Paslanmaz Çelik Neden Paslanır ?

Paslanmaz Çelik Korozyonu: Mekanizmalar, Etkileyen Faktörler ve Önleme Yöntemleri

1. Giriş

Paslanmaz çelik, yüksek korozyon direnci, estetik görünümü ve üstün mekanik özellikleri sayesinde inşaat, kimya, gıda işleme, tıp ve denizcilik gibi birçok sektörde vazgeçilmez bir malzeme haline gelmiştir. Bu malzemenin benzersiz korozyon direnci, yüzeyinde kendiliğinden oluşan, “pasif tabaka” adı verilen ince, yoğun ve krom oksit (Cr₂O₃) açısından zengin bir filmden kaynaklanır. Bu tabaka, alttaki metalin oksijene ve aşındırıcı ortamlara doğrudan maruz kalmasını engelleyerek korozyonu etkin bir şekilde önler.¹

Korozyon, dünya genelinde endüstriler için önemli bir maliyet unsuru olup, NACE International tarafından yapılan bir çalışmaya göre küresel GSYİH’nin yaklaşık %3’üne denk gelen 2,5 trilyon dolarlık bir maliyete yol açmaktadır.⁴ Bu maliyetler, denetimler, aşınmış bileşenlerin değiştirilmesi ve korozyona dayanıklı yeni sistemlerin kurulumunu içerir. Özellikle petrol ve gaz gibi yüksek riskli sektörlerde, korozyon kaynaklı arızalar, yangın veya patlama gibi ciddi güvenlik riskleri taşıyabilir ve çevresel felaketlere yol açabilir.⁴ Paslanmaz çelik korozyonunu anlamak sadece teknik bir mesele olmaktan öteye geçerek, ekonomik ve güvenlik açısından bir zorunluluk haline gelmektedir. Malzeme bozulmasının küresel maliyetleri ve potansiyel güvenlik arızaları göz önüne alındığında, bu raporun amacı, paslanmaz çeliğin korozyon mekanizmalarını derinlemesine açıklayarak, çeşitli endüstrilerde risk yönetimi ve operasyonel verimlilik için stratejik bir rehber sunmaktır. Bu sayede, hem malzeme ömrünü uzatmak hem de operasyonel güvenliği sağlamak açısından hayati öneme sahip etkili önleme stratejileri geliştirilebilir.

2. Paslanmaz Çeliğin Korozyon Direnci Mekanizması

Paslanmaz çeliğin korozyon direncinin temelini, alaşımında en az %10.5 oranında krom (Cr) bulunması oluşturur.² Krom, çelik yüzeyinde oksijenle temas ettiğinde, çok ince (birkaç nanometre kalınlığında), yoğun ve kararlı bir krom oksit (Cr₂O₃) tabakası oluşturur.¹ Bu tabaka, “pasif film” olarak adlandırılır ve alttaki metalin çevresel etkilerden izole eden fiziksel ve kimyasal bir bariyer görevi görür. Bu film, oksijenin metal yüzeyine ulaşmasını engelleyerek elektrokimyasal korozyon reaksiyonlarını durdurur.

Pasivasyon, paslanmaz çelik yüzeyinin doğal olarak bu krom oksit tabakasıyla kaplanması sürecidir.¹ Bu pasif film, çizilme veya aşınma gibi lokalize hasarlar gördüğünde bile, oksijenli bir ortamda kendiliğinden hızla yeniden oluşma (kendi kendini onarma) yeteneğine sahiptir.¹ Bu “kendi kendini onarma” mekanizması, paslanmaz çeliğin ek bir kaplama veya başka bir korozyon korumasına ihtiyaç duymadan uzun süreli dayanıklılığını sürdürmesini sağlar.¹ Ancak, bu kendi kendini onarma yeteneği, yeterli oksijenin varlığına ve ortamın agresiflik düzeyine bağlıdır. Paslanmaz çeliğin korozyon direnci, pasif tabakanın bütünlüğüne ve kendi kendini onarma yeteneğine bağlıdır. Bu durum, pasif tabakanın sağlam olmasına rağmen değişmez olmadığını göstermektedir. Oksijenli bir ortama olan bağımlılık kritik bir koşuldur; eğer bu ortam bozulursa (örneğin, aralıklarda oksijen tükenmesi veya kimyasal saldırı), kendi kendini onarma mekanizması başarısız olabilir. Bu nedenle, paslanmaz çeliğin belirli koşullar altında paslanmaya direnç gösterdiği, ancak bu koşullar sağlanmadığında korozyonun meydana gelebileceği unutulmamalıdır.

3. Paslanmaz Çelikte Korozyon Türleri ve Mekanizmaları

Pasif tabakanın bozulması veya yetersiz kalması, paslanmaz çelikte çeşitli korozyon türlerinin ortaya çıkmasına neden olur.³ Bu türler genellikle pasif filmin belirli noktalardan saldırıya uğramasıyla başlar ve lokalize korozyon formlarına yol açar.

3.1. Çukurcuk Korozyonu (Pitting Corrosion)

Çukurcuk korozyonu, metal yüzeyinde küçük, dar ve derin delikler veya oyuklar oluşturan son derece lokalize bir korozyon şeklidir.⁸ Bu süreç üç ana aşamada ilerler:

• Başlangıç Aşaması: Süreç, paslanmaz çeliğin koruyucu pasif filminin belirli noktalarda zarar görmesiyle başlar. Bu hasar genellikle klorür iyonları, mekanik stres veya yüzey kontaminasyonu gibi faktörlerle tetiklenir.⁸ Hasarlı nokta anodik (negatif yüklü) hale gelirken, çevresindeki sağlam metal yüzey katot görevi görür ve böylece lokalize bir elektrokimyasal hücre oluşur.⁸
• Yayılma Aşaması: Pasif film aşıldığında, pit içerisinde metal iyonları (Fe²⁺, Ni²⁺, Cr³⁺) birikir ve su ile hidrolize olarak hidrojen iyonları (H⁺) üretir. Bu durum, lokal pH’ı dramatik bir şekilde düşürür (pH 2’nin altına kadar).⁸ Bu asitlenme, metal çözünmesini hızlandırır. Aynı anda, klorür iyonları da pit içerisine çekilir ve son derece agresif koşullar oluşturarak reaksiyonu sürdürür.⁹
• Otokatalitik Büyüme: Pit içindeki artan asitlik ve klorür konsantrasyonu, metal çözünmesini hızlandırırken, çevredeki yüzey pasif kalır. Bu kendi kendini sürdüren (otokatalitik) mekanizma, pitin sürekli olarak derinleşmesine yol açar ve nihayetinde yapısal bütünlüğü tehlikeye atabilir.⁹ Pitler genellikle yerçekimi yönünde büyür ve metalin derinliklerine nüfuz edebilir.⁸

Klorür iyonları (Cl⁻), paslanmaz çelikte çukurcuk korozyonunu başlatan ve yayan en agresif türlerden biridir.⁸ Bu iyonlar, koruyucu krom oksit filmini lokal olarak bozarak pit oluşumunu tetikler.⁸ Klorürlerin varlığı, pasif tabakanın bütünlüğünü bozar ve lokalize bozulmaya yol açar; hatta çok düşük konsantrasyonlarda bile agresif olabilirler.¹¹

Çukurcuk korozyonunu etkileyen çeşitli faktörler bulunmaktadır:

• Sıcaklık: Yüksek sıcaklıklar, korozyon oranlarını artırır ve metal yüzeylerini koruyan bariyerleri zayıflatır, böylece pit oluşumunu ve büyümesini hızlandırır.³ Termal döngüler, koruyucu oksit filmlerini strese sokarak pit oluşumunu hızlandırabilir.⁸
• Yüzey Kalitesi ve Durumu: Paslanmaz çeliğin yüzey kalitesi ve durumu, çukurcuk korozyonuna karşı hassasiyetinde önemli bir rol oynar. Kötü yüzey kalitesi, çizikler, yongalar veya imalat/kurulum sırasındaki dikkatsiz malzeme kullanımı, pit oluşumu için başlangıç noktaları görevi gören mikroskobik kusurlar oluşturabilir.⁸ Daha pürüzlü yüzeyler, klorür iyonlarının birikmesi için daha fazla alan sağlar ve korozyon potansiyelini artırır.¹⁴
• Alaşım İçeriği:
  • Krom: Yüksek krom içeriği, daha kararlı ve kendini onarabilen bir pasif tabaka oluşturarak çukurcuk korozyonuna karşı direnci artırır.⁶
  • Molibden: Molibden ilavesi, özellikle klorür içeren ortamlarda çukurcuk korozyonuna karşı direnci önemli ölçüde artırır.⁵ Molibden, daha az çözünür klorür kompleksleri oluşturarak pasif tabakanın bozulmasını engeller.¹²
  • Nikel: Yüksek nikel içeriği de klorür kaynaklı korozyona karşı direnci artırabilir.¹²
  • Azot: Azot ilavesi, çukurcuk ve aralık korozyonuna karşı direnci büyük ölçüde iyileştirir ve akma dayanımını artırır.⁶

Çukurcuk korozyonu, lokalize bir elektrokimyasal süreç olarak tanımlanmaktadır. Ancak, başlangıcı yüzey kalitesi ve çevresel koşullar gibi makro düzey faktörlerden etkilenir. Otokatalitik doğası, bir kez başladığında, pitin kendisinin büyümesini sürdüren agresif mikro ortamı (düşük pH, yüksek klorür konsantrasyonu) yarattığı anlamına gelir. Bu, kendi kendini güçlendiren bir geri bildirim döngüsüdür. Bu nedenle, önleme stratejileri hem ilk tetikleyicileri (örneğin, yüzey kalitesi, klorür maruziyetini en aza indirme) hem de malzemenin kendi kendini sürdüren sürece karşı doğal direncini (örneğin, daha yüksek molibden içeriği) ele almalıdır. Bu otokatalitik doğa nedeniyle, küçük yüzey kusurlarının bile felaketle sonuçlanan lokalize arızalara yol açabileceği dikkate alınmalıdır.

Aşağıdaki tablo, çukurcuk korozyonunu etkileyen faktörleri ve paslanmaz çeliğin bu korozyona karşı direncini özetlemektedir:

Tablo 1: Çukurcuk Korozyonunu Etkileyen Faktörler ve Direnç İlişkisi

Faktör	Çukurcuk Hassasiyetine Etkisi	Mekanizma/Nedeni	Önleme/Azaltma
Klorür Konsantrasyonu	Artırır	Pasif filmi bozar, pit içinde birikir, asitliği artırır.	Daha yüksek molibden içerikli paslanmaz çelik kullanın, ortamdaki klorürü kontrol edin.
Sıcaklık	Artırır	Korozyon reaksiyonlarını hızlandırır, pasif tabakayı zayıflatır.	Çalışma sıcaklıklarını optimize edin, uygun alaşım seçimi yapın.
pH Seviyesi	Azaldıkça artırır (asidik ortam)	Asidik ortamda pasif tabaka saldırıya uğrar, metal çözünmesini hızlandırır.	Ortamın pH’ını nötr veya hafif alkali tutun.
Yüzey Pürüzlülüğü	Artırır	Klorür iyonlarının birikmesi için daha fazla alan sağlar, pasif tabaka oluşumunu engeller.	Yüzey kalitesini iyileştirin (daha pürüzsüz yüzeyler), yüzey işlemlerini uygulayın.
Krom İçeriği	Azaltır	Kararlı ve kendini onarabilen pasif tabaka oluşturur.	En az %10.5 krom içeren paslanmaz çelik kullanın.
Molibden İçeriği	Azaltır	Klorürlere karşı direnci artırır, daha az çözünür klorür kompleksleri oluşturur.	Klorürlü ortamlarda 316 veya süper dubleks gibi molibdenli sınıfları tercih edin.
Nikel İçeriği	Azaltır	Klorür kaynaklı korozyona karşı direnci artırabilir.	Yüksek nikel içerikli östenitik paslanmaz çelikler kullanın.
Azot İçeriği	Azaltır	Çukurcuk ve aralık korozyonuna direnci artırır, akma dayanımını iyileştirir.	Azot katkılı paslanmaz çelik sınıflarını değerlendirin.

3.2. Aralık Korozyonu (Crevice Corrosion)

Aralık korozyonu, çatlaklar, boşluklar, contalar, flanş bağlantıları ve kaynak dikişleri gibi bitişik metal yüzeyler arasındaki dar, kapalı alanlarda meydana gelen lokalize bir korozyon sürecidir.¹ Bu tür korozyon, aralık içindeki oksijen seviyelerinin azalmasıyla tetiklenir.³ Oksijen tükenmesi, pasif tabakanın zayıflamasına neden olur ve elektrokimyasal reaksiyonları başlatır. Bu reaksiyonlar, aralık içinde klorin içeriğini artırır ve pH seviyelerini düşürür (pH 4.5-7.0’a kadar), yüzeyin kademeli olarak depasivasyonuna yol açar.¹⁷ Koruyucu oksit film azaldıkça, aşındırıcı kimyasallar yüzeye nüfuz ederek hasara yol açar.¹⁷

Aralıkların korozyon olasılığı ve hızı, geometrilerine bağlıdır. Genellikle, aşındırıcı maddelerin içeri girmesine ve durgun bir ortamın korunmasına izin verecek kadar geniş ve derin olmaları gerekir.¹⁷ Örneğin, 500 µm’lik aralıklarda korozyonun 100-300 µm’lik aralıklardan daha şiddetli olduğu belirtilmiştir.¹⁷ Malzemenin bileşimi de önemli bir rol oynar. Özellikle molibden (Mo) içeriği %5’ten fazla olduğunda, paslanmaz çelikte pasivasyonu hızlandırabilir ve aralık korozyonunu önleyebilir.¹⁷ Süper östenitik alaşımlar (örn: 1.4547, 1.4529) ve süper dubleks paslanmaz çelikler (örn: 1.4501, 1.4410, 1.4507), en iyi direnci gösterir.¹⁷

Aralık korozyonu, çukurcuk korozyonu ile benzerlikler gösterse de, bazı önemli farklılıkları vardır.³ Aralık korozyonu, contalar, bağlantılar, destekler ve kelepçeler gibi kapalı alanlarda meydana gelirken, çukurcuk korozyonu genellikle hasarlı veya kötü kaplanmış açık yüzeylerde ortaya çıkar.¹⁷ Mekanizma açısından, aralık korozyonu oksijenin azaldığı oyuklarda gelişirken, çukurcuk korozyonu yüzey düzensizlikleri etrafında oksit filminin dış fiziksel hasar veya kimyasal saldırı ile bozulmasıyla meydana gelir.¹⁷ Sıcaklık açısından, aralık korozyonu genellikle çukurcuk korozyonundan daha düşük sıcaklıklarda meydana gelir; Kritik Aralık Korozyon Sıcaklığı (CCCT), aynı metal kalitesi için Kritik Çukurcuk Sıcaklığı’ndan (CPT) genellikle daha düşüktür.¹⁷ Hasar görünümü olarak, aralık korozyonu başlangıçta çukurcuklar, ardından üniform korozyon veya gerilme korozyonu çatlakları şeklinde birçok biçim alabilirken, çukurcuk korozyonu rastgele metal yüzeyine nüfuz eden dar oyuklar şeklinde tutarlı bir görünüme sahiptir.¹⁷

Aralık korozyonunun genellikle “tasarım kaynaklı” bir arıza olduğu gözlemlenmektedir. Araştırmalar, aralık korozyonunu önlemenin tek kesin yolunun, tasarım aşamasında aralıkları tamamen dışlamak olduğunu belirtmektedir.¹⁷ Bu durum, malzeme özelliklerinin önemli olmasına rağmen, mühendislik tasarımının ve montaj uygulamalarının bu korozyon türünü önlemede orantısız derecede büyük bir rol oynadığını göstermektedir. Dolayısıyla, en korozyona dayanıklı paslanmaz çeliğin bile, tasarımın hassas aralıklar oluşturması durumunda başarısız olabileceği gerçeği, bütünsel mühendislik ihtiyacını vurgulamaktadır.

