Çelik

Çelik
Çelik levha üzerinde elde edilen havşa
Mikroskop altında çelik
Genel Özellikler
Kompozisyon	esas olarak demir ve karbondan oluşan alaşım
Dış görünüş	parlak gri
Toplama durumu ( cs cinsinden )	sağlam
kristallik	genellikle polikristal
Fiziko kimyasal özellikleri
Yoğunluk (g / cm 3 , cs cinsinden )	7,5 ÷ 8 (7500 ÷ 8000 kg/m³)
Erime sıcaklığı ( K )	1370 ÷ 1536 °C
Doğrusal termal genleşme katsayısı ( K -1 )	9,9 × 10 −6 ÷16 × 10 −6
Termal iletkenlik ( W / m K )	16 ÷ 52
Elektriksel direnç ( Ω m )	0.142 ÷0.714 × 10 −6
Mekanik özellikler
Çekme mukavemeti (kg f /m 2 )	4.89 × 10 7 ÷1,12 × 10 8 (480 ÷ 1100 MPa)
Akma gerilimi (kg f / m 2 )	2,09 × 10 7 ÷8,36 × 10 7 (205 ÷ 820 MPa)
geri dönüşüm kodu
# 40 FE

Çelik somun, dünyanın en çok üretilen endüstriyel tasarım objesi

Güçlendirilmiş boyalı çelik levhadan kapı

Çelik kablolar

Çelik , esas olarak demir ve karbondan oluşan bir demir alaşımıdır , ikincisi yüzde 2.06'yı aşmaz; bu sınırın ötesinde malzemenin özellikleri değişir ve alaşım dökme demir adını alır .

Geçmiş

Tarih boyunca çelik her zaman çok yönlü bir şekilde kullanılmıştır. Bu malzeme, tüm dünyada teknolojik yenilik için vazgeçilmez olmuştur. Gerçekten de, bulunabilirliği ve düşük maliyeti olmasaydı, sanayi devrimi mümkün olmazdı. Zamanla, çelik yapım teknikleri mükemmelleştirildi.

Günümüzde, her biri farklı tasarım ve pazar ihtiyaçları ile ilgili birçok çelik türü bulunmaktadır.

Otomotiv endüstrisinde uygulama

Otomotiv sektörünün hızlı büyümesi, ABD'de savaş sonrası ekonomik genişlemeye (1950'ler / 1960'lar) katkıda bulundu.Endüstriler daha güvenli, daha çevre dostu ve daha yakıt verimli araçlar tasarlamaya başladı. Dış pazarlarla rekabet edebilmek için yüksek performanslı yenilikçi malzemelere olan talep arttı.

O yıllarda ABD hükümeti, ancak 1970 yılında yürürlüğe giren çok katı bir mevzuat (Federal Temiz Hava Yasası) yayınladı. Kirletici karbondioksit emisyonlarının azaltılması ve izlenmesi gereken bir düzenleyici çerçeveyi garanti etti . Ek olarak, bir çevre koruma ajansı, EPA (Çevre Koruma Ajansı) kuruldu.

Birkaç yıl sonra, tüm motorlu taşıtlar için trafiği güvenlik açısından düzenlemekten sorumlu bir ABD yönetimi olan NHTSA (Ulusal Otoyol ve Trafik Güvenliği İdaresi) doğdu.

1973'te, Arap petrol ambargosundan kaynaklanan arz kesintisi nedeniyle yakıt fiyatı önemli ölçüde arttı. Otomotiv sektörü daha hafif ve daha küçük otomobiller üretmeye başladı ve bu nedenle düşük yakıt tüketimi gerekiyordu.

Otomotiv endüstrisinde, üstün yüzey kalitesi, saflığı ve sünekliği nedeniyle çerçeveli çeliklerin veya “efervesan çeliklerin” (bir tür düşük karbonlu oksijeni giderilmiş çelik) üretimi artmıştır. Bu tür malzemeler alaşımlama ile güçlendirilebilir , karbon veya nitrojen içeriği bir şekillendirme sonrası ısıl işlemle arttırılabilir. Bununla birlikte, bu çeliklerin iki ana sorunu vardı: ilki Luder çizgileri, yani çekme testleri ile verilen uzama çizgileri ile ilgiliydi ve ikincisi, gelenekselden daha verimli, sürekli döküm dökümü gibi modern bir süreç olmaması gerçeğinden kaynaklanıyordu. haddeleme yoluyla levha üretimi ile külçe döküm.

Endüstriler, çerçeveli çeliğin yerine “ öldürülmüş çelik ” lakaplı yeni bir alaşım türü geliştirdi . Aslında , çeliğe alüminyum eklendi, oksidasyon reaksiyonunda karbonun yerini aldı ve onu kesin olarak ortadan kaldırdı. Ek olarak, çeliği daha da dirençli hale getirmek için genellikle azot eklenir.

O zamanlar, yüksek çekme mukavemetli (600 MPa'ya kadar ) "çok yüksek mukavemetli çelikler" olarak adlandırılan çelikler de kullanılıyordu. Bu kategori aynı zamanda yüksek karbon içerikli ve tavlama işlemlerinden elde edilen martensitik çelikleri ve çok yüksek gerilme seviyelerinde soğuk haddelenmiş ve daha sonra sünekliği geri kazanmak için yeniden kristalleşme sıcaklığında tavlanmış geri kazanım tavlama çeliklerini de içeriyordu. Bu malzemelerin her ikisi de, çeliğin şekillendirilmesinin gerekli olmadığı otomotiv sektöründe tampon ve ispit olarak kullanım buldu.

Bu dönemde, beynitik adalara sahip martensitik veya ferritik bir mikro yapı ile karakterize edilen bifazik çelikler, otomotiv endüstrisinde ilk kez denendi. Bu malzemeler tavlama işlemlerinden ve ardından hızlı soğutmadan elde edilmiştir.

Ancak o zamanlar bu çeliklerin soğutma kapasitesi düşüktü, bu nedenle sertleşebilirliği düşüktü ve kaynak yapmak zordu. Sadece 20 yıl sonra teknolojinin ve metalurjik tekniklerin ilerlemesi ile otomotiv pazarında en çok talep edilen malzemeler arasında olacaklar.

Günümüzde endüstriler tarafından hala yaygın olarak kullanılan çelikler , taneleri rafine etmek için niyobyum , titanyum , vanadyum ve zirkonyum ilavesiyle AHSS'dir ve malzemeyi daha dirençli hale getirir. Yüksek akma mukavemetine (550 MPa'ya kadar) ve aynı zamanda yüksek sünekliğe sahiptirler.

1980'lerde , tamponlar için iyi bir bütünlüğe ve krank millerine etkisi olan güçlü malzemelere olan talep arttı. Ayrıca endüstri mühendisleri, araç ağırlığını azaltarak ve küçülterek yakıt verimliliğinin nasıl iyileştirilebileceğini araştırdı.

1983'te American National Steel Corporation, Detroit'te tam otomotiv çelik endüstrilerinin ilk merkezini açtı.

1984'te Pontiac Fiero , piyasaya yeni, daha esnek ve daha hafif bir malzeme sundu: plastik . İkincisi, çelik piyasası için zorlu bir rakip olacaktır, çünkü çok hafif olmasının yanı sıra korozyona karşı dayanıklıdır.

1987 yılında çelik endüstrisi ile otomotiv endüstrisi arasında ilk işbirliği gerçekleşti.

O zamanlar otomotiv endüstrisinde en çok kullanılan çelikler , yüksek mukavemetli ve mükemmel enerji emme kapasitesine sahip AHSS alaşımlı ve kaportadaki dış eziklere dayanıklı sertleştirilebilir çeliklerdi. Bu malzemeler satılan arabaların performansını artırarak ağırlıklarını azalttı.

1980'lerde, Ohio'da Honda , Tennessee'de Nissan ve diğer eyaletlerde Toyota için endüstriler kuran Japonya gibi diğer kıtalardaki ülkelerden otomobil üreticileriyle işbirlikleri başladığından, Amerikan çelik pazarında kayda değer bir gelişme oldu .

Bu andan itibaren otomotiv endüstrisi, sıcak dökümlü ve elektrolitik bir tabaka ile kaplanmış galvanizli çelikler üretmeye başlayacak. Zirkonyum kaplamalı olanlar da mükemmel şekillendirilebilirlikleri ve kaynaklanabilirlikleri nedeniyle yüksek talep göreceklerdir.

Yirminci yüzyıl, otomotiv endüstrisi için yüksek rekabet gücü ve pazardaki teknolojik zorluklarla karakterize edilen büyük bir yenilik dönemiydi. On yıllar boyunca, araçların boyutlarının artması, ancak her zaman çevre standartlarına saygı gösterilmesi nedeniyle yakıt talebi giderek arttı. Otomobilin güvenliği söz konusu olduğunda, yeni malzemelerle çeşitli darbe testleri geliştirilmiştir.

