Elementin alaşımlı bileşimi paslanmaz çeliğe nasıl etki eder?

Kimyasal bileşim, çeliğin mikro yapısı, mekanik özellikleri, fiziksel özellikleri ve korozyon direncine büyük ölçüde etki etmektedir. Krom, molibden, nikel ve diğer alaşımlı elementler, östenit kafesinin üst kenar açılarını ve küp demirin altı kenarının merkezini değiştirebilir; karbon ve azot, hacimsel olarak küçük olan boşluklar nedeniyle kübik demirin alt kenarlarında yer alır (boşluk pozisyonu); bu durum küp demirinin kafes atomları arasındaki boşlukta (boşluk pozisyonu) büyük gerilmelere neden olur; böylece etkili sertleştirici elementler haline gelir. Austenitik paslanmaz çeliğin farklı alaşımlı elementleri, özelliklerine göre farklı etkilere sahiptir; bazen faydalı, bazen zararlı etkilere sahiptir. Austenitik paslanmaz çeliğin ana alaşımlı elementleri aşağıdaki etkilere sahiptir:

 

Cr

Krom, paslanmaz çeliği “paslanmaz” kılar. Paslanmaz çeliğin sahip olduğu yüzey paslanmazlık filmini oluşturmak için en az 10,5% krom gerekir. Paslanmazlık filmi, paslanmaz çeliğin aşındırıcı su, çeşitli asit çözümleri ve hatta yüksek sıcaklıklı gaz korozyonunun güçlü oksidasyonuna karşı etkin bir şekilde direnmesini sağlar. Krom içeriği 10,5%’i aştığında, paslanmaz çeliğin korozyon direnci artar. Krom içeriği 304 Paslanmaz çelikten yapılan ürünlerin yüzdesi 'dir ve bazı yüksek kaliteli Austenitik paslanmaz çeliklerin krom içeriği ile arasında değişmektedir.

 

Ni

Nikel, Austenitik fazı oluşturabilir ve stabilize edebilir. 8%Ni bu işlevi yerine getirir. 304 paslanmaz çelikBu malzemeye, ostenit tarafından istenen mekanik özellikler, mukavemet ve dayanıklılık kazandırır. Yüksek performanslı ostenitik paslanmaz çelikler krom ve molibdenin yüksek konsantrasyonlarına sahiptir ve çeliğe daha fazla krom veya diğer ferrit oluşturucu elementler eklendiğinde ostenitik yapıyı korumak için nikel ilave edilir. Ostenitik yapının yaklaşık nikel içeriği ile garanti altına alınabilmesi ve paslanmaz çeliğin stres korozyon kırılma direncinin büyük ölçüde arttırılması mümkündür.

Nikel, soğuk deformasyon sırasında işlenebilirlik oranını da azaltabilir; bu nedenle derin çekme, iplikçap ve soğuk haddeleme için kullanılan alaşımların genellikle yüksek bir nikel içeriği bulunur.

 

Mo

Molibden, klorür ortamında paslanmaz çeliğin çukurlaşma ve çatlaklı korozyon direncini artırır. Molibden ve kromün, özellikle azotun bir arada kullanılması sayesinde yüksek performanslı östenitik paslanmaz çelikler çukurlaşma ve çatlaklı korozyona karşı daha güçlü direnç gösterir. Molibden ayrıca hidroklorik asit ve seyreltilmiş sülfürik asit gibi indirgeyici ortamlarda paslanmaz çeliğin korozyon direncini de artırabilir. Östenitik paslanmaz çeliğin minimum molibden içeriği yaklaşık 2%'dir; örneğin 316 paslanmaz çelik. En yüksek alaşım içeriğine sahip yüksek performanslı östenitik paslanmaz çelikler, 7,5%'e kadar molibden içerir. Molibden, ferrit fazının oluşumuna katkıda bulunur ve faz dengesini etkiler. Birkaç zararlı ikincil fazın oluşumuna katkıda bulunur ve yüksek sıcaklıklarda oluşan oksitlerin oluşumuna neden olur; yüksek sıcaklıklarda oksidasyon direnci üzerinde olumsuz bir etki yaratır. Bu nedenle molibden içeren paslanmaz çeliklerin kullanımı dikkate alınmalıdır.

 

C

Karbon, Austenitik fazı stabilize eder ve güçlendirir. Karbon, kazan boruları gibi yüksek sıcaklık ortamlarında kullanılan paslanmaz çelikler için faydalı bir elementdir, ancak bazı durumlarda korozyon direnci üzerinde olumsuz bir etki yaratabilir. Çoğu Austenitik paslanmaz çeliğin karbon içeriği genellikle uygulanabilir en düşük seviyeye sınırlandırılır. Kaynaklı sınıfların karbon içeriği (304L201L ve 316L) limit 0,030%'dur. Bazı yüksek alaşımlı yüksek performanslı sınıfların karbon içeriği daha da düşük olan 0,020%'ye kadar sınırlandırılmıştır.

