ÇELİK

ÇELİK; Alm. Stahl (m), Fr. Acier (m), İng. Steel.
Bileşiminde % 1,8’den daha az karbon bulunan,
demir karbon alaşımı. Alaşımlı çeliklerde karbon
oranı % 2,1’e kadar çıkabilir. Çelik üretimi millî ekonominin
gelişme göstergelerinden biridir. Üretimi
basit mâdencilik ve çiftçiliğin tersine teknolojiye ihtiyaç
gösterir. Çelik; demiryollar, nîotorlu vâsıtalar,
uçak ve diğer modem makinalar için esastır.
Üretimi: Yüksek fırından elde edilen ham demir
% 2-4$5 karbon ve önemli miktarda fosfor,
kükürt gibi yabancı maddeler ihtivâ eder. Bu maddeler
gevrekleştirici etki yapar ve özellikle darbelere
karşı dayanımı çok düşürür. Büyük bir ham
demir parça, insan elinden düşüp sert bir zemine
çarpsa, kolaylıkla ikiye aynlabilir. İlk defâ 1856’da
Henry Bessemer, ham demiri ergiterek içinden hava
geçirdi ve bu kırılganlık yapıcı maddeleri yakmayı
başardı. Yanan maddelerden hâsıl olan enerji,
çeliği sıvı halde tutmaya yetmektedir. Böylece
çelik üretiminde Bessemer usûlü doğdu. Eskiden
çelik üretimi çok zaman alıyordu ve çok pahalıydı.
Bu işlemler çok kısaldığından çelik üretimi
hem kolaylaştı, hem de ekonomik duruma geldi.
Bessemer usûlüyle elde edilen çelikte bir miktar
fosfor ve kükürt yanmadan kalıyordu. Bunlar
da çeliği gevrekleştiriyordu. Bunun üzerine
1876’da Thomas Gillchrist, Bessemer’in, kullandığı
asit astar yerine bazik dolomit astar kullanarak
sıvı çeliği büyük ölçüde yakmayı başardı. Böylece
iyi kaliteli çelik elde edildi. Fakat bu usûlde endüstriyel
üretimin % 5’i veya daha fazlası fire olarak
atılıyordu. Her yıl milyonlarca ton makina
parçasının hurdaya çıkması hurdaların kullanılmasını
mecburi kıldı. 1865’te geliştirilen Siemens
Martin usûlü, saydığımız bu iki mahsuru ortadan
kaldırtacak nitelikteydi. Bu usûlde % 100’e kadar
istenilen her oranda hurda kullanılabilir. Fırınlar
300-500 ton kapasitededir. Fınn önce üçte bir
kapasite hurda malzeme ile doldurulur, kireçtaşı
ilâve edilerek 3 saat üstten ısıtılır. Daha sonra sıvı
ham demir ilâve edilerek fırın kapasitesine çıkılır.
İstenilen analize erişildikten sonra fırından
alınır. Bessemer ve Thomas usûllerine göre daha
kaliteli çelik üretilebilir. Alaşımlı çelik üretmek de
mümkündür. Fakat alev sıvı metalle temas ettiği
için alaşım elemanlarının yanma yoluyla azalması
sözkonusu olur.
Oksijen üfleme usûlünde, Thomas ve Siemens
Martin usûllerinin üstünlükleri bir arada toplanmıştır.
Ham demir içindeki istenmeyen elemanları
yakarak uzaklaştırmak için teknik saflıkta oksijen
kullanılmaktadır. Bu sebepten reaksiyonlar
daha çabuk meydana gelmektedir. Hava içinde %
79 oranında bulunan azot lüzumsuz yere ısıtılmamaktadır.
Fakat daha önemlisi azotu düşük çelik
üretilebilmektedir.Çelik üretiminde, LD, LDAC, Kaldo, ElektroÇelik
gibi birbirinden farklı değişik isimler sayılabilir.
Fakat temelde prensip açıklanan şekildedir,
bâzı küçük farklılıklar mevcuttur.
Alaşımsız çelikler genelde ihtivâ ettikleri karbona
göre sınıflandırılır. % 0,8 karbon ihtivâ edenlere
ötektoit, daha az oranda karbon ihtivâ edenlere
ötektoit-altı, % 0,8’den daha fazla karbon ihtivâ
edenlere ötektoit-üstü çelik denir. Karbon durumuna
göre bir başka sınıflama şöyledir: % 0,1-0,2
karbon ihtivâ edenlere yumuşak çelik, % 0,2-0,3
karbon ihtivâ edenlere az karbonlu çelik, % 0,3-0,85
karbon ihtivâ edenlere orta karbonlu çelikler denir.