1960 yılında en çok kullanılan AHSS çelikleri , şekillendirilebilirlikleri, elastik geri kazanım seviyeleri ve mekanik özelliklerin esnekliği nedeniyle 1990'ların sonunda bile en iyi performansı kanıtladı.

Yirmi birinci yüzyılda, otomotiv endüstrisi, iki fazlı çelikler, çok fazlı çelikler ve indüklenmiş plastisite ile dönüştürülmüş çelikler gibi malzemelerde süneklik ve mukavemet gibi özellikleri geliştirdi.

Açıklama

Sınıflandırma

Karbon içeriğine göre

Karbon, yalnızca sementit veya demir karbür şeklinde oluşur .

Çelikler her zaman sıcak plastik alaşımlardır, yani dökme demirlerin aksine dövülebilir . Karbon içeriğine göre çelikler şu şekilde ayrılır:

• ekstra tatlı: %0,05 ile %0,15 arasında karbon;
• tatlılar: %0,15 ile %0,25 arasında karbon;
• yarı tatlı: %0.25 ile %0.40 arasında karbon
• yarı sert: %0.40 ile %0.60 arasında karbon;
• sert: %0,60 ile %0,70 arasında karbon;
• çok sert: %0,70 ile %0,80 arasında karbon;
• ekstra sert: %0,80 ile %0,85 arasında karbon.

Yumuşak çelikler en yaygın ve en az değerli olanlardır.

Diğer bağlayıcıların içeriğine göre

Çoğunlukla ferroalyajlar şeklinde eklenen ilave alaşım elementleri vardır . Kimyasal bileşime göre çelikler iki gruba ayrılabilir:

• alaşımsız çelikler, alaşım elementlerinin içeriğinin UNI EN 10020 Tablo I'de belirtilen sınırlar içinde olduğu çeliklerdir;
• Alaşımlı çelikler , yukarıda belirtilen tablo I'de belirtilen en az bir sınırın aşıldığı çeliklerdir.

Geleneksel olarak, alaşımlı çelikler ayrılır:

• düşük alaşımlı : %5'in üzerinde element yok;
• yüksek alaşımlı : %5'in üzerinde en az bir alaşım elementi.

Alaşım elementleri ve çeliğin özellikleri

Çelikte doğal olarak bulunan veya belirli özellikler vermek için eklenen alaşım elementleri, malzemenin kimyasal / fiziksel özelliklerinde aşağıdaki gibi bazı değişiklikleri belirler:

• Fosfor (maksimum tolere edilen yüzde 0.05) ve kükürt (tolere edilen maksimum yüzde 0.05): çeliğin tokluğunu azaltırlar; bununla birlikte, işlenebilirliği iyileştirmek için isteğe bağlı olarak kükürt eklenebilir, bu da talaşı daha kırılgan ve çıkarılmasını kolaylaştırır, genellikle tokluk kaybını en aza indiren yuvarlak manganez sülfürler (MnS) oluşturan manganez ile birlikte kullanılır.

• Hidrojen : kırılganlığı artırır , 2 ppm'nin üzerindeki seviyelerde zararlıdır ; pul oluşumuna neden olur.
• Oksijen : sıcak işlenebilirliği azaltır; mekanik özellikleri düşürür.
• Azot : karbon çeliğinin yaşlanmasını destekler; paslanmaz çeliklerde çukurlaşma direncini arttırır (PREN hesaplama formülündeki katsayı 16); paslanmaz çeliklerin mekanik mukavemetini arttırır; paslanmaz çeliklerde osteniti stabilize eder.
• Manganez (maksimum tolere edilen yüzde 0.8): bir kükürt giderici ve oksijen giderici ajan olarak işlev görür; yüksek yüzdelerde sertleşme oranı artar ; düşük sıcaklıklarda osteniti stabilize eder.

• Alüminyum : oksijen giderici; tahılın rafine edilmesi.
• Silikon (maksimum tolere edilen yüzde 0.4): oksijen giderici; esnekliği arttırır.

• Titanyum ve niyobyum : oksijen giderici; nitrürleme titanyum; AOD'ye dönüştürme sırasında niyobyum nitrürleme: tahıl arıtıcı; paslanmaz çeliklerde taneler arası korozyonu önler.
• Niyobyum ve tantal : çökelme ile sertleşen çeliklerde esastır: mekanik mukavemeti arttırırlar; yorulma direncini artırmak; korozyon ve aşınmaya karşı direnci arttırır.
• Molibden : sertleşebilirliği ve ısıya ve aşınmaya karşı direnci ve ayrıca sıcak sertliği artırır; paslanmaz çeliklerin korozyon direnci, özellikle oyuklaşmaya karşı direnç artar (PREN hesaplama formülündeki katsayı 3.3); yüksek sıcaklıklarda mekanik direnci arttırır; takım çelikleri üretmek için yüksek konsantrasyonlarda (yaklaşık %9) kullanılır.
• Krom : sertleşebilirliği artırır; aşınmaya ve korozyona karşı direnci arttırır; tavlama stabilitesini arttırır; %12'den yüksek konsantrasyonlarda ferritik ve martensitik paslanmaz çeliklerde kullanılır; "çukurlaşmaya" karşı direnci arttırır (PREN hesaplama formülündeki Katsayı 1).
• Nikel : ıslahtan sonra direnci ve sertliği arttırır ; sertleşebilirliği biraz arttırır; çok yüksek yüzdelere (yaklaşık %25) ulaştığı paslanmaz çeliğin korozyon direncine katılır; düşük sıcaklıklarda osteniti stabilize eder.

• Vanadyum : mekanik mukavemeti ve aşınma direncini arttırır.
• Tungsten : aşınma direncini ve sertliği artırır; yüksek hız takım çeliklerinde %13 ile %25 arasında değişen içeriklerle kullanılır.
• Bakır : Sıcak işlem sonrası çatlaklara neden olabilir ; korozyon direncini artırır ( Corten çelik ).
• Kalay : kırılganlığı artırır .

Çelik üretimi

Çelik üretimi

Dünyada her yıl 1.864 milyon tonun üzerinde çelik üretilmekte, hem dökme demirin yüksek fırından rafine edilmesiyle bütünsel döngüden hem de demir hurdalarının ergitilmesinden elde edilmekte ve daha sonra çeşitli endüstriyel üretim süreçlerinde işlenmektedir . örneğin haddeleme, ekstrüzyon, çekme, dövme , ısıl işlem ve damgalama gibi .

2019'daki başlıca çelik üreticileri
Köy	Üretim ( milyon ton )
Çin	996.3
Hindistan	111.2
Japonya	99.3
Amerika Birleşik Devletleri	87.9
Rusya	71.6
Güney Kore	71.4
Almanya	39.7
Türkiye	33.7
Brezilya	32.2
İran	31.9
İtalya	23.2
Tayvan	22.1
Ukrayna	20.8
Vietnam	20.1
Meksika	18.6
Fransa	14.5
ispanya	13.6
Kanada	12.8
Polonya	9.1
Bangladeş	9.0

Demir cevherlerinin çıkarılması ve hazırlanması

İşlenmeye hazır demirli mineraller

Endüstriyel çelik prosesi, (doğada saf halde bulunmayan) demir içeren metal cevherlerinin ocaklardan veya madenlerden çıkarılmasıyla başlar. Birçok metalde olduğu gibi, çıkarılan mineraller ezilir ve ardından öğütülür. Bunlar tozdan ve yabancı maddelerden yıkanır ve manyetik veya yerçekimsel ayırma ile içerilen metallerin konsantrasyonuna göre sınıflandırılır. Ardından minerallerin yüzdürme , eleme , kalibrasyon , kurutma , kalsinasyon ve kavurma işlemlerini takip edin. Bu noktada demir cevherleri yabancı maddelerin çoğundan temizlenmiş ve yüksek fırınlarda eritilmeye hazır hale getirilmiştir .

