Yüksek Mukavemetli Yapısal Çelik Seçimi: S235 ve S420 Kaliteleri Arasındaki Kapsamlı Farklar

S235 ve S420 Çelik Kaliteleri Arasındaki Temel Farklar

Avrupa standardı **EN 10025**’e göre adlandırılan bu çelik kaliteleri, isimlerindeki sayısal değerle doğrudan ayırt edilir: Bu sayı, malzemenin minimum **akma dayanımını** (MegaPascal, MPa) gösterir. Buna göre, S235’in akma dayanımı minimum 235 MPa, S420’nin ise minimum 420 MPa’dır. Bu fark, iki çelik türü arasındaki en belirgin ve en önemli ayrımı oluşturur.

S235 çelik (eski adıyla St37), genel amaçlı, yumuşak bir yapısal çeliktir ve iyi şekillendirilebilirliği ile bilinir. **S420 çelik** ise, yüksek mukavemetli düşük alaşımlı (HSLA) çelik sınıfına girer ve S235’e göre çok daha yüksek yükleri taşıma kapasitesine sahiptir.

Her iki malzemenin kullanımına yönelik teknik bilgiler ve detaylı karşılaştırmalar için S420 ve S235 Çelik Kaliteleri Arasındaki Farklar makalesini inceleyebilirsiniz.

Mekanik Özellikleri Karşılaştırması

Mekanik özellikler, bir çeliğin yük altında nasıl davranacağını belirler. Bu karşılaştırmada temel olarak akma dayanımı ($R_{eH}$), çekme dayanımı ($R_m$) ve uzama yüzdesi dikkate alınır.

Bu tabloya göre **S420 çelik**, hemen hemen iki katına yakın bir akma dayanımına sahiptir. Bu, aynı yükü taşımak için S420’den yapılmış bir elemanın kesit alanının S235’e göre çok daha küçük olabileceği anlamına gelir. Ancak S420, mukavemetindeki artış nedeniyle S235’e göre daha az uzama (daha az süneklik) gösterir.

Kimyasal Bileşim ve Kaynaklanabilirlik Açısından S235 ve S420

Çeliğin mekanik özelliklerini, içerdiği kimyasal elementler belirler. S420’nin yüksek mukavemeti, temel olarak mikro alaşım elementleri (Niyobyum, Vanadyum, Titanyum) ile termomekanik haddeleme (TMCP) gibi özel üretim süreçlerinden gelir. Bu süreç, malzeme tanecik yapısını iyileştirir.

Kimyasal Bileşim Farkları

S235 nispeten yüksek **Karbon Eşdeğeri (CEV)** değerlerine sahip olabilir. S420 ise, yüksek mukavemetine rağmen, iyi kaynaklanabilirliği korumak için sıkı kontrol edilen ve genellikle düşük tutulan bir CEV değerine sahiptir. Düşük CEV, malzemenin kaynak sırasında çatlama riskini azaltır. S420’nin modern versiyonları (özellikle N/NL sınıfları), özel ısıl işlem görmüş olması sayesinde daha iyi bir kaynak performansı sunar.

Kaynaklanabilirlik (Weldability)

S235: Yüksek karbon ve kükürt içermemesi durumunda **çok iyi kaynaklanabilirlik** gösterir. Ön ısıtma veya özel kaynak prosedürleri genellikle gerekmez.

S420: Mukavemet arttıkça kaynaklanabilirlik zorlaşır. Ancak S420’nin modern kaliteleri (N-Normalize veya NL-Normalize/Düşük Sıcaklık) genellikle **iyi kaynaklanabilirlik** sunar. Yine de, özellikle kalın kesitlerde veya düşük ortam sıcaklıklarında, kaynak çatlağı riskini en aza indirmek için **ön ısıtma** ve kontrollü soğutma prosedürleri uygulanmalıdır.

Tasarım ve Hesaplamalarda S235 ile S420 Kullanımına Yönelik Gereklilikler

Çelik tasarımında, malzemenin akma dayanımı kritik öneme sahiptir. Eurocode 3 (TS EN 1993) gibi yapısal tasarım standartları, tasarım dayanımı ($f_y$) olarak akma dayanımını kullanır. S420 kullanmak, mühendislere daha hafif ve daha ince kesitler tasarlama fırsatı sunar.

