Alaşımlar - Çelik

ÇELİĞİN BİLEŞENLERİ

Çeliğin bileşiminde demirle alaşım yapan elementler yer alır; bu elementlerin oranı % 0 ile 5 arasında değişir.
Bileşiminde karbon ve silisyum daima bulunur: karbon ender olarak °/o 1in üzerine çıkar (genellikle % 0,2 ile 0,7 arasında); silisyum oranı ise % 0,1 ile 0,7 arasında değişir; ancak bazı özel çeliklerde (örneğin zayıf histerezisli transformatör sacları, yay çelikleri) bu oran daha yüksektir (% 2 ile 4 arasında).

Manganez bileşimde % 0,3 ile 0,8 oranında yer alır; bununla birlikte çok sert ve aşınmaya karşı çok yüksek dayanım gösteren çeliklerde (demiryolu aygıtları) bu oran % 12 ile 15’e ulaşabilir. Manganezin varlığı demirin kaynaklanmaya olan yatkınlığını korur; karbon oranı %0,15'in üzerine çıkan demir alaşımları manganez yokluğunda bu özelliklerini yitirir.

Kükürt ve fosfor ister serbest, ister bileşik halinde olsun, oksijen gibi zararlı katışkılardır: °/o 0,1'lik oran bile çok yükseksa- yılır; fosfor çeliğe kırılganlık verirken, kükürt yassılaşabilirliğinin azalmasına yol açar.
Krom, nikel, vanadyum, tungsten, molibden vb. tek tek ya da birlikte birçok çeliğin yapısına girer.

ÇELİĞİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ

Tavlanmış çelik incelenirse çeşitli bileşenler görülür. Yumuşak ve yassılaşabilir bir bileşen olan ferrit (a demirde karbonca çok sınırlı katı çözelti), karbon oranı düşük (% 0,10) çeliklerde az sayıda kristaller oluşturur. Karbon oranı yükseldiğinde, önce ferrit kristallerinin ayrım yüzeylerinde bir bileşen görülür; karbon °/o 85'e ulaştığında ise bu bileşen kütlenin tümüne yayılır: böylece perlit denilen ve ferritle sementitten (demir karbür) oluşan bir yığışım ortaya çıkar. Hem sert, hem rezilyanslı olan perlit katkısı çeliğin karbon oranını ve sertliğini artırır.

Olağan çeliklerin mekanik özellikleri hem kimyasal bileşimlerine hem de mikrografik yapılarına bağlıdır: karbon oranı °/o 0,10 olan çelik (yalnız ferrit) kırılmaya karşı sınırlı bir dayanım (30 hbar), ama iyi bir yassılaşabildik özelliği taşır (kopmada uzama oranı °/o 35); oysa karbon oranı % 0,8 olan çelik (yalnız perlit) daha yüksek sertlik ve kırılmaya karşı 80 hbar'lık bir dayanım gösterir; ayrıca kırılganlık artışı ile birlikte yassılaşabildiği de azalır (kopmada uzama oranı °/o 8).

Olağan çeliklerde çevre sıcaklığında suverilirse, dönüşüm sıcaklığının üzerinde kararlı olan austeniti (demirde katı karbon çözeltisi) korumak olanaksızdır; martensit adı verilen başka bir bileşen oluşur ve bu bileşen çeliğe, tavlama halindeki sertliğin yaklaşık üç katına ulaşan, su verilmiş çeliklere özgü bir sertlik verir. Karbon oranı % 0,8 olan ve çevre sıcaklığında yağla suverilen bir çelik, 900 düzeyinde Vickers sertliği kazanarak (tavlanmış halde yalnızca 200) en az 250 hbar'lık bir kopma kuvvetine ulaşır. Bu yüksek sertlik biçim değiştirme yetisini azaltır ve kırılganlığı artırır; bu yüzden suvermeden sonra menevişleme işlemi uygulamak gerekir; menevişleme sonucu martensit, mikroskopta bile güç görülen çok ince bir yığışım biçiminde ayrışarak sorbit'e dönüşür; osmondit de denilen bu ürün, perlit gibi, ferrit ve sementitten oluşur. Çelikte başka bileşenler de yer alır; örneğin troostit perlitin bir türüdür ve yeterince yavaş bir soğutma uygulanmadığında elde edilir; beynit'e ise (ferrit ve sementit yığışımı) yalnızca eşsıcaklıklı suverme işlemi sırasında rastlanır.

ÇELİĞİN İŞLENMESİ

Çelikler çok çeşitli işlemlere elverişlidir Isıl işlemlerden (suverme, tavlama, menevişleme) başka fiziksel ve kimyasal işlemler de (semantasyon, nitrürleme) uygulanabilir. Bu işlemlerle çelik, çoğunlukla çelişkili (sertlik, yassılaşabildik) birçok özellik kazanır ve bu özellikler kullanım alanlarını belirler. Üstelik çelik, çeşitli mekanik biçim değiştirme yöntemleriyle de (dövme, haddeleme, çekme, sıcak dövme kalıplama, soğuk çekme vb.) işlenebilir.

SINIFLANDIRMA VE KULLANIM

Çelikler çeşitli ölçütlere göre sınıflandırılabilir.
üretim biçimine göre

• Martin, Thomas, Bessemer, elektrik ve konverter çelikleri - ÇELİĞİN ELDE EDİLİŞİ
• Pota çeliği. Potada hazırlama yöntemi, maliyetinin yüksekliği yüzünden günümüzde az kullanılır; yalnızca yüksek nitelikli çeliklerin (arı çelik, imalat çeliği, özel çelik) üretiminde bu yönteme başvurulur.
• Sıvı çelik. Eskiden potada eritilerek elde edilen takım çeliklerini, dökme demirden pudlaj ya da dönüştürme yoluyla elde edilen diğer çeliklerden ayırmak için "sıvı çelik” terimi kullanılırdı. Günümüzde bile takım yapımında kullanılan karbon oranı yüksek olağan çeliklere yanlış bir adlandırmayla “sıvı çelik" denir. (POTA ÇELİĞİ.)
• Sakinleştirilmiş çelik. Çelik, erimiş banyoya oksit giderici maddeler (silisyum, alüminyum) katılarak sakinleştirilir; ancak katılaşmış kütle içinde gaz boşluklarının oluşumunu önlemek gerekir.
• Kaynayan çelik. Genellikle karbon oranı düşük olan bu çelikte, katılaşma sırasında gazların açığa çıkmasını sağlayan oksit giderme işlemi yeterince yapılmaz ve sayısız gaz boşluğu külçenin tüm kütlesine yayılır. Bu gaz boşlukları, katılaşmadan kaynaklanan büzülmeyi kısmen dengeler ve külçede genellikle çekinti boşluğu bulunmaz; bu da külçe tepesinin içeri çekilmesini önler.
• Sinterlenmiş çelik. Bu çelik, ya bir grafit ve demir tozu karışımını sinterleyerek ya da sinterlenmiş demir kütlesini özde karbürleyerek elde edilir.

karbon oranına göre

Çelikler için önerilmiş sınıflandırmaların çoğu karbon oranı ile sertlik arasında kurulan ilişkiye dayanıyordu. Dolayısıyla artan sertliğe ve karbon oranlarına göre, aşırı yumuşak, yumuşak, yarı yumuşak, yarı sert, sert (bir olasılıkla çok sert) ve aşırı sert biçiminde bir ayrım yapılıyordu. Ne var ki yalnızca karbon oranı, bir çeliğin sertliğini tanımlamak için yeterli değildir; nitekim karbon yüzdesine dayanan tanım dizisinin değerleri kaynaktan kaynağa değişmekteydi. Daha iyi bir yaklaşım sağlamak için uygulayıcılar günümüzde yaygın biçimde "karbon eşdeğeri” kavramına başvurur; bu eşdeğer, Mn, Si, Cr vb. gibi diğer sertleştiricilerin, deneysel dengeleme katsayıları verilmiş oranlan, karbon oranına eklenerek elde edilir. Standartlaştırma konusunda yeni çalışmalar (TSE, İSO) çelikleri kullanım alanlarına göre sınıflandırmayı amaçlar ve standartlar kimi kez ortalama karbon oranını, kimi kez de önemli bir mekanik özelliği vurgular.
Böylece metal yapı çelikleri, makine çelikleri, imalat çelikleri vb. biçiminde bir ayrım yapılır. Örneğin, kopma dayanımı 52 hbar ve esneklik sınırı 36 hbar olan bir yapı çeliği "ST36" ya da "ST52” kısaltmalarıyla gösterilir; makine yapımında kullanılan ve ortalama karbon oranı % 0,48 olan çelik "C 48” ile adlandırılır.

bileşimine ne yapısına göre

Çeliklerin kimyasal bileşimine göre sınıflandırılması en genel olanıdır. Tavlanmış halde elde edilen mikrografik yapıya göre sınıflandırma, göz önüne alınan çeliğin olası özelliklerini daha iyi öngörme olanağı verir. Dolayısıyla perlitli, ferritli, austenitli, martensitli ve karbürlü çelikler ayırt edilir. (ÇELİĞİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ.)
Bileşenlerine göre çelikler iki büyük gruba ayrılır: olağan çelikler, alaşımlı ya da özel çelikler.