Eğer sınıflama genel olarak yapılırsa çelikler
iki gruba ayrılır: îmâlat çelikleri, takım çelikleri.
a) îmâlat çelikleri: % 0,06-0,65 karbon ihtivâ
ederler. Kendi aralarında üçe ayrılırlar: 1) Çekme
mukâvemetine göre çelikler; Fe 37-2 şeklinde gösterilir.
Fe sembolü çelik olduğunu, 37 sayısı kgf/
mm2 olarak çeliğin minimum çekme mukâvetini
gösterir. En sonundaki iki rakamı kalite durumunu
ifâde eder. 2) Kimyâsal analize göre çelikler
kendi aralarında sementasyon çelikleri ve ıslah
çelikleri olarak ikiye ayrılırlar. Sementasyon çelikleri
% 0,2’den daha az karbon ihtivâ ettiklerinden,
ısıl işlemle sertleştirilemezler. Eğer sementasyonla
yüzeyden karbon verilirse ve ısıl işlem uygulanırsa
yüzey kısmı sertleşebilir. İç kısmı sertleşmeden
kalır. Islah çelikleri ısıl işlemle çok iyi
sertleşir. Fakat bu durumda çok kırılgan olduklarından
süneklik kazandırmak maksadıyla ıslah işlemine
tâbi tutulurlar. Islah işlemi A ı sıcaklığının
altında bir sıcaklıkla 1-2 saat tavlanarak yapılır.3) Özel îmâlat çeliklerinin ise otomat çelikleri,
civata ve somun çelikleri gibi çeşitleri vardır.
b) Takım çelikleri: Endüstride malzemelerin
şekillendirilmesinde kullanılan çeliklerdir. Sert,
aşınmaya, darbelere karşı dayanıklı ve oda sıcaklığında,
yüksek sıcaklıkta kesici olmaları gerekir.
Alaşımlı ve alaşımsız takım çelikleri olarak iki
gruba ayrılırlar. Alaşımlı olanlar kendi aralarında
sıcak-iş, soğuk-iş takım çelikleri ve hız çelikleri olmak
üzere üçe ayrılırlar.
Çeliklerde ısıl işlem sonucu sertlik artışını
sağlayan eleman karbondur. % 0,2’den daha az
karbon ihtivâ eden çeliklerin sertlikleri ısıl işlemle
çok az artış gösterir, bu sebepten sertleşmiyor
kabul edilirler. Piyasada bunlara demir de denir.
Arı demirde ısıl işlemle hiçbir sertlik artışı görülmez.
Çünkü içinde karbon yoktur.
Sertleştirme sonucu % ö,2 karbonlu çelikte
yaklaşık 28-30 HRC, % 1 karbonlu çelikte 67
HRC sertlik elde edilebilir. Karbon oranının %
l ’in üzerine çıkması sertlikte daha fazla bir artışa
sebeb olmaz. Soğutma ortamı olarak tuzlu su,
musluk suyu, yağlar ve hava kullanılabilir. Tuzlu
suda soğuma çok hızlıdır. Soğuma hızı suya göre
düşük olmakla birlikte türden türe değişmektedir.
Havada soğuma ise çok çok yavaştır. Ancak sertleşme
kâbiliyeti çok iyi olan bâzı yüksek alaşımlar
bu yolla sertleştirilebilirler.
Sertleştirilmiş çelikler bir mıknatısa sürtülürse
veya bir magnetik alan etkisinde kalırlarsa,
mıknatıslanırlar. Bir defâ mıknatıslandıktan sonra,
uzun süre mıknatıs olarak kullanılabilirler. Bu
tür maksatlar için genellikle sertleştirilmiş % 1
karbonlu çelikler kullanılıyordu. Son zamanlarda
bunların yerini, çeşitli miktarlarda krom, tungsten
(volfram) ve kobalt ihtivâ eden alaşımlı çelikler
almıştır. Bugün kobalt çelikleri rakipsizdir
ve giderek başka tip mağnetik malzemelerin de yerini
almak yolundadır.
Otomat çelikleri: Kısa ve kınlıcı talaş veren ve
işlenmiş yüzeyleri oldukça düzgün olan türlerdir. Talaşları
kolay kırıldığı için otomatik tezgahlarda işlenmesi
kolaydır. Kükürt, daha önce belirtildiği üzere çeliği gevrekleştirici olup, darbelere dayanıksız hâle
getirir. Buna rağmen, talaş kırılganlığı yaptığı
için çelik içinde bulunmasına müsâade edilir.
