21 Kimyasal Element ve Çelik Mekanik Özelliklere Etkileri

Çelik endüstrisindeyseniz, çelik malzemeler test raporunda listelenen kimyasal kompozisyonun gerçekten ne anlama geldiğini fark ettiniz mi? Farklı çelik kalitesinin birçok farklı kimyasal bileşime ve farklı miktarda elemente sahip olduğunu biliyor olabilirsiniz. Bu yazıda  21 kimyasal element ve çelik özellikleri üzerine etkileri sıralayıp listeliyoruz.

21 Kimyasal Element ve Çelik Mekanik Özelliklere Etkileri

Çelik genel olarak karbon ve demirden oluşan bir alaşımdır, bir kısmı çelik yapım işleminden alıkoyulan bir çok element içerir, diğer elementler belirli özelliklere sahip olmak için eklenir. Çelik özelliklerinde önemli etkileri olan bazı yaygın kimyasal elementleri görebiliriz.

1.Karbon (C)
Karbon, çelikte en önemli elementtir, söndürme ile sertleştirilmesi gereken çeliklerde ve karbonun derecesinin, malzemenin sertliğini, mukavemetini ve ayrıca sertleşebilirlik tepkisini kontrol etmesi esastır.
Çelik miktarı arttıkça karbonun miktarı artarsa yumuşaklık, dövülebilirlik ve işlenebilirlik azalacaktır.
2.Manganez (Mn)
Manganez, karbon üzerinde karbondan sonra ikinci en önemli unsur olabilir. Mn’nin karbona benzer etkileri vardır ve çelik üreticisi istenen özelliklere sahip bir malzeme elde etmek için bu iki elementi birlikte kullanır. Manganez, oksijen ve kükürt ile kombinasyon halinde sıcak rulo yapma işlemi için bir zorunluluktur.
Varlığı ana etkilerin altında buluyor:
• Kükürt ve oksijeni cürufa kadar eriten bir temizleyici olarak işlev gören hafif bir deoksidandır.
• Sertleşme kabiliyetini ve gerilme mukavemetini arttırır, ancak yumuşaklığı azaltır.
• Kükürt ile birleşerek küresel manganez sülfitler oluşturur, bu da iyi işlenebilirlik için serbest kesme çeliklerinde önemlidir.
Çelikler en az % 0.30 manganez içerir, ancak bazı karbonlu çeliklerde % 1.5’e kadar bulunabilir.
Manganez aynı zamanda karbonlama esnasında karbon delme oranını arttırma eğilimi gösterir ve yumuşak bir deoksidan ajanı olarak işlev görür. Bununla birlikte, çok yüksek karbon ve çok yüksek manganez birbirine eşlik ettiğinde, gevreklik oluşur. Manganez, sülfür ile işleme için faydalı olan Manganez Sülfür (MnS) oluşturabilir. Aynı zamanda,gevrekliğe sülfür ile karşı koyar ve karbon çeliğinin yüzey kaplaması için faydalıdır.
Kaynak amacıyla, manganezin sülfüre oranı en az 10-1 olmalıdır. % 0.30’dan daha az Mangan içeriği, kaynak gözündeki iç gözenekliliği ve çatlamayı teşvik edebilir, içeriği % 0.80’in üzerindeyse çatlama da ortaya çıkabilir. Düşük Manganez Sülfür oranı olan çelik, kaynağında çatlamaya neden olabilecek demir Sülfür (FeS) formunda kükürt içerebilir.
3.Fosfor  (P)
Her ne kadar çeliğin gerilme mukavemetini arttırır ve işlenebilirliği geliştirse de genelde, gevrekleşme etkisi nedeniyle istenmeyen bir kirlilik olarak kabul edilir.
Fosfor unsurunun etkisi konsantrasyona bağlı olarak çelik üzerinde çeşitli etkilere sahip olacaktır. Zararlı olmasından ötürü yüksek dereceli çelikteki maksimum fosfor miktarı % 0,03 ila % 0,05 arasındadır. Düşük alaşımlı yüksek mukavemetli çeliklerde % 0.10’a kadar fosfor, çeliğin korozyona karşı direncini artırmanın yanı sıra gücü de arttıracaktır. Sertleşmiş çeliğin içeriği çok yüksek olduğunda, gevrekleşme ihtimali artar. Mukavemet ve sertlik geliştirilmiş olsa da yumuşaklık ve dayanıklılık azalır.
Serbest kesme çeliğinde işlenebilirlik geliştirilir ancak fosfor içeriği % 0.04’den fazla ise, kaynak sırasında gevreklik ve  kaynak çatlakları oluşabilir. Çinkonun galvanizlenmesi sırasında çinko tabakasının kalınlığı da fosfor tarafından etkilenir.
4.Sülfür- Kükürt (S)