• Olağan çelikler. Eskiden yanlış bir adlandırmayla karbon çelikleri denilen bu ürünler, bir demir-karbon alaşımıdır (en çok % 1,8 karbon; ancak sanayi çelikleri % 1 oranını çok seyrek aşar). Bu çeliklerde düşük oranlarda aşağıdaki elementler bulunur: manganez (% 0,3 ile 0,5), silisyum (% 0,1 ile 0,6), kükürt (°/o 0,05'in altında) ve fosfor (% 0,05’in altında). Olağan çelikler kimi kez karbon oranlarına bağlı olarak değişen sertlik derecelerine göre belirtilir.
• Alaşımlı çelikler ya da özel çelikler. Katkı elementleri, kimyasal bileşiminde ya da yapısında değişiklikler yaparak çeliğe özel nitelikler kazandırdığı gibi ısıl işlemi kolaylaştırma yoluyla (dönüşüm sıcaklığını düşürme) çeliğin olağan özelliklerini iyileştirmeye yarar. Katkı elementlerinin hiçbiri % 5’i geçmiyorsa düşük alaşımlı çelik, % 5’in üzerine çıkıyorsa yüksek alaşımlı çelik denir. Özel çelikler pek çoktur (yalnızca bir özel element içeren ikili çelikler, üçlü, dörtlü ve karmaşık çelikler). Bu çeliklerin başlıcaları şunlardır;

Nikelli çelikler (% 2 ile 40 arasında)

düşük oranlarda nikel, çeliğin sertleşme gücünü ve mekanik özelliklerini artırır (semantasyon çeliği, motor parçaları); yüksek oranlarda ise korozyona dayanımı yükseltir. (FERRONİKEL, İNVAR, ELİNVAR.) Çok özel bir tip de Maraging çeliği’dir. Bu demir alaşımı türünün anglosakson kökenli adı, sert bileşeni martensitin (mar), yaşlandırma (aging) işlemi sırasında oluşması olgusundan kaynaklanır. Nikel oranı °/o 17-20 olan bu demir alaşımlarının işlenme ilkesi, ısıtma ve soğutma sırasında tersinir a=y dönüşümünün histerezis olayına dayanır; ısıtma sırasında bu alaşımlar 600°C'a doğru y austenit yapısı edinirken, soğutma evresinde 200°C’a doğru y austenit yapısından a martensit bileşenine ters yönde dönüşümü ortaya çıkar. Dolayısıyla uygun katkı maddeleriyle, 600°C'ın altında yaşlandırma işlemi uygulayarak sert martensit yapısını geliştirme olanağı vardır. Bu çeliklerin tipik bileşimlerinden biri şudur: %69 demir % 18 nikel, % 8 kobalt, % 4,6 molibden, % 0,4 titan ve °/o 0,03'ün altında karbon. Tavlama ve 820°C'tan başlayarak havada soğutma işleminden sonra bu çelik, belirgin olarak yüksek bir mekanik nitelik göstermez (kopma yükü 100 hbar); bu nedenle klasik suvermeden geçirilmiş çeliklere göre daha iyi işlenir ve çok az biçim değiştirir. Ancak 500°C'ta yaklaşık 3 sa'lık yaşlandırma, ayırtedici özelliklerini artırmaya yeter: kopma yükü 180 ile 210 hbar'a ulaşabilir; oysa klasik çelikte kopma yükünün 120 hbar düzeyine gelmesi için pahalı bir ısıl işlemden geçirilmesi gerekir. Bu çeliklerin, özellikle havacılık sanayisindeki yararı, olağanüstü niteliklerinden değil, biçimlendirme, kaynak yapma ve düşük sıcaklıklarda kullanma gibi ilgi çekici özelliklerinden kaynaklanır.

Kromlu çelikler (% 1 ile 18)

krom, sert karbürler oluşturarak kopma dayanımını yükseltir, ancak belirli bir kırılganlığa neden olur; % 4'e kadar krom içeren çelikler, imalat ve rulman çeliği olarak kullanılır; krom oranı daha yüksek olanlardan ise kaliteli bıçak ve kesici takımların yapımında yararlanılır (% 13 kromlu paslanmaz çelik).

Manganezi çelikler

aşınmaya karşı çok iyi dayanım gösterir (raylar, makas uçları, °/o 13 manganez içeren Hadfield çeliğin den yapılmış öğütücü parçaları)

Silisyumlu çelikler

(yaylar, transformatör sacları), tungsterıli çelikler (sürekli mıknatıslar) vb.

Krom-rıikelli çelikler

çok çeşitli kullanım alanları nedeniyle en önemli özel çeliklerdir; nikel ve kromun üstünlüklerini birleştirirler. Perlitli çelikler (% 6 nikel ve en çok % 2 krom) makine parçaları yapımında çok kullanılır; nikel ve krom oranı daha yüksek olan austenitli çelikler, paslanmaz çelikleri (% 18 krom ve % 8 nikel içeren çelik) ve bazı ateşe dayanıklı çelikleri oluşturur. Isıl işlemleri kolaylaştırmak için bu çeliklere molibden, vanadyum, titan vb. katılır.
Krom-tungstenli çelikler arasında en çok kullanılanlar hız çelikleridir.
kullanım alanlarına göre

• Mıknatıs çelikleri. Sürekli mıknatıs yapmak için, tungsten, krom ve özellikle kobalt (% 30'a kadar) katılarak iyileştirilmiş olağan çelikler kullanılır. Bu çelikler martensitli halde, yüksek bir gideren alan ve güçlü bir kalıcı indükleme elde etme olanağı verir.
• Hava çeliği. Bu çelik dönüşüm sıcaklığı üzerinde bir sıcaklığa değin ısıtıldıktan sonra havada soğutulur; böylece çok sert bir martensitli yapı kazanır.
• Yapı çeliği. Bu çelik olağan, özel ya da ısıl işlemden geçmiş olabilir; nitekim iki büyük sınıfa ayrılır: yapı çelikleri ve imalat çelikleri.
• Hız çeliği. Günümüzde özel element oranları şöyledir: % 0,8 ile 1,2 karbon, % 2 ile 18 tungsten. % 3 ile 6 krom, % 1 ile 3 vanadyum; ek katkı maddeleri ise 1 ile 8 molibden ve °/o 3 ile 10 kobalttır.

Hız çeliğinde aranan başlıca nitelikler, yüksek sıcaklıkta sertliğini koruma, aşınmaya dayanım ve sıcakta rezilyanstır.
Hız çeliğinin bu çeşitli özellikleri titizlikle seçilen bir ısıl işlemle sağlanır (suvermeden sonra 600°C'ta menevişleme); böylece gerçekleştirilen yapı, takımın ısınması sırasında kararlılığını koruyan bir martensit kütlesinden ve aşınmaya karşı dayanımı sağlayan çok sert, karmaşık karbür kristallerinden oluşur.

Hız çeliklerinden her şeyden önce, takım tezgâhında yüksek hızlarda çalışma (torna tezgâhı) ve zor işlenebilen malzeme kullanımı (özel dökme demirler, bakalit vb.) gibi takımın ısınmasına yol açan alanlarda yararlanılır. Ayrıca, aşınmaya dayanması gereken kalıpların (kesme dişikalıbı. makas bıçağı vb.) yapımında kullanılır.

• Otomat çeliği. Takım tezgâhlarında işlenmesini kolaylaştırmak için kurşun ya da kükürt katılmış bir çelik türüdür.
• Takım çeliği. Bu tür çeliğin, her şeyden önce yeterince sert, aşınmaya dayanıklı ve görece az kırılgan olması gerekir. Sıcak kesme işleminde temel özelliklerini korumak zorundadır.
• Biçim değiştirmeyen çelik. Sıcaklık karşısında (sıcak işlem dişikalıpları) ve ısıl sertleştirme işlemi sırasında (suvermeden sonra İşlenemeyen parçalar) geometrik olarak biçim değiştirmeyen çelik türleridir; en çok kullanılanlar kromlu ve molibdenli çeliklerdir.
• Paslanmaz çelik. Özel çelikler incelendiğinde, bazı elementlerin ve özellikle krom katkısının, çeliğin korozyona karşı dayanımını artırdığı anlaşıldı. Buna koşut olarak, Fransa'da L. Guillet ile A. PortevirTim Almanya'da Strauss, Maurer ve Monnartz’ın, İngiltere’de Brearley ve Giesen'in çalışmalarıyla paslanmaz çelik, 1910'a doğru sanayi çapında gelişti Paslanmaz çeliklerin katkı elementleri, nikel ve % 10’un üzerinde kromdur. Ayrıca molibden ve bakır da korozyona karşı dayanımı artırır. Bu çelikler yapılarına göre üç grupta toplanabilir (L. Guillet):

a) martensitli çelikler. % 0,4'e kadar karbon ve % 12 ile 16 arasında krom içerir; bu tip çelikler mekanik özelliklerini koruması ve korozyona karşı dayanması gereken alanlarda, örneğin bıçak ve kapkacak yapımında (% 3 kromlu paslanmaz çelik) kullanılır;
b) ferritli çelikler, % 0,3'ün altında karbon ve % 16 ve 30 arasında krom içerir; bazı asitlerin korozyonuna iyi dayandıkları için besin sanayisinde mutfak ve sofra takımları yapımında kullanılır;
c) austenitli çelikler, krom ve nikel içerir; bileşim sınırları şöyledir: % 0,10'un altında karbon. % 12 ile 25 arasında krom, % 8 ile 20 oranlarında nikel (molibdenle birlikte). Bu grubun çelik tipi, % 18 krom, % 8 nikel içerir ve "18-8" çeliği adını alır.
Austenitli çeliklerin ilginç mekanik özellikleri, çok çeşitli ortamlarda korozyona karşı gösterdikleri dayanımdan kaynaklanır; bu özellikler, austenitli çeliğin çeşitli biçimler altında kimya, beslenme, havacılık, inşaat ve dekorasyon sanayilerinde yaygın olarak kullanılmasını sağlar. Bu çeliklerden bir kısmı, soğukta biçimlendirirken özel önlemler almak gerekir; aynı şekilde kalıcı biçim değiştirme işlemi sırasında austenitin sertleşmesi sonucu kısmen martensit yapısının oluşması nedeniyle özen göstererek işlemek zorunludur.

imalat çeliği.

