Dünya avucumuzun içinde..

Transkript

1

2 global warming by *alittlewillis on deviantart Dünya avucumuzun içinde.. 2

3 Güneşten gelen radyasyon Uzaya geri dönen İnfrared radyasyon Yansıyan radyasyon Absorpsiyon ve emite edilen radyasyon sonucu yüzeyin ve troposferin ısınması Güneşten gelmeyen radyasyon Radyasyon absorbu ve ısınma 3

4 Küresel Isınma 2100 yılına kadar Dünyanın yüzey sıcaklığı o C artacak Deniz seviyesi metre yükselecek Çok yoğun yağışlar ve şiddetli kuraklı olacak Kar ve buzullar azalacak Biyolojik sistemlerde yıkıcı değişiklikler olacak 4

5 5 Image source: NASA.(Note, values shown represent Carbon Gigatons being absorbed and released)

6 6

7 7

8 Dünyada doğal karbon döngüsüne ek olarak insan aktiviteleri, fosil yakıtlar, ormansızlaşma atmosfere karbondioksit salar Kömürün, taşımacılık, ısınma, yemek, elektrik ve üretim için yakılması doğal karbon salınımından daha hızlı atmosferi kirletir ve atmosferik karbondioksit konsantrasyonunu arttırır. Tarım için ormanların takas olunması, canlı kütleden atmosfere karbon transfer eder Sonuç olarak insanoğlu atmosfere ekstra karbondioksit salınımı yaparak atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonunu arttırır. Bütün bu sebeplerden dolayı CO2 artışı son yarım milyon yıl öncesinden ve belki de daha eski çağlardaki değerinden daha yüksek durumdadır. The Carbon Cycle; The Human Role, Earth Observatory, NASA 8

9 Buzul çağlarında ve buzul çağları arasında yüzey suyu ph değişimi yıldır CO2 konsantrasyonu 9

10 Atmosferdeki yüksek oksijen miktarı okyanuslardaki karbondioksit oranını yükseltir. Yüksek miktarda karbondioksit çözünmesi asiditenin artmasına neden olur Okyanusta meydana gelen kimyasal değişmeler okyanus ekosisteminde yaşanan bitki ve hayvan gibi canlıların yaşamını olumsuz etkiler. 10

11 20 milyon yıldır okyanus suları, insanlar kömür ve petrol ürünleri yakmazdan evvel nispeten kararlıdır. Araştırmacıların açıklamalarına göre karbon emisyonu bu şekilde devam ederse : 2100 yılında okyanus asitidesi 2 katına çıkacaktır. 11

12 SULARDAKİ ISINMA 12

13 Kuzey kutbundaki deniz buzullarında azalma 13

14 Sebepleri Fosil yakıt kullanan güç santrallerindeki karbondioksit emisyonu Taşımacılıkta kullanılan fosil yakıtlardan karbondioksit emisyonu Metan emisyonu Ormansızlaşma Kimyasal gübrelerin kullanımının artması Sonuçları: Deniz seviyesinin yükselmesi Yaygın türlerin yok oluşu Mercan resiflerinin yok oluşu Daha öldürücü kuraklık ve fırtınaların ortaya çıkması 14

15 Malzeme ve Atık Yönetimi Malzeme Yönetimi; kendi yaşam döngüsü boyunca kaynakları en verimli ve sürdürülebilir olarak kullanmak Kullanılan Malzeme ile ilgili tüm çevresel etkileri en aza indirmek, anlamına gelir Atık Yönetimi/malzeme Yönetimi azaltma Sıfır atık sıfır emisyon değiştirme değiştirme Atık çıkışını azaltmak Malzeme Proseslerini değiştirmek Ürün dizayn ve üretimini değiştirmek Dağıtım Satış ve kullanım From EPA, Opportunities to Reduce Greenhouse Gas Emissions through Materials and Land Management Practices 15

