikle klorit ortamlardaki çekirdeklenme paslanmasına karşı 304 kaliteden daha iyi bir korozyon direncine sahiptir.

316 kalite paslanmaz çelik ailesinde ikinci en popüler kalitedir. Tüm üretilen paslanmaz çelik ürünleri arasında %20 'lik bir tüketim oranına sahiptir.

Bileşenleri:

Tablo-1  316, 316L ve 316H kalitelerinin karşılaştırmasını göstermektedir.

316L kalite düşük karbonlu bir 316 'dır ve kaynaklı parçalardaki hassas korozyona karşı kullanılır.

316H kalite 316L 'ye göre daha yüksek oranda karbon içerir ve mukavemeti yüksektir.(özellikle 500 ºC üzerindeki sıcaklıklarda) Fakat hassas paslanmanın görülebileceği yerlerde kullanılmamalıdır.

Korozyon Dayanımı:

316 Kalite, geniş bir kullanım alanına ve mükemmel bir korozyon direncine sahiptir. 304 Kaliteyle karşılaştırıldığında esas avantajı, ılık klorit ortamlardaki çekirdeklenme ve çatlama korozyonlarına karşı artırılmış direnme gücüdür. Tüm mimari uygulamalarda oluşabilecek paslanmalara karşı dirençlidir ve hatta deniz gören yapılar, köprü bağlantıları ve kirişleri gibi çok zor şartlar içinde bazen kullanılır. Gıda prosesi yapılan çevrelerde, kolay temizlenmesinden dolayı çok tercih edilir. Organik kimyasallara, boyalara ve geniş bir inorganik kimyasallar grubuna dayanım gösterir.

Sıcak klorit ortamlarda, 316 kalite çekirdeklenme ve çatlama korozyonu ve 50 ºC 'nin üzerindeki sıcaklıklarda çekme stresine maruz kaldığı durumlarda stres korozyon kırılmaları görülür.

Bu tür zor koşullarda 2205 (UNS S 31803) veya %6 molibden içeren yüksek alaşımlı östenitik kaliteler (UNS S31254) gibi duplex kaliteler uygun seçim olur. 316 Kalitenin yüksek veya düşük karbon içeren alt sürümlerinin (316L ve 316H) korozyon dayanımları standart 316 gibidir. Bu alt sürümler genelde kaynaklamada daha iyi bir dayanım göstermesi sebebiyle (316L) veya yüksek sıcaklıkta yüksek mukavemet için (316H) tercih edilirler.

Isı Dayanımı:

304 kalite gibi, 316 kalite de 870 ºC 'deki aralıklı uygulama şartlarında ve 925 ºC 'deki sürekli uygulama şartlarında iyi bir oksitlenme dayanımına sahiptir. 316 kalitenin 425 ºC ile 860 ºC arasında sürekli bir çalışma ortamına maruz kalması, eğer uygulama sonrası oda sıcaklığında sulu bir ortam olarak devam ediyorsa, tavsiye edilmez. Fakat bu kaliteler bazen bu belirtilen aralığın üstünde veya altında değişen sıcaklıklarda iyi performans da gösterebilirler.

316L kalitesi karbür çökelmesine karşı standart 316 kaliteden ve 316H 'dan daha dirençlidir ve yüksek sıcaklık aralığında kullanılabilir. Yinede, yüksek sıcaklık mukavemetinin önemli olduğu yerlerde yüksek karbon değerlerine ihtiyaç duyulur. Örneğin, basınçlı kaplar standardı 316L 'nin operasyon sıcaklığını 450 ºC ile sınırlar ve 550 ºC sıcaklıklar için 316 kalitede karbon değerinin %0,04 veya üstü bir değerde olmasına izin vermez. 316H veya titanyum içeren sürümü 316Ti yüksek sıcaklık uygulamaları için uyarlanabilirler.

Diğer östenitik paslanmaz çelikler gibi, 316 da sıvılaştırılmış gazların düşük sıcaklıklarında mükemmel bir tokluğa sahiptirler ve genelde cryogenic kaplar için 304 gibi daha düşük maliyetli kalitelerin tercih edilmesine rağmen, bu sıcaklıklarda uygulamaları vardır.

Mekanik ve Fiziksel Özellikler:

Lütfen Tablo-2 ve Tablo-3 'e bakınız.

Not: Diğer standartlarda özellikler çok az farklı olarak verilmektedir.

