Son Haberler

Çelik Nedir, Özellikleri Nelerdir, Nerelerde Kullanılır?

-
Eylül 13, 2022
Çelik Nedir, Özellikleri Nelerdir, Nerelerde Kullanılır?

Çelik; dikiş iğnesinden uzak vasıtalarına kadar kullanılan ve insan yaşamının bırakılmaz bir parçası olan demir alaşımı metaldir.

Çelik Nedir, Özellikleri Nelerdir, Nerelerde Kullanılır?

Kullandığımız aletlerden taktığımız saate, taşıt motorlarından reyin parklarına, bilgisayarlardan cep telefonlarına, tencerelerden spor aletlerine kadar sayamayacağımız üründe kullanılan bir metal olan çelik, belki de insanlık tarihinde en çok gereksinim dinlediğimiz metal. Özellikleri nedeniyle her alanda kullanılabiliyor veya istenen özellikler kazandırılabiliyor. Paslanmazlığı ve yüksek dayanıklılığı nedeniyle demirden bölen çeliğin dünyasına göz atalım.

Tarihçesi

Çeliğin gelişimi takribî 4000 sene evvele başka bir deyişle Demir Çağı’na direniyor. 200 sene evveline kadar yalnız silah ve eşyalarda kullanılıyordu. Hititler’de demircilerin tavlama yöntemi ile kömür ateşinde demiri hırpalayarak çelik elde ettiğine dair bazı bilgiler mevcut. Rönesans’tan evvel çelik imalinde muhtelif tesirsiz metotlar kullanıldı. 17. asırda bu metotlar geliştirilerek çelik imalinde daha tesirli yöntemler kullanılmaya başlandı. Bu yarıyılda Almanya ve İngiltere’de pik demir içeriğindeki karbon ölçüsünün sementasyon ismi verilen yüzey sertleştirme operasyonu uygulanarak artırılması yöntemi ile üretilmeye başlandı.

Çeliğin tarihi gelişimi ile alakalı bazı notlar aktaralım:

1740’lı senelerde İngiliz saat üretimcisi Benjamin Huntsman, saat yayları için yüksek nitelikte çelik geliştirmeye çalıştı. Ancak yapım maliyetleri nedeniyle yalnızca özel ürünlerde kullanılabilen dökme çelikler üretiliyordu.

18. asırda demir kullanılarak inşa edilen ilk yapılar köprülerdir. 1778 senesinde İngiltere’de inşa edilen Severn Nehri üzerindeki Coalbrookdale Köprüsü’nde “font” ismi verilen ve çiğ demir ile hurda demirler ve bazı maddelerin karışımı ile elde edilen çelik kullanılmıştır.

İngiliz Henry Cort, 1784 senesinde iyi nitelikte hırpalama çelik üretmeyi muvaffak oldu. Bu buluş sanayide sanki çığır açtı ve İngiltere çelik piyasasına hâkim oldu. Hırpalama çelikle kocaman kirişli köprüler inşa edildi. Daha sonraki senelerde 1880’lere kadar uygulanan muhtelif yöntemlerle dökme çelik yapımı sağlandı.

1850-1855 seneleri arasında İngiliz Henrt Bessemer ve Amerikalı William Kely, akışkan pik demire hava üfleyerek çelik üretmeye çalıştı. 1855 senesinde alttan hava üflemeli armut biçiminde bir konvertör kurarak çelik yapım tescilini aldı.
1856-1864 seneleri arasında Pierre Martin ve William Siemens, daha gelişmiş bir yöntem olan tabanda hazırlama yöntemiyle çelik elde etti.
1876 senesinde İngiliz mucit Sidney Gilchrist Thomas, Bessemer’in konvertörünü geliştirerek çiğ akışkan demiri büyük miktarda yaktı ve daha nitelikli çelik yapımını sağladı.
20. asrın başında da çelik yapıların rakamı giderek çoğalmaya başladı. Özellikle birinci ve ikinci dünya savaşlarında kullanılan savaş malzemelerinde ve yapılarda çelik seçim edildi.
1912 senesinde Avrupalı çelik üreticilerinin ortak çalışmaları neticeyi paslanmaz çelik üretildi ve tescili alındı.


