ALAġIMSIZ ÇELĠK SACLARDA ÇĠFT FAZLI MĠKROYAPI OLUġTURULMASI YÜKSEK LĠSANS TEZĠ. Müh. Erdal ÜLER. Anabilim Dalı : METALURJĠ VE MALZEME MÜHENDĠSLĠĞĠ

Transkript

1 ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ ALAġIMSIZ ÇELĠK SACLARDA ÇĠFT FAZLI MĠKROYAPI OLUġTURULMASI YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Müh. Erdal ÜLER Anabilim Dalı : METALURJĠ VE MALZEME MÜHENDĠSLĠĞĠ Programı : MALZEME MÜHENDĠSLĠĞĠ HAZĠRAN 2006

2 ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ ALAġIMSIZ ÇELĠK SACLARDA ÇĠFT FAZLI MĠKROYAPI OLUġTURULMASI YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Müh. Erdal ÜLER Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 8 Mayıs 2006 Tezin Savunulduğu Tarih : 14 Haziran 2006 Tez DanıĢmanı : Diğer Jüri Üyeleri Prof.Dr. Eyüp Sabri KAYALI Prof.Dr. Hüseyin ÇĠMENOĞLU (Ġ.T.Ü.) Prof.Dr. Mehmet KOZ (M.Ü.) HAZĠRAN 2006

3 ÖNSÖZ Tez çalıģmamı yöneten Sn. Prof. E. Sabri KAYALI ya çalıģmalarımda kullandığım numuneleri sağlayan ERDEMĠR A.ġ. firmasına, çalıģmalarım sırasında her zaman yanımda olan hocalarım Prof. Dr. Hüseyin ÇĠMENOĞLU ve Y. Doç Murat BAYDOĞAN a, AraĢ Gör. Y. Müh. M. Ali AKOY, AraĢ Gör. Y. Müh. Özgür Çelik ve desteklerini hiç esirgemeyen çalıģma arkadaģlarıma teģekkür ederim. Hayatım boyunca bana her türlü desteği veren aileme teģekkürü bir borç bilirim. Mayıs 2006 Erdal ÜLER ii

4 ĠÇĠNDEKĠLER KISALTMALAR v TABLO LĠSTESĠ vı ġekġl LĠSTESĠ vıı SEMBOL LĠSTESĠ x ÖZET xı SUMMARY xıı 1. GĠRĠġ Kutu Tavlama Prosesi Sürekli Tavlama Prosesi Isıtma ve Tutma/Tavalama AĢaması YavaĢ Soğutma AĢaması Asıl Soğutma AĢaması Gaz-Jet Su Sprey Soğutma Su Verme Merdanelerde soğutma ve Merdane-Soğutma teknolojisi YaĢlandırma AĢaması Nihai Soğutma Sıcak Sac Haddesi 9 2. ÇIFT FAZ ÇELĠK ÜRETĠMĠ VE ÇELĠKLERĠN GENEL ÖZELLĠKLERĠ Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Çift Faz Isıl IĢlemleri Bölgesinde Tavlamayla (Ġnterkritik Tavlama) Çift Fazlı Çelik Üretimi Bölgesinde Tavlama Sırasında Östenit oluģumu 12 Östenitin faz dönüģümü 13 Ferrit Faz Olan DeğiĢiklikler Çift Fazlı Çelikleri Mikroyapıda Bulunan Fazların Özellikleri Ferrit Fazı Martenzit Fazı Kalıntı Östenit Faz Çift Fazlı Çeliklerin Mekanik Özellikleri Deformasyon SertleĢmesi Akma ve çekme mukavemeti Süneklik 19 iii

5 2.5.4.Temperleme ve deformasyon yaģlanması Akma DavranıĢı Çift Fazlı Çeliklerin Özelliklerine AlaĢım Elementlerinin Etkisi Karbon Manganez Silisyum Molibden Vanadyum Krom Niyobyum Alüminyum Titanyum Sürekli Tavlama Hattındaki ÇeĢitli Termal Profillerdeki Tavlama Metodlarına Bağlı Olarak Çift Faz ve Diğer Çelik Tipleri Interkritik Bölgeden Su Verilerek ÜretilmiĢ Çift Fazlı Çelikler Sertliği ArttırılmıĢ Çift fazlı Çelikler Tam Martenzitik Çelikler DENEYSEL ÇALIġMALAR Deney KoĢulları Çift Fazlı Yapı OluĢturmak için Uygulanan Isıl ĠĢlem Sertlik Deneyi Çekme Deneyleri Darbe Deneyi Mikroyapısal ÇalıĢmalar DENEYSEL SONUÇLAR VE DEĞERLENDĠRME Sertlik Deneyi Sonuçları Mikroyapı Ġnceleme Sonuçları Darbe Deneyi Sonuçları Çekme Deneyi Sonuçları GENEL SONUÇLAR 49 KAYNAKLAR 51 EKLER 53 ÖZGEÇMĠġ 79 iv