Bu terimle belirtilen çelikler, kesme takımları (matkap, freze bıçağı vb ), sıcak ya da soğuk biçimlendirme takımları (tel haddeleri, kalıplama ve dövme dişikalıpları, zımbalar), malzemeyi keserek işleyen sıcak ve soğuk kesme takımları (makas bıçağı, zımba, kesme dişi kalıbı vb.) yapımında kullanılır.
Bu tür çeliklerde aranan temel nitelikler şunlardır: sertlik, rezilyans, aşınmaya ve yorulmaya karşı dayanım. Ayrıca, çalışma sırasında takım ısınacağı için yüksek sıcaklıkta niteliklerinin korunması zorunludur.
imalat çeliklerinin birçok, türü vardır:

• yaygın olarak kullanılan el aletleri için düşük alaşımlı ya da olağan çelikler;
• kromlu (% 2 ile 12) biçim değiştirmeyen çelikler;
• silisyumlu (% 2) çelikler;
• kromlu, tungstenli, molibdenli, vanadyumlu hız çelikleri.

Üretimi özen isteyen, özel elementler bakımından zengin kimi imalat çeliklerinin aşırı tüketiminden kaçınmak için "takma uçlu bıçaklar" yapılır ve yalnız, çalışan uçlar hız çeliğinden ya da metal karbürlerden üretilir

Yay çeliği.

Bu çeliğin ayırtedici özelliği, yüksek esneklik sınırı ve yüksek kopma yüküdür. Gündelik kullanımlarda olağan sert çeliklerden yararlanılır; ancak özel koşullarda (ağır yük, yorulma içkuvvetlerinin çokluğu) çalışan yaylar, % 1 ya da 2 silisyumlu, suverilmiş ve menevişlenmiş çeliklerden yapılır.

Ateşe dayanıklı çelik.

Ateşe dayanıklı çeliklerin temel elementleri krom ve nikeldir; bu elementler çeliğin yüksek sıcaklıklara dayanıklı (korozyona ve akmaya karşı dayanım) özel bir yapı kazanmasını sağlar.
Martensit, ferrit ya da perlit yapılı ferritli çelikler, genellikle suverme ve menevişleme işlemlerinden geçirilirler; böylece akmaya karşı dayanımda önemli bir rol oynayan ara faz çökelmesi elde edilir. Molibden, vanadyum, titan, tungsten ve niyobyum bu çeliklerin akma dayanımını artırır (sözgelimi krom-molibden çeliği 650-700°C’a kadar kullanılır). Bu çelikler, özellikle kataliz ve kızdırıcı boru donanımları, benzin motoru supapları, buhar türbini kanatları, ayrıca dövme ve döküm parçaları yapımında kullanılır.
Krom-nikelli austenitli çelikler, ferritli çeliklere oranla biçimlendirme ve kaynak yapmaya daha çok elverişlidir; özellikle yüksek sıcaklıklarda çok iyi bir mekanik dayanım (akma) gösterir Dövme ya da döküm yoluyla, ısıl aygıtların (fırın, kazan, kızdırıcı, kutu reküpferatörleri, metalürji potaları) çeşitli parçaları, türbojetlerin ve gaz türbinlerinin yanma odaları bo çelikten yapılır.

Rulman çeliği.

% 1 karbon ve % 2 krom içeren bir özel çeliktir; suverme ve menevişlerse işlemlerinden sonra kazandığı ayırtedici özellikler (sertlik, aşınmaya ve titreşime dayanım) yuvarlanma sürtünmesiyle karşılaşan parçaların (bilyeler, rulman yatakları) yapımında kullanımını sağlar.

ÜRETİM

1946'da 112 mt olan (1929 üretiminden biraz daha az) dünya çelik üretimi 1959'da 300 mt’u geçti, 1968'de de 500 mt'a ve 1970'te 600 mt'a yaklaştı. 1990 yılında 770 mt'a çelik üretildi.
Çelik sanayisinin her dönemde değişen gereksinimlere bağlı olarak farklı tipte birçok yörede kurulduğu görülür. Günümüzde çelik üretimi, eskiye oranla kok kömürüne daha az. bağımlıdır. Eskiden çelik fabrikaları Batı Avrupa, Silezya, Donbas, Pittsburgh bölgesi, Kuzey-Doğu Çin, Kyuşu ve Yeni Güney Galler gibi taşkömürü havzalarında kurulmuştu. Bununla birlikte bu havzalar denize yakın olduğu ya da büyük bir nehrin (Ren) kıyısında yer aldığı ölçüde daha iyi tutundu. XVIII. yy.'dan önce (Bergslag, Orta Ural) ve daha sonra (Krivoy-Rog, Magnitogorsk, lorraine) demir çelik sanayisi demir cevheri yatakları yakınında gelişmişti, ikinci Dünya savaşı'ndan sonra ise, demir ve kok kömürü yataklarından uzakta, özellikle limanlarda gelişme gösterdi: Avrupa'nın kuzey-batı kıyılan (Soarrovvs Point, Fairless Works), Büyük göller, İtalya, ispanya özellikle Japonya ve Türkiye'de Karabük, Ereğli, İskenderun, Chicago ve Tokyo dünya çelik üretiminde en önemli iki merkez durumuna geldi.
Bu sanayi alanında ana para gittikçe artan ölçüde kamu kuruluşları elinde toplanmaktadır. Eski sosyalist ülkeler gibi, Ingiltere, Avusturya, Güney Atrıka, Latin Amerika ülkeleri ve Hindistan'da çelik sanayisi büyük ölçüde devletleştirilmiştir; İtalya, ispanya ve Meksika'da devletin payı çok büyüktür. Fransız demir-çelik sanayisinin büyük bölümü borçlanma nedeniyle, devlet eline geçmiştir Birçok küçük üretici, merkezileşmiş ve bütünleşmiş büyük şirketlerin yanında yer alır. Kimi büyük şirketlerin kökeni, XIX. yy.’ın ünlü demirhane ustalarına dayanır: özellikle, Fransa'da Wendel ve Schneider, Almanya'da Thyssen ve Krupp, Amerika Birleşik Devletleri'nde Carnegie. Öte yandan madencilik şirketleri çelik üretmeye başladıkları gibi (Grângesberg), otomotiv sanayi kuruluşları da (Ford, Kaiser, International Harvester F.İ.A.T.) aynı alana yöneldi. Bununla birlikte bu alanda çalışan çokuluslu şirketler, öteki alanlara oranla daha azdır.

Çeliğin çok büyük bir kısmı Kuzey Amerika, Avrupa ve Japonya'da üretilir. 1971-1991 yılları arasında dünyanın en büyük çelik üreticisi Sovyetler Birliği olmuştur (1989'da 160 Mt). Sovyetler Birliği’nin dağılmasından sonra, bu toplam üretimin % 581 Rusya Federasyonu’na (Urallar'da Ninjiy Tagil ve Magnitogorsk, Moskova bölgesinde Lipetsk ve Çerepovets; Sibirya’da Kuznetsk havzası), % 401 Ukrayna'ya (Donbas, Dniepr kentleri), geri kalanıysa Kazakistan (Karaganda), Azerbaycan (Sumgayt) ve Gürcistan'a (Rustavi) ait durumdadır.

Kuzey Amerika'da üretilen çeliğin 90 mt'u ABD'de, 12 mt'u Kanada’da elde edilir. ABD'de sekiz grup üretimin dörtte üçlük bölümünü elinde tutar; bu sekiz gruptan ikisi, United Steel Corporation ve Bethlehem Steel Corporation’dur. Üretimin % 75'lik bölümü Pittsburgh'da ve Büyük göller bölgesindeki kentlerde (Buffalo, Cleveland, Detroit, Chicago), diğer bölümü de güneyde Birmingham'da, batıda Geneva ve Fontana’da gerçekleştirilir. Kanada'da Toronto bölgesi çelik sanayisi konusunda, Nova Scotia’yı gölgede bırakır.

Avrupa’da toplam 142 mt çelik üretilmektedir, 29,5 mt’luk üretimle ilk sırada yer alan Almanya'yı (Ruhr'daki Ren fabrikaları, Dortmund Salzgitter, Bremen ve | Eisenhüttenstadt), 23 mt'la Fransa (Nord, Dunquerque, Lorraine, Fossur- Mer), 15 mt’la eski Çekoslovakya (Moravska, Ostrava, Plzen, Kosice), 14,5 c mt'la İtalya (Cenova, Piombino, Bagnoli, Taranto), 13 mt'la Ingiltere (Kuzey-Doğu | Ihgiltere, Iskoçya, Wales Ülkesi ile Port 6 Talbot), ve Polonya (Silezya, Nowa, Hudta), 7,6 mt'la Lüksemburg, 7,1 mt’la Romanya (Hunedoara, Reşita, Galati), 5,6 mt'la Ispanya (Bilbao, Avilös, Sagunto), 4,5 mt'la Belçika (VVallonie), İsveç ve Avusturya (Steiermark, Linz) izler.

Japonya, 1990 yılında ulaşmış olduğu 110,3 mt’la dünyanın bir numaralı çelik üreticisidir. Kyuşu ve Hokkaido'daki taşkömürü havzalarında kurulan sanayi, özellikle büyük kentlerin çevresinde (Tokyo, Osaka, Nagoya), daha sonra da İç Denizin kıyılarında gelişmiştir. Çin 67,2 mt (Yangzi Ciang, Anşan ve Taiyüen), Güney Kore ise 23 mt çelik üretir.

