Soğuk Haddeleme Yöntemi ile Çelik Sac Üretimi

Soğuk haddeleme, metal veya metal alaşımlarına yeniden kristalleşme sıcaklıklarından daha düşük sıcaklıklarda uygulanan plastik şekillendirme işlemidir. Soğuk haddeleme ile çelik saclara asgari boyutsal tolerans aralıkları, kaliteli yüzey durumu, daha iyi mekanik özellikler ve ayrıca birtakım belirgin fiziksel özellikler kazandırılarak, 1,5 mm'den daha düşük kalınlıklara ulaşmak mümkündür.

Düşük kalınlık, yüzey düzgünlüğü, yüksek şekillendirilebilirlik ve özellikle derin çekilebilirlik özellikleri soğuk haddelenmiş çelik sacların metal ve plastik kaplamalarla beraber çok geniş imalat alanlarında kullanılmalarını sağlamaktadır. Çelik sacların soğuk haddelenmesi aşağıdaki aşamaları içerir;

1) Dekapaj,
2) Haddeleme,
3) Tavlama,
4) Temper Haddeleme,
5) Kaplama,
6) Kontrol ve Paketleme.

Önerilen Makale: Çelik köşebent malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için çelik köşebent nedir sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
 

Sıcak haddelenmiş şerit üzerinde, üç tabaka halinde oksit vardır. En üst tabakada hematit (Fe₂O₃) bunun altında manyetit (Fe₃O₄) ve en alt tabakada ise demir oksit (FeO) bulunur. Yassı ürün üzerinde bulunan bu tabakalar soğuk haddelemeye uygun olmayan farklı bir kabuk teşkil ettiğinden, bu kabuğun işlem sırasında ürünün iç kısmına karışabileceği ve hadde kilolarına zarar verebileceğinden dolayı yok edilmesi gerekmektedir. Bu tufali yok etmek için çeşitli asit ve alkali (en yaygın kullanılanı sülfürik asittir) solüsyonları içerisine yassı ürün daldırılır. Ancak öncelikle, sıcak haddelenmiş bobinler asitleme hatlarında açılır ve yüzeylerindeki tufal tabakaları kırılır. Bunun nedeni, sülfürik asitin hematit ve manyetit tabakalarını geçip en alt tabakadaki demir oksite etki etmesinin zor olmasıdır. Oksit tabakalarının kırılması bir bakıma asit tepkimesinin hızlanması ve işlem verimliliği için önemlidir. Burada şerit sürekli bir gerilim gücü altında küçük yatay rulo serilerinden geçirilip ileri ve geri bükülerek oksit tabakasının mekanik olarak parçalanması sağlanır.

Oksit kırıcı merdanelerin sonundaki doğrultma silindirleriyle şerit, doğrultma işleminden geçirilir. Sac rulonun baş ve sonlarındaki bozuk kısımlar uç kesme makaslarında kesilirler. Birbiri ardı sıra gelen bobinlerin uç kısımları, kaynak makinesinde birleştirilerek devamlı şerit haline getirilir.

Çelik sac, kesintisiz olarak asitleme işlemine maruz bırakılır (dekapaj). Bu kısımda kullanılan asitleme tanklarının çelik konstrüksiyonu, asite dayanıklı plastik ile kaplanmış ve 30 cm kalınlığında asit tuğlalarıyla örülmüştür. Her bir havuzun boyu 20-23 m, genişliği 2 m, derinliği 1-1,5 m civarındadır ve bir asitleme hattında 3-4 adet havuz bulunur. Tuğlaların altına yerleştirilen "manyetik bombeleştirici sistemi" şeritin havuza dalarak gitmesini sağlar. Tankın içindeki karışım, buharla ısıtılarak 90°C sıcaklık civarında tutulan %6-26 sülfürik asit içeren su + sülfürik asit karışımdır. Son teknolojilere sahip asitleme hatlarında, asit ve şeritin tam temasım sağlamak amacıyla havuz şiddetli biçimde çalkalanır. Karışım oranını sabit tutmak için asit, karışıma otomatik olarak beslenir.

Asit tanklarından ayrılan şeritin altına ve üstüne soğuk ve minerallerinden arındırılmış su püskürtülerek yüzeydeki asit bulaşıkları yıkanır. Şerit sıcak su tankına girer ve buranın çıkışında da lastik sıyırma merdanelerine girerek yüzeye yapışan asit bulaşıkları sıyrılır ve şerit yüzeyi bir nebze kurur. Tam kurutma ise, takip eden kurutma sistemindeki fanlardan buharın, şeritin alt ve üst kısımlarına teması ile sağlanır.

Kurutma sisteminin çıkışında, dekapaj sırasında oluşabilecek hız farklarından doğan aksaklıklardan şerhin etkilenmemesi için geliştirilmiş bombeleştiriciler kullanılır. Sıcak haddelenmiş ruloların her iki kenarlarından 15-20 mm gibi bir miktar, dekapaj hatlarında dairesel bıçaklarla kesilir. Bunun nedeni, kenarlarda oluşan ezilme, çentik, yanık gibi kusurları ve genişlik farklılıklarını yok etmektir. Uzun şerit bu işlemden sonra çıkış makasında, kaynak edildiği yerlerden bölünerek başlangıçtaki bobinlerine ayrılır. Daha sonra yağlama makinesinde yağlama merdaneleri ile şeritin alt ve üst yüzeyleri homojen bir biçimde yağlanır. Yassı çelik, tekrar rulo haline getirilir, tartılır ve asitleme hattından çıkarılır.

Buraya kadar anlatılan asitleme amaçlı işlemler, hem doğrudan kullanıma yönelik sıcak haddelenmiş rulolar hem de soğuk haddeleme bölümüne gönderilecek çelik saclara uygulanabilir. Ancak yalnızca doğrudan kullanıma yönelik sıcak haddelenmiş sac rulolar için itme-çekme hatları adı verilen, nispeten daha az yer kaplayan dekapaj bölümü mevcuttur. İtme-çekme hatları, daha yüksek kalınlıklara sahip (2-12 mm) ve kaynak edilmeyen bobinlere uygulanır. Dolayısıyla, her rulonun ayrı dekape edildiği, küçük ve orta kapasiteli daha ucuz hatlardır. Şerit, rulo çözücü tarafından itilir ve rulo sancı tarafından çekilir. Sistemin tankları fazla derin değildir.
 

Asitleme hatlarından çıkan temizlenmiş, kenarları kesilmiş ve yağlanmış sac rulolar, tersinir tek tezgahta ileri-geri yönlerde veya beş haddeden oluşan sürekli tandem tezgahlarda tek yönde soğuk olarak inceltilerek sıcak haddelenmiş bobinlere nazaran çok daha düzgün bir yüzey elde edilir. Sürekli tezgahların verimliliklerinin tersinir düzenlere göre çok yüksek olması nedeniyle ülkemizdeki tüm büyük kapasiteli işletmelerde soğuk haddeleme, sürekli tandem hadde düzenleri ile yapılmaktadır.

Soğuk haddehane giriş konveyörüne gelen bobinler uygun şekilde döndürülür, bobin hazırlama ve besleme grubunda bobin ucu, üstü tahrikli altı avare çekici merdane vasıtasıyla ilk tezgahın iş merdanelerinin arasına kadar yürütülür. İş merdaneleri, bobinin ucunu Kaptıktan sonra, girişteki üst çekici merdane yukarı kaldırılır.

Haddeleme işlemi normal Şartlarda bilgisayar denetimi altında yapılır. Haddeleme için gerekli ön bilgiler (malzemenin giriş ve çıkış kalınlıkları, genişlikleri, kalite cinsi, merdanelerin yüzey durumları ve bobin numarası) hattın girişindeki kontrol terminalinden girilir. Bu bilgilere göre hesaplanan hız değerleri ve hadde aralıkları ile sistem işler.

Her n tezgahında kalınlık, giriş en_1 değerinden çıkış en değerine azalır. Kalınlık incelmesi ve boydaki artış yanal bir yayılma meydana gelmeden olur. Sacın tezgah girişinde hızı vn-1 ve çıkışta hızı vn olursa kalınlık akış hızlan arasındaki ilişki;

v_n-1.e _n-1=v_n.e_n

Böylece sac, hadde geçişlerinde sürekli hızlanır. Tandem olarak soğuk haddelemede, 0,4 ila 3 mm arasındaki kalınlıklarda, en yüksek çelik sac hızı, 600 ile 1500 m/d arasında değişmektedir. 1200 mm genişliğinde, 0,13-0,4 mm arasındaki kalınlıklardaki ince paketleme şeritlerinin haddelenmesinde kullanılan hız değerleri ise 1500- 2300 m/d arasında değişir.