3.3. Tanelerarası Korozyon (Intergranular Corrosion / Weld Decay)

Tanelerarası korozyon, metalin mikroskobik düzeyde, tanelerarası sınırlar boyunca meydana gelen bir korozyon türüdür.¹ Genellikle “kaynak çürüğü” (weld decay) olarak da bilinir.⁷ Bu korozyon, paslanmaz çeliklerin 425°C ila 870°C (887°F ila 1598°F) arasındaki “sensitizasyon” sıcaklık aralığına maruz kalmasıyla ortaya çıkar.⁷ Bu sıcaklık aralığına genellikle kaynak, ısıl işlem veya yüksek sıcaklıklı ortamlarda çalışma sırasında ulaşılır.⁷ Bu sıcaklıklarda, alaşımdaki krom, karbon ile reaksiyona girerek tane sınırlarında krom karbürler (Cr₂₃C₆) oluşturur.⁷ Bu karbür oluşumu, tane sınırlarını anodik hücrelere dönüştürürken, tane içleri katodik hücreler olarak işlev görür ve tanelerarası korozyon sürecini başlatır.⁷ Bu süreç, kromun östenitik tanelerden tükenmesine neden olarak korozyon koruyucu pasif filmin etkinliğini azaltır.⁷

Tanelerarası korozyon, tane sınırlarına saldırarak metalin moleküler düzeyde hasar görmesine yol açar. Bu durum, çatlamaya ve tane kaybına neden olabilir, bu da metalin yapısal bütünlüğünü ve basınca dayanma yeteneğini azaltır.¹⁸ Ayrıca, bu hasar ek korozyonu teşvik edebilir. Gerilme korozyonu çatlamasına benzer şekilde, tanelerarası korozyon da çok az görsel belirtiyle veya hiç belirti göstermeden meydana gelebilir, bu da etkilenen boru sistemlerinde ve paslanmaz çelik bileşenlerde kritik arıza riskini artırır.¹⁸

Tanelerarası korozyon hasarını önlemek için dikkatli malzeme seçimi ve bazı durumlarda özel ısıl işlemler gereklidir. Birincil önleme yöntemi, genellikle “L” (örn. 304L, 316L) ile belirtilen düşük karbonlu paslanmaz çelik alaşımlarını seçmektir.¹³ Bu alaşımlar, %0.03’ün altında karbon yüzdesine sahip olup, krom ile reaksiyona girerek krom karbür oluşturmak için yeterli karbonun bulunmamasını sağlar ve böylece tanelerarası korozyonu önler.¹⁸ Düşük karbonlu alaşımların uygun olmadığı uygulamalarda, titanyum veya niyobyum ilaveli alaşımlar da mükemmel tanelerarası korozyon direnci sağlayabilir.⁶ Bu elementler, krom yerine karbonla reaksiyona girerek tane sınırlarında krom karbür oluşumunu engeller.⁶ Ancak, titanyum veya niyobyum ilaveli alaşımların “bıçak hattı saldırısı” adı verilen özel bir tanelerarası korozyon türüne karşı hassas olabileceği unutulmamalıdır.¹⁸

Kaynak sırasında, kaynak kökünün iyi korozyon direncini sağlamak için, kaynak ve sonraki soğutma sırasında inert bir gaz kalkanı ile atmosferden korunması gerekmektedir.⁷ Ayrıca, çözüm ısıl işlemi (solution heat treatment) de bir önleme yöntemi olarak kullanılabilir. Bu işlem, paslanmaz çeliği 1900°F (1040°C) üzerindeki bir sıcaklığa ısıtmayı ve ardından su veya yağda hızlı soğutmayı (su verme) içerir.⁷ Isıtma aşamasında karbürler çözünür ve hızlı soğutma ile oluşumları engellenir.⁷

Tanelerarası korozyonun mikroskobik doğası, onu “gizli bir tehdit” haline getirir. Yüzeyde her zaman belirgin işaretler göstermediği için, kritik bir arıza meydana gelene kadar fark edilmeyebilir. Bu durum, derin malzeme bilgisi ve ASTM A262 ve A763 gibi standartlara sıkı sıkıya uyulması gerektiğini vurgulamaktadır.¹⁹ Bu, genel malzeme seçiminin ötesinde uzmanlaşmış bilgiye olan ihtiyacı ortaya koymaktadır.

3.4. Gerilme Korozyonu Çatlaması (Stress Corrosion Cracking – SCC)

Gerilme korozyonu çatlaması (SCC), paslanmaz çeliklerde gerilme, aşındırıcı ortam ve yüksek sıcaklıkların belirli bir kombinasyonunun birleşmesiyle meydana gelen bir çatlama olgusudur.¹ Bu üç temel faktörün varlığı SCC’nin başlaması için gereklidir: çekme gerilmesi (dışsal yüklerden veya içsel artık gerilmelerden kaynaklanan), sulu aşındırıcı ortam (özellikle klorürler) ve yüksek sıcaklık (genellikle 120°F’nin üzerinde, ancak belirli koşullar altında daha düşük sıcaklıklarda da meydana gelebilir).²⁰

Klorürler, SCC için kilit bir faktördür ve paslanmaz çelik sınıflarının hassasiyetini önemli ölçüde etkiler. Östenitik paslanmaz çelikler (örn. 304L, 316LN), klorür içeren ortamlarda SCC’ye karşı yüksek hassasiyet gösterirler, hatta 50°C gibi nispeten düşük sıcaklıklarda bile çatlama görülebilir.²¹ Araştırmalar, 304L ve 316LN’nin magnezyum klorür (MgCl₂) ve kalsiyum klorür (CaCl₂) varlığında SCC’ye duyarlı olduğunu göstermiştir; CaCl₂ birikintileri daha agresif çatlamaya neden olmuştur.²¹ Buna karşılık, ferritik ve dubleks paslanmaz çelikler (örn. 2304, 2205) ferrit fazının çatlak ilerlemesini etkili bir şekilde engellemesi nedeniyle SCC’ye karşı daha az hassastır ve bu tür ortamlarda direnç göstermiştir.²⁰ Ancak, bu sınıflar SCC’ye dirençli olsalar da, lokalize korozyon (örneğin, sığ oyuklar veya aşınmış bölgeler) gösterebilirler.²¹

Alaşım içeriği, SCC direncinde kritik bir rol oynar. Nikel içeriği, klorür kaynaklı SCC’ye karşı hassasiyetin birincil göstergelerinden biridir; Copson Eğrisi, daha yüksek nikel içeriğinin genellikle SCC’ye karşı daha az hassasiyetle ilişkili olduğunu göstermektedir.²⁰ Molibden ilavesi de SCC direncini artırır; örneğin, AL-6XN® gibi alaşımlar, nikel içeriği düşük olsa bile molibden sayesinde iyi SCC direnci sergiler.¹⁶ Süper dubleks malzemeler (örn. Zeron® 100, 2507) ve süper östenitik alaşımlar (örn. AL-6XN®), 50.000 ppm’ye kadar klorür içeren ortamlarda kullanılabilir ve klorür gerilme çatlamasına karşı neredeyse bağışık kabul edilirler.²⁰

SCC’yi önlemek için malzeme seçimi, gerilme giderme ısıl işlemleri ve çevresel kontroller gibi stratejiler uygulanmalıdır.² Gerilme korozyonu çatlaması, çok faktörlü bağımlılığı ve kritik bir arıza meydana gelene kadar görünür belirti göstermemesi nedeniyle “sinsi” bir arıza modu olarak kabul edilir. Bu durum, SCC’yi tahmin etme ve önleme karmaşıklığını vurgulamakta ve kapsamlı bir risk değerlendirmesi yapılmasının önemini ortaya koymaktadır.