Avustralya (Sydney ve Adelaide bölgeleri) ve Güney Afrika Cumhuriyeti'nin (Transvaal) demir-çelik sanayileri oldukça zayıftır. Gelişmekte olan ülkelerin demir-çelik sanayileri de benzer nitelikler taşır. Brezilya'da üretim (Volta Redonda, Ipatinga) 20,6 mt’un üstüne çıkar; Meksika'nın üretimi ise (Monclova) 8,7 mt'dur. Asya'da Hindistan, Damodar vadisinde (Kulti, kenin üretimi çok düşüktür; ancak bu ülkelerin büyük bir bölümü, bütün zorluklara rağmen, ülkenin kendi ihtiyacını karşılayabilmek ve hatta sanayileşmiş ülkelerin fabrikalarıyla rekabete girerek dışsatım yapmak için üretimlerini geliştirmeye çalışmaktadır.

Çeliğin elde edilişi.

Çelik üretiminde kullanılan en yaygın hammadde pik demirdir. Yüksek fırınlarında elde edilen sıvı pik demir, çelik fınnlannda yükün yaklaşık yüzde 50’sini oluşturur. Kimi tesislerde, artık külçelerden sağlanan soğuk pik demir de fırınlara atılır. Tümüyle soğuk yükle çalışan elektrik fırınlarında ve yansımalı fırınlarda, pik demir metal yükün yaklaşık yüzde 15’ini oluşturur. Sıvı pik demir, çelik fırınlarına çoğunlukla içi tuğlamsılarla örülmüş üstü açık potalarla taşınır ve alt bölümlerindeki delikten ya da devrilerek ağız bölümlerinden firma boşaltılır. 100-300 ton arasında sıvı metal alan bu potalarda, pik demir 24 saat kadar katılaşmadan kalabilir. Eski türden yansımalı fırınlar ya da Bessemer fırınlarının kullanıldığı tesislerde pik demir çoğunlukla 1.000-1.500 ton kapasiteli özel potalarda biriktirilir ve buradan gerektiğinde çelik fırınlarına taşınır.

Çelik üretiminde en yaygın kullanılan öteki hammadde türü ise hurda çeliktir. Hurda çelik, çelik tesislerindeki üretim artıklarından, çelik malzemeyle makine, otomobil gibi sanayi ürünleri üreten öteki fabrikalardaki artıklardan ve piyasadan toplanan eski çelik ürünlerinin artıklarından elde edilir. Fiziksel yapıları ile bileşimleri çok değişik olan ve bir dizi istenmeyen madde içerme olasılıkları bulunan bu malzemeler, çelik ocaklarında eritildikten sonra, gerekli alaşımı sağlamak amacıyla önce incelenir, daha sonra işlemden geçirilir.

Doğrudan cevherden sağlanan metal haldeki hammaddeler, bakır ve kalay gibi katışkılar içermediğinden kullanım kolaylığı sağlarlar. Ne var ki, bu cevherlerdeki toz, toprak ve kayalardan oluşan ganglar, metal eriyikteki cürufun hacmini artırır. Kimi zaman, köpüksü haldeki cevher sıkıştırılarak kolayca taşınabilen ve yeniden oksitlenmesinin önüne daha kolay geçilebilen briketler durumuna getirilir.

Çelik fırınlarındaki eriyiği istenen birleşime getirmek üzere kullanılan en önemli cüruf oluşturucu maddeler kireç, kireçtaşı ve flüorittir (CaF2). Bu maddelerin kullanım miktarları, uygulanan arıtma işlemine göre değişir. Kireç ve kireçtaşındaki kükürt oranının en fazla yüzde 0,04, silis içeriğinin ise yaklaşık yüzde 2 olması gerekir. Cüruf oluşturucular kırılarak elekten geçirilir, böylece büyük kütleli parçalardan ve tozdan arındırılır. Oksijenle dönüştürme işlemine dayalı üretimde, cüruf oluşturmak için oldukça çok miktarlarda flüorite gereksinim vardır.

Çelik üretimi temel olarak, hurda çelik, metal eriyik, pik demir ve kimi zaman da bir miktar metal haldeki cevherden oluşan yükün eritilmesiyle başlar. Daha sonra banyoya gerekli karbon içeriğini sağlamak ve katışkıları cürufa almak için arıtma işlemi uygulanır. Ardından da, oksijen içeriğini düzenlemek ve çeliğe gerekli bileşimi kazandırmak amacıyla alaşım maddeleri eklenir. Arıtma sırasında banyodan uzaklaştırılan en önemli katışkı maddeleri karbon, silisyum, manganez, fosfor ve kükürttür. Bu maddeler yükseltgenerek karbonun, karbon dioksit ve karbon monoksit gazlarını, ötekilerin ise, silis (SİO2), manganez oksit (MnO) ve yükteki kireçle (CaO) tepkimeye giren demir II oksit (FeO) halindeki oksitleri içeren cürufu oluşturmaları sağlanır. Cürufa giren öteki istenmeyen maddeler, yükte bulunan toz, çimento artıkları, yüksek fırın cürufu ve cevherdeki ganglardır.

Modern çelik fırınları, biçimlerine ve ısının sağlanış yöntemine göre çeşitli sınıflara ayrılır. Yansımalı fırınların metal banyosunu ve cürufu içeren gövde bölümleri oldukça sığdır. Isı, cürufun üst bölümünü yalayan bir alevle sağlanır. Ark fırınlarının gövdesi de sığdır; ısı ise, grafit elektrotlar ile metal arasında kurulan elektrik arkıyla sağlanır. Armut biçimindeki dönüştürücülere ise ısıyı, yükseltgeyici oksijen gazı sağlar. Süreci sürdürmek için gerekli olan ısı, gaz ile yükteki malzemelerin arasında gerçekleşen tepkimelerle oluşur. İndüksiyon fırınları ise pek yaygın olarak kullanılmaz {bak. indüklemeyle ısıtma). Bu fırınlarda hurda yük, kova biçimindeki bir potaya alınır ve eritme ve arıtma için gerekli olan ısı, elektrik akımının dolaştığı dışardaki bir bobinden metal yüke indüklenen elektrik akımlarından elde edilir.

Üretim süreçleri, çeliğin arıtılması için gerekli olan cüruf türüne ve fırında kullanılan tuğlamsı türüne bağlı olarak da çeşitli farklılıklar taşır. Genel olarak cüruflarda kullanılan temel iki oksit türü, silis (SİO2) ve fosfor pentoksit (P2O5) gibi asitler ile kireç (CaO), magnezya (MgO) gibi bazlardır. Demir II oksit (FeO) ve alümina (AI2O3), çelik oluşturucu cüruflarda nötrdür, manganez oksit (MnO) ise baz olma eğilimi gösterir. Asidik cüruflar önemli ölçüde silis ve çok az kireç içerir, bazik cüruflar ise önemli ölçüde kireç ve yüzde 20’ye kadar silis taşır. Asidik ya da bazik cüruflardan hangisinin kullanılacağı, fırın yükündeki kükürt ve fosfor düzeyine bağlıdır. Her iki maddenin miktarı, son çelik ürününde bulunabilecekleri düzeyin üstündeyse bazik cürufun kullanılması gerekir, çünkü bu maddeleri ancak bu tür bir cüruf soğurabilir. Cürufun yapısı, cürufu ve metali taşıyacak olan tuğlamsı malzemenin türünü de belirler. Asidik bir cüruf bazik tuğlamsıları hızla çözündürür; öte yandan bazik bir cüruf asidik tuğlamsıları tahrip eder. Asidik çelik fırınlarında kullanılan temel tuğlamsı malzemesi silisdir. Bazik tuğlamsılar ise katışkısız magnezyadan (MgO), yanmış dolomitten (CaO MgO) ya da kireçten yapılır.

Katışkılı sıvı demir ya da çelik, oksijen üfleyen bir hamlaçtan, fırına cevher halinde atılan demir oksitlerinden, ya da cürufta çözünen demir oksitten gelen oksijenle tepkimeye sokularak hızla arıtılabilir. Cüruftaki demir II oksit ile ham demirdeki silisyum, manganez ve fosfor arasında gerçekleşen tepkimeler şunlardır:

İlk iki tepkime, arıtma sürecinin hemen ilk aşamasında oluşur ve çoğunlukla silisyum ve manganezin tamamına yakın bölümü cürufa çıkar. Karbonun cüruftaki demir oksit tarafından yükseltgenmesine ilişkin tepkimeler ise şunlardır:

Oluşan gaz içinde karbon dioksitin oranı yüzde 1-2 civarındadır. Katışkısız sıvı demir 1.600°C’de yüzde 0,24 oranında oksijen çözündürür. Sıcaklık yükseldikçe çözünürlük de hızla arttığından, çelik banyo, cüruftaki demir II oksitten ve yüzeye püskürtülen oksijen jetinden oksijen soğurur. Banyoya eklenen bu oksijen, karbonla tepkimeye girerek karbon monoksit ve karbon dioksit gazlarını oluşturur. 1.600° C ’deki bir çelik banyosunda, yüzde 1 oranında karbon gidermek için yaklaşık yüzde 0,002 oranında oksijenin bulunması gerekir. Arıtma süreci sırasında, banyonun karbon içeriği azaldıkça, karbonu gaz fazına çıkarmak için gereken oksijen miktarı da artar. Yüzde 0,1 karbon için en az yüzde 0,02 oranında ve yüzde 0,05 karbon için de yüzde 0,04 oranında oksijene gereksinim vardır. Oksijenin katı çelik içindeki çözünebilirliği çok düşük olduğundan, katılaşma sırasında sıvı metal içindeki oksijen, hızla karbon monoksit gazı halinde gider. Katılaşma sırasındaki bu gaz çıkışı denetlenemezse, elde edilen çelik külçeler ve dökümler gözenekli ve kırılgan bir yapıya bürünebilir. Bu nedenle arıtma işleminden sonra, sıvı çeliğe alüminyum, silisyum, titanyum ve manganez gibi çeşitli oksijen giderici maddeler eklenir; bu maddeler oksijen içeriğinin büyük bölümüyle birleşerek küçük oksit parçacıkları oluştururlar. Bunların bir bölümü yüzerek yüzeyde kalır, ötekiler ise katılaşmış çeliğin içinde yer alır.