Haddeleme enerjisi çok yüksek tork gerektiren çalışma merdaneleri ile nakledilir. Bir tezgahın gücü 3 ile 8 MW arasında değişir. Birinci tezgahın motorları en az güç üretirken, tezgahların güç değerleri sırayla artmaktadır ve son tezgahta en yüksek güç gereklidir (1. tezgah 2000 BG, 5. tezgah 5000 BG). Günümüzde hadde tezgahları, doğru ve alternatif akımlı elektrik motorları ile tahrik edilmektedir. Motor milleri üzerinde volan bulunmaktadır ve böylece haddeleme sırasındaki azami yükler karşılanabildiği gibi gerekli motor gücü de düşürülebilmektedir. Devir düşürücü dişli, yüksek hızlı elektrik motorunun devir sayısını merdanelerinkine indirgemektedir.

Hadde Donanımları 

Sürekli tandem soğuk haddeleme grubunda bulunan tezgahlar şu donanımlara sahiptir;

• Otomatik kalınlık kontrol sistemi, 
• 1. ve 5. tezgahlarda, otomatik kalınlık kontrol sisteminden gelen bilgilere göre hareket ederek baskıyı sağlayan hidrolik silindirler, 
• Haddelerdeki ezme kuvvetlerini ölçen yük hücreleri, 
• Tezgahlar arasındaki sacın gerginliğini sağlayan gergi merdaneleri, 
• 4. ve 5. tezgahlarda iş merdanelerinin hidrolik kuvvetlerle iki yöne bükülmesini sağlayan düzenek, 
• 4 ve 5. tezgahlarda hızlı merdane değiştirilmesini sağlayan merdane değiştirme arabaları.

Bilindiği gibi gergi kuvveti ile haddeleme sırasında, haddeleme basıncı düşer. Bu nedenle soğuk haddelemede sac gerginliğini uygun olarak seçmek ve onu sabit tutmak çok önemlidir. Sac gerilimi, merdaneler ve sancıların hızlarının kontrolü vasıtasıyla otomatik olarak sabit tutulur. Bu yüzden otomatik kontrol sistemi, duyarga olarak gerginlik ölçer cihazlar da içermektedir.

Merdaneler

Soğuk haddelemede kullanılan merdaneler % 3 – 5 arası krom içeren dövülmüş veya dökülmüş çelikten imal edilirler. Daha yüksek alaşımlılar geliştirilmektedir. Merdane yüzeyleri taşlanır ve hatta özel uygulamalar için parlatılır. Bu uygulama, kullanılmış merdanelerde, haddelemenin neden olduğu sertleşmiş yüzeyi yok eder ve istenen pürüzlülük değerini korur. Orta kaliteli tezgahlarda Ra pürüzlülük değeri 0,5um civarındadır. İnce çelik sac haddeleme sırasında son tezgahta, 3 - 5 um gibi çok daha yüksek Ra pürüzlülük değerlerine ulaşmak amaçların. Bunun nedeni; yüksek pürüzlülük, sıcak daldırarak galvanizleme yöntemi sırasında çinko kaplamanın yapışma oranım yükseltir, gaz devirdaymını kolaylaştırır ve tavlama sırasında yapışmaya izin verir. Her taşlama sonrasında merdaneler krom kaplanabilir. Bu işlem aşınmayı sınırlar, bir dahaki taşlama süresini geciktirir.

İş merdaneleri olarak adlandırılan sacla temas halindeki rulolar, haddeleme basıncına maruz kalırlar ve bükülmeleri, büyük çaplara sahip, daha sağlam destek merdaneleri ile sınırlandırılmıştır. İş merdanelerinin çaplarının küçültülmesi temas yayının boyunu ve böylece haddeleme kuvvetim düşürür. Ancak, iş merdanelerinin sacı sürtünme kuvvetleri vasıtasıyla çektiğinden, temas alanı, haddenin metali kapması için yeterince geniş olmalıdır. Bu yüzden bu gücün haddeleme kararlılığına kritik bir etkisi vardır.

Soğutma ve Yağlama

Haddeleme sırasında sürtünmeyi azaltmak ve merdanelerde oluşan ısıyı almak için malzeme ye merdaneler üzerine düşük miktarda haddeleme yağı içeren (% 1-5) emülsiyon tatbik edilir. Soğuk haddeleme işleminin sıcaklığı genellikle 60°C ile 130°C arasında tutulmalıdır (paketleme çelikleri için bazen 1800 C kadar olabilir). Düşük kalınlıklarda sürtünme katsayısı arttığında haddeleme kuvveti artar. Bu nedenle, sac ne kadar ince olursa, yağlama o kadar verimli olmalıdır. Bazı durumlarda, yüksek yağ yoğunluklu (% 6-15) istikrarsız mekanik emülsiyonlar uygulanabilmektedir. Hayvansal, bitkisel yağlar ve sentetik petrol yağlan gibi birçok çeşit yağ, emülsiyonların içerisinde kullanılabilmektedir. Kullanılan emülsiyonlardan, soğutma ve yağlama görevlerinin yanında ısıl işlem öncesi kolayca temizlenebilme özelliği de beklenmektedir. Su ve çözülebilir yağ karışımları, yalnızca basınçlı havayla bile kolayca temizlenebilir. Çok ince sacların soğuk haddelenmesinde su ve çözülemez yağ karışımları kullanılır ve bu emülsiyonların haddeleme sonrası temizlenmesi oldukça güçtür. Tavlama öncesi bu kalıcı yağlan ortadan kaldırmak için alkali temizleme işlemi uygulanır.

Soğuk haddelemede soğutucu ve yağlayıcı olarak görev yapan sıvıların etkileşim içinde olduğu konular aşağıdaki gibidir;

• Haddeleme kuvveti, farklı merdanelerdeki bükülmelerin derecesini belirler. Çelik sacla temas halindeki iş merdanelerinin düz olması; metalin akış gerilimine, sürtünme katsayısına ve böylece yağlayıcıya bağlıdır.

• Hadde vuruşlarındaki sıcaklık, soğutma verimliliği ile kontrol edilir. Aşın ısınma yağlayıcı filminin bozulmasına neden olacak ve hadde basıncındaki geri tepmeyle birlikte, sac ve merdane arasındaki mikro sürtünmeler nedeniyle lekeler oluşacaktır. 

• Sacların yüzey pürüzlülüğünü, iş merdanelerinin yüzey durumu ve ayrıca yağlama etkiler. Aşın yağlama kalın film oluşturur, çelik merdane temasını azaltır ve çelik sac üzerinde daha iyi pürüzlülük değeri sağlar. Ancak aşın yağlama diğer taraftan durağan olmayan, titreşimli haddelemeye ve dolayısıyla sac kalınlığında farklılıklara neden olur. 

• Merdanelerdeki ısıl şekil bozuklukları haddeleme hızına ve ayrıca soğutma yoğunluğuna bağlıdır.

İstenen Düzlemselliğin Sağlanması

Sıcak haddelemede oluşan kusurlar konusunda da bahsedilen dalgalı kenarlar ve çatlaklar kusurlarının oluşum nedeni olan malzemenin kenar veya merkez liflerinin fazla uzaması, soğuk haddelemede de söz konusudur. Bunun nedeni merdane ve malzeme arasındaki profil farklarından kaynaklanmaktadır ve yeterli düzlemsellik sağlamak adına kalınlık profili, soğuk haddeleme boyunca korunmalıdır.

İşlem sırasında gelen yüke dayanamayan merdanelerin bükülmesi, başlangıçta zaten kötü islenmiş merdane veya ısıl genleşme farklılıkları, malzeme ile merdane arasında oluşan kalınlık profili farklarının nedenleridir. Örneğin ısıl genleşmeden kaynaklanan hataların ortadan kaldırılması için bölgesel soğutma sistemi kullanılır. Bükülmeyi ortadan kaldırmak için ise, tersine bükme momenti oluşturan düzeneklerin kullanımı başta gelir. Bundan başka, altılı veya daha fazla sayıda hadde tertipleri kullanmak, dörtlü hadde düzenlerinde yanal doğrultularda hareket edebilen iş merdaneleri kullanmak, birbirlerine göre ufak yer değiştirmeler yapabilen üst ve alt iş ve destek merdaneleri kullanarak genişlik boyunca basınç dağılımım düzenleyen donanımlar kullanmak diğer önlemlerdir.

Bahsedilen düzlemsellik hataları, haddeleme esnasında malzemedeki gerginlik sebebiyle gözükmeyebilir. Malzeme üzerindeki gerilmenin kalkmasından sonra ortaya çıkan dalgalanmaları ortadan kaldırmak için, işlem sırasında malzemenin her bir bölgesinin gerginlik bakımından incelenmesi ve bunun bir kontrol sistemine bağlanması üstün sonuçlar verir. Bu amaçla özel gerilimölçerler kullanılır.

