Sıcak Daldırma Galvanizleme İçin Doğru Çelik Seçimi

Sıcak daldırma galvanizlemede kaplamanın kalitesi, kalınlığı ve görünümü üzerinde en belirleyici faktörlerden biri, galvanizlenecek çeliğin kimyasal bileşimi ve türüdür. Karbon çelik, düşük alaşımlı yapısal çelik, dökme demir, dövülebilir (malleable) demir hatta bazı paslanmaz çelik türleri sıcak daldırma galvanizlenebilir; ancak her biri farklı bir kaplama davranışı sergiler. Doğru çelik seçimi, hem estetik tutarlılık hem de kaplamanın uzun ömürlü performansı açısından tasarım aşamasında verilmesi gereken en önemli kararlardan biridir. Bu yazıda, çelik seçiminde dikkat edilmesi gereken kimyasal ve türsel kriterler, ilgili standartlar kapsamlı şekilde taranarak ele alınmıştır.

Galvanizlenebilir Malzeme Türleri

Sıcak daldırma galvanizleme, aşağıdaki demir esaslı malzeme

gruplarına başarıyla uygulanabilir:

Sade karbonlu çelik (plain carbon steel)
Sıcak haddelenmiş (hot-rolled) ve soğuk haddelenmiş (cold-rolled) çelik
Döküm çelik (cast steel)
Sfero (küresel grafitli / ductile) demir
Gri döküm demir (grey/gray iron)
Dövülebilir (malleable) demir
300 serisi paslanmaz çelik (nikel içeriği sayesinde)
Hava koşullarına dayanıklı (weathering) çelikler

Bu değerlerin dışına çıkıldığında (özellikle silisyum ve fosforun birlikte etkisini ifade eden "silisyum eşdeğeri" %0,04–%0,15 aralığına düştüğünde veya %0,22'yi aştığında), çelik "yüksek reaktif" sınıfa girer ve galvanizleme sırasında çinko-demir alaşım tabakalarının anormal derecede hızlı büyümesine yol açar. Bu durumda serbest çinko tabakası oluşmadan, tamamen alaşım tabakalarından oluşan kalın, mat gri bir kaplama ortaya çıkabilir. Bu görünüm farkı estetik bir konudur; korozyon koruma performansını etkilemez.

(Silisyum/fosfor etkisi ve Sandelin bölgesi hakkında daha ayrıntılı bilgi için "Farklı Çelik Kimyasallarının Sıcak Daldırma Galvaniz Kaplamaya Etkisi" başlıklı yazımıza bakabilirsiniz.)

Yapısal Çelik Türleri: A36 ve A572 Karşılaştırması

Yapısal imalatlarda yaygın kullanılan iki standardın galvanizleme açısından karşılaştırması:

ASTM A36: Uzun yıllardır kullanılan geleneksel yapısal çelik standardıdır; fosfor içeriği A572'ye kıyasla daha yüksek olabilir.
ASTM A572 (Bina Sınıfı S 50 dahil): Modern çelik üretim yöntemlerine (hurda çelik, sürekli döküm) dayanan, deprem sonrası (Northridge depremi sonrası) geliştirilen mekanik özellik sınırları netleştirilmiş bir standarttır. Fosfor içeriği azami %0,035, silisyum içeriği azami %0,40 ile sınırlıdır; mangan/kükürt oranı en az 20:1 olmalıdır.

Galvanizleme performansı açısından A572, A36'dan belirgin şekilde farklı değildir; ancak silisyum oranı %0,40'a yaklaştığında Sandelin bölgesi etkisiyle kaplama kalınlığında değişkenlik görülebilir. Genel ilke olarak, çeliğin kimyasal sertifikasının (malzeme test raporu / MTR) galvanizciyle paylaşılması, olası kaplama davranışının önceden öngörülmesini sağlar.

Döküm Demir Türleri ve Galvanizlenebilirlik

Döküm demir grubu, kimyasal bileşimine göre üç ana türe ayrılır ve her biri farklı derecede galvanizlenebilirlik gösterir:

Döküm demirlerde silisyum içeriği karbon çeliğe kıyasla çok daha yüksektir (%3'e kadar); bu da çinko-demir alaşım tabakalarının hızlı büyümesine, dolayısıyla daha kalın ve pürüzlü bir kaplamaya yol açar. Döküm parçalarda kaliteli ve düzgün bir yüzey elde etmek için:

Galvaniz öncesinde kumlama veya tambur kumlama (tumble blasting) ile gömülü kalıntıların temizlenmesi,
Homojen bir yüzey için grit veya grit+bilye (shot) karışımı kullanılması,
Tasarımda eşit et kalınlığı, dengeli geometri, geniş radyuslu köşeler ve derin girintilerden kaçınılması

önerilir.

Yüksek Mukavemetli Çelik ve Hidrojen Gevrekleşmesi Riski

Nihai çekme mukavemeti 150 ksi (yaklaşık 1100 MPa)'yı aşan çeliklerde, galvanizleme öncesi kimyasal temizleme (asit banyosu) sırasında çeliğe giren hidrojenin, sıkı tane yapısı içinde hapsolarak hidrojen gevrekleşmesine yol açma riski bulunur. Bu risk özellikle yüksek mukavemetli cıvata ve bağlantı elemanlarında önemlidir.

