Dubleks Paslanmaz Çelikler

 

Dubleks paslanmaz çelikler korozyon dayanımı, yüksek mekanik özellikler ve kolay üretim gibi özelliklerin bir arada toplandığı malzemelerdir. Bu çelik türü 1980’li yıllardan itibaren, üretim maliyeti, geliştirilmiş metalurji teknikleri, kaynak ve korozyon özellikleri ve geniş kullanım yelpazesi gibi faktörlerden dolayı östenitik ve diğer paslanmaz çeliklere göre daha fazla tercih edilir duruma gelmiştir. Dubleks paslanmaz çeliklerin geçmişiyle ilgili yapılan kapsamlı çalışmalar doğrultusunda, tarihsel gelişimi iki döneme ayrılabilir.
 

İlk geliştirilen dubleks paslanmaz çelikler 1930 yılında İsviçre’de üretilmiştir. Bu “İlk Nesil Dubleks Paslanmaz Çelikler” olarak adlandırılan türler alaşım elementi olarak sadece Cr, Ni ve Mo içermekteydi ve yüksek karbonlu östenitik paslanmaz çeliklerde görülen tanelerarası korozyonu azaltmak amacıyla üretilmişti. İlk dubleks döküm 1930 yılında Finlandiya’da üretilmiş ve ilk patent 1936 yılında Fransa’da dubleks dökümün öncüsü olarak bilinen Uranüs 50’ye verilmiştir. İlk nesil dubleks paslanmaz çeliklerin östenitik paslanmaz çeliklere göre sıcak yırtılma dayanımı daha yüksektir. Bu da o yıllarda karmaşık şekilli parçaların daha kolay şekilde dökümünü sağlamıştır. Avesta, Creusot-Loire ve Sandvik gibi öncü şirketler, östenitik paslanmaz çeliklere kıyasla daha yüksek mekanik özelliklere sahip ve (o yıllarda kolay olmayan) çok düşük karbon oranı gerektirmeden elde edilen tanelerarası korozyon dayanımı yüksek olan dubleks paslanmaz çelik türleri geliştirmiştir. Ancak, yüksek karbon içeriği kaynak işleminde baskın olarak ferritik olan ITAB’larda ve ferrit-ferrit tane sınırındaki korozyon özelliklerinin ana metalden daha düşük olması kullanımını sınırlamıştır. Sonuç olarak bu ilk nesil dubleks paslanmaz çeliklerde metalurjik değişkenlerin hassas olarak ayarlanamaması, tek şirket ürünü olması gibi sebeplerden dolayı istenen mekanik ve içyapı özellikleri elde edilememiş ve kullanımı çok fazla yaygınlaşmamıştır.
 

İlk nesil dubleks paslanmaz çelikler bazı özelikleri bakımından avantaj sağlasa da kaynak işleminde sergilediği özelliklerden dolayı kullanımı sınırlandırılmıştır. 1968 yılında elektrik ark fırınlarında rafine tekniklerinin geliştirilmesiyle (Argon Oksijen Dekarbürizasyonu-AOD), düşük C içeriğine sahip malzeme üretimi, ısının daha kontrol edilebilir olması ve yapıdaki empürite miktarlarının azaltılmasıyla son ürün kalitesinde önemli bir artış sağlanmıştır. Bu durum dubleks paslanmaz çeliklere geniş bir yelpaze aralığı sunmuştur. AOD tekniği sayesinde azotun alaşım elementi olarak yapıya eklenmesi mümkün hale gelmiştir. Azot elementi dubleks paslanmaz çeliklerde ITAB’ın tokluğunu ve korozyon özelliklerini arttırıcı bir etki sağlamaktadır. Östenitin kararlılığını arttırmasının yanında, N elementi ayrıca zararlı intermetalik oranını azaltan bir faktördür.

İkinci nesil dubleks paslanmaz çelikler içerdikleri N elementi ile tanımlanmıştır. Ancak dubleks paslanmaz çelik metalurjisindeki en büyük ilerleme, 1970’lerde 2205 sınıfının geliştirilmesiyle yaşanmıştır. Bugün hala piyasaya sürülen dubleks paslanmaz çeliklerin çok büyük bir kısmını bu sınıf oluşturmaktadır.

Önerilen Makale: Çelik sac malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için çelik platina fiyatları sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
 

Dubleks paslanmaz çelikler, daha öncede bahsedildiği üzere, yüksek korozyon dayanımı, yüksek mekanik özellikler ve kolay üretim gibi özellikleri bir arada taşıyan malzemelerdir. Dubleks paslanmaz çeliklerin fiziksel özellikleri östenitik ve ferritik paslanmaz çeliklerin arasındadır, fakat ferritik paslanmaz çelikler ve karbon çeliklerine daha yakındır. Bu çelik türlerinin çukurcuk ve çatlak korozyonuna karşı dayanımı içerdiği Cr, Mo, W ve N elementleri ile sağlanmaktadır. Dubleks paslanmaz çelikler, korozyon özellikleri bakımından 300 serisi östenitik paslanmaz çeliklerden üstündür. Ayrıca yüksek dayanım ve yüksek tokluk özelliklerini bir arada sergilemesiyle de östenitik paslanmaz çeliklerden daha üstün konuma gelmiştir.

