Siemens-Martin Yöntemi
Siemens-Martin yöntemi gemilerde kullanılan çeliklerin yapımında senelerce
kullanılmıştır. Oksitleme ve gerekebilecek olan eritme siemens-martin ocağının tekne
şeklindeki haznesinde gerçekleştirilir. Rejeneratif yakma sistemiyle çok yüksek sıcaklıklara
ulaşılabilir. Bu sistemde baca gazları ısısından faydalanılarak ön ısıtılan hava ve yanıcı gaz
ayrı kanallardan üflenerek ocak şarjı üzerinde alev oluşturur. Oksitleme süresi diğer
yöntemlerden oldukça uzundur. En önemli olay karbonun CO gazına dönüşmesidir.
Yükselen gaz kabarcıkları yani kaynama olayı sayesinde banyo iyice karışır. Tüm eriyik
içinde oksitleme reaksiyonu homojen bir hâl alır.
Ham madde olarak katı veya sıvı pik demir ile hurda kullanılır. Pik demir içindeki
karbon hurdada bulunan demir oksitleri (pas, tuval) indirger. Isı dıştan verildiği için
karışımdaki hurda miktarı yüksek tutulabilir. Çeliğin kalitesi de eritilen hurda miktarına
doğrudan bağlıdır. Bu nedenle yüksek kaliteli çelik imalatında haddehane artıkları veya
yüksek kaliteli diğer hurdalardan yararlanılabilir.
Üstten ısıtılan ve sıcak olan cürufun reaksiyon kabiliyeti çok yüksektir. Bu yüzden
bazik karakterli ocaklarda çok düşük fosfor (% 0,02), kükürt (% 0,03) ve azot oranları elde
edilebilir. Hurdadaki alaşım elementleri sıvı metalde kolaylıkla çözülebilir. Uzun oksitleme
süresi bileşimin çok hassas sağlanmasına olanak tanır. Dış kaynaklı ısıtmadan dolayı eriyiğin
donması söz konusu değildir. Alaşım elementleri oksitlenmeden sonrada katılabilir
Thomas Yöntemi
Siemens-Martin yöntemine göre daha yeni olan bu yöntemde reaksiyon hızının
artırılmasında oksijen kullanılır.
Oksitleme bazik astarlı konvektörlerde yapılır. Bu yüzden fosforca zengin olan pik
demirden çelik üretilmesi mümkün olur. Gereken hava konverterin çok sayıda kanal içeren
tabanından sıvı pik üzerine üflenir. Bu yöntemde sadece silisyum ve mangan değil karbonda
fosfordan önce yandığından istenen karbon miktarı oksitlenmeden sonra ferro mangan veya
spiegel katılarak sağlanabilir.
Thomas çeliğinde fosfor ve azot miktarları oldukça yüksektir. Fosfor ve azot
gevrekleşmeye neden olduğu için “Thomas” çeliğinin üretimi Almanya’da büyük ölçüde
durdurulmuştur. Thomas çeliğinin kullanıldığı sistemlere uygulanacak değişiklik veya tamir
işlemlerinde çok dikkatli davranılmalıdır. Thomas çeliğinde mekanik özelliklerle bağlantılı
olarak kaynak kabiliyeti de oldukça kötüdür.
Oksijen Üfleme Yöntemi
Avusturya’da ilk kez 1949’da endüstriyel ölçekte uygulanmıştır. Elde edilen çelikteki
azot miktarının çok az olmasını sağlayan saf oksijen su ile soğutulan bir borudan pik üzerine
üflenir. Oksijenin metale ilk rastladığı yerdeki büyük sıcaklık etkisiyle astarın tahrip
olmaması için üfleme Thomas konverterindeki gibi tabandan yapılmaz. Hava yerine oksijen
kullanımından gelen sıcaklık artışı “Thomas” yöntemindeki yanma sırasında değiştirir.
Fosfor karbondan önce yanar, böylece fosfor miktarı çok azalır. Banyoya % 25‘e kadar
hurda katılabilir. Bir diğer ekonomik üstünlükte pik türünün seçimindeki serbestliktir.
