PASLANMAZ ÇELİKLER ve PASLANMAZ ÇELİKLERİN KOROZYONU Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER

Transkript

1 PASLANMAZ ÇELİKLER ve PASLANMAZ ÇELİKLERİN KOROZYONU

2 İçinde %12den fazla Cr ve bunun yanında bir miktarda Ni içeren, korozyon direnci alaşımsız çeliklere göre daha yüksek olan Fe-Cr-Ni alaşımlarına genel olarak paslanmaz çelik adı verilir. Kristalografik yapılarına göre veya diğer bir deyişle iç yapısına göre martenzitik paslanmaz çelik, ferritik paslanmaz çelik, östenitik paslanmaz çelik, dubleks (çift fazlı) paslanmaz çelik ve çökelme sertleşmesi gösteren paslanmaz çelik olarak olarak beş grupta incelenebilir. Paslanmaz Çelik

3 Martenzitik Paslanmaz Çelik %12-20 Cr içerirler. AISI 403, AISI 410, AISI 414, AISI 416 vb. AISI 420 kalitesi bu tip paslanmaz çelik grubuna dahildir ve %0,2 civarında karbon %13 civarında krom içerirler Isıl işlem ile sertleştirilebilirler. Çelikler gibi su verme işlemleri sonunda yapıda martenzit oluşur ve sertleşir. Korozyon dirençlerinin yanısıra mekanik özellikleri nedeniyle de tercih edilirler. Bu tip paslanmaz çelikler mukavemet açısından diğerlerine göre çok daha iyi özellikler göstermesine rağmen paslanmazlık özelliği en düşük olanıdır ve paslanmazlığın yanısıra yüksek mukavemet ve sertleşebilirlik özelliklerinin bir arada bulunmasının istendiği yerlerde uygulama alanı bulurlar. Korozyon dirençleri alaşımsız ve düşük alaşımlı paslanmaz çeliklere göre iyi fakat östenitik paslanmaz çeliklere kıyasla daha kötüdür. Atmosferik korozyona, tatlı su, asit ve farklı kimyasallara dirençli olmalıdır C sıcaklığa kadar oksitlenme dirençleri iyidir. Başlıca uygulama alanları: yaylar, somun,ve perçinler, sübap ve kolları, vidalar, pompa parçaları, kesici aletleri, dişçilik ve ameliyat aletleri

4 Ferritik Paslanmaz Çelik %15-30 Cr içeren kübik hacim merkezli kafes yapısına sahip, faz dönüşümü göstermediği için sertleştirilemeyen paslanmaz çeliktir. AISI 405, AISI 430, AISI 446 vb.gibi türleri vardır. Bileşiminde krom oranının fazla olması, oksidasyon direncinin de yüksek olmasına neden olur. Ferritik paslanmaz çelik içindeki krom, azot ve karbon oranı; çeliğin korozyon direncini ve mekanik özelliklerini belirleyen önemli elementlerdir. Krom miktarının artması korozyon dayanımını arttırır. Karbon ve azot miktarının ise belli değerlerin üzerinde olması tokluk, kaynak kabiliyeti ve soğuk şekillendirme özelliklerini olumsuz yönde etkilemektedir. Atmosferik korozyona dirençlidirler.östenitik paslanmaz çeliklere göre paslanmazlık özelliği daha düşük olan bir çelik türüdür ve bu nedenle paslanmazlık özelliğinin çok ciddi boyutlarda istenmediği otomotiv sanayi gibi alanlarda daha çok kullanım alanı bulurlar. Ostenitik paslanmaz çeliklere göre daha gevrek mukavemet özellkleri gösteren bu tip çelikler paslanmaz çeliklerde bir dezavantaj teşkil eden manyetik özellikler gösterirler ve içeriğinde %11,5 ile %16,5 arasında krom içeren türleri bulunmasının yanısıra %0,5'den daha az miktarda nikel içerirler. Başlıca uygulama alanları: petrol endüstrisindeki tankların astar ve boru sistemleri, türbin kanatları, ısı değiştirici ve kazan boruları, depolama ve taşıma tankları vb.