Diğer östenitik kaliteler gibi, 316 'da hemen hemen manyetik değildir. (çok düşük manyetik geçirgenlik gibi) 304 kalite soğuk haddeleme ile önemli ölçüde manyetikleşirken, 316 kalite hemen hemen hiç etkilenmez.

Bu özelliği bazı uygulamalarda tercih edilmesinde bir sebep olabilir. 316 kalitenin diğer östenitik kalitelerle ortak özelliği de sadece soğuk haddeleme ile sertleştirilebilmesidir. 1.000 MPa 'ı aşan kopma mukavemetine, talep edilen ürün ve miktarın şekline bağlı olarak ulaşılabilir. Özel olarak tanımlanmak kaydıyla soğuk haddeleme mukavemetine göre sipariş de verilebilir. (ASTM A666 veya EN 10088-2 'ye bakınız)

Tavlama (çözüm işlemi olarak da adlandırılabilir) 316 kalitelerde uygulanan ana ısıl işlemdir. Bu 1010 -1120 oC sıcaklığa ısıtarak hızlı soğutmayla (genelde suya daldırarak) gerçekleştirilir.

Üretilebilirlik:

Diğer östenitik kaliteler gibi 316 'da mükemmel bir şekillendirilebilme özelliğine sahiptir. Lavabo, tencere gibi, derin çekme paslanmaz parçalarının üretiminde olduğu gibi ara ısı yumuşatma işlemine tabii tutmadan derin çekme yapılabilir. Yinede, normal uygulamalar için 316 kalitenin ekstra korozyon direnci gerekli değildir. 316 kalite endüstride ve mimari uygulamalarda birçok parça çeşidi üretiminde kolayca bükülerek ve haddelenerek kullanılabilir. 316 kalitenin uygun bir kaynaklanabilme özelliği vardır ve bütün standart kaynaklama teknikleri uygulanabilir. (oxyacetylene normalde uygulanmamasına rağmen) Kaynak sonrası tavlama, 316 'nın korozyon dayanımını korumak için bazen gerekli olmasa da, ağır ölçülü üretimlerde onu daha uygun kılar; uygun bir kaynak sonrası temizleme tavsiye edilir. 316 'nın işlenebilirliği birçok karbon çeliğinde daha düşüktür. Standart östenitik kaliteler gibi 316 da, eğer yavaş bir besleme yapılırsa, düşük hızlarda ve soğutma sıvısı kullanarak, sert ve keskin uçlarla kolayca işlenebilir. 316 'nın işlenebilirliği iyileştirilmiş sürümleri de mevcuttur.

Fiyat Karşılaştırması:

Tablo-4 'deki değerler yapı projeleri için standart yüzey kalitesinde yassı ürünün yaklaşık ilk maliyet karşılaştırmasıdır. Paslanmazın çekiciliği, ömür maliyeti göz önüne alındığında, ilk maliyetine göre inanılmaz artmaktadır.

Uygun Formlar:

316 kaliteleri, rulo, saç, plaka, şerit, tüp, boru, bağlantı elemanı, çubuk, bar, açılı ürün, tel, döküm ve diğer şekillerde olmak üzere, aşağı yukarı tüm paslanmaz ürün formlarında bulmak mümkündür. Ayrıca, 316' yı paslanmaz çelik de üretilen, standarttan özel yüzeylere kadar tüm yüzey kalitelerinde de bulmak mümkündür.

Uygulamalar:

316 'nın tipik uygulamasını şu şekilde özetleyebiliriz: Yat bağlantı ve yapı elemanlarında, özellikle denizdeki mimari yapılarda, kirli veya endüstriyel çevrelerde, gıda ve içecek işlemlerinin yapıldığı donanımlarda, sıcak su sitemlerinde ve kimyasal, petrokimyasal, mineral prosesi, fotografik ve diğer endüstri uygulamalarında.

Bazen 316 kalite deniz kalitesi olarak tanımlanır ve 304 baz kalitesinin bir üst basamağıdır.