6 KISALTMALAR SSD HSLA ASTM : Sürekli Soğuma Diyagramı : High Strength Low Alloy (Yüksek Mukavemetli DüĢük AlaĢımlı) : American Society for Testing Materials v

7 TABLO LĠSTESĠ Sayfa No Tablo 3.1 : Deneysel ÇalıĢmada Kullanılan Çelik Sacların Kimyasal BileĢimleri, Kalınlıkları ve Karbon EĢdeğerleri...29 Tablo 4.1 : Bu ÇalıĢmada Kullanılan Çelikler Orjinal ve Çift faz Isıl IĢlemi Uygulandıktan Sonraki Sertlik Değerleri...33 Tablo 4.2 : 7136 ve 7132 kalite sacların orjinal ve ısıl iģlem sonrası yüzeyinden çekilen mikroyapı görüntüleri. (1600X) Tablo 4.5 : Farklı sıcaklıklarda su verilerek çift faz mikroyapısı kazandırılan 7136 ve 7132 Kalite Sacların % Martenzit Hacim Oranı...36 Tablo 4.6 : Farklı Sıcaklıklarda Tavlanan 7136 ve 7132 Kalite Sacların Oda Sıcaklığındaki Darbe Enerji Değerleri Tablo 4.7 : Çekme Deneyi ile Belirlenen Mekanik Özellikler Tablo 4.8 : Farklı KoĢullarda Üretilen Çift Fazlı Sac Numunelerin Çekme Deneyi Sonucu Log(gerçek gerilme)- Log (gerçek birim Ģekil değiģtirme) Grafiği Üzerinden Hesaplanan n ve K Değerleri...47 Tablo A.1 : 7136 ve 7132 kalite sacların orjinal ve ısıl iģlem sonrası hadde yönüne paralel kesitten çekilen mikroyapı görüntüleri. (1600X) Tablo A.2 : 7136 ve 7132 kalite sacların orjinal ve ısıl iģlem sonrası hadde yönüne dik kesitten çekilen mikroyapı görüntüleri. (1600X)...64 Tablo B.1 : 7136 ve 7132 Kalite Çelik Ġçinde Optimum Özellikler...74 vi

