Çeliğin üretimi nasıl yapılır, hangi aşamalardan geçer gibi soruların cevabını bu yazımızda vermeye çalışacağız.
Ham demirin işlenebilir bir hale getirilebilmesi için bünyesinde bulunan yüksek miktarda karbon, fosfor ve silisyum gibi maddelerin azaltılması gerekmektedir.
Özellikle karbon miktarı diğer katkı maddeleri ile azaltılarak işlenebilirlik artırılır.
Çeliğin üretiminin yapılmasında ısıl işlem denilen bir yöntem kullanılır. Isıl işlem sonucunda karbon miktarının oranı azalır, silisyum ve mangan okside olur ve fosfor ortamdan uzaklaştırılır.
Isıl işlem üç farklı şekilde yapılmaktadır.
Çeliğin Üretimi için Isıl İşlem Uygulanması
Siemens Martin Yöntemi ile Çeliğin Üretimi
Siemens-Martin yöntemi; Hurda demirin tekrar üretime dâhil edilebilmesi ve katkılı çelik üretimi için uygulanan bir yöntemdir.
Bu yöntemde ham demir ile hurda çelik aynı fırında 1700 0C’ye kadar yükseltilen sıcaklıklarda eritilir. İhtiyaç duyulan ergime ısısı gazların yanması ile elde edilir ve endotermik bir erime gerçekleşir.
Fırında gaz ve hava girişi için iki farklı ağız bulunur. 100-350 ton arasında kapasitesi bulunan fırınlarda 5-10 saatlik bir çalışma neticesinde kaliteli çelik üretilir. Bu fırınlardan çıkan atıklar (cüruf), çimento katkı maddesi olarak kullanılır.
Elektrik Arkı Yöntemi ile Çeliğin Üretimi
Elektrik arkı ile ergitme yönteminde; İki grafik elektrot arasında düşük gerilim ve yüksek akım uygulanarak açığa çıkan sıcaklık ile ham demir ve hurda çeliğin ergitildiği fırınlardır.
Bu fırınlarda ısı 1650 0C’nin üzerine çıkabilmektedir. 50-150 ton arasında kapasitesi bulunan elektrik ark fırınlarının üretim süresi 45 ile 2 saat arasında değişmektedir.
Oksijen Üfleme Yöntemi ile Çeliğin Üretimi
(1) Hurda yüklemesi, (2) Yüksek fırından gelen pik demir, (3) Oksijen üfleme, (4) Sıvı çeliğin alınması, alaşım elementleri ve bazı ilavelerin katılması, (5) Cürufun alınması
Oksijen Üfleme Yönteminde; Devrilebilme özelliği bulunan bir konvertörde ham demirin üfleme suretiyle saf oksijenle zenginleştirilmesi yöntemi uygulanır.
Bu işlem sırasında ortaya çıkan ısı miktarı, soğutma yapılmaksızın eriyiğin banyo sıcaklığının dönüşüm sıcaklığının üstüne çıkmasına neden olur.
Ekzotermik bir olaydır ve soğutma işlemi için hurda demir ve demir filizleri kullanılır.
Çeliğin Üretimi için Soğutma Yöntemleri
Çelik içerisinde oksit giderme derecesine bağlı olarak katılaşma davranışlarına göre kaynar, durgun ve özel durgun olarak 3 sınıfa ayrılır.
Kaynar Çelik (İşareti: U (DIN), K (TSE))
Yukarıda bahsedilen yöntemlerle eritilen çelik soğutma işlemi esnasında, kalıp veya kokil yüzeylerde önce saf halde bulunan demir kristallerinin katılaşmaya başlaması ile sıvıdan ayrışır.
Külçenin en son katılaşan merkez kısmındaki karbon oranı sıvı halde bulunan çeliğin karbon oranından daha fazla olur.
Bu olaydan dolayı karbon reaksiyonu adı verilen bir reaksiyon oluşur. Bu reaksiyonun oluşma nedeni şu şekildedir.
