Çelik şartnamesi, bir çelik ürünün ne olması gerektiğini ve nasıl doğrulanması gerektiğini tanımlayan resmi teknik belgedir. Bu şartname, bileşim sınırlarını, mekanik özellik gerekliliklerini, test yükümlülüklerini, boyutsal toleransları, yüzey durumu kriterlerini ve işaretleme ile sertifikasyon gerekliliklerini belirler. Bir çelik ürünü sipariş edildiğinde, denetlendiğinde, kabul edildiğinde veya reddedildiğinde, bu kararların her birinin temelini oluşturan şey bu şartnamedir.
“Spesifikasyon” terimi, günlük mühendislik dilinde genellikle “standart” ile eşanlamlı olarak kullanılır, ancak bu ikisi arasında bir ayrım vardır. Standart, bir standart kuruluşu tarafından yayınlanan daha genel kapsamlı bir belgedir; spesifikasyon ise bu belge içinde belirli bir ürüne uygulanan kesin gereklilikler kümesidir. Çoğu durumda, tek bir standart, farklı ürün türlerini, mukavemet seviyelerini veya teslimat koşullarını kapsayan birden fazla spesifikasyon içerir. Hangi standardın değil, hangi spesifikasyonun geçerli olduğunu bilmek, doğru malzeme tedariki ve uygunluk doğrulaması için çok önemlidir.
Şekil 1: Küresel çelik standartları manzarası.
Çoğu çelik spesifikasyonu, temel belirleyici kriter olarak kimyasal bileşimi esas alır. Deneyimli bir mühendis için, bir bileşim aralığı önemli ölçüde örtük bilgi içerir: uygulanabilecek ısıl işlemi, ortaya çıkacak mikroyapıyı ve elde edilebilecek mekanik özellikleri gösterir. Bu nedenle bileşim, ikincil bir ayrıntı olmaktan ziyade çoğu spesifikasyonun başlangıç noktasıdır.
Malzeme gereksinimini tam olarak tanımlamak için bileşim tek başına yetersiz kaldığında, şartnamelerde mekanik özellikler de doğrudan belirtilebilir; bu durumda minimum akma mukavemeti, çekme mukavemeti aralığı, uzama ve darbe enerjisi zorunlu kabul kriterleri olarak belirlenebilir. Bazı sistemlerde, özellikle ısı işlemine verilen tepkinin çeşitli kesit boyutları boyunca tutarlı olması gereken tam sertleşmeli kaliteler için, sertleşebilirlik gereksinimleri alternatif veya tamamlayıcı bir kriter olarak kullanılır.
Bileşim ve özelliklerin ötesinde, eksiksiz bir teknik şartname, kapsadığı ürün formunu, izin verilen üretim ve son işlem yöntemlerini, gerçekleştirilmesi gereken testleri, geçerli toleransları ve ürünle birlikte sunulması gereken belgeleri tanımlar. Bileşim ve özellikler açısından aynı görünen iki teknik şartname, test sıklığı, sertifikasyon seviyesi veya izlenebilirlik gereklilikleri açısından, düzenlemeye tabi uygulamalar için önemli ölçüde farklılık gösterebilir.
ASTM International, Amerika Birleşik Devletleri’nde ve birçok ürün kategorisi için dünya çapında en yaygın olarak referans gösterilen çelik ürün spesifikasyonlarını yayınlamaktadır. ASTM spesifikasyonları, çelik üreticileri, imalatçılar ve son kullanıcıları içeren komiteler tarafından geliştirilen bir uzlaşma pozisyonunu temsil eder; bu da onlara tedarik zinciri genelinde geniş bir pratik meşruiyet kazandırır. Her bir ASTM spesifikasyonu, bir harf ön ekinden ve ardından gelen bir sayıdan oluşur: A serisi, yapısal çelik, basınçlı kap levhası, boru ve tüp ile dövme parçalar dahil olmak üzere demirli metalleri kapsar.
Çoğu durumda, ASTM şartnamelerindeki boyutsal toleranslar ve kısıtlamalar, AISI ürün kılavuzlarında yayınlanan standart uygulamalarla uyumludur; bu durum, iki kuruluş arasındaki yakın tarihsel ilişkiyi yansıtmaktadır. Çubuk, tel ve kütük ürünlerinde, ASTM spesifikasyonları sıklıkla spesifikasyon gerekliliklerinin yanı sıra SAE/AISI kimyasal bileşim kodlarını da içerir; bu nedenle aynı malzeme, aynı malzeme sertifikasında hem bir ASTM spesifikasyon numarası hem de dört basamaklı bir SAE/AISI bileşim kodu ile yer alabilir.