Pik demir üretimi

Kullanılmayan yüksek fırın ve şimdi Cenova-Cornigliano çelik merkezinde sökülmüş

Dökme demir , nispeten yüksek karbon içeriğine (> %2,06 ila %6) sahip bir demir - karbon alaşımıdır ; yüksek fırın içinde gerçekleşen kimyasal ve ısıl işlemler sonucu elde edilen nihai üründür . Yüksek fırın, pota (alt kısım) ve fıçıdan (üst kısım) oluşur. Yüksek fırında işleme, demir cevheri, kok ve kireçtaşı katmanlarından oluşan bir bileşik olan "şarj" denilen şeyin hazırlanmasıyla başlar , ardından bu, yüksek fırının üst kısmında bulunan ağzına verilir. eğik bir düzlem vinci ile kazanın. Yük, değişen demir cevheri, kok ve kireçtaşı katmanlarında düzenlenir. Sıcak hava, bir akımın (havanın) refrakter bölme duvarlarının ısısıyla ısıtıldığı ve daha sonra yüksek fırın ağzından çıkan gazlarla ısıtıldığı bir tür rejeneratif ısı eşanjörü olan Cowper'dan gelir. Yüksek fırının alt kısmına verilen sıcak hava, içerdiği oksijen sayesinde hemen akkor haline gelen kok üzerinde reaksiyona girer:

${\ displaystyle {\ ce {C + O2 -> CO2 (+ 97000 cal)}}}$

${\ displaystyle {\ ce {CO2 + C -> 2 CO}}}$

${\ displaystyle {\ ce {FeO + CO -> Fe + CO2}}}$

yani oksijen yüklü minerallerde bulunan demirden ayrılır. Daha sonra erimiş demir, yüksek çalışma sıcaklıklarından dolayı kok karbonuyla karışarak potada toplanır. Kazanın (yüksek fırının) üst kısmından akan sıcak gazların akımı, yeni eklenen malzemeleri önceden ısıtarak dehidrasyona neden olur. Erimiş dökme demirin (dökme) ve cürufun çıkarılması, yüksek fırın çalışırken aşağıdan gerçekleşir. Kılavuz çekme genellikle 2-3 saatte bir gerçekleşir, ancak bitmiş ürünün yüklenmesi ve çıkarılması arasında 6 saat geçtiği tahmin edilmektedir. Dökme demirin pota veya torpido vagonlarına dökümü sırasında dışarıda Cowper'dan gelen sıcak rüzgar durdurulur (pota sıcak hava olmadan yaklaşık bir saat sıcak kalır). Dökme demirin üretim süreci süreklidir, yalnızca yüksek fırının refrakter astarının yıllar sonra yeniden yapılması veya onarılması gerektiğinde kesintiye uğrar.

1990'lardan beri Corex prosesi endüstriyel olarak mevcuttur ve ( kok fırınının ortadan kaldırılması dahil) sayısız avantaj sunarak yüksek fırının yerini alabilir . Bu şekilde üretilen sıvı dökme demir, bir çelik fabrikasına gönderilebilir veya külçe kalıplara dökülebilir; Daha sonraki işlemler için dökümhaneye gönderilmek veya olduğu gibi satılmak üzere soğumaya bırakılır.

Çelik üretimi için ham demirin rafine edilmesi

Bir Bessemer dönüştürücü

Bessemer dönüştürücünün bölümü

Yüksek fırından çıkarken, dökme demir hala yüksek karbon içeriğine sahiptir, normalde %4'ün üzerindedir, bu nedenle sıvı halde gönderilir ve özel yapılarda (konvertörler) işlenir ve burada dekarburize edilir; karbon oksijenle birleşerek karbondioksiti oluşturur.

Çelikteki dökme demirin tüm rafinasyon işlemi sırasında 1750 °C'ye yakın sıcaklıklara dokunulur ve karbon, manganez, demir ve hepsinden önemlisi silisyumun oksidasyon reaksiyonları oluşumu ile birlikte büyük miktarlarda ısı verilmesine gerek yoktur. bağıl oksitler, ekzotermiktir ve işlemin kendi kendine beslenmesine izin verir. Çelik üretimi için, dökme demirin rafine edilmesi için farklı teknikler kullanıldı:

• Su birikintisi tekniği : Martin-Siemens fırınının kullanımının yayıldığı 1860'tan önce benimsenen teknikti . Dökme demir, altına ayrı bir yanma odasında yerleştirilen kömürle ısıtılan bir potaya döküldü. Alev ve sıcak dumanlar atmosfere yayılmadan önce potanın yüzeyini aşırı derecede ısıttı; burada bulunan metal banyo böylece ısıtılmış ve dökme demir rafine edilebilmiştir. Ulaşılan sıcaklık hiçbir zaman metal kütlesini akışkan tutmak için yeterli olmadığından, işçilerin soğumaması ve katılaşmaması için banyoyu sürekli karıştırmak ve sallamak zorundaydılar (bu tekniğin adı İngilizcede su birikintisi , yani karıştırmak fiilinden gelmektedir). , bir kütle karıştırın).
• Martin-Siemens fırın süreci : rafinasyon iki farklı aşamada gerçekleşir . Birincisi fırın içindeki erimiş metal banyosunun oksidasyonundan, ikincisi ise banyonun kükürtten arındırılmasından ve demir oksitlerin serbest bırakılmasından oluşur. Bu son işlem, erimiş metalin döküldüğü bir pota içinde gerçekleşir. Dökümden ve cürufun (cürufun) oluşturulmasından sonra metal, içinde kalan gazların salınması için dinlenmeye bırakılır, ardından kalıplara dökülür.
• Dönüştürücü İşlemleri: Martin-Siemens fırın işlemi ile aynı zamanda dönüştürücü işlemi geliştirilmiştir. 1856 yılında Henry Bessemer'in sıvı dökme demir aracılığıyla pota altındaki deliklerden üflenen basınçlı hava jeti yapma fikrinden doğdu. İngiliz mucit, karbon, silikon ve manganezin oksijenle birleştiği aşırı kolaylığı fark etti. Bu maddeler erimiş dökme demirde mevcut olduğundan, sezgisini çelik endüstrisine uygulayarak dökme demiri elde edilen metal alaşımına zararlı maddelerden arındırmak istedi. Ayrıca İngiliz mühendis, banyonun sıcaklığını sabit tutmak için çok fazla ısı üretmenin bir yolunu bulmak istedi. İcat ettiği dönüştürücü bir asit refrakter astar ile donatılmıştı, bu nedenle işlem asidikti ve yalnızca yüksek silikon içeriğine sahip dökme demiri dönüştürebiliyordu, bu nedenle yüksek fosfor içeriğine sahip dökme demirler için uygun değildi. Bu yapısal sınırlama göz önüne alındığında, 1879'da Thomas ve Gilcrist tarafından temel kaplamalı bir dönüştürücü tasarlandı. Daha yakın zamanlarda, banyonun üzerinde su soğutmalı bir mızrak aracılığıyla sadece oksijenin üflendiği bir dönüştürücünün kullanımı yaygınlaştı: oksijen dönüştürücü olarak adlandırılan .

En popüler olanı LD dönüştürücüdür . LD dönüştürücü ile üretilen çeliğin ekonomik avantajları ve iyi kalitesi, birkaç yıl içinde Bessemer prosesini ve kısmen de Thomas ve Martin-Siemens proseslerini geçersiz kıldı. Dönüştürücü, Bessemer ve Thomas dönüştürücülere benzer, ancak kapalı bir tabana sahip, çift koni şeklinde büyük bir fırın kabıdır. Büyük ölçüde %90'a kadar ana dökme demirden oluşan, geri kalanı hurda, kireç, flor ve demir cevherinden oluşan metal yükü, %99,5 saf oksijen jeti ile rafine edilir; banyoyu homojenize etmek ve dekarbürizasyonu hızlandırmak için neredeyse inert bir gaz olan argonun alttan üflenmesi de dahil edilerek daha yeni değişiklikler yapılmıştır . Oksijen, 1500 Nmc/dk'ya kadar olan miktarlarda ve yaklaşık 10/15 bar'lık bir basınç altında verilir, bu da çok hızlı bir arıtmaya yol açar. Metal yükünün sıcaklığındaki güçlü ve hızlı artış, sıcaklığın kendisinin aşırı yüksek ve dolayısıyla tehlikeli değerlere ulaşmaması için yüzde 30'a kadar demir cevheri veya çelik hurdası eklemeyi gerekli kılar. İç astar, bir manyezit tabakasının üzerine %6 katran ile karıştırılmış bir fırınlanmış dolomit tuğla tabakasından oluşur. İlk dönüştürücülerin mızrakları tek bir merkezi nozüle sahipti, ancak daha sonra çok delikli mızraklar kabul edildi. Üretilen çelik çok iyidir, çünkü kırılganlığa neden olan zararlı azottan yoksundur, fosfor yüzdesi çok düşüktür ve oksijen oranı da diğer işlemlere göre elde edilen çeliklerden önemli ölçüde düşüktür. Bu nedenle süreç hızla dünyaya yayılmıştır. 1990'larda dünya çelik üretiminin %80'den fazlası LD prosesi ile gerçekleşmekteydi.

