Mukavemet, temel olarak bir inşaat çeliğinden beklenen özelliktir. Genel olarak, min. 420 MPa akma istenen inşaat çeliğinde bazı ülkelerde bu alt sınır, 500 MPa hatta 600 MPa dır. Maliyet göz önüne alındığında mukavemeti artırmanın temel yolarından birisi çeliğin içindeki Karbon ( C ) ve Mangan ( Mn ) oranlarını artırmaktır.

 

          Demir içindeki C oranının artması, mukavemeti olumlu etkilerken, kaynaklanabilirlik özelliğini ters yönde etkilemekte ve malzeme kırılganlaşmaktadır. Bu nedenle, bir çok inşaat demiri standardında, karbon oranının üst sınırı verilmiştir. Özel yöntemlerin kullanılmayacağı durumlarda kaynaklanabilirlik için karbon oranının % 25’dan az olması ( veya karbon eşdeğerinin C_eq % 45’den küçük olması ) aranmaktadır. Kaynaklanabilirliğin önemi özellikle prefabrik yapıların imalatında çok önemlidir. Bu tür imalatlarda, hız ve ölçüsel hassasiyet nedeniyle kaynakla birleştirme kullanılmaktadır. Yine yüksek karbon oranı, malzemede gevrekliğe neden olacağından, malzeme imalat aşamasında kıvrılma ve bükülmelerde, çatlayacak ve / veya kırılacaktır. Doğal olarak bu, istenmeyen bir durumdur. İnşaat çeliği kullanımında, malzemenin katlanabilmesi ve bükülebilmesi, vazgeçilemeyecek bir özelliktir .

KONTROLLÜ SU SOĞUTMA YÖNTEMİ

          Kontrollü su soğutma yöntemi temel mantık olarak, sıcak haddelenen inşaat çeliğinin, üretim hattından hemen sonra su vermek ve daha sonrasında iç ısısı ile temperlemektir ( Şekil 1 ). Bu mantık çerçevesinde, alaşım elementleri kullanmadan ve düşük Karbon ve Mangan ( % 0.13 ~ 0.17 C ve % 0.75 ~ 0.90 Mn aralığı gibi ) oranları ile, istenen özelliklerde inşaat çeliği üretimi mümkün olmaktadır. Kontrollü su soğutma yönteminde, sıcak haddelenen mamul son tezgahtan çıktıktan hemen sonra, özel dizayn edilmiş su verme ünitesine girmektedir. Ünite içinde, hızlı bir soğumaya maruz kalan mamulün dışında, kalınlığı su verme süresine bağlı olarak değişen, martenzit bir kabuk oluşur.

          Martenzit küçük tanecikli bir yapı olması nedeniyle, oldukça sert ve mukavimdir; ancak, kırılgan bir yapıya sahip olduğu için, ısıl işleme tabi tutulması gerekmektedir. Bu noktada ani soğutulan dış kabuğun altında, hala sıcak olan merkezin ısısı devreye girmekte ve ani soğumayla oluşan dıştaki martenzit kabuğu, malzeme soğutma ünitesini terk ettikten sonra, içerden dışarıya doğru temperlemekdetir. Bu işlem, malzeme soğutma platformuna, ulaşıncaya kadar devam eder. Soğutma platformunda yan yana dizilmiş diğer malzemelerden de etkilenerek, merkezdeki yapı, son şeklini alır. Malzemenin merkez yapısı çapa ve haddeleme sıcaklığı gibi etmenlere de bağlı olarak ferrit + perlit veya ferrit + perlit + beynit bir yapı gösterebilir ( Şekil 2 ).

          Özetlemek gerekirse kontrollü su soğutma sistemini üç ana bölümde inceleyebiliriz :

1 – Su verme ( özel su verme ünitesi içinde )

2 – Kendi kendini temperleme ( soğutma ünitesi ile soğutma platformu arasında )

3 – İç yapının son şeklini alması ( Soğutma platformu ve daha sonrasında )

          Bir çok ülkede bu yöntem, sistemi bularak geliştiren ve patentini alan iki firmanın ticari markaları ile de bilinmektedir: Tempcore, Thermex. Mantık olarak aynı olan her iki sistemde de, temelde su verme şekilleri ve düzenekleri birbirlerinden farklıdır.

          Sonuçta, düşük karbon oranları ile çalışmanın bir sonucu olarak malzeme oldukça iyi bir kaynaklanabilme özelliği göstermektedir. Dış kabukta oluşan temperlenmiş martenzit yapı sayesinde, standartlarda istenilen mukavemetler yakalanabilmekte, iç yapıdaki ferrit + perlit yapı sayesinde de sünek ve tokluğu yüksek bir malzeme olmaktadır. Daha da önemlisi, çelikhanelerden düşük karbonlu ve manganlı alaşımsız yarı mamul alınmaktadır. Standartlarda istenilen mukavemet değerleri, su verme zamanının ayarlanması ile direkt olarak haddehanede ayarlanmaktadır. Bu standart ayarlamasının haddehanede yapılması, düşük karbon ve manganlı döküm kullanılması nedeniyle, maliyetler oldukça düşmektedir, ve sürekli analiz değiştirilmemesi nedeniyle de çelikhaneler daha verimli çalışmaktadır.

          Daha önce de belirtildiği gibi inşaat demirinin mekanik özelliklerini geliştirmenin üç yolu bulunmaktadır. Ancak, kontrollü su soğutma yöntemi dışında kalanlarda, maliyetler oldukça yükselmektedir. Maliyet konusunda ton başına net olarak ~ 4 USD daha ucuz olduğudur. Pratik bir hesapla, yılda 200.000 ton/yıl kapasiteli bir haddehanede, toplam rakam 800.000 USD olmaktadır ki, bu da ciddi bir rakamdır.