3.5. Galvanik Korozyon (Galvanic Corrosion)

Galvanik korozyon, iki farklı metalin bir elektrolit (örneğin su veya tuzlu su) varlığında doğrudan temas etmesiyle, bir metalin diğerinin korozyonunu hızlandırması durumudur.¹ Bu korozyonun başlaması için üç temel koşul gereklidir: bir anot (elektronlarını veren ve korozyona uğrayan metal), bir katot (elektronları kabul eden ve korunan metal) ve elektron transferini kolaylaştıran bir elektrolit.²⁴

Paslanmaz çelik ve diğer metaller arasındaki etkileşimler, galvanik korozyon riskini belirler. Örneğin, paslanmaz çelik alüminyum ile birleştiğinde, alüminyum anot görevi görür ve korozyona uğrarken, paslanmaz çelik katot görevi görerek korunur.²³ Benzer şekilde, karbon çeliği ve paslanmaz çelik bir araya geldiğinde, karbon çeliği anot olarak işlev görür ve hızla bozulurken, paslanmaz çelik krom içeriği sayesinde katot olarak kalır.²⁴ Bu durum, Santa Barbara petrol sızıntısı gibi büyük felaketlere yol açabilen önemli bir tasarım hatası olabilir.²⁴

Yüzey alanı oranları da galvanik korozyonun şiddetini etkiler. Alüminyumun paslanmaz çeliğe göre çok daha geniş yüzey alanına sahip olduğu durumlarda, yerel çevresel koşullara bağlı olarak kabul edilebilir bir risk seviyesi oluşabilir.²³ Örneğin, büyük alüminyum yol kenarı korkuluklarını sabitlemek için paslanmaz çelik cıvatalar kullanıldığında, alüminyumun yüzey alanı paslanmaz çelik cıvatalara göre önemli ölçüde daha büyük olduğu için büyük korozyon riski çok düşüktür. Ancak, bunun tersi geçerli değildir; büyük çelik parçaları birleştirmek için alüminyum perçinler veya diğer bağlantı elemanları kullanmak, bağlantı elemanlarının korozyona uğramasına ve nihayetinde parçaların gevşemesine yol açacaktır.²³

Galvanik korozyonu önlemek için çeşitli yöntemler mevcuttur. En yaygın çözüm, galvanik seride birbirine yakın metalleri seçmektir.²³ Yalıtım, korozyonu önlemede etkili bir stratejidir; iki farklı metal arasına kauçuk, plastik veya özel yalıtım contaları gibi emici olmayan malzemeler yerleştirilerek doğrudan elektrik teması engellenebilir.¹³ Koruyucu kaplamalar veya boyalar uygulamak da etkili bir bariyer oluşturabilir.² Anodik metali kaplamak (örneğin karbon çeliğini galvanizlemek) de bir yöntemdir; bu durumda çinko, karbon çeliği yerine kendini feda eden bir anot görevi görür.²⁴ Son olarak, elektrolitlere maruziyeti azaltmak da korozyonu yavaşlatabilir veya önleyebilir; bu, havalandırma ekleyerek, yüzeyleri pürüzsüzleştirerek, su geçirmez kaplamalar kullanarak, sızdırmazlık malzemeleri uygulayarak ve durgun suyu önlemek için drenaj (örneğin, tahliye delikleri) sağlayarak yapılabilir.²⁴

Galvanik korozyon, “sistem düzeyinde” bir risk olarak değerlendirilmelidir. Önleme, sadece tek tek bileşenleri değil, tüm montajı ve çevreyi göz önünde bulundurmayı gerektirir. Bu durum, tasarım ve malzeme seçiminde bütünsel bir yaklaşımın önemini vurgulamaktadır.

3.6. Genel Korozyon (General/Uniform Corrosion)

Genel korozyon, paslanmaz çelikte koruyucu pasif filmin tüm yüzeyde yaygın olarak bozulması ve metalin üniform bir şekilde incelmesiyle meydana gelir.²⁵ Bu korozyon türü, paslanmaz çelikte nadiren görülür.²⁵

Genel korozyon, genellikle çok agresif ortamlar gerektirir. Güçlü asitler veya bazlar gibi kimyasallar, pasif tabakanın tüm yüzeyde saldırıya uğramasına neden olabilir.¹³ Ayrıca, pasif tabakanın oluşumu ve korunması için yeterli oksijenin bulunmadığı koşullar altında da ortaya çıkabilir; bu durum özellikle aralıklarda veya güçlü, indirgeyici asitlerde (örneğin, orta konsantrasyonlarda sülfürik asit) görülebilir.³ Paslanmaz çelikten toprağa doğru başıboş akımların akması veya agresif bir ortamda paslanmaz çelik üzerinde iletken bir karbon contanın kullanılması gibi galvanik etkiler de genel korozyona yol açabilir.²⁶

Genel korozyon oranı genellikle yüksek sıcaklıklar ve artan akış hızları ile artar.²⁵ Genel korozyonun beklendiği durumlarda korozyon direncini nicelendirmek için izo-korozyon eğrileri kullanılır.²⁶ Bu grafikler, tek bir kimyasalın etkisini ve korozyon oranını sıcaklığa karşı konsantrasyon için çizer. Örneğin, %42 nikel alaşımı 825’in saf sülfürik asitteki davranışı, korozyon oranının sıcaklıkla arttığını gösterir.²⁶ Başlangıç malzeme seçimi için, birden fazla malzemenin verilerini içeren çok malzemeli grafikler kullanılır ve genellikle 0.1 mm/yıl gibi kabul edilebilir bir korozyon oranına karşılık gelen sınırlar çizilir.²⁶

Genel korozyon, “çevresel uyumsuzluğun” doğrudan bir göstergesidir. Bu durum, seçilen paslanmaz çeliğin ortamın agresifliğine temel olarak yetersiz olduğunu gösterir. Bu nedenle, doğru çevresel karakterizasyonun ve uygulama için uygun alaşımın seçilmesinin önemi vurgulanmaktadır.