Alternatifler:

Aşağıda belirtilen bazı uygulama ve çevrelerde, 316 kaliteye alternatif kalite seçenekleri değerlendirilmelidir:

• Güçlü indirgeyici asitlerde (904L, 2205 veya süper duplex kaliteler alternatif olabilir)
• 50-60 ºC 'nin üzeri ve klorit içeren ortamlarda (2205 veya süper duplex veya süper östenitik gibi yüksek stres korozyon kırılmasına ve yüksek çekirdeklenme korozyonu dayanımına sahip kaliteleri tercih ediniz)
• Ağır kaynaklama (316L), ilave işleme (316 'nın işlenebilirlik özelliği geliştirilmiş sürümü) yüksek mukavemet veya sertlik (martensitik veya çökeltmeyle sertleştirilmiş kaliteler) gerektiren uygulamalar

Düşük Nikel İçeren Östenitik Paslanmaz Çelikler

Özellikle östenitik mikro yapının neden olduğu mükemmel bir korozyon dayanımı, mekanik ve fiziksel özellikler ve üretim kolaylığı gibi özelliklerinin bileşimleri nedeniyle popüler olan 304 ve 316 kaliteler, paslanmaz çelikler arasında en fazla tanınan kalitelerdir.

Östenitik yapı yaklaşık olarak %8-10 'luk bir nikel ilavesiyle oluşur. Nikel östenitik yapıyı oluşturan tek element değildir. Bu amaçla kullanılan diğer elementler, mangan, nitrojen, karbon ve bakırdır.

Nikel 'in Maliyeti ve Paslanmaz Çeliğe İlavesi:

Genelde paslanmaz çeliğin maliyeti içeriğindeki bileşen alaşımların maliyetleriyle belirlenir. Paslanmaz çeliğin temel bileşen ve korozyona karşı yüzeyde krom oksit tabakası oluşturup korozyonu önlemede temel etken olan kromun maliyeti yüksek değildir, fakat korozyon dayanımını artıran (özellikle molibden) veya üretim kolaylığı sağlayan (özellikle nikel) gibi elementlerin ilavesi maliyeti çok artırır. Nikel 'in maliyeti 2001 yılında 5.000 - 6.000 $/ton seviyesindeydi. Mayıs 2007 'nin sonunda bu rakam 50.000 $/ton seviyesine yükseldi. Aynı şekilde molibden 'in fiyatı da 2001 yılında 8.000 $/ton seviyesindeyken şu anda 40.000 $/ton seviyesine fırlamıştır.

Bu maliyet artışları direkt olarak bu iki kalite üzerinde etkili olmuştur: 304 (18%Cr, %8 Ni) ve 316 (%18Cr, %10 Ni, %2 Mo). En fazla etkilenen kalite de tabii ki 316 kalite olmuştur. Bunun yanında 2205 (%22Cr, %5Ni, %3Mo) duplex kalite gibi yüksek oranda alaşım elementi içeren diğer paslanmaz çelikler de etkilenmiştir. Alaşım elementlerinin rolü esas olarak korozyon dayanımı için belli başlı değişimleri veya mekanik ve üretim özelliklerini etkileyecek olan mikro yapısını değiştirmektir. Korozyon dayanımını belirlemek amacıyla kullanılan genel bir yaklaşım da Çekirdeklenme (Çukurcuklaşma) Direnci Eşdeğer Katsayısıdır (PRE). PRE = %Cr + 3,3xMo + 16x%N 'dir. PRE katsayısı kalitelerin çekirdeklenme korozyonuna karşı direncini gösterip onları bu amaçla bir sıralamaya koymak amacıyla kullanılır. Herhangi bir korozyona etki eden şartı ortaya koymak amacıyla kullanılamaz. Görüldüğü üzere krom 'un yanında molibden ve nitrojenin de bu korozyon türüne karşı etkin bir direnç verme özelliği vardır.

Nitrojen, molibden ve nikel 'e oranla çok daha ucuza mal edilebilmesine karşın çelik içindeki çözünürlüğü % 0,2  ile sınırlı olduğu için korozyon direncine de etkisi sınırlıdır. Çeliğin mikro yapısı ferrit oluşturucu ve östenit oluşturucu elementleri arasındaki dengeye bağlıdır. Östenit yapıyı oluşturucu elementler olarak, karbon, mangan, nitrojen ve bakır elementleri nikel 'e alternatiftir. Bütün bu elementler nikel 'den daha düşük maliyetlidirler. PRE formülasyonunda görüldüğü üzere, her element farklı şekillerde etki eder ve östenitik kalitelerde nikel 'i tamamen kaldırmak mümkün değildir.