Çelik banyosundaki kükürt, yalnızca bazik bir cürufla giderilebilir. Kükürtün ancak çok küçük bir bölümü artık gaz halinde yok edilebilir. Kükürtün denetlenmesi için temel zorunluluk, cürufta kirecin silise oranının 2,8’in üstünde olması, cürufun sıcak ve akışkan halde bulunması ve cüruf ile metalin hızla birlikte karıştırılmasıdır. Bazik bir cürufta kükürtün derişikliği yüzde 0,05 ile 0,20 arasındadır. Çeliğin içerebileceği kükürt oranı yüzde 0,01 ile 0,025 civarında olduğundan, bu elementin denetimi, çelik üretiminin başlıca sorunlarından birisidir.

Çeliğin dökülmesi ve işlenmesi.

Çeliğin yüzey niteliği ile dayanımı, çarpmaya ve yenime karşı direnci gibi fiziksel özellikleri, sıvı çeliğin katılaşma sürecine ve biçimine bağlıdır. Çoğunlukla eriyik haldeki çelik fırından potaya alınır ve buradan taşınarak, dökme demirden hazırlanmış külçe kalıplarına ya da özel kalıplara dökülür. Metal kalıp sıvı metalden daha soğuk olduğundan, kalıbın zemininde ve duvarlarından başlayan bir katılaşma ortaya çıkar. Donma, kalıbın iç bölümlerine yönelik olarak ilerler. Sıvı soğudukça ve donma ilerledikçe, çelikte bulunan karbon ve çözünmüş oksijen birleşerek büyük hacimde karbon monoksit gazı oluşturur. Eğer bu gaz oluşumu ve gaz kabarcıklarının hareketi denetlenemezse metal kaynayarak kalıbın üstünden taşar ve çelik külçe gözenekli, süngersi bir yapı kazanır. Bessemer işleminin geliştirildiği ilk dönemlerde ciddi sorunlar yaratan bu zorluğun üstesinden gelmek için çeliğe manganez eklendi ve böylece bunun oksijenle birleşerek gaz oluşumunun önüne geçmesi sağlandı. Daha sonraları silisyum, alüminyum, titanyum ve kalsiyum gibi maddelerin de kararlı oksitler oluşturarak oksijen giderici işlev gördükleri bulundu. Döküm sırasında dikkate alınması gereken bir başka etmen de, çeliğin katılaşma sırasında yüzde 7 oranında büzülmesidir. Ayrıca, karbon ve çoğu alaşım elementleri ile kükürt ve fosfor gibi bazı katışkı maddeleri, katılaşma sırasında donmamış sıvı bölüme doğru hareket ederler, bu da son donan bölümün, ilk donan bölümlere oranla çok daha katışık olmasına yol açar.

Bugün çoğu modern çelik tesisinde, külçe döküm yöntemi, yerini sürekli (şerit) döküm tekniğine bırakmıştır. Önceleri alüminyum ve bakır gibi demir dışı metallerin dökümünde kullanılan bu yöntem, çeliğin bu teknikle dökümünde ortaya çıkan sorunların çözülmesiyle birlikte demir-çelik sanayisine de uygulanmaya başladı. Bugün kullanılan gelişkin sürekli döküm makinelerinde kesintisiz biçimde dört köşe ya da dikdörtgen kesitli çubuklar dökülebilmektedir. Şerit dökümün, külçe döküm yöntemine göre başlıca iki üstünlüğü vardır. Birincisi, bu yöntemle, sıvı çelikten daha büyük oranda kullanılabilir ürün elde edilebilir, çünkü dökümün orta bölümünde külçe dökümde olduğu gibi boşluklar oluşmaz, ayrıca döküm uçlarının kesilmesinden kaynaklanan artık oranı en aza iner. İkincisi, şerit dökümlerin yapısı ve bileşimi, külçe dökümlerde olduğunun tersine, çubuk boyunca düzenli bir dağılım gösterir.

Sürekli döküm yönteminde, sıvı çelik fırından potayla taşınır ve potanın dibindeki delikten, döküm makinesinin tuğlamsılarla örülmüş haznesine boşaltılır (bak. Çizim 1). Buradan da suyla soğutulan külçe kalıbına akıtılır. Haznenin görevi, kalıba çıkışı denetlemek ve çelik içindeki metal dışı parçacıkların yüzeye çıkmaları için gerekli zamanı sağlamaktır. Hazneden akıtılan metal, çok değişik türden kalıplara alınabilir. Bu kalıplarda metal soğumaya başlar ve kalıbın duvarlarında ince bir katı çelik katmanı oluşur. Çoğu sürekli döküm makinesinde, katılaşan bölümün kalıptan ayrılmasını sağlamak amacıyla, kalıp sallama düzenekleri bulunur. Metal çubuk daha sonra soğutma bölümüne alınır ve burada su jetleriyle hızla soğutulur. Ardında çubuk merdaneler arasına sıkıştırılarak denetimli hızlarda çekilmeye başlar. Tam katılaşma için belirli bir sürenin geçmesi gerekir ve bunun için de çubuğun 6,3 ile 13 m arasında değişen uzunluklarda yol alması beklenir. Döküm hızı, küçük kesitli çubuklar için oldukça hızlıdır. 230|x|280 mm boyutlarındaki bir çubuk için döküm hızı dakikada 1-2 m’dir. Tümüyle katılaşan malzeme daha sonra kesiciler tarafından belirli uzunluktaki kütükler halinde kesilir.

Dökme çelik çubukların ya da külçelerin mekanik özellikleri çeşitli ısıl işlemlerle(*) ve malzemenin kızgın halde preslerde, şahmerdanlarda ya da haddelerde işlenmesiyle artırılır. Düzensiz, kaba kristalli döküm yapısı böylece kırıldığında lifli bir görünüm veren düzenli bir yapıya dönüştürülür. Ayrıca bu işlemler sonucunda malzemenin tokluğu ve sünekliliği de artar. İşleme sırasında, küçük kristal tanelerinin yeni bir yapıya ulaşması için malzeme yeterince sıcak tutulur. Büyük top namluları, otomobil şaftları ve türbin rotorları, dev hidrolik preslerde yavaş yavaş dövülerek işlenir. Akslar, krank milleri ve ağır makine parçaları büyük buharlı şahmerdanlarda dövülür.

Çoğu çelik külçeler ve sürekli döküm çubukları haddelerde biçimlendirilir. Bu işlemde, kızgın haldeki malzeme, çeşitli aralıklarda ve biçimlerdeki merdanelerin arasından geçirilir. Her haddeden geçişte çubuğun enkesiti küçülür, levha malzemenin ise kalınlığı azalır. Belirli kesitli çubuklar, raylar ya da profiller üretmek için çeşitli türden haddelerden yararlanılır. Bugün çoğu haddehanede, tek bir çelik kütüğünden, 250 mm kalınlığında, 11 m uzunluğunda ve 40 ton ağırlığında çubuk elde edilebilmektedir.

Çelik türleri.

Çelikler çeşitli biçimlerde sınıflandırılabilir.
En yaygın sınıflandırma yöntemi, katılaşma sırasında ortaya çıkan yapılarına davalı olarak yapılandır. Bunlardan sönük (sakinleştirilmiş) çelik, banyo sırasında oksijeni tümüyle giderilmiş ve katılaşma sırasında gaz kabarcığı salmayan (kaynamayan) çelik türüdür. Bunlar çoğunlukla yoğun ve düzenli yapıya gereksinim duyulan uygulama alanlarında kullanılır. Hemen tüm alaşımlı çelikler, sönük çelikler olarak üretilir, çünkü bu malzemelerde yoğunluğu ve bileşimi denetleyebilmek için yüksek düzeyde oksit gidermeye gereksinim vardır. Sürekli döküm işleminden geçirilecek olan çeliklerin de, katılaşma sırasında yeterince düzgün bir yapıya ulaşabilmeleri için söndürülmeleri gerekir. Genellikle karbon oranı düşük olan kaynayan çeliklerde ise oksit giderme işlemi yapılmaz ve gaz boşluklan külçe yapısına dağılır. Bu tür malzemelerin katılaşması daha dengelidir ve orta bölümlerinde büzülmeden kaynaklanan boşluklar bulunmaz. Ama sürekli döküm işleminden geçirilecek kaynayan çelik külçelerinin önceden işlemden geçirilerek yapılarının düzenlenmesi ve oksitlerinin giderilmesi gerekir.