Özellikleri Nelerdir?

Çelik, demir elementi ile karbon bileşiminden oluşan bir alaşımdır. Çiğ demirin işlenmesi neticeyi muhtelif yöntemler ve katkılar da kullanılarak çelik veya dökme demir elde edilir. Çelikteki karbon oranları yüzde 0,2-2,1 arasında değişir ve bu oranlar çeliğin sınıflandırılmasında rol oynar.

Alaşımlarda krom, magnezyum, kobalt, vanadyum ve volfram gibi elementler de kullanılır. Demirle alaşım oluşturan karbon ve diğer elementler sertleştirme görevi görür. Alaşıma katılan elementler ve oranları; çeliğin sertliği, elastikliği, gerilme noktası gibi özelliklerini tanımlar.

Karbon ölçüyü çoğaldıkça çelik sertleşir ve kuvvetlenir; ancak elastikliği eksilir. Yüksek karbon kapsayan demirlerde erime noktası düşüktür ve dökme hünerleri vardır. Bu cins çeliklere “dökme demir” denir. Az ölçüde karbon ve demir cürufları kapsayan çelikler “hırpalama demir” olarak tanımlanır. Bu etmenler çeliğin paslanmazlığı ve kaynaklanma maharetini tanımlar.

Çeliğin özellikleri ile alakalı bazı bilgileri de paylaşalım;

Çeliğin kimyevi bileşimi kaynak harekâtları için uygundur
Demirden daha sert ve hafiftir
Isıl operasyonlarla elektriksel, mekanik ve fiziksel özellikler kazandırılabilir
Muhtelif operasyonlarla yüksek sıcaklıklara dayanımı ve sertliği artırılabilir
Belli bir ısıda hırpalama, presleme ve haddeleme yöntemleri ile istenen şekle sokulabilir
Bazı özellikteki çelikler soğuk olarak da şekillendirilebilir
Plastikler ve metallerle kaplama yapılabilir
Kızgın çeliğe aniden su verildiğinde kristal özelliği değişerek sertleşir. Bu harekâta “çeliğe su verme” ismi verilir
Paslanmaz çelikler korozyona ve ısıya karşı dayanıklıdır, yüzde surat geri dönüşüm yapılabilir, yapımı ve pakliği kolaydır
Yüksek karbon kapsayan alaşımlı çelikler “dökme demir” olarak da adlandırılır. Az karbonlu ve demir cüruflu çeliklere ise “hırpalama demir” denir
Karbon ölçüyü çoğaldıkça çeliğin akma ve sürükleme mukavemeti artırırken, kaynak ve şekillenebilme hünerlerini eksiltir.

Çelik Yapım Metotları

Çelik imalinde değişik yöntemler kullanılıyor. Bu yöntemler şunlardır; Bessemer-Thomas yöntemi, Siemens-Martin yöntemi, alkalik oksijen konvertörleri ve elektrik ark ocakları yöntemleri… Dünya çelik imalinin takribî yüzde 70’lik kısmı alkalik oksijen konvertörlerinde üretilmektedir. Takribî yüzde 30’luk kısmı ise elektrik ark ocakları kuruluşlarında üretiliyor. Diğer yöntemler de son 10 sene içinde neredeyse terk edilmiş vaziyette.

Geçmişte kullanılan yöntemler maliyetli ve meşakkatliydi. Günümüzdeki çelik yapım yöntemleri daha kısa zamanda ucuz maliyetle yapıma imkân sağlıyor. Demirden ve hurdadan geri dönüşüm yoluyla üretilen çelikler, alaşımlı ve alaşımsız olarak sınıflandırılır.

Çelik Çeşitleri

Çelikler, kullanıldıkları alanlara ve yapısal özelliklerine göre çeşitlere ufalar. Bu çelikleri şöyle sıralayabiliriz:

İmalat çelikleri: Yüzde 0,06-0,65 oranları arasında karbon kapsar. Bu çelikler kendi aralarında; sürükleme mukavemeti, kimyevi tahlilleri ve özel imalat çelikleri olarak üçe ufalar. İmalat yöntemleri ve karbon oranlarına göre sınıflandırılırlar.

