MMT209 Çeliklerde Malzeme Bilimi ve Son Gelişmeler 1 Çeliklerin ekonomik önemi Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir 2013-2014 Güz Yarıyılı
Demir alaşımları Çelik: Dökme demir: - Tanım olarak içerisinde diğer elementlere göre daha fazla demir içeren malzeme grubudur. - Alaşım elementi olarak en fazla kütle-% 2 C içerir. - Sıcak şekillendirmeye uygun - Tanım olarak içerisinde daha çok demir içeren malzeme grubudur. - Alaşım elementi olarak kütle-% 2 den fazla C içerir. - Dökümle üretilmeye uygun Çelik üretimi ile ilgili terimler Ham demir: - Çelik üretiminin girdisi olan sıvı haldeki çeliktir. - Yaklaşık olarak kütle-% 4 C içerir. - İstenmeyen katışkı elementleri barındırır Sünger demir: - Ergitme yapılmadan indirgenmiş katı haldeki demir cevheri - Metal miktarı %80-95 Alaşım elementleri: - Karbon, Mangan, Silisyum, Nikel, Krom, Aluminyum, Niyobyum, Titanyum, Vanadyum, Molibden gibi - Bir çeliğin içerisinde birden çok alaşım elementi vardır. Çeliklerin isimleri bu alaşım elementleri ile belirlenir (18CrNiMo7-6 gibi). 2 Demir-Çeliğe Giriş
Kaynak: Bargel, 2005 3 Yer kabuğunda bulunan elementler
Demirin dünya üzerindeki dağılımını inceleyecek olursak, yer kabuğunun % 5 i demirdir. Dünyanın iç çekirdeği ise neredeyse tamamen demirdir (2400 km). Dış çekirdekte hem demir hem de nikel bulunur (2200 km). Bu oluşumun 4.5 milyar yıl önce bir meteor çarpması ile gerçekleştiği ve radyoaktif enerji ile dünyanın tamamen ergidiği sanılmaktadır. Soğuma ile birlikte ağır metaller merkeze doğru batmışlardır. Demir yaratılışı bakımından da ilginçtir. Demirden hafif olan elementler, yıldızlarda kendisinden daha hafif elementlerin birleşmesi ve ortaya enerji açığa çıkması ile oluşur (Füzyon). Örneğin güneşte 4 hidrojen birleşerek bir helyum oluştururken ortaya muazzam bir enerji ortaya çıkmaktadır. Demirden ağır elementler ise tam tersi şekilde parçalanarak ve yine enerji açığa çıkararak oluşurlar (Fizyon). Ancak enerji olarak demir en kararlı elementtir. Bu nedenle bolca bulunur. Demir Cevherleri Kaynak: http://www.geosci.ipfw.edu 4
1000 6 e l s t l p r o u t, 1 0 t Dünya çelik üretimi, Milyon ton Çekiç & örs Şekillendirme Duo-, trio-,quattrorolling stands Universal haddeleme Sürekli haddeleme hattı Mekanik şahmerdan Buharlı şahmerdan Dövme presi 900 800 700 Çelik üretimi Oksitleyici ateş Bessemer-fırını (asit hattı) Puddle furnace Crucible furnace Elektrik fırını Siemens-Martinfırını Thomas konventeri (basic lining) Ingot çelik Vakum prosesi Sürekli döküm Oksijen konventörü İnce plaka dökümü 600 500 400 300 Demir ocağı atesi Demirci ocağı Odun kömürü Yüksek fırın Kok kömürü Yüksek fırın Pik dökme demir Dökme demir Kupol fırını Elekrik dikey fırını 4000 yıl boyunca dünya çelik üretimindeki gelişmeler Kısa baca fırını 28,1 2000 M.Ö. 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1850 1880 1900 4,25 1950 1970 2000 200 100 Kaynak: Verlag Stahleisen GmbH, Stahlfibel, 1999 / IISI 5
En çok kullanılan malzemeler Kaynak: Ross, Maile, 2008 6
Metaller sıcak ve soğuk haddelenmiş yassı ürünler Değer diyagramı Kaynak: Bleck, 2008 7
Çeliğin diğer malzemelere göre bulunduğu yer Kaynak: HÜTTE Springer-Verlag, 1996 8
Dünya çelik rakamlarına genel bakış Kaynak: www.worldsteel.org 9
Dünya çelik rakamlarına genel bakış Kaynak: www.worldsteel.org 10
Entegre çelik tesisi Kaynak: www.worldsteel.org 11
Çelik üretimi Kaynak: www.worldsteel.org 12
Çelik kullanılan sektörler ve payları Kaynak: www.worldsteel.org 13
Dünya Weltstahlproduktion, çelik üretimi, 10 6 t 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Yıllık üretim 2000/2001 önemli malzemeler, 10 6 t: Çimento 1,643 Çelik 847 Kağıt ve Karton 323 Plastik 181 Cam 100 Aluminyum 24 2010 1.414 Milyon t 2nd oilcrisis 1st oilcrisis actual production averaged production 0 1900 1920 1940 1960 1980 2000 Jahre Yıl Kaynak: Wirtschaftsvereinigung Stahl: Statistisches Jahrbuch der Stahlindustrie 2000/2001 / IISI Çeliğin üretiminin değişimi 14
Buhar gücü Demiryolu Elektroteknik Petrokimya Bilgisayar Pamuk Çelik Kimya Otomotiv teknolojisi P: Refah, R:Durgunluk, D: Depresyon, E:Toparlanma Dalgalama Eğrileri Kaynak: Bleck, 2008 15
Çelik fiyat indeksi Kaynak: http://stahlbroker.de 16
Nikel fiyatı, Kaynak:: http://www.finanzen.net/ 17
215 (2011) Kaynak: Wiesinger, Steel Times 8/2000 18 Kişi başına düşen çelik tüketimi
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac xy İlgili alaşım elementleri Kaynak: Bleck, 2008 19 Demir ve ilgili alaşım elementleri
Alaşım elementi miktarı, kütle-% Cr 0.01 0.1 1 10 100 QT steels tool steels stainless steels IF steels Ti B IF steels HSLA steels fine grain steels bainitic steels 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 Alaşım elementi miktarı, ppm Alaşım elementlerine örnekler Kaynak: Bleck, 2008 20
Demir genel olarak iki farklı kafes yapısına sahiptir. Hacim merkezli kübik (hmk) Yüzey merkezli kübik (ymk) 1958 yılında Brüksel de inşa edilen Atomium binası yaklaşık 100 m yüksekliğindedir. Yapı demirin hmk yapısının modeline göre tasarlanmıştır. 21 Demirin kristal kafes yapısı
hmk ymk Kaynak: Bargel, 2005 22 Demirin kristal kafes yapısı
Sıcaklık Sıvı demir d-hmk 1536 C g-ymk 1392 C a-hmk 911 C 769 C Zaman Çeliklerde faz dönüşümleri Kaynak: Bleck, 2008 23
Sıcaklık g A 3 a Zaman Çeliklerde faz dönüşümleri Kaynak: Bleck, 2008 24
Temperature g T 1 : T 2 : T 3 100 :10 :1 A 3 T T 2 T 3 1 Martensite Pearlite Time Ferrite+ Cementite Çeliklerde mikroyapılar Kaynak: Bleck, 2008 25
Derse Devam Aktif Katılım Lise Üniversite Sorular Sorun 26 Öğrencilerden Beklenenler