OBM prosesi, ana demirden başlayarak Thomas ve LD proseslerini birleştiren bir çelik üretim metodudur. Bu işlem, oksijen ve metan veya propan gibi bir yakıt gazının 10'dan 18'e kadar belirli sayıda meme aracılığıyla alttan üflendiği bir dönüştürücü kullanır. Daha doğrusu, her tüpün orta kısmında saf oksijen çıkar ve merkezi jetin bir tür kılıfını oluşturan çevresel halkada yanıcı gaz akar. Oksijenin verilmesi doğal olarak LD dönüştürücüde aynı amaca sahiptir; yanıcı gaz ilavesi yapılırken, bu gaz çatlaması oksijen-dökme demir temas alanını soğutur ve bu şekilde 350/400 döküm yapabilen konvertörün tabanının hızlı aşınmasını önler.

Demir hurdalarını eriterek elektrikli fırın çeliği üretimi (EAF işlemi)

İlk elektrikli fırınların doğuşu yirminci yüzyılın başlarına dayanmaktadır. Sistem trafo, fırın, hurda yükleme sepetleri ve duman tahliye sisteminden oluşmaktadır. İşlem, üç grafit elektrot ile alttaki hurda arasında üretilen bir elektrik arkının verdiği ısı sayesinde uygun boyutlarda hazırlanmış demir hurdasının eritilmesinden oluşur . Hurda, fırından çıkan sıcak dumanlarla önceden ısıtılabilir ve eritmeyi kolaylaştırmak için metan gazı brülörleri ve oksijen boruları kullanılabilir. Kapasitesine bağlı olarak fırın 4-8 metre çapa sahip olacak, tabanı refrakter ile kaplanacaktır. Kazanın ve tonozun duvarları, dışarıdan su ile soğutulan bakır panellerden yapılmıştır. Kasa, sepetlerde bulunan hurdaların yüklenmesine izin vermek için dönüyor. Metal banyosu ile aynı zamanda, ergitme sırasında, demir, silisyum ve manganez oksitleri ve diğer küçük oksitleri birleştirecek miktarlarda kireçtaşından oluşan cüruf oluşturulmalıdır. Kömürün metalden daha hafif olan ve bu nedenle yüzen cürufa mızrak ile toz haline getirilmesi demir oksidin azalmasına ve karbon dioksit gazının oluşmasına neden olur ve bu da cürufu saran hacimli, köpüklü bir cürufun oluşmasına katkıda bulunur. elektrotların ucu ile banyo arasındaki voltaik ark, fırının duvarlarını güvenli erozyondan korur. Cürufun fırında tutulması ve potadaki rafinasyon işleminin başlatılabilmesi için metalin akıtılması, sifon veya çekmece olabilen ağız veya kılavuz deliğinden yapılır.

Rafinasyon işlemleri: fırın dışı işleme LF (yalnızca özel çelikler için)

Hem bir LD konvertörden hem de bir elektrikli fırından gelen, potaya dökülen ve fırından minimum miktarda cüruf gelen çelik, demir alaşımlarının eklenmesiyle işlenir. Sistem, banyonun homojenliğinin alttan atıl Argon gazı akışıyla garanti edildiği LF (Pota Fırını) olarak tanımlanır; elektrik fırınına benzer bir voltaik ark sisteminden gelen sıcaklık. İstenen kimyasal analiz ve sıcaklık elde edildikten sonra pota aşağıda açıklanan döküm işlemlerinden birine gönderilir.

Vakumlu işleme RH (sadece özel çelikler için)

LF'den veya nadiren doğrudan elektrikli fırından gelen çelik, bir hidrojen giderme tesisinde vakum altında yeniden sirküle edilir. Bazen dehidrojenasyon işlemi, pota sızdırmaz bir bölmede silolanarak ve daha sonra bir vakum üretilerek LF işlemi ile aynı anda gerçekleştirilir. İkinci durumda, süreç artık RH olmayacaktır.

AOD paslanmaz çelik üretimi

Baz, elektrikli bir fırında hurda ve ferroalyajların eritilmesiyle elde edilir. Yarı mamul çelik, potaya vidalanır ve LD dönüştürücüye çok benzeyen AOD dönüştürücüye aktarılır, tek fark oksitleyici elemanın boru adı verilen nozullar aracılığıyla alttan üflenmesidir. Karışım, değişken oranlarda oksijen ve argondan oluşur ve her zaman kromun sınırlı oksidasyonunu, karbon ve sıcaklık kontrolünün zararına olacak şekilde garanti eder; bu, yine hurda ve/veya ferroalyajların eklenmesi yoluyla gerçekleşir. İstenen kimyasal analiz ve uygun sıcaklık elde edildikten sonra paslanmaz çelik potaya çekilir ve aşağıda açıklanan döküm işlemlerinden birine gönderilir.

Çelik dökümü

Külçe döküm

Çeliğin döküldüğü pota alt kısmında bir tapa tertibatı ile açılan bir deliğe sahiptir; konteynerin duvarında, kaldırılması için iki pim ve devrilmesi için bir tutamak vardır. Pota kaldırıldıktan sonra dökme demir külçe kalıpların üzerine yerleştirilir ve metal dökülür. Çeliği kalıplara dökmek için üç sistem vardır:

1. doğrudan döküm: kepçenin kalıbın üzerine getirilmesi ve metalin içine dökülmesinden ibarettir.
2. yay dökümü: çelik bir kolona boşaltılır, metalin alttan kalıp içinde yükselmesine yol açan yeraltı kanallarına bağlanır.
3. vakumlu döküm: sadece büyük külçelerin üretimi için kullanılır ve gazlı tıkanıklıkların oluşmasını önler.

Dökümden sonra külçe kalıplar sıyırma bölümüne alınır, yani taze katılaşan külçeler kalıplardan çıkarılır. Bunlar baş aşağı olup, yanlara yerleştirilmiş iki adet çene ile iki özel kerpeten ile külçe kaptan çıkarılır.

Sürekli döküm

Bir çelik fabrikasında sürekli döküm

Sürekli döküm, katılaştırma işlemini birincil haddeleme ile birleştiren külçe dökümden daha yeni bir işlemdir .

Yukarıda sayılan yöntemlerle detaylandırılan sıvı çelik, "pota" adı verilen kaplarla döküm makinesine getirilir; aşağıya doğru sivrilen kesik koni kesitli potalar, esasen dolomitik olan uygun bir ateşe dayanıklı malzeme ile kaplanmış çelik kaplardır . Fırının kapasitesine bağlı olarak, potalar 60 ÷ 350 t kapasiteye sahiptir ve sürekli döküm makinesinin üzerinde sabit bir şekilde konumlandırılmıştır.

Potadan çıkan sıvı çelik, kalibre edilmiş bir delikten aşağıdan çıkar, refrakter bir tüple korunan, "tandiş" adı verilen bir kaba ve buradan "piston" (veya "boşaltıcı") adı verilen bir tüp aracılığıyla düşer. veya serbest jet, bir boşlukta akan demineralize su ile soğutulan, sıvı çelik ile temas halindeki tüm duvarları saran ve soğutan bir bakır külçe kalıbında. Bakır külçe kalıbı çeşitli şekillerde olabilir; dikdörtgen, kare veya silindir tabanlı paralel boru. Sıvı çeliğin hem tandişte hem de ingot kalıbında atmosferle olası temasta yüzeyi oksitlenmeyi önlemek ve ayrıca sıcaklığı korumak için tandiş içinde yalıtkan tozlarla kaplanmıştır. Kalaylı sıvı çelik, katılaşma sıcaklığından 25 ~ 35 °C daha yüksek bir sıcaklığa sahiptir. Bazen, ham çeliğin katılaşma oranını ve iç kalitesini etkileyen bir manyetik alan oluşturmak için bobinlerin soğutma aralığının dışına yerleştirilirler. Nihai ürünün şekline bağlı olarak, ham, döküm, süreç düz veya uzun veya yuvarlak ürünler için farklılık gösterir. Yassı ürünler genellikle 150 ÷ ​​250 mm dar kenar kesitine ve dar kenarın en az 4 katı geniş kenara sahiptir. Uzun ürünler, dar kenarın geniş kenara oranının 4'ten az olduğu kare, dikdörtgen veya yuvarlak kesitli olabilir.

Kalıpta çelik, katı bir kabuk oluşturan katılaşmaya (birincil soğutma) başlar. Katılaşma ayrıca, ikincil soğutma yoluyla, hemen takip eden aşamada dahili olarak tamamlanır. İstenen şekildeki çelik, doğrudan yüzeye bir dizi nozul tarafından püskürtülen endüstriyel su yoluyla tam katılaşmasını sağlamak için hesaplanan bir yarıçapa sahip bir yayı tanımlayan özel kılavuzlarda kaydırılarak aşağı doğru sürüklenir. Katılaşma tamamlandıktan sonra, ham ürün, kesme makinesinde belirli uzunlukta parçalara bölünür ve bu nedenle , muhtemelen ısıl işlemlerden önce gelen sonraki haddeleme aşamasına hazırdır.