5 Östenitik Paslanmaz Çelik %16-26 Cr ve %7-22 Ni içerirler ve kübik yüzey merkezli kafes yapısına sahiptirler. Kolaylıkla şekillenebilirler, kaynak kabiliyetleri iyidir ve oksidasyon dirençleri yüksektir. Mağnetlenmedikleri için indüksiyon fırınlarında fuka akımlarının önlenmesi amacı ile de kullanım alanı bulurlar. AISI 301, AISI 302, AISI 304, AISI 316, 321, vb. çeşitleri vardır. AISI 304 ve AISI 316 kalitelerindeki çelikler bu gruba dahildirler. 304'ün içerisinde %18 krom ve %10 nikel bulunur ve bu tür paslanmaz çelikler mükemmel korozyon direnci gösterirler. 316 bileşiminde %17 krom, %12 nikel ve %2,2 molibden içeren bir ostenitik paslanmaz çelik türüdür ve 304'ün yetersiz kaldığı klorürlü ortamlar gibi çok daha ciddi korozif ortamlarda kullanım alanı bulurlar. yüksektir. Paslanmaz çeliklerin içinde en çok kullanım alanı bulan çeşididir. Uçak endüstrisi, paneller, yakıt boruları, teller, kimya endüstrisinde tanklar, borular, kondanserler, süt tankları, taşıma tankları, gıda endüstrisinde fermentasyon kapları, karıştırıcılar, şişeleme makineleri, kaynatma kazanları, eczacılık,kimya ve petrokimya alanlarında geniş uygulama alanları bulurlar.

6 Dubleks (Çift Fazlı) Paslanmaz Çelik %28 Cr ve %7-22 Ni, %3 civarlarında molibden ve %0,02 civarlarında karbon içeren kübik yüzey merkezli kafes yapısına sahip ostenitik ve ferritik fazların bir arada bulunduğu paslanmaz çelik çeşididir. AISI 326, AISI 329 vb. çeşitleri vardır. Korozyon ve mekanik özellikler açısından ferritik ve östenitik paslanmaz çelikler arasında yer alır. Gerilmeli ve taneler arası korozyona dayanıklıdırlar. Östenitik çeliklerde bulunan yüksek mukavemet özelliği ve ferritik çeliklerde bulunan manyetiklik özelliğinin ikisini de bir arada bulundururlar ve optimum korozyon direnci sağlarlar.

7 Çökelme Sertleşmesi Gösteren Paslanmaz Çelikler Uçak,savunma, uzay sanayinde yüksek mukavemet/ağırlık oranı ve korozyon direnci gereksinimi ile geliştirilmişlerdir. Martenzitik örn.croloy 16-6PH, Custom 455 XM-16 vb., Yarı östenitik örn PH, AM-350 vb., Östenitik örn PN, HNM A-286 vb. olmak üzere üç grupta incelenebilirler.

8 Paslanmaz Çeliklerin Korozyonu Paslanmaz çeliklerin korozyonu; birinci derecede alaşımın içinde kullanıldığı ortama ve onun parametrelerine bağlı olarak gelişir. Paslanmaz çeliklerin korozyon direnci; pasifleşme özellikleri ile ilgili olduğundan ancak pasifleşmenin oluşmadığı koşullarda korozyona uğrarlar. Paslanmaz çeliklerin korozyona uğrayabilmeleri için pasivasyon bölgesinin dışındaki ortamlarda bulunmaları ya da pasif film tabakasının bir dış etken tarafından kaldırılması gerekmektedir.aksi takdirde paslanmaz çeliklerde korozyon gözlenmez.

9 Pasivasyon Mekanizması Pasivasyon mekanizması genel olarak metalin üzerinde bir oksit tabakasının oluşmasına ve oluşan bu oksit tabakasının korozyon reaksiyonunu devam ettirecek olan oksijen atomlarının ana metal ile temas etmesini önlemesi ile korozyonu durduran bir mekanizmadır. Paslanmaz çeliklerde pasivasyon mekanizması; yapıda bulunan krom atomlarının oksijen ile reaksiyona girmesi sonucu yüzeyde bir krom oksit filmi oluşturması şeklinde görülür.