Önleme yöntemleri (hem ASTM F2329 hem ASTM A153'te tanımlıdır):

Kimyasal temizleme sonrasında, galvanizlemeden önce parçanın ısıtılması (baking), veya
Kimyasal temizleme yerine aşındırıcı kumlama uygulanıp ardından kısa süreli ("flash") kimyasal temizlik yapılması.

ASTM F2329 ile ASTM A153 arasındaki farklar:

F2329, galvanizli donanım (cıvata, somun, vida, rondela) için geçerlidir; perçin ve çivileri kapsamaz.
A153, çivi ve perçinler dahil daha geniş bir donanım grubunu kapsar.
Küçük cıvatalarda (≤3/8" çap) F2329 ortalama 38 mikron (1,5 mil) kaplama şartı koyarken, A153 36 mikron (1,4 mil) şartı koyar.
A394 sınıfı cıvatalarda F2329, ortalama 71 mikron (2,8 mil) şartı koyarken, A153 Sınıf C için bu değer 53 mikron (2,1 mil)'dir.
Gevreklik testi gerektiğinde F2329, ASTM F606 (kama testi) yöntemini referans alır.

Sorumluluk Paylaşımı: Tasarımcı, İmalatçı ve Galvanizci

ASTM A143 kapsamında, embrittlement (gevrekleşme) riskinin önlenmesi tasarımcı, imalatçı ve galvanizci arasında paylaşılan bir sorumluluktur ve en etkili kontrol galvanizleme öncesinde, malzeme seçimi ve tasarım detaylandırma aşamasında sağlanır:

Tasarımcı/Şartname hazırlayıcı:

Galvanizleme sürecine uygun çelik seçmek
150 ksi (1100 MPa) üzerindeki yüksek mukavemetli bileşenleri işaretlemek
Soğuk şekillendirmeyi, dar büküm yarıçaplarını, çentikleri ve gerilme yoğunlaşma noktalarını en aza indirmek
ASTM A384/A384M'ye uygun şekilde çarpılma riskini azaltmak
Hassas malzemeler konusunda imalatçı ve galvanizciyi bilgilendirmek
Havalandırma/tahliye deliği yerleşimini ve boyutunu optimize etmek

İmalatçı:

Aşırı soğuk deformasyon, zımbalama veya bükmeden kaçınmak
Yüksek gerilim bölgelerinde delik işleme ve termal kesim kenar işlemlerine dikkat etmek
Büküm yarıçapı kuralına (asgari 3 kat kalınlık) uymak
Sertlik/soğuk işleme uygulanan bölgeleri belgelemek
Hassas malzemeler için malzeme test raporlarını (MTR) sağlamak

Galvanizci:

Uygun yüzey hazırlığı ve asitle temizleme uygulamak
Yüksek mukavemetli çelikler için temizleme yöntemini uyarlamak (gerekirse kumlama)
Hassas detaylarda kademeli daldırmadan kaçınmak
Daldırma süresini mümkün olduğunca kısaltmak

İlgili Standartlar

ASTM A385 / A385M – Steel kimyası ve tasarım önerilerini (Bölüm 3.2) tanımlayan temel standart.
ASTM A123 / A123M – Nihai kaplama kalınlık ve kalite şartlarını tanımlar.
ASTM A143 / A143M – Gerilme yaşlanması kırılganlığına karşı korunma ve sorumluluk paylaşımını tanımlar.
ASTM A153 / A153M – Donanım parçaları (çivi, perçin dahil) için galvaniz kaplama şartnamesidir.
ASTM F2329 / F2329M – Galvanizli bağlantı elemanları (cıvata, somun, vida, rondela) için ayrı bir şartnamedir; A153'ten farklı kalınlık ve test gereksinimleri içerir.
ASTM F606 – Gevreklik testinde kullanılan kama (wedge) test yöntemini tanımlar.
ASTM A384 / A384M – Çarpılma ve deformasyona karşı korunma önerilerini içerir.
ASTM A572 – Modern yapısal çelik şartnamesidir; A36'ya kıyasla daha sıkı kimyasal ve mekanik sınırlar tanımlar.
ASTM A36 – Geleneksel yapısal çelik şartnamesidir.
ASTM A47 / A47M – Ferritik dövülebilir demir dökümler için şartnamedir.

Özet

Doğru çelik seçimi, sıcak daldırma galvaniz kaplamanın hem görünümünü hem de kalınlığını doğrudan belirleyen en kritik tasarım kararıdır. Karbon, fosfor, mangan ve silisyum içeriği ASTM A385'te tanımlanan sınırlar içinde tutulmalı; döküm demir kullanılacaksa türüne göre (gri, sfero, dövülebilir) yüksek silisyum içeriğinin kaplamaya etkisi göz önünde bulundurulmalı; 150 ksi üzerindeki yüksek mukavemetli çeliklerde hidrojen gevrekleşmesi riskine karşı ASTM F2329/A153'te tanımlanan önlemler uygulanmalıdır. Tasarımcı, imalatçı ve galvanizci arasındaki erken ve şeffaf bilgi paylaşımı (malzeme test raporları dahil), kaplama kalitesini ve parça güvenliğini garanti altına almanın en güvenilir yoludur.

Kaynaklar: