Isıya dayanıklı çelik, yüksek sıcaklık koşullarında termal stabiliteye ve termal dayanıklılığa sahip çeliği ifade eder. Termal stabilite, çeliğin yüksek sıcaklık koşulları altında kimyasal stabilitesini (korozyon direnci, oksitlenmeme) ifade eder. Termal mukavemet, çeliğin yüksek sıcaklık koşulları altında yeterli mukavemetini ifade eder. Isı direnci esas olarak krom, molibden, vanadyum, titanyum ve niyobyum gibi alaşım elementleri ile garanti edilir, bu nedenle kaynak malzemelerinin seçimi ana metalin alaşım elementi içeriğine göre belirlenmelidir. Isıya dayanıklı çelik, petrol ve petrokimya endüstrisinin tesisat konstrüksiyonunda yaygın olarak kullanılmaktadır. 15CrMo, 1Cr5Mo ve benzeri gibi düşük alaşım içeriğine sahip perlitli ısıya dayanıklı çeliklerle sık sık temas edebiliriz.
Genel olarak, alaşım elementi içeriği yüzde 50'den az olan ısıya dayanıklı çelik olarak adlandırılır. Birkaç SUH serisi standardına ek olarak Japon ısıya dayanıklı çelik standardı JIS G4311, G4312. Ana fazın farklı mikro yapısına göre, ısıya dayanıklı çelik, ferritik ısıya dayanıklı çelik, martensitik ısıya dayanıklı çelik, östenitik ısıya dayanıklı çelik ve çökelti sertleştirme ısıya dayanıklı çelik olarak ayrılabilir. JIS G5122, SUH serisi ısıya dayanıklı çelik döküm sağlar, ancak çeliğin derecesini ana faz yapısına göre sınıflandırmaz ve ferritik ısıya dayanıklı çelik, martensitik ısıya dayanıklı çelik ve östenitik ısıya dayanıklı çeliği birlikte karıştırır.
Ferritik ısıya dayanıklı çelik
Yaygın olarak kullanılan temsili ferritik ısıya dayanıklı çelik, düşük C-17 yüzde Cr'ye sahip SUS430'dur. Cr, çeliğin yüksek sıcaklık korozyon direncini artırabilen ve ısıya dayanıklı çelikte vazgeçilmez bir elementtir. SUS430 iyi oksidasyon direncine sahiptir. SUS430 daha ucuz çünkü çelikte başka element yok. Ancak SUS430, yüksek sıcaklıkta su verme sonrasında sertleşmez ve yüksek sıcaklıktaki mukavemeti düşüktür, bu nedenle sadece fazla mukavemet gerektirmeyen parçalar için kullanılabilir. Öte yandan, SUS430'un termal genleşme katsayısı küçük olduğundan ve östenitik ısıya dayanıklı çeliğin termal genleşme katsayısı büyük olduğundan, tekrar tekrar sıcaklık değişimleri için, termal yorulma parçalarının üretilmesi kolay, SUS430 daha iyidir. Ayrıca, SUS430 yaklaşık 500 derecede uzun süre kullanıldığında, dikkat edilmesi gereken kırılgan fazın çökelmesinden dolayı gevrekleşme meydana gelecektir. Ayrıca Al, antioksidan kapasiteyi artıran bir elementtir. Yüksek sıcaklıkta Al, oksit tabakasının yüzeyinde güçlü bir koruyucu film haline gelen ve oksidasyon direncini iyileştirmede rol oynayan Al2O3 oluşturur. Al'ın bu etkisini kullanan ısıya dayanıklı çelik FCH1'dir. FCH1, yüzde 25 Cr çeliğe eklenen yüzde 5 Al içeren ısıya dayanıklı bir çeliktir. 1200 derecenin altında iyi oksidasyon direncine sahiptir.
