Paslanmaz Çelik Korozyon Direnci: Kapsamlı Bir Kılavuz

Bir paslanmaz çelik türü birçok ortamda iyi korozyon direnci gösterebilir, ancak diğer bazı ortamlarda düşük kimyasal kararlılık nedeniyle korozyona uğrayabilir. Başka bir deyişle, bir paslanmaz çelik türü tüm ortamlara karşı korozyona dayanıklı olamaz.

Metallerin korozyonu üç mekanizma olarak sınıflandırılabilir: fiziksel korozyon, kimyasal korozyon ve elektrokimyasal korozyon. Metalin fiziksel çözünmesi metaller fiziksel korozyona aittir. Kimyasal korozyon, metal iyonlarının ortamla doğrudan yük alışverişinde bulunduğu ortamda meydana gelen doğrudan kimyasal reaksiyonu ifade eder.

Daha önce yüksek sıcaklıklardan kaynaklanan metal oksidasyonunun saf kimyasal korozyona ait olduğuna inanılıyordu, ancak gerçekte, çoğu yüksek sıcaklık oksidasyonu elektrokimyasal korozyona aittir. Pasivasyon koruyucu filminin metalin daha fazla korozyona uğramasını engelleyebilmesinin nedeni, iyon değişimi ve yük değişimi hızını engelleyen önemli bir husustur.

Elektrokimyasal korozyon, bir elektrolit içindeki elektrot reaksiyonları nedeniyle metalin korozyona uğramasıdır. Birçok elektrokimyasal korozyon sürecinde, bir metal başka bir metale katılır veya metal içindeki farklı fazlar katılarak galvanik korozyon olarak bilinen durumu oluşturur.

Bu senaryoda, bir metal anot görevi görür ve korozyona uğrarken, diğer metal katot görevi görür ve elektrokimyasal korozyonun bir özelliği olan indirgenme reaksiyonuna girer. Pratik hayatta ve mühendislik uygulamalarında, metal korozyonunun büyük çoğunluğu elektrokimyasal korozyona aittir.

Paslanmaz çeliğin ana korozyon formları arasında üniform korozyon (yüzey korozyonu), çukur korozyonu, çatlak korozyonu, taneler arası korozyon ve stres korozyonu yer almaktadır.

Düzgün korozyon

Tekdüze korozyon, korozif ortamla temas halindeki metal yüzeyinin kapsamlı korozyonunu ifade eder. Düzgün korozyon metal kesitini sürekli olarak azaltır. Korozyona uğrayan stresli bileşenler için, taşıdıkları gerçek stresi artırır, sonunda malzemenin kırılma mukavemetine ulaşır ve arızaya neden olur.

Üniform korozyonu değerlendirme yöntemi, test koşulları altında belirli bir korozyon süresinden sonra birim alan başına ağırlık kaybını ölçmektir (g/m²-yıl), yani korozyon oranıdır.

Korozyona uğrayan derinlik (mm/yıl) cinsinden hesaplanırsa, ekipmanın korozyon direnci ömrünü belirlemek için daha uygundur. Farklı korozyon oranlarına bağlı olarak, metal malzemelerin korozyon direnci Tablo 1-13'te gösterildiği gibi 10 seviyeye ayrılabilir.

Farklı kullanım senaryolarına bağlı olarak, korozyon direnci genellikle iki ana seviyeye ayrılır: korozyon oranı 0,01 mm/yıl'dan az ise "tamamen korozyona dayanıklı" olarak kabul edilir; korozyon oranı 0,1 mm/yıl'dan az ise "korozyona dayanıklı" olarak kabul edilir.

Burada, 0,1 mm/yıl'ı aşan bir korozyon oranının korozyona dirençli olmadığı veya çok dirençli olmadığı şeklinde değerlendirildiği açıktır. Başka sınıflandırma yöntemleri de vardır, ancak burada yalnızca bir tanesinden bahsedilmiştir.

Mükemmel korozyon dirençlerine bağlı olarak çelik, paslanmaz çelik ve korozyona dayanıklı çelik olarak ikiye ayrılır.

1. Paslanmaz çelik atmosferde ve zayıf korozif ortamlarda korozyona dayanıklı çeliği ifade eder.

2. Korozyona dayanıklı çelik çeşitli güçlü korozif ortamlarda korozyona direnebilen çeliği ifade eder.

Tablo 1-13: Korozyon Direncinin Sınıflandırılması

Paslanmaz çelik, belirli ortamlarda tekdüze korozyonun ötesinde korozyon biçimlerine maruz kalabilir. Herhangi bir aşırı korozyon şekli, çeliğin o ortamda korozyona dirençli olduğu şeklinde değerlendirilir.

Mühendislik uygulamalarında, malzeme seçimi ve korozyon direnci değerlendirmesi, ekipmanın tasarım ömrünü ve kimyasal malzemelerin potansiyel kirlenmesini veya korozyon ürünleri nedeniyle bitmiş ürün kalitelerinin düşmesini de dikkate almalıdır.

Lokalize korozyon

Çukur korozyonu, metal yüzeyin büyük bir kısmının korozyona uğramadığı ya da hafif korozyona uğradığı, buna karşın yüksek oranda lokal korozyonun ara sıra meydana geldiği olguyu ifade eder. Yaygın çukurların boyutu 1,0 mm'den azdır ve derinlikleri genellikle yüzey açıklığını aşar. Daha hafif vakalarda, nispeten derin çukurlar vardır ve ciddi vakalarda delinme meydana gelebilir.

Çukur korozyonu, metal yüzeyindeki lokalize pasivasyon filminin bozulmasından kaynaklanır. Korozyon çukurlarının oluşmasıyla başlar ve daha sonra dıştan içe doğru ilerleyerek lokalize korozyonu oluşturur.

Çukur korozyonu, paslanmaz çelikte yaygın olarak görülen korozyon hasarı türlerinden biridir. Klorür iyonları (Cl-) içeren ortamlarda, paslanmaz çelikte çukur korozyonu meydana gelme olasılığı yüksektir. Günümüzde paslanmaz çelikte çukur korozyonu hasarını önlemek için çeşitli yaklaşımlar bulunmaktadır:

1. Ortamdaki klorür iyonu ve oksijen içeriğini azaltın; korozyon inhibitörleri (CN-, NO-, SO-, vb. gibi) ekleyin; ortamın sıcaklığını düşürün, vb.

2. Paslanmaz çeliğe molibden, manganez, silisyum, vanadyum veya nadir toprak elementleri katarak alaşımlanmayı güçlendirir ve çukur korozyonuna karşı direncini etkili bir şekilde artırır.

3. Dislokasyon bölgelerinde çukur korozyonu oluşma olasılığını azaltmak için soğuk işlemeyi mümkün olduğunca en aza indirin.

4. Çelikteki karbon içeriğini azaltın ve her ikisi de çukur korozyonuna karşı direncini artırabilecek krom ve nikel içeriğini artırın. Mevcut ultra düşük karbonlu, yüksek krom-nikel-molibdenli östenitik paslanmaz çelik plakalar ve ultra yüksek saflıkta, düşük karbonlu, düşük nitrojenli, molibden içeren yüksek kromlu ferritik paslanmaz çelik plakalar çukur korozyonuna karşı yüksek dirence sahiptir.

Çatlak korozyonu

Çatlak korozyonu, metal bileşenlerin çatlaklarında benekli veya ülserli makroskopik çukurların oluşması anlamına gelir ve bir tür lokal korozyonu temsil eder. Genellikle pulların, perçinlerin ve cıvata bağlantılarının birleşme yerlerinde, üst üste binen kaynak bağlantılarında, valf yuvalarında ve birikmiş metal levhalarda meydana gelir.