10 Pasivasyon Mekanizması Pasivasyon olayını daha iyi anlamak için Paurboix diyagramlarından faydalanılır.

11 Paslanmaz Çeliklerde Görülen Korozyon Çeşitleri Paslanmaz çeliklerde pasif filmin bölgesel tahribi sonucu oluşan korozyon çeşitleri daha sık rastlanır. örn. taneler arası, pitting, aralık korozyonu vb. Başlıca korozyon çeşitleri aşağıda verilmiştir; Üniform (tek düze) korozyon Pitting korozyonu Aralık korozyonu Gerilmeli korozyon Taneler arası korozyon Galvanik korozyon

12 Üniform (Tek Düze) Korozyon Paslanmaz çeliklerde çok sık rastlanmayan, rastlanılması halinde ise kolayca kontrol altına alınabilen korozyon çeşididir. Sıvı içinde çalışan paslanmaz çeliklerde görülen ve çeliğin her noktasının eşit oranda korozyona uğradığı korozyon türüdür. Paslanmaz çeliğin bir süre sonra gerekli mukavemet özelliklerini gösteremeyecek kadar incelmesi neticesinde kullanılamaz hale gelmesine sebep olur.

13 Pitting (Oyuklanma) Korozyonu Pitting korozyonu; metal ve alaşımların yüzeyinde ortamda halojenlerin varlığında noktasal derinleşen oyuklar halinde kendini gösteren korozyon çeşididir. Herhangi bir dış sebepten dolayı kalkan film tabakasından paslanmaz çeliğin iç kısımlarına halojenlerin(cl,fl [7A grubu ametalleri]) sızmasına ve korozyonun hızla iç tabakalara kadar ilerlemesi şeklinde oluşur. Çok sık rastlanan korozyon çeşidinde; malzeme bölgesel olarak delinerek veya mekanik mukavemeti azalarak kısa sürede kullanılmaz hale gelebilir. paslanmaz çeliklerde çok sık rastlanan pitting korozyonu klorürlü ortamlarda daha çok ortaya çıkmaktadır. Genellikle içinden akışkan geçen borularda görülür. Pitting korozyonunun önlenebilmesi için; - önlemek için içinde yüksek krom ve molibden gibi elementler içeren yüksek alaşımlı çelikler kullanılmalıdır, -karıştırma ve sık sık yıkama ile klorür iyon konsantrasyonunun bölgesel artışına fırsat verilmemeli, - mümkün olduğunca asit çözeltileri ile çalışmaktan kaçınılmalı, - inhibitör kullanılmalı, -çalışma sıcaklığı yüksek olmamalı,

14 Aralık Korozyonu Sıvı ortam içindeki paslanmaz çeliklerde genellikle bağlantı elemanlarının oluşturduğu giderilemeyen aralıklarda görülür. Diğer bir deyişle; tam öpüşmeyen iki yüzey arası, kaynak hataları, conta aralıkları gibi ana çözeltinin farklılaşmalarının meydana geldiği bölgelerde görülen korozyon çeşididir. Bölgesel oksijen konsantrasyonu farklılaşması, oksijen konsantrasyonunun düşük olduğu bölgenin anot olarak davranıp çözünmesine neden olur. İçeriye sıvı girebilecek kadar büyük fakat iyonların çıkamayacağı kadar küçük boşlukların olması gereklidir. Metale temas eden iki sıvı bölgesi arasındaki potansiyel farkından dolayı korozyon oluşur. Paslanmaz çelikler için oluşma şartı film tabakasının kalkması ve bunu takiben bahsedilen küçük boşlukların içinde korozyonun ilerlemesidir. Paslanmaz çeliklerde sık rastlanan aralık korozyonu; yüksek molibden ve kromlu alaşımlar kullanılarak veya aralık türü hataların tasarım ve imalat sırasında oluşmamasına dikkat edilerek önlenebilir.