8 ġekġl LĠSTESĠ No Sayfa ġekil 1.1 : Çift Fazlı Bir Çeliğin Mikroyapısı... 1 ġekil 1.2 : Çift faz ve HSLA çeliklerine ait tipik gerilme birim Ģekil değiģtirme eğrileri... 2 ġekil 2.1 : Çift fazlı çeliklerin üretiminde uygulanan ısıl iģlem yöntemleri ġekil 2.2 : Çift Faz Isıl ĠĢlemlerinin Mikroyapısı a)ara su verme b) ( + ) bölgesinde tavlama c) Kademeli su verme...12 ġekil 2.3 : ( + ) Bölgesinde TavlanmıĢ % 1,5 Mn Ġçeren Çelikte Karbon Miktarının Martensit Yüzdesine Etkisi ( 740, 760, 780 o C ) ġekil 3.1 : Çekme deneyi numunesi Ģekil ve boyutları ġekil 3.2 : Darbe deneyi numunesi Ģekil ve boyutları ġekil 4.2 : a)7136 ve b) 7132 Kalite Sacların Tavlama Sıcaklıklarına Bağlı Olarak Darbe Enerjisi Değerlerinin DeğiĢimi...39 ġekil 4.3 : 7136 Kalite Sacta a) Darbe Enerjisinin ve b) Sertliğin Martenzit Hacim Oranı ile DeğiĢimi ġekil 4.4 : 7132 Kalite Sacta a)darbe Enerjisinin ve b)sertliğinin Martenzit Hacim Oranı ile DeğiĢimi ġekil 4.5 : a)7136 ve b)7132 Kalite Sacın Orjinal ve Çift Faz Isıl ĠĢlemi GörmüĢ Halinin Akma ve Çekme Mukavemetleri ġekil 4.6 : a) 7136 ve b)7132 Kalite Sacın kopma uzaması ve tokluğunun iģlem sıcaklığı ile değiģimi ġekil 4.7 : a) 7136 ve b)7132 Kalite Sacta Akma ve Çekme Mukavemetinin Martenzit Hacim Oranı ile DeğiĢimi...45 ġekil 4.8 : a) 7136 ve b)7132 Kalite Sacın kopma uzaması ve tokluğunun martenzit hacim oranı ile değiģimi...46 ġekil A.1 : Sac Numunelerin Yüzeyinden Hadde Yönüne Paralel GörüntülenmiĢ Orjinal Durumdaki Mikroyapıları.( 400X ) a) 7136 Kalite Sac b) 7132 Kalite Sac c) 7122 Kalite Sac d) 7115 Kalite Sac ġekil A.2 : Sac Numunelerin Yüzeyinden Hadde Yönüne Paralel GörüntülenmiĢ Orjinal Durumdaki Mikroyapıları.( 400X ) a) 6113 Kalite Sac b) 7514 Kalite Sac.c)7123 Kalite Sac d) 7114 Kalite Sac e) 7113 Kalite Sac f) 7112 Kalite Sac...54 ġekil A.3 : 7122 kalite sacın a)740 b) 760 c) 780 d) 800 C de ĠĢlem GörmüĢ SacınHadde Yönü Kesitinden Görüntülenen Mikroyapılar (400X) ġekil A.4 : 7115 kalite sacın a)740 b) 760 c) 780 d) 800 C de ĠĢlem GörmüĢ Sacın Hadde Yönü Kesitinden Görüntülenen Mikroyapılar (400X)...56 ġekil A.5 : 6113 kalite sacın a)740 b) 760 c) 780 d) 800 C de l ĠĢlem GörmüĢ Sacın Hadde Yönü Kesitinden Görüntülenen Mikroyapılar (400X) ġekil A.6 : 7514 kalite sacın a)740 b) 760 c) 780 d) 800 C de l ĠĢlem GörmüĢ Sacın Hadde Yönü Kesitinden Görüntülenen Mikroyapılar (400X) vii