Ekip çelikleri: Yıpranmaya, darbelere dayanıklı, sert çeliklerdir. Sanayide malzemelerin şekillendirilmesinde kullanılırlar. Alaşımlı ve alaşımsız olarak ikiye bölerler. Alaşımlı çeliklerde son zamanlarda kobalt, krom ve volfram gibi elementler kullanılmaya başlanmıştır. Özellikle kobalt alaşımlı çelikler magnetik malzemelerin yerini almaya başlamıştır.

Otomat çelikleri: İşlenmiş yüzeyleri düzgün, talaş veren çelik cinsidir. Talaşlarının kırılganlığı nedeniyle otomatik tezgâhlarda kolay işlenir. Talaş kırılganlığını alaşımındaki kükürt sağlar.

Cıvata ve somun çelikleri: Cıvata ve somunların imalatında kullanılır. Soğuk şekillendirilme ve talaşlı imalata uygundur.

Kazan çelikleri: Yüksek sıcaklıklara dayanıklıdır. Kaynak yapılabilir.

Yay çelikleri: Esnek marifeti ve biçim değiştirmesi yüksek çeliklerdir. Esnekliğini sağlayan alaşımdaki silisyum ölçüyüdür.

Paslanmaz çelikler: Çeliğin alaşımında krom ve nikel ölçüyü yüzeyde oksit katmanı oluşturarak korozyona karşı direnç ve paslanmazlık özelliği kazandırır. Oksit katmanının yüzeyde kalması veya derine inmemesi için krom oranının yüzde 10’un üzerinde olması gerekir. Krom, çeliğin sertliğini ve mukavemetini artırır.

Paslanmaz çelikler de kendi aralarında krom oranları ve alaşımındaki elementlere göre çeşitlere ufalar. Bunlar; martentizik, ferritik ve ostenitik paslanmaz çeliklerdir.

Nerelerde Kullanılır

Çelik, metalürji sanayisinin en ehemmiyetli metallerinden biridir. Kullanım alanı çok yaygın ve geniştir. Demiryolları ve tren, motorlu vasıtalar, makineler, motorlar, uçaklar, uzay vasıtaları başta olmak üzere askeri ve zırhlı vasıtalar, çatı ve dış yapı sistemleri, köprüler gibi bir hayli sektörün ana oyuncuyudur.

Çeliklerin kullanıldığı ürün ve sektörlerinden kimilerini şöyle sayabiliriz: Mıknatıs, sağlam adaleyeler, iş aygıtları, yaylar, tanklar, gemiler, metal kesiciler, torna tezgahları, lokomotif ve vagonlar, motor pistonları, dingiller, şaftlar, eksenler, krank milleri, motor gövdeleri, yüksek süratli makine parçaları, kesici ve delici aletler, meteoroloji aletleri, testere, iş aletleri, dinamolar, asit tankları…

Çelik Üreten Ülkeler

Dünyada çelik üreten ülkelerin başında Çin geliyor. Senelik 800 milyon tonun üzerinde çelik yapım kapasitesi olan Çin, dünya çelik imalinin takribî yüzde 50’sini sağlıyor.

Dünya çiğ çelik yapımı pazarını 10 ülke elinde bulunduruyor. Bu ülkeler ve yapım oranları şöyle; Japonya 105 milyon ton % 6,5, Hindistan 90 milyon ton % 5,5, Amerika Birleşik Devletleri 80 milyon ton % 5, Rusya 71 milyon ton % 4,5, Güney Kore 70 milyon ton % 4,5, Almanya 43 milyon ton % 3, Brezilya 34 milyon ton % 2, Türkiye 32 milyon ton % 2, Ukrayna 23 milyon ton % 1,5.

Türkiye çelik imalinde dünyada 9. sırada yer alıyor. Türkiye’nin senelik çelik ihracatı ise 16-17 milyon ton etrafında. Bu ölçü dünya çelik ihracatlarında yüzde 3,5’luk bir orana tekabül ediyor. Türkiye’nin senelik çelik ithalatı ise 20-21 milyon ton etrafında…