Çeliklerin kimyasal bileşimlerine göre sınıflandırılmalarında,
malzemenin karbon, fosfor, kükürt ya da silis oranları dikkate alınır. Alüminyum, kurşun ve bakır gibi başka elementler de bulunuyorsa, sınıflandırmada bunlar da belirtilir.
Çeliklerdeki en ucuz ve en etkili alaşım maddesi karbondur. Karbon çeliklerinin yüzde 0,08-0,15 arasında karbon içeren düşük karbonlu türleri, çoğunlukla düşük maliyet, düzgün yüzey, iyi süne klik ve tokluk, kaynaklanabilirlik, kolay biçimlendirme ve işleme gibi özelliklerin arandığı alanlarda kullanılır. Otomobil karoserlerinde kullanılan çelik levhalar, kaynaklanarak döşenen borular, konteyner çelikleri ve kablolar düşük karbonlu çeliklerden yapılan malzemelerdir. Bileşimlerinde yüzde 0,15- 0,25 arasında karbon bulunan yumuşak çelikler, kolayca işlenebilir ve daha dayanıklıdır, ama süneklikleri, daha düşük karbon içerikli çeliklere oranla daha azdır. Bu çeliklerden, binaların ve köprülerin yapı malzemelerinin, kamyon gövdelerinin, demiryolu donanımlarının, vida ve cıvataların yapımında yararlanılır. Yüzde 0,25-0,35 arasında karbon içeren orta karbonlu çelikler, yumuşak çelikten daha dayanıklıdır, bu nedenle de büyük boruların, gemi gövdelerinin, şaftların ve çeşitli makine parçalarının yapımında kullanılır. Yüzde 0,35-0,65 karbon içeren karbon çeliklerinden ağır makine parçaları dökülür. Yüzde 0,65’in üzerinde karbon içeren çelikler ise ısıl işlemden rahatlıkla geçirilebilir ve sertliğin ve sünekliğin arandığı alanlarda kullanılır.

Alaşım çelikleri

bir ya da daha çok alaşım elementinden yararlanılarak yapılır. Birçok alaşım maddesinin birlikte kullanılmasıyla elde edilen malzemelerin hem üretim maliyetleri daha düşüktür, hem de özellikleri daha gelişkindir. Alaşım çeliği üretiminde kullanılan en önemli alaşım elementleri nikel ve kromdur. Nikel, çeliğin dayanımını artırır ama tokluğunu etkilemez. Bunun yanı sıra maliyetinin yüksek olması nedeniyle nikel artık tek başına alaşım elementi olarak kullanılmamaktadır. Krom, az miktarlarda eklendiğinde, çeliğin ısıl işlemle sertleştirilebilmesini kolaylaştırır ve karbonla birleşerek sert ve ince taneler halinde dağılmış karbürler oluşturur; bileşime yüzde 5’in üzerinde katılması durumunda da çeliğin yenime karşı direncini artırır. Yüzde 0,30-1,60 arasında krom içeren biçok çelik türü, öğütme merdaneleri, bilyeli rulmanlar ve mermiler gibi çeşitli malzemelerin yapımında kullanılır. Krom ve nikel birlikte kullanıldığında çeliğin tokluğu ve dayanımı önemli ölçüde artar, sertleştirilebilirliği kolaylaşır. Krom-nikelli çeliklere bir oranda da vanadyum, bor ve molibden gibi elementler de eklenir; bu maddeler, gerekli nikel ve krom miktarım azaltarak üretim maliyetini düşürürler, malzemenin sertlik ve tokluk özelliklerini güçlendirirler.

Yüksek karbonlu

çeliklerden elde edilen takım çelikleri, metalleri işleme takımlarının yapımında kullanılır ve aşınmaya karşı son derece dirençlidir. Modern yüksek hız çelikleri, karbonlu takım çelikleriyle gerçekleştirilebilen çalışma hızlarının yedi, sekiz katma ulaşmasını olanaklı kılar. Bu çelikler, tungsten, krom, vanadyum ve molibden gibi alaşım elementleri içerir. Döküldüklerinde ve tavlandıklarında yumuşak bir yapı kazanırlar ve en karmaşık biçimlerde rahatça işlenebilirler. Yüzde 1-5 arasında tungstenli çelikler ağaç işleme takımlarında kullanılır. Hepsi yüzde 1 oranında olmak üzere karbon, tungsten, krom ve manganez içeren takım çelikleri kolaylıkla sertleştirilebilir. Dövme işleminde kullanılan kalıp çelikleri yüzde 0,3 karbon, yüzde 12 tungsten, yüzde 3 krom ve yüzde 0,4 vanadyum içerir.

Paslanmaz çelikler

ostenitli, ferritli ve martensitli olmak üzere başlıca üç türdedir. En yaygın paslanmaz çelik türü olan ostenitli çelik, yüzde 18 krom ve yüzde 8 nikel içerir. Bu çelikler çok sünektir, yenime ve kirlenmeye karşı çok dayanıklıdır; temel olarak besin işleme sanayisinde, kimya sanayisinde, ev gereçleri yapımında, hastane donanımlarının üretiminde kullanılır. Martensitli paslanmaz çelikler krom içermekle birlikte, çoğunlukla nikel içermezler, ya da çok düşük oranlarda içerirler. Tavlandıklarında kolayca işlenebilirler; dayanımları, sertlikleri ve öteki mekanik özellikleri ısıl işlem yoluyla artırılabilir. Martensitli çelikler kimya ve petrol sanayilerinde kullanılır. Ferritli paslanmaz çeliklerin bileşimleri de, martensitlilerinkine benzer, ama karbon içerikleri daha düşüktür ve yenime karşı dirençleri daha fazladır. Yüzde l’e kadar karbon içeren paslanmaz çelikler, çatal-bıçak yapımında kullanılır.

Çeliğin fazları.

Sertleştirilmemiş çelikte, ferrit, ostenit ve sementit olmak üzere başlıca üç faz bulunur. Ferrit, alfa {a) demirinin düşük oranda çözünmüş karbon içeren iç merkezli kübik halidir; denge durumunda bulunabilecek en yüksek miktarı, 727°C’de yüzde 0,025’tir. Ostenit, gamma (S) demirinin belirli ölçüde çözünmüş karbon içerebilecek yüz merkezli kübik halidir; 727°C’de bulunabilecek en yüksek miktarı yüzde 0,76’dır ve bu rakam 1.147°C’de yüzde 2,1’e çıkar. Sementit (demir karbür) ise, bir demir-karbon bileşiğidir (Fe3C). Sementit, 727°C’nin altında ferrite ve grafite, bu sıcaklığın üstünde ise ostenite ve grafite ayrışır. Ama bu tepkimeler, çoğu çeliğin imalatında dikkate alınmayacak kadar yavaştır. Çizim 2’de verilen demir-sementit diyagramında, yavaş soğutulan çeliklerdeki fazların denge bölgeleri görülmektedir. Yüzde 0,025 ile yüzde 2 arasında karbon içeren bu çelikler 727° C’nin altında ferrit ve sementitten oluşurlar. Karbon oranı yükseldikçe ferrit miktarı azalır ve sementit miktarı artar.

Ferrit, yumuşak ve sünek, sementit ise sert ve kırılgandır. Yüzde 0,3 oranında karbon içeren bir çeliğin yapısı, 727° C’nin altında yaklaşık yüzde 94 ferrit ve yüzde 6 sementitten, yüzde 1 karbon içeren bir çeliğin yapısı ise yüzde 85 ferrit ve yüzde 15 sementitten oluşur. Yavaş soğutulan bir çelikte, 727°C’de geriye kalan ostenit, birbirini izleyen ferrit ve sementit katmanlarından oluşan sert ve dayanıklı perlite dönüşür. Karbon oranı yüzde 0,76’ya yükseldiğinde, yavaş soğutulan çelikler daha çok perlit ve daha az ferrit içerir; malzemenin sertliği ve dayanımı artar, buna karşılık sünekliği ve tokluğu azalır (bak. Çizim 3). En yüksek süneklik ve tokluk düzeyine sahip çelikler, yavaş 'soğutulan ya da tavlanan düşük karbonlu çeliklerdir. Yüzde 0,76’nm üstünde karbon içeren çelikler, tümüyle ostenit fazında bulunduğu bir sıcaklıktan soğutulmaya başlayınca, önce ostenit tanelerinin sınırlarında sementit çökelir. Soğuma sürdükçe yapı, sementitle çevrelenmiş ostenit tanelerinden oluşan bir görünüm kazanır. Sonuçta ostenit perliti oluşturur ve yapı sürekli bir sementit ağı içinde serpili perlit adacıkları halini alır. Bu biçimde oluşturulan çelik dayanımlı olmakla birlikte çok gevrektir ve işleme sırasında kırılabilir. Bu çeliklerin, daha sonraki sıcak işlemlerden geçirilmeden önce 760° Cnin üstüne ısıtılmaları gerekir, aksi takdirde soğuma sırasında gevrek yapı kolayca oluşur.

Olağan karbon çeliklerinde, ostenitin perlite dönüşmesi sıcaklığı ve bu dönüşmenin biçimi, soğuma hızına bağlıdır. Soğuma hızı arttıkça, ostenitin oluşmaya başlama sıcaklığı 55Ö°/C’ye kadar düşer ve perlit taneleri çok küçülür. Böylece perlitin sertliği ve dayanımı artar. Soğuma hızı daha da artarsa, ostenitin perlite dönüşmesinin tümüyle önüne geçilebilir. Bu özellikten yararlanarak çelikler bir dizi ısıl işlemden geçirilebilir. Ostenitli bir çelik tavlanarak fırında yavaş yavaş soğutulduğunda, perlit iri taneler halinde oluşur ve malzeme yumuşak bir yapı kazanır. Havada soğutulan (normalize edilen) çeliklerde perlit taneleri daha küçüktür ve malzeme daha sert, daha daya- mmlı ve daha az sünektir. Çeliğe su verildiğinde (suda soğutulduğunda) ise, perlit oluşumu tümüyle ya da kısmen engellenir ve ostenitli yapı 200°C’ye kadar kendisini koruyabilir. Bu sıcaklıkta ostenit, martensit yapısı oluşturmaya başlar. Çelikler tavlandıktan sonra suda soğutulduklarında özel nitelikler kazanır.

