Tipik olarak minimum %10.5 oranında krom ilavesi, alaşıma dikkate değer bir korozyon direnci kazandırarak, onu zorlu ortamlardaki uygulamalar için uygun hale getirir. Paslanmaz çeliğin gelişimi, Alman metalurjistler Benno Strauss ve Eduard Maurer tarafından 20-20 paslanmaz çeliğin icadıyla 7. yüzyılın başlarına kadar izlenebilir. O zamandan beri, her biri belirli uygulamalar için özel olarak tasarlanmış farklı kimyasal bileşimlere ve fiziksel özelliklere sahip çok sayıda paslanmaz çelik türü ve sınıfı geliştirilmiştir. Paslanmaz çeliğin çok yönlülüğü, kaynaklanabilirliği, imalat kolaylığı ve çok çeşitli yüzey kaplamaları ve işlemleri ile daha da geliştirilmiştir. Ayrıca paslanmaz çelik, yüksek oranda geri dönüştürülebilir olduğu ve çevresel etkisi düşük olduğu için çevre dostudur. En yaygın paslanmaz çelik kaliteleri 304 ve 316'dır, bunlar esas olarak molibden içeriklerinde farklılık gösterir ve korozyon dirençlerini ve uygulamalarını etkiler (Strauss & Maurer, 20XX; Spotblue.com, t).

Paslanmaz Çeliğin Tarihçesi ve Gelişimi

Paslanmaz çeliğin tarihi, Alman metalurjistler Benno Strauss ve Eduard Maurer'in 20-20 paslanmaz çelik olarak bilinen modern paslanmaz çeliğin öncüsünü ilk kez icat ettikleri 7. yüzyılın başlarına kadar uzanır. Bu erken alaşım, %18 krom ve %8 nikel içeriyordu, bu da yaygın olarak kullanılan 18 paslanmaz çelik olarak da bilinen 8/304 paslanmaz çeliğin geliştirilmesine yol açtı. Demir bazlı alaşıma krom ve nikel eklenmesi, korozyon direncini önemli ölçüde iyileştirerek inşaat, otomotiv ve havacılık gibi endüstrilerdeki çeşitli uygulamalar için uygun hale getirdi. Yıllar geçtikçe, metalurjideki ilerlemeler, her biri belirli uygulamalara göre uyarlanmış benzersiz özelliklere sahip çok sayıda paslanmaz çelik kalitesinin geliştirilmesine yol açmıştır. Örneğin, 316 paslanmaz çelik oluşturmak için molibden ilavesi, korozyon direncini daha da artırarak zorlu ortamlarda kullanım için ideal hale getirdi. Günümüzde paslanmaz çelik, çok yönlülüğü, dayanıklılığı ve korozyona karşı direnci nedeniyle çeşitli endüstrilerde hayati bir malzeme olmaya devam etmektedir (Strauss ve Maurer, 1912; Uluslararası Paslanmaz Çelik Forumu, 2021).

Paslanmaz Çelik Türleri ve Sınıfları

Paslanmaz çelik, korozyon direnci, mukavemet ve süneklik dahil olmak üzere benzersiz özellik kombinasyonu nedeniyle çok çeşitli uygulamalara sahip çok yönlü bir malzemedir. Geniş olarak beş gruba ayrılabilen 150'den fazla farklı paslanmaz çelik türü ve sınıfı vardır: östenitik, ferritik, martensitik, dubleks ve çökelme sertleştirme. 304 ve 316 kaliteleri gibi östenitik paslanmaz çelikler, mükemmel şekillendirilebilirlikleri ve korozyon dirençleri nedeniyle en yaygın kullanılanlardır. 430 kalite gibi ferritik paslanmaz çelikler, iyi korozyon direnci ve manyetik özellikleriyle bilinir, ancak daha düşük mukavemet ve sünekliğe sahiptir. 420 kalite gibi martensitik paslanmaz çelikler, yüksek mukavemet ve sertlik sunar ancak daha düşük korozyon direncine sahiptir. 2205 kalite gibi dubleks paslanmaz çelikler, östenitik ve ferritik paslanmaz çeliklerin özelliklerini birleştirerek hem yüksek mukavemet hem de mükemmel korozyon direnci sunar. 17-4 PH gibi çökeltme sertleştirmeli paslanmaz çelikler, ısıl işlem yoluyla yüksek mukavemet ve korozyon direncinin benzersiz bir kombinasyonunu sağlar. Her paslanmaz çelik türü ve sınıfı, onu mutfak gereçlerinden havacılık bileşenlerine kadar çeşitli uygulamalar için uygun kılan belirli özelliklere sahiptir (ASM International, 2017; International Paslanmaz Çelik Forumu, 2021).

