Çelik Nedir
Çeliğin Tarihçesi
Tarihte Çelik Üretiminde Kullanılan Yöntemler
Çeliğin Yoğunluğu Nedir?
| Kategori | Alaşım | Yoğunluk (g/cm³) |
| Metal | Çelik, Alet | 7,715 |
| Metal | Ferforje | 7.75 |
| Metal | Karbon Takım Çeliği | 7.82 |
| Metal | Çelik, soğuk çekilmiş | 7.83 |
| Metal | Karbon Çelik | 7.84 |
| Metal | Çelik, C1020, HR | 7.85 |
| Metal | Saf Demir | 7.86 |
| Metal | Yumuşak Çelik (%0.06 C) | 7.87 |
| Metal | Paslanmaz Çelik, 304 | 8,03 |
| Metal | Paslanmaz 18Cr-8Ni | 8,03 |
| Metal | Düz karbon çeliği AISI-SAE 1020 | 7.86 |
| Metal | Paslanmaz çelik tip 304 | 7,9 |
Çeliğin İçindeki Maddeler Nelerdir?
İşte Çeliğin İçinde Yer Alan Elementler (Maddeler)
- Demir (Fe)
- Karbon (C)
- Mangan (Mn)
- Kükürt (S)
- Fosfor (P)
- Krom (Cr)
- Silisyum (Si)
- Nikel (Ni)
- Molibden (Mo)
- Vanadyum (V)
- Volfram “Tungsten” (W)
- Niobyum (Nb)
- Titanyum (Ti)
- Zirkonyum (Zr)
- Kobalt (Co)
- Alüminyum (AL)
- Bor (B)
- Bakır (Cu)
- Kurşun (Pb)
- Selenyum (Se)
- Oksijen (O)
- Azot (N)
- Hidrojen (H)
Bu elementlerin tamamı her çeliğin içinde bulunmayabilir. Çeliğin özelliklerine göre bu elementler demir alaşımına eklenir. Bunlara örnek verecek olursak, paslanmaz çelik, galvanizli çelik, yumuşak çelik, ferforje çelik, soğutulmuş çelik vb. Genel olarak bakacak olursak bir çeliğin içinde muhakkak olması gereken elementler şunlardır. Demir (Fe), Karbon (C), Mangan (Mn), Kükürt (S), Fosfor (P), Silisyum (Si) elementleri ile çelik dediğimiz alaşım meydana gelir.
Çeliğin Özgül Ağırlığı Nedir?
| Çeliğin Yaygın Olarak Kullanılan Adı | Özgül Ağırlığı |
| Paslanmaz Çelik, 304 | 8,03 g/m³ |
| Paslanmaz 18Cr-8Ni | 8,03 g/m³ |
| Düz karbon çeliği AISI-SAE 1020 | 7,86 g/m³ |
| Paslanmaz çelik tip 304 | 7,9 g/m³ |
| Soğuk çekilmiş çelik | 7.83 g/m³ |
| Karbon Çelik | 7.84 g/m³ |
| Çelik, C1020, HR | 7.85 g/m³ |
| Saf Demir | 7.86 g/m³ |
| Yumuşak Çelik | 7.87 g/m³ |
| Çelik, Araç | 7,715 g/m³ |
| Ferforje | 7.75 g/m³ |
| Karbon Takım Çeliği | 7.82 g/m³ |
Çeliğin Sınıflandırılması
Karbonlu Çelikler
Demir elementi ile karbon elementinin alaşıma girmesi sonucu ortaya çıkar. İçerisinde eser miktarda Fosfor, Sülfür, Silisyum ve %1,70 geçmeyecek kadar Mangan elementi eklenir. Bu tipteki çeliklere karbonlu çelik denir. Karbonlu çelikler kendi içlerinde 3’e ayrılırlar. Düşük karbonlu, orta karbonlu ve yüksek karbonlu çelikler.
Düşük Karbonlu Çelikler
Çeliğin en yaygın olarak kullanılan türü düşük karbonlu çeliklerdir. Demir elementine eklenen karbon miktarı %0,25 ve daha azıdır. Isıl işlem ile sertleştirilemez bu nedenle yumuşak çelikler olarak da bilinir. Soğuk çalışma ile elde edilen düşük karbonlu çelikler üretimi sırasında çok az bir miktarda olsa martenzit meydana getirir. Martenzitler çelik kristal yapının çok sert olan bir formudur. Düşük karbon çelikleri diğer çelik türlerine göre daha yumuşaktır ve düşük mukavemete (direnç) sahiptir. Bununla birlikte, yüksek sünekliğe yani çekme dayanıklılığına sahiptirler. Bu sebepten ötürü işleme, kaynak ve düşük maliyet sağladıkları için inşaat endüstrisinde cıvata, somun ve profillerde kullanılmaktadır.