Oksijen üfleme yöntemiyle kaliteli, düşük katışıklı, kaynağa elverişli çelikler
ekonomik olarak üretililir. Bu yöntem günümüzde Siemens-Martin yönteminin yerini
almaktadır.
Elektrikli Yöntemler
Bu yöntemde gereken enerji, ark veya indüksiyon ile sağlanır. Yüksek alaşımlı
çeliklerin üretilmesi için;
Ocaktaki oksijen aktivitesi mümkün olduğu kadar düşük tutulmalıdır. Aksi
hâlde alaşım elementi de yanar.
Yüksek ocak sıcaklıklarına erişilebilmelidir. Böylece alaşım elementleri
banyoya daha kolay girer.
Bu koşullar ancak elektrikli eritme yöntemiyle sağlanabilir. Yakıttan dolayı katıkıların
artması sorunu yoktur. Gereken oksitleme işlemi demir cevheri veya oksijenle yapılır.
Yüksek dayanımlı ve yüksek alaşımlı çeliklerde özellikle yeterli tokluk bakımından
çözünmüş gaz miktarı çok az olmalıdır. Bu amaçla hidrojen ve azotun giderilmesi oksijene
göre çok daha zordur.
Eriyen elektrotlu ark yönteminde sürekli biçimde metal banyosuna doğru hareket
ettirilen çelik elektrot oluşturduğu elektrik arkıyla vakum altında eritilir. Gaz veya sıvı
hâldeki reaksiyon ürünleri bu ortamda çeliği daha kolay terk eder. Kükürt ve fosfor ise
kimyasal olarak giderilir. Bu yöntemle elde edilen çeliklerin dinamik zorlamalara karşı
dayanımları ve çentik vurma toklukları oldukça iyidir.
Isıl İşlem
Gemi yapımında kullanılan çeliğin büyük bir bölümü haddelenmiş olarak piyasaya
sunulur. Bununla beraber geminin kritik bölgeleri için çentik mukavemeti yüksek olan
malzeme veya yüksek mukavemetli çelikler istendiğinde normalizasyon ısıl işlemi istenir. İç
yapının inceltilmesi çelik ölçülü oranlarda alüminyum veya diğer yapı inceltici elemanların
katkısıyla elde edilir. Tamamen öldürülmüş, ince taneli normalize edilmiş karbon çeliği
kontrollü bir kimyasal birleşme uygun olarak istenirse çentik darbe dayanımı yüksek olan
çelikler elde edilebilir. Su verme ve temperleme işlemleri ile daha sert ve yüksek
mukavemetli çelikler elde edilebilir fakat bu işlemler düşük alaşımlı veya alaşımsız çelikler
için kullanılır.
Levhalar
Levhalar üç tür işlemle elde edilmekte olup bunlar, kenar kesmeli levhalar, düz
haddelenen levhalar veya devamlı şerit hadde levhalarıdır.
Kenar kesmeli levhalar her iki yönde haddeleme özelliği taşımaktadır. Her iki yönde
haddeleme işlemine cross rolling adı verilir. Bitirme işlemleri arasında soğutma, düzeltme,
serme, damgalama, kesme ve kontrol bulunmaktadır. Bu türde yapılan çeliklerin genellikle
boyuna ve enine doğrultularda çok iyi çentik mukavemetleri vardır.
Düz haddelenen levhaların her iki yönde haddeleme işleminden geçirilmedikleri için
enine doğrultuda düşük uzama özelliği vardır. Bu tür çelik üreten fabrikalarda biri yatay
diğeri düşey doğrultuda iki adet hadde vardır. Düşey hadde silindiri yan kesme olmadan
levhanın enine boyutunu elde eder.
Devamlı şerit haddeleme işlemi daha çok ince ve geniş levhaların yapımında
kullanılır. Ara sıra kütükler devamlı şerit haddelemeye girmeden önce belirli bir derecede
her iki yönde haddeleme işleminden geçer. Bu durumda levhaların her iki doğrultudaki
nitelikleri kenar kesmeli ve devamlı şerit hadde işlemleri ile yapılan çeliklerinkinin
arasındadır.
