Östenitik Paslanmaz Çelik

  Östenitik paslanmaz çeliklerin üstün şekil değiştirme (ductility) ve korozyon direnci, yüzeye merkezli kübik (FCC) kristal yapılarından kaynaklanmaktadır. Bu çelikler genellikle östetinitik fazı oda sıcaklığında stabilize eden nikel ve krom ile alaşım yapılır. Ayrıca, mükemmel kaynağa uygunlukları sayesinde, sağlam bağlantılar gerektiren çok çeşitli uygulamalar için uygundurlar. 304, 316, 321 ve 347 gibi türleri yaygın olarak kullanılır. Bu çelikler, kaynak gerektiren uygulamalarda çok tercih edilmektedir. En yaygın kullanılan tür olan 304, iyi şekillendirilebilirlik ve korozyon direncine sahiptir. 321 ve 347 türleri, yüksek sıcaklıklara dayanıklı olacak şekilde üretilmiştir ve karbürleşme ve oksidasyona karşı dirençlidir, 316 türü ise özellikle deniz ortamlarında mükemmel korozyon direnci sunar. Bu çelikler kaynatılırken, Bıçak Hattı Saldırısı (KLA) ve Taneler arası Saldırı (IGA) gibi fenomenler meydana gelebilir, bu yüzden malzeme bütünlüğünü korumak için bunların dikkate alınması önemlidir. [1]

  Östetinitik paslanmaz çelikler, yüksek krom içeriği sayesinde pasif bir oksit tabakası oluşturarak korozyona karşı dirençlidir. Ayrıca, nikel varlığı, östetinitikyapıyı stabilize ederek oksidasyona ve paslanmaya karşı direncini artırır. Korozyona karşı direnç, Fe’ye ikame çözünür bir element olarak yeterli miktarda Cr eklenmesinden kaynaklanır ve genellikle Cr konsantrasyonu %14 civarına çıktıkça bu direnç artar. Krom, atmosferdeki oksijenle demirden daha fazla reaksiyona girerek, birkaç molekül kalınlığında ancak altındaki demire müthiş bir yapışma gösteren Cr₂O₃ tabakası oluşturur ve böylece demiri oksijenin diffüzyonuna ve alt tabakadaki demir atomlarının dışarı çıkmasına karşı korur. Bu şekilde, pasif bir koruma tabakası sağlayarak, paslanmaz çelik alaşımının altındaki demiri reaktif olmaktan çıkarır ve böylece korozyon saldırılarına karşı korur. Doğal olarak oluşan bu pasif tabaka, çizildiğinde kendiliğinden iyileşir. Tüm paslanmaz çeliklerde, gamma-loop/γ-loop‘u genişletmeden interstisyel renklendirme sağlayan düşük bir C (genellikle %0.08’den daha az) konsantrasyonu bulunur. [2]

Taneler Arası Saldırı

  Bir metalin tane sınırları boyunca meydana gelen bir tür korozyon olan Taneler arası saldırı (IGA), paslanmaz çelikte krom gibi alaşım elementlerinin tane sınırlarında tükenmesi sonucu bu bölgelerin korozyona daha duyarlı hale gelmesiyle meydana gelir. Bu, kötü kaynak veya ısıl işlem sonucu, tane sınırlarında krom karbürlerinin oluşması ve çevresindeki kromun tükenmesi nedeniyle gerçekleşir. Bu durum, çevresel korozyon direncini azaltır. [3]

Bıçak Hattı Saldırısı

  Tipik olarak, tek geçişli kaynakların kaynak metalinde, malzeme, duyarlılık sıcaklık aralığını geçecek kadar ısındığı için krom karbürlerinin oluşması engellenir ve ardından hızla soğuduğu için duyarlılık genellikle gerçekleşmez. Küçük tek geçişli kaynaklarda veya ince paslanmaz çeliklerde, kaynak bölgesinin ısıl etki bölgesinde (HAZ) duygusal hassasiyet nadiren görülür, çünkü bu malzemeler, duyarlılık sıcaklık aralığında yeterince uzun süre kalmaz. [7]
Östetinitik Paslanmaz Çeliğin Taneler Arası Korozyonu

  Yaklaşık %0.06-0.065 C içeriğine sahip östetinitik paslanmaz çelikler, herhangi bir kaynak bölgesindeki ısıl etki bölgesinde (HAZ) Taneler arası korozyona karşı hassas halegelir.
Isıl Etki Bölgesi (HAZ): Metalin erimemiş ancak kaynak sırasında yüksek sıcaklıklara ısıtıldığında kompozisyonunda değişiklikler meydana gelen bölgesine ısıl etki bölgesi (HAZ) denir. Etkilenmeyen temel metal ile kaynak arasındaki sınır, HAZ ile ayrılır.

  Sensitizasyon: Herhangi bir malzemenin, 500–800 ℃ / ∼925–1475 ℉ sıcaklık aralığında uzun süre maruz kalması sonucu meydana gelen genel fenomen sensitizasyon olarak bilinir. Bu, malzemenin korozyon saldırılarına duyarlı hale gelmesini ve kaynak bölgesindeki yaklaşık 800 ℃ / 1472 ℉ sıcaklığın üzerindeki ısıl etki bölgesinde korozyonla aşındırılmasına yol açar. Aslında, mikro yapının sensitize olması, kaynak bölgelerinde kaynak bozulmasına yol açar.

