ÇELİK NEDİR?

ÇELİK, bir Demir (Fe) Karbon (C) alaşımıdır. C’dan başka farklı oranlarda alaşım elementleri ve empürite (saf olmayan, kirlilik yaratan) elementler bulunur. Çeliğe farklı özellikler kazandıran içerdiği elementlerin kimyasal bileşimi ve çeliğin içyapısıdır. Çeliğe değişik oranlarda alaşım elementleri katılabileceği gibi, çeşitli işlemler (ıslah, normalizasyon vs.) ile içyapı da kontrol edilerek kullanım amacına göre değişik özelliklerde çelik elde edilir.

Manganez (Mn), Fosfor (P), Kükürt (S) ve Silisyum (Si) üretim sırasında hammaddeden kaynaklanan elementler olup, çelik bünyesinde belirli oranlarda bulunur. Diğer elementler ise (Cr, Ni vs.) ferro-alyajlar halinde istenilen miktarlarda çelik bünyesine ilave edilir.

Çelik demir cevherinden veya hurdadan geri dönüşüm ile iki şekilde üretilmektedir. Sıvı çelik üretildikten sonra döküm ile ingot olarak veya sürekli döküm yöntemi ile kütük veya blum olarak şekillendirilir.

Vasıflı Çelikler alaşımsız, düşük alaşımlı ve alaşımlı çelikler olup, kitlesel olarak üretilen çeliklerden bazı noktalarda ayrılmaktadır. Bu noktalar;

• Üretim yöntemi,
• Üretim araçları,
• Alt limitlerde bulunan S, P ve diğer empüriteler ile çözünmüş gaz miktarları.

Çelikler genel olarak aşağıdaki şekilde sınıflandırılmaktadır;

• Karbon ve alaşımlı çelik olarak bileşimlerine göre,
• Üretim yöntemlerine göre
• Son üretim yöntemine göre
• Ürün şekline göre
• Kullanım yerleri, üretim programları ve deoksidasyon durumlarına göre

Çeliklerin temel özellikleri aşağıdaki gibi özetlenebilir;

• Çeliklerin büyük çoğunluğu ısıl işlemlere karşı duyarlıdır. Kimyasal bileşimin yanı sıra uygulanan ısıl işlemler sonucunda istenen sertlik, mekanik ve fiziksel özellik, elektriksel özellik, korozyona ve yüksek sıcaklığa dayanım özelliklerine tam olarak kavuşturulabilir.
• Çelikler yapılarının gerektirdiği sıcaklıklara kadar ısıtıldıklarında şekillenme özelliğine kavuşur (haddeleme, presleme, dövme).
• Ayrıca kimyasal bileşim ve içyapı olarak uygun olan çelikler haddeleme, presleme gibi yöntemlerle soğuk olarak da şekillendirilebilir.
• Talaş kaldırıcı tezgâhlarda işlenerek, istenilen şekil ve yüzey düzgünlüğüne getirilebilir.
• Kimyasal bileşim olarak uygun olan çelikler kaynak işlemi ile birleştirilebilir.
• Çeliklerin büyük bir bölümü çeşitli yöntemler ile metal ile kaplanmaya, emaye yapılmaya, boyanmaya ve plastik maddeler ile kaplanmaya elverişlidir.

ULUSLARARASI ÇELİK STANDARTLARI

TS – Türk Standartları

Çeliklerle ilgili Türk Standartları’nın hazırlanmasında DIN-Alman Standartları esas alınmış olup, Alman Standartları bölümünde yer alan açıklama ve örnekler Türk Standartları için de geçerlidir.

DIN – Alman Standartları

Alman Standartlarında malzeme tanımlaması için 3 değişik sistem kullanılmaktadır.

1. Malzeme Numarası
2. Çeliğin çekme dayanımına göre kısa işareti
3. Çeliğin kimyasal analizine göre kısa işareti
   • Karbon Çelikleri
   • Düşük Alaşımlı Çelikler
   • Yüksek Alaşımlı Çelikler

Malzeme Numarası= a. b c d e

a= Malzeme Cinsi (çelik için 1)

b=Çelik Türü

c=Çelik Türü (Alt Grup)

d e=Sıra No

Çeliğin Çekme Dayanımına Göre Kısa İşareti:

Çeliğin minimum çekme dayanımı (Kgf/mm²) esas alınarak gösterilir.

