316 Kalite: Bir Basamak İleri

316 Kalite: Bir Basamak İleri

Eğer bir uygulama 304 kalitenin sağlayacağı korozyon dayanımından daha yüksek bir dayanım gerektiriyorsa, 316 kalite bir basamak ilerisidir. 316 Kalite görsel olarak 304 kaliteyle eşdeğer bir mekanik, fiziksel ve üretilebilirlik karakterine sahip olmakla birlikte, özellikle klorit ortamlarda ki çekirdeklenme paslanmasına karşı 304 kaliteden daha iyi bir korozyon direncine sahiptir.
316 kalite paslanmaz çelik ailesinde ikinci en popüler kalitedir. Tüm üretilen paslanmaz çelik ürünleri arasında %20 ‘lik bir tüketim oranına sahiptir.

Bileşenleri:

Tablo-1 316, 316L ve 316H kalitelerinin karşılaştırmasını göstermektedir.
316L kalite düşük karbonlu bir 316 ‘dır ve kaynaklı parçalardaki hassas korozyona karşı kullanılır.

316H kalite 316 L ‘ye göre daha yüksek oranda karbon içerir ve mukavemeti yüksektir.(özellikle 500 ºC üzerindeki sıcaklıklarda) Fakat hassas paslanmanın görülebileceği yerlerde kullanılmamalıdır.

Tablo-1 316 Kalite Bileşenleri
Kalite C% Mn% Si% P% S% Cr% Ni% Mo% N%
316 0,08 2,00 0,75 0,045 0,03 16,0-18,0 10,0-14,0 2,0-3,0 0,10
316L 0,03 2,00 0,75 0,045 0,03 16,0-18,0 10,0-14,0 2,0-3,0 0,10
316H 0,04-0,10 2,00 0,75 0,045 0,03 16,0-18,0 10,0-14,0 2,0-3,0 -

Korozyon Direnci:

316 Kalite, geniş bir kullanım alanında mükemmel bir korozyon direncine sahiptir. 304 Kaliteyle karşılaştırıldığında esas avantajı, ılık klorit ortamlardaki çekirdeklenme ve çatlama korozyonlarına karşı artırılmış direnme gücüdür. Tüm mimari uygulamalarda oluşabilecek paslanmalara karşı dirençlidir
ve hatta deniz gören yapılar, köprü bağlantıları ve kirişleri gibi
çok zor şartlar içinde bazen kullanılır. Gıda prosesi yapılan çevrelerde, çok kolayca temizlenme özelliğiyle, çok dayanımlıdır
ve organik kimyasallara, boyalara ve geniş bir inorganik kimyasallar grubuna dayanım gösterir.
Sıcak klorit ortamlarda, 316 kalite çekirdeklenme ve çatlama korozyonu ve 50 ºC ‘nin üzerindeki sıcaklıklarda çekme stresine maruz kaldığı durumlarda stres korozyon kırılmaları görülür.

Bu tür zor koşullarda 2205 (UNS S 31803) veya %6 molibden içeren yüksek alaşımlı östenitik kaliteler (UNS S31254) gibi dubleks kaliteler uygun seçim olur. 316 Kalitenin yüksek veya düşük karbon içeren alt sürümlerinin (316L ve 316H) korozyon dayanımları standart 316 gibidir. Bu alt sürümler genelde kaynaklamada daha iyi bir dayanım göstermesi sebebiyle (316L) veya yüksek sıcaklıkta yüksek mukavemet için (316H) tercih edilirler.

Isı Dayanımı:

304 kalite gibi, 316 kalite de 870 ºC ‘deki aralıklı uygulama şartlarında ve 925 ºC ‘deki sürekli uygulama şartlarında iyi bir oksitlenme dayanımına sahiptir. 316 kalitenin 425 ºC ile 860 ºC arasında sürekli bir çalışma ortamına maruz kalması, eğer uygulama sonrası oda sıcaklığında sulu bir ortam olarak devam ediyorsa, tavsiye edilmez. Fakat bu kaliteler bazen bu belirtilen aralığın üstünde veya altında değişen sıcaklıklarda iyi performans da gösterebilirler.
316L kalitesi karbür çökelmesine karşı standart 316 kaliteden ve 316H ‘dan daha dirençlidir ve yüksek sıcaklık aralığında kullanılabilir. Yinede, yüksek sıcaklık mukavemetinin önemli olduğu yerlerde yüksek karbon değerlerine ihtiyaç duyulur. Örneğin, basınçlı kaplar standardı 316L ‘nin operasyon sıcaklığını 450 ºC ile sınırlar ve 550 ºC sıcaklıklar için 316 kalitede karbon değerinin %0,04 veya üstü bir değerde olmasına izin vermez. 316H veya titanyum içeren sürümü 316Ti yüksek sıcaklık uygulamaları için uyarlanabilirler.
Diğer östenitik paslanmaz çelikler gibi, 316 da sıvılaştırılmış gazların düşük sıcaklıklarında mükemmel bir tokluğa sahiptirler ve genelde cryogenic kaplar için 304 gibi daha düşük maliyetli kalitelerin tercih edilmesine rağmen, bu sıcaklıklarda uygulamaları vardır.