Paslanmaz Çeliğin Kimyasal Bileşimi

Paslanmaz çeliğin kimyasal bileşimi, belirli derece ve türe bağlı olarak değişir. Genel olarak, paslanmaz çelik, korozyon direnci özelliklerini veren minimum %10.5 krom içerir. En yaygın kalite olan 304 paslanmaz çelik, %18 krom ve %8 nikelden oluşur, dolayısıyla alternatif adı 18/8 paslanmaz çeliktir. Paslanmaz çelikte bulunan diğer elementler arasında karbon, manganez, silikon, fosfor, kükürt ve nitrojen bulunur. Bazı sınıflarda, belirli özellikleri geliştirmek için molibden, titanyum veya niyobyum gibi ek elementler eklenir. Örneğin, 2 paslanmaz çeliğe %3-316 molibden eklenmesi, klorür ortamlarında oyuklaşma ve çatlak korozyonuna karşı direncini artırır. Paslanmaz çeliğin hassas kimyasal bileşimi, farklı uygulamalarda tutarlı kalite ve performans sağlamak için ASTM, AISI ve EN gibi çeşitli uluslararası standartlarla düzenlenir (Strauss & Maurer, 2018; ASTM International, 2020; Avrupa Standardizasyon Komitesi, 2017 ).

Paslanmaz Çeliğin Fiziksel ve Mekanik Özellikleri

Paslanmaz çeliğin fiziksel ve mekanik özellikleri, çeşitli uygulamalar için uygunluğunu belirleyen çok önemli faktörlerdir. Paslanmaz çelik, aşırı koşullara dayanmasını ve deformasyona direnmesini sağlayan yüksek mukavemet, süneklik ve tokluk sergiler. Örneğin, paslanmaz çelik 304'ün yoğunluğu 7,930 kg/m3'tür (0.286 lb/in3) (Dünya Malzemesi). %0.2'de akma dayanımı minimum 30 ksi (205 MPa), çekme dayanımı ise minimum 75 ksi (515 MPa)'dır (Dünya Malzemesi). Bu özellikler, paslanmaz çeliği inşaat, otomotiv ve havacılık endüstrileri için ideal bir malzeme haline getirir.

Ayrıca paslanmaz çelik, düşük termal genleşme ve yüksek termal iletkenlik gibi onu yüksek sıcaklık uygulamaları için uygun kılan mükemmel termal özellikler sergiler. Asidik, alkali ve klorür içeren çözeltiler dahil olmak üzere çeşitli aşındırıcı ortamlara maruz kalmaya dayanabildiği için korozyon direnci bir başka önemli özelliktir. Bu direnç, öncelikle yüzeyde pasif bir oksit tabakası oluşturan ve malzemeyi daha fazla korozyondan koruyan kromun varlığından kaynaklanmaktadır. Nikel ve molibden gibi diğer elementlerin eklenmesi, 304 ve 316 (Spot Blue) kaliteleri arasındaki karşılaştırmada görüldüğü gibi, paslanmaz çeliğin korozyon direncini daha da artırabilir. Genel olarak, paslanmaz çeliğin fiziksel ve mekanik özellikleri, onu çok çeşitli uygulamalar için çok yönlü ve güvenilir bir malzeme haline getirir.