Mangan, nikel kadar etkili olmasa da östenitik yapıyı kararlı kılıcı bir elementtir ve Cr-Mn çelikleri, Cr-Ni çeliklerine göre daha yüksek bir haddeleme sertleştirmesi özelliğine sahiptir. PRE formülünde belirtilmese de nikel, manganın etkisinden çok daha fazla korozyona sebep olan şartlarda olumlu etkiye sahiptir. Ayrıca elementler arasında da oluşan bir sinerji mevcuttur. Nitrojen östenitik yapıyı kararlı kılmada çok etkinken, mangan 'ın kendisi östenitik yapıyı kararlı kılarken çelik içinde nitrojen çözülmesini de artırıcı bir etki gösterir.

200 Serisi Paslanmaz Çeliklerin Yükselişi:

Mangan küçük ilavelerden, büyük oranda yerini almaya kadar nikel 'e önemli bir alternatiftir. Yüksek manganlı östenitik çeliklerin geliştirilmesi yaklaşık olarak 60 yıl önce, nikel fiyatlarının aşırı arttığı dönemlerde olmuştur. Bu zamanlarda 201 ( %17 Cr, %4 Ni, %6 Mn) ve 202 (%18 Cr, %4 Ni, %8Mn) gibi Cr-Mn-Ni kaliteler, krom-nikel kaliteleri olan 301 ve 302 'ye alternatif olarak AISI 'de yerini almış ve halen de üretilip kullanılmakta olan kalitelerdir. Tüketimleri Cr-Ni eşdeğerleriyle karşılaştırıldığında son dönemlerde daha düşüktür. Bu kalitelerin düşük talebinin nedenleri şu şekilde sıralanabilir:


Yüksek haddeleme sertleştirmesi oranı (bu bazı uygulamalarda avantaj olabilir)
Çok daha düşük yüzey kalite özellikleri bazı uygulamalar için uygun bulunmamaktadır.
Ek üretim maliyetleri, ergitme esnasındaki yüksek refrakter aşınması
Korozyon direnci Cr-Ni kalitelerle karşılaştırıldığında, bazı çalışma ortamlarında daha düşüktür.

Bir başka konuda, Cr-Ni ve Cr-Mn-Ni östenitik kaliteler manyetik değildir, hurdacılar ise hurda değerini, içerdiği yaklaşık nikel değerine göre belirlemektedir.

Son Gelişmeler:

Son zamanlarda Cr-Mn-Ni östenitik kalitelerinin geliştiğini görmekteyiz. En önemli gelişme Hindistan 'da olup, mutfak eşyaları ve pişirici ekipmanlardaki kullanımı artmaktadır. Düşük nikel yüksek mangan kalitelerinin yüksek haddeleme sertleştirmesi özelliğine uygun olması bu uygulamalarda kabul edilebilir sınırlarda olup, bakır ilavesi de bu problemi azaltmak amacıyla kullanılmaktadır. Yerel ekonomik faktörlerden dolayı Hindistan bu uygulamalarda ki gelişme ve üretimlerde uygun sonuçlar almaktadır. Aynı şekilde Asya ülkeleri de bu kaliteler açısından güçlü bir piyasaya sahip olup, son zamanlarda üretimlerini artırmışlardır. Özellikle Çin piyasasında güçlü bir talep bulan bu kalitelerin üretimi ve kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Bu kalitelerin Tayvan, Brezilya, Japonya gibi ülkelerde de üretimleri yapılmakta olup, nikel içerikleri %1 ile %4 arasında ve mangan içerikleri %9 'a kadar değişebilmektedir. Bunların hiçbirisi henüz ASTM veya diğer uluslararası standartlarda yer almamıştır. Düşük nikelli östenitik kalitelerin üretimindeki artış çok hızlı seyretmektedir. 2003 yılındaki ISSF verilerine göre bu kalitelerin üretimi 1,5 milyon tonla toplam dünya paslanmaz çelik üretiminin %7,5 'ini oluşturmaktadır. Bu kalitelerin 2004 yılı Çin 'deki üretim oranının %25'i olduğu tahmin edilmektedir. Bu rakamlar özellikle 2006 yılından itibaren fırlayan nikel fiyatları nedeniyle günümüzde çok daha fazla bir üretim oranını teşkil ettiği sanılmaktadır.

Karbon İçeriği

304 ve 316 gibi genel östenitik paslanmaz çelikler de, "L" ve "H" olarak bilinen kontrollü düşük ve yüksek karbon içeriğiyle üretilirler.  Düşük karbon veya "L" kaliteler paslanmaz çeliğin yüksek sıcaklıklardaki hassasiyet seviyesini azaltmak ve korozyon oranını azaltmak için veya önlemek için kullanılırlar.  Kaynaklama veya özel uygulamalarda karşılaşılan problemli sıcaklık aralığı 450 - 850 ºC arasıdır. "L" kaliteler genelde, 5 mm 'nin üzerindeki yassı mamul kalın malzemeler şeklinde bulunur.