16 16

17 17

18 Neden çelik İLK DEMİR EŞYA KULLANIMI M.Ö 4000 YILLARINDA SÜMER VE MISIRLILARA DAYANIR ( güney/batı-güney/orta asya)

19 19

20 Neden çelik Fiyatı Hurda Geri dönüşüm Hammadde üretimi üretim kullanım Son kullanım 20

21 Geri dönüşüm neden önemlidir? Cevher yerine Hurdadan çelik üretimi için %75 daha az enerji 1 kg geri dönüşmüş çelik =2 kg emisyondan tasarruf Geri dönüştürülmüş çelik cevherden üretilen çelik kadar dayanıklı ve mukavimdir. Maalesef hurdadan üretime rağbet düşüktür. 21

22 Yaygın Kullanım Alanları/ TAŞIMACILIK Trenler, gemiler arabalar bisikletler ve diğer taşımacılık biçimleri çeliğin dayanımı ve çok farklı özellikleri ile ilişkilidir 22

23 /ENERJİ Çelik helyostatların sandviç yapılarının üretiminde kullanılır. Cam aynalar çelik bir saçla bağlanır. Elektro galvanizleme korozyona karşı korur. Çelik saçlarla aynaların yüzeylerinin birleştirilmesi aynalar kırıldığında bütünlüğün bozulmasını engeller. Çelik saçlar güneş ışınlarının fokuslanması için istenilen şekli kolaylıkla alabilir. Çelik rüzgar türbini için temel bir malzemedir. Kuleler, dişliler, miller, mil yatakları, şaftlar, kutular ve diğer çelikten üretilir 23

24 Rüzgar türbini ömrü süresince üretiminde kullanılan enerjiden 80 kez daha fazla enerji verir. Uygun bir yere kurulduğunda 20 yılda 3 megawattlık bir rüzgar türbini MWh enerji üretebilir. Buda kömür yakıtlı bir enerji santralinin ton CO2 emisyonunu engellemiş olur. Tidal (med/cezir) türbininin ana bileşenleri çelik kazıklardır. Yüzeyi kaplanmış çeliklerin deniz ortamında ömrü 40 yıldan fazladır. 24

25 Su yaşamın tüm formları için vazgeçilmezdir. Dünyanın %70 i sularla kaplıdır. Fakat ancak %1 içilebilir kalitededir. İnsanoğlu için su kaynaklarına ulaşmak kritik bir mücadeledir. Çelik bu değerli kaynağı taşımamızda ve insanlara ulaştırmamızda önemli derecede yardımcı olur. 25

26 SU 26

27 Çelik binalar barınma için artan nüfus problemine karşı en uygun çözümdür. Günümüzde barınma çözümlerinin insan nüfusuna yeterli ve geri dönüştürülebilir olması gerekir. Yusufkaya88tr.com Enerji tasarrufu Bir binanın ömrü boyunca enerjinin büyük kısmı aydınlanma ve ısınmaya gitmektedir. Bir binayı soğutmak, ısıtmak ya da aydınlatmadan daha fazla enerji gerektirir. İyi bir dizayn enerji kullanımı en aza indirir, bu yüzden binalar çelikten yapılmalıdır. Kaplama ile binaları yazın soğuk kışın 27 sıcak tutulabilir.

28 Ultra yüksek mukavemetli çelikler ile daha ince krişler, daha geniş hacimler Işık ve havalandırma için geniş pencereler UHSS ile daha az enerji ve sera gazı emisyonu Daha az malzeme Hafif ve az malzeme, daha düşük emisyon demektir. Çelik binalar çevreye daha az zararlı organizma saldırılarına maruz kalmaz. Çelik suya ve yangına karşı daha yüksek koruma sağlar. Daha yüksek dayanım Birçok çelik malzeme 40 ila 100 yıl ömre sahiptir. Çelik yapı elemanları geri dönüşür Depreme Karşı dayanıklıdır 28