Çeliklerin alfanümerik tanımı

Bileşimleri ve değerleri belirli teknik standartlarla belirlenmiş birçok çelik türü vardır: Avrupa'da Avrupa Standardizasyon Komitesi (CEN) tarafından yayınlanan Euronorms (EN) ve Amerika kıtasında ASTM ( Amerikan Topluluğu Test Malzemeleri ), AISI ( Amerikan Demir ve Çelik Enstitüsü ) ve uluslararası düzeyde ISO ( Uluslararası Standartlar Enstitüsü ) ile işbirliği .

Çelikler şu şekilde sınıflandırılabilir:

• grup I (UNI EN 10027-2): temel ve kaliteli çelikler.
• grup II: özel çelikler ( kimyasal bileşimleri ile diğer çeliklerden farklıdırlar ).

Grup I (UNI EN 10027-2)

Bunlar en yaygın ve en ucuz tiptir. Bunlara "genel amaçlı inşaat çelikleri" de denilen temel ve kaliteli çelikler dahildir.

Özel çeliklere göre daha düşük mekanik özelliklere sahiptirler . Özellikle, tüm statik gerilimlere dayanmak için uygundurlar (sivil yapılarda olduğu gibi).

Şu anda, genellikle kaynakla kurulurlar , bu nedenle yeterli kaynaklanabilirlik ihtiyacı vardır . Bu nedenle, karbona ek olarak, gevrekleşmeye katkıda bulunan diğer alaşım elementlerinin yüzdesi de hesaba katılarak, % 0,41'den az olması gereken, kaynak yapılacak bileşenlerin uçlarında bulunan karbon yüzdesine dikkat edilir. Olası martenzit oluşumu nedeniyle kaynak noktasına hemen bitişik HAZ (Termal Olarak Değiştirilmiş Bölge), yapısal kullanımlar için uygun olmayan, sert ama hepsinden önemlisi kırılgan bir mikro yapı. Genellikle ham haddeleme durumunda kullanılırlar (bu nedenle ısıl işleme tabi tutulmaları gerekmez ), bazı durumlarda normalizasyona tabi tutulsalar bile , bunun sonucunda malzemenin tanelerinin homojenleşmesine yol açan bir işlemdir. önceki deformasyonlar veya tedaviler nedeniyle herhangi bir riskin azaltılması.

Çok düşük sıcaklıklarda esnekliği kaybedebilir , kırılgan hale gelebilirler ( sünek-kırılgan geçiş olayı ).

Tanımlama aşağıdaki sembolleri içermelidir:

• TA stres giderici
• TB birleşme tavlaması
• TC tam tavlama
• TD normalleştirme
• TE normalizasyonu ve stres giderme
• TF iyileştirme
• TG östenizasyon

Özel gereksinimler:

• Soğuk plastik deformasyona uygun KD çelik
• Kenar işlemeye uygun KQ çeliği
• Kaynaklı boruların üretimi için uygun KR çeliği
• Takım yapımı için uygun KU çeliği
• Yüksek sıcaklıklarda kullanıma uygun KW çelik

Grup II

Özel özelliklere sahip çelikler olan özel çeliklere karşılık gelir . Bazen uygun bir ısıl işlemin ardından elde edilen üstün mekanik özelliklere sahiptirler . 4 alt gruba ayrılabilirler:

• 2.1 ortalama mangan içeriği %1'den az olan alaşımsız çelikler (yüksek hızlı işleme çelikleri hariç) ;

Tanımlama aşağıdaki sembolleri içermelidir: C harfi, 100 ile çarpılan ortalama karbon yüzdesine karşılık gelen bir sayı (örn. C50).

• 2.2 ortalama mangan içeriği %1'den fazla olan alaşımsız çelikler; yüksek hızlı mekanik işleme için alaşımsız çelikler, her elementin ağırlığı %5'ten az olan düşük alaşımlı çelikler;

Tanımlama aşağıdaki sembolleri içermelidir: 100 ile çarpılan karbonun ortalama yüzdesine karşılık gelen bir sayı, karakteristik bir limiti aşarlarsa alaşım elementlerinin sembolleri (örn. Mn %0,8-1, Si %1), içerik Ni ve Cr için 4, Mo için 10, B için 1000 ile çarpılır ve en yakın tam sayıya yuvarlanır (örn. 36 CrNiMo7).

• 2.3 yüksek alaşımlı çelikler (en az bir alaşım elementi %5'ten fazlaysa);

Tanımlama aşağıdaki sembolleri içermelidir: X harfi, 100 ile çarpılan ortalama karbon yüzdesine karşılık gelen bir sayı, karakteristik limitlerini aşan alaşım elementlerinin sembolleri, 5'i geçen elementlerin sadece kütle yüzdeleri. % , 2 rakamla yazılır ve tire ile ayrılır (örn. X 10CrNi 18-08). Paslanmaz çelikler bu tipe girer.

• 2.4 yüksek hız çelikleri.

Tanımlama aşağıdaki sembolleri içermelidir: Harfler HS, tire ile ayrılmış alaşım elementlerine karşılık gelen sayılar. Sayılar, bu sırayla aşağıdaki öğelere karşılık gelir: W, Mo, V, Co (örn. Hs 2-9-1-8).

Kullanım amacına göre sınıflandırma

Su verilmiş ve temperlenmiş çelik

Yüksek yüklere, şoklara ve hepsinden önemlisi yorgunluğa dayanmaya uygundur . Mekanik direnç ve tokluk arasında en iyi uzlaşmaya sahiptir . %0.21 ile %0.60 arasında bir karbon konsantrasyonuna sahiptir.

Alaşım elementleri, maksimum tokluğun olduğu karbon konsantrasyonunu düşürmeye ek olarak aşağıdaki fonksiyonlara sahiptir:

• nikel : tokluğu ve sertleşebilirliği destekler ;
• krom : sertleşebilirliği destekler;
• molibden : Krupp hastalığının gelişimine karşı çalışır ( keşfedildiğinde kırılganlık ) ;
• manganez : sertleşebilirliği artırır;
• vanadyum : kristal taneyi inceltir.

Genellikle su içinde veya yağda su verme ve yaklaşık 620 °C'de tavlama ile muamele edilir.

Su verilmiş ve temperlenmiş çelik örnekleri: C40 , 39NiCrMo3 , 42CrMo4 , 36CrMn5 .

Nitrürleme çeliği

Genellikle, nitrürleri azidlere (çok sert yüzey bileşikleri) oluşturabilen alüminyum veya diğer alaşım elementlerinin ( nikel , krom , molibden ) mevcudiyetine sahip yumuşak veya tavlama çelikleridir.

Düşük karbon içeriğine sahip olduklarından (ağırlıkça yaklaşık %0,4 karbon), yüzeylerinde 0,5 mm derinliğe kadar nitrojeni barındırabilirler. Nitrürlenmiş katman, bir nitrojen çökeltme işlemi ile elde edilir.

Tanklarda, amonyak varlığında 500 ile 520 °C arasında değişen bir sıcaklıkta, yaklaşık 50 saat süreyle termokimyasal bir işlemle elde edilir. Yukarıda belirtilen işleme tabi tutulduktan sonra, bu çelikler sertleştirilmiş bir yüzeye sahipken, çekirdekte hala tokluk özelliklerini korurlar.

Bu çelikler dişli çarklar, dağıtım milleri, pimler, makaralar, burçlar, pimler, eksantrik milleri vb. yapmak için kullanılır.

Kendiliğinden Sertleşen Çelik

Bu çeliklerin soğuma hızı o kadar düşüktür ki, havada basit soğutma ile sertleşen (martensitik) bir yapı kazanırlar. Diğer bir özellik ise genellikle 200 °C civarında olan tavlama sıcaklığıdır. Bu özellikler, anizotermal eğrileri açıkça sağa hareket ettiren nikel, krom, molibden ve tungsten gibi değerli alaşım elementlerinin önemli içeriğinden kaynaklanmaktadır. Mekanik özellikler de olağanüstüdür, çok yüksek çekme dayanımları (2.000 MPa mertebesinde) ve ayrıca havada daha az şiddetli soğutma nedeniyle tatmin edici tokluk. İlgili Guillet diyagramlarında perlitik yapıya sahip bölgede, martenzitik yapıya sahip geçiş bölgesine yakın noktalara karşılık gelen manganez ve nikel çelikleri de kendiliğinden sertleşir, ancak bu alaşımların pratik uygulamaları yoktur çünkü çok kırılgandırlar. .