Korozyon ürünlerinin örtülmesi ve çatlaklardaki ortamın kısıtlı difüzyonu nedeniyle, bu konumlardaki ortamın bileşimi ve konsantrasyonu genel ortamdan önemli ölçüde farklılık göstererek "tıkalı hücre korozyonu" oluşumuna yol açar. Çukur korozyonuna kıyasla çatlak korozyonu oluşum mekanizmasındaki temel fark, ortamın elektrokimyasal olarak homojen olmamasında yatmaktadır.

Östenitik, ferritik ve martensitik paslanmaz çelik plakaların tümü deniz suyunda çatlak korozyonuna karşı değişen derecelerde duyarlılık gösterir. Çatlak korozyonuna karşı direncin artırılması, çelikteki krom ve molibden içeriğinin uygun şekilde artırılmasıyla sağlanabilir.

Pratik açıdan, deniz suyunda kullanılan cihazlar için sadece titanyum, yüksek molibdenli nikel bazlı alaşımlar ve bakır alaşımları gibi malzemeler çatlak korozyonunu etkili bir şekilde önleyebilir. Çalışma koşullarının iyileştirilmesi, ortam bileşiminin değiştirilmesi ve yapısal formların modifiye edilmesi, çatlak korozyonunun önlenmesi için önemli tedbirlerdir.

Taneler arası korozyon

Taneler arası korozyon, seçici korozif hasarın bir şeklidir. Genel seçici korozyondan farkı, lokalize korozyonun mikroskobik ölçekte meydana gelmesi ve makroskobik olarak lokalize olmayabilmesidir.

Bu tür korozyon öncelikle metalin mikro yapısının tane sınırlarında meydana gelir ve metalin içine nüfuz eder, bu nedenle taneler arası korozyon olarak adlandırılır. Bu tür bir korozyon meydana geldikten sonra, her zaman dışarıdan kolayca fark edilemeyebilir. Bununla birlikte, tane sınırlarında korozyonun neden olduğu hasar nedeniyle, taneler arasındaki bağlanma gücü neredeyse tamamen kaybolur.

Önemli korozyon derinliğine sahip bileşenler yapısal bütünlüklerini kaybedebilir ve aşırı yük nedeniyle yıkıcı arızalara yol açabilir. Ciddi derecede korozyona uğramış metal toz haline gelebilir ve bileşenden ayrılabilir. Bu, korozif hasarın oldukça zararlı bir biçimini temsil eder.

Stres Korozyonu

Stres korozyonu, belirli bir ortamda stres ve belirli bir stres seviyesinin birleşik etkisi altında meydana gelen metalin korozyona bağlı kırılmasını ifade eder. Stres korozyonu, stres olmadığında veya belirli bir ortamda stres seviyeleri çok düşük olduğunda meydana gelmez. Benzer şekilde, belirli bir ortam olmaksızın önemli bir stresin varlığı da stres korozyonuna yol açmaz.

"Spesifik ortam" terimi, yalnızca ortamın bileşimi ve konsantrasyonu uygun olduğunda, belirli bir ilgili metalde stres korozyonunun meydana gelebileceği durumu ifade eder.

1960'lardan bu yana, kaynaklı paslanmaz çelik bileşenlerde stres korozyonuna bağlı çok sayıda kırılma vakası meydana gelmiş ve tamamen gevrek bir kırılma modeliyle sonuçlanmıştır. Çatlağın yavaş uzaması sırasında başka hiçbir makroskopik belirti görülmez ve anlık kırılma yüzeyine ulaşıldığında hızlı kırılma meydana gelir ve genellikle önemli tehlikeler içeren feci kazalara neden olur. Bu nedenle, bu konu üzerinde önemle durulan bir konu haline gelmiştir.

Kaynaklı paslanmaz çelik bağlantılarda taneler arası korozyon ve gerilme korozyonu ile ilgili mekanizmalar ve önleyici tedbirler Bölüm 3'te ayrıntılı olarak açıklanacaktır.