Yüksek karbon, "H" kaliteleri daha yüksek mukavemet gerektiren uygulamalarda kullanılır. "L" ve "H" kalitelerinin birbirinin yerine kullanımı sıkça karşılaşılan bir durumdur.

"L" Kaliteler Nelerdir ve Nerelerde Kullanılır?

"L" kaliteler, orta ve büyük derecedeki malzemelerin kaynağı da dâhil olmak üzere yüksek sıcaklık uygulamasının olduğu yerlerde kullanılır. Düşük karbon, korozyona müsait ortamlardaki taneler arası korozyona neden olabilecek taneler arası karbür çökelmesini (sıkça "hassasiyet" olarak bahsedilir) engelleyici veya geciktirici yollardan biridir. 450 - 850 ºC sıcaklık aralığında karbürlerin çökelmesinin bir kuluçka dönemi vardır. Çökelmenin oluşabilmesi için gerekli zaman büyük oranda karbon içeriğine bağlı olduğundan dolayı düşük karbon içeriği bu problem karşısında dayanımı artırır. Uygulamaları nedeniyle "L" kaliteler, plaka, saç, boru ve sıkça yuvarlak çubuk olarak bulunur. Yüksek sıcaklık uygulamasının veya ağır kaynak ihtiyacının olmadığı durumlarda, "L" kaliteler genelde diğerleriyle özdeştirler.

"H" Kaliteler Nelerdir ve Nerelerde Kullanılır?

"H" Kaliteler standart kalitelerin yüksek karbonlu sürümleridir ve özellikle yüksek sıcaklıklarda (genelde 500 ºC 'nin üzerinde) artırılmış mukavemete sahiptirler. Uzun dönem uygulanan yüklerle oluşan "sürünme mukavemeti" değerleri yüksektir. "H" kaliteler esas olarak plaka ve boru olarak üretilirler. Genelde uygulandığı kaliteler 304H ve 316H 'ın yanında, ASTM A240/A240M 'de tanımlandığı gibi 309, 310, 321, 347 ve 348 'in yüksek karbonlu sürümlerinde de bulunur. Bu kaliteler, eğer 450 - 850 ºC sıcaklık aralığında tutulurlarsa "hassasiyet" olarak nitelendirilen karbür çökelmesinden çok etkilenirler. "Hassasiyet" problemi oluşursa, normal sıcaklıktaki süneklikleri ve toklukları düşer ve korozyon dayanımları önemli ölçüde kaybolur.

Fark Nedir?

1. 304 ve 304L kalitelerin bileşenleri karbon içeriği haricinde eşdeğerdir. Teorik olarak 304L kalitede nikel içeriğine maksimum %12 'ye kadar izin verilirken, bu oran standart 304 kalitede maksimum %10,5' dir. Fakat nikel fiyatlarındaki yüksek seyir nedeniyle genelde nikel bu iki kalite içinde alt limit olan minimum %8,5 oranında kullanılır. Her iki kalitede de karbon alt limiti tanımlanmamıştır. %0,02 karbon içerikli bir malzeme hem 304 kalitenin hem de 304L kalitenin gerekliliklerine uygundur.
2. 304H kalite karbon içeriğinin %0,04 - 0,10 olarak sınırlandırılması haricinde (karbon içeriğinin minimum tanımlamasına dikkat ediniz) ve 304H kalitenin nitrojen içeriğinde standart ve "L" kalitelerde olduğu gibi %0,1 maksimum limiti olmaması haricinde standart 304 kalitenin kimyasal bileşenlerinden farkı yoktur. Bunlara ilaveten, tüm östenitik "H" kaliteler ASTM tane genişliği olarak minimum No:7 veya daha büyük tane genişliğine sahip olmaları gerekmektedir.
3. 316, 316L ve 316H kaliteleri arasındaki ilişki de 304 kalitede olduğu gibidir. Bu kaliteler arasında sadece karbon içeriği, nitrojen içeriği ve tane büyüklüğü konusunda sınırlamalar vardır. Tablo-1 'de ASTM A240/A240M 'den alınan kalitelerin karbon içeriklerini görebilirsiniz. Özellikle boru ve tüp şartnameleri gibi diğer bazı ürün şartnamelerinde 304L ve 316L için karbon üst limit sınırlaması maksimum %0,035 veya %0,040 'dır. Şartnamelerin diğer özellikleri aynıdır.