29 Modern paketleme ürünleri korumadan daha fazla özelliğe sahip ve etkili olmalıdır. Çelik eşsiz şekil alabilme özelliğiyle paketleme için uygun çözümdür Flat-pack sistem Parçaları sonradan birleştirilen eşyalar Flat pack ile çelik eşyaların paketlenmesi yeni bir yaklaşımdır. Robotlar ile yassı saçtan sandalye, lamba ve raf sistemleri Basitlik anahtar kelimedir. Ürünler kolay depolanır ve taşınır. Bir araç bir kerede birçok ürün taşıyabilir ve böylelikle enerji tasarrufu yapılır 29

30 Ambalaj teknolojisinde yeni gelişmeler Çelik firmaları ürünleri geliştirmek için uğraşmaktadırlar. Geçmişte çelik konserveler aynı tipti ve üzerlerinde kağıttan etiketler vardı ve açmak oldukça zordu. Günümüzde çelik yüzeyine yazabiliniyor, Yeni tekniklerle istedikleri şekillerde ürün Açma mekanizmaları da oldukça gelişmiştir. Luis De Garrido tarafından geliştirilen R4 tipi konsept evler eski konteynırların tekrar kullanılmasını temel almaktadır. 30

31 Pahalı veteriner ürünlerine ve temizlik ürünlerine ihtiyacın azalması suların daha temiz ve daha sağlıklı balıkların yetişmesini sağlar. Gelişmiş ülkelerde bugün tarım için %3 ten daha az bir iş gücü gerekmekte. 100 yıl önce ise % 75 iş gücü gerekirdi. Çelik tarım endüstirisini güçlendirmiştir. Balık üretimi Suyun küflenmesi somon balık çiftliklerinde yumurtaların kuluçkadan çıkmasını engeller. Bu problemle savaşmak için Japonya daki tel üreticileri antibakteriyel kaplamalar geliştirmişlerdir. Teller örülmeden önce antibakteriyel kaplama yapılır. 31

32 DİKEY TARIM ALANLARI TARIM Yeni yakıt türleri Verimli tarım ekipmanları Hafif ve güçlü çelikler tarım ekipmanlarının yakıt ihtiyacını azaltır. Şehir Tarımcılığı Bir şehir besleyecek yiyeceklerin taşınması sırasındaki sera gazı emisyonu oldukça yüksek miktardadır. Bunu aşmak için bir öneri şehirde dikey tarım alanları inşa etmektir. Bu tarım alanı içinde ofislerin bulunduğu normal bir yapıdır. 32

33 Taşıtların çevreye zararlı etkileri göz ardı edilemez. Bir motorlu taşıt, çevre dostu, güvenli, hafif, ekonomik, geri dönüşebilir malzemeler ile üretilmelidir. Çelik bize bütün bu avantajları sunar. AHSS Günümüz araçlarının büyük bir kısmı çeliktir. Çok yüksek mukavemet ve aynı anda çok kolay şekillendirilebilirlik, çeliğin en büyük avantajıdır. Yüksek mukavemete karşın, üstün şekillendirilebilirlik, ağırlıktan kazanç sağlar. Dünya çelik üreticileri, sera gazı emisyonu diğer malzemelerin üretimi sırasında çıkanlardan daha az olduğunu belirtmiştir. 33

34 Çelik insan iletişiminde tamamlayıcıdır. İletişimin bütün çeşitlerinde örmeğin tükenmez kalemlerden uydulara kadar bir çok alanda kullanılır. Çelik, radyo teleskoplarında geniş ölçüde kullanılır. Çelik bu tür yapıların çok kısa sürede inşasını sağlar Radyo, televizyon ve cep telefonu iletim kuleleri çeliktir. Çeliğin dayanımı ve esnekliği büyük yapıların ucuz ve kısa sürede kurulmasına olanak sağlar 34

35 Cep telefonları Telefon bağlantıları enjeksiyon kalıplama ile paslanmaz çelikten üretilir. Paslanmaz çelik telefon gövdesi için en ideal malzemedir ve geri dönüşümünde özelliğini kaybetmez. Sert oluşu kaplama gerektirmez ve uzun ömür sağlar. Cep telefonları %90 ın üzerinde geri dönüşebilir ve yeni ürünler için girdi olarak kullanılabilir. 35

