Haddeleme Nedir?

Genel olarak en basit tarifiyle, çelik üretiminde merdaneler arasından kütük, slab vb. mamüllerin geçirilerek istenilen kalınlığa, genişliğe ve uzunluğa getirilmesi işlemidir. Haddeleme işlemlerinin teknik detaylarına bakacak olursak eğer, bir çok farklı işlem ve süreç ile karşılaşılır.

Çelik üretiminde endüstriyel olarak uygulanan geleneksel sıcak haddeleme, az karbonlu ya da yalın karbonlu çeliklerden yüksek alaşımlı çeliklere kadar birçok çelik türünün levha veya sac haline ya da profil haline getirilmesinde önemli bir rol oynar.

Geleneksel çelik üretiminde 1 tondan 50 tona kadar çeşitli boyutlardaki ingotlar 1200°C – 1300°C gibi yüksek sıcaklıklardaki tav çukurlarında bekletildikten sonra bir seri sıcak haddeleme işlemi sonucunda levha veya sac, kütük, çubuk ya da bir profil haline dönüşürler. Bu işlem sürecinde gerçekleşen olan olayda, yüksek sıcaklıkta ostenitik iç yapıda olan çelik, tekrarlanan rekristalizasyon olayı ile ingot dökümde oluşmuş segregasyonun neden olduğu bileşim homojensizliklerinden kademeli olarak arındırılır ve kaba döküm yapısı bozulur.

Bunun yanı sıra, yapıda ortaya çıkmış olan kalıntılar yani oksitler ve silikatlar da haddelemede kırılarak, kükürt bileşikleri de deforme olarak çok daha homojen bir şekilde çelik yapısı içinde dağılırlar.

 

Günümüzde alışılmış haddeleme yöntemi kademeli olarak çok daha hassas bir şekilde kontrol edilebilmekte ve işlem tamamlandığında istenen mekanik özellikleri sağlayacak az alaşımlı yüksek mukavemetli ince yapılı çelik bileşimlerine ulaşılabilmektedir. Uygulanan haddelenme kademelerinde sıcaklık kontrollü olmakta ve her bir haddeleme kademesinde kesit azalması önceden bilinmekte ve bitirme sıcaklığı hassas olarak uygulanmaktadır, işte bu modern haddeleme yöntemine termomekanik kontrollü yöntem ( Thermomechanically Controlled Process ) ya da kısaca TMCP adı verilmektedir.

Termomekanik kontrollü haddelenme uygulamaları çok çeşitlidir; örneğin yüksek alaşımlı çeliklerde, çelik yapısının martenzite dönüşüm öncesi yarı-kararlı ostenitik yapıyı güçlü deformasyona uğratarak ki bu yöntem ausforming olarak bilinmektedir. Çeliklerde daha iyi tokluk ve süneklik değeriyle birlikte çok yüksek mukavemet değerlerini elde etme olanağı da sunmaktadır.

HADDELEME

Çeliklerin haddelenmesindeki ana amaç, uygulamada kullanıma uygun olacak boyutların ( kalınlık, genişlik ) elde edilmesidir. Bunun yanı sıra, çeliklerin termomekanik kontrollü haddelenmesi ile uygun ve arzu edilen mekanik özellikler de elde edilmektedir. Günümüzde kullanılan haddeleme yöntemlerinin bir çoğu 1960’lı yılların ortalarında geliştirilmiştir. Haddeleme yöntemlerini aşağıdaki gibi sıralamak olanağı vardır;

• Yüksek haddelenme sıcaklıkları ile sonuçlanan geleneksel haddelenme ( 1000 – 1100°C ) aralığında yapılır ve su ile hızlı soğutma ile tamamlanır.
• Normalize Haddeleme
• Termomekanik Haddeleme

Yüksek haddelenme sıcaklıklarında yapılan geleneksel haddeleme orta mukavemette haddeleme ekipmanları gerektirir. Ostenit taneleri hızlı rekristalize olduğundan ve çok az irileştiğinden dolayı oluşan çeliğin ferrit tanesi de çok az büyüklüktedir. Çeliklerin iç yapısı ferritik-perlitik olarak oluşur.