4.  
5. Tablo - 2 'de ASTM A240/A240M 'den alınmış mekanik özelliklerinin şartnamesini bulabilirsiniz.  Pratik olarak, çelik haddecileri genelde "L" kalite üretimlerinin standart kalite gerekliliklerini karşılayacak şekilde üretmeye özen gösterir. Örneğin, tüm 304L kalitelerin kopma ve akma mukavemeti değerleri 205 ve 515 MPa 'ın üzerinde olur. Böylece standart ve "L" kalite gerekliliklerinin her ikisini de karşılayan geniş bir piyasaya hitap eden malzemeler üretirler.

5.           Standart, "L" ve "H" kaliteler için ölçü ve diğer gereklilikleri aynıdır.

6.           Basınç kabı şartnamesi ve boru basıncı şartnamesi gibi şartnameler her bir kalite için yüksek sıcaklıklarda çalışılabilir basınç aralığı sınırı getirmektedir. Bu şartnameler "L" kalitelerin 425 ºC üzerindeki yüksek sıcaklıklarda kullanımına izin vermemektedir. Ayrıca bu şartnameler 550 ºC üzerindeki sıcaklıklardaki kullanımında en az %0,040 karbon içermesi şeklinde sınırlama getirmektedir. Bu nedenle, bu şartnameler  "L" olup olmamasına bakmaksızın %0,020 karbon içeren 304 ve 316 kalitelerin bu uygulamalarda kullanımına izin vermemektedir. Standart ve "L" kaliteler şartnamelerde belirtilen kimyasal bileşen ve mekanik özelliklerine uyduğu sürece oda sıcaklığından "L" kalitelerin sınırlı sıcaklığına kadar olan aralıkta kullanılabilir.

Basınçlı kap şartnamesi "H" kalitelere, istenilen mukavemet değerlerine uyduğu sürece standart kalitelerle birlikte kullanılmasına izin vermektedir.

Alternatif Kalite Kullanımı:

Şartların gerektirdiği durumlarda standart, "L" ve "H" kaliteler birbirlerinin yerine kullanılabilirler.
Bu durum aşağıda belirtilen şartlara bağlıdır:

• "L" kaliteler mekanik özelliklerinin uyması halinde ve yüksek sıcaklık mukavemeti gerektirmeyen uygulamalarda standart kalitelerin yerini alabilir. "L" kaliteler genelde standart kalitelerin gerekliliklerini karşılarlar. Fakat üretici sertifikası her bir özellik için titizlikle kontrol edilmeli ve uygunluğu teyit edilmelidir. Üreticilerin standart kalite siparişine karşı "L" kalite üretmesi veya vermesi çok sık karşılaşılan bir durumdur. Pratikte şartnamelerine uygun bir kullanım olduğu ve parça üreticisi ile son kullanıcı problem yaşamadığı sürece herhangi bir problem olmayacaktır.
• Standart kaliteler, karbon içerikleri "L" kalitelerin karbon içeriği sınırlamasına uyduğu sürece "L" kalite olarak kullanılabilirler.
• Özellikle plaka, sac, boru ve çubuklarda çift sertifikalı ürün olması gün geçtikçe artan bir uygulamadır. Bu malzemeler 304/304L veya 316/316L kalitelere tam olarak uymaktadır. Çift sertifikalı ürünlerin kullanımı "L" kaliteler için kullanılırken, "H" kaliteler için böyle bir uygulama söz konusu değildir. Eğer bir uygulama "H" kalite gerektiriyorsa, bunun sipariş aşamasında özellikle belirtilmesi gerekir. Standart kaliteler de, karbon içeriği "H" kalitelerin gerekliliklerine uyduğu sürece,  "H" kaliteler yerine kullanılabilirler. Mikro yapı tane büyüklüğü belki de fazladan yapılacak muayenelerle karşılanabilir. Malzeme ve sertifikası "standart" olarak belirtmesi gerekir, aksi takdirde bu malzeme "H" kalite olarak üretilmiştir.  Test sertifikasının detayları kalitenin gerekliliklerine uyacaktır.
• "H" kaliteler karbon içerikleri %0,080 'i geçmediği ve nitrojen içerikleri maksimum %0,10 olduğu sürece standart kaliteler olarak 1kullanılabilir. Genelde bunu karşılar, fakat yine de sertifikasının kontrol edilmesi gerekir.