Örn: St 37

En az 37 Kgf/mm² veya 370 N/mm² çekme dayanımına sahip olan çeliği tanımlar.

Çeliğin Kimyasal Analizine Göre Kısa İşareti:

·         Karbon Çelikleri

“C” ön harfi ile tanımlanır ve “C” harfinden sonra gelen sayı yüzde C miktarının 100 katını gösterir.

Ayrıca diğer özellikler “C” harfinden sonra k, m, q ve f harfleri konularak tanımlanmaktadır.

·         Düşük Alaşımlı Çelikler

Alaşım elemanlarının ağırlık olarak toplam miktarı %5 veya %5’ ten az çeliklerdir. Bu çeliklerin kısa işaretindeki ilk rakam Karbon miktarının 100 katı olup, bu sayıdan sonra alaşım elementi veya elementlerinin sembolleri ile daha sonraki sayı ve sayılarla da alaşım elementinin yüzde olarak ağırlıkları verilmektedir. Bu sayılar aşağıdaki alaşım elementi çarpanına bölünerek o elementin yüzde ağırlığı bulunur.

Cr, Mn, Si, Ni, Co, W için “4”

Al, Cu, Pb, Mo, V, Ti, Zr, Ti, T için “10”

C, S, P, N için “100”

B için “1000”

Örnek : 41Cr4

41 sayısı; 41/100 = 0,41 ortalama % C miktarını,

4 sayısı; 4/4 = 1 ortalama % Cr miktarını ifade eder.

·         Yüksek Alaşımlı Çelikler

Alaşım elementlerinin ağırlık olarak toplam miktarı %5’ten fazla olan çeliklerdir. Yüksek alaşımı belirlemek için tüm ifadenin başına bir “X” işareti konulmuştur. “X” harfinden sonra gelen sayı ortalama C miktarının 100 katıdır. Bu sayıdan sonra alaşım elementlerinin sembolleri ile bunların yüzde olarak ağırlıklarının miktarları verilir. Tüm alaşım elementlerinin çarpanları “1” olarak kabul edilir.

Örnek : X20Cr13

20 sayısı; 20/100 = 0,20 ortalama % C miktarını,

13 sayısı; 13/1 = 13 ortalama % Cr miktarını ifade eder.

SAE / AISI – Amerikan Standartları

SAE ve AISI sistemlerinde malzemenin kısa işareti 4 veya 5 haneli sayı sistemi kullanılarak yapılır. 5 haneli sayı sistemi %C miktarı 1’in üzerinde olduğu zaman yapılır. İlk 2 rakam çelik türünü, diğer 2 veya 3 rakam ise %C miktarının 100 katıdır.

AFNOR– Fransız Standartları

·        Çeliğin Çekme Dayanımına göre kısa işareti (Örn:A35)

·        Çeliğin kimyasal analizine göre kısa işareti

·         Isıl işlem uygulanabilen C çelikleri (CC işareti ile ifade edilir)

·         Isıl işlem uygulanması gereken C çelikleri (XC işareti ile ifade edilir)

·         Düşük alaşımlı çeliklerin ifade şekli DIN normundaki gibidir. Alaşım elementlerini ifade eden harflerden bazıları değişir fakat alaşım elementi çarpanları DIN normundaki gibidir.

·         Yüksek alaşımlı çeliklerde DIN normundaki “X” ibaresinin yerini “Z” harfi alır. Alaşım elementleri çarpanları ise DIN normundaki gibi “1” dir.

BS– İngiliz Standartları

BS standartlarında çeliklerin kısa işaretleri, kimyasal analizlerine göre altı (6) haneli sayı sembol sistemi kullanılarak verilir.

İlk üç hane Çelik türü ve ana grubunu, ortadaki hane çeliğin özelliğini belirten harf ve son iki hanede %C miktarının 100 katını ifade eder.