Sıvı çelik içerisinde karbon ve FeO belli oranda bulunur. Karbon oranı düşük yumuşak çelik çok miktarda FeO içerir.
Karbon oranı yüksek sert çelikte ise daha az oranda FeO bulunur. Bu nedenle katılaşma esnasında külçenin merkezinde sıvı halde bulunan karbon oranı çeliğin karbon oranının üzerine çıkınca fazla gelen karbon
C + FeO ⇒ Fe + CO
reaksiyonu ile eriyikten atılır. Meydana gelen CO gazı, sıvı metal içerisinde kabarcıklar oluşturur. Aşağıdan yukarı yükselen bu kabarcıklar sıvı çelikte kaynama görünümü meydana getirir.
Kaynar çeliklerin özellikleri aşağıda sıralanmıştır.
- Karbon oranı düşük çelik külçe yüzeylerin altında ve belirli derinliklerinde gaz boşluğu ve gözenek meydana gelir. Bunlar sıcak dövme ya da haddeleme esnasında yapılan işlemlerle ortadan kaldırılarak metalin pürüzsüz metalik yüzeyi korunmuş olur.
- Kaynar döküm metoduyla imal edilen külçe merkezinde, kükürt ve fosfor içeren segregasyon bölgesi oluşur.
- Bu metotla imal edilen külçelerde az miktarda boşluk meydana gelir. Külçenin yüzde 90’ı kullanılabilir.
Durgun (Sakin) Çelik (İşareti: R (DIN), S (TSE))
Külçe içerisinde boşlukları uzaklaştırmak, yok etmek için uygulanan bir yöntemdir. Sert ve alaşımlı çeliklerde gaz meydana gelmeden dökülmeleri ve kokil içinde sakin olarak katılaşmaları gerekmektedir.
Bunu sağlamak için eriyik halde bulunan çelikte yüksek oranda bulunan FeO bileşiği Al, Ti, Ca, Si, Mn ve Mg gibi deoksidasyon elementleri kullanılarak indirgenir.
Oksijene karşı çekiciliği (afinetisi) yüksek olan deoksidasyon elementleri, bileşikte oksijeni alarak kendileri oksitlenir. Bu oksitler sıvı cüruf meydana getirirler. Bu sayede sakin dökülmüş çelik oluşur.
Sakin dökülmüş çeliğin başlıca özellikleri aşağıda sıralanmıştır.
- Külçe içinde gaz boşluğu veya gözenek olmaz.
- Homojen olarak dağılmış metal olmayan cüruf parçacıkları mevcut olur.
- Segregasyon bölgesi görülmez.
- Derin çekme boşlukları oluşur. Bundan ötürü yüzde 80 civarında verim elde edilir.
Özel Durgun Çelik (İşareti: RR)
Azotun gevrekleştirici tesirini gidermek için sıvı çeliğe mangan ve silisyuma ek olarak alüminyum katılır. Dayanım ve tokluk değeri olumlu yönde iyileşir. Akma sınırı ve çentik darbe tokluğu artar, geçiş ısısı düşer.
İlginizi Çekebilir: Paslanmaz Çeliğin Kullanım Alanları ve Avantajları Nelerdir?
ÇELİKTE ALAŞIM VE EŞLİK ELEMENTLERİ
Çelik Ürünleri Nedir? başlıklı içeriğimizde çeliğin özelliklerini değiştirmek için çeliğin içerisine bilinçli olarak farklı elementlerin katıldığından bahsetmiştik.
Bu elementler çeliğe kullanım amacına göre dayanıklılık, süneklik, paslanmaya karşı koruma, aşınmaya karşı dayanıklılık, tokluk, gevreklik gibi yeni özellikler kazandırır.
Çelik içerisine katılan alaşım elementleri
- Karbon
- Nikel
- Krom
- Wolfram
- Vanadyum
- Titanyum
- Kobalt
- Alüminyum
- Bor
- Niyobyum
- Bakır
Eşlik Elementlerinin Çeliğe Etkisi
- Mangan
- Silisyum
- Fosfor
- Kükürt
- Azot
- Oksijen
- Hidrojen