Öte yandan, C = %0,3 ~ %0,5 olan krom-nikel çeliklerin ilginç uygulamaları vardır; Ni = %3 ~ %6; Cr = %1 ~ %2 ve üç elementin toplamı en az %5'e eşittir. Tavlamadan sonra bu malzemeler perlitik bir yapıya sahiptir, basit hava soğutması ile kolayca martensitik bir yapı alır ve hem yüksek sertliğe hem de tatmin edici sünekliğe ve tokluğa sahiptir: semente veya nitrürlenmiş çeliklere geçerli bir alternatif temsil edebilirler. Bu çeliklerin özellikleri şunlardır:

• parçanın işlendikten sonra şeklinden ödün vermeden temperlenmesine izin vererek sertleşmeye karşı deforme olmama;
• herhangi bir yüzey sertleştirme işleminin ortadan kaldırılmasıyla işlem döngülerinin basitleştirilmesi;
• nitrürleme ile varlığı, tabakanın kendisini parçalama tehlikesi nedeniyle birim basıncın yükselmesini engelleyen kırılgan yüzey tabakasının olmaması;
• parçanın yüksek mukavemeti, hem sertleştirme çelikleri hem de nitrürleme çelikleri ile çekirdekte elde edilenlerden çok daha yüksek;
• sertleştirme soğutma tankları gerektirmez ve sakin havanın varlığında yeterince homojendir, bu nedenle büyük bileşenler için idealdir.

Kendiliğinden sertleşen çeliğe bir örnek: 36NiCrMo16

Sertleştirilmiş çelik

"Simentasyon" terimi artık evrensel olarak kabul edilse bile çok doğru değildir; kesin olarak " karbürleme " veya "yakıt karbonlama" terimi kullanılmalıdır.

Ağırlıkça %0,2'den daha az karbon içerdiklerinden, yüzeylerinde 2 mm'ye kadar derinliğe kadar daha fazla karbon barındırabilirler.

Belirli bir ısıl işleme tabi tutulduktan sonra sertleştirilmiş bir yüzeye sahip olurken çeliğin çekirdeği hala tokluk özelliklerini korur .

Sertleştirilmiş yüzey, aşınmaya ve yoğun kuvvetlerin etkisine iyi direnir.

Sementasyon pahalı olduğu için, elde edilebilecek sertliği en üst düzeye çıkarmak için gerekli olan sertleşmeden tasarruf etmeye değmez . Keşif her zaman ilk aşamada durur.

Alaşımsız çelikler (C10, C16) veya düşük alaşımlı çelikler olabilirler.

Tipik su verilmiş ve temperlenmiş çelik bağlayıcılar kullanılır :

• tokluğu ve sertleşebilirliği için nikel ;
• karbürlerin sertleşebilirliği ve stabilizasyonu için krom ve molibden .

Örnekler: C10 (en zayıftır), C16 , Çelik 16NiCrMo12 (en güçlüdür), Çelik 20NiCrMo2 , Çelik 18NiCrMo5 .

Bu çelikler dişli çarklar, dağıtım milleri, pimler, makaralar, burçlar, pimler vb. yapımında kullanılır.

Yay çeliği

Gerekli özellikler şunlardır:

• kırılma gerilimine yakın akma gerilimi;
• çekirdekte en az %80 martensit homojen bir yapı ile elde edilen yorulma direnci (bu nedenle çelik çok sertleşebilir ).

Sadece karbon alaşımları ile , %0.40'dan daha yüksek bir konsantrasyonda, harmonik çelikler , öngerilmeli beton için, halatlar (bu durumda patentlidir ), müzik aletleri vardır.

Daha zorlu kullanımlar için, her şeyden önce %2'ye kadar silikon eklenir, bu da onu güçlendirir ancak kırılgan hale getirir; krom sertleşebilirliği artırır , nikel tokluğu artırır . Bazı örnekler: Tren süspansiyonları ve yaprak yaylar için 55Si7 ; Yüksek kaliteli yaylar için 52SiCrNi5 ; 50CrV4 (KVRG). Temperleme her zaman 450 °C'de gerçekleştirilir, böylece karbürler çöker, ancak birleşmeye başlamaz.

Rulmanlı Rulman Çelik

Çok kaliteli çeliklerdir, intermetalik malzemeler içermezler. Yüksek karbon içeriğine sahiptirler ve sertleştirme ve ardından yaklaşık 150 °C'de tavlama ile elde edilirler.

Mülk

• yüksek sertlik
• aşınma direnci
• yüksek yorulma mukavemeti

En çok kullanılan 100Cr6 çeliktir .

Paslanmaz çelik

Paslanmaz çelik sos teknesi.

Paslanmaz çelik veya paslanmaz çelik, hava ve suya maruz kaldığında paslanmama özelliğinden dolayı, krom içeriği gösterge olarak %13'ün üzerinde olan çeliklere şu anda verilen addır : oksijenle temas ettiğinde oksitlenen krom, krom dioksite dönüşür . daha fazla oksidasyonu önleyen yapışkan ve çok dirençli bir tabaka (bu olay pasivasyon olarak bilinir ).

En farklı amaçlar için kullanılan son derece önemli bir çelik sınıfıdır: 1913'teki keşiflerinden bu yana ve her şeyden önce 1940'lar ve 1960'lar arasında metalurjideki sonraki ilerlemeler sayesinde , gelişimlerini ve uygulamalarını genişlettiler; hala mükemmelleştirilmiş ve petrol / petrokimya , madencilik, enerji, nükleer ve gıda sektörleri gibi çeşitli endüstriyel sektörlerin taleplerine göre uyarlanmıştır (%18 krom ve %10 nikel içeren 18/10 paslanmaz çelik).

Takım çeliği

Daha az şiddetli uygulamalar için sadece karbon çelikleri kullanılabilir, aksi takdirde sertliği artırmak için alaşım elementleri eklenmelidir .

• Karbon: %0,6'lık bir konsantrasyon zaten maksimum sertlik sağlayabilir, ancak C'nin bir kısmı mevcut diğer elementlerle birleşir ve bu nedenle içeriğini artırmak gerekebilir.
• Manganez : deokside edici etkiye sahiptir, sertleşebilirliği artırır ve karbür oluşumunu kolaylaştırır .
• Silikon : deoksidasyon etkisi vardır, oksidasyona karşı direnci arttırır .
• Krom : sertleşebilirliği arttırır, karbürleri stabilize eder.
• Vanadyum : tane büyümesini önler, yüksek sıcaklıklarda sertliğe sahip olmak için faydalıdır.
• Tungsten ve molibden : yüksek sıcaklıklarda aşınmaya karşı direnç için kullanışlıdır .
• Kobalt : süper hızlı çeliklerde bulunur.

Çözülmesi zor karbürlerin varlığı göz önüne alındığında, sertleştirme yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilir; bununla birlikte, ikincisi dikkatli bir şekilde değerlendirilmelidir, çünkü çok düşükse, karbon çözülmez ve zayıf martensit oluşur; çok yüksekse, aşırı miktarda karbon ostenite girer ve onu düşük bir sıcaklığa kadar stabilize eder.

Sıcak ve hızlı işlenen çeliklerde tavlama sıcaklığı 400 °C'nin üzerine çıkarılarak ikincil sertleşme meydana gelir.

Yüksek Hızlı Çelik

Hızlı metal işleme için aletlerin yapımında kullanılan en önemli çelik türüdür . Aşağıdaki şematizasyon yapılabilir:

• süper hızlı (örneğin X78WCo1805 KU ), kobalt varlığı ile fark edilebilir ve yüksek kesme hızları için uygundur ( R _{m = 500 MPa olan malzemede v t} = 40 m / dak ) ancak darbelere maruz kalan aletler için uygun değildir (örneğin: çubuklar , plakalar, kesiciler ...);
• hızlı (örneğin X85WMo0605 ve X85WMoCoV6.5.4.2 KU ), her şeyden önce kobalt olmaması nedeniyle öncekinden farklıdır , böylece daha fazla tokluk elde edilir (döner matkaplar, kılavuzlar, ocaklar, bıçaklar, vb.);
• orta ve düşük kesme hızları için yarı hızlı ( R _m = 500 MPa olan malzemede v _t = 15 m/dak ).

Normalde yüksek hız çeliği 800 ~ 900 °C'de tavlanır, 1180-1300 °C'de su verilir ve hatta birkaç kez 550 °C'de temperlenir (büyük miktarda artık östenit nedeniyle).

Sıcak İş Çeliği

300 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda yapılan işlemlerde kullanılan bir çelik türüdür ve başlıca özellikleri şunlardır:

• oksidasyona karşı direnç
• ısıya karşı mekanik direnç
• termal şoka karşı direnç
• termal yorgunluğa karşı direnç

Son iki özellik, düşük karbon konsantrasyonu (%0.3 ~ %0.4 C) ve yüksek sıcaklıklarda tane boyutunu küçültmek için kullanılan Vanadyum varlığı nedeniyle malzemenin yüksek tokluğundan kaynaklanmaktadır.