Martensit, çoğu uygulama alanında kullanılamayacak kadar gevrek ve serttir, ve malzemenin içinde oluşan iç gerilimler, hızlı soğuma nedeniyle giderilemez ve son ürüne aktarılır. Bu tür bir çeliğin 200-600°C arasında yeniden ısıtılarak havada soğutulmasıyla, iç gerilimler giderilir ve malzemenin sertliği ve dayanımı azaltılır, öte yandan tokluğu artırılır. Takım çelikleri 200-250°C arasında bu menevişleme işleminden geçirilerek hazırlanır. Yay çelikleri ise 350-500° C arasında menevişlenerek daha dayanımlı bir yapıya kavuşturulur.

çelik

yaklaşık yüzde 0,03 ile yüzde 2 arasında değişen oranlarda karbon içeren demir-karbon alaşımı. Temel olarak pik demirin, yansımalı (Siemens-Martin) fırınlarda ya da elektrik fırınlarında arıtıldıktan sonra, istenen özellikleri kazandırmaya yönelik ek arıtma işlemlerinden geçirilmesi yoluyla elde edilir. Günümüzde modern binaların ve köprülerin, otomobillerin ve öteki taşıtların, uzay araçlarının, makinelerin ve ev gereçlerinin yapımında kullanılan başlıca malzemedir.

Çelik üretiminin gelişimi.

19. yüzyılın ortalarında hızla sanayileşen Batı Avrupa ülkelerinde ve ABD’de yaygınlaşan demiryolu, gemi, makine yapımcılığı ve inşaat sektörü, demire ve çeliğe olan talebi de aynı oranda artırdı. Savaşlar ve bu arada ilerleyen askeri teknoloji de bu talep genişlemesine katkıda bulunuyordu.

1850’lerde yüksek fırınlarda yeterince bol miktarlarda sıvı pik demir üretilebiliyordu, ama dövme demir ve çelik üretiminde kullanılan puddle (pik demiri dövme demire dönüştürmekte kullanılan işlem) fırınlarında ve potalarda, bir defada birkaç yüz kilogramın üstünde ürün elde edilemiyordu. Bir yandan da dövme demire ve çeliğe talebin artması, yeni üretim tekniklerinin geliştirilmesine yol açtı.
1846’da ABD’deki Kentucky’de William Kelly, katışık sıvı demiri soğuk hava üfleyerek çeliğe dönüştürmeyi başardı. İngiltere’de ise Henry Bessemer, 1856’da benzer bir çabayla, kendi adıyla anılan işlemi geliştirdi (bak. Bessemer işlemi). Başlangıçta, Bessemer ve Kelly’nin geliştirdikleri bu yöntemle, İngiltere’de ve ABD’de üretilen sıvı ham demirden kaliteli çelik elde etmek pek olanaklı değildi. Ama bir süre sonra, dönüştürücülerde (konverter) hava üflenen metale manganez eklendiğinde, daha yoğun ve çatlamadan kolayca dövme ve haddeleme işlemlerinden geçirilebilen çelik külçeleri (ingot) elde edilebileceği bulundu.
1856’da Alman bilim adamları Friedrich ve William Siemens, fırına üflenen havanın ısıtılmasına ve böylece fırın sıcaklığının çok yükseklere çıkarılmasına yönelik bir teknik geliştirdiler. Bu teknikte, ateş tuğlasıyla örülen bir oda, fırından gelen sıcak gazlarla ısıtılıyor, ardından yakım havası odaya alınarak burada bir süre aynı ısıtma işleminden geçiriliyordu.
1858’de Siemens kardeşler, iki ısıtma odalı ve oldukça sığ gövdeli bir çelik eritme ve arıtma fırınının patentini aldılar. Siemens fırınında katı yakıt bir ızgarada yakılıyordu, ama gazları fırının bir ucundan yanma odasına ve sıcak havayı da öteki uçtaki ızgaraya taşıyan kanal donanımı son derece karmaşık ve yetersizdi.
1864’te Fransa’da Pierre ve Emile Martin, gazla yakılan ve fırının her iki yanında ikişer tane Siemens ısıtma odası bulunan bir fırın geliştirdiler. Siemens-Martin fırını ya da yansımalı fırın olarak adlandırılan bu fırınlarda, hurda metali eritmek için yeterli sıcaklık düzeylerine ulaşma olanağı elde edildi. Püskürtülen havanın ısıtılması yöntemi daha sonraları pota işlemine de uygulandı.
Avrupa’da ve İngiltere’de çıkartılan cevherler yüksek oranlarda fosfor içerdiğinden, bu cevherlerden elde edilen yüzde 1 fosforlu pik demirle, Bessemer işlemiyle ya da Siemens-Martin fırınlarında çelik üretmek olanaklı olmuyordu.
1876’da İngiltere’de Thomas ve Percy Gilchrist, Bessemer dönüştürücüsünün içini silisli tuğlamsılar yerine kireçli tuğlamsılarla ördüler; böylece oluşan yüksek kireç içerikli cüruf, metal eriyikteki fosforu soğuruyordu. Kısa bir süre sonra yansımalı fırınlar da, silisli tuğlamsılar yerine magnezyum oksitli ya da kireçli tuğlamsılarla astarlanmaya başladı ve böylece bazik yansımalı fırınlar ortaya çıktı.
Elektrik üreteçlerinin (dinamo) geliştirilmesiyle, çelik üretiminde elektrik enerjisinden yararlanma sorunu gündeme geldi.
1899’da Fransa’da P.L.T. Heroult, ilk elektrik fırınını yaptı. Daha sonraları Heroult’un tasarımına dayalı olarak geliştirilen elektrik ark ocaklarıyla, ancak potalarda elde edilebilen yüksek kaliteli özel ve alaşımlı çelikleri sanayi çapında üretmek olanaklı duruma geldi.

1870-1950 arasında, dünyadaki çelik üretimi hızla yaygınlaştı ve arttı.
1910’larda asidik Bessemer işlemi yerini giderek bazik yansımalı fırın işlemine bıraktı ve bu arada yataklar gibi çeşitli parçaların ve tezgâh takımlarının yapımında kullanılan özel çelikler, asidik yansımalı fırınlarda üretilmeye başladı. Bazik Bessemer işlemi ise uzun süre Avrupa’da, çeşitli düşük tenörlü cevherlerden üretilen pik demirin arıtılmasında kullanıldı.
1920’lerde, alaşımlı çelikler temel olarak elektrik ark ocaklarında üretilir oldu ve pota işlemi giderek kullanılmaz duruma geldi. Dövme demir üretimi sürmekle birlikte, çeliğin giderek daha yaygın olarak kullanılır duruma gelmesiyle gerilemeye başladı. 20. yüzyılın başında çelik üretimi yöntemlerinde ortaya çıkan başlıca gelişme, yüksek fırınların ve yansımalı fırınların kapasitelerinin ve üretim birimlerinin artırılması oldu. 1950’de büyük bir yüksek fırında günde 1.500-1.800 ton, büyük bir yansımalı fırında da 8-10 saatte 400 ton çelik üretilebiliyordu. Ayrıca üretilen çelik türleri de çeşitlendi, bu arada paslanmaz çelik gibi çeşitli alaşımlı çeliklerin kullanımı yaygınlaştı.
II. Dünya Savaşı çeliğe olan talebi daha da artırdı; ayrıca, birçok ülkede çelik üretim tesislerinin tahrip olması ve savaş sonrasında ortaya çıkan yeni ekonomik düzenler bu talep artışını hızlandırdı. Ne var ki, yüksek fırınlarda hiçbir ön işleme gerek duyulmaksızın kullanılabilecek yüksek demir tenörlü cevherlerin çıkarıldığı madenler de kurumaya yüz tutmuştu. Böylece, düşük tenörlü cevherlerden yüksek tenörlü derişkiler (konsantre) hazırlama sorunu gündeme geldi. Bunun yanı sıra, yakım havasının basıncı ve sıcaklığı artırıldı, hava yakıtla birlikte üflenmeye başladı ve yakım havası oksijenle zenginleştirildi. Çeşitli mekanik geliştirmeler de üretim kapasitesinin artırılmasına katkıda bulundu.
Bessemer’in buluşundan beri metalurjistler, pik demirin çeliğe dönüştürülmesinde hava yerine doğrudan oksijen kullanmayı amaçlamışlardı. Gerçi 1889’da ayrımsal damıtma yoluyla oksijen elde etmek olanaklı duruma gelmişti, ama işlemin maliyeti çelik sanayisine uygulanamayacak kadar yüksekti. Oksijenin sanayi çapında üretimi II. Dünya Savaşı öncesinde, havadan oksijen elde etme tekniğinin bulunmasıyla birlikte yaygınlaştı. Savaştan hemen sonra da Almanya, İsviçre, İngiltere, İsveç ve ABD’ deki çelik üretiminde oksijen kullanımı başladı. Bu amaçla geliştirilen bazik oksijen işleminde (LD işlemi), saf oksijen mızrak biçimindeki ve suyla soğutulan bir boru içinden sesüstü bir hızda, pik ve hurda demir karışımından oluşan eriyiğin üzerine püskürtülüyordu. Böylece bu fırınlarda, bazik yansımalı fırınlarda elde edilen kalitede karbon çeliği üretilir oldu.
Çeliğin sanayi çapında üretiminin başlamasından beri yapımcılar, doğrudan ve dolaylı indirgeme yöntemlerinin üstünlüklerini tartışmışlardı. Dolaylı indirgeme süreci, yüksek fırında görece katışkılı ham demir üretilmesi ve sıvı haldeki ürünün, çeşitli çelik yapım yöntemlerinden (Bessemer, bazik yansımalı ya da bazik oksijen) biriyle arıtılması işlemlerinden oluşur. Dolaylı indirgeme, bugün dünya çelik üretiminin başlıca yöntemidir; ne var ki, bu işlem için gerekli tesisler büyük yatırımlara gereksinim duyar. Doğrudan indirgemede ise, görece katışkısız demir cevheri, hidrojen, karbon ya da karbon monoksitle katı metal haline indirgenir. Katı metal daha sonra eritilir, alaşımlanır ve işlenmek üzere külçeler halinde dökülür. Yüksek saflık oranında demir cevheri kaynaklarının sınırlı olması uzun süreler bu yöntemin yaygınlaşmasını engellemişti.
Ama 1965’ten sonra, bu türden yeni yatakların bulunması ve indirgenmiş cevheri düşük maliyetle eritebilecek modern yüksek gerilimli ark fırınlarının geliştirilmesiyle birlikte, doğrudan indirgeme işlemi de daha yaygın kullanılır duruma geldi.
Özel nitelikli çelik üretmekte alaşım maddelerinden yararlanma yöntemi,
1861’de, takım çeliği yapımında tungsten kullanımına yönelik bir patentin alınmasıyla başladı.
1870’lerde ABD, İngiltere ve Fransa’da kromlu çelik yapımı yaygınlaştı; bu tür çelikten yapılmış malzemeler ilk olarak ABD’deki St. Louis’de Eads Barajı’nda kullanıldı.
1883’te İngiltere’de Sir Robert Abbott Hadfield, yüzde 12,5 manganez ve yüzde 1,2 karbon içeren çeliğin darbeye ve aşınmaya karşı son derece dayanıklı olduğunu buldu ve bu çelikler, tren tekerleklerinde, demiryolu traverslerinde ve kazı araçlarının kepçelerinde kullanılmaya başladı. 1880’lerin sonlarında, silah, zırh levhası ve mermi yapımında nikelli çelik kullanımı yaygınlaştı. Nikelli çeliklere krom eklenerek çok daha dayanıklı alaşımlar elde edildi ve krom-nikelli çelikler makine parçalarının temel malzemesi durumuna geldi. Tezgâh takımlarında kullanılan ve yüksek sıcaklıklarda keskin ağızlarının kesici özelliğini koruyan hız çelikleri 1900’de ABD’de geliştirildi. Bu çelikler tungsten, krom ve vanadyum içerir. Yüzde 5’in üzerinde krom içeren paslanmaz çelik ise ilk olarak 1912’de İngiltere’de yapıldı. Paslanmaya karşı son derece dirençli olan bu çelikler önce çatal- bıçak yapımında kullanıldı.
1909-12 arasında ise Almanya’da krom-nikelli paslanmaz çelik türü geliştirildi. Bu alaşımlı çeliğin bilinen en elverişli bileşimi, yüzde 18 krom ve yüzde 8 nikel içerir.

