Paslanmaz Çelik Genel Bilgi

PASLANMAZ ÇELIKLER

Bilim, teknoloji ve sanayi alaninda yasanan gelismeler ve geçmisten günümüze gelisen malzeme bilimi ile paslanmaz çeliklerin üretimi ve kullanimi da bir hayli genislemektedir. Korozyona dayaniklilik, estetik çekicilik, düsük yasam döngüsü maliyeti, tamamen geri dönüsümlü olmasi, isiya dayaniklilik vb. gibi özellikler, paslanmaz çeligin üstün özellikleridir. Sahip oldugu malzeme özellikleri ve saglamis oldugu avantajlar paslanmaz çeligi, diger çelik türleri içinde öne çikarmaktadir.

Mutfak gereçleri basta olmak üzere insaat, otomotiv, gida sanayi, beyaz esya gibi endüstriyel alanlarin yani sira günlük yasamda süs esyalari ve sanat eserleri yapimi gibi birçok yerde kullanilmaktadir. Kullanim alanlari yogun olmasina ragmen Türkiye’de paslanmaz çelik üretimi oldukça düsük seviyelerde gezinmektedir. Paslanmaz çeligin en önemli girdisi kromit cevheri Türkiye’de üretilirken buna karsin maalesef önemli miktarda paslanmaz çelik yurt disindan ithal edilmektedir.

Paslanmaz çeligin üretimi uzun ve karmasik bir süreçtir. Kabaca bu süreçte öncelikle hurdalar toplanir ve stoklanir. Stoklanan hurdalar, metal ergitme ocaklarinda ergitilir. Bu ergitilen metale de çesitli elementler eklenerek istenilen kalite elde edilir. Istenilen kaliteye ulasan karisim ocaktan alinip büyük bir tasiyici kazana dökülür. Akabinde bu tasiyici kazan bir vinç yardimiyla tasinarak sürekli döküm cihazina götürülür. Malzemeler, sürekli döküm cihazindan kesintisi olarak dökülür. Sürekli olarak dökülen paslanmaz çelik belirli uzunluklarda, kütükler halinde kesilerek vinçler yardimiyla tasinir. Bu tasinan kütükler uygun sekle getirilme amaciyla isil islem uygulanarak tekrar isitilir. Isitilma islemi tamamlanmis olan kütüklere istenilen seklin verilmesi için kesit alanina göre farkli üretim hatlarina götürülerek istenilen sekle dönüstürülür. Istenilen sekli alan paslanmaz çelik mevcut ettigi özellige göre tavlanir ve isil islem görür. Ardindan kesilip paketlenerek dogrultulan paslanmaz çesitli yüzey islemlerinden geçerek bu zorlu ve zahmetli üretim sürecinin tamamlamis olur.

Paslanmaz çelik, dünyada en çok geri dönüstürülen malzemedir. Kullanilan paslanmaz çeligin %82'sinin yeni çelige dönüstürülecegi tahmin edilmektedir. Ayrica paslanmaz çeligin kalitesi geri dönüstürüldügünde düsmez; yeniden ergitilip geri dönüstürülmüs çelik, orijinal çelik kadar iyi kalite ve özelliklere sahiptir. Paslanmaz çelik hurdasinin cazipligi ve yüksek degeri nedeniyle, isleyen hurda pazarini sürdürmek için bir yardima gerek yoktur. Prensip olarak paslanmaz çelik sonsuz sayida geri dönüstürülebilir. Ancak paslanmaz çelik üretimindeki yillik %6 artis, paslanmaz çelik ürünlerin dayanikliligi ile birlikte paslanmaz çelik hurda kitligi oldugu anlamina gelmektedir. Buda, bugün ki üretimin esas olarak geri dönüstürülmüs çelige dayanmasina ragmen, alasim elementleri seklindeki islenmemis malzemeye hala ihtiyaç duyuldugu anlamina geliyor. Bugün yeni paslanmaz çelik yapmak için kullanilan hammaddenin yaklasik %60'i geri dönüstürülmüs çeliktir.

Paslanmaz çelik, %10,5 ve üzeri krom ile %1,2 ve altinda karbon içerigine sahip çeliktir. Paslanmaz çelige paslanmaz özelligini veren de bilesiminde bulunan yüksek krom elementidir. Bilesimde bulunan krom, yüzeyde ince bir krom oksit katmani olusturur ve bu katman, çeligi paslanmaya karsiya korur. Paslanmaz çelikten alasim elementi olarak Ni (nikel) elementi de kullanilir. Nikel elementi de paslanmaya karsi direnç saglar. Bunun yani sira; molibden, tungsten, vanadyum, selenyum ve azot gibi bazi alasim elementleri bulunabilir.

