Yüksek Performanslı Paslanmaz Çelik Üretimi

Standart paslanmaz çelik kalitelerinin üretimi için geçerli olan sağlam ilkeler, yüksek performanslı kaliteler için de geçerlidir ve özel gereksinimlerini anlamak için iyi bir başlangıç noktası sağlar. Standart kalitelere uygulanan neredeyse tüm imalat teknikleri yüksek performans kalitelerine de uygulanır. 

Farklılıklar şunları içerir:

1. Daha kritik sıcak çalışma ve ikincil faz oluşumu ile ilişkili tavlama sıcaklık aralıkları
2. Sekonder faz çöktürme kinetiği ile ilişkili daha kritik soğutma hızı gereksinimleri
3. Yapısı sonra bakım ve korozyon dengesi kaynak
4. Birçok soğuk çalışma ve işleme operasyonlarını etkileyen yüksek güçlü
5. Fabrikasyonun tüm aşamalarında yüzey kirlenmesinin önlenmesi.

Başarılı imalat, belirli paslanmaz çelik sınıfının iyi bir metalürjik anlayışını ve özellikle dubleks paslanmaz çelikler için imalatın tüm detaylarına yakından dikkat gerektirir. Bireysel kalitelerin üretimi hakkında en iyi bilgi ve rehberlik üreticiden elde edilir. Burada tartışılan geniş genel bakış, yüksek performanslı paslanmaz çeliklerin imalatındaki en önemli ilkeleri ve hususları vurgulamaktadır.
 

Üç yüksek performanslı paslanmaz çelik ailesi, doğrudan ferrit ve östenitin farklı özelliklerinden kaynaklanan sıcak çalışma davranışında belirgin farklılıklar gösterir.

Östenitik yüksek performanslı paslanmaz çelikler iyi sıcak süneklik gösterir, ancak oldukça dar bir sıcaklık aralığındadır. Sünekliğin yaklaşık 1200 °C'nin (2200 ° F) üzerindeki hızlı azaltılması, kükürt, oksijen ve fosforun zararlı tane sınırı etkilerinden kaynaklanır. Üreticiler çeliğin eritilmesi ve rafine edilmesi sırasında bu safsızlıkları en aza indirmek ve etkisiz hale getirmek için özel çaba sarf etmektedir; yararlı olsa da, bu bu etkileri tamamen telafi etmez. Artmış nitrojen içeriği ve östenitin düşük kendi kendine difüzyon oranları ayrıca düşük sıcaklıklarda yüksek gerilme oranı sünekliğini azaltır. Döküm halinde ayrışma ve sigma fazı oluşumuna eğilimli olduklarından östenitik paslanmaz çeliklerin üst sigma fazı solvus sıcaklığının üzerinde çalışması arzu edilir. Bu nedenle, sıcak çalışma oldukça dar bir sıcaklık aralığında yapılmalıdır. Bu kaliteler ayrıca yüksek sıcaklıklarda hızla oksitlenir. Molibdenin arttırılması bu oksidasyon eğilimini arttırır; bu nedenle ısıtma ve sıcak çalışma için üst sıcaklık ve zaman sınırı, aşırı oksidasyon ile homojenizasyonu gerçekleştirmek için gereken süre arasında bir uzlaşmadır.

Önerilen Makale: Çelik malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için karbon çeliği sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.

Ferrit nispeten zayıftır, yüksek kendi kendine difüzyon oranlarına sahiptir ve kükürt ve fosfor gibi safsızlıklar için yüksek bir çözünürlüğe sahiptir. Dolayısıyla, ferritik kaliteler, östenitik kalitelerden daha geniş bir sıcaklık aralığında çok iyi sıcak işlenebilirliğe sahiptir. Düşük sıcaklık çalışma limiti öncelikle sigma faz oluşumunun üst sıcaklığı tarafından belirlenirken, aşırı ölçeklendirme üst sıcaklık limitini belirler. Ferritik paslanmaz çeliklerin döküm olarak ayrışma eğilimi azdır; bu nedenle ayrışmayı en aza indirgemek için östenitik kaliteler için gereken uzun ıslatma süresine genellikle çok az ihtiyaç vardır.