Uluslararası Çelik Yapım Standartları

GENEL YAPI ÇELİKLERİ

Türkiye 16.472.000 ton’luk çelik üretimi ile dünya çelik üretiminde 13. sıradadır. Türkiye 2002 yılındaki 16.472.000 tonluk üretiminin 9.337.009 tonunu ihraç etmiştir. Buna karşılık çoğunluğu (% 85) yassı ürünler olmak üzere 5.446.879 t çelik de ithal etmiştir. Genel Yapı Çelikleri toplam çelik üretimi içinde en büyük paya sahiptirler. Genel yapı çeliklerinin kullanımının bu derece fazla olması bu çeliklerin standartlarına da büyük bir itina gerektirmektedir. Genel yapı çeliklerinin belirlendiği Avrupa Standardı EN 10025 ile ilgili son değişiklik Aralık 2000'de yayınlanmıştır. 2000 civarındaki çelik içinde en çok kullanılanları olan bu yapı çeliklerine ve bir bakıma da her derde deva oldukları için “genel yapı çelikleri” denilmiştir. Bunlar tarihi gelişimlerinde, EN 10025 standardının ilk şeklini aldığı Mart 1990'da en köklü değişimlerine uğramışlar ve başta kısa gösterimleri olmak üzere büyük ölçüde değişmişlerdir. Özellikle çekme dayanımlarını esas alan kısa gösterimler yerine mukavemet hesaplarında daha çok kullanılan akma sınırlarını esas alan kısa gösterimler kullanılmıştır.

Genel yapı çeliği, çekme dayanımı ve akma sınırı ile tanımlanan ancak biçimlendirme (ısı işlemi uygulanmamış) suretiyle yapılan ve normalleştirme tavı uygulanmış veya uygulanmamış durumdaki alaşımsız ve az alaşımlı çeliklerdir. Burada üst yapı, yol, kanal, köprü vb. inşaat işlerinde kullanılan yukarıda verilen tanıma uygun şekilde imal edilen çelik profiller, çubuklar, teller, levhalar, şeritler, kalın ve orta kalınlıktaki saçlar ile yarı mamul ve dökme parçaların yapımında kullanılan çelikler ele alınmaktadır. Muayene ve deneyleri TS 2162 ye göre yapılır.

I-Sınıflandırma:

Genel yapı çelikleri en az çekme dayanımlarına göre Fe 33, Fe34, Fe 37, Fe 42, Fe 46, Fe 50, Fe 52, Fe 60 ve Fe 70 olmak üzere dokuz sınıfa ayrılırlar. Kimyasal bileşim işleme kırılganlığa dayanım ve kaynak edinebilme yetenekleri bakımından ise üçe ayrılırlar.

Kalite 1: Genel amaçlar için kullanılan çeliktir.(Fe 37-1 gibi)

Kalite 2: Sınırlı amaçlar için kullanılan çeliktir.(Fe 37-2 gibi)

Kalite 3: Özel amaçlar için kullanılan çeliktir. (Fe 37-3 gibi)

II-Özellikler:

a)Kimyasal Özellikler

b)Mekanik Özellikler

c)Yapılış Özellikleri: Genel yapı çelikleri genellikle, sıcak haddelenerek veya sıcak dövülerek yapılır. Kalite–1 çeliklerin üretim yönteminin saptanmasında yapımcı serbesttir ve önceden belirtilmemiş ise, kalite–2 ve kalite–3 çeliklerinin üretiminde de yapımcı serbesttir. Ancak istendiğinde yapımcı üretim yöntemini bildirmek zorundadır. Biçim verme yöntemi ise Çizelge–2 de verilen dioksidasyon durumu önceden belirtilmemiş ise, yapımcı dilediğini seçmekte serbesttir. Saç ve levhalar uygulanacak ısı işlemleri önceden belirtilmelidir (sıcak biçimlendirilmiş veya normalleştirme tavı uygulanmış gibi).

·        Görünüş

·        Biçimlenebilirlik

·        Kenar bükme yeteneği

·        Çubuk çekmeye uygunluk

·        Kalıpta dövmeye uygunluk

·        Dikişli boru yapımı

·        Gevrek kırgınlığa dayanım

·        Kaynak edilebilme

Beton Çelik Çubukları ve Çelik Hasırları:

Bu kısımda betonarme yapılarda beton donatısı olarak kullanılan dairesel kesitli ve düz yüzeyli nervürlü veya profil yüzeyli beton çelik çubuklar ve beton çelik hasırlar ele alınmakta olup ön gerilme betonda kullanılan yüksek dayanımlı çelik çubuklu ve tellere ait özellikler verilmektedir. Muayene ve deneyleri TS 708 e göre yapılır.

