Çelik

Çelik Nedir? Üstün ve zayıf yönleri nelerdir?

Demir ve çelik binlerce yıldır silah ve eşya yapımında kullanılmıştır. Yapı malzemesi olarak ise font ve ham demirin 18. Yüzyılda İngiltere’de üretilmesi ile köprülerde kullanılmaya başlamıştır. Bu köprüler, çeliğin basınç mukavemeti yüksek, çekme mukavemeti düşük olduğundan kemer şeklinde tasarlanmıştır. İlk örnek ise 1779 yılında 31 metre açıklıklı Coalbrokdale köprüsü olmuştur.

Dövme çelik, demir cevherinin fırınlarda ergitilerek elde edilmiştir. dövme çeliğin elde edilmesi ile dolu gövdeli veya kafes kirişli köprüler inşaa edilmeye başlamnmıştır. Bu yapılara örnek olarak 140 mt açıklıklı Britannia köprüsü örnek olarak gösterilmektedir. Demirin sıvı hale getirilmesi ve arıtılması ile de dökme şekli elde edilmiştir.

Bu malzeme dövülerek, preslenerek, haddeden geçirilerek şekil verilebilen bir demir alaşımıdır. Demir, yerkabuğunda %4,5 oranıyla en çok bulunan metal olmaktadır. Doğada demir cevheri oksitler, hidroksitler ve karbonatlar halinde bulunmaktadır. Çeliğin yapısında; karbon, silisyum, manganez, krom, bakır, nikel, molibden, kükürt, azot, fosfor gibi maddeler de bulunmaktadır. Bu maddelerden bazıları kalitesini artırırken bazıları ise kalitenin düşmesine sebep olan istenmeyen maddeler olmaktadır.

Çelik bünyesine katılan bazı ürünler ve özellikleri

Çeliğin özelliğini belirleyen en önemli eleman olan karbon, çeliğin sertliğini ve mukavemetini arttırmaktadır. Ancak karbon, çeliğin kırılma uzamasını ve çekme mukavemetini azaltmaktadır. Bu nedenle sıcakta haddelenmiş alaşımında karbon oranı %0,16- 0,20 arasındadır. Ayrıca alaşımının içine Krom, nikel, vanadiyum, molibden gibi maddeler katılarak yüksek kaliteli çelikler üretilebilmektedir. Yapılarda kullanılan malzeme çeşidi S 235, S 275 ve S 355 çeliğidir. Çelik malzemenin mukavemet değerlerine göre isim almaktadırlar. Yapıda kullanılan malzeme çeşitli kesit ve şekillerdedir. Bu kesit ve şekiller çelik fabrikalarında haddeleme ile gerçekleşir.

Krom; çeliğin mukavemetini, paslanmaya ve sürtünmeye karşı dayanımı arttırır. Bakır; sünekliliği ve paslanmaya karşı dayanımı arttırır. Manganez; taşıma gücünü, düşük sıcaklıkta sünekliliği arttırır. Ergimiş çelikteki serbest oksijeni alarak gaz habbeciklerinin oluşmasını önler. Silisyum; taşıma gücünü ve paslanmaya karşı dayanıklılığı arttırır. Ergimiş çelikteki serbest oksijeni alarak gaz habbeciklerinin oluşmasını önler. Molibden; özellikle yüksek sıcaklıkta çelik mukavemetini ve paslanmaya karşı dayanıklılığı arttırır.

Çelik içerisindeki fosfor, kükürt, azot gibi zararlı maddeler demir üretimi sırasında tabii olarak çelik üretimine katılmaktadırlar. Fosfor, çeliğin normal sıcaklıkta kırılgan olmasına sebep olmaktadır. Kükürt ise kızıl derecede çeliğin gevrek olmasına neden olmaktadır. Bu maddeleri çelikten tamamen ayırmak çok pahalı işlemler gerektirir, bu yüzden çelik alaşımı içinde fosfor ve kükürt oranının %0,6 ile %0,4 aralığında olması istenmektedir.

Üstün özellikleri aşağıda sıralanmıştır:

Homojen ve izotroptur. Üretimi belirli bir denetim altında yapıldığından güvenlik katsayısı küçüktür. Yüksek mukavemetli olduğundan malzeme gideri bir hayli azalır. Yapının öz ağırlığı da oldukça hafiftir. Çekme ve basınç mukavemetleri eşittir. Bu durum çekme mukavemeti düşük yapı malzemeleri ile yapılamayacak sistemler çelik ile yapılır. Elastiklik modülü çok yüksektir. Çelik yapı elemanlarının imalatı çoğunlukla atölyelerde olduğundan inşaat hava şartlarından fazla etkilenmez. Çelik bir yapı sökülüp tekrar montaj edilebilir. Yapıda değişiklik ve takviye diğer yapı malzemelerine göre daha kolaydır. Tamamen geri dönüşümü olan bir malzemedir.

Zayıf yönleri aşağıda sıralanmıştır:

Çelik yanıcı olmamasına rağmen ısı yükseldikçe mukavemeti ve elastiklik modülü hızla düşer. Su veya kimyasal bir madde ile ilişkisi çelik malzemenin korozyona uğramasına neden olur. Periyodik bakım gerektirir. Ses ve ısı açısından iyi bir iletkendir. Bu durum yalıtım maliyetlerini arttırır.