Çelik üretiminde son yıllarda üzerinde durulan en önemli konu, özellikle çelikteki P, S, N, O ve H gibi elementlerin çok düşük seviyelere kadar azaltılmasının amaçlandığı, temiz çelik olarak tabir edilen çeliği elde edebilmektir.
Çeliğin temizliği, metalik olmayan kalıntılardan arınmış olması manasına gelmektedir. Bu kalıntılar şekil, boyut, adet ve yapı içerisindeki dağılımlarına bağlı olarak çeliklerin yorulma ömrünü etkileyecektir.
Temiz çelik üretimi için çelik temizliğini etkileyen faktörlerin araştırılması, kirliliği arttıran kaynakların azaltılması ve bunun proses yöntemleri veya kullanılan malzemenin seçimi yolu ile gerçekleştirilmesi hedeflenmektedir. Temiz çelik öncelikle çeliğin oksit ve sülfit olarak düşük düzeyde safsızlıklar içermesi, yani yüksek oksit ve sülfit temizliğine sahip olmasını gerektirmektedir. Temiz çelik kavramı son zamanlarda daha da genişletilmiş, çok düşük azot, hidrojen ve bazı durumlarda düşük karbon içeriğini de tanımlar hale gelmiştir. Çeliğin kullanılma amacına göre değişebilen temiz çelik, kritik kalıntı boyutundan daha büyük kalıntı bulunma olasılığının çok düşük olduğu çeliktir.
Çelik üretim sürecinde temiz çelik daha çok, çelikte istenilen kimyasal bileşimin sağlanmaya çalışıldığı pota (sekonder) metalürjisi işlemleri ile şekillenir, daha sonraki sürekli döküm aşamasında ise elde edilmiş olan yüksek temizlik düzeyi korunmaya çalışılır.
Önerilen Makale: Pirinç malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için
pirinç otomat çubuğu sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
Çelik üretiminde karbon yakma işlemi esnasında çelik içine üflenen oksijenin bir kısmı sıvı metal içinde çözünerek katılaşma esnasında çelik içinde boşluk oluşmasına neden olacağından çelik kalitesini arttırmak için oksijenin alınması gerekir. Oksijeni gidermek (deoksidasyon) için alüminyum ve ferrosilis şeklinde silisyum ilave edilir. Bu aşamada ferro alaşım şeklinde mangan, niyobyum, vanadyum eklenmesi ile çelik kalitesini daha da arttırmak mümkündür. İlave edilen bu elementler oksijen ile oksit bileşikleri oluşturarak cüruf meydana getirmekte veya kalıntı bileşiği olarak çelik içinde kalmaktadır.
Deoksidasyon dışında refrakterden veya cüruftan aşınma ve mekanik karışma sonucunda ya da kalıpta katılaşma sürecinde oluşan kalıntılar da çeliği kirletmektedir. Pota metalürjisi işlemleri sonrasında çok düşük oksijen düzeyleri elde edilebilmesine rağmen sıvı çeliğin transfer süreçlerinde yeniden oksijen alma durumuyla karşılaşılmakta, aynı zamanda sıvı çelik azot ve bazı durumlarda da hidrojen kapmaktadır. Bunlar da yapı içerisinde metalik olmayan kalıntılara yol açmaktadır. Yeniden oksitlenme bileşikleri çoğunlukla büyük kalıntılar şeklinde oluşurlar ve eğer özellikle üretimin son aşamalarında oluşmuşlarsa çelikteki kirliliğin en büyük nedeni olurlar.
Temiz çelik elde ederken sadece oksitçe temiz değil aynı zamanda sülfitçe de temiz yapılar istenmektedir. Sülfit temizliği düşük kükürt değeri ile eş anlamlı olarak kullanılır. Çeliğe CaO, CaC
2, Mg, Mn katarak kükürdü gidermek mümkündür. Kükürt, demirle birleşerek düşük sıcaklıklarda ergiyen FeS bileşiğini oluşturur ve sıcak kırılganlığa yol açar.
Hidrojen gevrekliği adıyla bilinen hidrojenin kötü etkileri son yıllarda çeliklerde 1 ppm (milyonda bir) altında olacak şekilde tasarlanmalarını gerekli kılmıştır. Hidrojen miktarının artışı ile birlikte malzeme sünekliği şiddetli bir şekilde düşmektedir. Bu yüzden yüksek mukavemetli ve diğer özel çeliklerin üretiminde hidrojen miktarının önemi dolayısı ile hidrojen giderici etkinlikler (vakumlu ergitme, koruyucu ortamlarda döküm, gaz giderme, pota metalürjisi gibi) geniş çapta uygulanır olmuşlardır.
Temiz çelik ve temiz olmayan çelik kıyaslanacak olursa, çelik temizliğinin birçok faydası olduğu görülecektir. Temiz olmayan çeliklerin yorulma ve pullanma dayanımları temiz çeliklere göre daha düşüktür. Temiz olmayan çeliklerde akma sınırları ve çekme dayanımları yöne bağlı olarak fazla değişmezken süneklikleri, toklukları ve yorulma dayanımları değişmektedir. Boylamasına kopma uzamaları, kopma büzülmeleri, toklukları ve yorulma dayanımları enlemesinden daha fazla olmaktadır.
Çelik temizliği yapıldığında, çentik darbe tokluğu özelliklerinde iyileşme olmaktadır. Fakat çeliğin talaşlı işleme özelliği ile temizliği arasında ilişki kurmak zordur. Çünkü MnS çeliğin işlenmesi kolaylaştırırken, silisyum ve alüminyum bileşikleri işlemeyi zorlaştırır.
Çelik içerisindeki kalıntı bileşiklerin büyük boyutlu olması, çeliğin yüzey işleme kalitesini, boyanabilirliğini ve kaplama özelliğini kötüleştirir. Çeliğin içerisine kalsiyum ve titanyum katılması, büyük boyutlu kalıntı bileşik sayısını azaltarak, kalıntı bileşiklerin yuvarlak oluşmasını ve homojen dağılmasını sağlar, yöne bağımlılığı azaltır.
Çelik üretim sürecinde Al ile deokside edilmiş çeliklerde bulunan en temel kalıntılar Al
2O
3 ve MnS kalıntılarıdır. Bu kalıntılar nihai ürünün mekanik ve fiziksel özelliklerinin bozulmasına sebep olurlar. Ayrıca şekillendirme ve kaynak işlemi sırasında çatlak oluşumuna ve kırılmaya yol açabilirler. Uygulanan kalsiyum işlemi ile çeliğin mekanik ve fiziksel özelliklerine olumsuz etki edebilecek kalıntıların azaltılması ve modifiye edilerek zararsız hale dönüştürülmesi mümkündür. Kalsiyum işleminde ideal koşullar oluşturulamadığı takdirde çelik temizliğinin arttırılmasının aksine çelik kirliliğinde bir artış olacaktır. Temiz çelik elde edebilmek için yapıdaki kalıntıların azaltılması ve modifiye edilerek zararsız kalıntılara dönüştürülmesi gerekmektedir.