I-Tanımlar:

Beton çelik çubuklar: Beton çelik çubuklar yüzey şekillerine göre üçe ayrılır.

-Düz yüzeyli çelik çubuk (D): Yüzeyinde betonla aderansı (kenetlemeyi) artırıcı nervürler veya profiller bulunmayan yüzeyi düz dairesel kesitli beton çelik çubuğudur.

-Profil yüzeyli çelik çubuk (P) : Haddelenme sırasında yüzeyinde betonla aderansı artırıcı çeşitli şekilli girintiler oluşturulmuş ve genellikle beton çelik hasırlarında kullanılan beton çelik çubuğudur.

-Nervürlü çelik çubuk (N): Haddelenme sırasında yüzeyinde betonla aderansı artırıcı nervürler (sürekli veya kesintili enine boyuna veya eğimli çıkıntılar veya fitiller) oluşturulmuş beton çelik çubuğudur.

Beton Çelik Hasırlar: Birbirine dik doğrultuda yerleştirilmiş aynı mekanik ve yüzeysel özelliklerdeki iki dizi beton çelik çubuklarının kesişme noktalarında, direnç nokta kaynağı veya kelepçelerle birleştirilmesiyle oluşturulmuş hazır beton donatısıdır.

II-Sınıflandırma

a)    Beton çelik çubukları haddelenme sonucunda sertliklerine göre;

-        Sıcakta haddelenme sonucunda sertleştirilmiş (doğal sertlik) (a)

-        Soğukta işlem görerek sertleştirilmiş (b), olmak üzere ikiye ayrılır.

b)    Minimum akma sınırı gerilmelerine göre;

          -     Minimum akma sınırı 2200 kgf/cm2 (I)  

                Minimum akma sınırı 4200 kgf/cm2 (III)

          -     Minimum akma sınırı 5000 kgf/cm2 (IV), olmak üzere üç sınıfta ayrılır.

c)    Beton çelik hasırlarının yapımında kullanılan IV b sınıfı çubuklar, minimum kopma uzaması özelliğine göre;

              -     Minimum kopma uzaması (10) % 8 olan çubuklar (IV bs)

-        Minimum kopma uzaması (10) % 5 olan çubuklar (IV bk) olmak üzere iki sınıfa ayrılır.

III-Özellikler:

     a) Görünüş:

Beton çelik çubuklarının ve çelik hasırlarının yüzeylerinde tufal (ayrılabilen pas), çatlak, çentik gibi özürler, gözle algılanabilir çap değişiklikleri, nervür bozuklukları ve eksiklikleri bulunmamalı, ayrıca çelik hasırlarda gözle algılanabilir boyutsal bozukluklar bağlanmamış düğüm noktaları ve çarpıklık bulunmamalıdır.

Çubuğun aynı kesitinde ölçülen en büyük çap ile en küçük çapın farkı olan ovalık, çap toplam toleransının % 80 inini geçmemelidir.Anma ağırlığı toleransı % 6 dır.

(1)  Ağırlık hesabında çeliğin özgül ağırlığı 7,85 gr/cm³ olarak alınmıştır.

(2)  Ağırlık ve kesit alanı toleranssız çapa göre hesaplanmıştır.

(3)  28 mm den büyük çaptaki çubuklar özel sipariş üzerine üretilmektedir.

b) Yapılış Özellikleri:

 b.1. Çelik Çubuklar:

Çekme dayanımı: Çelik çubuklara çekme deneyi uygulandığında şartnameye uygun değerler elde edilmelidir. Doğal sertlikteki çubuklarda, minimum çekme dayanımı deneysel olarak saptanan akma sınırının en az 1.2 katı olmalıdır.

Katlama: Düz yüzeyli çelik çubuklara katlama deneyi uygulandığında çubuklarda kırılma veya çatlama oluşmamalıdır.

İleri-Geri Eğme: Nervürlü veya profilli çubuklara ileri-geri eğme deneyi uygulandığında, kırılma veya çatlama oluşmamalıdır.

Aderans Katsayısı: Nervürlü veya profilli çubukların aderans katsayısı en az 1.4 olmalıdır.