ASME (Amerikan Makine Mühendisleri Derneği), Kazan ve Basınçlı Kaplar Yönetmeliği’nde kullanılmak üzere birçok ASTM standardını çok az değişiklikle veya hiç değişiklik yapmadan benimser ve ASTM koduna “S” ön ekini ekler. Örneğin, ASTM A213 ve ASME SA-213 aynı malzemeyi kapsar, ancak ASME versiyonu, ASME kodunun ek sertifikasyon ve izlenebilirlik gerekliliklerini de içerir. ASME koduna göre imal edilen basınçlı ekipmanlar için, temel teknik gereklilikler ASTM orijinaliyle aynı olsa bile, geçerli belge ASME standardıdır.
EN (Euronorm), Avrupa Birliği üye ülkeleri ve birçok ilişkili ülke tarafından benimsenen, çelik teknik şartnamelerine ilişkin uyumlaştırılmış sistemdir. EN şartnameleri CEN tarafından geliştirilir ve üye kuruluşlar tarafından ulusal standartlar olarak kabul edilir; bu sayede ilke olarak eski ulusal sistemlerin yerini alırlar. Uygulamada ise teknik çizimler, geçmişteki ihale belgeleri ve mevcut ekipman teknik özellikleri, DIN, BS, AFNOR, UNI ve diğer eski standartlara hâlâ yaygın olarak atıfta bulunmaya devam etmektedir; bu nedenle Avrupa sanayisinde çalışan mühendisler, hem mevcut EN sistemini hem de onun yerini aldığı ulusal sistemleri rahatlıkla kullanabilmelidir.
Deutsches Institut für Normung tarafından geliştirilen DIN spesifikasyonları, alfanümerik veya sayısal bir kodlama sistemi kullanır. Bir DIN çelik tanımlaması, çeliği bileşime dayalı açıklayıcı bir adla ya da 1.xxxx biçimindeki bir malzeme numarasıyla tanımlayabilir. Her iki biçim de uygulamada karşımıza çıkar ve aynı malzemeyi ifade eder. Tanımlayıcı tanım, başlıca alaşım elementlerini ve bunların yaklaşık konsantrasyonlarını kodlar; malzeme numarası ise bileşim notasyon kurallarından bağımsız, tarafsız bir tanımlayıcı sağlar.
EN sistemi, alaşımlı ve paslanmaz çelikler için birincil tanımlayıcı olarak DIN’deki malzeme numarası yaklaşımını korurken, bir yandan da alaşımlı kaliteler için bileşime dayalı isimleri ve yapısal kaliteler için mukavemete dayalı isimleri kullanmaktadır. Bu, tek bir kalitenin EN sistemi içinde aynı teknik şartname gerekliliklerine atıfta bulunan birden fazla geçerli isimle anılabileceği anlamına gelir.
Çelik için JIS (Japon Endüstri Standartları) spesifikasyonları, Japon Endüstri Standartları Komitesi tarafından geliştirilir ve yapılandırılmış bir önek sistemi kullanır. JIS önekinin ardından, genel kategoriyi belirten bir harf gelir: G harfi, genel mühendislik alanında en sık karşılaşılan aileler olan karbon çelikleri, düşük alaşımlı çelikleri ve paslanmaz çelikleri kapsar. Ardından gelen kalite tanımı, ürün biçimini ve kalite ailesine bağlı olarak sıralı veya bileşimsel bir tanımlayıcıyı içerir.
JIS spesifikasyonları, Japon menşeli çelikler için birincil referans niteliğindedir ve Asya-Pasifik bölgesindeki diğer birçok ülkenin ulusal standartlarını da etkilemiştir. Japon menşeli ekipman veya malzemelerle çalışan ya da Japon üreticilerden tedarik yapan mühendisler için, JIS G serisine aşina olmak pratik bir zorunluluktur. JIS kalitelerini ASTM veya EN eşdeğerleriyle karşılaştırırken dikkatli olunması gerekir; zira bileşim sınırları ve özellik gereklilikleri, genel olarak benzer kaliteler söz konusu olsa bile sistemler arasında doğrudan eşleşmez.
Sıkça karşılaşılan bir pratik zorluk, farklı ulusal sistemlerdeki nominal olarak eşdeğer kalitelerin teknik şartnamelerinin birbiriyle aynı olmamasıdır. Bileşim sınırları kısmen örtüşebilir, ancak nadiren tam olarak eşleşir. Test gereklilikleri, izin verilen üretim yöntemleri ve sertifikasyon yükümlülükleri sistemler arasında farklılık gösterir. Bir spesifikasyona tam olarak uyan bir malzeme, aynı genel sınıfı kapsayan başka bir spesifikasyona uymayabilir; bu durum, iki spesifikasyonun doğrudan karşılaştırılması olmadan belirlenemez.
Bu çeşitlilik, tek bir standart sistemi içinde de mevcuttur. Aynı standart kapsamında farklı ürün biçimlerini veya teslimat koşullarını kapsayan birden fazla alt spesifikasyon altında belirtilen bir kalite sınıfı, aynı kalite sınıfı adını paylaşmasına rağmen önemli ölçüde farklı özellik gerekliliklerine sahip olabilir. Bunun pratikteki sonucu şudur: İlgili şartname numarası, ürün formu ve teslimat koşulu belirtilmeden yalnızca bir sınıf adının belirtilmesi, malzeme gereksinimini tam olarak tanımlamaz.