Fiziksel ve Mekanik Özellikler:

 

Lütfen Tablo-2 ve Tablo-3 ‘e bakınız.
Tablo–2: 316 Kalitenin ASTM A240M ‘de verilen Mekanik Özellikleri (tavlanmış şekilde) Tablo–3: 316 Kalitenin Fiziksel Özellikleri (Tavlanmış şekilde tipik değerleri)
Kopma Mukavemeti 515 MPa min. Yoğunluk 8.027kg/m3
0.2% Akma Mukavemeti 205 MPa min. Elastik modulüs 193 GPa
Uzama 40% min. Ortalama termal genleşme katsayısı
Brinell Sertlik Değeri 217HB maks. 0 - 100oC 15,9 µm/m/oC
Rockwell Sertlik Değeri 95HRB maks. 0 - 315oC 16,2 µm/m/oC
Not: Diğer standartlarda çok ufak farklı değerler verilebilir. 0 - 538oC 17,5 µm/m/ oC
0 - 649oC 18,6 µm/m/ oC
0 - 815oC 20,0 µm/m/ oC
Termal iletkenlik
100oC ‘de 16,3 W/m.K
500oC ‘de 21,5 W/m.K
Spesifik Isı 0 - 100oC 500 J/kg.G
Elektrik Direnci 20oC 740 nOhm.m

Diğer östenitik kaliteler gibi, 316 ‘da hemen hemen manyetik değildir. (çok düşük manyetik geçirgenlik gibi) 304 kalite soğuk haddeleme ile önemli ölçüde manyetikleşirken, 316 kalite hemen hemen hiç etkilenmez. Bu özelliği bazı uygulamalarda tercih edilmesinde bir sebep olabilir.
316 kalitenin diğer östenitik kalitelerle ortak özelliği de sadece soğuk haddeleme ile sertleştirilebilmesidir. 1.000 MPa ‘ı aşan kopma mukavemetine, talep edilen ürün ve miktarın şekline bağlı olarak ulaşılabilir. Özel olarak tanımlanmak kaydıyla soğuk haddeleme mukavemetine göre sipariş de verilebilir. (ASTM A666 veya EN 10088-2 ‘ye bakınız)
Tavlama (çözüm işlemi olarak da adlandırılabilir) 316 kalitelerde uygulanan ana ısıl işlemdir. Bu 1010 -1120 oC sıcaklığa ısıtarak hızlı soğutmayla (genelde suya daldırarak) gerçekleştirilir.

Üretilebilirlik:
Diğer östenitik kaliteler gibi 316 ‘da mükemmel bir şekillendirilebilme özelliğine sahiptir. Lavabo, tencere gibi, derin çekme paslanmaz parçalarının üretiminde olduğu gibi ara ısı yumuşatma işlemine tabii tutmadan derin çekme yapılabilir. Yinede, normal uygulamalar için 316 kalitenin ekstra korozyon direnci gerekli değildir. 316 kalite endüstride ve mimari uygulamalarda birçok parça çeşidi üretiminde kolayca bükülerek ve haddelenerek kullanılabilir. 316 kalitenin uygun bir kaynaklanabilme özelliği vardır ve bütün standart kaynaklama teknikleri uygulanabilir. (oxyacetylene normalde uygulanmamasına rağmen) Kaynak sonrası tavlama, 316 ‘nın korozyon dayanımını korumak için bazen gerekli olmasa da, ağır ölçülü üretimlerde onu daha uygun kılar; uygun bir kaynak sonrası temizleme tavsiye edilir.
316 ‘nın işlenebilirliği birçok karbon çeliğinde daha düşüktür. Standart östenitik kaliteler gibi 316 da, eğer yavaş bir besleme yapılırsa, düşük hızlarda ve soğutma sıvısı kullanarak, sert ve keskin uçlarla kolayca işlenebilir. 316 ‘nın işlenebilirliği iyileştirilmiş sürümleri de mevcuttur.