Korozyon Direnci ve Uygulamaları

Paslanmaz çeliğin korozyon direnci, öncelikle oksijene maruz kaldığında yüzeyde pasif bir oksit tabakası oluşturan krom içeriğine atfedilir. Bu koruyucu tabaka, daha fazla oksidasyon ve korozyonu önleyerek paslanmaz çeliği çeşitli uygulamalar için ideal bir malzeme haline getirir. Paslanmaz çeliğin korozyon direnci, derecesine ve kimyasal bileşimine bağlı olarak değişir. Örneğin, %304 krom ve %18 nikel içeren 8 sınıfı, çeşitli ortamlarda mükemmel korozyon direnci nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır (Strauss & Maurer, t). Öte yandan, %316-2 molibden ilavesiyle 3 sınıfı, klorür korozyonuna karşı geliştirilmiş direnç sunarak onu denizcilik ve kimyasal işleme uygulamaları için uygun hale getirir (Spotblue.com, t).

Paslanmaz çeliğin korozyon direnci, inşaat, otomotiv, havacılık ve tıp dahil olmak üzere çok sayıda endüstride yaygın olarak kullanılmasına yol açmıştır. İnşaatta yapısal bileşenler, kaplama ve çatı kaplama için kullanılırken, otomotiv endüstrisinde egzoz sistemleri, yakıt depoları ve trim bileşenlerinde kullanılır. Havacılık sektörü, uçak bileşenleri için paslanmaz çelik kullanır ve tıp alanı bunu cerrahi aletler, implantlar ve ekipman için kullanır (Uluslararası Paslanmaz Çelik Forumu, 2021).

Paslanmaz Çelik Üretim Süreci

Paslanmaz çeliğin üretim süreci, demir cevheri, krom, nikel ve diğer alaşım elementleri gibi hammaddelerin eritilmesiyle başlayan birkaç aşama içerir. Bu malzemeler, bir elektrik ark fırınında (EAF) veya bir argon oksijen dekarbürizasyon (AOD) dönüştürücüde birlikte eritilerek, erimiş bir paslanmaz çelik karışımı elde edilir. Erimiş çelik daha sonra safsızlıkları gidermek ve istenen kimyasal bileşimi elde etmek için rafine edilir (Lefebvre ve diğerleri, 2016).

Rafine etme işleminin ardından, erimiş çelik levha, blum veya kütük gibi yarı mamul formlara dökülür ve bunlar daha sonra yassı veya uzun ürünler halinde sıcak haddelenir. Bu ürünler, istenen mekanik özellikleri ve yüzey kalitesini elde etmek için soğuk haddeleme, tavlama ve dekapaj dahil olmak üzere daha ileri işlemlere tabi tutulur (Davis, 1994). Son olarak, paslanmaz çelik ürünler kesilir, şekillendirilir ve çok çeşitli uygulamalarda kullanılmak üzere borular, levhalar ve çubuklar gibi çeşitli bileşenler ve yapılar halinde imal edilir (Sedriks, 1996).

Özet olarak, paslanmaz çeliğin üretim süreci, hammaddelerin eritilmesini, erimiş çeliğin rafine edilmesini, yarı mamul formlara dökümü, sıcak ve soğuk haddelemeyi, tavlamayı, dekapajı ve fabrikasyonu içerir. Bu karmaşık süreç, paslanmaz çeliğin korozyon direnci, mukavemet ve süneklik gibi istenen özellikleri sergilemesini sağlayarak onu çok sayıda endüstride çok yönlü ve değerli bir malzeme haline getirir.

Paslanmaz Çelik Kaynak ve İmalatı

Paslanmaz çeliğin kaynaklanması ve imalatı, malzemeyi istenen şekillere ve yapılara manipüle etmek için bir dizi işlem içerir. İmalat süreci, paslanmaz çeliğin lazer kesim, plazma kesim veya su jeti kesim gibi çeşitli yöntemlerle elde edilebilecek belirli boyutlarda kesilmesiyle başlar. Malzeme kesildikten sonra, bükme, yuvarlama veya damgalama gibi teknikler kullanılarak istenen şekle getirilir.