3.7. Yüksek Sıcaklık Korozyonu (High-Temperature Corrosion)

Yüksek sıcaklık korozyonu, gaz türbinleri, dizel motorlar ve fırınlar gibi makinelerin belirli kirleticiler içeren sıcak gazlarla temas etmesiyle ortaya çıkan bir korozyon mekanizmasıdır.²⁷ Yüksek sıcaklıklar genellikle aşındırıcı etkiyi artırır.²⁹

Mekanizmalar ve nedenleri şunlardır:

• Oksidasyon (Pullanma Direnci): Yüksek sıcaklıklarda krom, yüzeyde koruyucu bir krom oksit filmi oluşturarak oksidasyon direncini sağlar.²⁹ Ancak, sıcaklık dalgalanmaları sırasında bu koruyucu filmin çatlaması ve dökülmesi (pullanma) meydana gelebilir, bu da metalin daha fazla saldırıya maruz kalmasına neden olur.²⁹ Yüksek nikel seviyeleri, termal genleşme farkını azaltarak pullanma direncini önemli ölçüde artırır.²⁹
• Sülfidasyon: Bu, birçok endüstride hava oksidasyonundan sonra en yaygın ve şiddetli bozulma şeklidir. Sülfür içeren türlerle reaksiyonu içerir. Metal sülfürler, benzer oksitlerden daha düşük erime noktalarına sahiptir ve koruyucu filmler oluşturma olasılıkları daha düşüktür, bu da korozyonu hızlandırır.²⁷ Sülfidasyona direnç krom içeriğiyle ilişkilidir; yüksek nikel alaşımları (25% nikel üzeri) düşük erime noktalı nikel/nikel sülfür ötektik oluşumu nedeniyle felaketle sonuçlanan bozulmaya yol açabilir.²⁹
• Karbürizasyon: Karbonun metale difüzyonudur, bu da düşük süneklik ve darbe dayanımına sahip yüksek karbonlu alaşımlar oluşturabilir.²⁹ Oluşan krom karbürler hızla oksitlenebilir ve derin delikler bırakabilir (“metal tozu”). Yüksek krom ve nikel içeriği, karbon difüzyon hızını yavaşlatmada etkilidir.²⁹
• Yakıt Külü Korozyonu (Sıcak Korozyon): Yakıtın içindeki vanadyum bileşikleri veya sülfatlar gibi kirleticiler, yanma sırasında düşük erime noktalı bileşikler oluşturabilir.²⁷ Bu erimiş tuzlar, paslanmaz çelik ve normalde yüksek sıcaklıklarda korozyona dayanıklı diğer alaşımlar için oldukça aşındırıcıdır.²⁸ Molten vanadatlar, oksit pullarını ve pasivasyon katmanlarını eritebilir ve oksijenin erimiş tuz tabakası boyunca metal yüzeyine difüzyonunu hızlandırabilir.²⁸ Tip I (sodyum sülfatın erime noktasının üzerinde) ve Tip II (sodyum sülfatın erime noktasının altında ancak az miktarda SO₃ varlığında) olmak üzere iki ana sülfat kaynaklı sıcak korozyon türü ayırt edilir.²⁸

Yüksek sıcaklık korozyonunu etkileyen faktörler arasında sıcaklık, ortam (nem, CO₂ gibi gazlar) ve alaşım bileşimi (özellikle krom, nikel ve silikon içeriği) yer alır.²⁷ Önleme yöntemleri arasında yüksek krom ve nikel içeren alaşımların seçimi, refrakter kaplamaların kullanılması ve yakıtın kirleticilerden arındırılması bulunur.²⁷

Yüksek sıcaklık ortamları, korozyon direncini etkileyen “birbirine bağımlı zorluklar” sunar. Malzeme seçimi sadece korozyon direnciyle ilgili değil, aynı zamanda yüksek sıcaklık dayanımı ve termal stabilite gibi faktörleri de içerir. Bu durum, yüksek sıcaklık uygulamaları için paslanmaz çelik seçimi konusunda karmaşık, çok kriterli bir karar verme sürecini gerektirmektedir.

3.8. Kontaminasyon (Contamination)

Demir kontaminasyonu, paslanmaz çelik yüzeylerinde pas lekelenmesine ve korozyona yol açabilir, çünkü paslanmaz çeliğin optimum korozyon direncini koruması için yüzeylerinin temiz olması ve pasif yüzey tabakasını sürdürmek için yeterli oksijen kaynağına sahip olması gerekir.³⁰ Pas lekelenmesi, yüzeyde hafif kahverengi bir “leke”den şiddetli yüzey çukurcuklarına veya el korkulukları gibi eşyalarda paslı ovma izlerine kadar değişebilir. Bu etkiler genellikle paslanmaz çelik olmayan eşyalarla temastan kaynaklanan yüzey kontaminasyonundan kaynaklanır.³⁰

Kontaminasyonun yaygın kaynakları şunlardır:

• İşleme Ekipmanları ve Aletler: Paslanmaz çelik olmayan işleme ve taşıma ekipmanlarının (örneğin, çalışma masası destekleri, kaldırma kancaları ve zincirler) kullanılması sıkça rastlanan bir kontaminasyon kaynağıdır.³⁰ Karbon çeliği kalıntısı taşıyan aletlerin paslanmaz çelikle temas etmesi, son ürünün paslanmasına neden olabilir.³¹
• Depolama ve Nakliye: Uygun olmayan koşullarda depolama (örneğin, deniz esintisi etkilenen kıyı bölgelerinde) veya yol tuzu uygulanmış yollarda açık nakliye, klorür kontaminasyonuna yol açabilir.³²
• Karışık Metal İmalat Atölyeleri: Ayrıma ve temizlik önlemleri alınmadan “karışık metal” imalat atölyelerinde çalışmak kontaminasyonla sonuçlanabilir.³⁰ Karbon çeliği veya diğer paslanmaz olmayan çeliklerden kaynaklanan kesme veya taşlama artıkları, paslanmaz çelik eşyalar üzerine yerleşmemelidir, çünkü bu kontaminasyon ıslandığında pas lekelenmesine neden olacaktır.³⁰
• Hava Kaynaklı Partiküller: Karbon veya diğer çeliklerin paslanmaz çeliğe yakın işlenmesi sırasında oluşan kıvılcımlar gibi hava kaynaklı ferritik partiküller de kontaminasyona neden olabilir.³²

Kontaminasyondan kaynaklanan çukurcuk korozyonu, aldatıcı olabilir çünkü pitler neredeyse görünmezdir ve hasarın çoğu yüzeyin altında meydana gelir.³² Kullanıcılar genellikle yalnızca iğne deliği sızıntıları fark ettiklerinde veya vanaların tamamen kapanmadığını gördüklerinde bir sorun olduğunu anlarlar.³²

Demir kontaminasyonunu tespit etmek için “ferroksil testi” gibi yöntemler kullanılabilir.³⁰ Bu test, yüzeydeki serbest demiri veya demir oksidi tespit etmek için hassas bir yöntemdir. Test, damıtılmış su, nitrik asit ve potasyum ferrosiyanür içeren bir çözeltinin paslanmaz çelik yüzeyine uygulanmasıyla yapılır; yaklaşık 15 saniye içinde mavi bir leke demir varlığını gösterir.³⁰

Kontaminasyonu önlemek için, işleme ve taşıma sırasında metalik olmayan temas malzemeleri ve vakumlu kaldırma ekipmanları kullanılmalıdır.³⁰ Kontaminasyon tespit edildiğinde, tümünün çıkarılması ve çıkarma işlemi sırasında diğer alanlara yayılmaması önemlidir. Kimyasal temizlik, aşındırıcı temizliğe göre daha uygun olabilir.³⁰ Hafif lekelenmeler için ev tipi temizlik kremleri veya sitrik asit içeren temizleyiciler kullanılabilir. Daha şiddetli pas lekelenmeleri için oksalik asit, fosforik asit veya nitrik/hidroflorik asit içeren çözeltiler kullanılabilir.³⁰

Kontaminasyon, paslanmaz çeliğin doğal direncini görünüşte küçük etkileşimlerle zayıflattığı için “gizli bir tehlike” oluşturur. Bu durum, ürünün tüm yaşam döngüsü boyunca sıkı süreç kontrolü ve hijyenin kritik rolünü vurgulamaktadır.