Kalınlık Farklarının Azaltılması

Soğuk haddelemenin amacı, dar toleranslarla verilen sac kalınlıklarını elde etmektir. Sac kalitesinde kalınlık düzenliliği önemli bir etmendir. Gelişen teknoloji ile beraber soğuk haddelemede, aynı döküm numarasına ait çelik sacların aynı rulo içindeki kalınlık farkları birkaç mikron mertebesine indirgenmiştir.

Çelik sacın kalınlığı bir hadde çıkışında, yüksüz haldeki hadde aralığı ile merdanenin yük anında esnemesinden kaynaklanan aralığın toplamına eşittir. Hadde yükü, çeliğin akış gerilimine, sac genişliğine ve o haddedeki kalınlık indirgenmesine bağlıdır. Diğer Parametreler değiştirilemeyeceğinden, kalınlık indirgenmesi ve dolayısıyla hadde aralığı ayarlanarak sabit kalınlık elde edilmelidir.

Akış kanunundan giriş -çıkış, kalınlık ve hızlarının birbiriyle bağlantılı olduğu aşikardır. Bu nedenle kalınlıktaki değişim, hadde çıkışlarında hızları değiştirir. Nihai kalınlığı etkilememesi bakımından, bir haddedeki hız farkı diğer bitişik haddelere nakledilir. Kalınlığın ölçümü, X veya gama ışınları yardımıyla ve temassız çalışan ölçü aletleriyle yapılır. Birinci ve ikinci tezgahların arasına yerleştirilen kalınlık ölçü aleti, ilk tezgahtaki hadde aralığı ayarım sağlayan vidalı mili kontrol eder. Birinci tezgah girişine başka bir ölçü aleti monte edilebilir ama bu ölçü aleti, metalin mekanik özelliklerindeki değişimlere duyarlı olmayacaktır. Sabit bir ilk tezgah hızı için, birincil kalınlık değişimleri, giriş hızı v0'ın iyileştirilmesi ile telafi edilir.

Kalıcı olabilecek kalınlık değişimleri ilk tezgahın çıkışında fark edilir ve bu tezgahın hızı ayarlanarak düzeltilir.

Yüzey Temizliği

Soğuk haddeleme birimini terk eden sacların yüzeylerinin temizlik derecesi, demir ve karbon tortularının miktarlarıyla (mg/m2 ) nitelendirilir. Bu iki değer çoğunlukla yağlama ve soğutma şartlarına ve iş merdanelerinin pürüzlülüğüne bağlıdır.

İlk tezgahlardaki merdanelerin pürüzlülüğü yapışmayı arttırır. Bu nedenle düşük pürüzlülük değerlerine sahip olmaları tercih edilir. Son tezgahta, ince sacda istenen nihai pürüzlülük değeri yüksektir, ancak verilen kalınlık azalması düşüktür. Böylece meydana gelen yapışma önemsizdir.

En iyi yağlama koşulları, sac kalınlığına ve indirgenme oranına bağlıdır. Bu nedenle ilk, orta ve son tezgahların, birbirlerinden ayrı yağlama ve soğutma sistemlerinin olması arzu edilir.

Rulo sac içine taşınan emülsiyon; havayla temizleme ve ısıtarak kurutma yöntemleriyle yok edilir. Rulo sarma gerilimi ve pürüzlülük; nihai temizlik ve fırın tavlamadaki yapışma için Çok önemlidir. Bu parametreler, rulo sarma anında atmosferik gazların sirkülasyonu ile gelen rulonun yüzeyindeki karbonun yok edilmesini kolaylaştırır. Sacın düzgünlük değerinin kötü olmasından dolayı, düşük pürüzlülük ve aşırı veya düzensiz rulo sıkılığı, ısıtarak kurutma temizliğine engel teşkil eder. Bu, takip eden yüksek sıcaklıktaki fırın tavlama işlemi sırasında meydana gelecek olan yapışmayı destekler, rulo açma anında çatlama ve kırılma gibi kusur oluşumuna yol açar ve yüzeydeki artık karbon varlığının fazla olmasına sebep olur.

Paketleme işlerinde kullanılan çok ince çelik saclarda, yüksek kalınlık azaltması için gereksinim duyulanlar, takip eden yüzey kaplama işlemleri için istenen temizlik değerleri ile uyuşmaz. Yağ oranı fazla olan haddeleme emülsiyonları, sıcaklık tesiri ile yanıcı ve uçucu özelliğe sahip olmadığı için tavlama hattına gönderilmeden önce temizlenmelidir. Bu nedenle çelik saclar, alkali temizleme hattında sıcak alkali banyosuna daldırma ve sıcak su püskürterek fırçalama yöntemleri ile temizlenir. Hattın çıkışında sıcak hava üflemek suretiyle şerit kurutulur.

Soğuk Haddelemede Mikroyapı

Soğuk haddeleme sırasında malzemenin mikroyapısı özellikle, tane şekli değişikliğine uğramaktadır. Taneler, deformasyon yönünde uzarlar ve böylece özellikler yöne bağımlı hale gelir. Soğuk haddeleme oranı arttıkça malzemenin akma ve çekme mukavemeti ile sertliğinin artması deformasyon sertleşmesi olarak adlandırılır. Deformasyon sertleşmesi, sünekliğin azalmasına yol açtığından, metal sacların soğuk haddeleme oranı sınırlıdır. 1,5 mm kalınlığındaki yumuşak çeliğin % 30 oranında kalınlık azalmasında genel gerilme 60 kgf/mm2 , sert çelikte aynı oranda 90 kgf/mm2 'dir. Soğuk haddeleme, haddelenen metalin genel gerilmesinin 90 kgf/mm2 'ye ulaşmasına kadar devam ettirilir.

Bu yumuşak çelikte %80 toplam kalınlık azalmasına, yüksek karbonlu çeliklerde %30'a varan oranlara ve alaşımlı çeliklerde % 15-20 arasındaki oranlara tekabül eder. Belirli haddeleme oranlarında ise malzemenin sünekliği sıfıra iner ve haddeleme sırasında çatlamaya sebep olur.

Çatlak oluşumunu önlemek ve soğuk haddeleme ile azalan sünekliği arttırmak amacıyla malzemeye zaman zaman ara tavlama işleminin uygulanması gerekir. Artarda yapılan soğuk haddeleme ve tavlama işlemleri genellikle "soğuk haddeleme + tavlama" çevrimi olarak isimlendirilir.

Bu çevrimde uygun bir düzenleme ile malzemeye istenilen mekanik özellikler kazandırılabilir. Çelik sacın tam tavlı malzemeden daha yüksek dayanımlı olması istendiğinde, son işlem, aranan dayanımı sağlayacak deformasyon oranında yapılan soğuk haddeleme olacaktır. Eğer ürünün tamamen yumuşatılmış olması istenirse son soğuk haddeleme kademesini yeniden kristalleşme sıcaklığının üstünde yapılan bir tavlama izlemelidir.
 

Düşük karbon içeren (% 0,06-0,10 arası) çelik sac ve bantlar; yumuşatılmak, soğuk işlem sertliğini gidermek, sünekliği arttırmak, yeni ve ince taneli bir içyapı elde etmek ve daha sonra kullanılacağı alanlarda göreceği şekillendirme işlemlerine uygun mekanik özellikleri kazandırmak amacıyla, soğuk haddelemeden sonra 650-720°C sıcaklıkları arasında yeniden kristalleşme tavına tabi tutulurlar. Bu işleme kısaca tavlama denilmektedir.

Yeniden kristalleşme tavlaması çelik saclara iki farklı yöntemle uygulanabilmektedir. Bunlar; çelik sacın rulo halinde sarılmış olarak kontrollü bir fırın içinde birkaç bobin üst üste tavlandığı yığın tavlama ve rulo sacın açılarak bir fırından geçirildiği sürekli tavlama seklindedir. İki yöntemin de ayrıntıları ve birbirlerine göre artıları ve eksileri mevcuttur ancak bu konudan önce, yeniden kristalleşme konusunun metalürjik olarak incelenmesinde fayda vardır.

Metalürjik İnceleme

Soğuk haddeleme sonucunda çelik malzemede sertleşen ferrit kristalleri yüksek dislokasyon yoğunluğuna sahiptir. Ayrıca tane yapılan bozulur, iç gerilmeler ve anizotropi meydana gelir ve dolayısıyla mekanik ve fiziksel özellikler değişir. Yeniden kristalleşme tavı ile malzemeye istenen özellikler kazandırılır. Yeniden kristalleşme sıcaklığı, bu olayın bir saat içinde tamamlandığı sıcaklık olarak tanımlanır.

Yeniden kristalleşme tavı sırasında malzeme içyapısında Şekil 2.17'de de gösterildiği gibi; toparlanma, yeniden kristalleşme ve tane büyümesi olmak üzere üç safha halinde değişimler baş gösterir.