Kaynak, paslanmaz çelik bileşenleri bir araya getirdiği için imalat sürecinde çok önemli bir adımdır. Gaz Tungsten Ark Kaynağı (GTAW), Gaz Metal Ark Kaynağı (GMAW) ve Korumalı Metal Ark Kaynağı (SMAW) dahil olmak üzere paslanmaz çelik için kullanılan çeşitli kaynak yöntemleri vardır. Paslanmaz çeliğin tipi ve kalınlığı, istenen kaynak kalitesi ve özel uygulama gibi faktörlere bağlı olarak her yöntemin avantajları ve sınırlamaları vardır. Isıl işlem veya dekapaj gibi kaynak sonrası işlemler, kaynaklı paslanmaz çelik bileşenlerin korozyon direncini ve mekanik özelliklerini geliştirmek için gerekli olabilir. Sonuç olarak, kaynak ve imalat tekniklerinin seçimi, projenin özel gereksinimlerine ve imalatçının uzmanlığına bağlıdır (ASM International, 1999; Davis, 1994).

Yüzey Cilaları ve İşlemler

Görünümünü, korozyon direncini ve genel performansını iyileştirmek için paslanmaz çelik için çeşitli yüzey kaplamaları ve işlemleri mevcuttur. Bu yüzeyler genel olarak mekanik ve kimyasal işlemler olarak kategorize edilebilir. Mekanik bitirmeler, yüzey dokusunu ve görünümünü değiştiren taşlama, cilalama ve fırçalama gibi işlemleri içerir. Örneğin, No. 4 kaplama, pürüzsüz, yansıtmayan bir yüzey sağlayan popüler bir fırçalanmış kaplamadır. Öte yandan, kimyasal işlemler, yüzey özelliklerini değiştirmek için kimyasalların veya elektrokimyasal işlemlerin uygulanmasını içerir. Örneğin pasivasyon, yüzeydeki kirleticileri uzaklaştıran ve koruyucu bir oksit tabakası oluşturan, böylece korozyon direncini artıran kimyasal bir işlemdir.

Yaygın olarak kullanılan diğer bir kimyasal işlem, ince bir malzeme tabakasını kaldırarak yüzeyi pürüzsüzleştiren ve parlaklaştıran elektro-parlatmadır. Bu işlem sadece görünümü iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda paslanmaz çeliğin korozyon direncini ve temizlenebilirliğini de geliştirir. Ek olarak, özel uygulamalarda paslanmaz çeliğin performansını ve dayanıklılığını daha da artırmak için seramik veya polimer bazlı filmler gibi özel kaplamalar uygulanabilir. Sonuç olarak, yüzey bitirme ve işleme seçimi, nihai ürünün istenen estetik, işlevsel ve çevresel gerekliliklerine bağlıdır (ASM International, 2013; İngiliz Paslanmaz Çelik Birliği, t).

Paslanmaz Çeliğin Çevresel Etkisi ve Geri Dönüşümü

Paslanmaz çelik üretiminin çevresel etkisi, daha az doğal kaynak gerektirdiği ve daha az atık ürettiği için diğer malzemelerle karşılaştırıldığında nispeten düşüktür. Üretim süreci, ham madde girdisinin yaklaşık %60'ını oluşturan hurda metal kullanımını içerir, bu da işlenmemiş malzemelerin madenciliği ve çıkarılması ihtiyacını azaltır (ISSF, 2021). Ayrıca paslanmaz çelik, tahmini %85'in üzerinde bir geri dönüşüm oranıyla yüksek oranda geri dönüştürülebilir (Eurofer, 2020). Bu yüksek geri dönüştürülebilirlik, malzeme önemli kalite veya performans kaybı olmaksızın birden çok kez yeniden kullanılabildiğinden döngüsel bir ekonomiye katkıda bulunur.

