Alm. Stahl (m), Fr. Acier (m), İng. Steel. Bileşiminde % 1,8’den daha az karbon bulunan, demir karbon alaşımı. Alaşımlı çeliklerde karbon oranı % 2,1’e kadar çıkabilir. Çelik üretimi millî ekonominin gelişme göstergelerinden biridir. Üretimi basit mâdencilik ve çiftçiliğin tersine teknolojiye ihtiyaç gösterir. Çelik; demiryollar, motorlu vâsıtalar, uçak ve diğer modern makinalar için esastır.

Üretimi: Yüksek fırından elde edilen ham demir % 2-4,5 karbon ve önemli miktarda fosfor, kükürt gibi yabancı maddeler ihtivâ eder. Bu maddeler gevrekleştirici etki yapar ve özellikle darbelere karşı dayanımı çok düşürür. Büyük bir ham demir parça, insan elinden düşüp sert bir zemine çarpsa, kolaylıkla ikiye ayrılabilir. İlk defâ 1856’da Henry Bessemer, ham demiri ergiterek içinden hava geçirdi ve bu kırılganlık yapıcı maddeleri yakmayı başardı. Yanan maddelerden hâsıl olan enerji, çeliği sıvı halde tutmaya yetmektedir. Böylece çelik üretiminde Bessemer usûlü doğdu. Eskiden çelik üretimi çok zaman alıyordu ve çok pahalıydı. Bu işlemler çok kısaldığından çelik üretimi hem kolaylaştı, hem de ekonomik duruma geldi.

Bessemer usûlüyle elde edilen çelikte bir miktar fosfor ve kükürt yanmadan kalıyordu. Bunlar da çeliği gevrekleştiriyordu. Bunun üzerine 1876’da Thomas Gillchrist, Bessemer’in, kullandığı asit astar yerine bazik dolomit astar kullanarak sıvı çeliği büyük ölçüde yakmayı başardı. Böylece iyi kaliteli çelik elde edildi. Fakat bu usûlde endüstriyel üretimin % 5’i veya daha fazlası fire olarak atılıyordu. Her yıl milyonlarca ton makina parçasının hurdaya çıkması hurdaların kullanılmasını mecburi kıldı. 1865’te geliştirilen Siemens Martin usûlü, saydığımız bu iki mahsuru ortadan kaldırtacak nitelikteydi. Bu usülde % 100’e kadar istenilen her oranda hurda kullanılabilir. Fırınlar 300-500 ton kapasitededir. Fırın önce üçte bir kapasite hurda malzeme ile doldurulur, kireçtaşı ilâve edilerek 3 saat üstten ısıtılır. Daha sonra sıvı ham demir ilâve edilerek fırın kapasitesine çıkılır. İstenilen analize erişildikten sonra fırından alınır. Bessemer ve Thomas usüllerine göre daha kaliteli çelik üretilebilir. Alaşımlı çelik üretmek de mümkündür. Fakat alev sıvı metalle temas ettiği için alaşım elemanlarının yanma yoluyla azalması sözkonusu olur.

Oksijen üfleme usûlünde, Thomas ve Siemens Martin usüllerinin üstünlükleri bir arada toplanmıştır. Ham demir içindeki istenmeyen elemanları yakarak uzaklaştırmak için teknik saflıkta oksijen kullanılmaktadır. Bu sebepten reaksiyonlar daha çabuk meydana gelmektedir. Hava içinde % 79 oranında bulunan azot lüzumsuz yere ısıtılmamaktadır. Fakat daha önemlisi azotu düşük çelik üretilebilmektedir.

Çelik üretiminde, LD, LDAC, Kaldo, Elektro-Çelik gibi birbirinden farklı değişik isimler sayılabilir. Fakat temelde prensip açıklanan şekildedir, bâzı küçük farklılıklar mevcuttur.

Alaşımsız çelikler genelde ihtivâ ettikleri karbona göre sınıflandırılır. % 0,8 karbon ihtivâ edenlere ötektoit, daha az oranda karbon ihtivâ edenlere ötektoit-altı, % 0,8’den daha fazla karbon ihtivâ edenlere ötektoit-üstü çelik denir. Karbon durumuna göre bir başka sınıflama şöyledir: % 0,1-0,2 karbon ihtivâ edenlere yumuşak çelik, % 0,2-0,3 karbon ihtivâ edenlere az karbonlu çelik, % 0,3-0,85 karbon ihtivâ edenlere orta karbonlu çelikler denir.