Orta Karbonlu Çelikler
Çeliğin makine ve imalat endüstrisinde kullanılan bir türü ise orta karbonlu çeliklerdir. Demir elementine eklenen karbon miktarı %0,25 – %0,60 arasındadır. Ayrıca %0,60 – %1,65 arası Mangan (Mn) elementine sahiptir. Orta karbonlu çelikler, düşük karbonlu çeliklerin aksine ısıl işlem ile sertleştirilebilirler. Bu çeliğin mekanik özellikleri ısıl işlem ile geliştirilir. Ardından soğutma ve temperleme ile alacağı son forma getirilir. Soğutma işlemi yapılan bu çelikte de düşük karbonlu çelikte oluşan martenzit daha büyük oranda ortaya çıkar. Isıl işlemi çok ince kesitlerde gerçekleştirilmektedir. Ama daha fazla ısıl işlem görebilmesi ve sertleşme kabiliyetini artırmak için Krom (Cr), Molibden (Mo) ve Nikel (Ni) eklenebilir. Yalnız bu durum onları alaşımlı çelikler grubuna almamıza neden olabilir. Orta karbonlu çelikler, düşük karbonlu çeliklere göre daha fazla mukavemete (direnç) ‘e sahiptirler. Ama bu onlara sünekliği yani çekme dayanıklılığını daha da azaltır. Bu karbon çelikleri daha çok direnç sağladıkları için makine imalat endüstrisinde kullanılması yanı sıra makas, keser, kazma, kürek gibi küçük endüstrilerde de kullanılmaktadır.
Yuksek Karbonlu Çelikler
Çeliğin oldukça nadir olarak kullanılan ama en dayanıklı yapısına sahip olan yüksek karbonlu çeliklerdir. Demir elementine eklenen karbon miktarı %0,60 ‘dan daha fazladır. Ayrıca %0,30 – %1,05 arası Mangan (Mn) elementine sahiptir. Karbon çeliklerinin en yüksek mukavemetine, sertliğine, tokluğuna ve en düşük sünekliğine sahip olan çeliklerdir. Yüksek karbonlu çelikler neredeyse her zaman sertleşmiş olmaların bir sonucu olarak aşınmaya karşı çok dayanıklıdırlar. Aşınmaya karşı oldukça yüksek direnç gösteren bu çelikler kesici özelliği ile öne çıkmışlardır. Genelde kesici takımlar (spiral vb.), teller, kalıplarda (kepçe dişlisi vb.) kullanılır.
| Tür | Karbon % | Gerilme (MPa) | Akma (MPa) | Süneklik (%50 mm) | Kullanım Alanları |
| Düşük | 0.10 | 325 | 180 | 28 | Otomobil panelleri, çiviler, tel |
| Düşük | 0.20 | 380 | 205 | 25 | Borular, yapısal çelik, çelik sac |
| Düşük | 0.29 | 400 | 220 | 23 | Yapısal |
| Düşük | 0.31 | 485 | 260 | 21 | Düşük sıcaklıktaki basınçlı kaplar |
| Orta | 0.27 – 0.34 | 460 | 325 | 12 | Makine parçaları, dişliler, vitesler, akslar, cıvatalar |
| Orta | 0.37 – 0.44 | 620 | 415 | 25 | Krank milleri, kaplinler, soğuk başlı parçalar. |
| Yüksek | 0.75 – 0.88 | 924 | 440 | 12 | Müzik kablosu |
| Yüksek | 0.90 – 1.04 | 665 | 380 | 10 | Yaylar, kesici aletler |
| Tür | Karbon % | Kullanım Alanları |
| Düşük | 0.10 | Otomobil panelleri, çiviler, tel |
| Düşük | 0.20 | Borular, yapısal çelik, çelik sac |
| Düşük | 0.29 | Yapısal |
| Düşük | 0.31 | Düşük sıcaklıktaki basınçlı kaplar |
| Orta | 0.27 – 0.34 | Makine parçaları, dişliler, vitesler, akslar, cıvatalar |
| Orta | 0.37 – 0.44 | Krank milleri, kaplinler, soğuk başlı parçalar. |
| Yüksek | 0.75 – 0.88 | Müzik kablosu |
| Yüksek | 0.90 – 1.04 | Yaylar, kesici aletler |
Alaşımlı Çelikler