Kükürt normalde bir kirlilik olarak bilinir ve bir çelik yüksek kükürtlü ve manganezde düşük olduğunda çarpma özellikleri üzerinde olumsuz bir etkisi vardır. Kükürt, işlenebilirliği geliştirir, ancak çapraz yumuşaklığı ve çentikli darbe dayanıklılığını düşürür ve uzunlamasına mekanik özellikler üzerinde çok az etkiye sahiptir. İçindekiler çeliklerde % 0.05 ile sınırlandırılır, ancak çeliklerin işlenebilirliği % 0,10’dan % 0,30’a kadar olan kükürt alaşımlarının eklenmesinden kaynaklanan olumsuz etkilere karşı manganez içeriği arttıkça % 0,35’e kadar serbest kesme çeliklerine eklenir. Bu tiplere “kükürtten arındırma” veya “serbest işlem” denebilir. Serbest kesme çeliklerinin, maksimum % 0.35’e kadar, işlenebilirliğini artırmak için kükürt ilave edildi.
Kükürtün çelik üzerindeki etkisi belirli aşamalarda negatif olsa da, % 0.05’in altında herhangi bir kükürt içeriği, çelik kaliteleri üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir.
5.Silisyum (Si)
Silisyum, çelik için başlıca deoksidanlardan biridir. Silisyum, erimiş çeliğin içindeki oksijen kabarcıklarını gidermeye yardımcı olur. Demir oksitleyici olarak kullanıldığında, rulo yapılmış çeliğin içinde genellikle yarı miktarda ve tamamen kurutulmuş çelikleri üretmek için en yaygın kullanılan ve % 0.40’dan daha düşük oranlarda görünen elementtir (% 0.20). Bununla birlikte, çelik dökümlerde, genellikle % 0.35 ila % 1.00 arasında bulunur.
Silisyum demir içinde erir ve onu güçlendirir. Bazı dolgu metalleri, kirlenmiş yüzeylerde kaynak için gelişmiş temizleme ve deoksidasyon sağlamak için % 1’e kadar içerebilir. Bu dolgu metalleri temiz yüzeylerde kaynak yapmak için kullanıldığında, oluşan kaynak metali kuvveti belirgin şekilde artacaktır. Silisyum manganezden daha az mukavemet ve sertlik kazandırır. Sonuç olarak ortaya çıkan yumuşaklıktaki azalma, çatlama problemlerine neden olabilir.
Galvanizleme amaçları için % 0.04’den fazla silisyum içeren çelikler galvanizli kaplamanın kalınlığını ve görünümünü büyük ölçüde etkiler. Bu, ağırlıklı olarak çinko-demir alaşımlarından oluşan kalın kaplamalarla sonuçlanacak ve yüzey koyu,mat bir renge kavuşacaktır. Ancak, dış katmanın saf çinko olduğu parlak bir galvaniz kaplama kadar çok korozyon koruması sağlar.
6.Krom (Cr)
Krom, çelikte güçlü bir alaşım elementidir. Cr bazı yapı çeliklerinde az miktarda bulunur. Çeliğin sertliğini arttırmak ve korozyon direncini artırmak ve çelik malzemenin akma dayanımını arttırmak için öncelikle kullanılır. Bu nedenle genellikle nikel ve bakırla birlikte oluşur. Paslanmaz çelikler % 12’den fazla krom içerebilir. Herkesçe bilinen “18-8” paslanmaz çelik, % 8 nikel ve % 18 krom içeriyor.
Çeliğin içindeki krom yüzdesi % 1.1’i geçtiğinde, çeliğin oksitlenmeye karşı korunmasına yardımcı olan bir yüzey katmanı oluşur.
7. Vanadyum (V)
Vanadyum kimyasal elementinin etkileri Mn, Mo ve Cb’ye benzerdir. Diğer alaşım elementleri ile birlikte kullanıldığında, tane büyümesini, rafine tane boyutunu kısıtlar, sertleşebilirliği arttırır, gevrekleşme dayanıklılığını ve darbe yüklenmesine direnci arttırır. Yüksek sıcaklıklarda yumuşama, dayanıklılık basıncı ve aşınma direnci geliştirilir. % 0,05’ten büyük olduğunda, termik basınç giderme işlemleri sırasında çeliğin aşınması eğilimi olabilir.
Vanadyum, diğer alaşım elementleri ile birlikte nitrürleme, ısıya dayanıklı, alet ve yaylı çeliklerde kullanılır.
8.Tungsten (W)
Kesme takımlarında kullanılan yüksek hızlı çelik üretmek için krom, vanadyum, molibden veya manganez ile birlikte kullanılır. Tungsten çeliğin “kızıl-sert” olduğu ya da kızgın hale gelmesinden sonra kesilecek kadar sert olduğu söylenir. Isıl işlemden sonra çelik yüksek sıcaklıkta sertliğini korur ve özellikle kesme aletleri için uygundur.