Bu makale, çelik şartnamesinin ne olduğunu, neleri içerdiğini ve bir standarttan nasıl farklı olduğunu açıklamaktadır. “Çelik” serisindeki ilgili kılavuzlar, bu konuyla ilgili genel bir çerçeve sunmaktadır. “Çelik Bileşimi” başlıklı makale, çoğu şartnamenin temelini oluşturan kimyasal sınır değerlerini ele alırken, “Çelik Özellikleri” başlıklı makale ise bu belgelerin garanti etmeyi amaçladığı mekanik davranışları açıklamaktadır. "Çelik Kaliteleri" başlığı, malzemelerin ailelere göre nasıl sınıflandırıldığını gösterirken, "Çelik Standartları" başlığı, spesifikasyonların işlediği daha geniş çerçeveyi ele alır; bu, bu makaleyle birlikte okunması gereken, konuyla yakından bağlantılı bir konudur. "Çelik Eşdeğerleri" başlığı ise, sistemler arasında kaliteleri eşleştirirken iki spesifikasyonun gerekliliklerinin nasıl karşılaştırıldığını açıklar. Bu kılavuzlar bir araya geldiğinde, her bir spesifikasyonu, ona anlam kazandıran bileşim, özellikler, kaliteler ve standartlarla ilişkilendirir.
Standart, bir standart kuruluşu tarafından yayınlanan ve çeşitli ürün türlerini, kalite sınıflarını veya uygulama alanlarını kapsayabilen daha geniş kapsamlı bir belgedir. Spesifikasyon ise, söz konusu belge içinde belirli bir ürüne uygulanabilir olan kesin gereklilikler kümesidir: ürünün bileşimi, özellikleri, testleri, toleransları ve sertifikasyonu. Çoğu durumda tek bir standart birden fazla spesifikasyon içerir. Doğru malzeme tedariki ve uygunluk doğrulaması için, sadece hangi standardın değil, hangi spesifikasyonun geçerli olduğunun da bilinmesi gereklidir.
Teknik şartnameler, ulusal standart kuruluşları tarafından onlarca yıl boyunca bağımsız olarak geliştirilmiştir; her biri kendi bölgesinin endüstriyel önceliklerini, üretim geleneklerini ve yasal düzenlemelerini yansıtmaktadır. Temel metalurji her yerde aynı olsa da, gerekliliklerin ifade edilme şekli, belirlenen sınırlar ve gerekli testler sistemler arasında farklılık göstermektedir. Evrensel bir çelik spesifikasyonu bulunmamaktadır ve sistemler arasında eşdeğer kabul edilen kalite sınıfları bile nadiren her ayrıntıda tamamen aynıdır.
ASME, Kazan ve Basınçlı Kaplar Kodunda kullanılmak üzere birçok ASTM çelik spesifikasyonunu teknik değişiklik yapmadan veya çok az değişiklik yaparak benimser ve ASTM kodunun başına “S” harfini ekler. Malzeme gereklilikleri genellikle aynıdır, ancak ASME versiyonunda kodun gerektirdiği sertifikasyon, belgeleme ve izlenebilirlik yükümlülükleri eklenmiştir. ASME koduna göre imal edilen basınçlı ekipmanlar için, temel ASTM belgesiyle teknik olarak aynı olsa bile, geçerli referans ASME spesifikasyonudur.
DIN çelik tanımlamaları iki biçimde karşımıza çıkar: başlıca alaşım elemanlarını ve bunların yaklaşık konsantrasyonlarını belirten açıklayıcı bir bileşim adı ile 1.xxxx biçimindeki sayısal malzeme numarası. Her iki biçim de aynı teknik şartname gerekliliklerini tanımlar ve her ikisi de malzeme sertifikalarında ve mühendislik çizimlerinde yer alabilir. Prensip olarak DIN'in yerini alan EN sistemi, alaşım ve paslanmaz çelik kaliteleri için birincil tanımlayıcı olarak malzeme numarası biçimini korumaktadır.
Hayır. Bir kalite adı, malzemenin ait olduğu grubu belirtir ancak malzeme gerekliliklerini tam olarak tanımlamaz. Tedarik edilen malzemenin tasarım amacına uygun olmasını sağlamak için geçerli şartname numarası, ürün formu ve teslimat koşullarının tümü belirtilmelidir. Aynı standart içinde bir sınıfın birden fazla alt şartnamede yer alması durumunda, özellik gereklilikleri bunlar arasında önemli ölçüde farklılık gösterebilir ve hangi gerekliliklerin geçerli olduğunu belirlemenin tek kesin yolu şartname numarasıdır.