Civata ve somun çelikleri: Çapları 16 milimetreden
küçük olan civata ve somunlar, soğuk şekillendirildikleri
için bu işleme uygun malzemeden
îmâl edilmelidir. Çapları 16 milimetreden büyük
olanlar talaş kaldırılarak işleneceği için, talaşlı
imâlata uygun malzemeden yapılmalıdır.
Kazan çelikleri, sıcaklığa dayanıklı ve kaynak
kâbiliyeti iyi olan çeliklerdir. Yay çelikleri, yüksek
elastiklik veya akma sınırına, fakat aynı zamanda
sarılabilecek kadar plastik şekil değiştirme
kâbiliyetine sâhip olmaları istenen çeliklerdir. Silisyum
alaşım elemanı olarak katılırsa yaylanma
özelliğini iyileştirir.
Paslanmaz çelikler: Krom veya nikel, çelik
yüzeyinde çok ince ve yüzeye yapışan bir oksit filmi
(tabakası) meydana getirirler. Bu tabaka oksitlenmenin
içeriye doğru ilerlemesini durdurur.
Düşük kromlu çeliklerde bu tabaka korozyonun
içeriye doğru ilerlemesini önleyemez. Krom oranı
% 10’un üzerinde olan çelikler korozyona oldukça
dayanıklıdırlar. Paslanmaz çelikler mikro yapılarına
göre üç gruba ayrılırlar.
Martenzitik paslanmaz çelikler: % 11,5-18 Cr
ve % 0,1-1 C ihtivâ ederler. Kromdan başka önemli
bir alaşım elemanları yoktur. Krom, çeliğin hem
mukâvemetini hem de sertleşebilme kâbiliyetini
çok iyi artıran bir elemandır. Isıl işlemle sertleştirilebilirler.
Alaşımsız çeliklerin sertleşebilmesi
için çok hızlı soğutulmaları gerekir. Oysa bu çelikler
havada çok yavaş soğusalar bile sertleşirler.
Normal olarak sertleştirme sıcaklıkları 1010 °C dolaylarındadır.
Soğutma yağda veya havada yapılabilir.
Menevişlenmesi 590°C üzerinde yapılmalıdır.
Aksi halde meneviş kırılganlığı meydana
gelir. Sıcaklıkta şekillendirilebilirler. Korozyona
dirençleri ferritik ve ostenitik tiplere göre daha
düşüktür. Kâğıt makinaları ve pompalarda parça ve
civata malzemesi olarak kullanılırlar.Ferritik paslanmaz çelikler: % 14-27 arasında
krom ve martenzitik çeliklere göre daha az karbon
ihtivâ ederler. Isıl işlemle sertleştirilmezler, ancak
soğuk şekillendirme ile sertlik ve mukâvemetleri
orta derecede artırılabilir. Sıcak ve soğuk şekillendirilebilirler.
Çekme mukâvemetleri normal
çeliklere göre % 50 daha fazladır.
Ostenitik paslanmaz çelikler: Hem krom hem
de nikel ihtivâ eden alaşımlardır. Krom ve nikelin
toplam oranı en az % 23 olmalıdır. Alaşım elemanı
olarak nikelin de katılması paslanmaziık özelliğini
daha da artırmıştır. Bu tiplerde karbon oranının
mümkün olduğu kadar az olması istenir. Bugün
dünyâ paslanmaz çelik üretiminin büyük bir kısmını
bu tür teşkil etmektedir.
Çeliğe su verilmesi: Belli bir şekil verilen
çelik, kızgın haldeyken âniden suya daldırılırsa,
kristal özelliği değişerek sertleşir. Bu işleme çeliğe
su verme denir. Kızgın çelik hava akımıyla soğutulursa
daha değişik özellikler kazanır. Târih boyunca
demir ve çelik sanatında en üstün millet
Türkler olmuştur. Osmanlı ve daha önceki Türk
devletlerinde kullanılan harp malzemelerinin üstünlüğü
de bunu doğrulamaktadır.
Dünyâ çelik üretimi 1986’da 715,8 milyon ton
ve 1987 senesinde 735,9 milyon ton 1988’de 779,9
milyon ton, 1989’da 784 milyon ton olarak gerçekleşti.
1989 yılından sonra dünyâ çelik kullanımında
% 5’lik bir düşüş görüldü. Bu sebeple çelik
üretimi 1992’de 732 milyon ton oldu. Türkiye’de
ise çelik üretimi 1990 da 9.272 milyon ton, 1991’de
9.307 milyon ton, 1992’de isel0.470 milyon ton
olarak gerçekleşmiştir.