Östenitik Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı ve Kaynak Metalurjisi - İLKER ÖZKAN
September 10, 2017 | Author: İlker Özkan | Category: N/A
Short Description
Download Östenitik Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı ve Kaynak Metalurjisi - İLKER ÖZKAN...
Description
T.C KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ*MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
BİTİRME PROJESİ
AISI304 ÖSTENİTİK PASLANMAZ ÇELİKLERİN ÇEŞİTLİ KAYNAK UYGULAMALARI
İlker ÖZKAN 040218015
Bölümü: Makine Mühendisliği Danışman: Yrd. Doç. Dr. Taner YILMAZ KOCAELİ, 2011
ÖNSÖZ ve TEŞEKKÜR
Günümüzde çelik ihtiva eden mühendislik uygulamalarının bir çoğunda korozyona dayanıklılık büyük önem arz etmektedir. Bu nedenle,korozif ortamlarda çalışacak bazı makinaların ya da kurulacak konstrüktif yapıların uzun ömür ve kararlı metalurjik
yapı
istenen
bileşenlerinde
paslanmaz
çeliklerin
kullanılması
kaçınılmazdır. Paslanmaz çeliklerin metalurjik yapısı içinde bulundurduğu krom ve nikel elementlerinden dolayı diğer çeliklere göre farklılık göstermektedir.Bu farklılık ise paslanmaz çeliklerin imalat yöntemlerini diğer çeliklerden ayırmaktadır. Bu çalışmamda, paslanmaz çeliklerin bir türü olan östenitik paslanmaz çeliklerin çeşitli mühendislik uygulamalarındaki kaynak tekniklerini,kaynak kabiliyetini ve kaynak metalurjisini incelemeyi amaçladım.Yapılan çalışmaların bu alana emek verenlere ve bu alanda çalışacak araştırmacılara yararlı olmasını dilerim. Bu konuda çalışma yapmama olanak sağlayan, çalışmanın her aşamasında ilgi ve desteğini eksik etmeyen değerli hocam Yrd. Doç. Dr. Taner Yılmaz başta olmak üzere, bu süreçte sürekli birlikte çalıştığımız sevgili arkadaşım Bilginer ÇAKIL’a, bu çalışmanın bilgisayar ortamına aktarılmasında benimle birlikte emek harcayan sevgili arkadaşım,kardeşim Murat İFLAH’a ve uzaktan da olsa
yardımlarını
esirgemeyen Cansu KANLILAR’a çok teşekkür ederim.
Ocak 2011, KOCAELİ
İlker ÖZKAN
İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ ve TEŞEKKÜR.......................................................ii İÇİNDEKİLER...................................................................iii ŞEKİLLER DİZİNİ.............................................................vi AISI304 ÖSTENİTİK PASLANMAZ ÇELİKLERİN ÇEŞİTLİ KAYNAK UYGULAMALARı..................................................vi DIFFERENT WELD APPLICATIONS OF aısı304 AUSTENHITIC STAINLESS STEEL........................................................... viii 1. GİRİŞ..........................................................................ix 2. GENEL BİLGİLER..........................................................xii 2.1 Paslanmaz Çelikler............................................................xii 2.1.1 Östenitik Paslanmaz Çelikler...............................................................xiii
Östenitik Paslanmaz Çeliklerin Kaynak Kabiliyeti.....................18 2.1.2 Krom Karbür Oluşumu.........................................................................19 2.1.3 Sıcak Çatlak Oluşumu.........................................................................20 2.1.4 Sigma Fazı Oluşumu............................................................................22
2.3 Östenitik Paslamaz Çeliklerde Kullanılan Kaynak Prosesleri 27 2.1.5 Manuel (Elle) Metal Ark Kaynağı Yöntemi............................................30 2.1.5.1 Parça Kalınlığına Göre Elektrod Çapının Seçilmesi........................30 2.1.5.2 Dikişin Şekil ve Pozisyonuna Göre Elektrod Çapının Seçimi..........32 2.1.5.3 Kaynağın Yapılışı..........................................................................37 2.1.5.3.1
Kaynakçının Pozisyonu........................................................37
2.1.5.3.2 Parçanın Pozisyona Getirilmesi..............................................38 2.1.5.3.3 Elektrodun Tutuş Meyili.........................................................39 2.1.5.3.4 Cürufun temizlenmesi............................................................41 2.1.5.3.5 Elektrod hareketleri...............................................................41 2.1.5.4 Paso Şeklinin Seçimi.....................................................................43 2.1.6 Sürtünme Kaynağı...............................................................................44 2.1.6.1 Sürtünme Kaynağı Uygulama Prensipleri......................................45 2.1.6.2 Sürtünme Kaynak Çeşitleri..........................................................47
2.1.6.2.1 Sürekli Tahrikli Sürtünme Kaynağı.........................................47 2.1.6.2.2 Volan Tahrikli Sürtünme Kaynağı...........................................47 2.1.6.2.3 Kombine Kaynak Yöntemi......................................................47 2.1.6.3 Sürtünme Kaynak Makinaları ve Malzeme Temizliği.....................49 2.1.6.4 Kaynak Parametreleri...................................................................49 2.1.6.5 Bağlanma Mekanizması................................................................50 2.1.6.6 Kullanma Alanları ve Uygulanan Malzemeler...............................51 2.1.7 Gaz Tungsten Ark Kaynağı (GTAW) – TIG Kaynağı .............................53
3. ÖSTENİTİK PASLANMAZ ÇELİKLERİN ÇEŞİTLİ KAYNAK UYGULAMALARI VE KAYNAK BÖLGESİNDE MEYDANA GELEN MEKANİK,ISIL VE MİKROYAPISAL DEĞİŞİKLİKLER..............56 3.1 AISI304 Östenitik Paslanmaz Çeliğin ve 7Mn4 (P295GH) Kazan Çeliğinin Kaynağındaki Uyumsuzluğun İncelenmesi...................58 3.1.1 Deneysel Çalışma................................................................................58 3.1.2 Sonuç..................................................................................................65
3.2 AISI304 Paslanmaz Çeliklerde Sürtünme Kaynağı Esnasında Meydana Gelen Mikroyapısal Değişiklikler................................66 3.2.1 Deneysel Çalışma................................................................................67 3.2.2 Sonuç ve Muhakeme..........................................................................68 3.2.2.1 Sürtünme Kaynağı Esnasında Sigma Fazı Oluşumu.....................70
3.3 Farklı Dolgu Mazlemeleri Kullanılarak ,Gaz Volfram Ark Kaynağı Metodu ile Üretilmiş, AISI 304 Paslanmaz ve AISI 1020 Karbon Çelik Arasındaki Farklı Kaynakların Mikroyapısı, Mekanik Özellikleri ve Korozyon Davranışı............................................72 3.3.1 Malzemeler ve Kaynak Prosesi............................................................73 3.3.1.1 Metalografik inceleme .................................................................74 3.3.1.2 Mekanik deney ............................................................................74 3.3.1.3 Potansiyodinamik test................................................................74 3.3.1.4 Sonuçlar ve Muhakeme................................................................75 3.3.1.4.1 Mekanik Davranış..................................................................79 3.3.1.4.2 Korozyon Davranışı................................................................80
3.4 AISI 304 Paslanmaz Çeliği ve Düşük Karbonlu Çelikleri ÇokluPaso Kaynağı ile Kaynağında Kaynak Dikişindeki Sıcaklık Dağılımı ve Kalıntı Gerilmeler...............................................................84 3.4.1 X-Işınım Kırınım Yöntemiyle Kalıntı Gerilmelerin Ölçülmesi.................86 3.4.2 Deneysel Çalışma................................................................................86
3.4.3 Sonuçlar ve Muhakaeme.....................................................................90 3.4.3.1 Plakalardaki Isıl Dönüşümler........................................................90 3.4.3.1.1 AISI304 Paslanmaz Çeliğinde ve Düşük Karbonlu Çelikte Çıkılan Maksimum Sıcaklıklar Arasındaki Farklar................................92 3.4.3.2 Plakalardaki Kalıntı Gerilme Dağılımları........................................93 3.4.3.2.1 Deneysel Verilerin Tekrarlanabilirliği.....................................94 3.4.3.2.2 Maksimum Gerilmenin Paso Sayısıyla Birlikte Değişimi.........95 3.4.3.2.3 Kaynak Edilen Plakalardaki Kalıntı Gerilme Örnekleri............97 3.4.3.2.4 Plaka Kalınlıklarının Kalıntı Gerilmelere Etkisi........................99
4. kaynakça..................................................................101
ŞEKİLLER DİZİNİ
AISI304 ÖSTENİTİK PASLANMAZ ÇELİKLERİN ÇEŞİTLİ KAYNAK UYGULAMALARI İlker ÖZKAN
Anahtar Kelimeler: Paslanmaz Çelik, Östenitik Paslanmaz Çelik, AISI304,Gaz Tungsten Ark Kaynağı, GTAW, TIG, AISI1020, 17Mn4 Kazan Çeliği, P295GH, Manuel Metal Ark Kaynağı, MMAW, Çoklu-paso kaynğı Özet: Östenitik paslanmaz çelikler kullanım açısından en yaygın paslanmaz çelikler olup bu alaşımlar mükemmel seviyede şekillendirilebilirlik,korozyon direnci ve kaynak kabiliyetine sahiptir. Bu çalışmada,östenitik bir paslanmaz çelik türü olan ve çok yaygın bir kullanım alanına sahip olan “AISI 304” kalite çelik kullanılarak yapılan imalatta seçilen kaynak yöntemleri ve kaynak parametreleri irdelenerek değişik kaynak uygulamalarındaki kaynak metalurjisi, kaynak sonrası korozyon davranışı,farklı türde çeliklerle kaynağı sonrası özellikleri ve kaynak sonrası mikroyapıları incelenmiştir. Çeşitli kaynak uygulamalarının incelendiği çalışmada,bir östenitik paslanmaz çelik türü olan AISI 304 çeliğinin paslanmaz çelik kategorisine girmeyen AISI 1020 karbon çeliği ile kaynağı incelenmiş ve kaynak sonucundaki mikroyapısı ve korozyon davranışı ortaya çıkarılmıştır.Bu deneysel çalışma esnasında kaynak yöntemi olarak gaz tungsten ark kaynağı (GTAW) seçilmiş ve farklı kalitede kaynak elektrodları kullanılmıştır.Bu farklı kalitede kaynak elektrodlarının herbiri için kaynak bölgesinde ayrı bir mikroyapı elde edilmiştir.
Yine,AISI304 paslanmaz çeliğinin,farklı türde bir yapıya ve bileşime sahip olan 17Mn4 (P295GH) kazan çeliği ile kaynağı ayrıca incelenmiş,bu iki farkı türdeki çeliğin
kaynağındaki
uyumsuzluk
ve
kaynak
sonrası
özellikleri
ortaya
koyulmuştur.Bu deneysel çalışmada ise kaynak yöntemi olarak TIG yöntemi seçilmiş olup kaynak teli olarak ER309L kalite östenitik kaynak elektodu kullanılmıştır. Çalışmada irdelenen diğer bir durum ise AISI304 östenitik paslanmaz çeliğinin sürtünme kaynağı (FSW) esnasında değişkenlik gösteren mikroyapısıdır. Farklı kalınlıklardaki 2 adet AISI304 paslanmaz plakanın sürtünme kaynağıyla ayrı ayrı kaynak edilmesi sonucu kaynak bölgesinde her iki kalınlık için de ayrı faz ve şekil özelliklerine sahip mikroyapılar elde edilmiştir. Son olarak, değişik kalınlıklardaki AISI304 paslanmaz çelik plakalar ile düşük karbonlu çelik plakaların kendi aralarında çok pasolu kaynak metodu kullanılarak kaynak edilmesi sonucunda, kaynak metalinin yığılmasına bağlı olarak ortaya çıkan kalıntı gerilmeler, sıcaklık dağılımı,çıkılan maksimum sıcaklıklar ve bu maksimum sıcaklıkların kalıntı gerilmelere etkisi karşılaştırılmış, farklılıkların sebepleri ortaya konmştur.Bu deneysel çalışma esnasında ise manuel metal ark kaynağı (MMAW) yöntemi kullanılmıştır.
DIFFERENT WELD APPLICATIONS OF AISI304 AUSTENHITIC STAINLESS STEEL İlker ÖZKAN
Keywords: Stainless Steel, Austenhitic Stainless Steel, AISI304, Gas TungstenArc Welding, GTAW, TIG, AISI1020 Steel, 17Mn4 Steel , P295GH , Manuel Metal Arc Welding , MMAW, Multi-pass welding Abstract: Austenhitic stainless steels are widely used in many types of industry because of its excellent formability,corrosion resistance and weldability.In this study AISI304 stainless steel used and its weldment properties investigated suc as weld metalurgy, corossion behaivour, microstructure and properties after weld process with different steels. Different weld applications are applied in this study.Firstly AISI304 stainless steel is welded with AISI1020 steel which is not a stainless steel,then microstructure and corossion behaviour of weld region is observed. In this part of study ; gas tungsten arc metal weld (GTAW) method is chosen and different types of comsumables are used during welding process.Different microstructure properties are obtained in weld region after this experimental study. Secondy,same type of studies applied between AISI304 stainless steel and 17Mn4 (P295GH) steel this time. These different types of steel showed an incompatibility in weld process.This incompatibility is observed and discussed after experimental work.In these experimental work , TIG weld is used and ER309L austenhitic steel also used as consumable.
Other experimental work is applied for only AISI304 stainless steel.This time, two AISI304 plates are welded by using friction stir welding (FSW) method and properties of microstructure of weld region is observed. As final study,AISI304 stainless steel and low carbon steel plates with a different thickness are welded by using multi-pass method. In this study,residual stresses, temperature distribution and attained peak temperatures which are observed in weld region compared for both AISI304 and low carbon steel.
1.
GİRİŞ
Bu çalışmada,östenitik bir paslanmaz çelik türü olan ve çok yaygın bir kullanım alanına sahip olan “AISI 304” kalite çelik
kullanılarak yapılan imalatta seçilen kaynak
yöntemleri ve kaynak parametreleri irdelenerek değişik kaynak uygulamalarındaki kaynak metalurjisi, kaynak sonrası korozyon davranışı,farklı türde çeliklerle kaynağı sonrası özellikleri ve kaynak sonrası mikroyapıları incelenmiştir. Bilindiği üzere AISI304 paslanmaz çelikler,mükemmel bir şekillendirilebilirlik, korozyon dayanımı ve kaynak kabiliyetine sahip alaşımlar olup endüstride çok yaygın kullanılan
bir
malzemedir.
AISI304
paslanmaz
çeliği
endüstrideki
kaynak
uygulamalarında genel olarak,özellik ve kimyasal bileşim bakımından kendine daha
yakın olan diğer paslanmaz çelik serileri ya da kendisiyle aynı seri içinde olan diğer paslanmaz
çeliklerle
sağlıklı
olarak
kaynak
edilebilmektedirler.Ancak
bu
çalışmada,AISI304 paslanmaz çeliğinin sadece kendi serisine ait ya da farklı serilerdeki diğer paslanmaz çeliklerle kaynağı incelenmemiş,aynı zamanda bir kazan çeliği olan 17Mn4 (P295GH) çeliği ve AISI1020 karbon çeliği gibi kendisinden daha farklı kimyasal bileşimlere ve özelliklere sahip çeliklerle kaynağı da incelenmiştir.Buradaki amaç AISI304’ün kendisinden farklı özelliklerdeki çeliklerle kaynak edilmesi sonucu nasıl bir mikroyapıya,korozyon dayanımına ve mekanik özelliğe sahip olacağını görmektir. Bu çalışmayla ilgili olarak ilk etapta AISI304 paslanmaz çeliği ile AISI1020 çeliği,Gaz Volfram Ark Kaynağı (TIG) kaynak yöntemi ve 3 adet farklı kalitede kaynak elektrodu (AISI 308L,AISI 309L ve AISI 316L) kullanılarak kaynak edilmiştir.Daha sonra bu kaynak edilen iki farklı malzemelerin kaynak ara yüzeylerinin mikroyapıları, kaynaklı bölgenin çekme dayanımıi değerleri ve korozyon davranışı ile ilgili deneysel veriler elde edilmiştir. Bir sonraki etapta,benzer
bir amaçla AISI304 paslanmaz çeliği bu kez 17Mn4
(P295GH) kazan çeliği ile TIG kaynağıyla kaynak edilmiştir. Bu çalışmada ise yalnızca ER319L kalite kaynak elektrodu kullanılmıştır. 7Mn4 (P295GH); EN 10028 Kısım 2'ye uygun olarak üretilen karbon-manganez çeliğidir ve çalışma sıcaklığı yüksek olan buhar kazanları, basınçlı kaplar,boru devreleri, vs. nin yapımında oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. ER309L, paslanmaz çeliklerle alaşımsız ve düsük alaşımlı çeliklerin TIG kaynağında kullanılan östenitik paslanmaz çelik kaynak telidir ve 300˚C'ye kadar isletme sıcaklıklarına maruz kaynaklarda kullanılabilir. AISI304 (X5CrNi18-10) östenitik paslanmaz çelik malzemelerin alasımsız veya düşük alasımlı çeliklerle kaynağı sık karşılaşılan bir durumdur. Kaynaklı birleştirme işlemi sonrası kaynak bölgesinde farklı akma mukavemetine sahip bölgelerin bulunması sonucu bir uyumsuzluk ortaya çıkar.Ayrıca ergimis kaynak metalinin etkisiyle esas metalde ısıtesiri altında kalan bölgeler (ITAB) oluşur. Bu çalışmanın amacı farklı bölgelerde oluşan uyumsuzlukların kırılma mekaniği açısından incelenmesidir. Yukarıda bahsedilen çalışmalardan farklı olarak;kalın sacların kaynak edilmesinde sıkça kullanılan bir yöntem olan sürtünme kaynağının (FSW) AISI304 paslanmaz çelik
saclara uygulanması sonucu kaynak bölgesinde elde edilen mikroyapılar da incelenmiştir. Bilindiği üzere, AISI304 östenitik paslanmaz çelikler;ısı değiştirgeci ve kimyasal
reaktör
gibi
yüksek
sıcaklık
bileşenlerinin
bulunduğu
enerji
santrallerinde,yüksek sıcaklıkta mekanik özellikerini kaybetmemeleri ve mükemmel bir korozyon dayanımına sahip olmaları nedeniyle çok yaygın kullanılırlar. AISI304 östenitik paslanmaz çeliklerin kaynağında bir şekilde, ısı etkili sensitizasyona bağlı gerilmeli korozyon çatlakları ve kaynak bölgesinde bozulmalar meydana gelmektedir. Sürtünme kaynağı bize, katılaşmaya ve yeniden kristalleşmeye bağlı olarak meydana gelen
kalıntı
gerilmelerin,distorsiyonun,çatlakların
ve
makrosegragasyonların
minimuma indirildiği bir kaynak imkanı sunmaktadır. Bu kaynak yöntemi, erime sıcaklıkları nispeten daha düşük olan alüminyum ve magnezyum alaşımlarında uygulanmış ve olumlu sonuçlar elde edilmiştir. Sürtüme kaynağının,erime sıcaklıkları yüksek olan paslanmaz çelikler ve yumuşak çeliklerde de uygulanabilirliği son zamanlarda derinlemesine incelenmiş ve bu yöntemi geliştirmeye yönelik araştırmalar yapılıp raporlar sunulmuştur.Bu çalışma sonucunda ise sürtünme kaynağı ile birleştirilen
AISI304
paslanmaz
çeliklerin
mikroyapı
karakteristiğini
ortaya
çıkartılmıştır. Çalışmada son olarak, çeşitli kalınlıklardaki AIS304 paslanmaz çelik ve düşük karbonlu çeliklerin,çoklu paso metoduyla kendi aralarında kaynak edilmesi sonucunda ortaya çıkan
kalıntı
gerilmeler
irdelenmiştir.Bilindiği
gibi,kaynaktaki
yoğun
ısı
kontsantrayonuna bağlı olarak,kaynak eksenine yakın bölgeler siddetli bir ısıl döngüye maruz kalırlar, bu durum kaynak bölgesinde,homojen olmayan plastik deformasyonlar ve kalıntı gerilmelerin olumasına neden olur.Endüstride farklı kalınlıklarda saclar kullanılmaktadır ve bu saclar genel olarak çoklu paso kaynak metodu ile kaynak edilmektedir. Çoklu paso kaynağı metodu uygulanırken,atılan her pasoyla birlikte malzeme içinde kalıntı gerilmeler de artmaktadır. Bu deneysel çalışmada, atılan her pasosuyla birlikte meydana pgelen ısıl döngü ve çapraz kalıntı gerilmeler ,deneyde kullanılan 6mm,8mm ve 12mm’lik AISI304 paslanmaz ve düşük karbonlu çelik plakaların kaynak dikişleri için tek tek ölçülmüştür. Kalıntı gerilmelerin ölçülmesi için X-ray kırınım metodu kullanılmıştır.Kaynak yöntemi olarak ise Manuel Metal Ark Kaynağı (MMAW) yöntemi kullanılmıştır.Bu çalışmada, paslanmaz çeliklerin ve karbon
çeliklerinin
kaynak
dikişlerinde
çıkılan
en
yüksek
sıcaklıklar
karşılaştırılmıştır.Kaynak
dikişlerinin
yığılmasıyla
birlikte
gelişen
kalıntı
gerilmeler,değişen maksimum çekme gerilmesi değeri ve kaynak dikişlerinde çıkılan maksimum sıcaklar ile meydana gelen kalıntı gerilmeler arasındaki ilişkinin muhakemesi yapılmıştır.
2.
GENEL BİLGİLER 2.1
Paslanmaz Çelikler
Paslanmaz çelikler; içerisinde en az %10,5 oranında (ağırlıkça) krom (Cr) içeren demir esaslı alaşımlar olarak tanımlanırlar.Paslanmaz çeliğin yüzeyinde oluşan ince fakat yoğun kromoksit tabakası korozyona karşı yüksek dayanım sağlar ve oksidasyonun daha derine doğru ilerlemesini engeller.İçerdikleri diğer katkı elementlerine göre değişen ve tamamen östenitik ile tamamen ferritik özellikler aralığında sıralanan beş farklı çeşit paslanmaz çelik türü vardır.Bunlar sırası ile; • Östenitik Paslanmaz Çelikler • Ferritik Paslanmaz Çelikler
• :Martenzitik Paslanmaz Çelikler • Çift Fazlı (dupleks) paslanmaz Çelikler • Çökelme Yoluyla Sertleşebilen Paslanmaz Çelikler Östenitik paslanmaz çelikler 200 ve 300 serilerini içeririrler ve 304 bunların içinde en yoğun olarak kullanılanıdır. Temel alaşım elementi krom ve nikeldir. Ferritik paslanmaz çelikler sertleştirilemeyen Fe-Cr alaşımlarıdır. 405,409,430,422 ve 446 bu grupta yeralan en tipik ürünlerdir. Martenzitik paslanmaz çelikler ferritik gruptaki paslanmaz çeliklerle benzer kimyasal analize sahiptirler ancak daha yüksek oranda karbon ve daha düşük oranda krom içerirler.Bu nedenle ısıl işlemle sertleştirilebilirler.403,410,416 ve 420 bu grupta yeralan en tipik ürünlerdir. Çift fazlı (Dupleks) paslanmaz çelikler hemen hemen eşit miktarda östenit ve ferrit içeren bir mikroyapının oluşturulması ile elde edilirler. Bu çelikerin tam olarak %24 krom ve %5 nikel içerirler.Numaralama sistemi 200,300 veya 400 ile tanımlanan grupların hiç birisine girmez. Çökelme yoluyla sertleşebilen paslanmaz çelikler alüminyum gibi katı çözeltiye girme ve yaşlandırma (çökeltme) ısıl işlemi ile çeliğe sertleşebilme olanağı sağlayan alaşım elementleri içerirler. Bu çelikler ayrıca; martenzitik,yarı östenitik ve östenitik tip çökelme yoluyla sertleşebilen paslanmaz çelikler olmak üzere alt gruplara ayrılırlar. Bu çalışmada kullanılan AISI304 paslanmaz çeliğin bir östenitik paslanmaz çelik olması dolayısıyla sadece östenitik paslanmaz çelikler detaylı olarak incelencektir. 2.1.1
Östenitik Paslanmaz Çelikler
Gerek kullanım, gerekse alaşım kalitelerinin çokluğu açısından en zengin grup ostenitik çeliklerdir.