Eğer sınıflama genel olarak yapılırsa çelikler iki gruba ayrılır: Îmâlat çelikleri, takım çelikleri.

a) Îmâlat çelikleri: % 0,06-0,65 karbon ihtivâ ederler. Kendi aralarında üçe ayrılırlar: 1) Çekme mukâvemetine göre çelikler; Fe 37-2 şeklinde gösterilir. Fe sembolü çelik olduğunu, 37 sayısı kgf/ mm2 olarak çeliğin minimum çekme mukâvetini gösterir. En sonundaki iki rakamı kalite durumunu ifâde eder. 2) Kimyâsal analize göre çelikler kendi aralarında sementasyon çelikleri ve ıslah çelikleri olarak ikiye ayrılırlar. Sementasyon çelikleri % 0,2’den daha az karbon ihtivâ ettiklerinden, ısıl işlemle sertleştirilemezler. Eğer sementasyonla yüzeyden karbon verilirse ve ısıl işlem uygulanırsa yüzey kısmı sertleşebilir. İç kısmı sertleşmeden kalır. Islah çelikleri ısıl işlemle çok iyi sertleşir. Fakat bu durumda çok kırılgan olduklarından süneklik kazandırmak maksadıyla ıslah işlemine tâbi tutulurlar. Islah işlemi A1 sıcaklığının altında bir sıcaklıkla 1-2 saat tavlanarak yapılır. 3) Özel îmâlat çeliklerinin ise otomat çelikleri, civata ve somun çelikleri gibi çeşitleri vardır.

b) Takım çelikleri: Endüstride malzemelerin şekillendirilmesinde kullanılan çeliklerdir. Sert, aşınmaya, darbelere karşı dayanıklı ve oda sıcaklığında, yüksek sıcaklıkta kesici olmaları gerekir. Alaşımlı ve alaşımsız takım çelikleri olarak iki gruba ayrılırlar. Alaşımlı olanlar kendi aralarında sıcak-iş, soğuk-iş takım çelikleri ve hız çelikleri olmak üzere üçe ayrılırlar.

Çeliklerde ısıl işlem sonucu sertlik artışını sağlayan elaman karbondur. % 0,2’den daha az karbon ihtivâ eden çeliklerin sertlikleri ısıl işlemle çok az artış gösterir, bu sebepten sertleşmiyor kabul edilirler. Piyasada bunlara demir de denir. Arı demirde ısıl işlemle hiçbir sertlik artışı görülmez. Çünkü içinde karbon yoktur.

Sertleştirme sonucu % 0,2 karbonlu çelikte yaklaşık 28-30 HRC, % 1 karbonluk çelikte 67 HRC sertlik elde edilebilir. Karbon oranının % 1’in üzerine çıkması sertlikte daha fazla bir artışa sebeb olmaz. Soğutma ortamı olarak tuzlu su, musluk suyu, yağlar ve hava kullanılabilir. Tuzlu suda soğuma çok hızlıdır. Soğuma hızı suya göre düşük olmakla birlikte türden türe değişmektedir. Havada soğuma ise çok çok yavaştır. Ancak sertleşme kâbiliyeti çok iyi olan bâzı yüksek alaşımlar bu yolla sertleştirilebilirler.

Sertleştirilmiş çelikler bir mıknatısa sürtülürse veya bir magnetik alan etkisinde kalırlarsa, mıknatıslanırlar. Bir defâ mıknatıslandıktan sonra, uzun süre mıknatıs olarak kullanılabilirler. Bu tür maksatlar için genellikle sertleştirilmiş % 1 karbonlu çelikler kullanılıyordu. Son zamanlarda bunların yerini, çeşitli miktarlarda krom, tungsten (volfram) ve kobalt ihtivâ eden alaşımlı çelikler almıştır. Bugün kobalt çelikleri rakipsizdir ve giderek başka tip mağnetik malzemelerin de yerini almak yolundadır.

Otomat çelikleri: Kısa ve kırılıcı talaş veren ve işlenmiş yüzeyleri oldukça düzgün olan türlerdir. Talaşları kolay kırıldığı için otomatik tezgahlarda işlenmesi kolaydır. Kükürt, daha önce belirtildiği üzere çeliği gevrekleştirici olup, darbelere dayanıksız hâle getirir. Buna rağmen, talaş kırılganlığı yaptığı için çelik içinde bulunmasına müsâade edilir.