Paslanmaz çelikler, bilesimde bulunan alasim elementlerinin miktarlarina göre farkli mikroyapilar gösterebilir. Bu mikroyapilara göre paslanmaz çeligi kabaca 5 gruba ayirabiliriz. Bunlar; östenitik paslanmaz çelik, ferritik paslanmaz çelik, martenzitik paslanmaz çelik, ferritik-östenitik (dubleks) paslanmaz çelik ve çökelme sertlesmeli paslanmaz çeliktir.

Bir uygulama için uygun olan paslanmaz çelik grubunun seçilmesi, uygulamanin; düsük bakim maliyete ve uzun ömürlü olmasina neden olur. Örnegin yüksek mukavemetli paslanmaz çelikler, insaatlarda daha az malzeme kullanimi sagladigi için hem ekonomik hem de kaynak kullanimi açisindan ekstra faydalar saglar. Yüksek mukavemetli çelikler, çarpisma durumunda daha fazla enerji emebilir, bu da araçlarda ve diger birçok yapisal bilesen ve sistemde güvenligi artirir.

Paslanmaz çelikler için baskin ürün formu soguk haddelenmis sacdir.  Diger ürünler ayri ayri toplam soguk haddelenmis sac miktarinin yalnizca üçte birini veya daha azini olusturur. Piyasada en yaygin olarak kullanilan paslanmaz çelik grubu ise östenitik paslanmaz çeliktir. Bunun nedeni; diger paslanmaz çeliklere göre korozyon dirençlerinin daha yüksek olmasidir. Içyapinin östenit olmasindan dolayi ferritik paslanmaz çeliklerde karsilasilan çok önemli bir sorun olan süneklikten gevreklige geçis sicakligi altindaki gevreklesme, bu tür çeliklerde görülmez. Gerek sifir alti (- 270°C’ye kadar) ve gerekse yüksek sicakliklardaki korozyon dirençleri, mekanik özelliklerinin üstünlügü bu çelik gurubunun birçok alanda rakipsiz bir yapi çeligi olarak kullanilmasina imkân saglar.  

Paslanmaz çelikler, en az yaklasik %12 Cr içeren demir bazli alasimlardir, bu miktar atmosferler ile pas olusumunu önlemek için gereken miktardir (dolayisiyla paslanmaz olarak adlandirilir). Çok az paslanmaz çelik %30'dan fazla Cr veya %50'den az demir içerir. Görünmez ve yapiskan krom bakimindan zengin bir oksit film olusturarak paslanmaz özelliklerini elde ederler. Bu oksit oksijen varliginda olusur ve kendini iyilestirir.

Demir yüzeyini pasif hale getiren krom, metalin alt katmanlarini korozyondan koruyan bir oksit filmi olusturur. Bu oksit tabaka çeligin elektrokimyasal özelliklerinde degisiklikler yaparak çelige korozif ortamdan koruyan özellikler katar. Krom oksit tabakasi ince, siki, geçirimsiz ve metalin yüzey davranislarindan bir hayli etkilenmektedir.

Ince krom oksit tabakasi paslanmaz çeligin korozyon direncinin kaynagidir.

Günümüzde 200’den fazla türü olan ve hala yeni türleri kesfedilen paslanmaz çelikler, degisik amaçlarda sanayide ve imalat sektöründe oldukça yaygin uygulama alanlarina sahiptir.

Yeni element ilave edilerek degisik özellikler elde edilmektedir. Bu sayede çelige mukavemet, korozyon direnci, talasli isleme kolayligi gibi özellikler kazandirilmaktadir.

Paslanmaz Çeliklerin Tarihçesi

Günlük hayatimizda kullandigimiz en basit malzemelerden daha karmasik yapilara kadar paslanmaz çelikler kullanilmaktadir. Alasimlarda en önemli sinif olan paslanmaz çelik yirminci yüzyilin baslarinda Büyük Britanya ve Almanya’da gelistirilmistir. Bazi korozif ortamlara karsi dayanikli demirdisi metaller (Nikel, Nikel-Gümüs (Gümüs içermeyen fakat benzer olan Nikel-Bakir-Titanyum alasimlari), Bakir, Pirinç ve Bronz gibi) bulunmasina ragmen paslanmaz çeliklerden daha pahali ve dayanikli degildir. Östenitik paslanmaz çelikler, martenzitik ve ferritik paslanmaz çeliklerin yerini kisa sürede almistir ve yayginlasmistir.

1800’lerin sonlarina dogru krom içeren çelikler kullanilmasina ragmen kromun yüzeyde korozyona karsi dirençli bir oksit tabakasi olusturdugu bilinmemekteydi. 1913 yilinda, Harry Brearley tüfek namlusu çeliklerini gelistirirken martenzitik paslanmaz çelikleri kesfetti. Daha sonra %0.3C ve %13Cr içeren bir çeligin asinmasinin zor ve paslanmadigini gözlemledi. 1915’de Brearley’in paslanmaz çeligi kesfettigini ilan ettigi ve New York Times’da yayinlanan yazi Sekil 2.2’de verilmistir. 420 kalite paslanmaz çelik çatal biçak üretim endüstrisinin temelini olusturmakla beraber günümüzde halen kullanilmaktadir.