Tungstenli karbit şeklinde tungsten;
• Kırmızı ısılarda bile çelikten yüksek sertlik kazandırır.
• İnce taneleri yükseltir.
• Isıya direnir.
• Yüksek sıcaklıklarda mukavemeti arttırın.
9. Molibden (Mo)
Molibden, manganez ve vanadyum gibi etkilere sahiptir ve genellikle biriyle veya diğeriyle kombinasyon halinde kullanılır. Bu element güçlü bir karbit oluşturucudur ve genellikle alaşımlı çeliklerde % 1’den az miktarlarda bulunur. Sertleşebilirliği,sıcaklık direncini arttırır ve aynı zamanda aşınma direncini ve sürünme direncini arttırır. Korozyon direncini artırmak için paslanmaz çeliklere eklenir ve aynı zamanda yüksek hızlı çeliklerde de kullanılır.
10.Kobalt (Co)
Kobalt, yüksek sıcaklıklarda ve manyetik geçirgenlikte gücü geliştirir. Sertliği arttırır, ayrıca yüksek söndürme sıcaklıklarına izin verir (ısıl işlem prosedürü sırasında). Daha karmaşık çeliklerde diğer elementlerin bireysel etkilerini yoğunlaştırır. Co bir karbit oluşturucu değildir, ancak alaşıma Kobalt eklenmesi yüksek ulaşılabilir sertlik ve daha yüksek kırmızı sıcak sertliği sağlar.
11.Nikel (Ni)
Çeliğin korozyon direncine olumlu etkisinin yanı sıra Ni, sertleşebilirliği artırmak için çeliklere eklenir. Nikel, kırılma dayanıklılığını iyileştirerek malzemenin düşük sıcaklığını geliştirir. Çeliğin kaynaklanabilirliği, bu elemanın varlığı nedeniyle azalmaz. Nikel, çeliğin çentik dayanıklılığını büyük ölçüde arttırır.
Nikel genellikle diğer alaşım elementleri, özellikle krom ve molibden ile birlikte kullanılır. Paslanmaz çeliklerin önemli bir bileşenidir ancak karbon çeliklerinde bulunan düşük konsantrasyonlarda bulunur. Paslanmaz çelikler % 8 ile % 14 arasında nikel içerir.
Ni’nin bir alaşıma eklenmesinin bir başka nedeni şamdan çeliklerinde daha parlak bölümler oluşturmasıdır.
12. Bakır (Cu)
Bakır, birincil korozyona direnç unsurudur. Ayrıca sertleşebilirlik üzerinde küçük bir etkisi vardır. Genellikle %0,20’den az olmayan miktarlarda bulunur ve A242 ve A441 gibi çelik kalitelerinde birincil anti-korozyon bileşenidir.
Çoğunlukla çeliklerde kalıntı bir madde olarak bulunurken, bakır ayrıca çökelme sertleştirme özellikleri üretmek ve korozyon direncini arttırmak için eklenir.
13.Alüminyum (Al)
Alüminyum, malzemede çok az miktarda bulunan en önemli deoksidizerlerden biridir ve aynı zamanda daha ince taneli kristalin bir mikro yapıyı oluşturmaya ve çelik kalitesinin dayanıklılığını arttırmaya yardımcı olur. Genellikle silisyumla kombine olarak yarı veya tamamen kurutulmuş çelik elde etmek için kullanılır.
14.Titanyum (Ti)
Ti, dayanıklılığı arttıran tane boyutu büyümesini kontrol etmek için kullanılır. Aynı zamanda sülfid kapanımları uzatılmış küresel şekline dönüştürür, mukavemet ve aşınma direnci ile dayanıklılığı ve yumuşaklılığı geliştirir.
Ti çok güçlü, çok hafif metal olup tek başına veya alaşımlı çeliklerle kullanılabilir. Onlara yüksek sıcaklıklarda yüksek mukavemet sağlamak için çeliğe eklenir. Modern jet motorları titanyum çelikleri kullandı.
• Uzun ısıtma esnasında paslanmaz çeliklerde kromun sınırlı olarak tükenmesini önler.
• Yüksek kromlu çeliklerde östenit oluşumunu önler.
• Orta krom çeliklerinde martensitik sertliği ve sertleşebilirliği azaltır.
15. Niobyum (Nb, eskiden Columbium-Columbium, Cb olarak bilinir)
Niobyum, önemli bir tane rafine edici elementtir ve çelik üretiminde kuvvet arttırıcı unsurlardır. Niobyum güçlü bir karbit oluşturucudur ve çok sert, çok küçük, basit karbitleri oluşturur. Yumuşaklık, sertlik, aşınma ve korozyon direncini geliştirir. Ayrıca eskiden Columbiyum olarak bilinen rafine edilmiş tane yapıya sahiptir.
16.Bor (B)
Çeliğin borunun en önemli etkisi ve amacı, sertleştirmeyi büyük ölçüde iyileştirmektir.
Borun en büyük avantajı, ilave sertleştirilebilirlik açısından büyük miktarda gerekli olan diğer elementlerle aynı sonucu elde etmek için az miktarda ilave edilebilmesidir. Çelik alaşımlarında tipik aralık % 0.0005-0.003’tür.
Isıl işlem süreci sırasında orta karbon çeliğinin sertleşebilirliğini artırmak için diğer elementlerin yerine konan bor eklenir. ancak dövme kalitesinin pahasına yüksek hızlı çeliklerin kesme performansı artırılmış. Bor içeriği çok yüksek olabilir, bu da sertleşebilirliği, dayanıklılığı ve ayrıca gevrekliği azaltan nitelikte olabilir. Çeliğin içinde bulunan karbon yüzdesi de borun sertleşebilirlik etkisinde rol oynar. Borun sertleşebilirlik üzerindeki etkisi arttıkça karbon miktarı orantılı olarak azaltılmalıdır.
Bora çelik ilave edildiğinde, oksijen veya azot ile reaksiyona girmemesini sağlamak için önlem alınmalıdır; çünkü bor kombinasyonu ikisinden biri boru kullanışsız kılacaktır.
17. Kurşun (Pb)
% 0,30’a kadar işlenebilirlik kazandırmak için çok az miktarda kurşun ilavesi, işlenebilirliği geliştirir. Dağılımın homojen olması, çeliğin fiziksel özellikleri üzerinde çok az etkiye sebep olur ve genel inancın aksine, kaynak yeteneğini etkilemez.
18. Zirkonyum (Zr)
Kapanımların şeklini değiştirmek için zirkonyum çelik üzerine eklenir. Düşük alaşımlı, düşük karbonlu çeliklere tipik olarak eklenir. Sonuç, şekil değiştirmelerin uzunlamadan küreye dönüşmesi, dayanıklılık ve yumuşaklılık özelliklerinin iyileştirilmesi üzerine artmasıdır.
19. Tantal (Ta)
Kimyasal olarak Niobyum’a (Nb) çok benzer, alaşım üzerinde benzer etkiye sahiptir – çok sert, çok küçük, basit karbitleri oluşturur. Yumuşaklılık, sertlik, aşınma ve korozyon direncini geliştirir. Ayrıca, rafine edilmiş tahıl.
20.Nitrojen (N)
Azot, alaşımda Karbona benzer davranır. N, sertliği artırmak için C’yi az miktarda (hatta büyük modern teknolojilerle) ikame eder. Açıkçası, Azot Karbitleri değil, Nitrürleri oluşturmaktadır. INFI’nin N vardır ve Sandvik’in şampiyon olması, % 3 N değerinde alaşım olması ve C’nin tamamen yerini tutmasıyla bir kaç tane daha var. Ne yazık ki bıçak makineleri için mevcut değildir. Azot, Krom karbitleri oluşturmaktan ziyade Krom nitrürleri oluşturmaktan daha az eğilimli olduğundan, varlığı korozyon direncini geliştirir ve alaşımda daha fazla serbest Krom bırakır. Nitrojen, nitritlerin oluşumunda daha az reaktif olduğu için, karbit boyut ve hacmini arttırmadan ilave sertlik için kullanılabilir, örn. Sandvik 14C28N çelik.
21. Selenyum (Se)
Çatal çeliğinde tipik olarak istenmeyen şeyler işlenebilirliği artırmak için eklendi. Aynı kalsiyojen grubundaki kükürte benzer.
Yukarıda gösterilen tüm kimyasal elementler ve etkiler çelik malzemelerle ilgilidir. Yani, eğer çelik endüstrisinde iseniz, aynı şeyi yapmalısınız.

STM Coatech, SSPC PCI (Uluslararası Kaplama Enspektörlüğü) ve Corrodere (MPI Group England) Türkiye, Romanya, Ukrayna, Gürcistan, Rusya, Azerbaycan, Turkmenistan, Kazakistan, Irak, Katar, Kuveyt, Umman, Sudan ve Cezayir resmi lisansörüdür.

Ayrıca Türkiye başta olmak üzere yukarıda bahsetmiş olduğumuz ülkelerin yetkili sınav merkezidir. Corrodere Enspeksiyon Kursları aşağıda sıralanmıştır.

1.Icorr Level 1
2.Icorr Level 2
3.Icorr Level 3
4.IMO PSPC
5.Corrodere Hot Galvanizing
6.Corrodere Insulation Inspector
7.Practical Workshop Icorr 1,2,3
8.Corrodere Marine & Offshore Inspector
9.Transition to Icorr

Referans
www.astmsteel.com