Soğuk İş Çeliği

Yüksek sertlik genellikle yüksek karbon içeriğinden kaynaklanır ; tokluk , aşınma direnci , ısıl işleme karşı deforme olmama, sertleştirme penetrasyonu , kesme kapasitesi vb. gibi diğer özellikler , çözeltideki diğer unsurlarla elde edilir. Bu nedenle, bu çeliklerin çok çeşitli bileşimlerine şaşırmamalıyız: karbon , krom - karbon , tungsten - krom , tungsten ve manganez - vanadyum .

Temperleme 200 °C civarında olmalıdır, aksi takdirde martensit ayrışır . Bu kategorideki çelik örnekleri, dairesel testere bıçaklarının yapımında kullanılabilen X210Cr13 , ağaç işleme aletlerinde kullanılan 107WCr5KU , örneğin metal tozları için pres kalıpları için zımbaların üretimi için yararlı olan X205Cr12KU'dur .

Amorf Çelik (Metalik Cam)

MeltSpinner

Normalde çelik kristal bir yapıya sahiptir, ancak son derece hızlı soğuma hızlarıyla çekirdeklenmeyi engelleyerek amorf bir yapı ( camsı hal ) elde etmek mümkündür. Amorf çelik veya camsı çelik olarak adlandırılan bu tür malzeme , sıradan cam gibi süper viskoz bir sıvı olarak kabul edilebilir .

Uzun zamandır bu tür yapıların elde edilmesini mümkün kılan prosedürler ( eriyik büküm veya atomizasyon gibi) olmuştur.

Son zamanlarda ( 18 Haziran 2004 tarihli Physical Review Letters dergisindeki makale ) , amorf çelikler elde etmek için uzun süredir metalürji uzmanları tarafından takip edilen daha etkili bir prosedür açıklanmıştır.

Prosesin temelinde , amorf durumun korunmasını destekleyen, çekirdeklenmeyi önleyen itriyum gibi uygun elementlerin alaşımına eklenmesi vardır . Elde edilen çelik, en iyi geleneksel çeliklerin iki katı / üç katı kadar bir sertliğe ve dayanıklılığa sahiptir.

Isıl işlemler

Çeliklerin ısıl işlemleri, bu alaşımların moleküler yapısının onlara farklı mekanik özellikler kazandıran sıcak modifikasyonlarıdır . Faz dönüşümü olup olmamasına göre iki büyük kategoriye ayrılabilirler .

Yüzey işlemleri

Karbosementasyon

Basitçe sementasyon olarak da adlandırılan bu işlem, yüzey tabakasındaki karbon içeriğinin, kristal kafesin karbonu emebilmesini sağlayan sıcaklıktan daha yüksek bir sıcaklığa çıkarılmasından oluşan bir ısıl işlemdir; bu, müteakip sertleşmeyle birlikte , çok sert bir martensit yüzey tabakasının ( Fe-C denge diyagramında bulunmayan bir yapı ) elde edilmesini sağlar ve parçanın elastikiyetin iyi mekanik özelliklerini korumasına izin verir . Katı, sıvı veya gaz halinde yapılabilir ve bunu malzemenin sertleşmesi takip eder. Ancak çimentolu parçalar 200 °C'nin üzerindeki sıcaklıklara maruz kaldıklarında yavaş yavaş yüzey özelliklerini kaybederler.

Sürecin en yavaş ve dolayısıyla baskın olan aşaması metalik matris içindeki difüzyondur; Fick'in ikinci yasası tarafından yönetilir .

Nitrürleme

Karbürleme gibi , bu da bir yüzey sertleştirme işlemidir: çelik 500 °C'ye getirilir ve nitrojen ve hidrojene ayrışan gaz halindeki amonyak akımıyla çarpılır . Azot , esas olarak Fe ₄ N olmak üzere çok sert nitrürler oluşturduğu metalin yüzey tabakaları tarafından emilir . Sertleşmiş tabakanın kalınlığı sementasyonla elde edilenden daha azdır, ancak diğer yandan sertliği çok daha fazladır ve 600 ~ 700 ° C sıcaklıklara kadar stabil kalır. Karbonitrürleme de vardır : bu sertleştirme işlemi benzerdir, ancak 500 °C'den çok daha yüksek sıcaklıklarda gerçekleşir.

Siyanürleme

Çeliklerin siyanürle muamelesi , parçaların potasyum siyanür ile daldırılarak veya serpilerek yaklaşık 800 °C sıcaklığa ısıtılmasından oluşur . Yaklaşık 10 ~ 15 dakika sıvı banyosunda tutulurlar ve daha sonra hızla soğurlar. Genellikle düşük karbonlu çeliklere sertliklerini arttırmak için uygulanır. Siyanür banyolarının temel bileşenleri, kadmiyum kompleks siyanür, serbest sodyum veya potasyum siyanür ve sodyum veya potasyum hidroksitten oluşur. Bu bileşenlerin yanında her zaman havanın karbondioksiti ile kendiliğinden oluşan alkali karbonat bulunur .

Borulama

Yaygın olarak "bor sementasyonu" olarak adlandırılan, 2000 HV'den daha büyük sertlikler verebilen bir tedavidir. Mekanik parçalar bor karbür ve alkalin florür varlığında paslanmaz çelik kutulara yerleştirilerek 850°C'ye yakın sıcaklıklarda işlem gerçekleştirilir. Sıcaklıkta kalma süresi, istenen derinlik ile doğru orantılıdır.

Calmaggio

Sakinleştirme , sıvı çelik banyosundaki çözünmüş oksijen içeriğinin tamamen veya kısmen deoksidasyonundan oluşan çelik üretim sürecinin bir aşamasıdır . Sıvı çelikte, dönüştürücüdeki arıtmanın sonunda, metal banyosunda çözünmüş oksijen bulunur ve bu oksijen , çözeltideki artık karbon ile birleştiğinde gaz halinde karbon monoksit (CO) üretir. Söndürülmemiş (yani deoksidize edilmemiş) çeliklerde CO gelişimi özellikle belirgindir ve bu çeliklere " efervesan " denir. Bu şekilde üretilen çelik kolayca deforme olmaz. Bu fenomeni azaltmak için çelik deokside edilmelidir; bu amaçla (sıvı fazda, pota içinde) oksijen ile katı oksitler oluşturan uygun dozlarda alüminyum , silikon ve manganez eklenir. Böylece "sakinleştirilmiş", "yarı sakinleştirilmiş" veya "dengeli" çelik üretilir. Alüminyum, alüminyum yumrular veya tel halinde alüminyum şeklinde eklenirken, silikon ve manganez genellikle ferroalyajlar olarak eklenir .

Çelik piyasası

Steel, dünyanın en büyük borsalarında işlem görüyor. 21. yüzyılda , Hintli çelik devi Mittal'in Arcelor'u devralması, dünyanın ilk çelik grubu ArcelorMittal'i yaratmıştı . 2020 yılında dünyanın en büyük üreticisi 115 milyon tonun üzerinde olan Çinli grup Baowu oldu.

Bugüne kadar, çelik ürünlerinin listelendiği bir çelik borsası bulunmamaktadır. Ancak, şirketlerin türev finansal riskten korunma araçlarını kullanmalarına olanak sağlamak için bir tane oluşturmaya yönelik projeler üzerinde çalışılmaktadır.

Çelik ürünlerin sınıflandırılması

En çok ilgi çeken nihai çelik ürünleri sıcak haddelenmiş ürünlerdir.

Yassı ürünlerde ve profilli ürünlerde ayırt edilirler.

İlk grup şunları içerir:

• levhalar: laminasyonda serbestçe genişleyen kenarları olan düz levhalarda üretilir . Sac levhanın formatı genellikle dikdörtgen veya karedir. Kalınlığa bağlı olarak, ayrılırlar:
  • çok ince levhalar: 0,5 mm'nin altındaki kalınlık
  • ince levhalar: 3,0 mm'nin altındaki kalınlık
  • orta tabakalar: 3,0 ila 4,75 mm kalınlık
  • kalın saclar: 4,75 mm üzeri kalınlık
• geniş levhalar: geniş levhalarda lamine ürün. Genişlik 150 mm'den fazladır ve minimum kalınlığı yaklaşık 5 mm'dir.
• şeritler: laminasyondan hemen sonra bir ruloya sarılan serbestçe genişleyen kenarlara sahip lamine ürün. Genişliğe bağlı olarak, aşağıdakiler ayırt edilir:
• dar ve orta bant: genişlik 600 mm'nin altında;
• geniş bant: en az 600 mm genişlik.

