YÜKSEK LİSANS TEZİ ONAY FORMU

Transkript

1 GIDA SANAYİNDE KULLANILAN PASLANMAZ ÇELİKLER ve BU ÇELİKLERE UYGULANAN KAYNAK YÖNTEMLERİ İbrahim DORUK Haziran 2005 DENİZLİ

2 GIDA SANAYİNDE KULLANILAN PASLANMAZ ÇELİKLER ve BU ÇELİKLERE UYGULANAN KAYNAK YÖNTEMLERİ Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi Makina Mühendisliği Anabilim Dalı İbrahim DORUK Danışman: Prof. Dr. Alper GÜLSÖZ Haziran 2005 DENİZLİ

3 YÜKSEK LİSANS TEZİ ONAY FORMU i

4 ii ÖZ Gıda insanın en temel ihtiyaçlarından biridir. Bu temel ihtiyacın temiz ve sağlıklı olabilmesi için tarladan sofraya kadar üretimleri sırasında her aşamada temizlik ve hijyen kurallarına uyularak üretilmeleri gerekir. Gıdaların üretiminde kullanılan alet ve makinelerin bu hijyeni sağlayacak özellikte olması gerekir. Gıda işleme makineleri imalatı ülkemizde ağırlıklı olarak küçük ve orta ölçekli firmalarca yapılmaktadır. Kullanılan malzemenin uygun seçilmemesi ve kaynaklı imalatlarda kaynak öncesi ve sonrası işlemlerin düzgün olarak yapılamaması üretilen ekipmanların kısa sürede servis dışı kalmasına ve gıdaların standartlarda belirtilen hijyende üretilememesine neden olmaktadır. Gıda sanayinde en çok kullanılan paslanmaz çelik türü ostenitik paslanmaz çeliklerdir. Bu çeliklerin kaynağında öncelikle çeliklerin fiziksel özellikleri dikkate alınmalıdır. Kaynak ağızlarının iyi hazırlanması ve doğru kaynak yönteminin tekniğine uygun yapılması gerekmektedir. Ayrıca kaynaklanmış parçada oluşacak ve bağlantının servis ömrünü etkileyecek metalurjik özelliklerinin de göz önünde bulundurulması gerekir. Kaynak tamamlandıktan sonra kaynak dikişi boyunca oluşan kahverengi-siyah renkli bölgeler mekanik veya kimyasal yöntemlerle temizlenmeli ve bu olay sırasında hasara uğrayan kromoksit tabakası da pasifleştirme işlemi ile onarılmalıdır. Bütün bu faktörler göz önüne alınarak yapılan kaynaklı gıda makineleri imalatları sonucunda kaliteli ve hijyenik gıda işleme makine ve ekipmanları üretilebilir. Anahtar Kelimeler: Gıda, paslanmaz çelik, kaynak, pasifleştirme. Prof. Dr. Alper GÜLSÖZ Yrd. Doç. Dr. Cemal MERAN Yrd. Doç. Dr. Yahya TÜLEK

5 iii ABSTRACT Food is one of the basic requirements. This basic requirement must be producted by fitting the rules of cleaning and hygiene at every stage of production from farm to fork for being clean and healthy. Equipments and machines must have these hygiene conditions. Food processing machinery manufacturing is being done by small and medium scale of companies in our country. Not being selected using material suitable and in welded constructions, being done wrongly previous to after welding operations are cause the equipments will be out of order in a short time and not to product the foods in hygiene conditions determined by standards. Grade of stainless steel which is being used in food industry is austenitic stainless steel. In welding of these steels, firstly steels physical properties must be paid attention. Welding mouths must be prepared and true welding method must be applied suitable. Besides, it must be paid attention to metallurgic properties to effect to service life of connection and to be in welded pieces. Brown and black colored zones which are being along welded joint after welding must be cleaned by mechanical and chemical methods and chromic oxide layer that suffered damage during welding must be repaired by passivation process. In high quality and hygienic welded food processing machinery and equipments will be able to manufacture by paying attention all of these factors. Keywords: Food, stainless steel, welding, pasivation. Prof. Dr. Alper GÜLSÖZ Yrd. Doç. Dr. Cemal MERAN Yrd. Doç. Dr. Yahya TÜLEK

6 iv Bu tezin tasarımı, hazırlanması, yürütülmesi, araştırılmalarının yapılması ve bulgularının analizlerinde bilimsel etiğe ve akademik kurallara özenle riayet edildiğini; bu çalışmanın doğrudan birincil ürünü olmayan bulguların, verilerin ve materyallerin bilimsel etiğe uygun olarak gösterildiğini ve alıntı yapılan çalışmalara atfedildiğini beyan ederim. Öğrenci Adı Soyadı : İbrahim DORUK İmza :

7 v TEŞEKKÜR Bu çalışmayı gerçekleştirmemde maddi ve manevi her türlü yardımlarından dolayı tez danışmanım Prof. Dr. Alper GÜLSÖZ e, gıda sanayi uygulamalarında tecrübelerimin artmasını sağlayan Tarım İl Müdürüm Yusuf GÜLSEVER e sonsuz teşekkürlerimi sunuyorum. Ayrıca daha ziraat teknisyeni olarak göreve başladığım günden beri bana sürekli inanan ve destekleyen değeli arkadaşım Sezai PERK ve Doğan ŞERMET e, tezin bu hale gelmesinde büyük emeği olan Araştırma görevlileri Ahmet YILANCI, Öner ATALAY ve Engin TAN a katkılarından dolayı teşekkür ediyorum Son olarak da, beni bu çalışma sırasında sürekli destekleyen eşim Hatice Meriç ve oğlum Yiğit e sonsuz sabırlarından dolayı çok teşekkür ediyorum. İbrahim DORUK

8 vi İÇİNDEKİLER Sayfa İçindekiler... vi Şekiller Dizini... ix Çizelgeler Dizini... xii 1. GİRİŞ PASLANMAZ ÇELİKLER HAKKINDA GENEL BİLGİLER Paslanmaz Çeliklerin Tarihçesi Paslanmaz Çelik Kullanımı Paslanmaz Çeliğin Tanımı ve Özellikleri Paslanmaz Çelik Türleri ve Kullanım Yerleri Ostenitik paslanmaz çelikler Ferritik paslanmaz çelikler Martenzitik paslanmaz çelikler Ostenitik ferritik paslanmaz çelikler Ayrışım sertleştirmesi yapılabilen paslanmaz çelikler PASLANMAZ ÇELİKLERİN GIDA SANAYİ AÇISINDAN ÖNEMİ ve KULLANIM NEDENLERİ Gıda Sanayi İçin Paslanmaz Çeliklerin Önemi Gıda Sanayi Gıda İşleme Makineleri Sanayi Paslanmaz Çeliklerin Gıda Sanayi Uygulamaları Mutfak evyeleri Kaliteli mutfak gereçleri imali Modern mutfaklar Renklendirilebilirlik Gıda işleme Sanayi mutfakları Alkollü içecek üretimi Bira fıçıları Şarap depolama... 24

9 vii Sayfa Et işleme GIDA SANAYİNDE PASLANMAZ ÇELİK KULLANIM İLKELERİ Gıda İle İlgili Yasal Düzenlemeler Paslanmaz Çeliklerin Gıda Sanayinde Kullanımında Yeni Yaklaşımlar GIDA SANAYİ İÇİN PASLANMAZ ÇELİK SEÇİMİ ve KULLANIMI Paslanmaz Çeliklerin Seçimi Korozyon direnci Atmosferik korozyon dayanımı Sulu ortamlarda korozyon dayanımı Kimyasal ortamlarda korozyon dayanımı Mekanik özellikler Fiziksel özellikler İmalata uygunluk Güvenirlik ve emniyet Yasal düzenlemeler Ekonomik faktörler Önceki tecrübeler ve performans geçmişi Paslanmaz Çeliklerin Gıda Sanayinde Kullanımı Sırasında Dikkat Edilmesi Gereken Noktalar Paslanmaz çeliklerin taşınması Paslanmaz çeliklerin depolanması ve kullanılması Kesme ve şekillendirme GIDA SANAYİNDE PASLANMAZ ÇELİKLERİN KAYNAĞI Paslanmaz Çeliklerin Kaynak Özellikleri Ostenitik paslanmaz çeliklerde kaynak kabiliyeti ITAB bölgesi Ostenitik paslanmaz çeliklerin soğuması esnasındaki davranışları Karbon ve nikel miktarının ostenitik paslanmaz çelik üzerindeki etkisi Ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynağında parametre seçimi Ostenitik paslanmaz çelik kaynak metallerinde delta ferrit Ostenitik paslanmaz çelik kaynak metallerinde delta ferritin saptanmasında Schaeffler diyagramı Krom karbür çökelmesi ve tanelerarası korozyon Gerilmeli korozyon Sigma fazı Karbon miktarı ile pitting (delik korozyonu) ilişkisi Sıcak çatlama hassasiyeti Ostenitik paslanmaz çeliklerde ısıl işlem Ostenitik paslanmaz çeliklerin diğer metallerle kaynak edilebilirliği Ostenitik Paslanmaz Çeliklerin Kaynağında Uygulanan Kaynak Yöntemleri Gaz ergitme kaynağı... 66

10 viii Sayfa Örtülü elektrot ile ark kaynağı MIG kaynağı TIG kaynağı Plazma arkı ile kaynak Tozaltı kaynağı Elektron ışını kaynağı Lazer ışını ile kaynak Nokta kaynağı Sürtünme kaynağı KAYNAK ÖNCESİ ve SONRASI YAPILMASI GEREKEN İŞLEMLER Paslanmaz Çeliklerin Kaynak Öncesi Temizliği Kaynak Sonrası Paslanmaz Çelik Temizliği Kaynak sonrası temizliğin önemi Yüzeye demir yapışması Isıl (kaynak) renk ve giderilmesi Isıl rengin kimyasal krem (pasta) ile giderilmesi Isıl rengin spreyleme ile giderilmesi Isıl rengin elektromekanik parlatma ile giderilmesi Paslanmaz Çeliklerde Kaynak Temizleme İşlemleri ve Temizleme Maddeleri Mekanik temizleme Taşlama Raspalama Kimyasal temizleme Paslanmaz çeliklerin kimyasal yolla temizlenmesi ve pasifleştirme SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ

11 ix ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa Şekil 2.1.a) Normal şartlarda paslanmaz çelik yüzeyinde oluşan kromoksit film tabakası... 8 Şekil 2.1.b) Kromoksit film tabakasının zarara uğraması... 8 Şekil 2.1.c) Kromoksit film tabakasının hasardan sonra kendini yenilemesi... 8 Şekil 3.1 Paslanmaz çelik mutfak evyesi Şekil 3.2 Paslanmaz çelik tencere ve tavalar Şekil 3.3 Paslanmaz çelik modern mutfak Şekil 3.4 Farklı renklerle kullanılabilecek paslanmaz çelik mutfak gereçleri Şekil 3.5 Gıda işleme tesislerinde sıkça kullanılan paslanmaz çelik borulu tip ısıtıcı.. 22 Şekil 3.6 Tamamen paslanmaz çelik modern bir sanayi tip mutfak Şekil 3.7 Modern bir bira üretim tesisi Şekil 3.8 Paslanmaz çelik bira fıçıları Şekil 3.9 Paslanmaz çelik soğutma ceketli şarap depolama tankları Şekil 3.10 Paslanmaz çelik kancalar kullanılan et işleme tesisi Şekil.5.1.a) Genel korozyon Şekil.5.1.b) Pitting korozyonu Şekil.5.1.c) Aralık korozyonu Şekil.5.1.d) Gerilmeli korozyon mikroskobik görüntüsü Şekil 5.2.a) Paslanmaz çelik gıda işleme ekipmanları Şekil 5.2.b) Yanlış taşıma sonucu oluşan paslanma Şekil 5.2.c) Yanlış taşıma hasarının yakından görünüşü Şekil 5.3 Paslanmaz çeliklerin işlenmesi sırasında oluşan hasarlar Şekil 6.1 Paslanmaz çelik ile karbon çeliğinin ısıl genleşmelerinin ve ısı iletim kabiliyetlerinin karşılaştırılması Şekil 6.2 Isı tesiri altındaki bölgenin (ITAB) şematik gösterimi Şekil 6.3.a) Ni oranı %0 olan çelikteki kaynak nüfuziyeti Şekil 6.3.b) Ni oranı %8 olan çelikteki kaynak nüfuziyeti... 55

12 x Sayfa Şekil 6.3.c) Ni oranı %25 olan çelikteki kaynak nüfuziyeti Şekil 6.4 Schaeffler diyagramı Şekil 6.5 Tanelerarası korozyon oluşan bölge Şekil 6.6 Tanelerarası korozyon sonucu malzemede oluşan hasar Şekil 6.7 Gerilmeli korozyon sonucu malzemede oluşan hasar Şekil 6.8 Optik mikroskop altında sigma fazının görünüşü Şekil 6.9 Elektron mikroskobu altında sigma fazının görünüşü Şekil 6.10 Örtülü elektrot ark kaynağı prensip şeması Şekil 6.11 MIG kaynak yönteminin uygulamalarına bir örnek Şekil 6.12 TIG Kaynak yönteminin prensibinin şematik gösterimi Şekil 6.13 TIG kaynağı çalışma prensibi Şekil 6.14 Laser ile kaynak edilmiş AISI 302 çeliğinin ön ve arka görünüşü Şekil 6.15 Laser ışını ile kaynak yönteminin TIG kaynak yöntemi ile karşılaştırılması Şekil 6.16 Laser ışını ile kaynak edilmiş pişirme kazanı Şekil 6.17 Laser ışını ile kaynak edilmiş depolama tankı Şekil 6.18 Nokta kaynağı prensibi Şekil 7.1 Paslanmaz çelik kaynaklı parçada oluşan kirlilikler Şekil 7.2 Paslanmaz çelik yüzeyinde ark sıçramasının oluşturduğu hasar Şekil 7.3 Ortamdaki demir parçalarının paslanmaz çelik yüzeyine yapışması ile oluşan korozyon Şekil 7.4 Demir raspa bilyalarının oluşturduğu korozyon Şekil 7.5 Demir tel fırça kullanılması sonucu kaynak dikişi üzerinde oluşan korozyon Şekil 7.6.a) Demir parçacığının yüzeye yapışması Şekil 7.6.b) Yüzeye yapışmış demir parçacığında zamanla korozyon oluşması Şekil 7.7 Kaynak ısıl rengi altında oluşan kromca düşük tabaka Şekil 7.8 Kaynak temizliği yapılmadan kullanılmış (ısıl rengi giderilmemiş) paslanmaz çelik (AISI 304) su deposunda oluşan korozyon Şekil 7.9 Kaynak dikişi boyunca oluşan ısıl renk Şekil 7.10 Kaynak dikişinin arka tarafında oluşan ısıl renk Şekil 7.11 Krem (pasta) ile kaynak temizliği... 89

13 xi Sayfa Şekil 7.12 Spreyleme ile kaynak bölgesi temizliği Şekil 7.13 Temizleme öncesi ve sonrası yüzeylerin görünüşü Şekil 7.14 Eleltro-mekanik parlatma şematik gösterimi Şekil 7.15 Gıda sanayi için ısıl renk kriteri Şekil 7.16 Daldırma yoluyla pasifleştirme... 97

14 xii ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa Çizelge dünya paslanmaz çelik tüketiminin kullanım alanlarına göre dağılımı... 7 Çizelge 2.2 Japonya da paslanmaz çelik kullanımının dağılımı... 7 Çizelge 2.3 Yaygın olarak kullanılan ostenitik paslanmaz çelik türleri Çizelge 2.4 Yaygın olarak kullanılan ferritik paslanmaz çelik türleri Çizelge 2.5 Yaygın olarak kullanılan martenzitik paslanmaz çelik türleri Çizelge 2.6 Yaygın olarak kullanılan ostenitik-ferritik paslanmaz çelik türleri Çizelge 2.7 Yaygın olarak kullanılan ayrışım sertleştirmesi yapılabilen paslanmaz çelik türleri Çizelge 3.1. İmalat sanayi alt sektörleri stratejik önem sırası Çizelge 3.2. Gıda sanayi alt sektörleri Çizelge 4.1 Çok kullanılan AISI 316-tip paslanmaz çelikleri Çizelge 5.1. Paslanmaz çeliklerin değişik atmosferik ortamlardaki korozyon dayanımı Çizelge 5.2 Sulu ortamlarda klor miktarına bağlı paslanmaz çelik türü seçimi Çizelge 5.3 Değişik kimyasal ortamlarda paslanmaz çeliklerin korozyon dayanımı Çizelge 5.4 Gıda sanayinde en çok karşılaşılan kimyasal ortamlarda seçilecek paslanmaz çelik türler Çizelge 5.5 Başlıca kullanılan paslanmaz çelik türlerinin imalat işlemlerine uygunlukları Çizelge 5.6 ASTM standartlarına göre paslanmaz çelik yassı mamullerin yüzey kaliteleri ve uygulanan bitirme işlemleri Çizelge 5.7 Farklı çeliklerle imal edilmiş depolama tankı maliyet analizi Çizelge 5.8 Dünya paslanmaz çelik fiyatları değişimi ( $/ ton) Çizelge 5.9 Paslanmaz çelik seçimine etki eden faktörler Çizelge 6.1 Karbon içeriğine bağlı olarak çökelme için gerekli kuluçka periyodunun sıcaklık ile değişimi... 61

15 xiii Çizelge 6.2 Örtülü elektrot ile ark kaynağında elektrot seçimi Çizelge 6.3 Nokta kaynağı kaynak parametreleri Sayfa Çizelge 7.1. Paslanmaz çelikler için asit ile temizleme banyosu çözeltileri Çizelge 7.2. Paslanmaz çelikler için asit ile temizleme banyosu çözeltileri Çizelge 7.3. Paslanmaz çelikler için pasifleştirme banyosu... 98

16 1 1.GİRİŞ Gıda insanın en temel ihtiyaçlarından biridir. Bu temel ihtiyacın temiz ve sağlıklı olabilmesi için tarladan sofraya kadar üretimleri sırasında her aşamada temizlik ve hijyen kurallarına riayet ederek üretilmeleri gerekir. Tamamen kimyasal ve biyolojik kirlilikten arınmış gıda maddelerine son yıllarda artan ihtiyaç organik tarım, gıda hijyeni, gıda güvenliği konularını gündeme getirmiştir yılından itibaren Türkiye nin üreteceği gıda ürünlerindeki kimyasal kalıntı değerlerinin AB standartları çerçevesinde minimum düzeye indirilecek olması nedeniyle gıdaların eskisinden daha hijyenik ortamlarda üretilmesi zorunlu hale gelecektir. Bu hijyenin sağlanabilmesi için hem gıdanın hem de temasta olduğu yüzeylerin birbirleri ile etkileşim yapmayacak şekilde temiz ve hijyenik şartlarda olmaları gerekmektedir. Gıda işleme, ekonomik açıdan uygun yöntemleri kullanarak tarımsal ve hayvansal ürünleri yapısal, duyumsal ve besleyici özellikleri olan maddelere dönüştürmektir. Bu işlem için kullanılan tüm makineler ve ekipmanlar gıda işleme makineleri olarak tanımlanabilir. Gıda işleme makineleri, gıda işlemede işgücü verimliliğini artıran, maliyetleri düşüren, modern üretim teknolojilerinin kullanılmasını, işlemlerin zamanında ve insan sağlığına uygun şekilde yapılmasını sağlayarak ürün kalitesini ve verimini artıran önemli bir makine grubudur. Temizlik ve hijyenin en önemli kriter olduğu gıda sanayinde kullanılacak alet ve makinelerin imalatında kullanılacak çelik türü seçilirken seçim kriterleri göz önüne alındığında paslanmaz çelik malzemenin en vazgeçilmez malzemelerden biri olduğu ortaya çıkmaktadır. Ancak ülkemizde üretimi olmayan paslanmaz çelik malzemenin, gıda işlemede türünün doğru seçilmesi çok önemlidir. Yanlış tür seçilirse ekipman kendisinden beklenen fonksiyonu güvenli, emniyetli ve en ucuz şekilde sağlayamayacaktır. Böylece hem ekonomik kayıplara ve hem de gıdanın hijyen ortamı sağlanamadığından bozulmasına neden olacaktır. Ülkemizde ağırlıklı olarak küçük ve orta ölçekli firmalarca gıda işleme makineleri üretilmektedir. Bu makine ve ekipmanların imalatı sırasında doğru tür seçiminin yapılamaması ve kaynaklı

17 2 imalatlarda kaynak öncesi ve sonrası işlemlerin düzgün olarak yapılamaması üretilen ekipmanların kısa sürede servis dışı kalmasına ve gıdaların istenilen temizlikte üretilememesine neden olmaktadır. Bu nedenle hijyenik gıda işleme makine ve ekipmanları yapabilmek için; üretilecek gıdaya uygun çelik türünü doğru seçmek ve kaynaklı imalatlarda kaynak sırasında ve sonrasında yapılması gereken işlemleri doğru yapmak gerekmektedir. Gıda sanayinde en çok kullanılan paslanmaz çelik türü ostenitik paslanmaz çeliklerdir. Bu çeliklerin kaynağında, çeliklerin fiziksel özelliklerini dikkate alarak kaynak ağızlarının hazırlanması ve kaynağın doğru olarak yapılmasının yanı sıra kaynaklanmış parçada oluşacak ve bağlantının servis ömrünü etkileyecek metalurjik özelliklerinin de göz önünde bulundurulması gerekir. Kaynakta Schaeffler diyagramı dikkatli ve doğru olarak kullanılmalıdır. Kaynak tamamlandıktan sonra kaynak dikişi boyunca oluşan kahverengi-siyah renkli bölgeler mekanik veya kimyasal yöntemlerle temizlenmelidir. Üretim sırasında hasara uğrayan kromoksit tabakası da pasifleştirme işlemi ile onarılmalıdır. Bütün bu faktörler göz önüne alınarak yapılan kaynaklı gıda makineleri imalatları sonucunda kaliteli, mukavemetli ve servis ömrü uzun paslanmaz çelik konstrüksiyonlar elde edilebilir. Paslanmaz çeliklerin gıda sanayinde doğru kullanımı için yapılan çalışmalarda; Fırat (1998), yaptığı çalışmalarda ısıl işlemlerin AISI 304, AISI 310, AISI 316 ve AISI 430 tip paslanmaz çeliklerin sulu ortamlardaki korozyon davranışına etkilerini incelemiş ve sıcaklık artışı, ısıl işlem süresinin uzaması, ortamda Cl iyonlarının bulunması, çelikteki krom yüzdesinin düşük ve karbon yüzdesinin yüksek olmasının korozyon hızını artırdığını belirlemiştir. Aldemir (2000), yaptığı çalışmada paslanmaz çeliklerin Türkiye de tercihli uygulama alanlarına göre optimum kullanım önerilerini belirlemiş ve pratik çizelgeler oluşturmuştur. Partington (2002), çalışmasında gıda uygulamalarında kullanılan malzemelerin güvenli ve doğru seçimi için AB çerçevesinde uyulması gereken yeni kuralları belirtmiştir.