Dubleks paslanmaz çelikler yüksek mekanik özelliklere sahiptir. Dubleks paslanmaz çeliklerin, çözme tavı uygulanmış haldeki akma mukavemeti standart östenitik paslanmaz çeliklerin iki katından fazladır. Bunun temel nedeni; alaşım elementi olarak azotun kullanılmasıdır. Bu sayede, bazı mimarı uygulamalarda duvar kalınlığı azaltılmıştır. Ferritik paslanmaz çeliklerde görülen 475°C gevrekliği dubleks paslanmaz çelikler için de geçerlidir. Dövülmüş dubleks paslanmaz çeliklerin mekanik özellikleri yöne bağlı olduğundan genellikle anizotropiktir. Bu anizotropi; soğuk ya da sıcak haddeleme sonucunda yönlenmiş tanelerden kaynaklanmaktadır. Dubleks paslanmaz çeliklerin katılaşma yapısı izotropik özellik göstermesine rağmen, haddeleme dövme ve tavlama gibi işlemlerden sonra anizotropik özellik göstermektedir. İki faz görünümlü nihai doku yönlenmiş bir görünüme sahiptir. Dayanım tokluk haddeleme yönünde daha yüksektir.

Dubleks paslanmaz çelikler; yüksek dayanımın yanında yüksek süneklik ve tokluk özelliklerine sahiptir. Karbon çelikleri ve ferritik çeliklerle karşılaştırıldıklarında, dubleks paslanmaz çeliklerin süneklikten gevrekliğe geçişinin daha kademeli olduğu görülmektedir. Ancak östenitik paslanmaz çeliklere göre daha düşük tokluk ve süneklğe sahiptirler.

Dubleks paslanmaz çeliklerin akma dayanımı Young Modülü sınırlamalarına bağlı olarak düşebilmektedir. Ayrıca, imalat sırasında da sorunlar oluşabilmektedir. Sahip oldukları yüksek dayanımları plastik şekillendirme esnasında yüksek itici güç gerektirmektedir.

Dubleks paslanmaz çelikler, yüksek sertlikleri ve çalışma esnasında pekleşme hızının yüksek olması nedeniyle alet ömrünü azaltmaktadır. Bu nedenle bükme işlemi esnasında çeşitli tavlamalara ihtiyaç duyulmaktadır.

Dubleks paslanmaz çeliklerin sahip oldukları fiziksel ve mekanik özellikler sayesinde geniş bir kullanım alanına sahiptir. Bunlar;

Baca gazı kükürt giderme (FGD) sistemleri: Bilindiği gibi, hava kalitesinin planlanması kapsamında kömür yakıtlı elektrikli araçlar belirsiz bir gelecekle karşı karşıyadır. Havaya salınan SO₂‘nin daha da azaltılması gerekmektedir ve FGD yöntemi SO₂ emisyonunu azaltan yöntemlerden biridir. Modern FGD sistemleri farklı sıcaklık, farklı klorit derişimleri ve farklı pH değerlerine sahip birçok bölgeden oluşmaktadır. SAF 2205 dubleks paslanmaz çelik sahip olduğu düşük maliyet ve yüksek korozyon dayanımı ile Asya, Güney Amerika ve Avrupa’da FGD sistemlerinde tercih edilen malzeme türü olmuştur.

Tuzdan arındırma: Tuzdan arındırma sistemlerinde yüksek klorit oranı ve yüksek sıcaklığın bir arada bulunduğu korozif bir ortam mevcuttur. Bu nedenle, tuzdan arındırma sistemlerinde kullanılacak malzemelerde aranılan en temel özellik korozyon dayanımıdır. Özellikle SAF 2205 kalite dubleks paslanmaz çelik yüksek dayanımın yanında sahip olduğu yüksek korozyon dayanımı ile bu sistemlerde kullanılan bir malzeme haline gelmiştir.

Yağ ve Gaz: Petrol ve gaz sektöründe dubleks paslanmaz çelikler zorlu koşullara dayanmada önemli bir role sahiptir. Sadece genel korozyon dayanımı ve mekanik özellikleriyle değil, ayrıca çukurcuk ve oyuklanma korozyonu dayanımıyla da östenitik paslanmaz çeliklere göre daha üstündür. Nitekim, PREN değerleri genellikle 40’ın üzerindedir. Dubleks paslanmaz çeliklerin temel kullanım alanları; akış hattı, proses borulama sistem ve ekipmanlarıdır (ayırıcılar, temizleyiciler, pompalar). Ayrıca denizaltı boru sistemlerinde de tercih edilmektedir. Süper dubleks olarak tanımlanan türler ise; tasarım gerilmesi sayesinde çubuk, dövme, döküm, sac, levha, tüp ve bağlantı elemanları gibi öğelerde kullanılmaktadır.

Biyoyakıtlar: Karada kullanılan biyoyakıtlar, özellikle etanol, dubleks sınıflarının kullanımının arttığı bir sektördür. Bu biyokütleler sıvı halde SAF 2205 dubleks paslanmaz çelik tanklarda muhafaza edilmektedir.

Gıda ve içecek: Gıda ve içecek endüstrisinde de dubleks paslanmaz çelik kullanımı yıllara bağlı olarak artmaktadır.

Mimari ve İnşaat: Dubleks paslanmaz çelikler korozif bir ortam olan tuzlu koşullarında yüksek yük taşıma kabiliyetinden dolayı köprü yapımında tercih edilen bir malzemedir.