15 Gerilmeli Korozyon Ağır yükler altında ve korozyona elverişli ortamlarda çalışan parçalar için önemli bir korozyon çeşididir. Statik çekme yönündeki gerilme ve korozyonun birlikte etkisi sonucu malzemenin akma yükünün altında gerilmelerde gevrek olarak kırılmasına yol açan tehlikeli bir korozyondur. Ani ve gevrek kırılmalara dolayısıyla kazalara ve hasara sebep olabilir.dışarıdan anlaşılması pek mümkün olmayan bir korozyon çeşididir. Yük altında film tabakasının hasara uğraması ve arasındaki boşluklardan her gerilme uygulanışında klor gibi korozyona sebep olan elementlerin girmesi şeklinde ilerler. Kırılma genellikle gerilme yönüne dik yönde gerçekleşir. Gerçekte çok saf metaller dışındaki tüm alaşımların korür iyonları içeren çözeltiler ile bazik ortamlar gibi değişik ortamlarda gerilmeli korozyona rastlanır. Yüksek basınç altında çalışan boru hatlarında, sıvı içinde çalışan millerde ve nükleer reaktörlerde çalışan östenitik paslanmaz çeliklerde gözlenir. Ferritik paslanmaz çeliklerin gerilmeli korozyona uğradığı bir ortama görülmemiştir. Gerilmeli korozyonu önlemek için; - ortamda gerilme korozyona uğrama tehlikesi olmayan en iyi malzemenin seçilmesi, -Sıcak klorürlü ortamlarda östenitik paslanmaz çelik yerine ferritik paslanmaz çelikler yada yüksek oranda nikel ve molibden içeren paslanmaz çeliklerin seçilmesi,

16 Taneler Arası Korozyon Asidik, klorlu ve azotlu bileşikler içeren ortamlarda da görülebilen taneler arası korozyon; çeşidi modern paslanmaz çelik üretim yöntemleri ve uygun ısıl işlemlerle önlenebilmektedir C arasına ısıtılan paslanmaz çeliklerde homojen yapı bozulur ve tane sınırlarına diffüze olan krom atomları orada krom karbür bileşikleri oluştururlar. Homojenliği bozulmuş olan çeliğin yüzeyinde oluşması gereken film tabakasının bir kısmı da taneler arasında oluşur ve istenmeyen bir yapıya sebep olur. Yüzeyde yetersiz kalan krom atomları tam bir film tabakası oluşturamaz ve pasivasyon da tam anlamıyla gerçekleşmez ve paslanmaz çelik malzeme korozyona açık bir hal alır. Östenitik paslanmaz çeliklerin kaynak edilmesindeki en önemli sorunlardan birisi bu korozyondur. Kaynak işleminden sonra tekrar difüzyon tavlaması yapılarak bu tipte bir korozyon oluşumunun önüne geçilir. Ayrıca karbür yapıcı özelliği daha fazla olan titanyum ve niobyum içeren, karbon oranı %0.03 ün altında olması durumunda korozyon önlenebilir.

17 Galvanik Korozyon Paslanmaz çeliklerin pek fazla uğramadığı fakat bulundukları ortamlardaki diğer metallere uğrattıkları korozyon tipidir. Paslanmaz çelikler elektron verme özelliği kendisinden daha fazla olan metallerle bir arada bulundukları ortamlarda diğer metal galvanik korozyona uğrar ve görevini yerine getiremez hale gelebilir. Özellikle paslanmaz çeliklerin alüminyum bağlantı elemanları ile bağlanması alüminyum elemanlarda çok şiddetli korozyonlara sebep olacağından galvanik seride birbirine yakın sıralarda olan bağlantı elemanları tercih edilmelidir.

18 Paslanmaz Çeliklerin Korozyonunun Önlenebilmesi İçin Alınması Gereken Önlemler

19 1- Uygun Malzeme Seçimi Çalışma ortamında istenen koşullar altında çalışacak olan elemandan istenilenler (yükleme, aşınma vb..) de göz önüne alınarak uygun mukavemet ve korozyon dayanımına sahip olacak paslanmaz çelik cinsi seçilmelidir.

20 2- Uygun Tasarım Paslanmaz çeliklerde de korozyon diğer metallerde olduğu gibi bazı tasarım ilkeleri ile önemli ölçüde azaltılabilir. 3- Belirli aralıklarla korozyon kontrolü yapılabilir. 4- Katodik koruma uygulanabilir. 5- Uygun kaplama ve boyama işlemleri yapılabilir.