Manyetik
olmayan
bu
çelikler
hem
oda
sıcaklığında
hem
de
yükseksıcaklıklarda yüzey merkezle kübik kafese sahip ostenitik içyapılarını koruduklarından,normalleşltirme ve sertleşltirme ısıl işlemi yapılamaz. Tavlanmış halde süneklikleri, toklukları ve şekillendirilebilme kabiliyetleri düşük sıcaklıklarda bile mükemmeldir.Mukavemetleri ancak soğuk şekillendirme ile artırılabilir. Ostenitik
paslanmaz çelikler genellikle %16 ile %26 krom, %35’e kadar nikel ve %20’ye kadar mangan içerirler.Nikel ve mangan temel ostenit oluşturucularıdır. Tablo 2.1 Östenitik paslanmaz çelik kaliteleri ve kimyasal bileşimleri
2XX serisinde, en çok %7 nikel, %5 ile %20 arasında mangan bulunur ve azotun ostenit içinde çözünürlüğü sayesinde dayanım artırılabilir. Katı çözeltide bulunan kristal kusurların içine yerleşen azot, ostenit iç yapının mukavemetini artırır. 3XX serisi ise daha fazla nikel ve en çok %2 mangan içerir. 301 ve 304 kaliteleri en az alaşımlı olan türlerdir ve 3XX serisinin temel alaşımları olarak kabul edilirler. Mükemmel şekillendirilebildiği, sünekliği ve yeterli korozyon dayanımı ile 304 kalite ostenitik çelik en yaygın olarak kullanılan paslanmaz çeliktir. Tavlanmış 3XX serisi çeliklerin akma dayanımı 200-275 Mpa arasında iken yüksek azotlu 2XX serisinde akma dayanımı 500 MPa değerine kadar yükselir. Bu çeliklerde korozyonu önlemek için gerekli olan kromun ferrit yapıcı etkisi, ostenit yapıcı alaşım elementleri katılarak giderilir.
Şekil 2.1 Östenitik paslanmaz çeliğin mikroyapısı 304 kalite çeliklere molibden katılarak 316 ve 317 kaliteleri üretilir ve klorürlü ortamda noktasal korozyona dayanım sağlanır. 309 ve 310 kaliteleri gibi yüksek kromlu alaşımlar yüksek sıcaklıklarda ve oksitleyici ortamlarda kullanılır. Yüksek oranda nikelli alaşımlar ise indirgeyici asidik ortamlarda tercih edilirler. Ancak bu amaçla, kuvvetli bir ostenit yapıcı olmasına karşın karbon miktarı artırılamaz, çünkü bu element karbür oluşturarak korozyon dayanımını zayışatır. Bunun yerine aynı zamanda oksitleyici ve indirgeyici asitlere de dayanıklı olan nikelden yararlanılır. Yüksek oranda nikel, yaklaşık %6 azot ve %20 azot içeren alaşımlara süperostenitikler de denir. 321 ve 347 kalitelerde karbonu stabilize etmek ve dolayısıyla yüksek sıcaklıkta tanelerarası korozyonu önlemek amacıyla titanyum ve niyobyum eklenir. “L“ ve “S” uzantıl alaşımlarda (304L, 309S gibi) tanelerarası korozyonu önlemek için karbon oranını düşük tutma yoluna gidilmiştir. Ostenitik paslanmaz çeliklerde mukavemeti artırmak için genellikle soğuk şekillendirmeden
yararlanılır.
Bu çeliklerde pekleşme,
ferritiklerden daha fazladır. Bu arada şekil değiştirme martenziti de oluşabilir ve malzeme manyetiklik kazanır. Mukavemeti artırmak için bir diğer yol da alaşımlama yapmaktır. Bu açıdan karbon ve azot en etkili elementlerdir. Kükürtsüz olan korozif ortamlarda ostenitik çelikler, ferritiklerden daha iyi sonuç verirler. Molibden katılması ile organik ve çeşitli mineral asitlere karşı dayanımları artar. Tam ostenitik çelikler ısıya ve asitlere dayanıklı, yüksek sıcaklık özellikleri iyi olan malzemelerdir. Ancak sıcak yırtılma eğilimi gösterirler. Ostenitik çelikler sünek ve toktur, ayrıca ısı etkisiyle sertleşmedikleriden, kaynak bağlantıları için uygundur, ancak ısınan ve soğuyan bölgede karbür çökelmesi oluşmaması için stabilize edilmiş türleri seçilmelidir.
Tablo 2.2 Östenitik paslanmaz çelikler
Öte yandan ısı iletimleri düşük, genleşmeleri yüksek olduğundan kaynakta çarpılmayı önlemek için ısı girdisi düşük tutulmalıdır.Ostenit fazı içeren çeliklerde en büyük sorun, krom karbür çökelmesidir. Kritik sıcaklıklar olarak nitelenen 400 ile 850°C arasında yüksek enerjili tane sınırları boyunca ayrışarak yan yana dizilen kromca zengin karbürler, malzemenin korozif ortamlarda bulunması halinde tanelerarası korozyona ve tane ayrılmasına yol açarlar. Bunun nedeni karbür bünyesine geçen krom nedeniyle, katı çözeltideki
krom
miktarının
düşmesidir.Bunu engellemek için;
korozyona
dayanıklılık
sınırının
(
View more...
Comments