Bununla birlikte, üretim süreci, öncelikle metalin eritilmesi ve rafine edilmesinin enerji yoğun doğası nedeniyle sera gazı salmaktadır. Bu emisyonları azaltma çabaları, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını ve üretim tesislerinde enerji verimli teknolojilerin uygulanmasını içermektedir. Ayrıca endüstri, atık yönetimi uygulamalarını iyileştirmek ve paslanmaz çelik üretiminin çevresel ayak izini azaltmak için sürekli çalışıyor (ISSF, 2021).

Sonuç olarak, paslanmaz çelik üretiminin bir miktar çevresel etkisi olsa da, yüksek geri dönüştürülebilirliği ve endüstrinin sürdürülebilir uygulamalara olan bağlılığı bu etkilerin en aza indirilmesine katkıda bulunuyor.

Paslanmaz Çelik Standartları ve Spesifikasyonları

Çeşitli uygulamalarda malzemenin kalitesini, performansını ve güvenliğini sağlamak için paslanmaz çelik standartları ve özellikleri gereklidir. Bu standartlar, American Society for Testing and Materials (ASTM), International Organization for Standardization (ISO) ve European Committee for Standardization (CEN) gibi kuruluşlar tarafından geliştirilmekte ve sürdürülmektedir. Örneğin, ASTM A240 ve A276, paslanmaz çelik plakalar, levhalar ve çubuklar için spesifikasyonları özetlerken, ISO 15510 genel kullanım için paslanmaz çeliklerin kimyasal bileşimini sağlar.

304 ve 316 gibi farklı paslanmaz çelik kaliteleri, kimyasal bileşimlerine, mekanik özelliklerine ve korozyon direncine bağlı olarak belirli standartlara ve özelliklere sahiptir. Bu standartlar, imalatçıların, imalatçıların ve son kullanıcıların kendi özel gereksinimleri için uygun paslanmaz çelik derecesini seçmelerine yardımcı olur. Ayrıca, bu standartlara bağlılık, malzemenin performansının inşaat, otomotiv, havacılık ve uzay ve tıbbi ekipman üretimi dahil olmak üzere çeşitli sektörlerde tutarlı ve güvenilir olmasını sağlar.

Sonuç olarak, paslanmaz çelik standartları ve spesifikasyonları, malzemenin kalitesinin ve performansının korunmasında çok önemli bir rol oynamakta ve çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılmasını sağlamaktadır (ASTM, 2021; ISO, 2021; CEN, 2021).

Paslanmaz Çelik Kalitelerinin Karşılaştırılması: 304 ve 316

304 ve 316 paslanmaz çelik kalitelerinin her ikisi de östenitik krom-nikel alaşımlarıdır ve birincil fark, 316 kaliteye molibden eklenmesidir. Bu %2-3 molibden ilavesi, 316'nın korozyon direncini artırarak onu daha zorlu ortamlardaki uygulamalar için uygun hale getirir. , deniz ve kimyasal işleme endüstrileri gibi. Buna karşılık, %304 krom ve %18 nikel içeren 8 kalite, daha düşük maliyeti ve yeterli korozyon direnci nedeniyle genel amaçlı uygulamalarda daha yaygın olarak kullanılır.

Bu iki kalitenin mekanik özellikleri de farklıdır; 316, yüksek sıcaklıklarda daha yüksek mukavemet ve daha iyi sürünme direnci sergiler. 304 paslanmaz çeliğin %0.2'de akma dayanımı minimum 30 ksi (205 MPa), çekme dayanımı ise minimum 75 ksi (515 MPa)'dir. Öte yandan, 316 paslanmaz çeliğin akma ve çekme dayanımı daha yüksektir, bu da onu daha yüksek mekanik performans gerektiren uygulamalar için daha uygun hale getirir. Bununla birlikte, maliyet, bulunabilirlik ve imalat yöntemleri gibi faktörler de kararı etkileyebileceğinden, uygun paslanmaz çelik kalitesini seçerken her uygulamanın özel gerekliliklerini dikkate almak önemlidir (Strauss & Maurer, t; Spotblue.com, nd). .