3.9. Kaynak İşlemiyle İlişkili Korozyon Sorunları (Welding-Related Corrosion Issues)

Paslanmaz çeliğin kaynaklanması, ısı hassasiyeti ve kontaminasyona yatkınlığı nedeniyle çeşitli korozyon sorunları ortaya çıkarabilir, bu da malzemenin doğal korozyon direncini tehlikeye atar.³¹

Kaynak işlemi sırasında oluşan yoğun ısı, malzemenin ısıdan etkilenen bölge (HAZ) içindeki mikro yapısını önemli ölçüde değiştirir.⁴ Bu lokalize ısıtma, kromun yüzeye göç etmesine veya oksitlenmesine neden olarak krom tükenmesine yol açabilir ve böylece kritik pasif tabakayı zayıflatır.⁴ HAZ’daki bu geçici krom kaybı, malzemenin korozyon direncini azaltır ve östenitik paslanmaz çelikler (örneğin, 304, 316) bu duruma özellikle duyarlıdır.⁴

Kaynak işlemi aynı zamanda artık gerilmeler ve mikro yapısal değişiklikler de yaratır. Bu değişiklikler, malzeme içinde zayıf noktalar oluşturarak korozyonun başlamasını teşvik edebilir.⁴ Örneğin, HAZ’da meydana gelen martensitik dönüşümler, malzemenin sünekliğini azaltabilir ve paslanmaya karşı hassasiyetini artırabilir.⁴ Artık gerilmelerden kaynaklanan gerilme konsantrasyonları, korozyon için yollar oluştururken, karbürlerin çökelmesi gibi mikro yapısal değişiklikler pasif tabakayı daha da bozabilir.⁴

Kaynak sırasında kontaminasyon riski de yüksektir. Yanlış dolgu malzemesi, yetersiz koruyucu gaz veya temizlenmemiş ana metal/aletler kontaminasyona yol açabilir.⁴ Karbon çeliği kalıntısının en küçük izleri bile paslanmaz çeliğe gömülerek nihai ürünün paslanmasına neden olabilir.³¹

Bu korozyon sorunlarını azaltmak ve paslanmaz çeliğin başarılı bir şekilde kaynaklanmasını sağlamak için çeşitli en iyi uygulamalar izlenmelidir:

• Doğru Kaynak Teknikleri: Kaynak öncesinde ana metalin yağ, gres, kir veya oksitler gibi kirleticilerden arındırılması esastır.³¹ Paslanmaz çelik için özel olarak tasarlanmış ayrı aletler ve temizlik çözeltileri kullanılmalıdır.³¹ Isı girdisini minimize etmek için kaynak parametreleri optimize edilmeli; darbeli MIG kaynağı veya düşük ısı girdili işlemler gibi teknikler termal hasarı azaltabilir.⁴ Sıcaklıkla ilgili krom tükenmesini sınırlamak için cebri hava veya su soğutma gibi soğutma yöntemleri kullanılmalıdır.⁴
• Uygun Koruyucu Gaz: Kaynak sırasında oksijensiz bir ortam oluşturmak için yüksek saflıkta koruyucu gazlar (örneğin, argon veya helyum) kullanılmalıdır.⁴ Yeterli gaz akış hızları atmosferik kontaminasyonu önlemek için sağlanmalıdır.⁴
• Kaynak Sonrası Temizlik ve Pasivasyon: Kaynaklı alan cüruf, sıçrama ve diğer kirleticilerden tel fırçalar, taşlama veya kimyasal temizleme yöntemleri kullanılarak temizlenmelidir.⁴ Ardından, krom oksit tabakasını geri kazandırmak ve malzemenin korozyon direncini yeniden sağlamak için kimyasal bir çözelti (örneğin, sitrik asit veya nitrik asit) ile pasivasyon işlemi uygulanmalıdır.⁴

Kaynak işlemi, paslanmaz çeliğin doğal direncinin oldukça savunmasız olduğu “kritik bir kavşak” noktasıdır. Bu durum, kaynak öncesi hazırlık, hassas kaynak teknikleri ve kaynak sonrası işlemeyi kapsayan bütünsel bir yaklaşımın, malzemenin bütünlüğünü korumak için gerekli olduğunu göstermektedir.

4. Korozyon Direncini Artıran Alaşım Elementleri

Paslanmaz çeliğin korozyon direnci ve diğer özellikleri, alaşımına eklenen çeşitli elementlerle önemli ölçüde iyileştirilebilir. Bu elementler, malzemenin performansını belirli uygulamalar için optimize etmeye yardımcı olur:

• Krom (Cr): Paslanmaz çeliğin temel alaşım elementi olup, korozyon direncinin ana sağlayıcısıdır. En az %10.5 krom içeriği, yüzeyde pasif krom oksit (Cr₂O₃) tabakasının oluşumunu sağlar ve oksidasyon direncini artırır.² Daha yüksek krom içeriği, özellikle yüksek sıcaklıklarda korozyon direncini sürekli olarak artırır.¹⁶
• Molibden (Mo): Özellikle klorür ve kükürt içeren ortamlarda çukurcuk ve aralık korozyonuna karşı direnci önemli ölçüde artırır.⁵ Molibden, yüksek sıcaklıklarda mukavemeti de iyileştirir.¹⁶
• Nikel (Ni): Genel korozyon direncini, oksidasyon direncini ve gerilme korozyonu çatlamasına (SCC) karşı hassasiyeti azaltır.⁶ Nikel, östenitik paslanmaz çeliklerde yüksek mukavemet, mükemmel tokluk ve şekillendirilebilirlik sağlar.⁶
• Azot (N): Çukurcuk, aralık ve tanelerarası korozyon direncini büyük ölçüde iyileştirir ve akma dayanımını artırır.⁶ Ayrıca östenit stabilitesini de artırır.⁶
• Titanyum (Ti) ve Niyobyum (Nb): Karbür stabilizasyonu sağlayarak, kaynak sırasında krom karbür oluşumunu engeller ve tanelerarası korozyonu (kaynak çürüğü) önler.⁶ Bu elementler, karbonun krom yerine kendileriyle birleşmesini sağlar.⁶
• Silikon (Si): Mukavemet ve sertliğe katkıda bulunur. Paslanmaz çelikteki içeriği artırıldığında oksidasyon direncini önemli ölçüde artırabilir. Ferrit stabilizatörü olarak iyi bir deoksidasyon ajanıdır ve korozyon direncini de iyileştirebilir.¹⁶
• Bakır (Cu): Genellikle paslanmaz çelikte kalıntı bir element olarak bulunur, ancak bazı alaşımlara özellikle sülfürik asit ve deniz suyu koşullarında korozyon direncini artırmak veya çökeltme sertleşmesi özellikleri oluşturmak için eklenir.⁶
• Karbon (C): Demirle alaşımlandığında mukavemeti ve sertliği artırır.⁶ Ancak, yüksek karbon içeriği gevrekleşmeyi artırabilir, kaynaklanabilirliği ve korozyon direncini azaltabilir (karbür çökelmesi eğilimi nedeniyle).¹⁶
• Manganez (Mn): Sıcak işleme özelliklerini iyileştirir, tokluğu, mukavemeti ve sertleşebilirliği artırır.⁶ Nikel yerine östenit oluşturucu bir element olarak da kullanılabilir.⁶
• Fosfor (P) ve Kükürt (S): İşlenebilirliği artırmak için küçük miktarlarda eklenebilirler, ancak korozyon direncini ve kaynaklanabilirliği olumsuz etkilerler.⁶
• Alüminyum (Al): Genellikle ferritik paslanmaz çeliklerde (400 serisi) sünekliği ve gerilme korozyonu çatlamasına karşı direnci artırmak için bulunur.¹⁶
• Kobalt (Co): Titanyum gibi karbür stabilizasyonuna yardımcı olabilir ve kaynaklanabilirliği iyileştirebilir. Ancak, nükleer uygulamalarda radyasyona maruz kaldığında yüksek oranda radyoaktif hale gelebileceği için kısıtlamalar gereklidir.¹⁶

Paslanmaz çelik alaşımlarını tasarlamak, bir “dengeleme sanatı”dır. Örneğin, karbon ile mukavemeti optimize etmek gibi bir özelliğin iyileştirilmesi, karbür çökelmesi yoluyla korozyon direnci gibi başka bir özelliği tehlikeye atabilir. Bu durum, malzeme biliminin karmaşıklığını ve her uygulama için özel alaşım seçiminin gerekliliğini vurgulamaktadır.