Toparlanma, soğuk haddelenmiş malzemenin yeniden kristalleşme sıcaklığına varmayan sıcaklıklara maruz bırakılması ile iç gerilmelerinin azaldığı ve büyük ölçüde ortadan kalktığı tavlama safhasıdır. Bu sırada sertlikte önemli bir düşme ve mikroyapıda da gözlenebilir bir değişme olmaz. Ancak elektrik ve ısıl iletkenlik gibi fiziksel özellikler artarak şekil değişiminden önceki değerlere ulaşır. Mekanik özellikler neredeyse sabit kalır. Bu olaya poligonizasyon ya da gerilme giderme tavı da denilmektedir.

Isıtılmaya devam edilen çelik sacın sıcaklığı, o malzemeye özgü bir sıcaklığa geldiğinde malzemenin mikro yapısında ve mekanik özelliklerinde değişimler başlar. Yeniden kristalleşme sıcaklık aralığında yapılan tavlama sırasında, şekil değişimi yönünde uzamış olan tanelerin yerine, onların arasından, aynı bileşim ve kristal yapıda yeni eşeksenli taneler oluşmaya başlar. Yeniden kristalleşme ile malzemenin mukavemet ve sertliğinin azalması, sünekliğinin artması şeklinde mekanik özelliklerinin değişiminin sac üretiminde önemi çok büyüktür.

Yeniden kristalleşme sıcaklığına, soğuk haddeleme miktarı, ilk tane boyutu, kimyasal bileşim ve tav süresi gibi etkenler tesir ederler. Bunun yanı sıra şu genellemeler yapılabilir;

• Soğuk haddeleme miktarı arttığında yeniden kristalleşme sıcaklığı azalır. 
• Soğuk haddeleme miktarı ne kadar fazla ise tavlama sıcaklığı ne olursa olsun yapı daha ince taneli olur. 
• Tavlama sıcaklığı yükseltilirse tavlamanın tamamlanma süresi kısalır. 
• Metalin saflığı arttıkça yeniden kristalleşme sıcaklığı azalır.

Yeniden kristalleşen taneli yapıya sahip malzemeler, tavlama süresince artan sıcaklıklarda uzun süreler daha tutulursa yapıdaki taneler büyür. Aşırı tane büyümesi, malzemenin mekanik özelliklerini olumsuz yönde etkiler. İri taneli bir çelik sac plastik şekil değiştirdikten sonra, yüzeyi portakal kabuğu görünümünde pürüzlü olur. Bu nedenle derin çekme, bükme, gererek şekillendirme gibi şekil verme işlemlerinde çelik sacların iri taneli olmaması istenir.

Yığın Tavlama

Yığın tavlama ya da kullanılabilen diğer adlarıyla fırın veya bobin tavlama aynı tav derecesinden olan bobinler, en büyük çapa sahip olan alta gelmek üzere, göbek delik eksenleri düşey olacak şekilde, bir kaide üzerine istif edilirler.

Azami bobin yükleme yükseklikleri bu fırınların 3 ila 4,3 m arasındadır (Erdemir'de 4,2 m civarında). Dolayısıyla bobin genişliğine göre fırınların yüklendikleri bobin sayıları 2 ila 5 arasında değişir. Oksidasyonu önlemek için, hidrojen-azot karışımı ya da saf hidrojen içeren koruyucu atmosfer gazları kullanılır. Koruyucu atmosfer gazının daha iyi sirkülasyonu ve gömleğin rahatlıkla yerleştirilebilmesi için rulo sacların aynı eksende yüklenilmesine dikkat edilir. Kaide üzerine yerleştirilmiş gömlek içindeki gaz sirkülasyonunu ve bobin sargıları arasındaki ısı iletimini kolaylaştırmak amacıyla, her iki bobin arasına dairesel, ısı yüzeylerinde dilimler olan konvektör plakası konulur. Gömlek içindeki koruyucu gazın sızdırmazlığını temin etmek için, gömlek etek kısılandın yerleştirildiği kaide yuvasına, sızdırmazlık elemanı seramik elyaf serilir (daha ekonomik sızdırmazlık elemanları kum ya da su-yağ karışımı kullanılabilir).

Malzeme yükleme işi bittikten sonra paslanmaz çelik sacdan imal edilmiş gömlek yerleştirilir. Daha sonra içerdeki havanın dışa için koruyucu atmosfer gazı verilir ve bir yandan da dışarı alınır. Bu işleme gömlek içindeki atmosferde % 1 oranında oksijen kalana dek devam edilir ki bu da 1,5 - 2 saat zaman alır. Atmosfer hazırlama işlemi tamamlandığında gömlek üzerine çan şeklindeki fırın yerleştirilir. Fırın ve kaide sıcaklıkları malzeme kalitesine göre ayarlanır. Değişik kalitelerdeki malzemelerin farklı tav dereceleri vardır.

Fırın tabanı, atmosferin, bobinlerin dış yüzeylerinden ve konvektör plakalarından geçerek sirkülasyonunu sağlayan bir fan ile donatılmıştır. Isısını bobine veren gaz, ısı dönüştürücülerine girerek yeniden ısıtılır. Bobinin içi, dışı ve köşeleri taşınım yoluyla ısınırken, aynı zamanda can şeklindeki fırın duvarları da bobinin dış yüzeyini radyasyon yoluyla ısıtır, ancak bu ısıtma oranı nispeten düşüktür. Koruyucu atmosfer gazı olarak kullanılan saf hidrojenin diğer gaz, hidrojen-azot karışımına göre radyal geçirgenliği daha yüksektir (saf hidrojen % 0,15, diğeri %0,06).

Fırın sıcaklığı 7000C'nin üzerine çıktığında aşırı tane büyümesi, metal içyapısında baş göstermektedir. Özellikle hidrojen-azot karışımının koruyucu gaz olarak kullanıldığı durumda, azot yapıdaki artık alüminyumla etkileşir ve nitrit oluşturur. Aşırı ısınma, sıcaklığın otomatik kontrolü ile önlenerek, 750°C üst sıcaklık sınırını aşmayacak şekilde ayarlanır. Hidrojen-azot karışımı ile bu sıcaklığa 5 ila 10 saat arası, saf hidrojen ile 10 ila 20 saat arası ısıtma periyodunda ulaşılır.

Soğutma anında ise hidrojenin kullanımı, düşük yoğunluğa sahip olduğundan daha hızlı gaz akışım beraberinde getirir. Böylece, hızlandırılmış soğutma ile bobinlerde daha tek biçim sıcaklık dağılımı ve daha üstün verimlilik elde edilir.

Yüksek radyal geçirgenliğe sahip saf hidrojen kullanımı, bobinin yüzey ve iç kısımları arasındaki sıcaklık farkım en aza indirir ve bu da daha tekbiçim mekanik özellikler elde edilmesini sağlar.

Isıtma çevriminin başlangıcında haddeleme işleminden gelen yüzeye yapışmış yağlar yanar. Azot bazlı atmosferlerde, bu aşamada, bobin merkezi ve kenarları arasındaki geniş sıcaklık farkı, daha sıcak kenarlarda oluşan yağın buharı nedeniyle meydana gelen çatlakları tetikler ve böylece siyah kenarlar oluşur. Isıtma hızı bu nedenle sınırlandırılmalıdır. Tabiki bu risk saf hidrojen atmosferinde oluşmaz.

Hidrojen-azot karışımlı koruyucu gazlar ile yapılan yığın tavlama sonucu, yapıya azot geçişi nedeniyle malzeme daha yüksek dayanıma sahip olur. En yüksek sıcaklık elde edildiği zaman, hidrojen-azot karışımı ile metaldeki en fazla sıcaklık farkı 6 saat sonunda 500°C iken saf hidrojen ile 12 saat sonunda 200°C'dir.

Fırın atmosferinde çeşitli yerlerde ve bobin tabanında bulunan ısı ölçerlerden alınan verilere göre işleyen bilgisayar kontrollü sıcaklık çevriminde, her bir fazın süreç ayarı tamamen otomatiktir. Bobinin her tarafında istenen sıcaklığa ulaşıldığında fırının dış kısmı alınır ve bobinler gömlek içinde koruyucu atmosfer altında soğutulur.

Sürekli Tavlama

Sürekli tavlama işlemi ilk olarak 1972 yılında, Japonya'nın "Nippon Steel" firmasının Kimitsu İşletmesinde, sac ürünler için hayata geçirilmesinden günümüze kadar olan süreçte, barındırdığı birçok avantajı ile yığın tavlama işlemine alternatif yöntem olarak çelik sac teknolojisindeki yerini almıştır. Sürekli tavlama işleminin beraberinde getirdiği en büyük artısı şüphesiz işlemin çabukluğudur. Şöyle ki, aynı hat üzerinde tavlama ile beraber barındırdığı temper haddeleme ve denetleme işlemleri de dahil yalnızca 10 dakika kadar sürmesi, yığın tavlamaya göre günler mertebesinde zaman kazancı sağlar ve depolama sırasında yapılacak işlerden tasarruf getirir. Ayıca sürekli tavlama hattında bobinin açılması, artık hadde yağlarının ve bobinlerdeki istenmeyen maddelerin çok iyi şekilde arındırılmasına olanak tanıması da getirdiği ikinci önemli artıdır.