18 3 Paslanmaz çeliklerin kaynak uygulamaları ile ilgili yapılan çalışmalarda ise; Kurt (1988), yaptığı çalışmada paslanmaz çeliklerin kaynak özelliklerini incelemiş ve çalışmasında ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynağını etkileyen en önemli metalurjik faktörlerin delta ferrit fazı ile tane sınırlarında krom karbür oluşumu olduğunu belirtmiştir. Kanbollu (1996), yaptığı çalışmada ostenitik krom nikelli paslanmaz çeliklerin kaynak özelliklerini incelemiş ve uygun kaynak yöntemi ve kaynak dataları ile doğru bir ilave metal seçimi ile bu çeliklerin kolaylıkla kaynak edilebildiğini belirtmiştir. Önal (1997), yaptığı çalışmada paslanmaz çeliklerin kaynağında Schaeffler, de Long ve WRC-92 diyagramlarının kullanımını incelemiş ve kaynak sırasında oluşan delta ferritin kontrolü için bu diyagramların pratik kullanımı belirlenmiştir. Odabaş (2002), yaptığı çalışmada paslanmaz çeliklerin temel özellikleri, kullanım alanları ve kaynak yöntemleri ile ilgili özelliklerin yanında Schaeffler diyagramının pratik kullanım örneklerini de belirtmiştir. Aran ve Temel (2004), paslanmaz çelik yassı mamullerin üretimi kullanımı ve standartları ile ilgili kapsamlı bilgiler vermiş ve paslanmaz çeliklerin son 25 yılın en çok kullanımı artan ve yaygınlaşan malzeme grubu olduğunu belirtmiştir.

19 4 2.PASLANMAZ ÇELİKLER HAKKINDA GENEL BİLGİLER 2.1 Paslanmaz Çeliklerin Tarihçesi Paslanmaz çeliklerin doğuşu demir ile başlayan demir alaşımlarının gelişimine dayanır. Curie nin demir yapım metodlarını geliştirmesi ve haddelenmiş parçaları elde edebilmek amacıyla merdaneleri ortaya çıkarması ile, çeliğin kitle halinde üretimine başlanmıştır. Daha önceleri başarılı araştırmalar yapılmasına rağmen 19.yy ortalarında kromlu çeliklerin paslanmaz özellikte oldukları anlaşılmıştır. Metalurjik özellikleri incelemek için 1920 yıllarında X ışınları difraksiyon metotları kullanılmaya başlanarak çeliklerde krom ve karbon miktarının mekanik özelliklere olan etkileri incelenmiştir (Kurt 1988). Hadfield, 1892 yılında %17 Cr ve %1 karbon içeren çelikleri üretmiştir. Hadfield bu çelikleri sülfirik asitle incelediği için hata yapmıştır. Çünkü ferritik paslanmaz çeliklerin sülfirik asite dirençleri iyi değildir. Bu durumda Hadfield kromun korozyon dayanımını düşürdüğü fikrine vardı yılları arası, metalurjik keşifler bakımından çok hareketlidir. Karbonun demirin özelliklerine olan etkisi sistemli bir halde toplandı. Burada belirlenen prensipler endüstride uygulandı (Aldemir 2000) yılında C.Dantsizen, General Elektrik firmasında, elektrik ampullerinde flaman olarak kullanılmak üzere % 14 %16 Cr içeren bir Fe-Cr alaşımı, gene aynı yıllarda İngiltere de Harry Brearly Fe-Cr alaşımlarının yüksek korozyon direncinden yararlanarak çatal, kaşık, bıçak yapmak üzere 12,8 Cr içeren bir alaşım geliştirmiştir. H.Brearly, çalışmaları sırasında bu alaşımların ısıl işlem sonucu sertleşebildiklerini gördükten sonra bunların aşınma ve karıncalanmayı önlemek için top namlularında kullanılabileceği kanaatini edinmiştir. Aynı araştırmacı bu alaşımların metalografik dağlama kimyasallarına dirençleri nedeni ile bunlara paslanmaz çelik adını vermiştir (Kurt 1988).

20 5 Paslanmaz çeliklerin ticari olarak ilk üretimleri 1920 yıllarındadır. Carlzapple 1949 yılında paslanmaz çelik isimli kitabında paslanmaz çelikler keşfedilmek üzere iken yapılan deneylerde gözden kaçan noktaları işaret etmiştir. Yüksek ve düşük kromlu alaşımları incelemiştir (Kurt 1988). Günümüzde paslanmaz çeliklerin tanımlanmasında yaygın olarak ASTM (American Society of Testing Materials) ve EN (European Norms) standartları kullanılmaktadır. Bunun yanında yine ABD kökenli olarak UNS (Unified Numbering System) son yıllarda kullanımı giderek artan bir tanım sistemidir. Bunlara ilave olarak belli başlı üretici ülkelere ait standartlarda da tanımlamalar bulunmaktadır (Aran ve Temel 2004). 2.2 Paslanmaz Çelik Kullanımı Paslanmaz çeliğin çok değişik kalite ve özellikte temin edilebiliyor olması, bunların kullanımını da sürekli olarak yaygınlaştırmaktadır. Günümüzde artık ziynet eşyasından büyük sanayi tesislerine kadar uzanan geniş yelpazede kullanılmaktadır. Günlük hayatımızda kullandığımız pek çok ürün bugün paslanmaz çelikten yapılmaktadır. Paslanmaz çelik hemen her gün kullandığımız bir mutfak aleti olarak karşımıza çıktığı gibi, gezinti yaptığımız bir meydanda beğendiğimiz bir sanat eseri şeklinde kendini gösterebilirken bir gencin kaşının altında bir piercing olarak da görülmektedir. Büyük bir kimya tesisinin hemen her yerinde görülen bu malzeme güzel bir gökdelenin duvarlarını kaplayan dekoratif bir malzeme olarak da kullanılabilir. Keyif duyduğumuz bir alışveriş merkezinde pek çok detayda dikkatimizi çeken paslanmaz çelik, gerçekte hiçbir zaman görmediğimiz yerlerde bizim konforumuzu ve güvenliğimizi sağlayan endüstriyel ürünlerde de yaygın olarak kullanılmaktadır. Paslanmaz çeliğin kullanımı büyük ölçüde her ülkenin refah seviyesi ile doğru orantılıdır. Paslanmaz çelik malzeme tüketimi, gelişmiş ülkelerde yıllık en yüksek artış hızına sahip malzemelerden bir tanesidir. Batı Avrupa da Türkiye ile aynı nüfusa sahip ülkelerde paslanmaz çelik tüketimi Türkiye nin on katı düzeyde seyretmektedir. Avrupa Birliği (AB) ülkelerinde, binaların tesisatlarında bile paslanmaz çelik boru kullanımı önemli miktarlara varmıştır. Sanayileşmiş ülkelerde %3,5 gibi bir ortalama artış gösterirken %10 lara varan artış hızı gösteren gelişmekte olan ülkeler bulunmaktadır.

21 6 Dolayısı ile kalkınmış ülkelerde çok yüksek miktarlarda paslanmaz çelik malzeme çok çeşitli sanayi alanlarında kullanılmaktadır (Fırat 1998) lü yıllardan itibaren günümüze kadar araştırma konusu olan paslanmaz çeliklerin 170 den fazla türü çeşitli amaçlarla sanayide kullanım alanı bulmuştur. 20.yy ın ikinci yarısından itibaren paslanmaz çelikler gıda sanayinde çok geniş kullanım alanı bulmuştur. Karıştırıcı, fermantasyon tankları, borular, valfler, distilasyon üniteleri, kurutma fırınları, depolama tankları, inkübatörler, otoklavlar, paketleme makineleri ve gıda imalatında kullanılan makinelerin diğer aksam ve parçaları için kullanılan paslanmaz çeliklerin korozyona dayanım bilgileri mevcut olup mekanik ve fiziksel özellikleri tamamen bilinmektedir. Başka bir malzemenin gıda sanayi için bu kadar başarılı kullanım geçmişi mevcut değildir. Burada önemli olan gıdanın üretimi sırasında oluşan kimyasal ve fiziksel ortama göre hangi noktada hangi tür paslanmaz çelik kullanılacağının doğru olarak tespit edilmesidir. Paslanmaz çelik malzeme ilk yatırım maliyetini yükseltmekte fakat uzun vadede çok büyük tasarruf imkanı vermektedir. Teorik olarak paslanmaz çelikten imal edilen bir makinenin maliyeti % 30 kadar artmasına rağmen işletme maliyetinin çok düşük olması ve kullanım ömründeki artış bu yatırımı alternatiflerinden daha ucuz hale getirmektedir. Dünyada artan çevre bilinci ve temizlik ve hijyene artan yoğun eğilim devam ettiği sürece gelecek yüzyılın sonuna kadar yerine geçecek başka bir malzeme bulunmadığı sürece paslanmaz çelikler karbon çeliklerin yerini tamamen alacak gibi görünmektedir (Fırat 1998) dan beri Türkiye de ton ile ton arasında değişen miktarlarda paslanmaz çelik tüketilmektedir. Bu miktar, dünyadaki tüketimin %0.5 ine karşılık gelmektedir. Türkiye, Avrupa kıtasındaki en önemli tüketicilerden biridir. Ülkemizde gerek uzun gerekse yassı mamul olarak paslanmaz çelik üretimi yoktur. İhtiyaç tamamen yurt dışından ithalatla karşılanmaktadır (Fırat 1998). Avrupa da sadece Türkiye ve Arnavutluk un paslanmaz çelik tesisi yoktur. Ancak Türkiye, 2002 yılında, dünya demir çelik üreticisi ülkeler sıralamasında 13. büyük üretici olmuştur. Ülkemiz demir ve çelik üretiminde birikim ve deneyim sahibidir. Türkiye için paslanmaz çelik üretimi kritik bir teknolojidir (Kayır 2003).

22 7 Kişi başına paslanmaz çelik tüketimi, gelişmiş ülkelerde 6,5 7 kg dir. Ülkemizde ise paslanmaz çelik tüketimi 1,5 kg civarındadır. Uluslararası Paslanmaz Çelik Forumu nun tahminlerine göre; 2003 yılı dünya paslanmaz çelik üretiminin 20,9 milyon tona ulaşacağı beklenmektedir yılı üretimine göre (20,1 milyon ton) 2003 yılı üretiminde yüzde 4 lük bir artış gerçekleşmiş olacaktır. Dünya paslanmaz çelik talebinin 2004 yılında, bugüne kadar en yüksek miktar olan 22,5 milyon tona ulaşması beklenmektedir (Kayır 2003). Paslanmaz çeliğin nerelerde hangi oranda kullanıldığı, ülkelerin ekonomisi hakkında doğrudan bilgi veren bir gösterge niteliğini de taşımaktadır. Kullanım oranının bireysel tüketim ürünlerinde fazla olması genellikle zayıf ekonomilere sahip ülkelerde görülür. Enerji, makine ve ulaşım sektörlerinde kullanımın artması ekonomik yapının kuvvetli olduğunu gösterir. Çizelge 2.1 de 2002 yılında dünya paslanmaz çelik tüketiminin kullanım alanlarına göre dağılımı gösterilmiştir. Örnek olarak Japonya da 1988 yılındaki paslanmaz çelik kullanımının uygulama alanlarına göre dağılımı da Çizelge 2.2 de verilmiştir. Çizelge dünya paslanmaz çelik tüketiminin kullanım alanlarına göre dağılımı (Aran ve Temel 2004) Kullanım alanı Oran (%) İmalat sanayi 29 Ev gereçleri 25 Ulaşım sektörü 16 Dikişli boru üretimi 15 İnşaat sektörü 10 Diğer 5 Çizelge 2.2 Japonya da paslanmaz çelik kullanımının dağılımı (Matsuyama 1991) Kullanım alanı Oran (%) Evsel ve endüstriyel mutfak uygulamaları 27,6 Endüstriyel makineler 26,9 İmalat sanayi 16,4 Ulaşım 13,2 Diğer 15,9

23 8 2.3 Paslanmaz Çeliğin Tanımı ve Özellikleri Paslanmaz çelik esas olarak oksitleyici ortamlarda paslanmayan çeliklerin genel adıdır. Özellikle nikel ve molibden, çeliğin paslanmazlık özelliğini iyileştirmek için alaşım yapımında kullanılsa da paslanmazlığı sağlayan element kromdur. Paslanmazlık için gerekli en az krom miktarı, kütle olarak, %10,5 tir. Dünyada üretilen çeliğin çoğu karbonlu ve alaşımlı çeliktir. Karbon ve alaşımlı çeliğe göre paslanmaz çeliğin, daha küçük fakat cazip ve gelişen bir pazarı vardır (Kayır 2003). Paslanmaz yapı çeliklerinin karbon oranı da en çok % 1,2 dir. Paslanmaz çelikler normal atmosfer şartlarına ve suya dayanıklıdır. Asitli ve korozif ortamlara dayanım da bu çeliklerin büyük bir bölümünde iyidir. Paslanmaz çeliklerde en önemli alaşım elementi kromdur. Kromun oksijene karşı olan afinitesi demirden fazla olduğu için mevcut oksijenle kendisi birleşerek mm kalınlığında pasif Cr 2 O 3 tabakası oluşturur (Yüksel 2002). Paslanmaz çelikler su ve hava gibi oksitleyici ortama bırakıldıklarında oksitlenmeye başlar. Bu reaksiyon yüzeyde ince kromoksit film tabakasını oluşturur. Birkaç molekül kalınlığında olan film tabakası ancak elektron mikroskobu ile görülür (Şekil 2.1 a). Bu film tabakası oksitleyici ortamlarda kararlı ve stabil olurken indirgen ortamlarda stabilitesini kaybeder ve tabaka incelmeye başlar. Film herhangi bir nedenle hasar görebilir (Şekil 2.1 b). Bu durumda pasif film tabakası kendi kendini oksitleyici ortamlarda tamir eder (Şekil 2.1 c). Artan krom, nikel ve molibden miktarı ile pasif film tabakasının stabilitesi artarken daha şiddetli korozif ortamlara karşı direnç de artar (WEB_1 2004). a b c Şekil 2.1 a) Normal şartlarda paslanmaz çelik yüzeyinde oluşan kromoksit film tabakası b) Kromoksit film tabakasının hasara uğraması c) Kromoksit film tabakasının hasardan sonra kendini yenilemesi (WEB_1 2004)

24 9 Alaşım elementi olarak çeliğin içinde %12 yi aşan miktarda kromun bulunması, çeliği atmosferin olumsuz etkilerinden koruduğu gibi HNO 3 (nitrik asit) gibi oksitleyici asitlere karşı da korur. Buna karşın sadece krom içeren çelikler HCL (hidroklorik asit) ve H 2 SO 4 (sülfirik asit) gibi asitlere karşı dayanıklı değildir. Bu asitler yüzeyi koruyan kromoksit tabakasını ortadan kaldırır ve dolayısı ile çelik kromsuz kalır. Günümüz endüstrisinde redükleyici asitlere karşı iyi bir dayanım gösteren, içinde nikel, molibden gibi alaşım elementleri bulunan paslanmaz çelikler imal edilmektedir. Bu tür çelikler yapılarında kromun yanı sıra yüksek miktarlarda nikel ve molibden içerirler. Bu alaşım elementleri çeliklerin mikroyapılarını etkin bir şekilde değiştirerek; paslanmaz çeliklerin sınıflandırılmasına yardımcı olur (Tülbentçi 1990). 2.4 Paslanmaz Çelik Türleri ve Kullanım Yerleri Paslanmaz çeliklerde kimyasal bileşim değiştirilerek farklı özelliklerde alaşımlar elde edilir. Krom miktarı yükseltilerek veya nikel ve molibden gibi alaşım elementleri katılarak korozyon dayanımı artırılabilir. Bunun dışında bakır, titanyum, azot, kükürt ve selenyum gibi bazı elementlerle alaşımlama ile ilave olumlu etkiler sağlanmaktadır. Bu şekilde makine tasarımcıları ve imalatçıları değişik kullanımlar için en uygun paslanmaz çeliği seçme şansına sahip olurlar. Paslanmaz çeliklerde iç yapıyı belirleyen en önemli alaşım elementleri, önem sırasına göre krom, nikel, molibden ve mangandır (Aran ve Temel 2004). Paslanmaz çeliklerin içerisinde, paslanmazlık özelliği sağlayan elementlerin yanı sıra, diğer bazı gereksinimleri karşılamak üzere isteyerek katılan alaşım elementleri veya kaçınılmaz olarak bulunan karbon ve alaşım elementleri bulunmaktadır. Paslanmaz çelikler ile ilgili çıkan en son standart EN dir. Bu standartta paslanmaz çelikler aşağıdaki şekilde sınıflandırılmıştır (Yüksel 2002): 1. Ostenitik Paslanmaz Çelikler 2. Ferritik Paslanmaz Çelikler 3. Ostenitik - Ferritik Paslanmaz Çelikler 4. Martenzitik Paslanmaz Çelikler 5. Ayrışım Sertleştirmesi Yapılabilen Paslanmaz Çelikler

25 Ostenitik paslanmaz çelikler Paslanmaz çelik üretiminin yaklaşık % 75 ini ostenitik paslanmaz çelik oluşturur. Ostenitik paslanmaz çeliklerde yapılan iyileştirmeler sonucunda karbon içeriği % 0,03 seviyesine indirilmiştir. Çeliğin alaşımına Ti, Mo ve Nb elementleri katılarak sürünme dayanımı ve tanelerarası korozyon minimum seviyeye indirilmiştir (ASM International 1990). %16 %25 Cr ve %20 ye kadar Ni içeren yüzey merkezli kübik (ymk) kristal yapısına sahip çelikler ostenitik paslanmaz çeliklerdir. Korozyona dayanıklı çeliklerin en önemlilerindendir. Ostenitik iç yapı dönüşüm göstermediği için normalleştirme ve sertleştirme ısıl işlemi uygulanamaz. Kromun ferrit yapıcı etkisi ostenit yapıcı alaşım elementleri katılarak giderilir. Ostenit yapıcı temel element nikeldir. Sertlik sadece soğuk şekillendirme ile artırılabilir(bargel and Schulze 1987, Rothman 1989). Korozyon dirençleri bakımından karşılaştırdığımızda; ostenitik krom nikelli paslanmaz çeliklerin korozyon direnci, martenzitik ve ferritik kromlu paslanmaz çeliklerden daha yüksektir. İç yapının ostenitik olması, geçiş sıcaklığı altında görülen gevrekleşmeyi ortadan kaldırır. Gerek sıfır altı (-270 o C ye kadar) ve gerekse yüksek sıcaklıklardaki korozyon dirençleri, mekanik özelliklerin üstünlüğü bu çelik grubunun bir çok alanda rakipsiz bir yapı çeliği olarak kullanılmasına olanak sağlamıştır (Tülbentçi 1995). Ostenitik krom nikelli paslanmaz çelikler genellikle nemli ortamlarda kullanılır. Çelikte yüksek nikel içeriği gerilmeli korozyon çatlamasına karşı riski azaltır. Bu çeliklerin, katılan alaşım elementlerinin miktarına bağlı olarak genel korozyona, çukurcuk ve aralık korozyonuna dirençleri artan molibden ve krom ile artar. Ostenitik paslanmaz çelikler soğuk haddelenmiş veya çekilmiş halde yüksek mukavemetli ve yüksek korozyon dirençli çeliklerdir (Nickel Development Institute 1974). Yaygın olarak kullanılan ostenitik paslanmaz çelik türleri Çizelge 2.3 de verilmiştir. Paslanmaz çeliklerin çeşitleri çok fazla olmasına rağmen en çok üretilen türü ostenitik tipte olanlarıdır. Bu tip gıda sanayinde yaygın kullanıma sahiptir. Bu türün de çok fazla sayıda çeşidi olmasına rağmen ülkemizde tamamı bulunamamaktadır.

