ÇELİKTEN DENİZE 50 YIL…
ÜRKMEZ SAC DEMİR
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
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
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.
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
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.
Gemi Yapımındaki Malzemelerin Seçilmesi ve Uygulanan Isıl İşlemler
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.
Malzemelerin Seçimi
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.