Sürekli tavlama hattı öncelikle, şematik olarak yüzey temizliği bölümünde bahsedilen temizleme işlemleri ile başlar. Tavlama işlemi dikey fırınlarda yapılır. Sürekli tavlama fırınının giriş ve çıkış bölümlerinde bulunan biriktirme kısımları, fırın içinde veya kaynak ve kesme işlemleri sırasında meydana gelecek duraklamalar ile sacın etkilenmemesini sağlar. Bu bölümlerin uzunlukları, fırından geçen sacın en yüksek hızının fonksiyonu olarak hesaplanır. Fırın içerisinde meydana gelecek bir duraklama sacın kırılarak ayrılmasına neden olur.

Başlangıç bölümünde nöbetleşe çalışan bobin çözücüler, bobin başı ve sonu bölgelerini kesen makaslar, kaynak makineleri, elektolitik yağ çözücü, fırçalama, temizleme ve kurutma bölümü ve sac biriktirici kısımları yer alır. Çıkış bölümünde ise sistem, sac biriktirici, makaslar ve iki adet bobin sancıya ek olarak genellikle temper haddeleme tezgahlarım, kenar kesme makaslarım, kaplamasız teslim edilecek sac cinsi için yağlama ünitesini ve kalite gözlem donanımlarını barındırır.

Sürekli tavlama fırınlan şu bölümlerden oluşmaktadır; 

• Ürüne göre 620-850°C sıcaklıkları arasında değişen yeniden kristalleşme sıcaklıklarına ulaşmayı sağlayan ısıtma bölgesi, 
• Yeterli tane büyümesine izin verecek kadar bir süre (yaklaşık 30 saniye) sıcaklığın sabit tutulduğu tutma bölgesi, 
• İçyapı kontrolüne imkan veren, yavaş soğutma bölgesi (~10°C/s), 
• Aşırı doymuş çözeltideki yeterli karbon miktarını koruyarak çeliği yaşlanma işlemine hazırlamak amacım taşıyan hızlı soğutma bölgesi, 
• Çözülmemiş karbonu çökelterek ilerde olması muhtemel yaşlanma tepkimelerini önleyen yaşlandırma bölgesi.

Metali oksidasyona uğratmadan sıcaklığım oda sıcaklığına indiren son soğutma bölgesi, fırınlar bütünüyle, ısıya dayanıklı tuğlalarla çevrilidir. İçlerindeki atmosfer, % 1 - 2 H içeren azot-hidrojen karışımından ibarettir. Fırın içindeki kılavuz merdaneler, düşük ısıl genleşme gösteren ısı dayanımlı çeliktir. Merdanelerin geometrilerinde buna rağmen, sac merdane ve ortam sıcaklıklarındaki farklılıklardan dolayı değişimler olabilir.

Bu etkiyi telafi etmek için taşlama işlemleri ile merdanelere özel biçimler verilir. Hat boyunca ve özellikle de fırın içerisinde merdane aralarından akan sacın eksantrikliği kaçınılmazdır. Bu amaçla eksenel kaçıklığı yer değiştirmelerle telafi eden hareketli merdaneler ve bunları kumanda eden cihazlar kullanılır.

Malzeme içyapısını belirleyen soğutma süreci yeniden kristalleşme tavlamasında oldukça önemli bir konudur. Gelişen teknoloji, 30°C/s 'lik soğutma hızlarının üzerine çıkabilmeyi olanaklı kılmaktadır. Ancak soğutma hızından çok sıcaklık kontrolünün hassaslığı mühimdir. Soğutma yüksek basınçlı gaz püskürtme yöntemi ve içten su soğutmalı merdanelerin kullanımı ile yapılırken, optik pirometreler kullanarak sıcaklık ölçümü ±5°C aralığında gerçekleştirilir. Aynı zamanda tavlama ile yaşlandırma sıcaklıklarının +10°C 'lik aralıkta kontrol edilmesi büyük oranda tekbiçim metalürjik kalite sağlar.

Yığın ve Sürekli Tavlamanın Karşılaştırılması

Yığın ve sürekli tavlama yöntemlerinin en önemli teknik farkı, ürünlerin tane boyutlarını etkileyerek nihai özelliklerini değiştiren ve son derece mühim konu olan ısıtma ve tutmadaki sıcaklık-süre çevrimlerindedir. Yığın tavlama yönteminde esas itibarıyla ısıtma koşulları yavaş ısıtma çevrimine uygundur. Şöyle ki, yığın tavlamada ısıtma ve tutma çevrimi 40 – 70 saat arasında değişir ve 600°C'nin üstündeki yeniden kristalleşme sıcaklıklarına saatte aşağı yukarı 100C'lik ısıtma hızıyla ulaşılır. Diğer taraftan sürekli tavlama yönteminde ise işlem süresi 90 – 120 saniye arasındadır. Bu hızlı ısıtma çevrimi ile, 700°C' nin üzerindeki yeniden kristalleşme sıcaklıklarına saniyede 100C'lik hızlarla ulaşılır. Çizelge 2.7'de alüminyum ile sakinlestirilmiş aynı iki çelik sacın mekanik özelliklerinin, ısıtma hızına ve dolayısıyla tavlama yöntemine göre nasıl değiştiği açıklanmaktadır.

Sürekli tavlamanın yığın tavlamaya göre bir artısı, tavlamadan sonra malzeme yüzeylerindeki karbon azlığıdır. Sürekli tavlamada C < 3mg / m2 iken yığın tavlamada 7mg / m2 'den daha az seviyelere inmektedir. Yüzeydeki karbon miktarının azlığının önemi, çıplak metalin fosfatlama yeteneğini arttırmada ve fosfatlanmış ve boyanmış sacın korozyon dayanımını arttırmada kendini göstermektedir. 
Yığın tavlama bünyesinde gerekli olan bobin taşıma ve transferi gibi işlemler, bobinin sıkılığından dolayı, mekanik darbeler ve çizikler gibi kusurların potansiyel kaynaklarıdır. Sürekli tavlamada bu işlemlerin olmaması avantajdır. Ancak sürekli tavlamada da kendi içersinde, örneğin kullanılan merdanelerin çokluğu nedeniyle çizikler ve izler gibi risk oluşturan etkenler vardır. Buna rağmen deneyimler sürekli tavlamanın, kusurlarının azlığı ve işlemin güvenilirliği bakımından daha iyi düzeyde olduğunu doğrulamaktadır.

İki yöntemin de birbirlerine göre artılarını sıralamak gerekirse, yığın tavlamanın avantajları; 

• Düşük yatırım maliyeti, 
• Vakumlama yada titanyum ve niyobyum gibi elementlerle stabilize etme işlemlerini gerektirmeyen alüminyumla sakinleştirilen çeliklerin kullanımı, 
• Yeniden üretilebilmeye müsait mekanik özellikler ve iyi yüzey temizliği garanti edilen kaliteli standartların güvenilir şekilde üretimi.

Sürekli tavlamanın avantajları; 

• Depolama ve ilgili işlerden meydana gelen zaman kayıplarının çok çarpıcı şekilde azalması, 
• Mekanik özelliklerinde ufak dayanım aralığına sahip, yüksek dayanımlı ve çok iyi derin çekilebilir çelik sacların üretimi, 
• Özel uygulamalar için akma dayanımı dar bir aralıkta garanti edilen yada çekme işlemleri için teneke sac kalitelerinin üretimi, 
• Çok yüksek yüzey temizliğine sahip sacların üretimi, 
• Düşük karbonlu, elektrik uygulamaları amaçlı çelik sacların üretimi,

Sürekli tavlamanın artılarının çokluğuna ve giderek daha yaygın kullanılmasına rağmen, yığın tavlamanın yukarıda sıralanan avantajları nedeniyle, yakın gelecekte ortadan kalkması söz konusu değildir.
 

Temper haddeleme, tavlama işlemlerinden sonra yapılan düşük kalınlık azalmasına sahip haddeleme işlemidir. Amacı, işlenen ürünün cinsine bağlı olarak değişmektedir. Örneğin (karbon, azot gibi elementlerin bulunduğu) arayer katı çözeltilerini içeren çeliklerde temper haddelemenin birinci amacı yeterli gerinim miktarı oluşturarak dislokasyon yoğunluğunu arttırmak ve dolayısıyla akma dayanımı uzamasını ortadan kaldırmaktır. Diğer amaçlan, tavlanmış çelik sacın yüzey düzgünlüğünü sağlamak ve yüzeye matlık ya da parlaklık gibi istenilen nihai özellikleri vermektir.
 