26 11 Ostenitik paslanmaz çeliklerin temel özellikleri kısaca aşağıda belirtildiği gibidir. 1-Çok iyi korozyon direncine sahiptir. 2-Çok iyi kaynak edilebilir (bütün uygulamalarda) 3-Çok iyi şekillendirilebilir, çekilebilir ve işlenebilir. 4-Çok iyi temizlenebilme ve hijyenik karakteristik özelliklere sahiptir. 5-Düşük sıcaklık uygulamalarında çok iyi sonuçlar alınır. 6-Magnetik değildir 7-Sadece soğuk şekillendirme ile sertleştirilebilir Çizelge 2.3 Yaygın olarak kullanılan ostenitik paslanmaz çelik türleri (Aran ve Temel 2004) ASTM AISI EN Malzeme No EN Kısa Adı X10CrNi X5CrNi L X2CrNi X2CrNi LN X2CrNiN X15CrNiSi S X12Ni X5CrNiMo X3CrNiMo L X2CrNiMo X2CrNiMo X1CrNiMo LN X2CrNiMoN Ti X6CrNiMoTi X6CrNiTi X6CrNiNb X1CrNiSi X1NiCrMoCu X2CrMnNiN Bu çeliklerin yaygın kullanım alanları; 1-Bilgisayar disket sürücüleri,kapakları ve yayları 2-Mutfak lavabosu 3-Yemek hazırlama ekipmanları 4-Mimari uygulamalar

27 12 5-Bilgisayar klavyesi ve tuşlarının yayları 6-Kimyasal gübre hazırlama ekipmanlarıdır (Aldemir 2000) Ferritik paslanmaz çelikler %11 %30 Cr içeren hacim merkezli kübik (hmk) kristal yapısına sahip alaşımlardır. Isıl işlemle sertleştirilemezler ve bazı türleri çok az nikel içerir (ASM International1980). Manyetiktirler, soğuk veya sıcak haddelenebilirler, ancak tokluk, süneklik ve korozyon dirençleri normalleştirilmiş hallerinde maksimum değeri gösterir (Kanbollu 1996). Bu çelikler, pahalı ve stratejik bir element olan nikel içermemeleri nedeni ile de krom nikelli ostenitik paslanmaz çeliklerden daha ekonomiktirler (Fırat 1998). Bu çeliklerin sertleştirilebilmeleri ancak soğuk şekil değiştirme ile mümkündür. Ayrıca ostenitik krom nikelli çeliklere nazaran şu üstün özeliklere sahiptirler; 1- Klorürlü çözeltilerde gerilmeli korozyon çatlamasına karşı dirençlidirler, 2- Daha yüksek akma mukavemetine sahiptirler, 3- Daha az soğuk şekil değiştirme sertleşmesi gösterirler, o C ye kadar manyetikleşme özelliğine sahiptirler (Kanbollu 1996). Yaygın olarak kullanılan ferritik paslanmaz çelik türleri Çizelge 2.4 de verilmiştir. Çizelge 2.4 Yaygın olarak kullanılan ferritik paslanmaz çelik türleri (Yüksel 2002, Aran ve Temel 2004) ASTM EN Malzeme No EN Kısa Adı X2CrTi X6Cr X3CrTi X2CrMoTi X2CrAlTi X6CrMoS X6Cr13

28 13 Ferritik kromlu paslanmaz çelikler, ekonomiklikleri yanında üstün özellikleri nedeni ile de çok çeşitli kullanım alanları bulmuşlardır. Yaygın kullanım alanları; 1-Otomobil eksozu (X2CrTi12)(AISI 409) 2-Bilgisayar sürücü disket göbeği (X6Cr17)(AISI 430) 3-Otomobil sanayi (kalıplama, iç döşeme, şekil verme) 4-Yüksek ısı tankları (X2CrMoTi18-2)(AISI 444) 5-Kömür maden işletmesi ekipmanları (ASM International 1980) Martenzitik paslanmaz çelikler Martenzitik paslanmaz çelikler, bileşiminde %11,5 %18 Cr ve %0,15 %1,5 C içeren sertleştirme koşullarında hacim merkezli kübik (hmk) kristal yapısına sahip ve ısıl işlem ile sertleştirilebilen martenzitik yapılı paslanmaz çeliklerdir. Martenzitik paslanmaz çelikler demir-krom çelikleridir. Diğer alaşım elementlerinin ilavesi düşük miktarlardadır. Kuvvetli ostenit yapıcı olan karbon belirli bir miktara ulaşınca kromun ferrit yapıcı etkisi ortadan kalkar ve yüksek sıcaklıkta oluşan ostenitin soğuma hızına bağlı olan dönüşüm ürününe göre genellikle havada su alan martenzitik paslanmaz çelik elde edilir (Bargel and Schulze 1987). Yüksek alaşımlı çelikler gibi sertleştirilip temperlenen bu çelikler manyetiktirler ve oldukça üstün mukavemet özelliklerine sahiptirler. Ancak korozyon direnci diğer paslanmaz çeliklere göre daha düşüktür. Yaygın olarak kullanılan martenzitik paslanmaz çelik türleri Çizelge 2.5 de verilmiştir. Su verilmiş ve temperlenmiş (ıslah edilmiş) olan ve piyasada temin edilebilen bu tür çeliklerin çekme mukavemeti özellikleri yüksektir. Martenzitik paslanmaz çeliklerin derin çekme mukavemeti, aynı karbon içeriğine sahip karbonlu ve alaşımlı çeliklerden çok daha yüksektir (Kanbollu 1996). Kaynak kabiliyetleri düşüktür (ASM International 1980).

29 14 Martenzitik paslanmaz çeliklerin kaynak edilebilirliklerini geliştirmek ve kaynak bölgesinde tane irileşmesi sonucu oluşan tokluk azalması problemi dikkate alınarak az karbonlu krom-nikelli martenzitik paslanmaz çelikler üretilmiştir (Kanbollu 1996). Çizelge 2.5 Yaygın olarak kullanılan martenzitik paslanmaz çelik türleri (Yüksel 2002, Aran ve Temel 2004) ASTM EN Malzeme No EN Kısa Adı X12Cr X12CrS X20Cr X30Cr C X105CrMo X14CrMoS17 440B X90CrMoV X3CrNiMo Ostenitik ferritik paslanmaz çelikler 1970 lerden bugüne kullanımlarında hızlı bir artış gösteren ostenitik-ferritik paslanmaz çelikler aynı zamanda kullanıcıya birçok avantaj sağlamaktadır. Bu çeliklerin özelliği aynı anda çift yapıyı bünyelerinde bulundurmalarıdır. Ostenitik-ferritik paslanmaz çelikler yapılarında %50 ferrit ve %50 ostenit bulundururlar. Ostenitik çeliklerle karşılaştırıldığında daha yüksek mukavemet değerlerine, iyi sünekliğe, korozyon direncine ve gerilmeli korozyon çatlamasına karşı yüksek mukavemete sahiptir (Bargel and Schulze 1987). Ostenitik-ferritik paslanmaz çelikler büyük çapta kimya endüstrisinde, doğal gaz tesislerinde ve kimyasal maddeler için tank yapımında kullanılmaktadır. En çok kullanılan türü EN (AISI 329) türüdür. Bu çelikler sıcak yırtılma eğilimi göstermezler (Aldemir 2000). Yaygın olarak kullanılan ostenitik-ferritik paslanmaz çelik türleri Çizelge 2.6 da verilmiştir.

30 15 Çizelge 2.6 Yaygın olarak kullanılan ostenitik-ferritik paslanmaz çelik türleri (Yüksel 2002, Aran ve Temel 2004) ASTM EN EN Malzeme No Kısa Adı X2CrNiMoN X4CrNiMoN X2CrNiMoN Ayrışım sertleştirmesi yapılabilen paslanmaz çelikler Katı bir fazdan solvüs çizgisinin geçilmesi sırasında başka bir katı fazın ayrışması kolayca engellenebilir. Böylece kristal kafesi gerilerek malzemenin dayanımı artar. Bu olay ayrışım (çökelme) sertleştirmesinin temelini oluşturur. Sertliğin artış nedeni, çökelen fazın taneciklerinin, dislokasyon hareketlerini engelleyici bir hareket göstermesidir (Aldemir 2000). Bu çelikler C üzerindeki sıcaklıklarda yüksek korozyon direnci nedeni ile endüstriyel ve askeri uygulamalarda kullanılır. Tipik kullanım yerleri, dişli kutuları, yakıt tankları, uçak motorları, buhar türbinleri ve kesme takımlarıdır (Harvey 1982). Yaygın olarak kullanılan ayrışım sertleştirmesi yapılabilen paslanmaz çelik türleri Çizelge 2.7 de verilmiştir. Çizelge 2.7 Yaygın olarak kullanılan ayrışım sertleştirmesi yapılabilen paslanmaz çelik türleri (Yüksel 2002, Aran ve Temel 2004) ASTM EN Malzeme No EN Kısa Adı X5CrNiCuNb X7CrNiAl X5CrNiMoCuNb14-5

31 16 3. PASLANMAZ ÇELİKLERİN GIDA SANAYİ AÇISINDAN ÖNEMİ ve KULLANIM NEDENLERİ 3.1 Gıda Sanayi İçin Paslanmaz Çeliklerin Önemi Türk gıda kodeksine göre gıda; tütün ve sadece ilaç olarak kullanılanlar hariç olmak üzere, içkiler ve sakızlar ile hazırlama ve işleme gereği kullanılan maddeler dahil insanlar tarafından yenilen ve içilen ham, yarı veya tam işlenmiş her türlü maddeleri ifade eder (Hatipoğlu 2003). Değişik üretim yöntemleri ile tarladaki gıdalar soframıza gelecek hale getirilir. Bu işlemle bazı besinlere dayanıklılık da sağlanır. Ancak, mikroorganizma etkinliğini durdurarak veya yok ederek dayanıklılığı sağlayan tuzlama, kurutma ve sıcaklık uygulaması gibi teknolojik uygulamaların tersine, mayalandırma bazı mikroorganizmaların gelişme ve faaliyetlerinin artırılmasına yönelik bir uygulamadır. Böylece bu canlıların oluşturduğu alkol ve organik asitlerin üründeki konsantrasyonu artırılarak, bir yandan çürütücü ve kokuşturucu etkili diğer mikroorganizmaların gelişmesi geciktirilir, hatta engellenerek ürüne dayanıklılık kazandırılır. Böylece tamamen farklı tat ve bileşimde, besleme değeri farklı yeni bir ürün elde edilir (Kurt vd. 1990). İnsan sağlığı ve çevre temizliği için gıda sanayinde en önemli konu temizliktir. Bu durumda paslanmaz çelik kullanımı bir zorunluluk olmuştur (Aldemir 2000). Tarımsal üretimin her aşamasında, tarladan sofraya kadar gıdanın temasta olduğu malzemelerin gıda ile etkileşime girmemeleri gerekir. Bunu sağlamak için gıda işleme makine ve ekipmanlarının temizlik ve hijyeni sürekli olarak devam ettirme imkanı veren tasarımlara sahip olmaları gerekmektedir (Partington 2002). Paslanmaz çelikler evlerimizde ve sanayide gıda işleme, depolama ve taşıma amaçlı olarak sıklıkla kullanılmaktadır. Gıda uygulamalarında kullanılan paslanmaz çelikler için doğru türün kullanımı çok önemlidir. Çünkü içeceklerin ve gıdaların içindeki katkı maddeleri çoğu zaman bir çok malzemeye hasar verebilecek derecede şiddetli asitliğe

32 17 sahiptir. Korozyona uğramış bir depolama tankı veya gıdanın temasta olduğu yüzeyler gıda ile etkileşime girmekte ve bakterilerin üremesine uygun ortam hazırlamaktadırlar. Paslanmaz çeliklerin 20.yy başlarında keşfedilmeleri gıda işleme endüstrisi için bir milat olmuştur. Bu harika hijyenik ve mukavemet özelliklerine sahip malzeme evsel mutfaklarda kullanımdan süt ve süt işleme tesislerinden, bira ve şarap imalat sanayine, farklı gıdaların üretildiği yerlerden pişirme ve et işleme tesislerine kadar geniş bir alanda en çok kullanılan malzeme olmuştur. Tüm malzemelerde olduğu gibi bu malzemelerin doğru kullanımı ve yanlış kullanım durumları mevcuttur. Doğru kullanımda malzemeden beklenen tüm fayda sağlanmaktadır. Yanlış kullanımlarda ise tam aksi sonuçlar meydana gelmektedir. Gıdalar için, hijyen başta olmak üzere uzun ve sürekli korozyon dayanımı ve uzun servis ömrüne sahip ekipmanları üretebilmek için paslanmaz çeliklerin doğru türünün seçilmesi ve uygun bir şekilde kullanılması çok önemlidir. 3.2 Gıda Sanayi Gıda sanayi; gıdaların üretimi, işlenmesi, değerlendirilmesi, muhafazası, ambalajlanması ve nakliyesini konu alan sanayi dalıdır. Gıda sanayi tarıma dayalı bir sanayi dalı olarak ülkemizde çok önemli bir yere sahiptir. İmalat sanayi üretimi içindeki ortalama % 20 lik payı ve yaklaşık 250 bin kişiye sağladığı istihdamla gıda sanayinde toplam katma değerin ortalama % 5 i üretilmektedir. Sanayi Stratejisi adını taşıyan çalışmada imalat sanayi alt sektörlerinin sosyo-ekonomik etki açısından durumlarını belirlemek ve ülkemiz sanayinin gerçekçi bir profilini çıkarmak üzere, bu alt sektörlerin, toplam istihdam, ihracat, katma değer ve satış hasılatını hesaba katan bileşik bir endeks oluşturulmuş ve söz konusu sektörlerin bu endekse göre sıralaması yapılmıştır. Bileşik endekste en büyük ağırlık alt sektörün istihdamdaki payına verilmiş; ihracattaki pay ikinci ağırlık ölçütü olarak alınmıştır. Katma değer ve satış hasılatındaki paylara ise göreli olarak en düşük ağırlıklar verilmiştir. İmalat sanayi alt sektörleri arasında söz konusu bileşik endekse göre yapılan sosyo-ekonomik bazdaki stratejik önem sırası Çizelge 3.1 de verilmiştir (Kıymaz vd. 2003).

33 18 Çizelge 3.1. İmalat sanayi alt sektörleri stratejik önem sırası 1 Tekstil ve Giyim 8 Makine İmalat 2 Gıda, İçki, Tütün 9 Petrol ürünleri 3 Kimya ve ilaç 10 Metal eşya 4 Demir ve Çelik 11 Kağıt ve Basım 5 Toprak ürünleri 12 Plastik ve Kauçuk 6 Taşıma araçları 13 Demir Dışı Metal 7 Elektrik Makineleri 14 Kereste ve Mobilya Bu çizelgeden görüleceği üzere ilk beş sırada yer alan sektörler, ülke ekonomisinde belirleyici özelliğe sahiptir. İmalat sanayi üretimi içindeki ortalama % 20 lik payı ve yaklaşık 250 bin kişiye sağladığı istihdamla gıda sanayinde toplam katma değerin ortalama % 5 i üretilmektedir. Bu nedenledir ki bunlara stratejik bir önem atfedilmektedir. Gıda sanayi sektörümüz sosyo-ekonomik stratejik sıralamada 2. sırada yer almıştır. Gıda sanayi sektörü başlıca sekiz alt sektörden oluşmaktadır (Kıymaz 2003). Uluslar arası standart sanayi sınıflaması-3(isic-3) sistemine göre, bu alt sektörler Çizelge 3.2 de belirtilmiştir. Çizelge 3.2. Gıda sanayi alt sektörleri (Kıymaz vd. 2003) Gıda Sanayi Alt Sektörleri 1 Mezbaha ürünleri sanayi 2 Süt ve süt mamulleri sanayi 3 Su ürünleri mamulleri sanayi Tahıl ve nişasta mamulleri sanayi Meyve ve sebze işleme sanayi Bitkisel yağ ve mamulleri sanayi Şeker, şekerli mamuller sanayi ve diğer gıdalar 8 Yem sanayi

34 19 Gıda işletmesi sayısı 1994 yılından bu yana % 24 artarak 2000 yılında e yaklaşmıştır. Gıda işletmelerinin % 65'ini un ve unlu mamuller, % 11'ini süt ve süt mamulleri % 12'sini meyve-sebze işleme, % 3,5'ini bitkisel yağ ve margarin, % 3'ü şekerli mamuller, % 1'i et mamulleri ve % 4,5'luk kısmını tasnif dışı gıdalar,alkolsüz içecekler, su ürünleri sanayi oluşturmaktadır (TKB 2002). Un ve unlu mamuller, süt ve mamulleri, meyve-sebze işleme gibi alt sektörlerdeki oranların yüksek olması, halkın tüketim alışkanlıklarının yanı sıra gelişmiş teknoloji uygulamayan (değirmen, mandıra, zeytin salamura işleme vb.) işletmelerin sayısal fazlalığından da kaynaklanmaktadır (Kıymaz vd. 2003). 3.3 Gıda İşleme Makineleri Sanayi Bu alt sektör, gıdaların imalatında kullanılan ticari ve endüstriyel makinelerin üretimiyle iştigal eden firmaları içermektedir (Karabörklü 2003). Gıda işleme, ekonomik açıdan uygun yöntemleri kullanarak tarım ürününü yapısal, duyumsal ve besleyici özellikleri olan maddelere dönüştürmektir. Bu işlem içinde kullanılan tüm makineler ve ekipman gıda işleme makineleri olarak tanımlanabilir. Gıda işleme makineleri, gıda işlemede işgücü verimliliğini arttıran; maliyetleri düşüren; modern üretim teknolojilerinin kullanılmasını, işlemlerin zamanında ve insan sağlığına uygun şekilde yapılmasını sağlayarak ürün kalitesini ve verimini arttıran önemli bir makina grubudur. Sağlıklı ve hijyenik gıdalar ancak hijyenik gıda işleme makineleri kullanılarak üretilebilir. Gıda sanayi makineleri sektörü, Türkiye ve bütün dünyada piyasaların büyük bölümünü kapsar. Bu makinelere olan talep büyük ölçüde gıda imalat/işleme sektöründen gelir. Bu nedenle, gıda sanayi imalat/işleme sektörünü etkileyen dinamiklerin ve gelişmelerin çok iyi anlaşılması önem arz eder (Karabörklü 2003). 3.4 Paslanmaz Çeliklerin Gıda Sanayi Uygulamaları Gıda sanayinde özellikle paslanmaz çeliklerin tercih edilir hale gelmesinin en temel nedenlerini aşağıda sayılan birkaç örnek daha iyi anlatmaktadır.

35 Mutfak evyeleri Paslanmaz çeliklerin iyi şekillendirilebilir olmaları çok farklı evye tasarımlarının meydana gelmesini sağlamıştır (Şekil 3.1). Çift gözlü, iç içe geçmiş sifonlu evyeler gibi çok farklı evyeler önceki seramik evyelerden daha farklı ve kullanışlıdırlar. Ayrıca bu evyeler seramik ve plastik esaslı olanlardan daha fazla ısıya ve darbeye dayanıklıdırlar. Mutfak renklerine uygun olacak şekilde istenen renklerde de üretim imkanı gün geçtikçe artmaktadır. Şekil 3.1 Paslanmaz çelik mutfak evyesi (WEB_2 2004) Kaliteli mutfak gereçleri imali Paslanmaz çelikler büyük mutfaklardan ev mutfaklarında kullanılan gereçlere kadar en çok kullanılan malzemedir. Özellikle tavaların çok fazla korozif özelliği olan yiyeceklere, korozyona uğramadan uzun süre dayanmaları beklenir (Şekil 3.1). Şekil 3.2 Paslanmaz çelik tencere ve tavalar (WEB_2 2004)

36 21 Ayrıca ısıl iletkenliklerinin düşük olması bu tavaların saplarının daha soğuk kalmasını sağladığından kullanımda büyük kolaylık sağlamaktadır Modern mutfaklar Paslanmaz çelikler günümüz modern mutfaklarının ana malzemesidir. Bu sayede çok temiz ve bakımları kolay mutfaklar paslanmaz çelik malzemeler ile üretilmektedir (Şekil 3.3). Şekil 3.3 Paslanmaz çelikten modern mutfak (WEB_2 2004) Renklendirilebilirlik Paslanmaz çeliklerin en iyi özelliklerinden biri de çok farklı renkte elde edilebilir olmalarıdır. Bu modern mutfaklar açısından en harika özelliklerden biridir (Şekil 3.4). Şekil 3.4 Farklı renklerle kullanılabilecek paslanmaz çelik mutfak gereçleri (WEB_2 2004)

37 Gıda işleme Birçok gıda üretilirken farklı amaçlarla içlerine katkı maddeleri ilave edilir. Bu maddelerden tuz oldukça fazla miktarda kullanılır. Özellikle salça imalatında bu kullanım çok fazla olduğundan burada pitting korozyonu oluşmaması için yüksek alaşımlı krom nikel paslanmaz çeliklerin kullanımı gerekmektedir (Şekil 3.5). Şekil 3.5 Gıda işleme tesislerinde sıkça kullanılan paslanmaz çelik borulu tip ısıtıcı (WEB_2 2004) Sanayi mutfakları Paslanmaz çelikler büyük oranda da AISI 304 başta olmak üzere sanayi tipi büyük mutfaklarda geleneksel seramik, mermer, alüminyum ve plastik malzemelerin yerlerini almıştır (Şekil 3.6). Çünkü bu malzeme onlardan daha fazla ısıl dirence ve daha sağlam ve kolay temizlenebilme özelliğine sahiptir. Şekil 3.6 Tamamen paslanmaz çelik modern bir sanayi tip mutfak (WEB_2 2004)

38 Alkollü içecek üretimi Özellikle biracılık ve şarap üretimi sırasında içerilerinde bulunan mikroorganizmaların üretilen içeceğin kalitesine doğrudan etki ettiğinden modern bira ve şarap imalatında hijyen en temel zorunluluktur (Şekil 3.7). Paslanmaz çelikler sahip oldukları hijyen özellikleri nedeni ile biracılık sektöründe kullanılan depolama ve üretim tankları, borular, pompalar ve ısı değiştiricilerinde kullanılmaktadır. Şekil 3.7 Modern bir bira üretim tesisi (WEB_2 2004) Bira fıçıları Paslanmaz çelikler sağlam ve kolaylıkla steril hale getirilebilmeleri ve temasta oldukları gıdaya bulaşmamaları nedeniyle içlerindeki gıdanın tadını değiştirmezler. Böylece her zaman aynı tat ve kokuda olan gıda üretilebilir. Ayrıca paslanmaz çelik bira fıçılar kolayca yeniden kullanılabilir hale getirilebilirler (Şekil 3.8). Şekil 3.8 Paslanmaz çelik bira fıçıları (WEB_2 2004)

39 Şarap depolama Şarapların uzun süre kalitesinin bozulmadan depolanabilmesi için kullanılacak depolama malzemesinin kolay işlenebilir olması, sağlam olması ve oldukça asidik ortamlara dayanıklı olması gerekmektedir Şekil 3.9. Bu nedenle AISI 304 ve AISI 316 tip ostenitik paslanmaz çelikler şarap depolama tanklarının standart malzemesi haline gelmişlerdir. Şekil 3.9 Paslanmaz çelik soğutma ceketli şarap depolama tankları (WEB_2 2004) Et işleme Özelikle et işleme sırasında temizlik ve hijyen en önemli özelliktir. Paslanmaz çelik kancalar hem etsuyundan oluşan kimyasal korozyona hem de temizlik için kullanılan temizleyici kimyasalların oluşturduğu korozyona karşı daha dayanıklıdırlar (Şekil 3.10). Şekil 3.10 Paslanmaz çelik kancalar kullanılan et işleme tesisi (WEB_2 2004)

40 25 4. GIDA SANAYİNDE PASLANMAZ ÇELİK KULLANIM İLKELERİ 4.1 Gıda İle İlgili Yasal Düzenlemeler Gıda mevzuatı; gıda maddelerinin taşıması gereken asgari kalite ve hijyen kriterlerini belirleyen bir kurallar dizisidir. Gıda mevzuatının hazırlanmasındaki temel amaç, gıda güvenliğinin sağlanarak hijyenik ve ekonomik açıdan tüketicinin korunmasıdır. Bunun yanı sıra gıda mevzuatı gıda sektöründe haksız rekabetin önlenmesi, sektörün gelişmesine katkı sağlanması ve ülke itibarının sağlanması gibi olumlu katkılar da sağlamaktadır. Diğer önemli husus gıda mevzuatının hazırlanmasında; sağlam bilimsel verilere dayanarak ülkenin hedefleri doğrultusunda uluslararası mevzuata aykırı hükümler içermeyecek (sağlam bilimsel veriler dışında) şekilde hazırlanmasıdır. Böylelikle ülke kaynakları harekete geçirilebilmekte ve böylece gıda iç ve dış ticaretinde etkinlik sağlanabilmektedir. Uluslararası açıdan gıda mevzuatı incelediğinde; Birleşmiş Milletler ve Dünya Sağlık Örgütü, gıda maddelerine yönelik asgari kalite ve güvenlik kriterlerini belirlemekte ve dünya ülkelerine tavsiyelerde bulunmaktadır. Ayrıca, Dünya Ticaret Örgütü nce de insan sağlığının korunması ve gıda ve tarım ürünleri ticaretinin serbestleştirilmesi amacıyla dünya gıda ticaretinde Kodeks kriterlerinin esas alınması doğrultusunda yönlendirme yapılmaktadır. Henüz Aday Ülke statüsünde yer aldığımız Avrupa Birliğinde (AB) ise, gelişmiş bir gıda mevzuatı bulunmaktadır. AB, merkezi yapıda yeni gıda güvenliği kurumlarını oluşturmuş ve üye ülkeler de buna göre kendi idari yapılarını yeniden düzenlemişlerdir. Ülkemiz gıda mevzuatının esasını oluşturan ve tarih ve sayılı Resmi Gazetede yayımlanarak yürürlüğe giren, Gıdaların Üretimi Tüketimi ve Denetlenmesine Dair Kanun Hükmünde Kararnamenin Değiştirilerek Kabulü Hakkında 5179 Sayılı Kanun, yukarıda belirtilen prensipleri içermesi nedeniyle, sağlam bir mevzuat alt yapısını oluşturmaktadır. Çünkü Gıda Tescil, Ulusal Gıda Kodeks Komisyonu, bilimsel komiteler, Ulusal Gıda Meclisi, risk analizleri, izlenebilirlik, işyeri

41 26 sorumluluğu, sağlığın korunması, dış ticaret, reklam ve tanıtım, tüketici hakları, gıda kontrol laboratuarları, beslenme, denetim, kontrol ve sertifikasyon ve ceza hükümleri gibi temel konuları içermesi yanında, ilgili yönetmeliklerin yürürlüğe konmasıyla, gelişmiş bir gıda mevzuatının oluşturulmasına olanak tanımaktadır (Halaç 2002). Ancak söz konusu yasal düzenlemenin olumlu sonuçlarına ulaşabilmek için, bundan sonraki aşamada ülkemiz kaynaklarını harekete geçirerek, dünya ülkeleriyle gıda güvenliği alanında rekabet etmesini sağlayacak bir idari yapının da, en kısa sürede oluşturulması gerekmektedir. Gıdaların tamamen hijyenik ortamlarda üretilmeleri gereği, gıdaların temasta olduğu tüm yüzeylerle ilgili yasal zorunluluklar ve standartlar getirilmiştir. Bu yasal zorunluluklar gıdaların sürekli olarak aynı kalitede güvenli olarak üretilmeleri içindir. Ülkemizde de dünyadaki gelişmelere paralel olarak gıda sanayinde uygun malzeme kullanımına yönelik yasal düzenlemeler yapılmaya başlanmış olup henüz yeterli düzeyde değildir. Ancak artan bilinç düzeyi ile daha fazla düzenlemeler gereği ortaya çıkacaktır. 4.2 Paslanmaz Çeliklerin Gıda Sanayinde Kullanımında Yeni Yaklaşımlar Herhangi bir mühendislik uygulaması için malzeme seçimi yapılırken ilk önce malzemenin fiziksel ve kimyasal özellikleri, imalata uygunluğu, dayanıklılığı, temin edilebilirliği ve maliyeti göz önünde bulundurularak seçim yapılır. Bu durum eğer, yiyecek ve içeceklerin tarladan sofraya kadar olan aşamalarındaki bir ekipman imalatı ile ilgili ise ilave faktörler göz önüne alınmalıdır. Hem gıda hem de gıda ile temasta olan ekipmanlar hijyenik olmak zorundadır. Malzemeler gıda ile etkileşime girmemeli ve temizlik sırasında temizleme kolaylığı sağlamalıdır. Bunun için, EHEDG (European Hygenic Engineering and Design Group,Avrupa Hijyenik Mühendisliği ve Tasarım Grubu) gıda işleme ekipmanı tasarımları ve hijyenik malzemelerin seçimi için pratik öneriler sağlayan yeni bir kılavuz yayınlamıştır. Bu kılavuzdaki öneriler içinde güvenilir ve hijyenik gıda işleme malzemeleri tasarımı ve paslanmaz çeliklerin kaynağı, pasifleştirmeu, hijyenik ekipman tasarımı ve bunların testleri ile ilgili kriterler yayınlanmıştır. Yine EHEDG nin yayınladığı Gıda ile Temas Eden Ekipmanlar ve Malzemeler yönergesinde tasarımcılara ve fabrika

42 27 sahiplerine ilk kez uygulamalarda en uygun ve etkin malzemeyi seçebilmeleri için öneriler sunulmaktadır. Bu öneriler makine imalatı için çok önemlidir. Bu veriler metal ve metal olmayan malzemeleri içermektedir. Burada, bu kılavuzun metalik malzemelerle ilgili olan bölümünden bahsedilmiştir. Gıda sanayi için malzeme seçimi ve hijyen birbirinden ayrılmaz iki önemli faktördür. Bu iki faktör birbiri ile sıkı etkileşim içindedirler. Örneğin kaynak, malzemenin dış yüzeyini bozarak hem yüzeye gıda atıklarının yapışmasını hem de yüzeyin temizlenmesini zorlaştırır. Buradaki öneriler genel olarak gıda işleme makineleri dizayn edilirken göz önünde bulundurulması gereken malzemeyle ilgili faktörleri ve bu malzemelerin kullanımı ile ilgili test yöntemlerini belirlemektedir. Gıda sanayi için hijyenik gıda işleme makineleri üretiminde en uygun malzeme seçimi için en temel kriterler neler olmalıdır? Öncelikle tüm gıda üretim tesislerinde ortak özellik olarak, örneğin; titreşim, sıcaklık baskısı yada termal şoklar sonucu oluşan gerilmeler, sıcaklık ve işlem sürecinde oluşan kimyasal ortamın detaylı olarak tanımlanması gerekmektedir. Daha sonra gıda atıklarını ortadan kaldırmayı ve ekipmanı kabul edilebilir mikrobiyolojik standartlara, fiziksel, kimyasal özellikler kazandıran detaylar ve temizleyici kimyasalların kullanılma zorunluluğudur. Ancak ekipmanlar sadece normal çalışma şartlarına göre tasarlanmazlar. Gıda İşleme Makinaları- Temel Kavramlar- Bölüm 2: Hijyen Özellikleri, EN : 1997 de belirtilen tehlikelerin azaltılması yada oluşabilecek risklerin azaltılması, makinelerin düzgün şekilde tasarımının, montajının yapılması, işletilmesi ve temizlenmesi ile sağlanmalıdır (Partington 2002). HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Point) analizi endüstriyel tehlikelerin azaltılması için kullanılmaktadır. Ayrıca bu yöntem Avrupa ya ihracat yapan gıda firmaları için bir zorunluluk olmaktadır. Bu tehlikenin kötü bir tasarım yada hijyenin tam olmamasından kaynaklandığı ortadadır, fakat bu tehlike aynı zamanda kaplama, korozyon, erozyon, çatlak yada metal yorgunluğundan zaman içinde oluşabilmektedir. Bunun sonucu olarak tasarım sırasında hem EHEDG de belirtilen pratik önerilen uygulanan ve hem de çalışma ortamının, malzemenin anlaşılması için tasarımcının ve

43 28 operatörün birlikte çalışmaları gereği ortaya çıkmaktadır. Çünkü doğru paslanmaz çelik türünü seçebilmek için gıdanın üretimi aşamasında oluşan ortamın şartları tam olarak bilinmelidir. Bu şartları sağlayan en uygun malzeme seçilerek hijyenik gıda işleme makineleri imalatı yapılabilir. Örneğin, hiç kimsenin dikkat etmediği, bira fıçılarının alüminyum alaşımlı kelepçelerindeki epoksi reçinelerin dikkatsiz taşımalar sırasında tehlikeli şekilde korozyona uğradığını fark etmeleri bira üreticileri uzun yıllarını almıştır. Ayrıca kaynak bölgelerinde ısı tesiri altında kalan bölümün oldukça farklı fiziksel ve kimyasal yapıda olduğu ve yüzeyin korozyona daha duyarlı hale geldiğini anlamakta geç kalmışlardır. Bugün, X5CrNi18-10 paslanmaz çelikler bira fıçılarının kelepçelerinde alüminyumdan daha çok kullanılmaya başlamıştır. Bu paslanmaz çelik boruların içi dışına göre farklı mekanizmaya sahiptir. Fıçılardaki tüm oksijenin yerini CO 2 almış, ayrıca koruyucu olarak metabisülfit ilave edilmiştir. Doğal olarak mühendislik ve hijyen açısından bakıldığında gıda hazırlamanın ilk aşamasında meyve bahçeleri ve tarlada karşılaşacağı tehlike riski ileriki aşamalarda pişirme ve paketleme aşamalarından daha az olacağından daha düşük kaliteli örneğin beyaz çelik gibi düşük kaliteli malzemeler kullanılır. Ancak bu aşamalarda hijyenin sürdürülebilirliği oldukça zordur. Buralarda kullanılacak malzemelerin tasarımlarının daha özenle yapılması gerekir. EC 98/37/EC, yönergesine göre, makinelerin gıda ile temas eden kısımlarının makul bir sürede, ekonomik olarak ilk kullanımda ve daha sonraki her kullanımdan sonra uygun temizleme ve dezenfeksiyon programının uygulanabileceği, hijyen sağlayacak şekilde tasarlanmalıdır. Aksi taktirde makinelerin gıda ile temas eden tüm yüzeyleri yerinde temizlenmezse hijyen sağlamak zorlaşır. Tüm bağlantı elemanları dahil olmak üzere tüm yüzeylerin düzgün, pürüzsüz ve oyuksuz olması gerekir (Partington 2002). Yüzey pürüzlülüğünün istenen seviyeden fazla olması özellikle organik besin atıkları burada tutunarak mikroorganizmaların üremesi için uygun ortam oluştururlar. Köşeler ve keskin kıvrımlar mümkün olduğunca azaltılmalıdır. Parçalar kaynak gibi sürekli birleştirme teknikleri ile birleştirilmelidir. Boruların ve tankların iç kısımlarındaki radyuslar temizlenmeye imkan verecek şekilde olmalıdır. Ayrıca borular ve tanklar iç

44 29 kısımlarında hiç su kalmayacak şekilde dizayn edilmelidir. Aksi taktirde gıda atıkları mikrobiyolojik üreme ortamı oluştururlar (Partington 2002). Temizlenebilirlik, hijyen için en önemli özelliktir. Temizlenebilirliği etkileyen en önemli faktör de yüzey işlemidir. Genel olarak yüzey ne kadar pürüzlü ise gıda atıklarının yüzeye yapışması o kadar kolay, temizlenmesi de o kadar zordur. Özellikle makineyi yerinde temizlemede bu atıkları mekanik yolla temizlemek neredeyse imkansız hale gelmektedir. Levhalar veya boruların yüzey pürüzlülük değerleri (R a ) ile gösterilir. Bu değer özellikle içlerini tam olarak göremediğimiz borular ve tanklar için çok önemlidir, çünkü dış yüzeylerin pürüzlülüğünü ölçmek ve kontrol etmek kolayca yapılabilirken, iç yüzeyler için bu oldukça güçtür. Kimi tekniklerde yüzey hasarı ve mikro çatlaklar oluşurken, bazı parlatma teknikleri ile daha düzgün yüzeyler elde edilir. EN ye göre soğuk işlem yüzeylerinin R a =0,5 µm olması gerekir ama yine de tek başına R a değeri yanıltıcı olabilir (Partington 2002). Uzun yıllar, gıda işleme yerlerinde malzemeler yüzey pürüzlülük değerleri 0,8 µm civarında kullanılmıştı. Fakat temizlik etkinliğinde yüzey pürüzlülüğünün çok önemli olduğunun ortaya çıkması ile pompaların, karıştırıcıların ve ısıtıcıların hijyenik dizaynında bu değer R a =0,2 µm ye inmiştir. Elektroparlatma ve hadde sonrası temizleme ile elde edilen süper düz yüzeyler paslanmaz çeliklerin kimyasal, fiziksel deterjanlar kullanmadan temizlenmesini sağlamaktadır. Bu özelliklerin kullanımı üzerinde devam edebilmesi çok önemli olup bu da malzemenin aşınma direnci ile ilgilidir. Yırtılan yada aşınan yüzeylerde temizleme zorlaşır. Kuru gıdaların işlenmesinde meydana gelen sürtünme vardır ve yüzeyde aşınma meydana getirir. Zamanla bu sadece yüzey pürüzlülüğünü artırmaz aynı zamanda temizleme problemleri oluşturur. Ayrıca sürtünme nedeniyle oluşan yerel sıcaklıklar mikrop üremesine neden olur. Eğer bir boru içinden aşındırıcı partiküller içeren ve hızla akan bir sıvı geçerse, boru iç yüzeyinde erozyon oluşur. Boru içinde oluşan türbülans, basınç dalgaları ve kabarcıklar tahribatlar oluşturarak yüzeyi hasara uğratırlar.

45 30 Paslanmaz çeliklerin sertliği sayesinde yüzey, gıda atıklarının yüzeye yapışmasını engelleyerek temizliğini kolaylaştırmaktadır. Ayrıca, paslanmaz çelikleri yapılan klinik testler sonucu gıda ile temas halindeki diğer malzemelerden daha hijyenik oldukları kanıtlanmıştır. Yapılan testler sonucu metal olmayan malzemelerin yüzeyinde meydana gelen aşınmalar sonucu yüzeyde yoğun bakteri oluşumu (zehirli oluşumlar), meydana gelmektedir. Ancak paslanmaz çelik yüzeylerde böyle bir oluşum meydana geldiği görülmemiştir (Partington 2002). Paslanmaz çeliklerin düz olan yüzeylerinin avantajları çok az değerlendirilmiştir. Örneğin modern mutfaklarda dikey yüzeylerin paslanmaz çelikten yapılması ile haşerelerin yapışması ve tırmanması engellenir. Bu sebeple fabrikaların kamyon yükleme rampalarının dikey kısımlarının giriş yerleri fare tehlikesinden dolayı paslanmaz çelikten yapılmaktadır. Gıda sanayinde karşılaşılan her türlü ortak gereksinimleri karşılayacak bir paslanmaz çelik türü yoktur. Ancak paslanmaz çelik ailesi içinde gıda işleme sırasında karşılaşılan her türlü özel ortam gereksinimlerini karşılayacak özel türler bulunur. Bu özel türler mukavemet, korozyon dayanımı (özellikle güçlü temizleme kimyasallarına karşı) şekillendirilebilmekte ve kaynak yapılabilirlik özellikleri gibi özelliklere sahiptirler. Bu özelliklere en uygun olarak genellikle gıda sanayinde X5CrNi18-10 (AISI 304) kullanılır. Ancak ortamdaki klor oranı arttığında ortam klor iyonlarının özelliğine bağlı olarak X2CrNi17-12 (AISI 316) ürün türleri kullanılır. AISI 316 tipi gıda sanayinde en çok kullanılan paslanmaz çelik türlerinden biridir. Bu türün farklı kullanımlar için geliştirilmiş olan değişik tipleri EN e göre Çizelge 4.1 de gösterilmiştir. İç gerilmeler klor iyonlarının olduğu ortamda işlem sıcaklığı 60 o C nin üzerine çıktığında gerilme korozyon çatlağı riski meydana gelir. Çözüm olarak bir üst kalite olan dubleks yada yüksek CrNi alaşımlı çelikler kullanmak daha doğru olur. Boru ortamlarında Mo oranı % 6, Nikel oranını ise % 33 e kadar çıkarmak gerekebilir.

46 31 Çizelge 4.1 Çok kullanılan AISI 316-tip paslanmaz çelikleri (Partington 2002) EN C Cr Ni Mo Malzeme No % % % % min max min max min max min max Her ne kadar boruların dış yüzeyleri yapışkan sıvılar, nemli pişirme ortamlarında oluşan klor izolasyonu ile engellenmeye çalışılsa da gerilme korozyon çatlağını sınırlandırmak oldukça güçtür. EN (AISI 420, X20Cr13) paslanmaz çeliğinin korozyon dayanımı düşük olmasına rağmen yüksek yırtılma direnci nedeni ile kesiciler ve bıçaklarda tercih edilir. Ancak balık işleme bıçaklarında hem sertlik hem de daha iyi korozyon direnci gerektiğinden EN (X39CrMo17-1) kullanmak daha uygundur. Kükürt, kurşun ve selenyum paslanmaz çeliklerde işlenebilirliği artırırken X5CrNi18-10 (AISI 304) ve X2CrNi17-12 (AISI 316) ye göre daha düşük korozyon dayanımına sahip olmaları nedeni ile (ayrıca kaynak edilebilirlikler de sınırlıdır) gıdanın kimyasal özelliklerinin tam olarak bilindiği ve zarar vermeyecek yerlerde kullanılır (Partington 2002). Üretilen gıdanın yüzey temizleme için kullanılan kimyasallardan etkilenmemesi gerekir. Ayrıca bu gıda daha sonraki üretilecek gıdaları da etkilememelidir. Bu işlem çok önemlidir. Bu işlemin önemi nedeni ile EC 98/37 gıdaların taşınması ve gıdalarla ilgili kirlilik değerleri ile ilgili sınırlamalar getirmiştir. Özellikle gıdaların insan sağlığını doğrudan etkilemesi nedeni ile gıdaların temasta olduğu yüzeyler ve taşınması

47 32 sırasında uyulması gereken standartların ısrarla uygulanması gerekmektedir. Avrupa Konseyi gıdalarla ilgili yeni emniyet tedbirleri almak için çalışmalarına devam etmektedir. Gıda ile temas eden tüm uygulamalarda gıdanın temasta olduğu yüzeylerin sağlaması gereken kriterlere uyum insan sağlığı açısından çok önemlidir. Paslanmaz çeliklerin gıda ile temas etmeleri sonucu yiyecek ve içeceklerin tat ve kokularında hiçbir değişiklik olmadığı kesin olmasına rağmen paslanmaz çelik malzemelerin gıda ile etkileşimlerini incelemek için sayısız çalışmalar yapılmış ve yapılmaya devam edilmektedir. Sonuç olarak paslanmaz çelikler ve cam arasında nikel ve krom metal geçişi açısından kayda değer bir fark bulunamamıştır (WEB_2 2004).. Tecrübeler ışığında yapılan doğru tür seçimi; iyi tasarım ve iyi işleme ile etkisini tam olarak göstermektedir. Böylece oluşabilecek muhtemel ve potansiyel mühendislik veya hijyenle ilgili tehlikeler ve riskler azaltılabilmektedir. Bu maksatla hazırlanan yeni EHEDG rehberi tasarımcıların ve makine üreticilerinin çelik imalatçılarından gelen ürünlerin hangisinin daha iyi olduğuna dair bilgileri yükseltmekte ve hangi malzemenin gıdanın üretim koşullarına tam olarak uyduğu tecrübelerle bildirmektedir. Bu öneriler dikkate alınarak üretilen paslanmaz çelik gıda üretim ekipmanları teknik olarak doğru, sürdürülebilir ve hijyenik gıda üretim tesislerinin oluşması, gıdaların daha güvenilir ve daha ekonomik olarak üretilmesine olanak verecektir. Paslanmaz çeliklerin gıda sanayi açısından bu kadar güzel ve hijyenik özellikleri olmasına rağmen bu ürünlerin gıda sanayinin genelinde kullanımı henüz istenen düzeyde değildir. Halen dünya genelinde çikolata üretim tesislerinde kullanılan ekipmanların %98 i boyalı yumuşak çelikten olması ilginç bir durumdur. Paslanmaz çeliklerin gıda sanayi uygulamaları açısından tartışılmaz üstünlükleri bu malzemenin gıda sanayinin her alanında daha geniş kullanımlarla karşımıza çıkacağını göstermektedir (Partington 2002).

48 33 5. GIDA SANAYİ İÇİN PASLANMAZ ÇELİK SEÇİMİ ve KULLANIMI 5.1 Paslanmaz Çeliklerin Seçimi Gıda sanayinde kullanacağımız ostenitik paslanmaz çelik türü seçimini yaparken öncelikle üretilecek gıdanın üretimleri sırasında oluşturdukları kimyasal ortamın, oluşan gerilmelerin, zaman ve sıcaklık değerlerinin tam olarak belirlenmesi gerekmektedir. Daha sonra makine ve ekipmanların gıdalar için kabul edilebilir mikrobiyolojik standartlara getirmek için kullandığımız, yüzeydeki gıda artıklarının temizliği için kullandığımız deterjanlar ve temizleme kimyasallarının neler olduğu bilinmelidir (Partington 2002). Paslanmaz türün doğru seçimi; üretilecek gıdanın oluşturduğu kimyasal ortamda kendisinden beklenen fonksiyonları güvenli ve emniyetli olarak en ucuz şekilde sağlayacak optimum türün seçilmesidir. Paslanmaz çelik dışında gıda sanayinde kullanım için yüzey kaplaması yapılmış metal malzemeler, seramikler ve plastikler gibi alternatif malzemeler var olsa da bunlar arasında seçim yapılırken mutlaka teknik özellikler, güvenilirlik ve emniyet, maliyet, yasal zorunluluklar ve elbette geçmiş tecrübeler en önemli seçim kriterleri olmaktadır (Dillon vd 1992). Çelik türünün seçimi, çeşitliliğinin çok fazla olmasından dolayı dikkat edilmesi gereken en önemli konudur. Belirli bir paslanmaz çelik türünün seçimi, sözkonusu uygulamanın gerektirdiği şartlara bağlıdır. Birçok durumda en önemli belirleyici etkenler korozyon dayanımı, kararma (matlaşma) direnci ve yüksek sıcaklıklardaki oksidasyon dayanımıdır. Bunlara ek olarak seçilen paslanmaz çelik türü mukavemet, tokluk, süneklik ve yorulma dayanımı gibi konularda minimum mekanik özelliklere de sahip olmalıdır. Farklı türlerdeki paslanmaz çelikler uygulama için gereken korozyon dayanımı ve mekanik özellikleri sağlayabilir. Bu durumda son seçim, servis şartlarının gereklerini en iyi şekilde yerine getiren seçenekler içinden en düşük maliyete sahip olan ürüne göre yapılmalıdır. Paslanmaz çelik tipinin seçimi genellikle sistemi planlayan tasarımcı tarafından yapılır. Bu durumda tasarımcı, konu hakkındaki bilgisine,

49 34 deneyimlerine ve çeşitli malzemenin söz konusu ortamdaki korozyon dayanımları ile ilgili verileri içeren teknik dokümanlara başvurur. Paslanmaz çelik seçiminde dikkat edilmesi gereken diğer önemli etkenler; pitting (karıncalanma), çatlak korozyonu ve tanelerarası korozyondur. Tanelerarası korozyonun başlıca nedeni ısı etkisi altındaki bölgede (ITAB) oluşan karbür çökelmesidir (Gerken and Kotechki 1990) Korozyon direnci Paslanmaz çelikler gıda işleme ve depolama teçhizatında sadece korozyon dayanımı dolayısı ile değil, kolay temizlenebilmeleri ve temiz kalmaları sayesinde de yaygın olarak kullanılır. Uygulamalar arasında pompalar, borular, tanklar, ısıtıcılar, dolum makinaları, ısı değiştiricileri ve vakum tankları sayılabilir. Sürekli su duşu veya akışının olduğu gıda veya gıda kabı yıkama makinalarında, paslanmaz çelikler korozyon dayanımları ve uzun ömürlerinden dolayı tercih edilirler. İçinde tuz ve sirke içeren turşu sularının veya çeşitli sosların bulunduğu kaplar ve borularda pitting ve aralık korozyonuna dayanıklı türlerin kullanılması gerekir. Hava/buhar tahliye borularında AISI 304, fan kanatçıklarında AISI 316 türü kullanılabilir. Turşu suyu vb. kimyasallar haricindeki sıvı depolarında AISI 316L veya ısıl işleme tabi tutulmuş, kumlanmış ve pasifleştirilmiş AISI 316 kullanılır. Kuru katkı maddesi tamburlarında ise AISI 304 tercih edilir. Daha korozif gıdalar için ise çok düşük karbonlu paslanmaz çeliklere yönelmek gerekir (Aran ve Temel 2004). Korozyon Latince corrodere kökünden gelmekte olup Türkçe karşılığı olarak yiyip bitirmek, aşındırmak, kemirmek anlamlarına gelmektedir. Korozyon anlam olarak malzemenin bulunduğu ortam ile reaksiyona girerek yıkıma uğramasıdır denilebilir (Coates 2003). Gıda maddelerinin kendi içinde bulunan bileşimleri, ayrıca ilave edilen katkı maddeleri şiddetli bir korozyon ortamı oluştururlar. Bu ortamda paslanmaz çeliklerde : 1-Atmosferik korozyon 2-Genel(üniform) korozyon 3-Taneler arası(intergranüler) korozyon

50 35 4-Gerilmeli korozyon çatlaması 5-Oyuklanma (pitting) 6-Aralık (crevice) korozyonu 7-Galvanik korozyon 8-Korozyon yorulması meydana gelir (Coates 2003). a b c d Şekil.5.1 a) Genel korozyon b) Pitting korozyonu c) Aralık korozyonu d) Gerilmeli korozyon mikroskobik görüntüsü (WEB_3 2004) Gıdaların kendi yapıları ve katkı maddeleri ile beraber oluşturdukları asidik veya alkali ortamlar gıdaların işlenmesi ve servise sunulmaları sırasında temasta bulunduğu malzemeyi korozyona uğratarak, bakteri üremesine neden olan çukurların oluşumuna

51 36 sebep olurlar. Bu bakteriler sağlık açısından kolayca fark edilemeyen tehlikeler oluştururlar (WEB_4 2004). Özellikle gelişmekte olan ülkelerde tüketilen gıdalar bol baharatlı, bol katkı maddeli ve güçlü renk maddeleri içermektedir. Yüksek gıda zehirlenmesi riski taşıyan bu gıdaların üretimi ve taşınması sırasında kullanılan paslanmaz çeliklerin korozyona uğramayarak bu riskleri azaltması beklenir (WEB_4 2004). Korozyon direnci gıda işleme ekipmanı yapılacak paslanmaz çelik türü seçimi sırasında göz önünde tutulacak en önemli teknik özelliklerden bir tanesidir. Korozyon malzemenin içinde bulunduğu ortamla kimyasal yada elektro kimyasal reaksiyona girerek yıkıma uğramasıdır. Korozyon malzemenin yüzeyine tesir ederek onun temizlenebilme ve hijyen özelliklerini etkiler. Korozyon direnci sadece makinenin yada ekipmanın uzun süre kullanılmasını değil içinde bulunduğu gıda maddesinin kalitesini de etkiler. Gıda maddesinin rengini değiştiren yada pislik bulaştıran en hafif korozyona bile müsaade edilemez. Malzemenin korozyona uğramasına temasta bulunan gıdanın kimyasal bileşimi, sıcaklığı, gıdanın içinde bulunan çözünmüş gazlar, katı parçacıklar, akış oranı, havalandırma, ph değeri, ortamda bulunan mikrop türleri gibi bir çok çevresel faktörler etki eder (Covert and Tuthill 2000). Korozyon normal çalışmalar sırasında ve duruşlarda bile kısa sürede oluşabilir. En ideal olanı seçilen malzemenin normal çalışma şartlarında ve kısa süreli normal çalışma şartları üzerindeki ortamlarda tüm korozyon türlerine direnç göstermesidir. Ancak gerçekte gıda makineleri imalatında kullanılan malzemelerin belirli zaman süreleri içinde yeterli korozyon direnci göstermeleri beklenmektedir. Bu süre sonunda bu makineler tamir edilir yada yenisiyle değiştirilirler (Dillon vd 1992). Genel olarak paslanmaz çeliklerin korozyona uğramaları içinde bulundukları çevresel şartlara bağlıdır. Temel olarak bu ortamları normal atmosfer ortamı, sulu ortamlar ve kimyasal ortamlar olarak üç temel gruba ayırmak mümkündür.

52 Atmosferik korozyon dayanımı Hemen hemen bütün paslanmaz çelik türleri, hava kirliliği olmadığı sürece %100 nem altında dahi yüksek korozyon dayanımına sahiptir. Hava kirliliğinin olmadığı ortamlar için malzeme seçimi sadece maliyet, temin edilebilirlik, mekanik özellikler, montaja uygunluk ve görünüm dikkate alınarak yapılır. Havanın kuru olduğu bölgelerde en ekonomik türler seçilebilir. Çizelge 5.1 de en yaygın kullanılan paslanmaz çeliklerin değişik atmosferik ortamlardaki korozyon dayanımları gösterilmiştir. Çizelge 5.1. Paslanmaz çeliklerin değişik atmosferik ortamlardaki korozyon dayanımı (Odabaş 2002) Paslanmaz Çelik Türü Atmosferik Ortamlar Sulu Ortamlar AISI EN Sanayi Deniz Şehir Kırsal atmosferi kıyısı Ortamı Alanlar Tatlı Su Tuzlu Su L LN L Yüksek korozyon direnci 6-Düşük korozyon direnci Sanayi atmosferi ortamında kullanılacak paslanmaz çeliklerin seçimi havadaki kirliliğe ve görünüm beklentilerine bağlıdır. Görünüm önemli ise AISI 430 (EN ) serisi tercih edilecek en düşük alaşım türü olmalıdır. AISI 301 (EN ) serisi paslanmaz çeliklerin de çoğu uygulamalar için uygun olduğu görülmüştür (Inco International Nickel Company 1970). Sanayi atmosferi ortamında en çok sorun

53 38 çıkaran kirlilik klorür veya bileşiklerinden dolayı olanıdır. Su ile sık sık yıkamanın mümkün olmadığı kapalı ortamlarda paslanmaz çeliklerin süratli korozyona maruz kaldıkları gözlenir Sulu ortamlarda korozyon dayanımı Paslanmaz çelikler, içinde az miktarda klor içeren temiz sulara karşı genelde iyi dayanım gösterir. Ancak deniz suyu veya tuzlu sulu ortamlarda çalışacak paslanmaz çeliklerin seçimi, atmosferde kullanılanlara göre daha karmaşıktır. AISI 304 ve özellikle AISI 316 deniz suyu ve benzeri klorlu sulara en dayanıklı türlerdir. Yalnız akış hızı 1,5 m/s nin altındaki durgun sularda (mesela kirli liman sularında) AISI 316 da dahil hemen hemen bütün paslanmaz çelikler pitting korozyonuna uğrarlar. Paslanmaz çeliklerin sulu ortamlardaki korozyon dayanımını belirleyen en önemli kriter içindeki klor iyonlarının konsantrasyonudur (Nickel Development Institute 1987). Çizelge 5.2 de içindeki klor miktarına bağlı olarak sulu ortamlarda kullanılması gereken paslanmaz çelik türleri gösterilmiştir. Çizelge 5.2 Sulu ortamlardaki klor miktarına bağlı olarak paslanmaz çelik türü seçimi (WEB_5 2004) Sulu ortam Tercih edilen Kullanılabilecek Delik korozyonu paslanmaz çelik türü türler durumu (AISI) (AISI) Tatlı su <200ppm Cl L, 316, 316L Korozyon görülmez Tuzlu su <1000ppm Cl 304L, 316L Yüksek alaşımlı türler 304 ve 304L de delik korozyonu görülür Tuzlu su >1000ppm Cl Yüksek alaşımlı türler 316, 316L 316 da delik korozyonu görülür Kimyasal ortamlarda korozyon dayanımı Ortamdaki küçük değişiklikler bazen önemli performans değişikliğine yol açabilir; bu nedenle tasarım ve malzeme seçimi titizlikle yapılmalıdır. Çizelge 5.3 de değişik kimyasal ortamlarda paslanmaz çeliklerin korozyon dayanımını göstermektedir Çizelge 5.4 de ise gıda sanayinde en çok karşılaşılan kimyasal ortamlarda seçilecek paslanmaz çelik türleri gösterilmiştir.

