Çelik Kavramı

Çelik, başlıca demir ve karbon bileşiminden oluşan, ayrıca manganez, silikon, fosfor ve kükürt gibi çeşitli diğer elementleri içeren bir malzemedir. Çeliğin özellikleri, bu elementlerin oranlarına bağlı olarak değişir. Çeliğe en belirgin özelliklerini kazandıran element ise karbondur. Karbon içeriği çelik türüne göre %0.02 ile %1.5 arasında değişebilir, bazı çeliklerde ise karbon oranı daha yüksek olabilir.

1. Çeliğin Temel Bileşimi

Çeliğin başlıca bileşenleri şunlardır:

Demir (Fe): Çeliğin ana bileşeni olan demir, çeliğin büyük kısmını oluşturur.
Karbon (C): Karbon, çeliğin mekanik özelliklerini belirleyen ana elementtir. İçeriği genellikle %0.02 ile %1.5 arasında değişir. Yüksek karbon içeriği genellikle sertliği ve dayanıklılığı artırırken, doku kaybına ve şekil alma zorluklarına yol açabilir.

Çelikte bulunan diğer elementler şunlardır:

Manganez (Mn): Çelikteki oksijen ve kükürt gibi kirleticileri gidererek sertlik, dayanıklılık ve mukavemet sağlar.
Silikon (Si): Deoksidizatör olarak işlev görür ve çeliğin mukavemetini artırır.
Fosfor (P): Güç ve sertliği artırır, ancak çeliğin sünekliğini ve kaynaklanabilirliğini azaltabilir.
Kükürt (S): Genellikle istenmeyen bir kirletici olarak bilinir ve çeliğin sünekliğini ve dayanıklılığını düşürebilir. Ancak, küçük miktarlarda işlenebilirliği artırabilir.

Çeliğin özellikleri, bu elementlerin oranlarına göre büyük ölçüde değişir. Bu oranları ayarlayarak ve başka alaşım elementleri ekleyerek farklı özelliklere sahip çelik türleri üretilebilir. Bu esneklik, çeliğin sayısız endüstride kullanılmasını sağlayan önemli bir özelliktir.

2. Çelik Türleri

Dünyada 2.000'den fazla tanınmış çelik türü bulunmaktadır, bunlar bileşimlerine ve uygulamalarına göre sınıflandırılır. Çelik sınıflandırması, ASTM, SAE ve ISO gibi uluslararası standartlarla belirlenir. Bu standartların dışında, birçok üretici de özel sembollerle işaretlenen, benzersiz çelik türleri üretmektedir. Yaygın çelik türleri şunlardır:

Karbon Çeliği: Karbon çeliğin ana alaşım elementidir. Karbon içeriğine göre düşük, orta ve yüksek karbon çelikleri olarak sınıflandırılır.
Alaşım Çeliği: Ekstra elementler (örneğin, krom, nikel, molibden) içeren çeliklerdir, bunlar çeliğin korozyon direncini ve dayanıklılığını artırır.
Paslanmaz Çelik: En az ,5 krom içerir ve korozyona ve paslanmaya karşı dayanıklıdır.
Alet Çeliği: Yüksek karbon içeren ve dayanıklılığı ve sertliği artıran çeliklerdir. Bu çelikler, kesme ve işleme aletlerinin üretiminde kullanılır.

3. Çelik Üretim Süreci

Çelik üretimi, ham maddelerin çeliğe dönüştüğü karmaşık bir süreçtir. Çelik üretimi için başlıca yöntemler şunlardır:

Yüksek Fırın Süreci:
Yüksek fırınlarda demir cevheri (genellikle demir oksit), kok (karbon formu) ve kireç taşı ısıtılarak sıvı demir elde edilir. Bu sıvı demir, daha sonra çeliğe dönüştürülür. Bu süreçte oksijen eklenerek karbondan arındırma yapılır.
Elektrik Ark Fırını (EAF):
Bu yöntemde geri dönüştürülmüş çelik elektrik arklarıyla eritilir. Elektrik akımı ile ısı üretilir ve bu yöntem daha enerji verimli olup, özellikle geri dönüştürülmüş malzemelerle çelik üretiminde yaygın kullanılır.
Temel Oksijen Fırını (BOF):
Bu süreç, sıvı demire oksijen üfleme yoluyla karbondan arındırılmasını sağlar ve çelik üretiminde yaygın olarak kullanılır.

Çelik üretimi sırasında ferro-alaşımlar eklenir; bu alaşımlar, çeliğin mekanik, fiziksel ve kimyasal özelliklerini iyileştirmek için belirli miktarlarda eklenir. Bu alaşımlar krom, nikel, vanadyum gibi elementleri içerebilir.

4. Çelik Dökümü ve Şekillendirme

Çelik üretildikten sonra çeşitli şekillerde dökülür ve şekillendirilir:

Sürekli Döküm:
Bu süreçte, sıvı çelik sürekli olarak kalıplara dökülür ve istenilen şekillerde levhalar, çubuklar ve kütükler gibi çelik formları elde edilir. Sürekli döküm, büyük ölçekli çelik üretiminde yaygın olarak kullanılır.
Çelik Dökümü:
Bazı özel şekiller için, çelik kum kalıplara dökülür ve çelik döküm ürünleri elde edilir. Bu işlem, karmaşık ve büyük çelik parçaların üretimi için kullanılır.

Çelik dökme işlemi tamamlandıktan sonra sıcak şekillendirme işlemleri yapılır. Bunlar arasında:

Dövme: Sıkıştırıcı kuvvetler kullanılarak çeliğin şekillendirilmesi işlemidir, genellikle yüksek sıcaklıkta yapılır.
Haddeleme: Çeliğin istenilen kalınlık veya şekle getirilmesi için makaralar arasında geçirilmesi işlemidir.
Presleme: Çeliğin, genellikle yüksek sıcaklıkta, belirli bir şekle getirilmesi için uygulanan kuvvetle şekillendirilmesidir.

Sıcak şekillendirme işleminden sonra, çelik bazen soğuk şekillendirme işlemlerine de tabi tutulur (örneğin, soğuk haddeleme) ile boyutları ve yüzey bitişi iyileştirilir.

5. Çeliğin Uygulamaları

Çelik, geniş bir uygulama yelpazesinde kullanılır. İnşaat, otomotiv, havacılık, makine ve tüketim ürünleri gibi endüstrilerde vazgeçilmez bir malzemedir. Çelik, bileşimi, üretim yöntemi ve şekillendirme teknikleri değiştirilerek belirli ihtiyaçlara göre özelleştirilebilir. Çeliğin bazı ana kullanım alanları şunlardır:

İnşaat: Yapı çeliği, binalarda, köprülerde ve altyapı projelerinde yaygın olarak kullanılır çünkü yüksek mukavemete ve dayanıklılığa sahiptir.
Otomotiv: Çelik, otomobil gövdesi, şasi ve motor bileşenlerinin üretiminde kullanılır. Paslanmaz çelik, egzoz sistemlerinde de yaygın olarak kullanılır.
Makine Üretimi: Çelik, yüksek dayanıklılık ve aşınma direnci gerektiren makineler, araçlar ve ekipmanlar için kritik bir bileşendir.

6. Sonuç

Çeliğin bileşimi ve üretim süreci, onun özelliklerini belirleyerek kullanım alanlarını genişletir. Karbon çeliğinden özel alaşımlara kadar çelik, modern üretim ve inşaatın temel taşlarından biridir. Çeliğin bileşimi ve işlenme yöntemleriyle özelleştirilebilmesi, onu dünya çapında en çok kullanılan ve üretimi yapılan metal haline getirmiştir.