Yüksek Mukavemetli Çelikler
İstenen mekanik özellikler ve kaynağa elverişlilik bakımından yüksek mukavemetli
çeliklerin seçimi büyük bir özenle yapılmalıdır. Yüksek mukavemetli çelik sacların
gemilerde kullanılması iki gruba ayrılabilir:
Akma sınırı 345 MPA =50.000 psi= 35,2 kg/mm² olan yüksek mukavemetli
karbon çelikleri
Akma sınırı 690 MPA =100.000 psi =70,4 kg/mm² ye kadar çıkan düşük
alaşımlı sulama yoluyla hızlı soğutulmuş ve temperlenmiş çelikler
Yüksek mukavemetli çelikler genelde şu durumlarda kullanılır:
Geminin çelik tekne ağırlığını azaltmak
Yüksek gerilmelerin oluştuğu bölgelerde çok kalın levhaların kullanılmasını
önlemek
Düşük alaşımlı nikel çelikleri alçak, bilhassa –57 derecenin altında sıcaklık isteyen
yerlerde üstün çentik mukavemetli oldukları için yüksek gerilmelerin olduğu yerlerde
kullanılır.
Çeliğin Çentik Sertliği Özellikleri ve Levha Kalınlığının Çentik
Dayanımına Etkisi
Malzemenin çentik sertliği veya çarpmalara dayanıklılığı, yük altındaki plastik şekil
değiştirmesinde yuttuğu enerji olarak tanımlanır. Malzemenin bu özelliği metalürjik veya
mekanik çatlamalar ya da çentiklerin oluşması esnasında ansızın çatlamaya karşın
dayanıklılığını artırır. Çatlamadan önce çok az veya hiç enerji plastik olarak yutulmamışsa
ve kopma yarık tipinde ise malzeme gevrek olarak tanımlanır. Çeliğin bu özelliği büyük
ölçüde sıcaklığa bağlı olduğundan dönüşüm sıcaklığı çentik sertliği için bir ölçüt olmuştur.
Gerçekte dönüşüm dar bir sıcaklık bölgesinde oluşur.
Çentik sertliğinin veya dayanımının ölçülmesi için parçaya çentik darbe deneyi
uygulanır.
Metalürjik bakımdan aynı gruptan veya dökümden bir çelik için daha kalın levhalar
ince levhalara göre çentik etkisine daha fazla duyarlıdır. Bu durum daha fazla çelik
fabrikasında haddeleme sırasındaki bitirme sıcaklılıklarındaki değişikliklere bağlıdır. Levha
kalınlığını 12,5 mm den 38 mm’ye artırmak bazı durumlarda çarpma dönüşüm sıcaklığını 10
ila 20 derece arasında yükseltir.
Belirli yerlerde, daha kalın levhalar için daha büyük çentik sertliği olan çelik kullanma
yoluyla bu kalınlık etkisi ortadan kaldırılabilir. Her şeye rağmen kalın levhaların
kullanılmasında yerleri neresi olursa olsun çok dikkatli davranmak gerekir.
Haddelenmiş Levhaların Yönsel Özellikleri, Soğuk
Şekillendirmenin Malzemeye Etkisi ve Yorulma
Levhalar haddelenirken iç yapı haddeleme yönünde uzar. Sonuç olarak boyuna alınan
deney parçalarının çentik vurma değerleri enine alınan deney parçalarınınkinden daha
yüksek bulunur. Bundan dolayı gemilerin kaplama saclarının sarılmasında levhaların baş ve
kıç yönlerinde boyuna olmasına dikkat edilmelidir. Böylece haddelemenin boyuna olduğu
yönde gelecek olan gerilmelere uygun hareket edilmiş olur.
Kalınlık boyunca yani levha yüzeyine dik yönde levhaların çentik sertliği daha azdır.