36 36

37 Dünya Çelik Üretimi/2014 (milyonton) Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Total Austria Belgium e Bulgaria e 50 e 55 e 621 Croatia e 159 Czech Republic Finland France Germany Greece e 998 Hungary Italy Luxembourg e Netherlands Poland e Slovakia Slovenia Spain Sweden United Kingdom Other EU 405 e 360 e 458 e 429 e 319 e 449 e 467 e 387 e 491 e 507 e 488 e 450 e European Union (28) Bosnia-Herzegovina Macedonia Norway e 595 Serbia Turkey Other Europe

38 Dünya Çelik Üretimi/

39 Dünya Çelik Üretimi/2014 Iran Qatar e Saudi Arabia United Arab Emirates Middle East China e e India Japan South Korea Taiwan, China e Asia Australia New Zealand Oceania Total 65 countries Dünya çelik Üretimi Toplam: 1Milyon 636 bin 960 ton 39

40 Dünya Ham Metal Üretimi 40

41 Dünya Metal Üretimi 2012 yılı toplam üretim Çelik Bakır Primer Alüminyum Alümina Çinko Nikel Kurşun (bin ton) (bin ton) 48.5(bin ton) 103.2(bin ton) 13.08(bin ton) 1.83 (bin ton) 4.52(bin ton) 41

42 Dünya Alüminyum Üretimi Primer Alüminyum Üretimi (milyon Ton) 1. Bölge: Africa Bölge: North America Bölge: South America Bölge 4/5: Asia /A Bölge: West Europa /B Bölge: East/central Europa Bölge: Oceania 8. Bölge: GAC/Gulf Re Toplam:

43 Türkiye Çelik Haritası 43

44 Türkiye Çelik Üretimi 2014 Toplam ham demir üretimi 34 milyon ton İhracat(2014): 17.5 milyon ton/13.2 milyar dolar İthalat(2013): milyon ton/ milyar dolar seviyesinde gerçekleşti. 44

45 Çelik Türleri Kullanılan 1928 çelik türü 21'i alaşımsız temel çelikler. 335'i alaşımsız kaliteli çelikler. 98'i alaşımlı kaliteli çelikler. 159'u alaşımsız asil çelikler. 1315'i alaşımlı asil çeliklerdir. "TOKYO SKY TREE JFE 630N/mm2 High strength steel tubes (φ1200x60) support Gain Tower of TST 45

46 46

47 (Advanced High Strength Steels(AHSS) YÜKSEK MUKAVEMET 600 MPA çekme mukavemeti YÜKSEK ŞEKİLENDİRİLEBİLİRLİK YÜKSEK TOKLUK 47

48 Çelik ve otomotiv mühendisleri BİR OTOMOBİLDE konvensiyonel çelikleri AHSS lerle değiştirdiklerinde gövdede %17-25, toplamda % 9 lik iyileştirme yapmıştır. %25 gövde yapısında azalma %9 araç ağırlığında azalma % 5.1 yakıt tüketimini azaltır. % 5.7 sera gazı yaşam döngüsü emisyonlarını azaltır. 1 kg AHSS 8 kg green Hause gazlarında tasarruf sağlar 48

49 Süper hafif araba 1500 kg ağırlığında 200 beygir gücünde bir aracın güç- ağırlık ortalaması 7,5 dur. Yani her 7,5 kg lık yük için 1 HP (beygir gücü) gereklidir. Ağırlık azaltmak gerçekten güçtür ve her şeyi değiştirir. Güç/ağırlık ortalaması 7,5 olan bir araçta ağırlıktan 25 kg lık azaltma aynı zamanda 3 1/3 beygir gücünde artışa neden olur chrysler 49