 

Düşük Nikel İçeren Östenitik Paslanmaz Çelikler

Özellikle östenitik mikroyapının neden olduğu mükemmel bir korozyon dayanımı, mekanik ve fiziksel özellikler ve üretim kolaylığı gibi özelliklerinin bileşimleri nedeniyle popüler olan 304 ve 316 kaliteler, paslanmaz çelikler arasında en fazla tanınan kalitelerdir.

Östenitik yapı yaklaşık olarak %8–10 ‘luk bir nikel ilavesiyle oluşur. Nikel östenitik yapıyı oluşturan tek element değildir. Bu amaçla kullanılan diğer elementler, mangan, nitrojen, karbon ve bakırdır.

Nikel ‘in Maliyeti ve Paslanmaz Çeliğe İlavesi:

Genelde paslanmaz çeliğin maliyeti içeriğindeki bileşen alaşımların maliyetleriyle belirlenir. Paslanmaz çeliğin temel bileşen ve korozyona karşı yüzeyde krom oksit tabakası oluşturup korozyonu önlemede temel etken olan kromun maliyeti yüksek değildir, fakat korozyon dayanımını artıran (özellikle molibden) veya üretim kolaylığı sağlayan (özellikle nikel) gibi elementlerin ilavesi maliyeti çok artırır. Nikel ‘in maliyeti 2001 yılında 5.000 – 6.000 $/ton seviyesindeydi. Mayıs 2007 ‘nin sonunda bu rakam 50.000 $/ton seviyesine yükseldi. Aynı şekilde molibden ‘in fiyatı da 2001 yılında 8.000 $/ton seviyesindeyken şu anda 40.000 $/ton seviyesine fırlamıştır.

Bu maliyet artışları direkt olarak bu iki kalite üzerinde etkili olmuştur: 304 (18%Cr, %8 Ni) ve 316 (%17Cr, %10 Ni, %2 Mo). En fazla etkilenen kalite de tabii ki 316 kalite olmuştur. Bunun yanında 2205 (%22Cr, %5Ni, %3Mo) dubleks kalite gibi yüksek oranda alaşım elementi içeren diğer paslanmaz çelikler de etkilenmiştir. Alaşım elementlerinin rolü esas olarak korozyon dayanımı için belli başlı değişimleri veya mekanik ve üretim özelliklerini etkileyecek olan mikroyapısını değiştirmektir. Korozyon dayanımını belirlemek amacıyla kullanılan genel bir yaklaşım da Çekirdeklenme (Çukurcuklaşma) Direnci Eşdeğer Katsayısıdır (PRE). PRE = %Cr + 3,3xMo + 16x%N ‘dir. PRE katsayısı kalitelerin çekirdeklenme korozyonuna karşı direncini gösterip onları bu amaçla bir sıralamaya koymak amacıyla kullanılır. Herhangi bir korozyona etki eden şartı ortaya koymak amacıyla kullanılamaz. Görüldüğü üzere krom ‘un yanında molibden ve nitrojenin de bu korozyon türüne karşı etkin bir direnç verme özelliği vardır. Nitrojen molibden ve nikel ‘e oranla çok daha ucuza mal edilebilmesine karşın çelik içindeki çözünürlüğü 0,2% ile sınırlı olduğu için korozyon direncine de etkisi sınırlıdır. Çeliğin mikroyapısı ferrit oluşturucu ve östenit oluşturucu elementleri arasındaki dengeye bağlıdır. Östenit yapıyı oluşturucu elementler olarak, karbon, mangan, nitrojen ve bakır elementleri nikel ‘e alternatiftir. Bütün bu elementler nikel ‘den daha düşük maliyetlidirler. PRE formülasyonunda görüldüğü üzere, her element farklı şekillerde etki eder ve östenitik kalitelerde nikel ‘i tamamen kaldırmak mümkün değildir. Mangan, nikel kadar etkili olmasa da östenitik yapıyı kararlı kılıcı bir elementtir ve Cr-Mn çelikleri, Cr-Ni çeliklerini göre daha yüksek bir haddeleme sertleştirmesi özelliğine sahiptir. PRE formülünde belirtilmese de nikel, manganın etkisinden çok daha fazla korozyona sebep olan şartlarda olumlu etkiye sahiptir. Ayrıca elementler arasında da oluşan bir sinerji mevcuttur. Nitrojen östenitik yapıyı kararlı kılmada çok etkinken, mangan ‘ın kendisi östenitik yapıyı kararlı kılarken çelik içinde nitrojen çözülmesini de artırıcı bir etki gösterir.