Profilli ürünler ayrılır:

Profilli yapısal çelik köprü

• profilli çelikler: kesiti T ila çift T ila H ila U ila L (açısal), vb. olabilen düz çubuklarda sıcak çekilmiş bitmiş ürün.
• çubuk çelik: normalde düz çubuklar halinde tedarik edilen sıcak çekilmiş bitmiş ürün: kesiti normalde daireseldir, ancak başka şekillerde de olabilir.
• haddelenmiş teller: bitmiş ürün lamine edilmiş ve rulolar halinde sıcak sarılmıştır. Kesit normalde daireseldir ancak başka şekillere de sahip olabilir.

Eko-sürdürülebilirlik

"Geri dönüştürülmüş" çelik, esas olarak demirli hurdaların elektrikli fırınlarda eritilmesiyle elde edilen çeliktir ve orijinal niteliklerini kaybetmeden sayısız kez eritilip yeniden eritilme avantajına sahiptir. Günümüzde İtalya , bu tür malzemelerin Avrupa'daki en büyük ikinci üreticisi ve dünya çapında onbirinci üreticisidir. İtalya'da üretilen çeliğin %82'si "geri dönüştürülür", %12'si ise birincil çelik tarafından verilir, yani demirli mineraller gibi doğal kaynaklardan üretilir . Dünya çapında her yıl 80 milyon tondan fazla çelik geri dönüştürülmektedir. Alüminyum ve magnezyum gibi diğer malzemelerle karşılaştırıldığında çelik, atmosfere daha az CO2 _saldığı için kurulum ve uygulama aşamalarında en düşük çevresel etkiye sahiptir . Bununla birlikte, çıkarma ve arıtma aşamaları, cevherleri metallere dönüştürmek için yüksek bir enerji harcaması gerektirir. Özellikle PLOS ONE'da yayınlanan bir araştırmaya göre , çelik ve demir üretimi , tüm sanayi sektörünün karbondioksit emisyonlarının ortalama %30'una neden oluyor . Üretim aşamalarında, örneğin işlenmemiş atık ve toz gibi önemli miktarlarda toksik atık elde edilir . Bunlar arasında insan sağlığı ve çevre için en tehlikeli olanı duman azaltma tesislerinden çıkan katı atıklardır . Genel olarak, bu nedenle çeliği, düşük çevresel etkiye sahip yenilenebilir bir malzeme olarak düşünmek yanlıştır. Ancak bazı çelik türlerinin performans ve özelliklerini incelersek, bunlardan bazılarının üretimleri sırasında diğerlerine göre daha az sera gazı saldığı görülebilir.

En eko-sürdürülebilir çelik kategorisi, hafif, uzun ömürlü ve tamamen geri dönüştürülebilir oldukları için paslanmaz çeliklerdir . _{Genel olarak, CO 2} emisyonlarını mümkün olduğunca azaltmak için aracın ağırlığını sınırlamak uygundur . Özellikle otomobilin 100 kg hafifletilmesiyle 12,5 g/km'ye varan sera gazlarında azalma sağlanmaktadır.

Bir aracın sera gazı emisyon profili, yalnızca tüm yaşam döngüsünün (LCA) aşamaları, yani üretim, kullanım ve geri dönüşüm veya bertaraf edilmesi göz önüne alındığında ortaya çıkar.

Kaliforniya'daki Santa Barbara Üniversitesi, çeşitli parametreler kullanarak otomotiv sektöründeki farklı malzemelerin emisyonları arasında bir karşılaştırma yapmak için UCSB modelinin patentini aldı :

- Aracın ömrü boyunca sürüş mesafesi

- Malzeme ikamesi katsayıları

- İkincil kütle tasarrufu

- Malzemelerden kaynaklanan sera gazı emisyonlarının üretimi

- Motor optimizasyonu derecesi / yakıt azaltma değerleri

- Araç verimliliği

Bu yöntem kullanılarak, tamamen AHSS çeliklerinden yapılmış beyaz gövdeler ile yalnızca alüminyumdan yapılmış araçlar karşılaştırılmıştır . Bu çalışmadan, LCA döngüsünün sera gazı emisyonları alüminyum için biraz daha yüksekti.

AHSS çelikleri günümüzde otomotiv sektöründe en çok talep edilen çeliklerdir çünkü çok performanslı olmalarına ek olarak çevresel etkiyi azaltırlar ve daha fazla yakıt tasarrufu sağlarlar.

Sera gazı emisyonlarının kontrolü

Çelik fabrikalarında, karbon monoksit , azot oksitler ve uçucu organik bileşikler içeren dumanlara dönüştürülen tozun bertaraf edilmesi için duman azaltma sistemleri gereklidir .

Karbon monoksitin karbon dioksite oksitlenmesiyle, ısının bir kısmı geri kazanılır ve fırın içindeki oksijen miktarı azaltılır.

Brülörler tarafından üretilen nitrojen oksit oluşumunu sınırlamak için, yanmadan önce gazları karıştırarak veya nitrojen miktarını sınırlayarak ilerlemek mümkündür . Bu şekilde, üflenen hava miktarı azaltılır (muhtemelen geçişini engelleyen köpüklü atıklarla).

Uçucu organik maddelerin zararlı emisyonlarını azaltmak için, hurda üzerinde bulunan yağları uzaklaştırmak, büyük miktarlarda oksijen eklemek ve metal kalıntıları bir brülör ile önceden ısıtmak gerekir.

Bu sayede sera gazı emisyonları sınırlandırılarak enerji tasarrufuna katkı sağlanmaktadır .

Ana kirleticiler	emisyon faktörü
CO	300-900
NOx	100-150
Uçucu organik bileşikler	100-200

Otomotiv Endüstrisinde Çelik Bileşenlerin Ağırlığının Azaltılması

Yakıt ekonomisine eko-sürdürülebilir katkı, aracın ağırlığının azaltılmasına, yükün daha düşük fiyata taşınmasına ve daha az yakıt tüketilmesine dayanmaktadır. Özellikle otomotiv sanayi sektörünün amacı, çevreye sera gazı emisyonlarını sınırlamak için daha hafif çelik bileşenler tasarlamaktır .

2009'da otomobil üreticileri, sofistike beyaz gövdeler yapmak için AHSS (Yeni Nesil Yüksek Mukavemetli) geri dönüştürülebilir çelikleri kullanmaya başlayarak otomobilin ağırlığını %16 oranında azalttı. Bu, üretim maliyetlerinde önemli bir tasarruf ve çevresel etki açısından bir iyileşme ile sonuçlandı.

2011 yılında, küresel organizasyon WorldAutoSteel, sera gazı emisyonlarını sınırlamak için elektrikli çelik araçların geliştirilmesine yönelik bir projeyi tamamladı .

AHSS çeliklerini kullanan Geleceğin Çelik Aracı (FSV), on yıl önce otomobillere kıyasla otomobilin kütlesinde %35'ten fazla azalma ve %70'e varan kirletici gaz tutma oranı elde etmiş olmakla övünüyor.

Kaynakça

• William D. Callister, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği: Bir Giriş , 5. baskı, John Wiley & Sons Inc, 1999 , ISBN 0-471-35243-8 . 
• AA.VV., Bilim. Teknik ve Bilimsel Ansiklopedi , Milan, Fratelli Fabbri Editori, 1966, AA.VV ..
• Luigi Caligaris, Stefano Fava, Carlo Tomasello, Mekanik El Kitabı , Milan, Ulrico Hoepli Editore SpA, 2006. ISBN 88-203-2901-8
• Walter Nicodemi , Çelikler ve demir dışı alaşımlar , Zanichelli, 2000, ISBN  88-08-03237-X .
• Rana, Radhakanta ve Shiv Brat Singh. 2016. Otomotiv Çelikleri: Tasarım, Metalurji, İşleme ve Uygulamalar . Woodhead Yayıncılık.

İlgili öğeler

• çelikleme
• Alaşımlı çelikler
• Çelik (tanımlama sistemleri)
• 50CrV4 çelik
• C40 çelik
• efervesan çelik
• Paslanmaz çelik
• korten çelik
• Şam çeliği
• Hadfield çeliği
• maraj çeliği
• Yapısal Çelik
• süper hızlı çelik
• sementit
• Demir-karbon diyagramı
• Kırılma (mekanik)
• Teneke
• Londra Metal Borsası
• metalurji
• Çelik endüstrisinin tarihi
• Çeliklerin ısıl işlemleri

Diğer projeler

Diğer projeler

• Vikisöz
• Vikisözlük
• Wikimedia Commons

• Wikiquote çelik üzerine alıntılar içerir
• Vikisözlük , « çelik » sözlük lemmasını içerir
• Wikimedia Commons , çelik üzerine resimler veya diğer dosyalar içeriyor

Dış bağlantılar

• çelik , Treccani.it'te - Çevrimiçi ansiklopediler , İtalyan Ansiklopedisi Enstitüsü .
• ( TR ) Çelik , içinde Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.