Çelik nasıl elde edilir?
Çelik, demir ile %0,2 ila %2,1 oranlarında değişen karbon miktarının bileşiminden meydana gelen bir son derece dayanıklı bir alaşımdır. Çeliğe farklı özellikler kazandıran içerdiği elementlerin kimyasal bileşimi ve iç yapısıdır. Çeliğe değişik oranlarda alaşım elementleri katılabileceği gibi, çeşitli işlemler ile iç yapı da kontrol edilerek kullanım amacına göre değişik özelliklerde çelik elde edilebilmektedir.
Çelik alaşımındaki karbon miktarları çeliğin sınıflandırılmasında önemli rol oynamaktadır. Karbon demirin alaşımlayıcısı olsa da demir elementini alaşımlamada krom, magnezyum, vanadyum ve volfram gibi çeşitli elementler de kullanılmaktadır. Karbon ve diğer elementler demir atomundaki kristal kafeslerin kayarak birbirini geçmesini engelleyerek sertleşme aracı rolünü üstlenirler. Çeliğin ilk defa nerede ve ne zaman kullanıldığı hakkında kesin bir bilgi yoktur.
M.Ö. birinci bin yılında Anadolu’da kılıçların bulunması, Hindistan’da cerrah aletlerine bakarak, bu dönemde kullanıldığı görülmektedir. Çelik sanayi üzerinde ilk yöntemler, 18. yüzyılda ve 21. yüzyılda ortaya konmuştur. 1970 yılında Benjamin Huntsman’ın potadan eritme yöntemini bulması, 1955 yılında Henry Bessemer’in ve Sydney Thomas’ın arıtma sistemini bulmaları, Pierre Martin ve William Siemens 1856-1864’de tabanda hazırlama yöntemini kullanmaları, çelik kullanımında gelişmelerin olmasını sağlamıştır. İlerleme sürecinde temel oksijen ile çelik yapımı mükemmelleştirmeler üretimin maliyetini düşürürken metalin kalitesini arttırdı. Günümüzde, her yıl 1300 milyon ton üretimi ile, çelik dünyada en çok kullanılan ortak malzemelerden biridir. Binalarda, makinelerde, altyapı üretiminde, otomobillerde aletlerde, gemilerde, aksesuarlarda ve silahlarda kullanılan ana malzemedir.
Çelik demirden veya hurdadan geri dönüşüm yoluyla olmak üzere ile iki şekilde üretilmektedir. Sıvı çelik üretildikten sonra döküm ile ingot olarak ya da sürekli döküm yöntemi ile kütük ya da blum olarak şekillendirilir.
Vasıflı olan çelikler alaşımsız, düşük alaşımlı ve alaşımlı çelikler olup, kitlesel olarak üretilen çeliklerden ayrılmaktadır. Üretim yöntemi, üretim araçları, alt limitlerde bulunan S, P ve diğer empüritelerin ile çözünmüş gaz miktarları bu ayrılma noktalarının başında gelmektedir.
Çelikler aşağıdaki şekilde sınıflandırılmaktadır;
1- Karbon ve alaşımlı çelik olarak bileşimlerine göre,
2- Üretim yöntemlerine göre
3- Son üretim yöntemine göre
4- Ürün şekline göre
5- Kullanım yerleri, üretim programları ve deoksidasyon durumlarına göre
Çeliklerin Karbon Oranına Göre Sınıflandırılması
1- Düşük Karbonlu Çelikler
2- Orta Karbonlu Çelikler
3- Yüksek Karbonlu Çelikler
Çeliklerin Kimyasal Bileşim Esas Alınarak Sınıflandırılması
1. Alaşımsız Çelikler
2. Alaşımlı Çelikler
Alaşımlı çelikler alaşım miktarına göre veya esas alaşım elementine göre sınıflandırılabilir.
Alaşım miktarına göre çelik çeşitleri:
a. Az Alaşımlı Çelikler
b. Otomat Çelikleri
c. Yüksek Alaşımlı Çelikler
Esas alaşım elementine göre çelik çeşitleri
a) Manganlı Çelikler
b) Molibden Çelikleri
c) Krom – Molibden Çelikleri
d) Nikel – Krom – Molibdenli Çelikler
e) Nikel – Silisyum – Krom – Molibden Çelikleri
Yüksek karbon içeren alaşımlar, düşük erime noktaları ve dökme kabiliyetlerinden dolayı dökme demir olarak bilinir. Çelik az miktarda karbon içeren fakat demir cüruflarını da kapsayan dövme demir olarak da ayırt edilmektedir. İki ayırt edici faktör de çeliklerin pas önleyiciliklerini artırır ve aynı zamanda daha iyi kaynaklanabilirlik özelliği kazandırır.
Öeliğin en önemli özellikleri şunlardır:
1- Çeliklerin kaynak işlemi kolaylıka gerçekleştirebilir. Bunun nedeni kimyasal bileşimine uygun olmasıdır.
2- Emaye yapılma, plastik maddeler ile kaplama, boyanmaya ve metal ile kaplanmaya çeliklerin büyük bir çoğunluğu elverişlidir.
3- Çelikler belli bir ısıya ulaştığında dövme, presleme, haddeleme yöntemleri ile istenilen şekle sokulabilmektedir.
4- Hadeleme, presleme yöntemlerini iç yapı ve kimyasal bileşime uygun olan çeliklerin soğuk olarak da şekillendirilmesi mümkündür.
5-
Çelikler ısıl işlemlere karşı duyarlıdır aynı zamanda limyasal bileşimin yanı sıra uygulanan ısıl işlemler sonucunda istenen sertlik, mekanik ve fiziksel özellik, elektriksel özellik, korozyona ve yüksek sıcaklığa dayanım özelliklerine tam olarak kavuşturulabilir.
Çeliklere uygulanan bütün temel ısıl işlemler östenit fazının dönüşümü ile ilgilidir. Bir çeliğin fiziksel ve mekanik özellikleri içerdiği dönüşüm ürünlerinin cinsine, miktarına ve metalografik yapısına bağlı olarak değişmektedir.
Bir çeliğin ergitme kaynağına uygun olması genel olarak içerdiği karbon miktarına bağlıdır. Ayrıca alaşım elementleri de var ise kaynak dikişinin soğuması esnasında havanın ve parçanın soğuk kısımlarının etkisi ile sertleşme yani kaynak bölgesinde kısmen martenzit meydana gelir. Bundan dolayı gevrekleşen malzeme, soğuma sırasında oluşan kendini çekme sonucu çatlar.
Çeliklerin temel alaşım elementi olan karbon (C), çeliklerin üretim işlemleri sırasında yapıdaki yerini alır. Karbon miktarı, çeliklerin mekanik özelliklerini en çok etkileyen
Faktör oalrak kabul edilmektedir. Karbon, çeliğin akma ve çekme mukavemetini artırır, yüzde uzamayı, şekillenebilirliği ve kaynak kabiliyetini azaltır. İşlenebilirliğin ön planda olduğu çeliklerde karbon miktarı mutlaka düşük tutulmalı, dayanım değerlerinin yüksek olması gerektiği durumlarda ise çeliğin karbon içeriği yüksek olmalıdır.