Çoğu alaşımlı çelik türleri askeri amaçlara yönelik geliştirilmiş olmakla birlikte, savaş sırasında kaynakların azalması, alaşım maddelerinin daha dikkatli biçimde kullanılmasını zorunlu kıldı. I. Dünya Savaşı sırasında, daha az miktarlarda alaşım maddesi kullanarak, üstün nitelikli yeni alaşımlı çelikler geliştirildi. Benzer bir gelişmenin görüldüğü II. Dünya Savaşı sırasında da borlu özel çelik türü yapıldı. Alaşıma yüzde 0,0005 oranında bor eklendiğinde, dayanım, sertlik ve süneklik özelliklerinde bir değişikliğe yol açmaksızın öteki alaşım maddelerinin miktarı yarı yarıya azaltılabiliyordu. Böylece yüksek nitelikli düşük alaşımlı çelik üretimi çeşitlendi ve hızlandı.

Dünya çelik üretimi.

Çelik üretiminin henüz yaygınlaşmakta olduğu 18. yüzyılın başlarında önde gelen çelik üreticisi ülke İsveç’ti. Sanayi çapında üretimin gelişmesiyle birlikte İngiltere demir ve çelik üretiminde öne geçti ve bu konumunu 19. yüzyılda da sürdürdü. Eski emek-yoğun üretim yöntemleri 1870’ten sonra yerini hızla Bessemer ve yansımalı fırın (Siemens-Martin) yöntemlerine bıraktı. 1875’te İngiltere’nin çelik üretimi 790.000 ton, yani dünya üretiminin yüzde 40’ı iken, 1876’da 4,4 milyon tona yükseldi, ama dünya çelik üretimindeki oranı yüzde 22’ye düştü. ABD’nin çelik ve dövme demir üretimi 1880’de İngiltere’ ninkini geçtiyse de İngiltere’nin üretimi 1900’de 7 milyon, 1950’de 18 milyon, 1960’ta 27 milyon tona yükselerek 1970’te 31 milyon tona ulaştı. 1896-1970 arasında ABD dünyadaki en büyük çelik üreticisiyken 1971’de birinci sırayı SSCB aldı. Bu süre boyunca üretim artışı yansımalı fırın yönteminin yaygınlaşmasından kaynaklanıyordu.

ABD’de 1867’de ilk kez kullanılan asidik Bessemer yöntemiyle 30 bin ton, 1870’te de asidik yansımalı fırın yöntemiyle 1.500 ton çelik üretildi. Aynı yıl 42 bin ton asidik Bessemer çeliği yapıldı ve bu yöntemin çıktısı hızla artarak 1906’da 13,8 milyon tonla en yüksek düzeyine ulaştı. Daha sonra giderek önemi azalan bu yöntemden 1967’de tamamen vazgeçildi. Asidik tuğlamsılar ve cüruf kullanımını gerektiren bazik yansımalı fırın yöntemi, asit dönüştürücüyle rekabet edemediğinden başlangıçta daha yavaş gelişti. 1908’de yansımalı fırın yöntemi üretimde asit Bessemer yöntemini geçti. 1928-61 arasında ABD’de üretilen çeliğin yüzde 85’inden fazlası bu yöntemle üretildi. Bu tarihten sonra bazik oksijen fırınları, yansımalıların yerini almaya başladı.

1955’te Avusturya’da geliştirilen bazik oksijen fırınıyla (LD fırını) üretilen oksijen çeliği üretimi hızla arttı. Bu yöntemle yapılan üretim 1955’te 725 bin tondan 20. yüzyılın sonlarında 70 milyon tona yükseldi.

Almanya’da ise 1900’deki toplam 7,5 milyon ton çelik üretiminin yüzde 65’i bazik Bessemer yöntemiyle, yüzde 31 ’i ise bazik yansımalı fırın yöntemiyle gerçekleştirildi. 1905’te Fransa’daki oranlar ise, yüzde 60 ve yüzde 34’tü, toplam üretim ise 2,5 milyon tondu. Geri kalan bölüm ise asidik yöntemlerle üretiliyordu. Dışardan fosfor oranı düşük cevherlerin getirilmesiyle Avrupa çelik fabrikalarında bazik oksijen fırını ve kaldo işleminin kullanımı giderek attı.

Eski SSCB’de çelik yapımında kullanılan başlıca yöntem bugün de bazik yansımalı fırın işlemidir. II. Dünya Savaşı’nda çelik yapım tesisleri hemen hemen tümüyle tahrip olan Japonya’da karbon çeliklerinin tamamı bazik oksijen işlemiyle üretilir. Alaşımlı çeliklerin ve paslanmaz çeliklerin üretiminde de ark fırını kullanılır. Dünyadaki üretimin hemen hemen tümünde asidik yöntemler yerini bazik yansımalı fırın, bazik Bessemer, bazik oksijen yöntemi ve bazik ark fırını gibi bazik yöntemlere bırakmıştır. I. ve II. Dünya savaşları sonrasındaki ve 1929 Büyük Bunalım dönemindeki kısa aralıklar dışında dünya demir ve çelik üretimi sürekli arttı; 1970 sonları ve 1980 başlarında ise talep azalması nedeniyle durgunlaştı.

II. Dünya SavaşTndan hemen sonraki yıllarda ABD en büyük çelik ihracatçısıydı. Daha sonra öteki sanayileşmiş ülkelerin üretim kapasitesi çok artarak bu durumu değiştirdi. Geçmişte başlıca çelik üretici ülkeler daima geri kalmış ülkelere çelik ürünleri ihraç etmişlerse de zamanla birçok küçük ülke hurda demir, çelik ve yerel maden cevherlerini ergitebilen ark fırınları kullanan küçük çelik fabrikaları kurmaya başladı.

1990’da dünya ham çelik üretimi 770 milyon ton olarak gerçekleşti. Bu üretimde birinci sırayı 154 milyon tonla SSCB, ikinci sırayı 110 milyon tonla Japonya, üçüncü sırayı 88,6 milyon tonla ABD ve dördüjıcü sırayı 67,2 milyon tonla Çin aldı.

Türkiye çelik üretiminde yılda yaklaşık 4 milyon ton kapasiteyle kamu işletmeleri başı çekmektedir. 1986-87 döneminde özel sektör işletmelerinde de yaklaşık 2 milyon ton çelik üretilmiştir. 1990’da ise toplam ham çelik üretimi 9,2 milyon tona ulaşmıştır. Çelik üreten başlıca dört büyük kamu kuruluşundan Karabük, Ereğli ve İskenderun Demir-Çelik fabrikaları piyasa ihtiyacını karşılamak amacıyla, Kırıkkale Demir- Çelik Fabrikası da askeri amaçlar için kurulmuştur. Kamu kesimindeki bütün fabrikalar yansımalı fırın yöntemiyle çelik üretirler. Özel sektör çelik üretiminde genellikle ark fırını kullanır, ancak Bessemer yöntemi kullanan işletmeler de vardır.