 

N

Azot, Austenite fazını stabilize eder ve güçlendirir; karbür hassasiyetini ve ikincil faz oluşumunu yavaşlatır. Her iki standart ostenitik paslanmaz çelik ve yüksek performanslı ostenitik paslanmaz çeliklerde de azot bulunur. Düşük karbon içeriği nedeniyle oluşan güç kaybını küçük miktarda azot (0,1%'e kadar) telafi edebilir. Azot ayrıca klorür çukurluğu ve çatlak korozyonuna karşı direnci artırmaya yardımcı olur; bu nedenle bazı en iyi korozyon direnci sağlayan yüksek performanslı ostenitik paslanmaz çeliklerde azot içeriği 0,5%'e kadar çıkabilir.

 

Mn

Çelik fabrikaları erimiş çeliği deoksitlendirmek için manganı kullanır; bu nedenle tüm paslanmaz çeliklerde küçük miktarda mangan kalır. Manganez ayrıca Austeniitik fazı stabilize edebilir ve paslanmaz çeliklerde azotun çözünürlüğünü artırabilir. Bu nedenle, 200 seri paslanmaz çeliklerde mangan, azot içeriğini artırmak, mukavemeti ve korozyon direncini arttırmak için nikelin bir kısmını değiştirmek amacıyla kullanılabilir. Aynı etkiyi elde etmek için bazı yüksek performanslı Austeniitik paslanmaz çeliklere mangan eklenir.

 

Cu

Bakır, bazı karbürik asitlerin (sülfürik ve fosforik asit karışımları gibi) asitleri azaltarak paslanmaz çeliğin korozyon direncini artırabilir.

 

Si

Genel olarak silikon, Austenitik paslanmaz çeliklerde faydalı bir elementtir çünkü konsantre asit ve yüksek oksidasyon ortamlarında çeliğin korozyon direncini artırabilir. UNS S30600 ve diğer yüksek silikonlu özel paslanmaz çeliklerin yüksek çukurlaşma korozyon direncine sahip olduğu bildiriliyor. Manganez gibi silikon da eritilmiş çeliği deoksitlendirmek için kullanılabilir; bu nedenle silikon, manganez ve diğer deoksitleyici elementleri içeren küçük oksit içermeyen kümelenmeler her zaman çeliğin içinde kalır. Ancak çok fazla kümelenme ürünün yüzey kalitesini etkileyecektir.

 

Nb ve Ti

Bu iki element güçlü karbür oluşturucu elementlerdir ve duyarlılığı azaltmak için düşük karbonlu sınıfların yerine kullanılabilir. Niob karbür ve titanyum karbür yüksek sıcaklık dayanımını artırabilir. 347 Nb ve Ti içeren 321 paslanmaz çelikler, yüksek sıcaklık dayanımı ve kaynak yapabilme gereksinimlerini karşılamak amacıyla kazan ve rafinaj ekipmanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca yüksek performanslı Austeniitik paslanmaz çeliklerde geri kalanı oluşturan elementler olarak bazı deoksidasyon işlemlerinde de kullanılmaktadır.

 

S ve P

Kükürt, paslanmaz çelik için hem iyi hem de kötü bir etkiye sahiptir. İşleme performansını artırabilir; ancak, bu durum termal işlenebilirlik özelliğini azaltır ve manganez sülfit içermesini artırır; bu da paslanmaz çeliğin çürüme direncinin düşmesine neden olur. Yüksek dereceli Austeniitik paslanmaz çelikler ısı işlemine karşı hassas değildir; bu nedenle kükürt içeriği olabildiğince düşük seviyede, yaklaşık 0,001% olarak kontrol edilmelidir. Kükürt, yüksek performanslı Austeniitik paslanmaz çeliklere genellikle alaşım elementi olarak eklenmez. Ancak, kendinden kaynaşma kaynak işleminin kaynak penetrasyon derinliğini artırmak ve kesme performansını iyileştirmek amacıyla standart dereceli paslanmaz çeliklerde kükürt içeriği genellikle yüksektir (0,005% ~ 0,017%).

Florür zararlı bir elementdir ve dövme ve sıcak haddeleme işlemlerinin sıcak işleme özelliklerini olumsuz yönde etkileyebilir. Kaynak sonrası soğutma sürecinde ayrıca termal çatlamaların oluşumunu teşvik eder. Bu nedenle florür içeriği minimum seviyede kontrol edilmelidir.