50 Ağırlık azaltımı daha az çelik demektir ve çelik üretiminde daha az karbon emisyonu demeketir. Ağırlıkta %10 azalma, 8.2% Yakıttan tasarruf sağlar Her 1 kg AHSS 8 kg karbon emisyonunu engeller. 50

51 Amaç: yüksek performanslı düşük maliyetli malzemeler üretmek 51

52 AHSS lerle rekabet eden Alüminyum ve Magnezyumdur. Alüminyum ve magnezyumun üretimi sırasında AHSS üretiminden farklı olarak CO2 den daha da etkili olan PFC perfulorakarbon ve sülfür hekzaflorid molekülleri salınır. 52

53 53

54 Hafif Çelik/Advanced High Strength Steels(AHSS) Birinci Jenerasyon AHSS şekillendirebilirliklerinin geliştirilmesi gerekir İkinci Jenerasyon AHSS=> piyasada daha geniş üretim ve pazarlama alanı Üçüncü Jenerasyon AHSS=>metodolijinin geliştirilmesi gerekir. 54

55 Daha Hafif Çelik Geleneksel Yüksek Mukavemetli Çelikler(HSS) İleri Yüksek Mukavemetli Çelikler(AHSS) Dual phase steels (DP) Transformation induced plasticity steels (TRIP) Complex phase steels (CP) Martensitic steels (MS) Ferritic-Bainitic steels (FB) Twinning induced plasticity steels (TWIP)(ikizlenme plastisite etkili çelikler) Sıcak şekillendirilmiş Çelikler(HF) Post-forming ısıl işlem yapılabilir Çelikler (PFHT) 55

56 ÜRÜN GELİŞTİRME PRENSİBİ Temel prensipler diğer metalik malzemelerle aynıdır. Katı eriyik sertleştirmesi (Solid Solution Strengthening) C, Mn, Si, P Solute C for bake-hardening steels Çökelti sertleştirmesi(precipitation Strengthening) Carbides, Nitrides (Nb, Ti, V etc.) Grain Refinement σlys= σ0 + K d-1/2 Faz Dönüşümü(Phase Transformation) Single, Dual-phase, Multi-phase, TRIP 56

57 Neden AHSS 57

58 TRIP (transformation induced plastisity) TRIP ferrit matris içinde beynit ve kalıntı ostenitten oluşur. TRIP çeliklerinde mikroyapı hacimce %65 ferrit ( ), %20 beynit (B) ve %15 kalıntı ostenitten ( R) oluşmaktadır. Kalıntı Ostenit deformasyon sırasında martensite dönüşebilir.. Yüksek uzama değerlerinde mükemmel şekillenebilirlik yüksek darbe enerjisi absorblama uzun yorulma ömrü 1 0,18-0,21 C Mn Si Al P Fe 1,41 0,02-0,32 Bal. -1,56 1,07-1,73 0,017-0,024 58

59 59

60 Çift fazlı çelikler, iyi şekillenme kabiliyetine sahip ferritik ana yapı içinde martensitik adacıklar içeren bir mikro yapıya sahip HSLA çeliklerin yeni bir sınıfı olarak nitelendirilirler. Burada üzerinde durulması gereken, aynı mukavemet seviyesindeki HSLA çeliklerine oranla daha üstün süneklik göstermeleridir Genel olarak max.%0.2c, 1.5 Mn, max.0.5 Si içermekle birlikte Cr, Mo,Nb, V ve N içerebilirler. 60

61 Ürün Akma Mukave meti [MPa] Çekme Mukave meti [MPa] Uzama [%] n değeri BH artış miktarı DP ,16 30 DP ,15 30 DP ,14 30 DP ,13 30 DP ,

62 Kompleks fazlı çeliklerde ince ferrit yapısı ve yüksek oranda martensit ve beynit gibi sert fazlar mevcuttur. Niyobyum, titanyum veya vanadyumun karbonlu veya azotlu çok ince çökeltileri (karbür veya karbonitrür) ile mukavemetleri arttırılır. Genel kimyasal bileşimlerinde max.%0.2c, %2Mn, %1Cr ve Nb,Ti elementleri bulunur. 1. Çok düşük kükürt içeriği nedeni ile çok iyi soğuk şekillendirilebilir. 2. Ti ve Nb mikro alaşımlarda elementlerin toplamı 0,2 % olmalıdır. 62