Dubleks paslanmaz çelikler, bileşen fazlarının en iyi ve en kötü işlenebilirlik özelliklerini bir araya getirir. Tek fazlı kalitelerden farklı olarak, dubleks paslanmaz çeliklerin bağıl ferrit-ostenit dengesi, sıcaklık yaklaşık 1100 °C'nin (2000 ° F) üzerine çıktıkça önemli ölçüde değişir. Çelik, maksimum östenit oranını içerdiğinden, düşük sıcaklıklarda sıcak işlenebilirlik kötüdür. Bu ostenit, bu sıcaklıklarda ferritten çok daha güçlüdür; bu nedenle sıcak çalışma deformasyonunun çoğu, onu makroskopik bir seviyede barındıramayan ferrit tarafından emilir. Yüksek sıcaklıklarda, yapı ağırlıklı olarak ferritik hale gelir ve çelik ferritik kalitelere benzer işlenebilirlik gösterir. Bu nedenle, yüksek çalışma sıcaklıkları tercih edilir ve sıcaklık sadece oksidasyonun aşırı hale geldiği nokta ile sınırlıdır.

Yüksek performanslı paslanmaz çeliklerin soğuk işlenmesinde ana husus, standart paslanmaz çelik kalitelerine kıyasla daha yüksek mukavemetleridir. Bunun, ekipman yükleme, güç ve yağlama gereksinimleri oluşturma üzerinde bir etkisi olacaktır. Bu kaliteler, tüm geleneksel yöntemlerle başarılı bir şekilde soğuk işlenebilir, ancak ekipman talepleri önemli olacaktır. Üç paslanmaz çelik ailesi, ferrit fazının bir başlangıç yüksek akma mukavemetine ve başlangıçtaki yüksek iş sertleşme oranına sahip olması nedeniyle biraz farklı davranır, östenit fazı daha fazla süneklik gösterir ve ağır soğuk indirgeme ile daha fazla iş sertleştirmesi geliştirir. Kaliteler arasındaki bu farklılıklar Şekil 69'da gösterilmektedir, burada akma mukavemeti ve sünekliği soğuk azaltmanın bir fonksiyonu olarak gösterilmektedir. Dubleks kaliteleri, ferrit fazının başlangıçtaki yüksek mukavemet ve iş sertleştirme özelliklerini sergiler, bu da haddeleme veya bükme sırasında çok sert olmasını sağlar. Bu etki, çok ağır soğuk azalmalarıyla karşılaşılana kadar östenitik kaliteler ile farkedilmez. Yüksek performanslı ferritik ve dubleks kalitelerin sünekliği östenitik kalitelerinkinden daha az olduğu için, ağır indirimlerde sınırlayıcı bir faktör olabilir. Kesme ve kesme gibi kesme işlemlerinde, bu paslanmaz çelikler için keskin bıçaklar ve uygun boşluklar için olağan gereklilik özellikle önemlidir. Ayrıca, yüksek mukavemetleri nedeniyle, bükme gibi operasyonlarda daha fazla geri yaylanma ile karşılaşılır. Paslanmaz çeliklerin soğuk işlemesi hakkında ayrıntılı bilgi NiDI yayın No. 428, “Krom-Nikel Paslanmaz Çelik Üretimi (300 Serisi)” nde bulunabilir.
 

Yüksek performanslı paslanmaz çelikleri tavlarken en önemli hususlar şunlardır:

1. Fırın ortamları ve olası yüzey kontaminasyonu
2. İkincil faz oluşumundan kaçınmak
3. Çökeltilerin yeniden çözündürülmesi ve segregasyonun azaltılması
4. Soğutma oranı
5. Yüzeylerden potansiyel krom kaybı.

Sıcaklık ve soğutma hızları seçilirken dönüşüm diyagramlarına başvurulmalıdır. Çoğu şema izotermal dönüşüm kinetiğine dayanırken, deneyimler sürekli soğutmanın daha yavaş kinetikle sonuçlandığını göstermiştir. Bu nedenle, izotermal diyagramlara dayanan zaman sınırları, ikincil faz oluşumundan kaçınmak için izin verilen minimum soğutma oranını tanımlarken genellikle biraz muhafazakârdır. Metaller arası bileşiklerden mekanik ve korozyon özellikleri üzerindeki olumsuz etkileri nedeniyle kaçınılması gerekirken, karbür ve nitrit çökeltme çok hızlı olabilir, korozyon direncini önemli ölçüde azaltır, ancak mekanik özellikler üzerinde belirgin bir etki yaratmaz. Sıcak çalışma için ısıtmada olduğu gibi, yüksek performanslı paslanmaz çelikten üç aile arasında tavlama prensipleri ve endişeleri arasında önemli farklılıklar vardır.

