Paslanmaz Çelik Nedir?
Metalürjide paslanmaz çelik, minimum %10,5 krom elementi içeren bir demir-karbon alaşımı olarak tarif edilir. Krom elementi aşağıdaki şekilde de görüldüğü üzere çeliği paslanmaya karşı koruyan temel bileşendir. İsmini bu çeliklerin, diğer çelikler gibi lekelenmemesi, korozyona uğramaması ve paslanmamasından almaktadır. Bu malzeme aynı zamanda, alaşım tipi ve kaliteleriyle detaylandırılmamış şekliyle, özellikle havacılık endüstrisinde korozyon dayanımlı çelik olarak da adlandırılır. Günümüzde, ürünün ömrü boyunca uygulandığı zorlu çevre şartlarında problemsiz bir şekilde çalışan birçok farklı ve kolayca ulaşılabilecek kalitelerde ve yüzey özelliklerinde paslanmaz çeliklere ulaşmak çok kolaydır. Normal günlük yaşamımızda dahi her an çatal-bıçaklardan saatlere kadar bu ürünlerin çok geniş bir şekilde kullanıldığını görürüz.
Paslanmaz çelik birçok doğal ve insan yapımı ortamda, korozyona ve oksitlenmeye karşı yüksek bir dirence sahiptir. Fakat herbir özel uygulama için doğru kalite ve tipteki paslanmaz çeliğin seçilmesi çok büyük önem taşır. Kalite seçiminde ilk adım, tasarım aşamasında paslanmaz çeliğin maruz kalacağı olası ve varolan tüm çalışma şartlarının detaylı bir şekilde analiz edilip, tanımlanmasıyla başlar.
Normal oda sıcaklığında ve hava şartlarında yüksek oksitlenme direnci, minimum %13 (ağırlık olarak), çok sert ve zor çevre şartlarında %30 ‘a kadar krom ilavesiyle başarılır. Paslanmaz çelikteki krom elementi oksijene maruz kaldığı zaman (normal atmosferde bulunan oksijen kastedilmektedir) hemen krom-oksit (Cr2O3) pasivasyon tabakası oluşturur. Bu katman gözle görülemeyecek kadar incedir ve ürünü oluşturan metale (paslanmaz çeliğin) su veya herhangi bir gaz, oksijen nüfuzunu tamamen engelleyerek, örttüğü metali korur. Ayrıca, bu katmanın herhangibir nedenle yırtılması, açılması veya çizilmesi durumunda oluşacak açıklık, çok hızlı bir şekilde tekrar katmanın kendisini yenilemesiyle tekrardan oluşur. Bu olaya pasivasyon adı verilir ve titanyum gibi bazı diğer metallerde de görülür.
Nikel elementi de, diğer düşük oranlarda kullanılan molibden ve vanadyum gibi elementler gibi pasivasyon özelliğine katkı sağlar.
Paslanmaz çeliğin korozyona ve lekelenmeye karşı olan direnci, onu ticari olarak geniş bir uygulama alanında, düşük bakım maliyeti, diğerleriyle karşılaştırıldığında daha ucuz olması ve göz alıcı bir görünüme sahip olması nedeniyle ideal ve vazgeçilmez bir malzeme kılar. Toplamda 150 ‘nin üzerinde paslanmaz çelik kalitesi olmasına rağmen, bunlar arasında 15 tanesi çok kullanılan ve piyasada çok tanınan paslanmaz çeliklerdir.
Paslanmaz çelikler akrabaları olan diğer çelikler gibi, yassı ürün olarak, plaka olarak, çubuk olarak, tel olarak, boru olarak, şekilli uzun ürünler olarak gibi birçok şekilde soğuk ve sıcak haddeleme yöntemleri ve döküm parçaları olarak, gıda endüstrisinde, tıpta, cerrahi donanımlarda, endüstriyel donanımlarda, otomotivde, beyaz eşyada, yapılarda ve yapı elemanlarında, binalarda gibi birçok alanda geniş bir şekilde kullanılmaktadır. Paslanmaz çeliklerin kullanıldığı alanlardan biri de mücevher ve saat gibi günlük yaşamımızda yanımızdan hiç ayırmadığımız ürünlerde de kullanılır. Mücevherlerde kullanılan en yaygın kalite 316L ‘dir. Paslanmaz çelik gümüş gibi zamanla oksitlenme ve kararma yapmaz. Ayrıca paslanmaz çeliğin yoğunluğu gümüşe oranla biraz daha hafif olmasında dolayı tasarımcılara kolaylık sağlar.