5. Çevresel ve Operasyonel Faktörlerin Korozyon Üzerindeki Etkisi

Paslanmaz çeliğin korozyon davranışı, çeşitli çevresel ve operasyonel faktörlerden derinden etkilenir. Bu faktörler, pasif tabakanın bütünlüğünü bozarak veya korozyon reaksiyonlarını hızlandırarak malzemenin performansını düşürebilir:

• Sıcaklık: Sıcaklık artışı genellikle korozyon oranlarını yükseltir.² Yüksek sıcaklıklar, metal yüzeylerini koruyan bariyerleri zayıflatır ve özellikle çukurcuk korozyonunun oluşumunu ve büyümesini hızlandırır.⁸ Termal döngüler, koruyucu oksit filmlerini strese sokarak pit oluşumunu hızlandırabilir.⁸ Ayrıca, 700°C’nin üzerindeki aşırı sıcaklıklar, paslanmaz çeliğin korozyon direncini etkileyen pullanma (scaling) gibi yüksek sıcaklık korozyonu formlarına neden olabilir.²
• pH Seviyesi: pH seviyeleri, paslanmaz çeliğin korozyonunu önemli ölçüde etkiler. pH azaldıkça (asitlik arttıkça), korozyon oranı dramatik bir şekilde artar.¹¹ Özellikle pH 2’nin altındaki asitler, koruyucu oksit tabakasına ve alttaki metale saldırarak korozyonu başlatır.¹¹ Paslanmaz çelik, genel olarak alkali koşullara karşı yüksek direnç gösterir (pH 8-12 arası uyumludur), ancak pH 13-14 gibi çok yüksek alkali çözeltilerde korozyon riski başlayabilir.¹¹
• Klorür Konsantrasyonu: Klorür iyonları, paslanmaz çelik korozyonunun birincil tetikleyicilerindendir ve özellikle çukurcuk ve aralık korozyonuna yol açar.² Çok düşük konsantrasyonlarda bile agresif olabilirler ve koruyucu krom oksit tabakasını doğrudan bozma yeteneğine sahiptirler.¹¹ Tuzlu su veya tuz açısından zengin ortamlar, paslanmaz çeliğin pasivasyon tabakasını zayıflatabilir ve korozyona neden olabilir.²²
• Oksijen Seviyesi: Pasif filmin oluşumu ve kendi kendini onarması için yeterli oksijen seviyesi hayati öneme sahiptir.³ Oksijenin sınırlı olduğu kapalı alanlarda (aralıklar) veya durgun koşullarda, pasif tabaka zayıflayabilir ve korozyona karşı hassasiyet artar.³
• Yüzey Kalitesi ve Pürüzlülüğü: Paslanmaz çeliğin yüzey kalitesi ve durumu, korozyon direncini doğrudan etkiler.³ Kaba cilalı yüzeyler (Ra değerleri > 1 mikron), klorür iyonlarının birikebileceği derin oluklara sahipken, ince cilalı yüzeyler (Ra değerleri < 0.5 mikron) daha az birikim alanı sunar ve daha iyi korozyon direnci sağlar.¹⁴ Yüzeydeki artık çekme gerilmesi de çukurcuk korozyonu ve SCC eğilimini artırabilir.¹⁴ Kumlamalı yüzey işlemleri, yorgunluk direncini artırsa da korozyon direncini olumsuz etkileyebilir.¹⁴
• Durgun Elektrolitler ve Nem: Su, nem veya diğer elektrolit çözeltilerini bir aralıkta hapseden sistemler korozyona daha yatkındır.¹⁷ Deniz ortamları veya buz çözücü tuzlara maruz kalan alanlar gibi klorür iyonlarıyla kirlenmiş nemli ve nemli ortamlar, çukurcuk oluşumu için ideal koşullar yaratır.⁸
• Mikrobiyal Büyüme (Biofouling): Sülfat indirgeyen bakteriler veya demir hidroksit gibi biyolojik birikintiler, borularda aralık korozyonuna yol açabilir.¹
• Başıboş Akımlar: Paslanmaz çelikten toprağa doğru akan başıboş akımlar, genel korozyona neden olabilir.¹

Korozyon, statik değil, çevreyle “dinamik bir etkileşim”dir. Ortamdaki ince değişiklikleri gözden kaçırmak, beklenmedik arızalara yol açabilir. Bu durum, ürünün tüm yaşam döngüsü boyunca kapsamlı çevresel değerlendirmenin önemini vurgulamaktadır.

6. Korozyonun Önlenmesi ve Azaltılması Stratejileri

Paslanmaz çeliğin korozyonunu önlemek ve azaltmak için çok yönlü bir yaklaşım benimsemek gerekmektedir. Etkili korozyon yönetimi, tek bir çözüm yerine, malzeme bilimi, tasarım, üretim ve bakımı entegre eden “çok katmanlı bir savunma” gerektirir.

• Doğru Malzeme Seçimi: Uygulamanın özel gereksinimlerine ve çevresel koşullara uygun paslanmaz çelik sınıfının seçilmesi temeldir.² Örneğin, klorür içeren ortamlar için 316 gibi molibden içeriği yüksek sınıflar tercih edilmelidir.¹⁰ Kaynaklanacak uygulamalar için düşük karbonlu “L” sınıfları (örn. 304L, 316L) veya titanyum/niyobyum stabilize edilmiş sınıflar tanelerarası korozyonu önlemek için önemlidir.¹³ Yüksek klorürlü ve gerilimli ortamlarda SCC direncini artırmak için dubleks veya süper östenitik paslanmaz çelikler kullanılmalıdır.²⁰ NACE MR0175/ISO 15156 gibi standartlara uygunluk, özellikle yüksek riskli (hidrojen sülfür içeren) ortamlarda malzeme seçimi için kritik rehberlik sağlar.⁴
• Tasarım Optimizasyonu: Korozyon riskini azaltmak için ürün ve sistem tasarımında proaktif önlemler alınmalıdır.⁵ Aralık korozyonunu önlemek için köşeler ve cıvatalı bağlantılar gibi yüzeyler arasındaki boşluklar minimuma indirilmelidir.¹⁰ Su birikimini önlemek için drenaj delikleri ve serbest hava akışını sağlayacak tasarımlar kullanılmalıdır.⁵ Farklı metallerin doğrudan temasını önlemek için tasarımda yalıtım (örneğin, contalar veya ara parçalar) düşünülmelidir.²
• Yüzey İşlemleri ve Kaplamalar: Paslanmaz çeliğin pasif tabakasını güçlendirmek veya korumak için çeşitli yüzey işlemleri uygulanabilir. Pasivasyon (nitrik veya sitrik asit ile) krom oksit tabakasını geri kazandırır ve korozyon direncini artırır.⁴ Elektrolitik parlatma gibi yüzey işlemleri, yüzey düzensizliklerini azaltarak çukurcuk oluşumunu engelleyebilir.⁹ Koruyucu kaplamalar, boyalar veya sızdırmazlık malzemeleri (örneğin, polisülfür sızdırmazlık malzemeleri), özellikle agresif ortamlarda veya galvanik korozyon riskinin olduğu yerlerde ek bir bariyer sağlayabilir.²
• İmalat ve İşleme Kontrolü: Üretim süreçlerinde kontaminasyonun önlenmesi hayati önem taşır. Paslanmaz çelik için ayrı çalışma alanları ve özel aletler kullanılmalı, karbon çeliği veya diğer metallerle çapraz kontaminasyon önlenmelidir.⁵ Kaynak işlemleri sırasında, ısı girdisi kontrol edilmeli, uygun koruyucu gazlar (argon, helyum) kullanılmalı ve kaynak sonrası cüruf, sıçrama ve diğer kirleticiler temizlenmelidir.² Kaynak sonrası pasivasyon, kaynak bölgesindeki krom tükenmesini gidermek için kritik öneme sahiptir.⁴
• Çevresel Kontrol ve Bakım: Ortamdaki elektrolitlere maruziyetin azaltılması, korozyonun yavaşlatılmasına yardımcı olur.²⁴ Sıcaklık ve pH seviyelerinin kontrol altında tutulması, korozyon oranlarını etkileyen önemli faktörlerdir.³ Düzenli temizlik ve bakım, mevcut paslanmayı sınırlayabilir ve ek paslanmayı önleyebilir.⁵ Yüzeylerin çizilmesini önlemek ve temiz tutmak, korozyon direncini sürdürmek için önemlidir.⁵ Korozyon belirtilerini erken tespit etmek için görsel denetim ve tahribatsız test (NDT) yöntemleri kullanılmalıdır.¹⁷
• Katodik Koruma: Özellikle aralık korozyonunun önlenmesinde etkili bir yöntem olabilir.¹⁰
• NACE International Standartlarına Uygunluk: Özellikle petrol ve gaz gibi yüksek riskli endüstrilerde, NACE MR0175/ISO 15156 gibi standartlara uygunluk, malzeme seçimi, sertlik sınırları ve kaynak prosedürleri açısından kritik rehberlik sağlar.⁴ Bu standartlar, korozyon risklerini azaltmak için kapsamlı gereksinimler sunar.
• ASM International Kaynakları: ASM Specialty Handbook: Stainless Steels gibi kaynaklar, paslanmaz çeliklerin metalurjisi, seçimi, işlenmesi, performansı ve değerlendirilmesi hakkında kapsamlı bilgi sağlayarak, mühendislerin ve tasarımcıların doğru kararlar almasına yardımcı olur.³⁵