Çeliğe özellik kazandırmak için %1 oranından daha az karbon içeren bunun yanı sıra içerisinde farklı metal elementleri olan çeliklere alaşımlı çelikler denir. Alaşımlı çelikler karbon çeliklerinden farklı olarak içerisinde diğer metal elementlerini de barındırmaktadır. Bu sayede çeliğe farklı özellikler kazandırmaktadır. Örnek verecek olursak paslanmazlık, çizilme direnci, dayanıklılık vb. ‘dir. Alaşımlı çelikleri sınıflandırması aslında pek mümkün değil. Diğer araştırmalara baktığımızda düşük alaşımlı ve yüksek alaşımlı çelikler olarak mevcut. Ama bu doğru bir sınıflandırma tam olarak olmuyor. Farklı makaleler incelendiğinde paslanmaz çelik, kesme çelik, yaşlandırma çelik vb. alaşım sınıflandırmaları yapılıyor. Bu sınıflandırmalarda tam olarak doğru bir sınıflandırma olmuyor. Yine bir örnek ile gidecek olursak elimizde 8 ayrı sıvı renk olsun. Biz bunlardan her seferinde her birini farklı ölçülerde yada bir kısmını çıkartıp ekleyerek birleştirdiğimizde aynı rengi yakalamamız mümkün mü? Hayır, bu cevap aslında alaşımlı çelikler içinde geçerlidir. Çünkü her bir ayrı alaşım çeliğe çok farklı özellikler ekleyip çıkartabiliyor. Biri birinden daha sağlam olurken, diğeri diğerine karşı paslanmaya karşı daha dayanıklı oluyor. Biri çabuk küflenirken diğeri elektriği çok iyi iletiyor. Yani bu alaşımlardan yüzlerce, binlerce farklı türde çelik üretilebiliyor. Bu sebeple alaşımlı çelikleri sınıflandırması ne yazık ki yoktur. Çelik alaşımının içerisine giren her bir element farklı özellikler kazandırır. Bu elementler nelerdir ve çeliğe katkıları nedir aşağıda kısaca özetledik.
Çeliğe Özellik Kazandıran Elementlerin Faydaları ve Zararları
Krom (Cr)
- Az miktarda eklendiğinde: Isıl işlem hassasiyetini geliştirir, karpitlerin oluşumunu dengeler, tane oluşumunu artırmaktadır.
- Yüksek miktarda eklendiğinde: Isı ve korozyon direncini geliştirir. (Yangına dayanıklı çelik kapı üretimi için)
Silisyum (Si)
- Mekanik özelliğini düşürmeden akıcılığını artırır.
- Yüksek oranda oksijen giderici olarak kullanılır.
- Yüzey niteliğini olumsuz yönde etkiler
- %70 ‘den fazla silisyum kullanılan çelikler, elektrik iletkenliği için kullanılır.
Nikel (Ni)
- Olumlu yönü: Çeliğin tokluğunu artırmak, çeliğe dayanıklık katmak, paslanmaz özelliği katmak için kullanılır.
- Olumsuz yönü: Karpitlerin dengesini bozar.
Molibden (Mo)
- En iyi etkiyi krom ve nikel ile birlikte kullanıldığında verir. Yüksek sıcaklıklarda sünme dayanımını yükseltir, karpiti dengeler, kesici takımlar için sertliği geliştirir. En önemlisi de meneviş gevrekliğini azaltır.
Vanadyum (V)
- Karpit oluşumuna destek olur.
- Sıcak sertlik değerini artırır.
- Martenziti dengeli hale getirir.
- Tane oluşumunu azaltır.
- Yorulma dayanımını geliştirir.
- Yüksek hız çeliklerinde volfram, ısı dirençli çeliklerde krom ile kullanılır.
Volfram “Tungsten” (W)
- Daha sert karpit oluşmasına destek olur.
- Isıl işlemlerin dönüşümünde gecikmeye neden olur.
- Çeliğin dayanımını artırır.
- Yüksek hız çeliklerinde ikincil sertleşme sağlayarak sıcak sertliği oluşturur.
Niobyum (Nb)
- Yüksek oranda akma dayanımını artırır.
- Düşük oranda çekme dayanımını artırır.
Titanyum (Ti)
- Paslanmaz çelikler için duyarlılaşmaya karşı dengeliyi olarak eklenir.
- Taneleri küçültür.
- Oksijen gidericidir.
- Genelde alüminyum ile birlikte durgunlaştırılmış çeliklere eklenir.
Zirkonyum (Zr)
- Kalıntı denetleyicisi olarak kullanılır.
- Sülfür kalıntılarını düzenleyerek tokluk kazandırır.
Kobalt (Co)
- Süper hava çelikleri için önemli bir alaşımdır.
- Olumlu yönleri: Takım çeliklerinin yüksek sıcaklıklarda çalışabilmesini geliştirir. Mıknatıs özelliği sayesinde ısıl iletkenliğini artırır.
- Olumsuz yönleri: Çeliğin ısıl-işlem dönüşümünün yavaşlamasına neden olur.
Alüminyum (AL)
- En güçlü oksijen gidericidir.
- Taneleri küçültür.
- Sertliği artırır.
- Aşınma dayanımı kazandırır. (Çizilmeye yada aşınmaya dayanıklı çelik kapılar için kullanılır.)
Bor (B)
- Sertlik özelliğini en önemli ölçüde artıran elementtir.
Bakır (Cu)
- Korozyon direncini geliştirir.
- Dayanımı artırır.
- Sertliği artırır.
- Esnekliği azaltır.
- Atmosfere karşı çeliğin direncini artırır.
- Çeliğin kayak edilebilme özelliğini etkilemez
- Sıcak gevreklik yaratır.
Kurşun (Pb)
- Kolay işlenebilir alaşımların içine katılır. (Çözülme yapmadığı için)
- İşlemeyi artırır.
- Dayanımı azaltır.
Selenyum (Se)
- Paslanmaz çeliklerde kullanılır.
- Çeliğin yenim direncini (paslanma direnci) en az düşüren elementtir. (Paslanmaz çelik kapı üretimi için tercih edilen alaşım elementlerinden biridir.)
Manganez (Mn)
- Çeliğin dayanımını artırır.
- Sünekliğini hafif oranda azaltır.
- Çeliğin setliğini ve dövülmesini olumlu yönde etkiler
- Kaynak edilebilirliğine katkısı yoktur.
- Yüzey niteliğini artırır.
- Kırılganlığını azaltır
Fosfor (P)
- Kalıntı elementtir. (Çeliğe girmesi pek istenmez)
- Çelikte zayıflığa neden olur. Bu nedenle çok düşük bir miktarda bulunması sağlanır.
- İşlenme özelliğini geliştirir.
- Çeliğin korozyon direncini artırır.
- Bağlayıcı yapısı vardır. (ferritin)
Kükürt (S)
- Kalıntı elementtir. (Çeliğe girmesi pek istenmez)
- Çelikte zayıflığa neden olur. Bu nedenle çok düşük bir miktarda bulunması sağlanır.
- Kaynak edilebilme özelliği düşürür.
- İşleme özelliğini geliştirir.
Çeliğin İçinde Bulunan Metal Elementlerin Periyodik Cetvelde İşaretlenmesi
Burada sizlere yararlı olabilecek bir tablo paylaşmak istedik. Tek tek periyodik cetvelde çeliğe eklenen metal türlerini pembe bir kare ile işaretledik. Burada bakılırsa eğer daha çok çeliğe zararı olan ve alaşım içine istemsiz bir şekilde giren metal türlerinin bulunduğu grup ametal. Şunu rahatlıkla söyleyebiliriz ki ametaller çeliğe girdiğinde, çeliğin özelliğini bozar ve daha kullanışsız hale getirir.
Çok Bilinen ve Kullanılan Alaşımlı Çelikler
Paslanmaz Çelikler:
Küflenmeye yani korozyona daha dayanıklı hale getirmek için demirin karbon ve en az %11 krom olması kaydıyla diğer metallerle birleşimine denir.
Galvanizli Çelikler:
Çeliğe daha iyi bir koruma sağlaması için bitmiş bir çeliğin üzerine kaplama yapılmasına denir. Düşük yada orta karbonlu bir çeliği çinko dolu bir alana daldırılıp çıkartılma işlemi ile olur. Paslanma ve mukavemeti artar.
Yaşlandırma (Aşınma) Çelikler:
Çeliğin özellikle küflenmesi için içerisine ametal elementler eklenir. Bu sayede 1-2 yıl içerisinde paslanarak özel ve güzel bir görünüm elde etmesi sağlanır. Aynı zamanda corten çeliği denir.
Takım Çelikler:
Kesici aletler, bıçaklar ve diğer teknik aletler için kullanılan çeliklerdir. Demir ve karbon alaşımına ekstra kobalt ve molibden metalleri eklenerek incelik düzeyinde dayanım ve sertlik kazandırılmış çeliklerdir.
Maraging Çelikler:
Çok güçlü bir çeliktir. Üstün mukavemet ve tokluğa sahip olan bu çelikler içerisinde çok az karbon alaşımı bulundurur. Ana alaşım elementi nikeldir. Ultra yüksek mukavemeti için bu alaşımın içine kobalt, molibden ve titanyum girmektedir.
Şam Çeliği:
İsminden de anlaşıldığı gibi adını Suriye’nin en büyük şehirlerinden biri olan Şam ‘dan almaktadır. Geçmişten bugüne kırılmaya karşı direncinden ve keskinliğinden ötürü kılıç ve bıçak yapımı için kullanılmaktadır. Şimdilerde üretimi Hindistan, Siri Lanka ve İran’da yapılmaktadır. Üretimi sırasında özel desenleri olur bu desenler merdiven, gül gibi şekillere benzetilir.