Malzemenin mekanik özelliklerinde meydana gelen değişimler, haddeleme sırasında malzemeye uzama olarak verilen deformasyon miktarına bağlıdır. Derin çekme uygulamalarında kullanılacak malzemelere % 0,25 – 1,00 arası uzama, daha az süneklik gerektiren uygulamalarda kullanılacak malzemelere ise % 1,00 – 1,50 arası uzama verilir.

Temper hadde düzenleri, soğuk haddelemede de olduğu gibi ikili, dörtlü veya altılı olabilir. Haddelenen ürünün yüzeyi haddelemede kullanılan iş merdanelerinin yüzeylerinin durumuna göre sonuçlanır. Ancak uygulanan basınç, nihayetinde haddeleme kuvveti ve merdane çapı, ayrıca çeliğin akış gerilimi de yüzey görünümünü etkiler. Belirli kalitelerde çelik saclar için (IF çelikleri gibi) haddeleme kuvvetleri düşüktür. Basıncı sınırlamak için, merdane çaplan olabildiğince geniş tutulmalıdır. Bu amaçla dörtlü hadde düzenleri en uygundur. Yüksek uzama değerlerinin gerektiği durumlarda altılı hadde düzenleri kullanılır.

Temper haddelemede meydana gelen küçük kalınlık azalmaları nedeniyle gerçekte kayda değer ısınma oluşmaz. Buna rağmen temper haddeleme, merdanelerin su ve kimyasal madde karışımları ile yağlanmasıyla ıslak olarak uygulanır. Saclardaki gerilme kuvvetlerinin olabildiğince sabit tutulabilmesi için; bobin çözücü, temper haddeleme tezgahı ve bobin sarıcı birimlerinin aralarında birer adet gerilim ölçer parçalan bulunur. Sac düzlemselliğini doğrulamak amacıyla, merdane büken pistonlar kullanılır.

Temper haddelemenin temel işlevlerinden biri, daha önce de bahsedildiği gibi çelik saca, boyama ve çekme gibi ileriki işlemler için istenilen pürüzlülük değerini vermektir. Bu amaç doğrultusunda, iş merdanelerinin yüzeylerine, mekanik darbe ile aşındırma yöntemi, lazer dokulama, elektriksel yük boşaltarak dokulama ve elektron ışın dokulama teknikleri ile yivli şekiller verilir.

Etkileri ve Şekil Değişimi Yaşlanması

Çekme testlerinin gerilme-gerinim diyagramlarında belirgin akma gösteren çelik sacların üst akma sınırlarından sonra şekil değişimleri eşeksenli olmaktan çıkar ve akma boyunca çubukta çekme doğrultusu ile yaklaşık 45° açı yapan bantlar oluşur. Bu bantlar Lüders-Hartmann banılan olarak adlandırılır ve akma süresince malzemeye yayılır. Bu olay çelik sacın sonraki deformasyonları sırasında (pres operasyonlarında) açığa çıkarak gözle görülebilen yüzey kusurları oluşturur. Bu nedenle, birçok amaç kapsamında plastik şekillendirilmesi gereken sacların belirgin akma göstermeleri istenmez.

Temper haddelemenin etkilerinden biri, bir önceki konuda da bahsedildiği gibi, tavlanmış çoğu ticari çelik saclarda rastlanan belirgin akma noktasını ortadan kaldırmaktır.

Belirgin akmanın nedeni, metalürjik temele inildiğinde, "Cottrell atmosferi" diye tabir edilen durumla açıklanır. Cottrell atmosferi, çözeltinin ana kafesinde arayerlere yerleşen çözünen karbon ve azot gibi atomlar tarafından, enerji bakımından en uygun yerler olan kenar dislokasyonlarının hemen altındaki çekme gerilmesi bölgesindeki atom yığılmalarıdır. Bu yığılmalar, şekil değişimi sırasında dislokasyonun hareketine engel oluşturur. Dolayısıyla gerilmenin normalde yığılma olmayan durumdaki akma gerilmesi değerinden daha yukarılara Çıkmasıyla üst akma gerilmesi ve engelin ortadan kalkmasının hemen ardından da gerilmenin ani olarak akma bölgesinde en aza indiği alt akma gerilmesi oluşur.

Temper haddeleme işleminin sonrasında malzemedeki belirgin akma uzamalarının ortadan kalkması, işlem sırasında meydana gelen deformasyonların, hidrojen ve azot atomlarından oluşan Cottrell atmosferini dağıtarak bu atomların tekrar, önceki yerleri olan ana kafesin ara yerlerine yayılması nedeniyledir. Ancak şekil değişiminden sonra, sıcaklığa, malzeme özelliklerine ve daha birçok nedene bağlı olarak değişen bir süre zarfında karbon ve azot atomları yayınarak, dislokasyonlar etrafında tekrar atom yığılmalarını oluştururlar. Bu olaya ekil değişimi yaşlanması denir.

Soğuk şekil değiştirmiş malzemenin yaşlanma amacıyla oda sıcaklığında bekletilmesine doğal yaşlanma denir. Doğal yaşlanma haftalar, aylar ve hatta yıllar sürebilmektedir. Buna karşılık sıcaklığın artması atomların yayınma hızım yükselttiğinden, malzeme yüksek sıcaklıkta bekletilirse yaşlanma süresi de kısalarak saatler mertebesine iner. Bu durumda da yapay yaşlanma söz konusudur.

Şekil değiştirme yaşlanması ile ilgili en önemli etkenler, ferrit içinde çözülmüş karbon ve azot miktarı ile ön-gerilmenin cinsidir. Sakinleştirilmiş ve tavlanmış çelik saclar, çok az miktarda çözünmüş karbon ve azot içerirler. Bu nedenle bu cins çelik saclar, ortam sıcaklıklarında yaşlanmazlar.

Karbon ve azot atomlarının şekil değişimi yaşlanmasına etkileri, demir alaşımlarındaki Çözülebilirlik değerlerinden dolayı farklılaşmaktadır. Yapıdaki karbonların çözülebilirliği, 720°C sıcaklıkta yaklaşık 200 ppm iken oda sıcaklığında 0,001 ppm değerine azalır. Azotun Çözülebilirliği ise 585°C sıcaklıkta 1000 ppm değerlerinden oda sıcaklığında 0,1 ppm değerlerine düşer.

Çelik saclara alüminyumun eklenmesiyle, şekil değişimi yaşlanmasının durması, tavlanan Malzemede durağan alüminyum nitritlerin oluşumu ile açıklanır. Çünkü alüminyum nitritlerin oluşumu ile beraber katı çözeltide serbest azot miktarı sıfıra iner. Alüminyum ile beraber, vanadyum, titanyum, niyobyum, kolombiyum ve bor gibi elementlerin de nitrit oluşturma ve şekil değişimi yaşlanmasına etkisini azaltma özellikleri vardır ancak yaygın kullanılmazlar.

Yaşlanma etkisinin, çekme gerinimine sahip çeliklerde temper haddelenmiş malzemelerdekinden daha hızlı olması dikkat çeken bir özelliktir. Haddeleme yada gerinme doğrultusuna göre alınan çekme testi numunelerinin doğrultuları, bazı ilginç etkiler ortaya çıkarır. Haddeleme yönüne paralel doğrultuda çekilen temper haddelenmiş malzeme numunesi, hadde yönüne dik doğrultuda alınan numuneden daha yavaş yaşlanma etkisi sergiler. Ancak çekme gerinimli saclarda bunun tersi doğrudur. Bu etki, büyük ölçüde kalıntı mikro gerilmelerin heterojen şekildeki dağılım düzenine yorulmaktadır.
 

Genel olarak soğuk haddeleme başlığı altında toplanan asitleme, soğuk haddeleme, tavlama, temper haddeleme ve kaplama işlemleri çelik sacların imalat akışının son kısmı olduğundan ve çelik sacların kimyasal içerikleri dışında tüm özelliklerini belirlemelerinden dolayı, tanımlanmalarını etkileyen nihai operasyonlardır. Bu nedenle soğuk haddelemenin her bir işletmesinde yapılan tüm kontrollerin önemi büyüktür. İşlem denetim duyargaları sağlıklı çalışmalı, güvenilir olmalı ve kolay korunmalıdır. Bu takdirde, yaşlanmadan dolayı ve organizasyona giren ürünlerin tekbiçim olmamaları ile çoğunlukla karakteristiklerinin bilinmemesi nedenleriyle, imalat düzeneklerindeki sapmalar hesaba katılmalıdır. Bu da ürünün devamlı olarak monitörlenmesini gerektirdiği gibi düzeneklerin ölçülmesini de lüzumlu hale getirir.

Prosesin işleyişini ve sonuçlanan ürünü karakterize eden temel değişkenler ayrıntılı incelenmelidir. Çizelge 2.10'da soğuk haddelemenin kapsadığı tüm işlemlerle beraber işlem kontrol değişkenleri ve ölçme teknikleri açıklanmıştır. Çizelge 2.11'de ise çeşitli soğuk haddeleme operasyonlarında ürün kalite değişkenlerine göre yapılan ölçme teknikleri sıralanmaktadır.