54 39 Çizelge 5.3 Değişik kimyasal ortamlarda paslanmaz çeliklerin korozyon dayanımı (Odabaş 2002) Kimyasal Ortamın Türü Hidroklorik asit Ortam Şartları Paslanmaz Çelik Türü Konsantrasyon Sıcaklık AISI 410 AISI 430 AISI 304 AISI 316 (%) ( C) <0,2 O.S. 2º 2º >0,2 O.S. 3º 3º Nitrik asit 1 20 O.S Sülfürik asit <0,5 K.N. 3 2 Fosforik asit 10 K.N. 2 1 Florik asit O.S Borik asit Doymuş çözelti K.N. 1º 1º 1º Kromik asit 10 K.N Karbonik asit (gaz) O.S Asetik asit O.S. 1 1 Sitrik asit 15 K.N Tantarik asit 50 O.S Laktik asit 5 O.S Meyve ve sebze suyu Sıcak 1 1 Yağ ve süt Sıcak 1 1 Süt Sodyum karbonat 50 K.N. 1 1 Hidrojen peroksit 30 K.N. 1-2 º1 1-2 º1 1 º1 Potasyum bikromat 25 K.N. 1 1 Metil alkol O.S. 1 º1 1 º1 1 º1 Etil alkol O.S Bitkisel yağ O.S Mineral yağ O.S Şeker şurubu Konsantre çözelti : 0,1 mm/yıl aşınma- yüksek dayanım º:P 2: 0,1-1,0 mm/yıl aşınma orta dayanım º1:Yüksek sıcaklıkta P 3: 1,0 mm/yıl üstünde aşınma düşük dayanım O.S. Oda sıcaklığı P:Karıncalanma (pitting) görülebilir K.N. Kaynama noktası

55 40 Çizelge 5.4 Gıda sanayinde en çok karşılaşılan kimyasal ortamlarda seçilecek paslanmaz çelik türleri (Odabaş 2002) Kimyasal ortam Hidroklorik asit Amonyak Amonyum sülfat Klor çözeltileri Asetik asit ve amino asit Kromik asit Sitrik asit Gıda boyaları Esterler Kullanılacak tür Çok sulu ve oda sıcaklığındaki çözeltileri haricinde paslanmaz çeliklerin hidroklorik asit çözeltilerinin hepsinde kullanılması tavsiye edilmez. Çok sulu, havalandırılmış ve oda sıcaklığındaki çözeltilere ph değeri 2 ile 4 arasında ve 50ºC 80 ºC sıcaklıklarında AISI 316 kullanılmalıdır. Ancak bazı durumlarda,oyuklanma (pitting) görülebileceğinden dikkatli olunmalıdır. Kaynama noktası üzerinedeki tüm amonyak konsantrasyonlarında paslanmaz çelikler iyi direnç gösterirler. Tel örgü ve ızgaralarda AISI 304, AISI 316, ince borular için AISI 310, 900 ºC altındaki operasyonlarda AISI 304 ve AISI 310 kullanılması uygundur. Oldukça koroziftir düşük kromlu paslanmaz çelik türlerinde pitting görülebilir.aisi 316L kullnılması tavsiye edilir. Paslanmaz çelikler su haricindeki klor çözeltileri tarafından korozyona uğramaz Klor iyonları konsantrasyonlarına göre seçim yapılmalıdır. Konsantrasyonun 200ppm in altında olduğu durumlarda AISI 304 yeterli olurken daha yüksek klor iyonları konsantrasyonlarının olduğu durumlarda AISI 316L kullanılmalıdır. Ostenitik paslanmaz çelikler asetik asite dayanıklıdır50ºc nin altındaki sıcaklıklarda AISI 304 ve AISI 307 kulanılmalıdır. 50ºC nin üzerindeki sıcaklıklarda AISI 316 ve AISI 317 uygundur. 100 ºC nin üzerindeki sıcaklıklarda AISI 316L ve AISI 317L kullanılması tavsiye edilir. Bütün paslanmaz çelikler %2 lik konsantrasyonlarda ve 24 ºC in altındaki sıcaklıklarda kullanılabilir. Artan konsantrasyon ve sıcaklıkla kullanılacak paslanmaz çelik türü değişir. AISI 304, AISI 316 ve AISI 316L %10 konsantrasyon ve kaynama sıcaklığında Ti alaşımlıları kullanılır. Daha yüksek konsantrasyonlarda korozyon hızı 1mm/yıldan fazla olur Kaynama nokrasında ve düşük konsantrasyonlarda tüm paslanmaz çelik türleri kullanılır. %10 konsantrasyon ve kaynama sıcaklığı üzerinde AISI 430 ve AISI 316 türleri kullanılabilir. %6-%10 arası konsantrasyonlarda ve kaynama noktası altındaki sıcaklıklarda AISI 409 türünün kullanımı yaygındır. %1-%50 arası konsantrasyonlarda ve 140 ºC ye kadar %2 Mo ve %18Cr içeren türler kullanılır. Genelde boya çözeltilerine uygun değildirler. Hidroklorik asit ve klorür içeren boyalarda oyuklanma (pitting) ve çatlak oluşabilir Saf esterler (metil asetat, etil asetat, propil venil asetat gibi) paslanmaz çelikler üzerinde korozif değildir. Üretim sırasında kullanılan sülfirik asit konsantrasyonuna göre AISI 316 ve AISI 316L kullanımı tercih edilmelidir. Yağ asitleri 150 ºC ye kadar AISI 304 paslanmaz çelik türü yağ asitlerine karşı dayanır. 150ºC 300ºC arası ASI 316 kullanmak gerekir. 300 ºC üzeri sıcaklıklar için ASI 317 uygundur. Formik asit Laktik asit Oda sıcaklığındaki uygulamalarda tüm paslanmaz çelik türleri kullanılabilir. Artan sıcaklık ile %Cr oranı yüksek türler tercih edilmelidir. Saf olmayan çözeltilerde 40 ºC 95ºC arasındaki sıcaklıklarda AISI 316 ve AISI 316L türleri kullanılır. 95ºC nin üzerindeki sıcaklıklarda paslanmaz çeliklerin kullanılması uygun değildir. Saf halde 40ºC nin altındaki sıcaklıklarda AISI 304 türü kullanımı uygundur.

56 41 Kimyasal ortamlarda paslanmaz çelikler genel korozyon, tanelerarası korozyon, gerilme korozyonu çatlaması, pitting, aralık korozyonu ve/veya galvanik korozyona maruz kalır Mekanik özellikler Malzemenin mekanik özellikleri mukavemet, sertlik ve tokluk değerleridir. Bu özellikler, öncelikle malzemenin bileşimine daha sonrada üretim sırasında gördüğü ısıl ve mekanik işlemlere ve kullanım sırasında karşılaştığı sıcaklığa göre değişir. Korozyon malzemenin mekanik özelliklerine bazen ters etki yaptığından bu özelliklerin korozyonla ilişkisi mutlaka değerlendirilmelidir (Dillon vd 1992). Bir gıda ekipmanı imalatında genellikle ostenitik paslanmaz çelikler kullanılır ve bu çeliklerin mekanik özellikleri oldukça iyidir (Nickel Development Institute 1985) Fiziksel özellikler Fiziksel özellikler tamamen malzemenin kimyasal bileşimine ve kristal yapısına bağlıdır. Bunlar yoğunluk, ergime noktası, manyetik özellikler ve ısı ve elektrik iletkenlikleridir. Isı iletkenliği özellikle ısı değiştiricileri imali için önemlidir. Mükemmel ısı iletkenliğine sahip malzemeler zamanla çok büyük oranda korozyon ürünleri ile yüzeyleri kaplandığından iyi ısı iletimi gösteremezler. Paslanmaz çelikler nisbeten düşük ısı iletim özelliğine sahip olmalarına rağmen korozyon olmadığından kullanımları boyunca ısı iletkenlikleri azalmaz (Dillon vd 1992). Paslanmaz çeliklerin fiziksel özelliklerinin iyi bilinmesi kaynaklı imalat için önemlidir. Kaynak bu özelliklere göre şekillendirilir İmalata uygunluk Paslanmaz çelikler şekillendirilebilme, kesme, eğme, uzama, birleştirilebilme ve ısıl işlemlere uygun olan metalik malzemelerdir. Şekillendirilebilme özellikleri çok iyi olan bu malzemelerin ostenitik olanları kolaylıkla kaynak edilebilirler. Böylece paslanmaz çelik malzemeden çok farklı biçim ve şekillerde gıda işleme ekipmanları üretilebilir.

57 42 Paslanmaz çelikler gıda işleme makineleri imalatında iyi bir korozyon direnci, mekanik ve fiziksel özellikler, imalata uygunluk gibi temel teknik gereksinimlere en iyi cevap verebilen malzemelerdir. Optimum paslanmaz çelik alaşımının tespiti için o gıda ürününün üretim teknolojisi çok iyi bilinmeli ve paslanmaz çeliklerin temel özellikleri ve bu ortamlardaki performanslarının çok iyi bilinmesi gerekmektedir. Paslanmaz çelik malzeme ile yapılan imalat, karbon ve az alaşımlı çeliklerden daha farklı özellikler taşır. Bu farklılık, genellikle malzemelerin akma dayanımı ile pekleşme davranışlarının değişik olmasından kaynaklanır ve her bir paslanmaz çelik türü için ayrı ayrı ele alınması gerekir. Çizelge 5.4 de başlıca paslanmaz çelik türlerinin imalat işlemlerine uygunlukları toplu olarak verilmiştir. Çizelge 5.5 Başlıca kullanılan paslanmaz çelik türlerinin imalat işlemlerine uygunlukları (Aran ve Temel 2004) Grup Ostenitik Ferritik Martenzitik Paslanmaz 201,202, A Çelik Türleri 302,304, L C (AISI/ASTM) İşlemler 304L, LN 446 Derin çekme Sıcak şekillendirme Soğuk şekillendirme Tornada sıvama Parlatma Sıcak perçinleme Soğuk perçinleme Lehimleme Kaynaklama Talaşlı imalat :Çok iyi, 2:İyi, 1:Orta, 0:Zayıf(tavsiye edilmeyen), -:Mümkün değil, +:Mümkün

58 43 Yüzey kalitesi gıda makineleri için kullanım sırasında ve bakımları esnasında temizlenebilme özelliğini veren en önemli özelliklerden biridir (Dillon vd 1992). Yüzey kalitesini belirleyen özellik yüzey pürüzlülük değeridir. Paslanmaz çelikler çok farklı yüzey kalitelerinde üretilebilirler. Özellikle servis merkezlerinde, dekoratif kullanım amacı ile farklı yüzeyler elde edilebilir. Paslanmaz çelikleri; talaşlı, fırçalı ve muhtelif desenlerde temin etmek mümkündür (SHAPA 2000). Bu yüzeyler Avrupa (EN) ve Amerikan (AISI, ASTM) normlarında belirli düzeye kadar standartlaştırılsalar da çoğunlukla üretici ve müşteri arasındaki mutabakata göre tanımlanır. Çizelge 5.5 de ASTM standartlarına göre paslanmaz çelik yassı mamullerin yüzey kaliteleri ve uygulanan bitirme işlemleri verilmiştir. Çizelge 5.6 ASTM standartlarına göre paslanmaz çelik yassı mamullerin yüzey kaliteleri ve uygulanan bitirme işlemleri (Aran ve Temel 2004) Yüzey Kalitesi ASTM No.1 No.2D No.2B No.3 No.4 No.6 No.7 No.8 Açıklaması Sıcak haddeleme, tavlama ve tufal giderme sonucu kaba ve mat bir yüzey Tavlama ve tufal gidermeyi izleyen bir soğuk haddeleme sonucu mat bir yüzey. Yerine göre iyi parlatılmış merdaneler arasında hafifçe haddelenmiş olabilir. Bu kalitedeki yüzeyler görüntünün önemli sayılmadığı uygulamalarda kullanılabilir. 2D ye benzer şekilde, tavlama ve tufal gidermeyi izleyen iyi parlatılmış merdanelerle hafif bir soğuk haddeleme sonucu oluşan parlak yüzey. 2B yüzey kalitesi soğuk haddelenmiş genel amaçlı kullanıma uygun bir yüzey kalitesidir. Olduğu gibi veya daha sonra parlatılarak kullanılabilir. 100 numara aşındırıcı ile orta kalite düzgün yüzey. Genellikle orta derece parlak yüzeyler istendiğinde kullanılır. İmalat sırasında veya sonrasında daha da parlatılabilir. Kaba bir parlatma işleminin ardından numara aşındırıcı ile parlatılmış düzgün yüzey. Genel amaçlı bu parlak yüzeyden ayna kalitesinde bir yansıma beklenmez. Aşındırıcı ve yağ kullanılarak işlenmiş 4 numara yüzeye oranla daha düşük yansıtıcılıkta mat yüzey. Dekorasyonda ve süs eşyalarında parlaklığın arzu edilmediği yerlerde veya parlak elemanlarla kontrast oluşturmak amacı ile kullanılır. Çok ince taşlanmış yüzeylerin keçeleme ile çok parlak ve yansıtıcı özelliğe kavuşması hali. Ancak taşlama izleri tamamen yok edilmemiştir. Bir biri ardı sıra daha ince zımparalar kullanılarak taşlama ve keçeleme sonucu bütün taşlama izlerinin tamamen yok edildiği hal. Çok parlak ve yansıtıcı özellikte bir yüzeydir(ayna yüzey). Reflektör ve aynalarda kullanılır.

59 Güvenirlik ve emniyet Makinelerden kullanım ömürleri süresince herhangi bir yangın, patlama, veya yanlışlıkla üretim alanını, çevreyi, personeli etkileyecek herhangi bir sızıntıya yer vermeyecek şekilde minimum riskle çalışması beklenir (Dillon vd 1992). Avrupa Hijyen Mühendisliği ve Tasarım Grubu (EHEDG) gıda işleme ekipmanları için tasarımlar ve malzeme seçimi için pratik öneriler hazırlayıp yayınlamıştır. Bu grup 1989 da makine imalatçıları, gıda sanayi firmaları, araştırma enstitüleri ve halk sağlığı otoriteleri tarafından gıda ürünlerinin işlenmesi ve paketlenmesi sırasında hijyenin artırılması amacı ile kurulmuştur (Partington 2002) Yasal düzenlemeler Gıda ile temas eden yüzeylerde kullanılacak sağlık, güvenlik ve çevre kirliliği yönünden uyulması gereken kriterler kanun ve yönetmeliklerle belirlenmiştir. Türk gıda kodeksinde gıda ile temas eden yüzeylerin hangi malzemeden olması gerektiği, basınçlı kaplar yapılırken sağlamaları gereken imalat ve güvenlik kriterleri basınçlı kaplar yönetmeliğinde belirlenmiştir. Gıda işleme makinelerinde, gıda ile temas eden yüzeylerde kullanılması istenen paslanmaz çelik malzemedir. Ülkemizin Avrupa Birliği (AB) ile üyelik ilişkilerine başladığı bu günlerde gıda makineleri üreticilerinin, Avrupa Standartları Komisyonu (CEN) tarafından yayınlanan direktif ve önerilere göre imalat yapmaları gerekecektir. Bu düzenlemelerden biri olan Gıda İşleme Makineleri Temel Yaklaşımları, EN :1992 de makinelerin düzgün tasarımı, uygun montajı, doğru kullanımı, uygun temizliği ve bakımı ile oluşacak tehlikeler ve risklerin azaltılabileceği belirtilmiştir (Partington 2002). Yapılacak olan makine ve ekipmanların bundan evvel yürürlüğe giren ve bundan sonra girecek olan yasal düzenlemelere uygun olarak imalatı ve malzeme seçimi gerekliliği vardır.

60 Ekonomik faktörler Gıda işleme makineleri için en uygun paslanmaz çelik türünü seçerken teknik kriterleri karşılayan, emniyet ve güvenlik gereklerine uygun kanun ve yönetmeliklere uygun alternatifleri belirledikten sonra ekonomik faktörlere bakmak gerekmektedir. Bir makine yada ekipmanın maliyeti; ilk yatırım maliyeti, işletme maliyeti, bakım maliyeti, amortisman maliyeti gibi maliyetlerinin toplamıdır. İşletme ve bakım maliyeti sadece kullanılan enerji, malzeme ve bakım için gerekli işgücünün maliyeti toplamı değil aynı zamanda bakım ve tamirat amaçlı duruşlardan kaynaklanan üretim kayıpları toplamıdır. Elbette ilk yatırım maliyeti öncelikle göz önünde tutulması gereken faktördür, ancak tek kriter değildir. Malzemenin kullanım ömrü boyunca oluşturacağı maliyet malzeme seçerken dikkat edilmesi gereken en önemli konu olmalıdır (Dillon vd 1992). Paslanmaz çelikler her zaman ilk yatırım maliyetleri en düşük malzemeler değildir, ancak genellikle gıda makineleri imalatında kullanım ömür maliyetleri en düşük malzemedir. Kullanım ömür maliyeti analizlerine bakıldığında paslanmaz çeliklerin gerçekte en ucuz malzemeler olduğu görülür. Örnek olarak bir depolama tankının farklı malzemelerle imalatı sonucunda yapılan analiz sonuçları birim maliyet olarak Çizelge 5.6 da gösterilmiştir. Çizelge 5.7 (WEB_6 2004) Farklı çeliklerle imal edilmiş depolama tankı maliyet analizi Malzeme Malzeme İmalat ve Montaj Kullanım Ömür Maliyeti Maliyeti Maliyeti Karbon çeliği AISI AISI Son yıllarda gerek kullanımının hızla artması gerekse Çin ve Hindistan gibi ülkelerin artan paslanmaz çelik talebi nedeni ile paslanmaz çelik fiyatlarında önemli artışlar olmaktadır. Çizelge 5.7 de dünyadaki paslanmaz çelik fiyatlarındaki değişim

61 46 gösterilmiştir Mart ayı ile Şubat 2004 arasında yaklaşık % 50 lik bir fiyat artışı olmuştur. Bu artışın en büyük nedeni aynı dönemde nikel fiyatlarındaki aşırı artışıdır. Paslanmaz çeliklerin faydalı kullanım ömürleri sona erdiğinde bu çelikler %100 geri dönüşümlüdürler. Kullanılmış paslanmaz çelikler ergitme fırınlarına şarj edilerek yeniden paslanmaz çelik olurlar. Paslanmaz çelikler gerçek bir tamamen geri dönüşümlü malzemelerdir. Çizelge 5.8 Dünya paslanmaz çelik fiyatları değişimi( $/ ton) (Kayır 2003) Tarih AISI 304 AISI 316 Aralık Ocak Şubat Mart Şubat Özellikle gıda sanayi için alet ve makine üretirken ilk kriter kesinlikle korozyon direnci ve hijyen olmalıdır. Ekonomik kriterler daha alt sıralarda göz önüne alınmalıdır. Ekonomik faktörler ancak istediğimiz korozyon dayanımı ve hijyenik şartları aynı derecede sağlayabilen iki ve daha fazla malzeme arasında seçim yaparken kullanılması gereken bir kriterdir Önceki tecrübeler ve performans geçmişi Kullanım sürecinde oluşan tecrübeler malzeme seçiminde en önemli kriterlerden bir tanesidir. Bu yeni ve geliştirilmiş malzemelerin kullanılmayacağı anlamına gelmez. Ancak belirli bir paslanmaz çelik türü belirli bir kullanım alanı için güvenli ve ekonomik olarak uygun sonuçlar vermişse, aynı özellikteki çalışma koşullarında aynı malzemeyi sürekli olarak kullanmak aynı kullanım koşullarında farklı bir malzemeyi kullanmaktan daha az riskli ve daha fazla güvenilirdir. Eğer bir paslanmaz çelik türü belirli bir üretim tekniğine sahip gıda sektöründe korozyon dayanımı açısından yeterli

62 47 özelliklere sahipse o yerde sürekli olarak kullanılan paslanmaz çelik türünün değiştirilmesine gerek yoktur (Dillon vd 1992). Süt ve süt ürünlerinin üretiminde kullanılan araçlarda genellikle ostenitik paslanmaz çelik malzeme kullanılır. Yağ, bira ve süt ürünleri fabrikalarındaki, valf, pompa ve vanalar ostenitik paslanmaz çelikten üretilir. İçme suyu saflaştırma tesislerinde, ekmek fabrikalarında, ham gıda ürünlerinin pişirilip dondurulmasında, çikolata ve bisküvi fabrikalarında, kısaca gıda mamulünün sözkonusu olduğu her yerde ostenitik paslanmaz çelikler kullanılmaktadır (Parr and Hanson 1965, ASM Metals Handbook 1980). Tecrübeler sonucunda oluşan paslanmaz çelik seçim kriterlerinden bir tanesi Çizelge 5.8 de verilmiştir. Bu çizelgeden de görüleceği gibi temizlik ve hijyenin ve özellikle de korozyon dayanımının en öncelikli kriter olduğu gıda sanayi için paslanmaz çelik türleri içinde en uygun olan türün ostenitik paslanmaz çelik türü olduğu görülmektedir. Ostenitik paslanmaz çeliklerin genel korozyon ve tanelerarası korozyon dayanımının diğer türlerden daha üstün olduğu görülmektedir. İmal edilebilirlik açısından bakıldığında ise diğerlerine nazaran ostenitik paslanmaz çeliklerin tartışmasız üstün olduğu görülür. Yine bir imalata uygunluk özelliği açısından kaynaklı birleştirme ile yapılacak gıda işleme makineleri için ostenitik paslanmaz çelikler en uygun malzeme olarak karşımıza çıkmaktadır. Çizelge 5.9 Paslanmaz çelik seçimine etki eden faktörler (Aldemir 2000) Çelik tipi Ostenitik Martenzitik Ferritik Özellik Fiyat Genel Korozyon Tanelerarası Korozyon O C de Gerilme Yüksek Sıcaklıkta Büzülme Direnci Genleşme, Çekilebilirlik Düşük Sıcaklıkta Genleşme Isıl İletkenlik Kaynak Edilebilirlik İşlenebilirlik : En iyi avantaj, 0: En az tercih edilen

63 Paslanmaz Çeliklerin Gıda Sanayinde Kullanımı Sırasında Dikkat Edilmesi Gereken Noktalar Paslanmaz çeliklerin kullanımı sırasında yapılan küçük hatalar bu çeliklerden beklenen korozyon direncinde önemli düşüşlere sebep olmaktadır. Bunun için bu çeliklerin kullanımında çok dikkatli olunması ve titizlikle kullanım tavsiyelerine uyulması gerekmektedir. Paslanmaz çeliklerin gıda sanayinde doğru kullanımı sadece çeliğin doğru türünü seçme ile ilgili değildir. Bu çelikler gıda sanayinde kullanılırken taşıma, depolama, kesme ve şekillendirme, kaynak ile birleştirme ve imalat sonrası temizlikleri olmak üzere her aşamada kullanımları sırasında dikkat etmek gerekir Paslanmaz çeliklerin taşınması Paslanmaz çelikler dikkatle ve özenle taşınmalıdır. Bu özen paslanmaz çeliklerin üretildiği fabrikalardan servis merkezlerine, servis merkezlerinde işlenecekleri yerlere taşınması ve işlenerek bir makine veya ekipman haline gelen tasarımların kullanılacağı yere kadar olan taşıma aşamalarını kapsamalıdır. Taşıma sırasında dikkat edilmesi gereken en önemli konu paslanmaz çelik yüzeylere yabancı metallerin bulaşmasının ve yüzeylerin hasara uğramasının önlenmesidir. Paslanmaz çeliklerde en önemli ve zararlı metal bulaşması yüzeye demir parçacıklarının bulaşmasıdır. Bu bulaşma taşıma sırasında kullanılan çelikten imal edilen; taşıma ve kaldırma kolları, taşıyıcı araçların çelik kasaları ve yüzeyleri, kullanılan çelik halat ve zincirlerden kaynaklanır. Paslanmaz çeliklere demir metallerinin bulaşmasını önlemek için ağaç, plastik veya üzeri paslanmaz çelik kaplı karbon çeliğinden imal taşıma ve kaldırma ekipmanları kullanmak gerekir. Ayrıca polimer esaslı iplerin ve paketleme malzemelerinin kullanılması en uygun olan yöntemdir. Paslanmaz çelikler taşınması sırasında yüzeylerin çizilmemesine itina gösterilmelidir. Yüzeylerin çizilmesi ve hasara uğraması korozyon açısından olumsuzluklar meydana getirir. Paslanmaz çeliklerin taşınması sırasında uygun olmayan malzemelerin kullanılması sonucu oluşan hasarlar Şekil 5.2 de gösterilmiştir.

64 49 a b c Şekil 5.2 a) Paslanmaz çelik gıda işleme ekipmanları b) Yanlış taşıma sonucu oluşan paslanma c) Yanlış taşıma hasarının yakından görünüşü (WEB_7 2004) Paslanmaz çeliklerin depolanması ve kullanılması Paslanmaz çelikler ortamdaki demir metalleri ile kolayca etkileşime girdiğinden depolama ve çalışma ortamının temiz olması gereklidir. Paslanmaz çeliklerin depolandığı ve işlendiği alanların birbirinden ayrılmış durumda olması gerekir. Paslanmaz çelik depolama yerlerinin mümkünse örtülü bir alan olması daha iyidir. Eğer böyle depolama imkanı yok ve dışarıda depolama zorunlu ise üzeri bir örtü ile örtülmeli yada depolama yağmur suyu birikintileri ve çamurun paslanmaz çelik yüzeylere temas etmeyecek şekilde yapılması gerekir. Paslanmaz çeliklerin karbon çelikler ile teması, kir, yıkama asitleri kaynak artıkları ve taşlama sırasında oluşan kıvılcımlardan korunması gerekir. Depolarda paslanmaz çeliklerin hiçbir surette yüzeylerinde çizilme ve hasar olmamalıdır. Paslanmaz çeliklerin üzerinde yürünmemelidir. Çünkü bu çelikler kesinlikle kir, toz ve çamur gibi etkilerden korunmalıdır. Eğer mutlaka üzerinde yürümek gerekli ise araya kağıt, karton veya plastik malzemeler konarak yada ayaklara koruyucu plastik geçirilerek yürünmelidir. Paslanmaz çelikleri işlerken her aşamada demir parçacıklarının yüzeye yapışmasından kaçınmak gerekir. Bunun için paslanmaz çeliklerin taşlama artıklarından, kaynak artıklarından ve toz ve kirden uzak tutulmaları gerekir. Bunun için

65 50 en iyi yöntem atölyede paslanmaz çeliklerin ve karbon çeliklerin işlendiği alanların mutlaka birbirinden ayrı olması gerekir. Genel olarak paslanmaz çeliklerin depolanması ve işlenmesi sırasında dikkat edilmesi gereken nokta, karbon çelik bir yüzey ile paslanmaz çelik bir yüzeyin yan yana getirilmemesidir. Bu iki yüzeyin bir araya gelmesi iki malzemenin direk üst üste depolanması şeklinde olabileceği gibi taşıma ve kaldırmada kullanılan karbon çeliğinden imal taşıma kolları işlem masaları yada depolama için kullanılan bölmelikler olabilir. İşlem sonrasında kullanılan fırçaların daha evvel kesinlikle hiç bir karbon çeliği üzerinde kullanılmamış paslanmaz çelik fırça olmalıdır. Paslanmaz çeliklerin temizlenmesinde kesinlikle karbon çelik fırçalar kullanılmamalıdır. Paslanmaz çelik levhalar kesinlikle yatay konumda depolanmamalıdır. Paslanmaz çelik levhaların en uygun depolama şekli dikey pozisyonda depolamaktır. Daha evvel herhangi bir demir esaslı malzemeyi işlemede kullanılan takımlar kesinlikle paslanmaz çelik işleme için kullanılmamalıdır. Çünkü takıma yapışan demir tozları paslanmaz çelik yüzeye yapışarak korozyon oluşumuna neden olurlar. Paslanmaz çeliklerin işlem alanı ile karbon çeliklerin işlendiği alanları atölye içinde ayırmak; kaynak, taşlama ve kesme gibi işlemler sırasında demir parçacıklarının paslanmaz çelik yüzeyine yapışmasını engeller Kesme ve şekillendirme Paslanmaz çelikler mekanik ve ısıl kesme yöntemleri ile kolayca kesilebilirler. Ancak oksi-asetilen ile kesme uygun değildir. Paslanmaz çelikler şekillendirme açısından oldukça iyi özelliklere sahiptir. Özellikle ostenitik paslanmaz çeliklerin şekillendirilebilirliği gayet güzeldir. Diğer mühendislik malzemeleri ile karşılaştırıldığında ostenitik paslanmaz çelikler en kolay şekillendirilebilen malzemelerden biridir. Soğuk işlem sırasında mukavemetleri artar. Bu sayede karbon çeliklerinden daha fazla enerji depolayabilmektedirler. Paslanmaz çeliklerin şekillendirilmesi sırasında kullanılan takımların üzerinde karbon çelik işleme sırasında yapışmış demir parçacıklarının olmamasına dikkat etmek

66 51 gerekir. Bunun için paslanmaz çelik için bir presi yada herhangi bir takımı kullanmadan önce üzerinde demir yapışıp yapışmadığını metal dedektörü ile taramak gerekir. Bu işlemi yapmanın mümkün olmadığı hallerde kullanılacak takımların yüzeyleri her kullanımdan önce mutlaka temizlenmelidir. Paslanmaz çeliklerin işlenmesi sırasında oluşan hasarlar Şekil 5.3 de görülmektedir. Şekil 5.3 Paslanmaz çeliklerin işlenmesi sırasında oluşan hasarlar (WEB_7 2004)

67 52 6. GIDA SANAYİNDE PASLANMAZ ÇELİKLERİN KAYNAĞI 6.1 Paslanmaz Çeliklerin Kaynak Özellikleri Gıda sanayinde en çok kullanılan ve en ideal paslanmaz çelik türü ostenitik paslanmaz çeliklerdir.bu bölümde ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynak özellikleri, kaynağı ve kaynak sonrası işlemleri ile ilgili özellikleri belirlenecektir. Tüm paslanmaz çelikler herhangi bir ark kaynak yöntemi ile birleştirilebilir, ancak kaynak metali ve ısı tesiri altındaki bölgedeki korozyon dayanımı, artık gerilmeler, çarpılma ve dikişlerde çatlak oluşumu gibi hususlara dikkat edilmelidir. Paslanmaz çeliklerin direnç kaynağı da oldukça yaygındır. Karbon çeliğinden sonra en çok direnç kaynağı uygulanan malzeme paslanmaz çeliklerdir (The Lincoln Electric Co. 1994). Ostenitik çeliklerin düşük ısı iletimi, yüksek elektrik direnci ve manyetik olmamaları sonucu, kaynak sırasında karbonlu çeliklerden daha düşük kaynak akımları yeterlidir. Ancak ısıl genleşme katsayıları yüksek olduğundan çarpılma sorunu vardır. Kaynak süreleri çok kısa olduğundan karbür çökelmesi nedeni ile korozyon dayanımında önemli bir düşme olmaz. Ancak bindirme şeklinde yapılan nokta kaynaklarında belirli ortamlarda aralık korozyonu problem oluşturabilir. Çok yaygın olmasa da martenzitik ve ferritik türlerde de direnç kaynağı uygulanabilir. Kaynak sonrası soğumada martenzit oluşumu söz konusu ise temperleme için ikinci bir akım uygulaması gerekebilir. Paslanmaz çeliklerde genellikle gaz ergitme kaynağı hemen hemen hiç uygulanmaz. Gaz kaynağında kaynak metalini oksidasyondan veya karbürasyondan koruyan bir kaynak atmosferi oluşturmak oldukça güçtür Ostenitik paslanmaz çeliklerde kaynak kabiliyeti Ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynağına geçmeden önce bu çeliklerin ısı iletim kabiliyetinin karbonlu çeliklerin üçte biri kadar olduğu bilinmelidir. Bu durum, kaynak yapılan bölgede sıcaklığın daha uzun süre kalacağını gösterir. Genleşme katsayılarının

68 53 ostenitik çeliklerde, karbonlu çeliklerden % 50 kadar daha fazla olduğu bilinmelidir (Şekil 6.1). Bu husus yalnız kaynakçıyı değil, tasarımcıyı da ilgilendirir. Paslanmaz çeliklerin özgül elektrik direncinin, karbonlu çeliklere göre 4 7 misli daha yüksek olduğu bilinmelidir. Çünkü bu üç faktörün paslanmaz çeliklerin kaynak kabiliyeti üzerine etkisi büyüktür. Şekil 6.1 Paslanmaz çelik ile karbon çeliğinin ısıl genleşmelerinin ve ısı iletim kabiliyetlerinin karşılaştırılması (WEB_7 2004) ITAB bölgesi Kaynak esnasında özellikle kaynak dikişinde ve ısı tesiri altındaki bölgede (ITAB) malzemede çok yönlü değişimler meydana gelmektedir. ITAB ın genişliği ve özellikleri büyük ölçüde kullanılan kaynak yöntemine ve kaynak parametrelerine bağlıdır. Bu bölgede mukavemet ve sertliğin artması ile, toklukta bir azalma görülür, diğer bir ifade ile malzeme gevrekleşir. Bu durum kaynaklı konstrüksiyonların güvenliği bakımından önemli bir özelliktir. Kaliteli ve güvenilir kaynak dikişlerinin elde edilebilmesi ve gerektiğinde bazı önlemlerin alınabilmesi için özellikle kaynak dikişi ile esas metal arasındaki ısı tesiri altındaki geçiş bölgesindeki kaynak esnasında meydana gelen olayların yakından bilinmesi gerekir (Gülsöz 2003).

69 54 Kaynak Dikişi ITAB Isı Girdisi Kaynak Banyosu Ana Metal Şekil 6.2 Isı tesiri altındaki bölgenin (ITAB) şematik gösterimi (WEB_8 2005) Ostenitik paslanmaz çeliklerin soğuması esnasındaki davranışları Ostenitik paslanmaz kaynak metali soğuma sırasında ince taneli, genellikle %3 %8 arasında ferrit içeren bir döküm yapısı oluşturur. Ferritli kaynak metali tümüyle ferritsiz kaynak metaline oranla daha ince taneli yapıya sahiptir. Burada ferrit miktarı kaynak metali analizinin ana metalden biraz farklı olmasına bağlıdır. Yine de, aynı kaynak metali analizi değişik ferrit miktarları gösterebilir. Bu miktar ısı girdisine, soğuma hızına ve bazı özel durumlarda ana metal ile karışım oranına bağlıdır. Kural olarak % 0,05 C li ostenitik paslanmaz kaynak metallerinde kritik alandan aşağı süratle geçildiğinde kaynaktan sonra karbür çökelmesi görülmez. Buna karşın; kaynak metali yanlış bir ısıl işlem veya aşırı çalışma koşulları sonucu 550 ºC 850 o C arasında yeniden ısıtılırsa % 0,04 % 0,06 karbon miktarlarında zararlı karbür çökelmeleri oluşabilir (Kanbollu 1996) Karbon ve nikel miktarının ostenitik paslanmaz çelik üzerindeki etkisi Paslanmaz çelikler, karbonun % 0,10 a kadar düşürülmesi ile daha yaygın kullanım sahası bulabilmiştir. Yaklaşık % 0,80 e kadar karbonlu olan bu çeliklerde karbonun çoğu titanyum ve niyob ile bağlanarak daha az zararlı karbürler oluşturur. Bir kaynak dikişinde bulunabilecek karbon miktarını saptayan en önemli etkenler aşağıdadır: 1-Çeliğin bileşimi ve ısıl işlem koşulları 2-Kaynak yönteminin ve kaynak sırasındaki ısı girdisinin etkisi 3-Kaynak dikişinin, içinde bulunduğu korozyon ortamıdır.

70 55 Karbonun ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynak kabiliyeti üzerine etkisi incelenirken kaçınılmaz olarak kaynakların korozyon dayanımına etkisi de ele alınmalıdır. Çatlama riskini azaltmak üzere bazı durumlarda kaynaklı konstrüksiyona gerilim giderme tavlaması uygulanır. % 13 kromlu paslanmaz çelikler sertleşmeye büyük eğilim gösterdiklerinden çoğunlukla kaynaktan önce ve sonra ısıl işlem uygulanarak kaynak edilir. Paslanmaz çeliklerin en önemli alaşım elementlerinden olan nikel miktarının kaynak nüfuziyetine etkisi çok fazladır. Artan nikel miktarına bağlı olarak nüfuziyet azalmaktadır (Şekil 6.3). Bu durumu nüfuziyeti artırmak için yüksek kaynak akımı kullanarak aşmaya çalışmak doğru değildir. En uygun kaynak elde edebilmek için kaynak ekipmanları üreten firmaların tavsiyelerine uyulması, elektrot ve gaz üretici firma tavsiyelerine uyulması gerekmektedir. a b c Şekil 6.3 a) Ni oranı %0 olan çelikteki kaynak nüfuziyeti b) Ni oranı %8 olan çelikteki kaynak nüfuziyeti c) Ni oranı %25 olan çelikteki kaynak nüfuziyeti (WEB_7 2004)

71 56 Kaynaklı konstrüksiyonlarda ostenitik paslanmaz çelikler seçilirken, aşağıdaki noktalara dikkat edilmelidir. 1- Çelik kalitesinin hizmet koşullarındaki korozyon ortamına uygunluğu. 2- Soğuk şekil değiştirme ve kaynak işlemlerinin çeliğin kimyasal bileşimine, özellikle karbon miktarına etkisi (Kanbollu 1996) Ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynağında parametre seçimi Paslanmaz çeliklerin ısı iletim katsayılarının düşük olması nedeni ile verilen ısı enerjisi parça içinde kalacak ve parça çabuk ısınacaktır. Bu nedenle mümkün olduğunca izin verilen akım şiddetlerinin alt değerleri ve küçük çaplı elektrodlarla çalışılması gerekmektedir. Böylece her pasoda verilen ısı enerjisi miktarı daha az olacaktır. Elektrod seçiminde ana kural olarak esas metal ile kaynak metalinin aynı bileşime sahip olması istenmektedir. Nüfuziyet sağlamak için kök pasolara bazik örtü karakterli elektrodlar ile, pasonun düzgünlüğü ve ince tutuluşu, kolay tutuşturulması ve curufun kolay kalkması nedeni ile soğumanın hızlı olması için de kapak ve diğer pasolara rutil örtü karakterli elektrodlar tercih edilmelidir. Ayrıca her pasodan sonra kaynak dikişinin en az 50 o C ye kadar soğutulması gerekmektedir. Akım türü olarak, bazik örtülü elektrodlara doğru akım yüklenmeli ve ters kutuplama ile kaynak yapılmalı, rutil örtülü elektrodlar için alternatif veya doğru akım önerilmelidir. Kaynaklı yapıda oluşacak çarpılmaların önlenmesi bunun için de parçaya verilecek ısı girdisinin azaltılması gereklidir. Bu nedenle belirli kalınlık değerlerine kadar parçaya hiçbir ağız açılmaksızın iki sac bir araya getirilerek tek pasoda kaynak yapılmalıdır. Kalınlığın artışı ile birlikte kaynak ağzı açılır. Parça kalınlığında artış devam ettikçe verilen ısı miktarı artacak ve kaynak ağzı şeklini değiştirmek gerekecektir. Yapılan deneysel çalışmalar sonucuna göre, 3 4 mm kalınlık değerlerine kadar I-kaynak ağzı, mm kalınlığa kadar V-kaynak ağzı, 12 mm kalınlıktan sonra X-kaynak ağzı tavsiye edilir. Ağız açısı için her hangi bir kısıtlama olmayıp 60º 70 o

72 57 alınır. Sıcak çatlama tehlikesi nedeni ile paslanmaz çeliklerde iç köşe ve bindirme dikişlerinden kaçınılmalıdır (Anık vd 1991) Ostenitik paslanmaz çelik kaynak metallerinde delta ferrit Ostenitik krom nikelli paslanmaz çeliklerin üretimlerinde, sıvı halden itibaren katılaşma başlayınca, ostenitik ve delta ferrit taneleri oluşmaya başlar. Bu ferrit ostenitin dönüşümü sonucunda ortaya çıkan ferritten farklıdır. Katılaşma normal olarak ingota dökülen bir sıvı metalin katılaşmasında görülen hızla oluştuğu zaman bu çeliklerin yapısı ostenit taneleri arasına serpilmiş delta ferrit taneciklerinden oluşur. Bu faz krom ve ferriti dengeleyen elementler yönünden zengin, nikel ve osteniti dengeleyen elementler yönünden fakirdir. Bu fazın oluşumu, çelik üreticilerinin istemediği bir durumdur. Çünkü malzemenin sıcak şekillendirilmesini zorlaştırır ve malzemede çatlakların oluşumunu teşvik eder. Bu fazın sürekli olarak tanecik sınırlarında bulunması korozyon direncini azaltır. Ayrıca, yüksek sıcaklıklarda uzun süre delta ferrit fazıyla karşı karşıya kalınması sonucunda da malzemenin mukavemetinde ve şekillendirme kabiliyetinde azaltıcı yönde etkiyen sert ve gevrek delta ferrit fazının oluşumu gibi sorunlarla karşılaşılır. Delta ferrit bulunduran kaynak metali taneler arası korozyona karşı hassastır. Ancak şu da unutulmamalıdır ki elektrod üreticileri ferrit içeren kaynak metallerinin, ferrit içermeyen kaynak metallerine nazaran sıcak çatlaklara karşı daha dirençli olduklarını bulmuşlardır ve günümüzde paslanmaz elektrodlar ve teller kaynak metalinde daima bir miktar ferrit bulunacak şekilde üretilirler (Odabaş 2002) Ostenitik paslanmaz çelik kaynak metallerinde delta ferritin saptanmasında Schaeffler diyagramı Ostenitik paslanmaz kaynak metallerinin mikroyapıları ilave metal ile kaynak yapıldığında esas metalinkinden farklıdır. Tamamen ostenitik alaşımların eşdeğer bileşimdeki kaynak metalinin az miktarda delta ferrit içerdiği görülür. Çeşitli alaşımlı elektrodların kullanımı kaynak metalinin metalurjik yapısını değiştirebilir. Bu amaçla kaynak metalinin kimyasal bileşimini saptamak üzere değişik diyagramlar geliştirilmiştir. Bu diyagramlardan bir tanesi Schaeffler diyagramıdır. Bu diyagramda