Kesit Alanı Hesaplama Örneği:

Basit bir çekme kuvveti ($P$) altındaki bir çelik çubuğun gerekli minimum kesit alanı ($A$) aşağıdaki formülle bulunur:

$$A = \frac{P}{\frac{f_y}{\gamma_{M0}}}$$

Burada $P$ = 500 kN, $\gamma_{M0}$ = 1.0 (malzeme güvenlik faktörü) alınırsa:

Bu hesaplama, S420 kullanıldığında mimar ve mühendislerin, S235’e kıyasla çok daha düşük bir kesit alanıyla aynı yükü taşıyabileceğini net bir şekilde gösterir. Bu da, toplam **çelik ağırlığının azalması** ve dolayısıyla temel yüklerinin hafiflemesi anlamına gelir.

S235 ve S420’nin Darbe Dayanımı ve Tokluk (Çentik Darbe Deneyi)

Tokluk, bir malzemenin kırılmadan önce ne kadar enerji emebileceğini ifade eder. Soğuk iklimlerde veya darbe riski olan yerlerde tokluk önemlidir. **Çentik Darbe Deneyi** (Charpy V-Çentik), bu tokluğu ölçer.

• **S235JR**: R harfi 20°C’de minimum 27 Joule (J) darbe enerjisini garanti eder.
• **S420NL**: NL ibaresi (Normalize-Düşük Sıcaklık) çok daha yüksek tokluk seviyelerini işaret eder. Genellikle **-50°C’de 40 J** gibi yüksek bir enerji emilimi gerektirir.

Bu, **S420’nin, S235’e göre çok daha düşük sıcaklıklarda bile kırılmaya karşı üstün bir direnç gösterdiği** anlamına gelir. Bu nedenle yüksek tokluk, köprüler, açık deniz yapıları ve soğuk iklim projeleri için S420’yi ideal bir seçim yapar.

Kullanım Alanları ve Uygulama Farklılıkları (S235 vs S420)

S235 Kullanım Alanları

Düşük mukavemet gerektiren, genel amaçlı yapısal işlerde kullanılır:

• Makine şaseleri ve basit konstrüksiyonlar
• Genel inşaat işlerinde dolgu ve destekleyici elemanlar
• Korkuluk, çit ve dekoratif metal işleri
• Hafif yük taşıyan çatılar ve sundurmalar

S420 Kullanım Alanları

Yüksek mukavemet, hafiflik ve iyi tokluğun bir arada arandığı kritik uygulamalarda tercih edilir:

• Geniş açıklıklı çelik köprüler ve viyadükler
• Yüksek katlı binaların ana taşıyıcı kolon ve kirişleri (ağırlık tasarrufu sağlar)
• Büyük vinç ve ağır makine imalatları
• Açık deniz petrol platformları ve rüzgar enerjisi kuleleri (tokluk gereksinimi nedeniyle)

Maliyet ve Ekonomik Etkiler: S235 mi, S420 mi Daha Avantajlı?

Bir çelik kalitesinin birim fiyatı ($ \text{TL/kg}$) ne kadar yüksek olursa olsun, proje maliyetini belirleyen nihai faktör **toplam tonaj** ve **imalat maliyetidir**.

Ekonomik Etki: **S420**, birim fiyat olarak S235’ten daha pahalıdır. Ancak mühendislik projelerinde genellikle S420’nin yüksek mukavemeti sayesinde daha az malzeme kullanılması, toplam proje tonajını ciddi ölçüde azaltır. Bu tonaj azalması, malzeme bedelindeki artışı telafi eder ve hatta büyük projelerde daha ince kesitler sayesinde **temel maliyetlerinde, taşıma ve montaj giderlerinde önemli bir ekonomik avantaj** sağlayabilir. Nihai kararda her zaman mühendislik optimizasyonu belirleyici olmalıdır.