Understanding the unusual passive behaviour of high strength hybrid steel in corrosive environments

Abstract

Yüksek mukavemetli çeliklerin, otomotiv, uçak ve açık deniz uygulamaları gibi çeşitli teknolojik uygulamalarda sıklıkla kullanılmaları, bu çeliklere karşı duyulan ilgiyi yıllar içerisinde giderek arttırmıştır. Yüksek mukavemet/ağırlık oranı sunduklarından, bu çelikler mühendislik uygulamalarında dayanıklılık, ağırlık ve maliyet kazancı sağlamaktadır. Mukavemet seviyesinin kesin bir değeri olmamakla birlikte, düşük alaşımlı yüksek mukavemetli çelik tipik olarak 500 MPa'dan yüksek akma ve 1000 MPa'dan yüksek çekme mukavemetine sahiptir. Yüksek mukavemetli paslanmaz çeliklerin minimum ağırlıkça %10,5 – 13 krom içermeleri beklenmektedir. Bu değer, yüzeyde oluşacak ince, homojen, koruyucu pasif filmin oluşabilmesi için bilinen sınır krom değeridir. Hibrit çelik, yeni nesil bir yüksek mukavemetli çeliktir. Hibrit çelik, mühendislik çelikleri, takım çelikleri ve paslanmaz çeliklerin özelliklerinin birleştirildiği bir platform yaratmaktadır ve bu nedenle Hibrit çelik olarak adlandırılır. Bu yeni mühendislik çeliği, yalnızca yüksek mukavemete sahip olmakla kalmayıp, yüksek sıcaklıkta oksidasyon direnci, maliyet, çevresel sürdürülebilirlik anlamlarında da üstün özellikler sergilemektedir. Korozyon ve beraberinde getirdiği etkiler, ülkelerin gayrisafi milli hasılasının büyük bir kısmının kaybına yol açtığından, korozyon kayıplarının incelenmesi ve bunun önüne geçilebilmesi, maliyet ve kaynakların sürdürülebilirliği açısından yüksek önem arz etmektedir. Korozyona karşı gösterdiği dirence ek olarak, alaşım elementlerinin az kullanıldığı bu yeni nesil Hibrit çelik ile çevresel sürdürülebilirlik de desteklenmektedir. Dünya endüstrisinde meydana gelen bu yeni dönüşüm, yeşil üretim rotalarını ve sürdürülebilirlik hedeflerine ulaşmayı zorunlu kılmıştır. Hibrit çeliğin korozyona karşı gösterdiği direnç, düşük alaşım oranı ile gelen düşük maliyeti ve bütün bunlara ek olarak yeşil üretimi ile, bu yeni dönüşüm hedeflerine başarılı bir şekilde uyum sağlayacağı öngörülmektedir. Hibrit çeliğin sunduğu üstün mukavemet, endüstride sıklıkla kullanılan iki mikroyapı sertleştirme mekanizmasının martenzitik matris içerisinde başarılı bir şekilde birleştirilmesi ile elde edilmiştir. Bu mekanizmalardan ilki genellikle takım çeliklerinin sertleştirilmesinde kullanılan karbür oluşumudur. Kullanılan diğer mekanizma ise intermetalik nikel alüminitlerin çökelmesidir. Temperleme ısıl işlemi, bahsi geçen mikroyapının elde edilmesini sağlamaktadır. Buna ek olarak temperleme ısıl işlemi ile daha yüksek mukavemet ve sertlik değerleri elde edilmektedir. Temperleme uygulanmamış Hibrit çeliği, 450 Vickers sertlik değerine sahipken, temperlenmiş Hibrit çelik 600 Vickers sertlik değerine sahiptir. Hibrit çelik (ağırlık olarak) %5 krom, %6 nikel ve %2 alüminyum içerir ve düşük maliyetli, düşük alaşımlı, yüksek mukavemetli ve yeşil bir çelik olarak kabul edilmektedir. Bu yüksek lisans tezi, Hibrit çeliğin korozyon direncini nötr sodyum klorür ve klorür içermeyen, oksijensiz sülfürik asit çözeltilerinde elektrokimyasal polarizasyon ve sinkrotron x-ışını fotoelektron spektrumu (XFS) ölçüm teknikleri kullanarak araştırmaktadır. Hibrit çeliğin korozyon davranışı, endüstride sıklıkla kullanılan AISI 304 (östenitik), 420 (martenzitik) ve konvansiyonel karbon çelikleriyle kıyaslanmıştır. Bu çalışmadaki motivasyon, çeliği paslanmaz yapan etkenleri, çelik ürünlerin doğru kullanımı amacıyla incelemek, buna ek olarak daha gelişmiş malzemeler tasarlamanın yolunu açmaktır. Çeliği paslanmaz hale getiren veya daha doğu bir tabirle bulunduğu ortamlarda pasif davranma özelliklerine sebep olan etkenlerin anlaşılması oldukça önemli hale gelmiştir. Paslanmaz yani pasif olma halinin anlaşılması yüksek mukavemetli çelikler için uzun ömürlü ve verimli kullanımını sağlayacaktır. Bu sayede maliyetten tasarruf sağlanıp ayrıca çevreci ve sürdürebilirlik elde edilecektir.