Kalıntı Kontrolü

Çelik sacların bünyesinde bulunan ve azlığı kalite göstergesi olan kalıntıların dağılımının ve boyutunun sınırlandırılması amaçlı kontrol işlemleri, mümkün olduğunca imalatın erken safhalarında yapılmalıdır. 

Ancak günümüzde asitleme ve soğuk haddeleme bölümleri arasında "Sollac" ve "IRSID" diye adlandırılan test yöntemleriyle yapılan kontrol işlemleri kullanılmaya başlanmıştır. Bu yöntemlerde ultrasonik "Lamb" dalgaları kullanılır ve sınırlı sayıda duyarga ile geniş kapsamlı kontrol yapılabilir. Yöntem 1 mm ve üzeri kalınlıklardaki çelik saclara iyi uyum sağlar. 500um boyutundaki kalıntılar, haddeleme öncesinde tespit edilebilmektedir. "Spery" çarkı olarak bilinen teknikten ibaret olan yöntemde, su ile dolu bir çemberin iç kısmına yerleştirilmiş ultrasonik transduser çalışır ve bu çember, sacın hareketine bağlı olarak döner. 5 m/s'lik sac hızına kadar memnun edici sonuçlar alınabilmektedir.

Genişlik ve Kalınlık Kontrolü

Soğuk haddeleme sırasında genişlik ölçümünde temel prensip, ürün kenarlarının optik olarak taranmasıdır. Fotodiyot ışınları ve hızlı sinyal transferlerindeki gelişmelerin artmasıyla sacın genişliğinin l/1000''i oranında doğruluğun elde edilmesi mümkündür. Stereoskop düzenleme, dikey sac hareketlerinden kaynaklanan hataları önler.

Kalınlık ölçümünde ise iki sac yüzeyi arasındaki mesafeyi ölçen optik veya mekanik düzenekler olsa da en yaygın kullanılan ölçüm yöntemi, iyonize radyasyonun soğurulması esasına dayanır. Radyo-izotop veya X-ışmı tüplerinden ibaret olabilen radyasyon kaynağının seçimi, ölçülen kalınlığın dağılımına ve istenilen doğruluğa bağlı olarak değişir. 0,1-6 mm arası kalınlıklarda çalışan düzeneklerle +-%0,1 doğruluk aralığında çalışılabilmektedir.

İki Boyutlu Ölçümler

Şekilsel düzgünlük kontrolü, ürün yer değiştirmesinin ölçümü ile ilişkili genişlik ölçüm hallerinin işlenmesi ile yapılır. Fotodiyot ışınları kullanarak bir harita yada iki boyutlu bir çok ölçüm teknolojisi kullanılsa da günümüzde en çok kullanılan sistem, tıp alanında da kullanılan radyografık teftiş esasına dayanır.

Düzlemsellik Ölçümü

Sıcak haddeleme sırasında meydana gelen düzlemsellik kusurları, şekil bozuklukları olup açıkça görülebilirken, bu kusurlara sebebiyet veren fiber uzunlukları farklarını doğuran çekme kuvvetleri, soğuk haddeleme sırasında genellikle elastik uzamalar tarafından hapsedilir. Bu durumda düzlemsellik kusurları gizlidir ve sonraki şekillendirme operasyonlarında açığa çıkar. Fiberlerdeki uzunlamasına gerilme farklarını ölçen şu anki en yaygın teknik, tensiyometrik merdaneler kullanma tekniğidir. Optik ve X-ışmlı teknikler araştırma ve geliştirme aşamasındadır.

Kaplama Kalınlığı Kontrolü

Çinko veya kalay gibi metalik kaplamaların kalınlıklarının ölçümü X-ışını flüoresan tekniğine dayanır. Endüstriyel gelişimin bu yöntem bazında günümüzde ulaştığı mevki, 100 ms gibi yanıt zamanlarına olanak tanır. Bu hızlı ölçüm sayesinde ölçü kafası, çelik sacın genişliği boyunca bir baştan diğer başa geçerek kalınlık profilini eşzamanlı olarak çıkarmaktadır. Ancak metaller arası bileşiklerin bulunduğu kaplama malzemelerinde bu yöntemin kullanılamaması yeni yöntemlerin geliştirilmesini gerektirmiştir. Bu yöntemlere ek olarak, kaplama hattı üzerinde yapılan, tavlama fırınında ürün sıcaklığının ölçümü ve düzenlenmesi kontrolü ile daha sağlıklı alaşımlama ve kaplama malzemesi elde edilebilir.

Organik kaplamalarda kalınlık kontrolü için X-ışını flüoresan yöntemi, atom numaralarının düşük olması sebebiyle kaplamalardaki kadar uygun değildir. Bu nedenle bu tür kaplamalarda beta ışınları kullanılır. Böylelikle 20 m/s ürün hızlarında, bir saniyeden daha kısa yanıt zamanlan ile ±25 µm hassaslık derecesinde kontrol yapılabilmektedir.

Yüzey Kontrolü

Kaplamalı veya kaplamasız, yassı ürünler için yüzey görünümü son derece önemli bir işlevsel Parametredir. Ancak çoğu işletmelerde yüzey kontrolü görsel olarak, bizzat operatörler tarafından yapılır. Görsel denetimin hataları sezmek ve seçmek bakımlarından ve niteliksel içeriklerinin saptanması açısından avantajları bulunsa da dezavantajları büyüktür. Özellikle güvenilir değildir ve birçok etkene bağlı olarak farklılaşabilir. Ayrıca 1 m/s üretim hızlarının üstünde görsel denetim çok güçleşir. Bu nedenle, sürekli tavlama hattından ayrılan sac ve teneke gibi ürünler için otomatik yüzey denetim düzenekleri geliştirilmiş ve uygulanmıştır. Bu düzenekler, lazer tarama ya da doğrusal çalışan kameraları içerirler. Tespit edilen hatalarla ilgili tüm açıklamalar ve görüntüler, operatörün çıkardığı sonuçlarla karşılaştırılabilir ve bir hata bilgi bankasınca saklanabilir. Gelecekte karşılaşılacak kusurların bilgi bankası ile mukayese edilebilmesi, otomatik tanımlama ve sınıflandırmaya olanak tanımaktadır. Böylece sistemi durduracak yanlış ikazlardan kaçınılarak kontrolün güvenilirliği arttırılmış olur.

Nihai Özelliklerin Tahribatsız Yöntemlerle Değerlendirilmesi

Derin çekilebilirlik, sertlik ve pürüzlülük gibi işlevsel ve nihai özelliklerin değerlendirilmesi, temel olarak numunelere uygulanan standart testlerin saptanması ile gerçekleştirilir. Modern laboratuarlarda robotların kullanılması, yanıt sürelerini oldukça kısaltsa da ne yazık ki, numune alınması ve test sonuçlarının elde edilmesi arasında belli bir zaman kaybı kaçınılmazdır. Bunlara ek olarak, numunelerin genellikle sacın son kısmından alınması dolayısıyla, alınan numuneler muhakkak ki tüm üretim boyunca sacın özelliklerini temsil edememektedir. Bu nedenle, ilk önce sacın tekbiçimliğinin teftişinin yapılması, daha soma da numunelerin tahribatlı testlerinden ölçülen değerlerin elde edilmesi gereklidir.

Sacların tekbiçimliğinin denetimi için kullanılan yöntemde, tahribatsız testlerle beraber eşzamanlı olarak elde edilen parametreler, mekanik özelliklere ve dolayısıyla metalürjik karakteristiklere uyarlanır. Örneğin bir dizi imalat teknikleri ile üretilen ferritik paslanmaz çelik sacın yeniden kristalleşme durumunun geniş kapsamlı bir şekilde ortaya konması, tavlama fırını çıkışma yerleştirilen ve hat üzerinde ölçüm yaparak çalışan manyetik esaslı yöntem ile mümkündür. Mekanik özelliklerin değerlerinin tam olarak elde edilmesi talep edildiğinde sorun daha da zorlaşır. Bağlılaşımlar, yani parametreler arasında dönüşüme izin veren fonksiyonlar, birçok farklı durum göz önüne alınarak, tahribatsız deneyler ve onlara özdeş mekanik parametrelerdeki değişimlerin bağlı bulunduğu fiziksel kuralların kullanımı ile kurulmalıdır. Buna ek olarak mekanik zorlayıcı birim ve mekanik sertlik arasındaki bağlılaşım, çeşitli ısıl işlemlerle farklılaşan her bir karbon çelik kalitesi için deneysel olarak doğrulanmaktadır. Sertlik, örneğin "Bauhausen Ses Tekniği" esasına göre, zorlayıcı kuvvetin üzerinde ölçülmesi işlemi vasıtasıyla saptanabilir.