Etkili korozyon yönetimi, malzeme bilimi, tasarım, üretim ve bakımı entegre eden “çok katmanlı bir savunma” gerektirir. Tek bir çözüm yeterli değildir; bunun yerine, paslanmaz çeliğin tüm yaşam döngüsü boyunca kapsamlı bir strateji benimsemek, malzemenin uzun vadeli performansını ve güvenliğini sağlamak için hayati öneme sahiptir.

7. Sonuç ve Öneriler

Paslanmaz çelik, krom içeriği sayesinde yüzeyinde oluşan pasif tabaka ile üstün korozyon direnci sunan değerli bir malzemedir. Bu pasif tabakanın kendi kendini onarma yeteneği, malzemenin dayanıklılığının temelini oluşturur. Ancak, bu direnç mutlak değildir ve belirli çevresel, operasyonel ve mekanik koşullar altında pasif tabaka bozulabilir, bu da çeşitli korozyon türlerinin ortaya çıkmasına neden olur.

Bu rapor, paslanmaz çelikte meydana gelebilecek başlıca korozyon türlerini (çukurcuk, aralık, tanelerarası, gerilme korozyonu çatlaması, galvanik, genel ve yüksek sıcaklık korozyonu) ve kontaminasyonun etkilerini detaylı bir şekilde incelemiştir. Her bir korozyon türünün kendine özgü mekanizmaları, tetikleyici faktörleri (özellikle klorürler, sıcaklık, pH, oksijen seviyesi, yüzey kalitesi) ve alaşım elementlerinin (krom, molibden, nikel, azot vb.) rolü vurgulanmıştır. Ayrıca, kaynak işlemi gibi üretim süreçlerinin paslanmaz çeliğin korozyon direncini nasıl etkilediği de açıklanmıştır.

Korozyonun sadece teknik bir sorun olmanın ötesinde, küresel ekonomiye milyarlarca dolarlık maliyetler getiren ve endüstriyel güvenlik için ciddi riskler oluşturan stratejik bir zorluk olduğu ortaya konmuştur. Bu nedenle, paslanmaz çeliğin korozyon mekanizmalarını anlamak ve etkili önleme stratejileri geliştirmek, hem malzeme ömrünü uzatmak hem de operasyonel güvenliği sağlamak açısından hayati öneme sahiptir.

Bu analizin ışığında, paslanmaz çeliğin korozyon riskini en aza indirmek için aşağıdaki öneriler sunulmaktadır:

1. Uygulamaya Özel Malzeme Seçimi: Kullanım ortamının agresifliği (klorür konsantrasyonu, sıcaklık, pH gibi) dikkate alınarak, en uygun paslanmaz çelik sınıfı seçilmelidir. Molibden ve nikel içeriği yüksek sınıflar, klorürlü ve yüksek sıcaklıklı ortamlarda daha iyi performans gösterirken, düşük karbonlu veya stabilize edilmiş sınıflar kaynak sonrası tanelerarası korozyon riskini azaltır.
2. Kapsamlı Tasarım Optimizasyonu: Korozyonun önlenmesinde tasarımın kritik rolü göz ardı edilmemelidir. Aralık korozyonunu önlemek için boşluklar ve çatlaklar minimuma indirilmeli, uygun drenaj ve havalandırma sağlanmalıdır. Farklı metallerin bir araya geldiği tasarımlarda galvanik korozyonu önlemek için yalıtım ve uygun yüzey alanı oranları düşünülmelidir.
3. Sıkı İmalat ve İşleme Kontrolü: Üretim ve işleme aşamalarında kontaminasyonun önlenmesi esastır. Paslanmaz çelik için ayrı aletler, çalışma alanları ve temizlik prosedürleri kullanılmalı, özellikle kaynak sırasında ısı girdisi kontrol edilmeli ve uygun koruyucu gazlar kullanılmalıdır. Kaynak sonrası temizlik ve pasivasyon işlemleri, pasif tabakanın bütünlüğünü geri kazandırmak için zorunludur.
4. Çevresel Koşulların Sürekli İzlenmesi ve Kontrolü: Korozyon, çevreyle dinamik bir etkileşim içinde olduğundan, sıcaklık, pH ve klorür konsantrasyonu gibi çevresel faktörlerin sürekli izlenmesi ve yönetilmesi gerekmektedir. Durgun elektrolitlerden kaçınılmalı ve nem kontrolü sağlanmalıdır.
5. Düzenli Bakım ve Denetim: Paslanmaz çelik yüzeylerin düzenli olarak temizlenmesi, çiziklerin ve hasarların önlenmesi, korozyonun erken belirtilerinin tespit edilmesi için görsel ve tahribatsız test yöntemlerinin kullanılması, malzemenin ömrünü uzatır.
6. Endüstriyel Standartlara Uyum: Özellikle yüksek riskli endüstrilerde, NACE International ve ASM International gibi kuruluşlar tarafından belirlenen standartlara (örneğin, NACE MR0175/ISO 15156) uyulması, malzeme seçimi ve sistem tasarımı için güvenilir bir çerçeve sunar.

Sonuç olarak, paslanmaz çelik genel olarak korozyona karşı oldukça dayanıklı olsa da, uygun olmayan ortamlar veya koşullar altında korozyon meydana gelebilir. Bu nedenle, paslanmaz çeliğin doğru kullanımı, bakımı ve korunması, malzeme ömrünü uzatmak, operasyonel güvenliği sağlamak ve önemli maliyetleri önlemek için kritik öneme sahiptir. Korozyon yönetimi, malzeme bilimi, mühendislik tasarımı ve operasyonel uygulamaların entegre edildiği çok katmanlı ve bütünsel bir yaklaşım gerektirmektedir.