73 58 ferriti dengeleyici elementler krom eşdeğerliliği olarak yatay eksende, osteniti dengeleyici elementler ise nikel eşdeğerliliği olarak düşey eksende yerleştirilmişlerdir (Kanbollu 1996). Schaeffler diyagramı herhangi bir çeliğe ait iç yapının, sözkonusu çeliğin sahip olduğu kimyasal analize göre belirlenmesinde kullanılır. Bu diyagramla, kaynak edilen parçaların ve dolgu metalinin cinsine göre kaynak işleminden sonra oluşan ergimiş bölgenin yapısını da belirlemek mümkündür. Bu diyagramda ferrit oluşturucu elementler krom eşdeğeri-cr eş ile, östenit oluşturucu elementler ise nikel eşdeğeri-ni eş ile ifade edilmektedir. (Ni) eş =%Ni+30(%C)+0.5(%Mn) (6.1) (Cr) eş =%Cr+%Mo+1.5(%Si)+0.5(%Nb) (6.2) Ana metallerinkine benzer analize yada farklı analize sahip dolgu metallerinin kullanılması ile gerçekleştirilen heterojen bağlantılarda Schaeffler diyagramı (Şekil 6.4) büyük yararlar sağlamaktadır. Şekil 6.4 Schaeffler diyagramı (Önal 1997)

74 59 Schaeffler diyagramındaki bölgelerin özellikleri: a) Ostenit: Sıcaklık ve korozyona karşı dayanıklıdır. Sıcak çatlak oluşma riski vardır. b) Ostenit +%5 %10 Ferrit: Korozyon dayanımı yüksektir. Çatlamaya karşı hassas değildir. c) Ostenit + %15 %30 Ferrit: korozyona dayanımı orta seviyededir. Yüksek sıcaklıklarda ise çatlamaya karşı hassas bir yapı oluşmaya başlar. d) Ferrit: Yüksek sıcaklıklarda tane büyüme riski vardır. e) Ostenit+Martenzit: Çatlama riski vardır. Ön tav uygulanması önerilir. f) Ostenit+Martenzit+Ferrit: Çatlama riski vardır. Ön tav uygulanması önerilir. g) Martenzit+Ferrit: Çatlama riski vardır. Ön tav uygulanması önerilir. h) Martenzit: Çatlama riski yüksektir. Kırılgan yapıya sahiptir (Odabaş 2002) Krom karbür çökelmesi ve tanelerarası korozyon Ostenitik paslanmaz çelikler tavlandıktan sonra soğurken 500ºC 900ºC arasındaki sıcaklıklardan geçerken (özellikle 450ºC 850ºC sıcaklık aralığında uzun süre kaldıklarında) iç yapılarında krom karbür çökelmesi oluşur. Böylece tane sınırlarında bir krom azalması ve dolayısı ile de tanelerarası korozyon meydana gelir. Paslanmaz çeliklerin kaynağında, sıcaklığın 450ºC nin üzerine çıkması ile karbonun difüzyon hızı, karbon molekülünü tane sınırlarından dışarı çıkaracak kadar artar. Tane sınırlarında biriken karbon, kroma karşı olan yüksek ilgisinden dolayı bu bölgede krom ile birleşerek krom karbür oluşur. Oluşan krom karbürün ağırlık olarak %90 ını krom oluşturduğundan, çok karbon bulunması halinde bile, tane sınırlarında kromca bir zayıflama meydana gelir (Şekil 6.5). Bunun sonucunda malzeme korozif bir ortamda bulunduğunda, kromca zayıflamış olan tane sınırlarında korozyon oluşur. Bu şekilde ortaya çıkan tanelerarası korozyon bütün malzemeyi çok kısa bir zamanda kullanılamaz hale getirir. Çeliğin karbon içeriği arttıkça bu olay şiddetlenir.

75 º 650º 25º Cr 2 C 3 304L, Cr-azalması Şekil 6.5 Tanelerarası korozyon oluşan bölge (Coates 2003) Ostenitik krom nikelli paslanmaz çeliklerin kaynağı esnasında ergiyen bölge çok kısa bir zamanda katılaşıp hızla soğuduğundan ve elektrod olarak kullanılan alaşımların karbon içeriği de düşük olduğundan, kaynak metali, yani kaynak dikişi için karbür çökelme tehlikesi mevcut değildir. Belli bir karbon içeriği için karbür çökelmesi olayının şiddeti sıcaklık ve zamana bağlıdır. Çökelme başlamadan önce sıcaklık ile değişen bir kuluçka periyodu vardır. Çökelmenin en kısa sürede başladığı bir sıcaklık vardır ki buna kritik sıcaklık denir (Çizelge 6.1). Bu çizelgede de görüldüğü gibi, karbon içeriğinin azalması, kuluçka periyodunu uzattığından bu tehlike ortadan kalkacaktır.

76 61 Çizelge 6.1 Karbon içeriğine bağlı olarak çökelme için gerekli kuluçka periyodunun sıcaklık ile değişimi (Kanbollu 1996) Kuluçka Karbon içeriği Kritik periyodu (%) sıcaklık( o C) (min) 0, , ,06 2, ,08 0,3 750 Şekil 6.6 da tanelerarası korozyonun neden olduğu malzeme hasarı görülmektedir. Şekil 6.6 Tanelerarası korozyon sonucu malzemede oluşan hasar (Coates 2003) Gerilmeli korozyon Bu korozyon malzemenin gerilme altında korozif bir ortamda bulunması halinde ortaya çıkar. Tane sınırlarında karbür çökelmesi gerilim-korozyon çatlaklarının oluşmasını kolaylaştırır. Gerilmeli korozyon tanelerarası ve taneler içi kırılmalar şeklinde kendini gösterir. Gerilmeli korozyon çatlaklarının oluşması için gerekli koşul, malzeme içinde çekme gerilmelerinin bulunmasıdır. Kaynaklı konstrüksiyonlarda presleme, bükme ve kaynak sonucu çekme gerilmeleri bulunur. Yüksek iç basınç ve hizmet sırasında yüksek sıcaklık bu gerilmeleri artırır. Klorürlü, bazlı ve halojen

77 62 sülfürlü ortam gerilim korozyon çatlamasını hızlandırır. Çünkü kaynak artık gerilmeleri ve parçanın kullanılacağı kimyasal ortam çatlakların ilerlemesini teşvik eder (Kanbollu 1996). Şekil 6.7 de gerilmeli korozyon sonucu basınç altındaki dikey borularda oluşan hasar görülmektedir. Şekil 6.7 Gerilmeli korozyon sonucu malzemede oluşan hasar (Coates 2003) Sigma fazı Sigma fazının, ferritik kromlu paslanmaz çeliklerde görülmesinin yanı sıra, %9 dan daha az nikel içeren ostenitik paslanmaz çeliklerde kaynak bölgesinde oluşması, bu tür çeliklerin de kaynak kabiliyetini olumsuz yönde etkiler. 550ºC 925 o C sıcaklık aralığında oluşan sert, kırılgan ve magnetik olmayan bir metaller arası bileşiktir. Sigma fazının (800 HV 1000 HV) oluşabilmesi için ostenitik yapı içinde bir miktar da ferrit bulunması gerekir. Bu faz genellikle çeliğin, alaşımın bileşimine göre 650ºC 900 o C arasında bir sıcaklıkta ve uzun süre tutulması sonucu ferritten dönüşüm suretiyle teşekkül eder. Aynı zamanda soğuk şekil değiştirme, niyob, molibden, silisyum gibi elementlerin mevcudiyeti sigma fazının oluşumunu teşvik eder. Sigma fazının bulunması çeliğin uzama, büzülme ve çentik darbe mukavemetini düşürdüğünden varlığı arzu edilmez. Bu ferritin sigmaya dönüşümünde sigma, daha önceden tahmin edilenden çok daha hızlı şekilde oluşmakta fakat bu dönüşüm sadece karbür çökelmesinden sonra meydana gelmektedir. Karbür çökelmesini yok etmek için uygulanan ısıl işlem sigma fazınında

78 63 yok olmasını sağlar.aşağıdaki şekillerde oluşan sigma fazının optik mikroskop (Şekil 6.8) ve elektron mikroskobu (Şekil 6.9) ile görünüşleri verilmiştir. Şekil 6.8 Optik mikroskop altında sigma fazının görünüşü (WEB_9 2004) Şekil 6.9 Elektron mikroskobu altında sigma fazının görünüşü (WEB_9 2004) Karbon miktarı ile pitting (delik korozyonu) ilişkisi Karbon, krom karbür olarak tane sınırlarında çökelmişse, pitting kolaylaşır. Pitting saldırısı pasif filmin yüzey hatası, curuf kalıntısı veya parçaya yapışan kalıntılar gibi zayıf bir noktasından başlar. Bu zayıf nokta kendisini çevreleyen ve anodu oluşturan pasif yüzeye oranla çok düşük bir alana sahip anodik pil oluşturur. Anodik noktada belirlenen yüksek akım yoğunluğu sonucunda pasif film zedelenir. Klorürlü ortam da pittinge duyarlılık gösterir. Bu nedenle hareket etmediği veya akış hızı çok yavaş olduğu zaman deniz suyu kolaylıkla pittinge yol açabilir. Yüksek miktarda Cr ve Mo içerdiği için kaynak bünyesindeki ferrit pittinge dayanıklıdır. Kaynak metalinde saldırı, kromu azalmış ferrit-ostenit sınırına yönelecektir. %3,5 %4,5 molibdenli ostenitik

79 64 paslanmaz çelikler çeşitli vakalarda pittinge karşı iyi bir mukavemet göstermişlerdir (Kanbollu 1996) Sıcak çatlama hassasiyeti Ostenitik çelik kaynakları bazı hallerde, aşağıdaki iki belirtici özelliği olan bir çatlama şekline hassas olurlar; a) Çatlama, çok yüksek sıcaklıklarda, muhtemelen 1200 o C nin üstünde, soğuma sırasında meydana gelir. b) Çatlaklar dentritler arasında olur, yani soğuma dokusunun kristal sınır birleşmelerini takip eder. Genel olarak, tam soğumadan sonra tamamen ostenitik olan kaynakların, çatlamaya en hassas oldukları görülür. Bütün diğer koşullar aynı kalmak suretiyle, yüksek sıcaklıkta çatlama hassasiyeti ferrit eğilimi attıkça azalır. Bunun yanında kaynak ısısından etkilenmiş bölge de yüksek sıcaklıkta çatlamaya hassas olabilir. Yine ana metale yeterli bir ferritik eğilim vererek bu çatlamayı önlemek mümkündür. Doğal olarak çatlamanın temel nedeni, çekme gerilmelerinin varlığında aranır. Çatlama ile ilgili olarak öne sürülen bütün izah tarzları, yüksek sıcaklıkta çatlamayı katılaşmada ayrılıp toplanma (segregasyon) olaylarına bağlamaktadır. Bu ayrılma sonucunda katılaşma ilerleyip çekme gerilmeleri arttıkça geri kalan sıvı baz elementlerden yana zenginleşmektedir. Alaşım ve ilave elementler bakımından; nikel,tantal, silisyum, titanyum ve niyob çatlama eğilimini artırır. Krom, tungsten, manganez, molibden ve azot ise çatlama eğilimini azaltır. Çatlamayı önlemek için en çok uygulanan tedbir, kaynakta ergimiş metal bileşimini % 1 %8 ferrit ihtiva edecek şekilde ayarlamaktır. Burada çatlama mukavemetini menfi olarak bozan elementler, ostenite nazaran ferrit içinde daha çok ergimektedir (Anık ve Vural 1991).

80 Ostenitik paslanmaz çeliklerde ısıl işlem Ostenitik krom-nikelli paslanmaz çelikler sıvı halden itibaren katılaşma başlayınca, ostenit tane sınırları içerisine serpiştirilmiş delta ferrit tanecikleri oluşur. Bu yapıda sıcak şekil değiştirme sırasında malzemede çatlaklar oluşturur. Bu nedenle bu yapının oluşmaması için, soğumanın çok yavaş bir hızla seyretmesi gereklidir. Krom-nikelli paslanmaz çeliklere, kaynaktan sonra 800ºC 925 o C arasında bir gerilim giderme tavlaması uygulanır. Eğer kaynak işleminden sonra iş parçası başarılı bir şekilde hızlı soğutma işlemine tabi tutulabilmişse, parçalara kaynak sonrası ısıl işlem uygulanmasından kaçınılmalıdır (Kanbollu 1996) Ostenitik paslanmaz çeliklerin diğer metallerle kaynak edilebilirliği Günümüzde, endüstriyel uygulamada kullanılan malzemelerin çok çeşitli olması dolayısı ile, birbirinden farklı özelliklere sahip bu malzemeleri birbiri ile birleştirmek zorunluluğu doğmaktadır. Bunun için birbiri ile kaynak yapılarak birleştirilecek bu malzemelerin fiziksel, mekanik ve metalurjik özelliklerinin iyi bilinmesi gerekmektedir. Farklı iki malzemenin kaynak ile birleştirilmesi ve bunun için en uygun ilave metal seçilmesi, oldukça zor bir problemdir. Ayrı iki cins malzemenin birleştirilmesi ile elde edilen kaynak dikişi yalnız ilave metalden meydana gelmez. Bağlantı bir geçiş bölgesi gibi, iki esas malzemeden de önemli miktarda alaşım elemanlarını bulundurur. Şimdiye kadar prensip olarak ilave metal, kaynak yapılan esas malzemeden daha yüksek miktarda alaşım elemanı ihtiva ederdi. Bu prensip oldukça memnuniyet verici olmasına rağmen, bir çok kereler kaynak yerinin istenmeyen özellikler kazanmasına neden olmaktadır (Anık vd. 1993). Farklı metallerin kaynağında dikkat edilmesi gereken faktörleri şöyle özetleyebiliriz: a) Kaynak metalinde ergimenin kontrolü b) Kaynak ağız bağlantısının yapısal kararlılığı c) Fiziksel özellikleri d) Korozyon dayanımı (Cebekan 1988).

81 Ostenitik Paslanmaz Çeliklerin Kaynağında Uygulanan Kaynak Yöntemleri Paslanmaz çelikler, çağımız endüstrisinin en vazgeçilmez malzemeleri arasına girmişlerdir ve her gün kullanım alanları artmaktadır. Her türde ve biçimde bulunabilen ve kolaylıkla şekillendirilebilen bu çeliklerin geliştirilmiş kaynak yöntemleri ile başarılı bir biçimde kaynak edilebilmeleri uygulama alanlarını daha da genişletmektedir (Tülbentçi 1995). Paslanmaz çelik yapı elemanlarının birbiri ile veya farklı çelikler ile birleştirmelerinde kullanılan kaynak yöntemleri ergitme kaynak yöntemleri ve basınçlı kaynak yöntemleri olarak ikiye ayrılır. 1. Ergitme Kaynak Yöntemleri a) Gaz ergitme kaynağı b) Örtülü elektrot ile ark kaynağı c) Ergiyen elektrod ile gazaltı kaynağı (MIG/MAG) d) Ergimeyen elektrod ile ark kaynağı (TIG) e) Plazma arkı ile kaynak f) Tozaltı kaynağı g) Elektron ışın kaynağı h) Lazer ışını kaynağı 2. Basınçlı Kaynak Yöntemleri a) Elektrik direnç kaynak yöntemleri b) Sürtünme kaynağı c) Difüzyon kaynağı (Önal 1997) Gaz ergitme kaynağı Ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynağı için tavsiye edilen bir yöntem değildir. Genellikle tamir işlerinde kullanılan oksi-asetilen kaynağı,ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynağında özellikle ince sacların birleştirilmesinde nadiren kullanılır.

82 Örtülü elektrot ile ark kaynağı Örtülü elektrot ile ark kaynağı yöntemi, uygulamada demir ve demir olmayan metal ve alaşımlarının kaynağında her kaynak pozisyonunda kullanılabilir. Ancak bu kaynağı uygularken, teknik donanım kadar kaynakçının bilgisi de büyük önem taşımaktadır. Bir kaynak yönteminin diğerine tercih edilmesinde ise şu faktörler göz önüne alınır; a) Uygun kaynak cihazlarının varlığı ve kurularak kullanılabilirliği b) Kaynak edilecek malzeme kalınlığı c) Kaynağın gerçekleştirildiği ortam d) Kaynak pozisyonu e) Malzemenin kimyasal bileşimi f) Yardımcı donanım ve ekipmanın bulunabilirliği. Örtülü elektrod kaynağında dikkat edilmesi gerekenler: Örtülü elektod kaynağında kullanılan elektrod türleri çok fazla olup ana metalin türüne uygun olarak elektrod seçimi yapılmalıdır. Kullanımı kolay ve her pozisyonda kaynak yapma imkanı vardır. Bu kaynak daha çok tamir ve montaj kaynaklarında tercih edilmelidir. Ayrıca kullanılan elektrodların mutlaka kuru olması gerekir. Bunun için elektrodlar uygun şekilde depolanmalı ve ön ısıtma gerekiyorsa mutlaka yapılmalıdır. Bu kaynakta curufun temizliği önemlidir. Bu temizliğin dikkatle ve hassasiyetle yapılması gerekir (Anık 1991). Paslanmaz çeliklerin fiziksel özelliklerinden dolayı kaynak bölgesinde karbonlu ve az alaşımlı çeliklerin kaynağına nazaran daha fazla kendini çekme olayının meydana geldiğini daha önce belirtmiştik. Bu olay dikişin soğuması sırasında bu bölgede şiddetli iç gerilmelere dolayısıyla çatlama tehlikesine yol açar. Bu nedenle, kaynak edilecek yapı elemanında kaynak dikişlerinin en az gerilme birikimi oluşacak bölgelere kaydırılması gerekir. Özellikle kesişmiş kaynak dikişleri ile çift taraflı iç köşe dikişlerinin mümkün olduğu kadar kaçınılmalıdır. Kaynak ağızlarının standartlara uygun hazırlanması, paslanmaz çelik ve elektrot üreticilerinin önerilerine uyulması gereklidir. Aksi takdirde yapı elemanı çok kısa bir servis ömrüne sahip olacaktır. Şekil 6.10 da örtülü elektrot ark kaynağı prensip şeması görülmektedir.

83 68 Yüksek mukavemetin gerekli olduğu veya dinamik zorlamaların etkin olduğu hallerde parça tüm kesiti boyunca kaynatılmak zorundadır ve dikiş tam bir nüfuziyete sahip olmalıdır. Şekil 6.10 Örtülü elektrot ark kaynağı prensip şeması (WEB_ ) Korozyon direnci bakımından, kaynak metalinin kimyasal bileşiminin esas metale çok yakın olması gerekmektedir.bunun için doğru elektrot türünün seçimi önemlidir. Doğru elektrot türü için genel seçim kriterleri Çizelge 6.2 de verilmiştir. Ostenitik krom-nikelli paslanmaz çelikler sıcak çatlamaya karşı duyarlıdır. Bu durumda alınması gereken önlemler ve dikkat edilmesi gereken konuları şöyle sıralayabiliriz; 1- En küçük elektrot çapı seçilmelidir. 2- En düşük akım şiddeti kullanılmalıdır. 3- Elektrota zigzag hareketi verilmeli ve pasolar ince çekilmelidir. 4- Çok pasolu kaynaklarda her paso çekildikten sonra parça oda sıcaklığına kadar soğutulmalı ve ikinci paso sonra çekilmelidir. Soğuma olanaklar ölçüsünde hızlı bir şekilde gerçekleştirilmelidir. 5- Kaynağın bitimindeki krater mutlaka doldurulmalı, kaynak sırasında çatlak saptanırsa taşlanarak yok edilmeli ve sonra kaynatılmalıdır (Kanbollu 1996).