Şekil 1 Östenitik Paslanmaz Çeliğin Isıl Etki Bölgesinde (HAZ) Taneler Arası Saldırı [3]

  Şekil 1, ısıl etki bölgesinde (HAZ) Taneler arası saldırıya uğramış bir kaynağın görünümünü göstermektedir. Korozyon ortamına maruz kalan kaynak yüzeyinde, genellikle füzyon sınırına paralel olarak bir saldırı hattı ortaya çıkar; bu hatlar bazen “vagon izleri” olarak adlandırılır, çünkü her iki tarafta simetrik ve paraleldir. Kesitte, sensitize olmuş bir bant boyunca birden fazla saldırı (ya da kaynak “bozulması”) gözlemlenebilir. Bu bandın füzyon sınırından bir mesafede olduğunu not edin; çünkü sensitizasyona yol açan karbür çökelmesi yaklaşık 600-850°C (1110-1560°F) sıcaklık aralığında meydana gelir. Bu sıcaklık aralığının üzerindeki sıcaklıklarda, karbürler çözeltiye geri girer ve bu nedenle füzyon sınırına bitişik bölge, karbürlerden nispeten arındırılmıştır (soğuma hızlarının, soğuma sırasında karbür çökelmesini baskılayacak kadar hızlı olduğu varsayılarak).

  Taneler arası korozyon, bir alaşımın tane sınırlarında veya hemen bitişiğindeki dar bölgelerde meydana gelen belirgin yerel saldırıdır. 18% Cr ve 8% Ni ile birlikte küçük miktarda karbon içeren 304 tipi paslanmaz çelik, 425–790°C sıcaklık aralığına ısıtıldığında (ve ardından soğutulduğunda) taneler arası korozyona uğrayabilir. Bu durumda, paslanmaz çelik “sensitize” olmuş sayılır ve taneler arası korozyona karşı hassas hale gelir.

Şekil 2 Sensitize olmuş paslanmaz çeliğin şematik gösterimi. Tane sınırlarına bitişik kromdan yoksun bölgeler, taneler arası korozyona karşı hassastır.

  Sensitizasyon sırasında, karbon tane sınırlarına difüze olarak kromla birleşir ve krom karbür çökeltileri (örneğin ) oluşturur. Bu süreç, tane sınırları içindeki ve çevresindeki bölgelerden kromu tüketerek, bu bölgelerde paslanmaz çelik için gerekli olan %12’den daha az krom bulunmasına yol açar. Böylece, belirli sulu ortamlarda, Şekil 2’de gösterildiği gibi, Taneler arası korozyon şeklinde yerelize olmuş korozyon meydana gelir.[4] 

Şekil 3 Krom-nikel çeliğinin kaynaklı bağlantı metalinde ülseratif ve taneler arası korozyon. [5]

Östetinitik Paslanmaz Çeliğin Taneler Arası Saldırıyı Önlemek

 

  Sensitizasyonu önlemek, östetinitik paslanmaz çelik kaynaklarında taneler arası korozyonu minimize etmek veya ortadan kaldırmak için aşağıdaki yöntemlerle mümkündür:

• En düşük karbon içeriğine sahip temel ve dolgu metallerini seçmek

• Niobyum (Nb) ve titanyum eklemeleri ile “stabilize edilmiş” temel metaller kullanmak

• Anneal edilmiş temel malzeme kullanmak veya kaynak yapmadan önce herhangi bir soğuk işleme etkilerini ortadan kaldırmak. Bu elementler, kroma göre daha güçlü karbür oluşturanlardır ve karbonu bağlar, böylece Cr-zengin tane sınırı karbürlerinin oluşumunu en aza indirir. Soğuk işleme karbür çökelmesini hızlandırır.

• Düşük kaynak ısı girişleri ve düşük geçiş sıcaklıkları kullanarak kaynak soğuma hızlarını artırmak, böylece sensitizasyon sıcaklık aralığındaki süreyi minimize etmek. Boru kaynağında, kök geçiş sonrası borunun içini su ile soğutmak, sonraki geçişlerin neden olduğu iç kısımdaki sensitizasyonu ortadan kaldırmaya yardımcı olur.

• Kaynak sonrası çözünme ısıl işlemi. Yapıyı 900-1100°C (1650-2010°F) sıcaklık aralığına ısıtarak HAZ’daki tane sınırlarında oluşmuş olabilecek karbürleri çözer. Yapı daha sonra bu sıcaklıktan suya quench edilir, böylece soğuma sırasında karbür çökelmesi önlenir. Ancak, bu yöntemin pratik sınırlamaları da vardır. Quenching sırasında distorsiyon, plaka yapılarında ciddi bir sorun olabilir. Karmaşık boru kaynağı yapılarda quenching yapamamak da bir sınırlayıcı faktördür. [3]

Östetinitik Paslanmaz Çeliğin Bıçak Hattı Saldırısı

  Bıçak hattı,taneler arası  saldırısı, 347 ve 321 türleri gibi stabilize edilmiş alaşımlarda da belirli durumlarda meydana gelebilir. Bu saldırı genellikle sadece füzyon sınırına hemen bitişik çok dar bir bölgede gerçekleşir. Kaynağın bıçak gibi kesilmiş gibi görünmesinden dolayı bazen bıçak hattı saldırısı olarak adlandırılır. Bu tür saldırı, stabilize olmuş karbürlerin (NbC veya TiC) yüksek sıcaklıklarda füzyon bölgesine hemen bitişik olan bölgede çözünmesi durumunda meydana gelir. Soğuma sırasında, Cr-zengin karbürler NbC veya TiC’den daha hızlı oluşarak dar bir sensitizasyon bölgesi oluşturur. Füzyon sınırından daha uzak bir mesafede, NbC ve TiC çözünmez ve sensitizasyon meydana gelmez. [3]