Paslanmaz çelik %100 geri dönüştürülebilirdir. Kullanılan paslanmaz çeliğin %60 ‘ı ömrünü tamamlamış ürünlerden alınan paslanmaz çelikler ve üretim proseslerinin hurdaları gibi geri dönüştürülen malzemelerin tekrardan değerlendirilmesiyle üretilmektedir.
Antik çağlardan günümüze birkaç korozyon dayanımlı demir ulaşmayı başarmıştır. Bunun en ünlü ve en büyük örneği Hindistan ‘ın Delhi kentindeki, Kumara Gupta I tarafından 400 ‘lü yıllarda yaptırılan “Delhi ‘nin Dikili Demiri” ‘dir. Fakat paslanmaz çeliğe benzemeyen bir şekilde bu demir anıt paslanmazlık özelliğini kromdan değil, içerdiği yüksek fosfordan almaktadır. Fosfor uygun yöresel hava şartlarıyla birlikte anıtın yüzeyinde, demir-oksit ve fosfordan oluşan bir koruyucu yüzey tabakası oluşturup demirin korozyona karşı direncini sağlamaktadır.
Demir-krom alaşımlarının korozyona karşı olan direnci ilk defa 1821 yılında Fransız metalürjist Pierre Berthier tarafından farkına varılmıştır. O dönemdeki teknoloji krom ile demiri bugünkü gibi işleme tabii tutabilmeye yetmediği için pratik olarak kullanıma geçilememiştir.
1890 ‘larda Alman Hans Goldschmidt karbonsuz krom üretimin yolunu açan alimunotermik yöntemini bulmuştur. Bu tarihten itibaren paslanmaz çelik üzerine birçok çalışma yapılmıştır.
Modern paslanmaz çeliklerin başlangıcı, 1913 yıllarında İngiliz metalürjist Harry Brearly tarafından rastlantısal olarak tüfek namlularını geliştirmek için araştırma yaparken keşfedilerek başlamıştır. Bu da paslanmaz çeliğin başlangıçnoktası olmuştur. Daha sonrasındaki çalışmalarda, 18-8 olarak nitelendirilen (304) östenitik paslanmaz çelik yaklaşık 1920 ‘li yıllarda piyasaya çıkmış ve uygulamalarında büyük bir başarı sağlanmıştır. 1930 ‘lardan itibaren paslanmaz çelik endüstride ve günlük hayatımızda vazgeçilmez bir yer almıştır. Bu gelişmeleri diğer alaşım elementleri ile sürdüren araştırmacılar, bugün tanıdığımız paslanmaz çelik kalitelerini zamanla geliştirmişlerdir.
Dubleks paslanmaz çelikler bundan yaklaşık 70 yıl önce, sülfit kağıt endüstrisinde kullanım amaçlı olarak geliştirilmiştir. Dubleks alaşımlar ilk etapta klorit yatak soğutma sularının ve diğer keskin kimyasal proses sıvılarının yol açtığı korozyon problemiyle başa çıkabilmek için kullanıldı. 1970 ‘lerdeki Kuzey Denizindeki gaz ve petrol istasyonlarının gelişimiyle, ikinci bir kuşak dubleks paslanmaz çelik geliştirildi. Buna göre belirli bir oranda nitrojen ilavesi, tokluğu, kaynaklanabilmeyi, klorit korozyon dayanımını artırmıştır. En yaygın olarak kullanılan UNS S31803 olarak adlandırılan karışık kompozisyon 1996 yılında dubleks çelik UNS S32205 standartlaştırılmıştır.
II. Dünya Savaşı esnasında, yapılan araştırmalarla çökelmeyle sertleştirilen paslanmaz çelikler keşfedilmiştir. Standart olmayan bu kalitelerin ilk örneği 1948 yılında 17-7PH olarak adlandırılan paslanmaz çelik olmuştur.