Yüzey düzlemindeki üç doğrultuda (haddeleme yönüne 0, 90 ve 45°) farklılaşan ultrasonik dalga hızlarının ölçümü ve X-ışını kırınımının ölçümü yöntemleriyle içyapı izotropisinin nitelendirilmesi, son yıllardaki gelişmelerle mümkün olmaktadır. Bu tekniklerle, kristalografik yönelmelerin dağılım fonksiyonunun hesaplanması ve mekanik bir modelin uygulanmasıyla da plastik anizotropi değeri r 'nin +-0,1 yaklaşımla ve düzlemsel anizotropi katsayısı ∆R 'nin +-0,2 yaklaşımla saptanması mümkündür.

Soğuk Haddelemede Karşılaşılan Kusurlar

Soğuk haddeleme işleminde meydana gelen kusurlar, şekil bozuklukları ve yüzey kusurları olarak iki başlık altında açıklanabilmektedir. Bu kusurlar çok ince tolerans aralıklarında, Önceki konuda anlatılan kontrol yöntemleriyle ayıklanmaktadır.

Şekil Bozuklukları

Haddelenen saclara tanımlanan "şekil düzgünlüğü" teriminden kastedilen iki farklı anlamdan biri, sacın haddeleme doğrultusunda kalınlık kesiti geometrisinin düzgün olması ve ikincisi ise sacın yatay düzlem bir yüzey üzerinde tam temas halinde yatabilme kabiliyetidir. Açıklanan bu iki temel şekil düzgünlüğü toleransının dışında kalan kusurlardan birincisine verilebilecek örnek, en sık karşılaşılan taçlaşmadır. Bu kusur, sıcak haddelemede kusurlar konusunda da değinildiği gibi, sacın kenarları ve ortasındaki kalınlık farkıdır. Diğer taraftan ikinci tip kusur, geometrik şeklini çarpıtma eğilimde olan denetimsiz iş parçasındaki hataların varlığı ve yokluğu ile ilgilidir.

Soğuk haddelemeyi etkileyerek aynı profillerde kusurlu sac imaline yol açabilen sıcak haddelenmiş saclardaki şekil bozuklukları Şekil 2.20'deki gibidir. Farklı kalınlık kesiti profillerinden soğuk haddeleme için kabul edilebilir olanlardan en olanı dışbükey olandır. Dışbükey kalınlık profilinin, sacın tandem hadde ve diğer proses hatlarını kolayca izlemesini sağlamasına rağmen gene de düz profile sahip sıcak sacın sahip olduğu kadar sorunsuz haddelenebilme özelliklerine sahip değildir. Sıcak saclardaki takoz ve içbükey profiller ise şiddetle istenmeyen profillerdir. Bunun nedeni, yalnızca şekil bozukluklarının soğuk haddelenmiş sacda da devam edecek olmasından değil, aynı zamanda dalgalı kenar kambur ve kalınlıktaki ani ölçü değişimleri gibi birçok çeşit düzensiz şekil bozuklukları oluşturmasıdır.

Soğuk haddeleme işleminin uygulanacağı sıcak haddelenmiş saclardan şu özellikler beklenir. 

• Taçlaşma oranı yani sacın orta kısmı ile kenar kısımları arasındaki kalınlık farkı, % 1 veya daha düşük olmalıdır. 
• Bölgesel kalınlık farkı 10 um veya daha az olmalıdır. Sıcak haddelenmiş sacın sertlik dağılımı farkı 5 HRB'yi geçmemelidir.

Hadde yönüne dik eksende kıvrılma kusuru, haddeleme operasyonu sırasında çelik sacın normal bir paso hattına göre oluşan asimetrik koşullarından kaynaklanır. Alt ve üst merdaneler arası çap farkı, iş merdanelerinin konum hataları, yüzey koşulları, hız ya da yağlama farkları bu kusurun oluşmasına yol açan asimetrik koşullardır.

Hadde yönüne paralel eksende kıvrılma kusuru, literatürde az karşılaşılmasına rağmen uygulamada en çok rastlanan kusurlardandır. Kusur, sacın iki kenarının da kıvrılması suretiyle simetrik biçimde olabileceği gibi yalnız bir kenarının kıvrıldığı asimetrik biçimde de vuku bulabilir. Oluşum nedenleri, iş merdanelerinin yatay bükülmeleri sonucu meydana gelen taçlaşma biçimi, yağlama yetersizliği ve düşük gergi kuvvetinden ibarettir.

Köşegen eksene göre kıvrılma kusurunun temel nedeni, haddeleme ve haddeleme yönüne dik doğrultu arasındaki bir doğrultuda etkiyen ve iki yüzeyde farklı büyüklüklerde ortaya çıkan kalıcı yüzey gerilmeleridir. Bu kalıcı gerilmelere yol açan etmen ise iş merdanelerinin birbirlerine göre ve son iş merdanesinin gergi merdanesine göre hizasız konumlarıdır.

Yanal bombe ya da diğer adıyla yanal eğilmenin oluşum nedeni, tekbiçim hadde boşluğuna sahip merdanelerin üzerindeki takoz şekilli bir kısmın varlığı veya tekbiçim olmayan hadde boşluğuna sahip ancak kabul edilebilir merdane şekli ile sacın haddelenmesidir.

Kenarlarda ve ortada dalgalanmanın nedeni, sıcak haddelemede kenar ve ortada enlemesine Çatlaklar kusurlarında da bahsedildiği gibi kusur oluşan bölgedeki fazla uzamadan meydana gelmektedir ki buna da sebep olan temel etmen merdanelerin eğilerek taç biçimini almasıdır. Ayrıca yağlamanın eksik yapılması da bu oluşumları arttırmaktadır.

Çapraz dalgalanma ve kenara yakın ufak dalgalanmalar gibi bölgesel ve sacın tümünde görülmeyen kusurların oluşum nedenleri ise şöyledir; 

• Hadde merdanelerinin biri veya daha fazlasında oluşan fıçılaşma, 
• Haddeleme yağının sınırlı bölgelerde fazlalaşması, 
• Hadde aralığına giren sacın bir bölgesinin geri kalan kısımdan daha yumuşak ve/veya daha kalın olması.

Soğuk Haddelenmiş Levha ve Saclar İçin Son Yüzey İşlemleri

Soğuk haddelenmiş levha ve saclara uygulanan son yüzey işlemleri tavlama ve asitleme işlemi, skinpass hadde işlemi, parlak tavlama işlemi ve parlatma işlemi olarak dört başlık altında incelenebilir.

Tavlama ve Asitleme İşlemi

Çelik soğuk olarak haddelendiğinde, yüzey düzgünlüğü ve kalınlık gelişir ve soğuk deformasyonla sertleştiğinden yumuşatmak ve özelliklerini geri kazandırmak için tavlanmalıdır. Açık atmosfer altında işlem yapıldığında, yüzeyde ince bir oksit tabakası oluşur. Asit banyosunda bu oksit tabakası giderilmelidir. Bu yöntemle işlenen sacın yüzeyi yarı mat gümüşi gri olur ve bitirme işlemi 2D (D=dull – renksiz, mat) olarak bilinir. Bu işlem sonucunda Ra değeri 0,2 – 1 um olur. Bu değer artan sac kalınlığı ile artar. Bu yöntem endüstri ekipmanları, boru ve tüp üretiminde kullanılır.

Skinpass Haddeleme İşlemi (Temper Hadde)

Soğuk haddelenmiş ve tavlanmış sac parlatılmış merdaneler arasında az bir hadde işlemi ile daha düzgün bir yüzeye kavuşur. Bu işlem sonucunda yarı parlak gri bir yüzey görüntüsü oluşur. Bu işlem skinpass haddesi veya 2B (B=birght – parlak) olarak bilinir. Gıda endüstrisinde kullanılacak kolay temizlenebilir yüzeyli ekipmanların üretiminde kullanılan işlem sonucu Ra değeri 0,1 – 0,5 um olur.

Parlak Tavlama İşlemi Soğuk haddeden sonra tavlama işlemi koruyucu atmosfer altında yapılırsa, yüzeyde oksit tabakası oluşmayacağından asit banyosu işlemine ihtiyaç kalmayacaktır. Bu işleme parlak tavlama işlemi denir. Bu işlemde yüzey korozif asitlerle temas etmeyeceğinden Ra değeri 0,03 – 0,1 um olur. Beyaz eşyaların üretiminde kullanılmaktadır.

Parlatma Soğuk haddelenmiş sac, belirli bir tane boyutuna sahip parlatma cihazı ile parlatıldığında yüzey gümüşi metalik parlaklığa ve dekoratif bir görünüşe kavuşur. Parlatma cihazının yüzey özellikleri iyiyse ayna gibi bir yüzey elde edilebilir. Bu işlem sonucunda Ra değeri 0,02 – 0, 05 um olur. Islak parlatma işlemi, kuru işleme göre daha temiz ve düzgün yüzey sağlar. Ra değeri 0,04 um altına çekilebilir.