Buna ek olarak kalınlık yönünde levhanın kopma mukavemeti ve esnekliği azalmaktadır. Bu
nedenden levhaların kalınlığı yönünde yüksek kopma gerilmelerinin taşınmasını istemeyen
dizaynlar kullanılmalıdır.
Soğuk şekil vermede malzemede değişik hasarlar oluşturur. Birinci olarak flençleme
veya fazla şekil verme sonucu malzeme yüzeyinde çatlaklar vb. kusurlar oluşur. İkinci olarak
aşırı derecede soğuk şekil verilmiş parçalarda çentik dayanımında ve sertlikte düşme
gözlemlenir. Bazı çeliklerde gerilmelerin sürekliliği sonucunda ters bir etki oluşabilir ki
bunu da orta dereceli bir ısıtma hızlandırır.
Soğuk şekillendirmede çentik sertliğindeki azalma çelik yaklaşık olarak % 3‘ten fazla
gerildiği zaman ortaya çıkar. Karine döküm sacların veya şiyer-stringer döküm sacların
haddelenmesi sorun yaratmaz. Bununla beraber kalın sacların ufak yarıçaplara
haddelenmeleri çentik sertliğini etkiler.
Tekne çeliğinin zorlanma yaşlanması genellikle az görülen bir olay olmakla birlikte
buna karşın gerekli önlemler, “Bessemer” çeliği zorlanma sonucu yaşlanmada esnekliğinden
çok kaybettiği için bu tür çeliğin soğuk şekil verilmesi gerekli herhangi bir yapısal eleman
için kullanılmaması şeklinde algılanmalıdır. Bilhassa kalın levhalarda makasta kesilmiş
kenarların düzeltilmesi, buralardan herhangi bir çatlamanın başlaması olasılığını ortadan
kaldırır.
Geminin yapısında yorulmanın önemli bir unsur olduğuna dair pek az kanıt vardır.
Yüksek mukavemetli çeliklerin yorulma özelliklerinin normal mukavemetli çeliklerinkinden
daha fazla olmadığı bilinmektedir. Bu sebepten dolayı akma mukavemetinin artışından
dolayı yorulma mukavemetinde belirgin bir artış olmaz. Yüksek mukavemetli çelikleri
kullanan bazı dizaynlar akma noktaları karşılaştırılınca bazen pek ileri sayılmayabilir.
Bundan dolayı, yüksek mukavemetli çelikler kullanıldığında bazı kritik ayrıntıların
dizaynına gerekli önem verilmelidir.
Çelik Spesifikasyonları
Gemi konstrüksiyonuna ve kullanım bölümlerine göre farklı özellikler taşıyan çelikler
vardır.
Normal ve Yüksek Mukavemetli Çelikler
American Bureau of Shipping (ABS) ve American Society for Testing and Materials
(ASTM) tekne çelikleri için benzer kurallar çıkarmışlardır. Ülkemizde bu standartlar Türk
Loydu tarafından belirlenmektedir.
Not :
51 mm’den kalın olan saclar özel olarak onaylanmış spesifikasyonlara göre
yapılmalıdır.
Sintine dönümü, şiyer sacı, mukavemet güvertesi, ambar ağzı kenar sacı,
stringer levhası gibi yerlerde kurallarca özel malzemelerin kullanılması gerekli
hâller olabilir.
Gemi yarı boyunda tekne alt sacı (karine), şiyer sacı ve mukavemet güvertesi
sacı dışında 51 mm kalınlığa kadar kabul edilebilir.
Kurallara uygun bir double bottom uygulanmışsa sintine dönüm sacı için en
fazla 19 mm kabul edilebilir.
Akma sınırı 345–485 arasında olup çentik istekleri de belirlenmiştir. Bu
spesifikasyonda aynı zamanda ASTM A537‘ye benzer normalize edilmiş çelik türünü
kapsar. Düşük alaşımlı sulama yoluyla hızlı soğutulmuş ve menevişlenmiş HY80 ve HY100
çelikleri MIL-S–16216’da verilmiştir.