Çatlak Katsayısı: 14 mm çaplı nervürlü veya profilli çelik çubuklarda çatlak katsayısı değeri en az 1.3 en çok 2.0 olmalıdır.

Kaynaklanabilirlik: Direnç alım kaynağı veya elektrik ark kaynağı yapılmış çubuklar çekme deneyinde, kaynaklı bölgenin dışında bir kesitten kopmalı, yanımlarının altında olmamalı ve bu değerler, aynı çubuktan alınan kaynaksız numunenin kopmadaki çekme gerilmesi değerinin 0.90 ınından küçük olmamalıdır. Direnç alım kaynağı yapılmış çubuklarda katlama deneyinde 60°C lik bir katlama açısına kadar, herhangi bir çatlak veya çatlak başlangıcı görülmemelidir. Elektrik ark kaynağı yapılmış çubuklarda eğme ve katlama deneyinde 60°C lik bir katlama açısına kadar, gevrek kırılma olmamalı kaynakta oluşabilecek çatlak başlangıçları ana metale işlememelidir.

b.2. Çelik Hasırlar:

·        Çelik hasırların yapımlarında kullanılan çelik çubukların b.1 de belirtilen  yapılış özelliklerinde olmalıdır.

·        Nokta direnç kaynağı (ND) yalnız gerekli denetim ve kalite kontrolünün sağlandığı işletmelerde yapılmalıdır.

·        Kaynaklı çelik hasırı oluşturan enine ve boyuna çubuklar, bütün kesişme noktalarında en küçük kayma dayanımını şartnamede belirtilen düzeyde olan direnç nokta kaynağı ile birleştirilmiş olmalıdır.

·        Kelepçeli çelik hasırlarda kullanılan kelepçeler, metale veya çeliğe zararı olmayan malzemeden yapılmış olmalı ve düğüm noktalarının taşıma ve uygulama koşulları altında kayma, dönme veya ayrılmasını önlemelidir.

·        Çelik hasırlarda, boyuna çubuklardan her biri veya bir bölümü yan yana konmuş çift çubuklardan oluşturabilir.

·        Çelik hasır oluşturan enine ve boyuna çubuklar, kenarlara en yakın düğüm noktalarından sonra en az 2.5 cm uzatılmış olmalıdır.

·        Çelik hasırlarda enine bir çubuğun kesit alanı boyuna bir çubuğun veya çubuk çiftini kesit alanının en az 1/3 üne eşit olmalıdır.

c) Boyutlar:

 c.1. Çelik çubuklar:

Uzunluk: Üretim boyları üreticinin belirttiği boylardan en çok + %2.5 farklı olmalıdır. Kullanıcının siparişi üzerine soğuk kesimle elde edilen boylar + 5 mm ye kadar duyarlı olabilir.

Nervür Boyutları: 16 mm çapa kadar olan nervürlü çubuklarda 600 mm daha küçük çaptakiler için 1200 mm uzunluktaki bir çubuk numunesi üzerinde  bütün nervürlerin ölçülen yüksekliklerinden bir yüzde bulunanların en çok yüksekliği diğer yüzde bulunanların en büyük yüksekliğinin %60 ından küçük olmamalıdır.

c.2. Çelik hasırlar :

Çubuk aralıkları:  Çelik hasırlarda boyuna ve enine çubukların ararlıkları eşit veya farklı olabilir. En küçük ve büyük ararlıklar enine ve boyuna çubuklar için 50 mm–400 mm olabilir. Boyuna çubuklar çubuk çiftlerinden oluşturulmuşlarsa birbirini izleyen çubuk çifti eksenleri arasındaki uzaklık  en az 100 mm olmalıdır.

Çubuk aralıkları toleransları:

-Birbirini izleyen iki çubuk aralığı için + %0,5

-En dış ve en içteki iki çubuk arası için 25 mm den fazla olmak üzere + % 0,5 olmalıdır.

Biçim toleransı: Çelik hasırın enine ve boyuna dış çubukları üzerinde kenarları 120 cm ve 160 cm olarak işaretlenen bir dik üçgenin ölçülen hipotenüsünün uzunluğu 200 cm + 3 cm olmalıdır.

Çelik çubukların anma çapları anma kesit alanları ve birim boy ağırlıkları