Sıcak haddelenmiş çeliklerin özelliklerini iyileştirmek için sıcak haddelemeyi takiben yaklaşık 900°C’de bir “ Normalizasyon “ ısıl işlemi yapılır. Bu ısıl işlem sırasında çelikler yeniden ostenitizasyona uğrayacak ancak burada ostenit tane boyutları sıcak haddelemedekinden daha ince olacaktır. Bu da ince taneli ferrit ile sonuçlanacaktır. AIN Kullanımıyla ostenit tane boyutları ısıl işlem sırasında kontrol altına alınabilir. Çeliğe Nb katılması tokluk kaybı olmaksızın ve ostenit tane boyutunu düşürerek AIN işlemli çeliğe nazaran daha ince tane boyutu kazandırır. Bu tür Nb eklenmiş çeliklerin iç yapıları da ferrit ve perlitten oluşacaktır.

 NORMALİZE HADDELENME

Normalize haddelenme sıcak haddelenmiş çeliklere uygulanan normalizasyon ısıl işlemine bir alternatif olarak görülmekte olup amacı normalize edilmiş çeliklerle aynı özelliklerin elde edilmesidir. Zira, yaklaşık 900°C civarında ısıl işleme tabi tutulduğunda da çeliğin aynı özellikleri koruması istenir.

Normalize haddelenmede kullanılan son inceltme işlemi 900-1000°C arasında uygulanır. Ostenit taneleri deforme olur, bu gibi sıcaklıklarda yapılan haddelenmede yapı yeniden kristalize olur ve yeni ostenit taneleri oluşur. Ancak; bu taneler orijinal tanelerden daha küçüklerdir ve daha küçük ferrit tanelerinin oluşmasına eğilimlidir. Bu tür çelikler genelde mikro alaşımlı çeliklerdir ve bu tür çeliklere Vanadyum ve Niyobyum gibi karbür yapıcı alaşım elementleri katılmıştır. Bu gibi elementler tane sınırlarına karbür olarak çökelir. Bu çökeltiler katı çözelti sertleştirmesine ve ferrit tanelerine bağlı olarak daha yüksek akma mukavemetine neden olurlar.

Eğer çelik, Alüminyum ile deokside edilmişse, normalize edilmiş ve normalize haddelenmiş çelikler arasında bir önemli farklılık vardır. Fırında normalizasyon ısıl işlemi sırasında, alüminyum azotla birleşir ve AIN ( Alüminyum Azot ) bileşiği oluşturur. Buna karşın bu reaksiyon normalize haddeleme sırasında oluşmaz. Bunun anlamı bu çeliklerin ana bileşiminde azot bulunmaz. Bu durum da gerinme yaşlanması riskine eğilimi ortadan kaldırır. Çok küçük boyutlu TiN oluşumu için katılan Ti ile azotun birbirine bağlanmasıyla yeniden ısıtma ve sıcak haddeleme sırasında ostenitin tane irileşmesi engellenir.

Özetle, normalize haddelenmede, tane büyümesini engellemek için alaşıma Nb, Ti, Vn gibi elementler katılır. Çünkü, tane büyümesi çoğu durumda istenmeyen bir olgudur.

TERMOMEKANİK HADDELEME

Termomekanik haddelenme işlemi niyobyum veya vanadyum ve titanyum alaşımlı mikro alaşımlı çeliklerin haddelenmesinde kullanılan bir işlemdir. Haddeleme işlemi sıkı bir şekilde kontrol edilmiş deformasyon ve sıcaklıkta  ve de oldukça düşük haddeleme sıcaklığında gerçekleştirilir.

Bu yöntemde geleneksel haddelenmede olduğu gibi yüksek sıcaklıklara çıkılmamaktadır. Normalize sıcaklığında işlem yapılmaktadır. Haddeleme sıcaklıkları ostenitin rekristalize olduğu yaklaşık 950°C sıcaklıklarda gerçekleştirilir.

Bu tür bir yöntemde nitrürlerin çökelmesiyle haddelenme sırasında ostenitin tane boyunun kontrolü için mikro alaşım elementlerinin bulunmasını gerekir. Bu yöntemde dislokasyon sertleşmesi ve daha ince taneli ferrit boyutu oluşumu ile daha yüksek mukavemet sağlanır.

Günümüzde Termomekanik haddelenmeyle imal edilen çeliklerin çok yaygın kullanım alanları bulunmaktadır. Avrupa’da bir çok çelik köprü, örneğin Fransa’da Remoulins köprüsü 1994 yılında TM çeliklerinden inşa edilmiştir. Aynı şekilde kuzey Almanya’da Düsseldorf’da Rhine köprüsü yine TM çeliklerinden inşa edilmiştir.