Östenitik paslanmaz çelikler azot içeren tavlama ortamlarına karşı toleranslıdır, ancak karbonlama potansiyeline sahip ortamlara karşı toleranssızdır, çünkü bu malzemelerde karbon içeriğinin yüzde 0.02'den daha düşük seviyede tutulması arzu edilir. Bu kaliteler, yüksek sigma ve ki faz solvus sıcaklıkları nedeniyle ferritik ve dubleks paslanmaz çeliklerden daha yüksek tavlama sıcaklıkları gerektirir. Segregasyonu en aza indirmek için yüksek sıcaklıklarda tavlama arzu edilir, ancak bu hızlı oksidasyon ve yüzeylerden krom kaybı olasılığını artırır. Tavlama sıcaklığı aralığı nispeten dardır ve rakip faktörler arasında bir uzlaşmayı temsil eder. Tüm östenitik kaliteler, ikincil faz çökelmesine bağlı korozyon direncinde bir kaybı önlemek için tavlama sonrası hızlı soğutma gerektirir.

Tavlama atmosferi ferritik kaliteler için son derece önemlidir. Karbon, azot ve hidrojen gibi katışkılar için yüksek çözünürlüğe ve yaygınlığa sahiptirler. Atmosferler, bu elemanlar açısından mümkün olduğunca nötr olmalı ve fırın çekmeden önce, özellikle de çizim yağlayıcı kalıntısı olabilecek tüplerde yüzeyler yağdan arındırılmalıdır. Ferritik alaşımlar için hava, argon veya vakum atmosferleri tercih edilir. Aşırı yüksek sıcaklıklara veya uzun tavlama sürelerine ihtiyaç duymazlar, çünkü tüm reaksiyonlar yüksek sıcaklıkta çok hızlıdır. AL 29-4-2 hariç, ferritik kalitelerin tümü karbon ve azot için titanyum veya niyobyum gibi stabilize edici elementler kullanır. Tavlama, bu elementlerle birleştirilerek karbonun etkili bir şekilde stabilize olmasını sağlamak için yeterince düşük bir sıcaklıkta yapılmalıdır. Tüm yüksek performanslı paslanmaz çeliklerde olduğu gibi, tavlama sonrası tavlama koşulları ve soğutma oranları, tavlanan malzemenin kaynaklanıp kaynaklanmadığını veya yalnızca soğuk işin etkilerini ortadan kaldırmak için tavlanıp tavlanmadığını dikkate almalıdır. Ferritik alaşımlar ince kesitlerde üretilir; böylece kaynaklarla uğraşmadığında hava veya fan soğutması yeterli olabilir. Kaynaklar genellikle kaynaklı durumda yeterli performans sağlar; bununla birlikte, tavlanırlarsa soğutma hızları çok hızlı olmalıdır.

Dubleks paslanmaz çeliklerle kullanılan tavlama ortamları bir miktar nitrürleme potansiyeline sahip olabilir, ancak karbonlama veya hidrasyon yapamazlar. Çökeltileri eritmek veya segregasyonu gidermek için genellikle çok yüksek sıcaklıklara ihtiyaç yoktur ve son yapıdaki aşırı ferriti ve yüzeyden krom kaybını sınırlamak için aşırı yüksek sıcaklıklardan kaçınılmalıdır. Tavlama sıcaklığı aralığı genellikle karbür ve sigma solvus sıcaklıklarının üzerinde başlar ve maksimum yaklaşık yüzde 60 ferrit üreten sıcaklığa kadar yükselir. Bu kaliteler karbon ve azot açısından stabilize olmadığından, soğutma hızları bu elementlerin duyarlılaşmasını önlemek için yeterince hızlı olmalıdır. Ferrit miktarı arttıkça duyarlılaşma olasılığı artar; bu nedenle, soğutma hızı belirlenirken karbür çökeltme aralığı üzerinde mevcut beklenen ferrit miktarı dikkate alınmalıdır. Dönüşüm eğrisinin burnunun yakınındaki sıcaklık bölgesi üzerinde hızlı sigma çökelmesi genellikle tavlama veya kaynaklamadan sonra soğutmanın en sorunlu yönüdür. Ağır kısımların veya diğer zor koşulların bulunduğu yerlerde yüksek azotlu ısı bileşimleri tercih edilir çünkü azot bu dönüşümün başlamasını önemli ölçüde geciktirir.