Civata ve somun çelikleri: Çapları 16 milimetreden küçük olan civata ve somunlar, soğuk şekillendirildikleri için bu işleme uygun malzemeden îmâl edilmelidir. Çapları 16 milimetreden büyük olanlar talaş kaldırılarak işleneceği için, talaşlı îmâlata uygun malzemeden yapılmalıdır.

Kazan çelikleri, sıcaklığa dayanıklı ve kaynak kâbiliyeti iyi olan çeliklerdir. Yay çelikleri, yüksek elastiklik veya akma sınırına, fakat aynı zamanda sarılabilecek kadar plastik şekil değiştirme kâbiliyetine sâhip olmaları istenen çeliklerdir. Silisyum alaşım elemanı olarak katılırsa yaylanma özelliğini iyileştirir.

Paslanmaz çelikler: Krom veya nikel, çelik yüzeyinde çok ince ve yüzeye yapışan bir oksit filmi (tabakası) meydana getirirler. Bu tabaka oksitlenmenin içeriye doğru ilerlemesini durdurur. Düşük kromlu çeliklerde bu tabaka korozyonun içeriye doğru ilerlemesini önleyemez. Krom oranı % 10’un üzerinde olan çelikler korozyona oldukça dayanıklıdırlar. Paslanmaz çelikler mikro yapılarına göre üç grubu ayrılırlar.

Martenzitik paslanmaz çelikler: % 11,5-18 Cr ve % 0,1-1 C ihtivâ ederler. Kromdan başka önemli bir alaşım elemanları yoktur. Krom, çeliğin hem mukâvemetini hem de sertleşebilme kâbiliyetini çok iyi artıran bir elemandır. Isıl işlemle sertleştirilebilirler. Alaşımsız çeliklerin sertleşebilmesi için çok hızlı soğutulmaları gerekir. Oysa bu çelikler havada çok yavaş soğusalar bile sertleşirler. Normal olarak sertleştirme sıcaklıkları 1010 °C dolaylarındadır. Soğutma yağda veya havada yapılabilir. Menevişlenmesi 590°C üzerinde yapılmalıdır. Aksi halde meneviş kırılganlığı meydana gelir. Sıcaklıkta şekillendirilebilirler. Korozyona dirençleri ferritik ve ostenitik tiplere göre daha düşüktür. Kâğıt makinaları ve pompalarda parça ve civata malzemesi olarak kullanılırlar.

Ferritik paslanmaz çelikler: % 14-27 arasında krom ve martenzitik çeliklere göre daha az karbon ihtivâ ederler. Isıl işlemle sertleştirilmezler, ancak soğuk şekillendirme ile sertlik ve mukâvemetleri orta derecede artırılabilir. Sıcak ve soğuk şekillendirilebilirler. Çekme mukâvemetleri normal çeliklere göre % 50 daha fazladır.

Ostenitik paslanmaz çelikler: Hem krom hem de nikel ihtivâ eden alaşımlardır. Krom ve nikelin toplam oranı en az % 23 olmalıdır. Alaşım elemanı olarak nikelin de katılması paslanmazlık özelliğini daha da artırmıştır. Bu tiplerde karbon oranının mümkün olduğu kadar az olması istenir. Bugün dünyâ paslanmaz çelik üretiminin büyük bir kısmını bu tür teşkil etmektedir.

Çeliğe su verilmesi: Belli bir şekil verilen çelik, kızgın haldeyken âniden suya daldırılırsa, kristal özelliği değişerek sertleşir. Bu işleme çeliğe su verme denir. Kızgın çelik hava akımıyla soğutulursa daha değişik özellikler kazanır. Târih boyunca demir ve çelik sanatında en üstün millet Türkler olmuştur. Osmanlı ve daha önceki Türk devletlerinde kullanılan harp malzemelerinin üstünlüğü de bunu doğrulamaktadır.

Dünyâ çelik üretimi 1986’da 715,8 milyon ton ve 1987 senesinde 735,9 milyon ton 1988’de 779,9 milyon ton, 1989’da 784 milyon ton olarak gerçekleşti. 1989 yılından sonra dünyâ çelik kullanımında % 5’lik bir düşüş görüldü. Bu sebeple çelik üretimi 1992’de 732 milyon ton oldu. Türkiye’de ise çelik üretimi 1990’da 9.272 milyon ton, 1991’de 9.307 milyon ton, 1992’de ise10.470 milyon ton olarak gerçekleşmiştir.