Ayni tarihlerde, Almanya’da kullanilan yüksek miktarda nikel içeren çelikler, matlasmaya karsi dirençli olsalar da korozyona karsi dirençleri yeterli degildi. 1912 yilinda, Benno Strauss ve Eduard Maurer krom-nikel esasli östenitik paslanmaz çeligi kesfettiler. Bu çelik kisa sürede kimya endüstrisi için nitrik asit depolama tanki üretiminde kullanilmaya baslandi. Amerika ve Fransa’da bu gelismelerden bagimsiz çesitli kesif kesifler yapilmistir.

Harry Brearley ve Bearley’nin New York Times’da yayinlanan yazisi

1920 ve 1930’larda günümüzde hala genis bir kullanim alanina sahip olan 302(%18Cr, %8Ni), 316(%18Cr, %8Ni, %2,5Mo), 410(%12Cr) ve 430(%17Cr) kalite paslanmaz çeliklerde hizli gelismeler görülmüstür. 1950’lerde paslanmaz çelikler degerli metaller arasinda sayilmakta ve bunu göre fiyatlandirilmaktaydi. 1970’li yillarda dünya çapinda ortaya çikan nikel krizi ve nikel fiyatlarindaki artis, paslanmaz çelik üretiminde yeni gelismelerin yasanmasina neden olmustur. Bu yillarda yapilan çalismalar sonucunda paslanmaz çelik yapisinda ara yer olarak çözünen azotun kuvvetli bir östenit yapici oldugu kesfedilmis ve az miktardaki kullaniminda dahi paslanmaz çelik kimyasal bilesimindeki nikel oraninin azaltilmasina olanak tanidigi belirlenmistir. Buna bagli olarak bu yillarda ara yer takviyeli paslanmaz çeliklerin üretimi ve kullanimi yayginlasmistir.

Paslanmaz Çeliklerin Üstünlükleri

Paslanmaz çeliklerin kullanim tercihi sebepleri; korozyon dayanimi, yüksek ve düsük sicakliklara dayanim, mukavemet, mekanik dayanim, imalat kolayligi, hijyenik özellik, görünüm ve uzun ömürlü kullanim örnekleri verilebilir.

• Korozyon Dayanimi: Bütün paslanmaz çeliklerin korozyon dayanimi yüksektir. Düsük alasimli türleri atmosferik korozyona, yüksek alasimli türleri ise asit, alkali çözeltiler ile klorür içeren ortamlara dahi dayaniklidir. Ayrica yüksek sicaklik ve basinçlarda da kullanilabilir.
• Yüksek ve Düsük Sicakliklar: Bazi paslanmaz çelik türlerinde, yüksek sicakliklarda dahi tufallenme ve malzemenin mekanik dayaniminda önemli bir düsme görülmez. Bazi türleri ise çok düsük sicakliklarda dahi gevreklesmezler ve tokluklarini korurlar.
• Mukavemet: Daha yüksek sertlik ve mukavemet için paslanmaz çeligin karbon orani arttirilabilir. Mekanik isleme veya üretim sonrasinda, çok basitçe bir düsük sicaklik isil islemi uygulanmasi yoluyla çeligin mukavemeti istenildigi gibi artirilabilir.
• Mekanik Dayanim: Paslanmaz çeliklerin büyük çogunlugu soguk sekillendirme ile peklesir ve dayanimin artmasi sayesinde tasarimlarda malzeme kalinliklari azaltilarak parça agirligi ve fiyatta önemli düsüsler saglanabilir. Bazi türlerde ise isil islemler ile malzemeye çok yüksek bir dayanim kazandirmak mümkündür.
• Imalat Kolayligi: Paslanmaz çeliklerin hemen hepsi kesme, kaynak, sicak ve soguk sekillendirme ve talasli imalat islemleri ile kolaylikla biçimlendirilebilirler.
• Hijyenik Özellik: Paslanmaz çeliklerin kolay temizlenebilir olmasi, bu malzemelerin hastane, mutfak, gida ve ilaç sanayinde yaygin olarak kullanilmasini saglar.
• Görünüm: Paslanmaz çelikler çok farkli yüzey kalitelerinde temin edilebilirler. Bu yüzeylerin görünümü, kalitesi ve bakimi kolay oldugundan kolaylikla uzun süreler korunabilir.
• Uzun Ömür: Paslanmaz çelikler dayanikli ve bakimi kolay malzemeler olduklarindan, üretilen parçanin tüm kullanim ömrü dikkate alindiginda ekonomik malzemelerdir.