ABS ve Amerikan kıyı koruma örgütü (US Coast guard) sıvılaştırılmış petrol gazı
(LPG) ve sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) gibi sıvı gazların düşük sıcaklıklarda taşınmaları
13
için kurallar çıkarmıştır. Genel olarak birinci derecede yük tanklarında kullanılacak olan
çelik saclar için dört türlü servis sıcaklığı aralığı vardır.
0 ºC üzerindeki servis sıcaklıkları için ABS’in B ve D türü normal mukavemetli
saclar haddelendiği gibi kullanılabilir.
0 ºC ve -18 ºC arasındaki servis sıcaklıkları için ABS’in E ve CS türü çelik
saclar kullanılabilir.
-18 ºC ve -57 ºC arasındaki servis sıcaklıkları için kullanılacak çelik 5,5 ºC
çentik darbe deneyi isteklerine çalışma sıcaklığının altındaki derecelerde uygun
olmalıdır.
-57 ºC ve -196 ºC arasındaki sıcaklıklar için östenitik paslanmaz çelikler, nikel
alaşımlı çelikler veya alüminyum alaşımlı çeliklerin kullanılması istenir.
Çalışma sıcaklıklarına bağlı olarak nikel alaşımlı çeliklerde nikel oranı % 2,25–
9,0 arasında değişebilir. ASTM‘nin nikel yüzdesi 2,25 olan A203 türleri –62
ºC‘a kadar kullanılabilir. Nikel yüzdesi 9,0 olan A353 ve A553 türleri -196 ºC’
ye kadar kullanılabilir. Ana malzemenin kaynak metalinin ve ısı geçiş
bölgesinin çentik özellikleri belirlenen isteklere uygun olmalıdır.
-18 ºC’den düşük servis sıcaklıklarında her kaynak yönteminde kaynak metali, ergime
hattı, ısı geçiş bölgesi için darbe çentik deneylerinin yapılması istenir. Tekne yapısından ayrı
olarak yapılan ikinci derecedeki tanklarda bu tankların yakınlarındaki bölgelerde ve tekne
yapısında olan birinci derecedeki tanklarda daha düşük servis sıcaklıkları olduğu için
kullanılan tekne çeliğinin normal tekne çeliğine göre daha üstün çentik sertliği olan türdeki
çeliğin kullanılması istenir.
Gemi Yapımındaki Malzemelerin Seçilmesi ve Uygulanan Isıl
İşlemler
Gemi yapında çeşitli malzemeler kullanılmaktadır.
Malzemelerin Seçimi
Dizayner, normal servis koşullarında çatlamaya dayanacak malzemeleri seçmelidir.
Örneğin, değişik devamsızlıkların olduğu ve yüksek gerilimlere maruz kalan yerlerde daha
büyük çentik sertliğine sahip çelikler kullanmalıdır. Aynı şekilde normalden daha düşük
sıcaklıklara maruz kalan yerlerde çalışacak malzemelerinde çentik sertlikleri oldukça yüksek
olmalıdır.
Her ne kadar malzemelerin seçilmesi büyük ölçüde klaslama kuruluşlarının
(Ülkemizde Türk Loydu klaslama kuralları geçerlidir.) kurallarınca sınırlandırılmış olsa da
yapısal iş için kullanılacak çeliğin çok değişik türlerinin bulunabileceği düşünülmelidir. Bazı
türler kontrollü sıcaklık haddelemesi, yapı inceltmesi veya normalizasyon gibi yöntemlerin
kullanılması sonucu daha da belirginleştirir.
Gün geçtikçe artan bir oranda ticaret gemilerinin dış kaplamasında, güvertelerinde, baş
ve kıç direklerinde ve de yük donanımı direklerinde yüksek mukavemetli çelikler
kullanılmaktadır. Bu çeliklerin değişik tipleri, çok geniş bir alanda özellikleri değişen bir
şekilde haddelendikleri gibi normalize edilmiş olarak veya sulama yolu ile hızlı soğutulmuş
ve temperlenmiş durumlarda sunulmaktadır.
Kopma mukavemeti özelliklerine ek olarak çentik sertliği, yorulma ve kaynatılabilme
özellikleri çeliğin seçiminde belirli bir uygulama için önceden belirlenmelidir. Şüphesiz en
son onay klaslama kuruluşlarından alınmalıdır. Bazen bu kuruluşlar kullanılması düşünülen
çelik türünün kimyasal analizini, dizayn ve malzemenin (kaynak metalini de kapsayacak
şekilde) uygunluğunu gösterecek deneyleri veya her ikisini de isteyebilir.
Bazı durumlarda malzemelerin seçilmesi bilhassa özel kaynak yöntemlerinin ve
kaliteli kaynakçıların bulunabilmesine bağlıdır. Yüksek mukavemetli çeliklerin veya normal
mukavemetli çeliklerin kullanılması geniş ölçüde araçların elde edilebilmesine, malzemelere
ve işçiliğe bağlıdır. Herhangi bir hasar olduğunda çıkabilecek onarımların yapılabilmesi için
tekne üzerinde nerelerde yüksek mukavemetli çeliklerin sulama yoluyla hızlı soğutulmuş ve
temperlenmiş çeliklerin kullanıldığını gösteren resimlerin bulunması istenir. Bu resimlerle
birlikte malzemenin yapımında kullanılan yöntemler ve önerilen onarım yöntemleri de
verilmelidir.
Gemi inşası için kullanılan çelik parçaların dayanım, tokluk özellikleri ve tane
büyüklüklerini ayarlamak için şu yöntemler uygulanır.
Gün geçtikçe artan bir oranda ticaret gemilerinin dış kaplamasında, güvertelerinde, baş
ve kıç direklerinde ve de yük donanımı direklerinde yüksek mukavemetli çelikler
kullanılmaktadır. Bu çeliklerin değişik tipleri, çok geniş bir alanda özellikleri değişen bir
şekilde haddelendikleri gibi normalize edilmiş olarak veya sulama yolu ile hızlı soğutulmuş
ve temperlenmiş durumlarda sunulmaktadır.
Kopma mukavemeti özelliklerine ek olarak çentik sertliği, yorulma ve kaynatılabilme
özellikleri çeliğin seçiminde belirli bir uygulama için önceden belirlenmelidir. Şüphesiz en
son onay klaslama kuruluşlarından alınmalıdır. Bazen bu kuruluşlar kullanılması düşünülen
çelik türünün kimyasal analizini, dizayn ve malzemenin (kaynak metalini de kapsayacak
şekilde) uygunluğunu gösterecek deneyleri veya her ikisini de isteyebilir.
Bazı durumlarda malzemelerin seçilmesi bilhassa özel kaynak yöntemlerinin ve
kaliteli kaynakçıların bulunabilmesine bağlıdır. Yüksek mukavemetli çeliklerin veya normal
mukavemetli çeliklerin kullanılması geniş ölçüde araçların elde edilebilmesine, malzemelere
ve işçiliğe bağlıdır. Herhangi bir hasar olduğunda çıkabilecek onarımların yapılabilmesi için
tekne üzerinde nerelerde yüksek mukavemetli çeliklerin sulama yoluyla hızlı soğutulmuş ve
temperlenmiş çeliklerin kullanıldığını gösteren resimlerin bulunması istenir. Bu resimlerle
birlikte malzemenin yapımında kullanılan yöntemler ve önerilen onarım yöntemleri de
verilmelidir.
Gemi inşası için kullanılan çelik parçaların dayanım, tokluk özellikleri ve tane
büyüklüklerini ayarlamak için şu yöntemler uygulanır.
Çelik Gemi Teknesinin Bölümleri ve Kullanılan Çelik Saclar
Gemi teknesi omurga, dış kaplama, güverte, perde, posta, bodoslama, kemere,
stringer, dikme gibi pek çok sayıda elemanın birleşmesinden meydana gelir. Bu elemanlar
teknenin emniyetini, dayanıklılığını, su geçirmezliğini sağlar.