63 Mertensitik ÇELİKLER: C 0.25 Ağ.% Martensitik matris Mukavemet artışı o faz dönüşümü okatı eriyik sertleştirmesi Ultra Yüksek mukavemet/ düşük şekillendirilebilirlik o çekme mukavemeti o akma mukavemeti o %5 toplam uzama 63

64 Yeni malzemelerin ortaya çıkarılması: Mevcut malzemelerin iyileştirilmesi; Müşteri beklentisi(dizayn, performans, korozyon, düşük maliyetli kullanım, yakıt tasarrufu vb.) Diğer gereklilikler (emisyon, çevresel düzenlemeler, kaza güvenliği..) Bu faktörler son yıllarda çok daha yüksek mukavemetli fakat aynı zamanda yüksek şekil alma kabiliyetine sahip çeliklerin geliştirilmesine yol açmıştır. 64

65 TWIP çelikleri genelde yüksek miktarda Mangan (Mn) içerir. Bunun yanı sıra alüminyum (Al), silisyum (Si), karbon (C) gibi alaşım elementleri katılarak mekanik özelliklerin kontrolü sağlanır. Bu tip çelikler plastik şekil vermeden sonra oluşan yüksek ikiz miktarıyla birlikte tek fazlı östenitik bir yapıya sahiptir. Yapıya yüksek mukavemeti kazandıran bu ikiz sınırlarının dislokasyon hareketini önleyici rol üstlenmeleridir. 65

66 Östenitik yapıdaki çelikler, sürekli plastik deformasyon altında alfa prime veya gamadan epsilon martensit oluşumu gibi faz dönüşümlerine uğrayabilirler. γ(östenit) => ɛ(hcp - martensit) ve α (bcc - martensit) TWIP etkisi: Malzemenin deformasyonu sırasında mekanik yükler altında büyük boyutlu ikiz oluşumuna bağlı olarak mekanik özelliklerin geliştirilmesi 66

67 TWIP çeliğinin mikroyapısı: (a) Deformasyon yok, (b) 18% (c) 26%, (d) 34% deformasyon C max Si+Al max Mn max S max P max

68 % Mn, % 9-12 Al ve % 0,7 1,2C içerirler. Mikroyapıları östenitik Fe(Mn, Al, C) matriste nano boyutlu ince disperse olmuş (Fe,Mn) 3 AlC karbürlerinden ve Fe(Al,Mn) ferrit tanelerinden oluşmaktadır. Gibs serbest enerjileri 1757 J/mol ve serbest yığın enerjileri yaklaşık 110 mj/m 2 dir. Yoğunlukları 6,5 7 g/cm 3 arasında değişmektedir Mpa mukavemet, % 60 a yakın uzama değerlerine sahiptirler. 68

69 Dublex ve Triplex çelikleri genel olarak Fe-Mn-Al-C dörtlü alaşım sisteminin oluşturduğu alaşımlardır. Özel kimyasal bileşimleri, mikroyapı ve mekanik özellikleri ile bu çelikler geleneksel derin çekilebilir çeliklere göre çok üstün mukavemet özellikleri, korozyon dayanımları, yüksek süneklik % 15 e varan ağırlık düşüşü sağlamaktadırlar. Bu çelikler östenit, ferrit ve nano boyutta çökeltilmiş (Fe, Mn) 3 AlC κ-karbürleri içeren üçlü bir mikroyapı 69

70 70

71 TÜBİTAK MAM DA AHSS Çift fazlı çelikler Martensitik çelikler TWIP çelikleri araştırma ve geliştirilmesi Zırh çelikleri Bu kapsamda alaşım geliştirme, sıcak/soğuk hadde/ısıl işlem ve kaplama çalışmaları 71

72 72