Martensitik ısıya dayanıklı çelik
Tipik martensitik ısıya dayanıklı çelikler, yaklaşık yüzde 0,1 karbon içeriğine sahip yüzde 12 Cr çelikleri SUS403 ve SUS410J1'dir. Bu ısıya dayanıklı çelikler, yüksek sıcaklıkta su verme ile sertleştirilir ve ardından 500-600 derecede yüksek mukavemeti koruyarak ana fazın martenziti üzerinde M23C6'yı çökeltmek için temperlenir. Meneviş yumuşatma direncini iyileştirmek için Mo eklenirse, yüksek mukavemet daha da korunabilir. Martensitik ısıya dayanıklı çelik, 500-600 derecenin üzerindeki yüksek sıcaklıklarda yumuşayarak mukavemette keskin bir düşüşe neden olur. Bu nedenle, martensitik ısıya dayanıklı çelik, 500-600 derecenin altındaki çalışma sıcaklıkları için uygundur ve yüksek sıcaklığa dayanıklı bileşenler gerektirir. Ek olarak, martensitik ısıya dayanıklı çeliğin krom içeriği daha az olduğundan (yüzde 12) ve kromun bir kısmı hala karbürde olduğundan, ana fazdaki krom içeriğini garanti edemez, bu nedenle martensitik ısıya dayanıklı çeliğin oksidasyon direnci genellikle ferritik ısıya dayanıklı çelik ve östenitik ısıya dayanıklı çelikten daha azdır. Si ve Al ayrıca martensitik ısıya dayanıklı çeliğin oksit levhası üzerinde koruyucu film oluşturabilir. SUH3 ve SUH11 martensitik ısıya dayanıklı çelikler, oksidasyon direncini artırmak için Si ilave edilmiştir. Bu ısıya dayanıklı çelikler, motor giriş valflerinde ve ısıya dayanıklı cıvatalarda kullanılır.
östenitik ısıya dayanıklı çelik
Çeliğe Cr ilavesine, çeliği tüm sıcaklıklarda kararlı östenit yapı haline getiren Östenit stabilize edici element Ni ilavesi eşlik eder. Sıradan östenitik yapı çelikleri SUS304 ve SUS310'dur. Hepimizin bildiği gibi SUS304 korozyona dayanıklı paslanmaz çeliktir ancak SUS304 ısıya dayanıklı çelik olarak da kullanılabilir. 600 derecenin altında östenitik ısıya dayanıklı çeliğin mukavemeti martensitik ısıya dayanıklı çelik ile ferritik ısıya dayanıklı çelik arasındadır ve 600 derecenin üzerinde mukavemet martensitik ısıya dayanıklı çelikten daha fazladır. Ek olarak, SUS304 800 derecenin altında, SUS310 1000 derecenin altında, tekrarlanan ısıtma - soğutma, iyi oksidasyon direncine sahiptir. Bununla birlikte, 700-900 derecede uzun süre kullanıldığında, malzemenin kırılgan hale gelmesi için kırılgan faz çökelmesi olacaktır. Ayrıca SUS304 ve SUS310'un ısıl genleşme katsayısı martensitik ve ferritik ısıya dayanıklı çeliklere göre daha büyük olduğu için ısıl yorulma hasarının oluşması kolaydır ve bu iki noktaya dikkat edilmelidir.
Yüksek sıcaklık mukavemeti gerektiğinde, östenitik ısıya dayanıklı çeliğin mukavemeti, çökelme kuvvetlendirmesi ve çözelti kuvvetlendirmesi ile daha da arttırılabilir. Motor egzoz valfi için kullanılan östenitik ısıya dayanıklı çelik SUH35'tir. SUH35'in yüksek sıcaklık dayanımı, çeliğe C eklenerek karbür çökeltme güçlendirmesi ve katı çözelti güçlendirmesi ile iyileştirildi. Mn içeriği artırılarak Ni içeriği yüzde 4 olsa bile östenit yapısı elde edilebilir. Isıya dayanıklı cıvata ve yaylar için kullanılan SUH660, Al ve Ti ilavesinden dolayı 'fazının (Ni3 (Al, Ti)) çökelmesi ile güçlendirilmiştir.
Çökelti takviyeli ısıya dayanıklı çelik
Martensitik ısıya dayanıklı çeliğin temsili markası SUS630'dur. 500 derecede yaşlanmadan sonra, çeliğin mukavemetini artırmak için SUS630'un düşük C martensit ana fazında ε fazı (Cu fazı) çökelir. Ancak sıcaklık 500 dereceyi geçtiğinde ε fazı kabalaşır ve martenzit yapı değişir, bu da çeliğin mukavemetinin düşmesine neden olur. Bu nedenle, SUS630 esas olarak 500 derecenin altındaki türbin bileşenleri için kullanılır. SUS630 çeliğinin ana bileşeni 17Cr-4Ni-4Cu'dur, Ni içeriği çok yüksek değildir ve östenit stabilitesi göz önüne alındığında Ni içeriği azaltılamaz, bu nedenle bir kaynak değildir- geliştirme çelik tasarrufu.