9 ġekil A.7 : 7123 kalite sacın a)740 b) 760 c) 780 d) 800 C de l ĠĢlem GörmüĢ Sacın Hadde Yönü Kesitinden Görüntülenen Mikroyapılar (400X) ġekil A.8 : 7114 kalite sacın a)740 b) 760 c) 780 d) 800 C de l ĠĢlem GörmüĢ Sacın Hadde Yönü Kesitinden Görüntülenen Mikroyapılar (400X) ġekil A.9 : 7113 kalite sacın a)740 b) 760 c) 780 d) 800 C de l ĠĢlem GörmüĢ Sacın Hadde Yönü Kesitinden Görüntülenen Mikroyapılar (400X) ġekil A.10 : 7112 kalite sacın a)740 b) 760 c) 780 d) 800 C de l ĠĢlem GörmüĢ Sacın Hadde Yönü Kesitinden Görüntülenen Mikroyapılar (400X) ġekil A.11 : 7136 kalite sacın orjinal gerilme-birim Ģekil değiģimi grafiği ġekil A.12 : 7136 kalite sacın 740 C de iģlem görmüģ gerilme-birim Ģekil değiģimi grafiği...65 ġekil A.13 : 7136 kalite sacın 760 C de iģlem görmüģ gerilme-birim Ģekil değiģimi grafiği...66 ġekil A.14 : 7136 kalite sacın 780 C de iģlem görmüģ gerilme-birim Ģekil değiģimi grafiği...66 ġekil A.15 : 7136 kalite sacın 800 C de iģlem görmüģ gerilme-birim Ģekil değiģimi grafiği ġekil A.16 : 7132 kalite sacın orjinal gerilme-birim Ģekil değiģimi grafiği ġekil A.17 : 7132 kalite sacın 800 C de iģlem görmüģ gerilme-birim Ģekil değiģimi grafiği...68 ġekil A.18 : 7132 kalite sacın 800 C de iģlem görmüģ gerilme-birim Ģekil değiģimi grafiği...68 ġekil A.19 : 7132 kalite sacın 800 C de iģlem görmüģ gerilme-birim Ģekil değiģimi grafiği ġekil A.20 : 7132 kalite sacın 8000 C de iģlem görmüģ gerilme-birim Ģekil değiģimi grafiği ġekil A.21 : 740 C de TavlanmıĢ 7136 Kalite Çelik Sac Numunede Log(Gerçek Gerilme)- Log (Gerçek Birim ġekil DeğiĢtirme) Diyagramı...70 ġekil A.22 : 760 C de TavlanmıĢ 7136 Kalite Çelik Sac Numunede Log(Gerçek Gerilme)- Log (Gerçek Birim ġekil DeğiĢtirme) Diyagramı...70 ġekil A.23 : 780 C de TavlanmıĢ 7136 Kalite Çelik Sac Numunede Log(Gerçek Gerilme)- Log (Gerçek Birim ġekil DeğiĢtirme) Diyagramı...71 ġekil A.24 : 800 C de TavlanmıĢ 7136 Kalite Çelik Sac Numunede Log(Gerçek Gerilme)- Log (Gerçek Birim ġekil DeğiĢtirme) Diyagramı...71 ġekil A.25 : 740 C de TavlanmıĢ 7132 Kalite Çelik Sac Numunede Log(Gerçek Gerilme)- Log (Gerçek Birim ġekil DeğiĢtirme) Diyagramı...72 ġekil A.26 : 760 C de TavlanmıĢ 7132 Kalite Çelik Sac Numunede Log(Gerçek Gerilme)- Log (Gerçek Birim ġekil DeğiĢtirme) Diyagramı...72 ġekil A.27 : 780 C de TavlanmıĢ 7132 Kalite Çelik Sac Numunede Log(Gerçek Gerilme)- Log (Gerçek Birim ġekil DeğiĢtirme) Diyagramı...73 ġekil A.28 : 800 C de TavlanmıĢ 7132 Kalite Çelik Sac Numunede Log(Gerçek Gerilme)- Log (Gerçek Birim ġekil DeğiĢtirme) Diyagramı...73 ġekil A.29 : 7136 Kalite Sac Numunenin Deformasyon SertleĢmesi Parametresi Değerinin a)ġģlem Sıcaklığı ve b) % Martenzit Hacim Oranı ile DeğiĢimi...74 viii

10 ġekil A.30 : 7132 Kalite Sac Numunenin Deformasyon SertleĢmesi Parametresi Değerinin a)ġģlem Sıcaklığı ve b) % Martenzit Hacim Oranı ile DeğiĢimi ġekil A.31 : 7136 Kalite Sac Numunenin K Değerinin a)ġģlem Sıcaklığı ve b) % Martenzit Hacim Oranı ile DeğiĢimi ġekil A.32 : 7132 Kalite Sac Numunenin K Değerinin a)ġģlem Sıcaklığı ve b) % Martenzit Hacim Oranı ile DeğiĢimi...77 ix

11 SEMBOL LĠSTESĠ %e : Kopma uzaması n : Deformasyon sertleģmesi üssü k : Mukavemet katasayısı a : Akma mukavemeti ç : Çekme mukavemeti P : Yük L : Uzama U : Tokluk %V martenzit : Martenzit hacim oranı : ferrit : Östenit x

12 ALAġIMSIZ ÇELĠK SACLARDA ÇĠFT FAZLI MĠKROYAPI OLUġTURULMASI ÖZET Çelikler, endüstriyel ürünler içerisinde, özellikle otomotiv sanayinde kullanılan temel malzemelerden birisidir. Özellikle Ģekillendirme sonrası sertleģebilen çelikler otomotiv sektöründe araçların Ģasi, tampon gibi temel aksamlar ve mukavemeti yüksek olması istenen parçalar için kullanılmaktadır. Bu amaçla 1970 lerden beri araģtırmalar sonucu ilk defa otomotiv sektöründe 1982 yılında çift fazlı çelikler kullanılmıģtır. Çift fazlı çeliklerin seri üretimi için sürekli tavlama hatları geliģtirilmiģtir. Bu hatlarda çelik saclara çeģitli ısıl iģlemler uygulanarak sertlik ve mukavemet gibi otomotiv sektöründe kullanılan saclar için önem taģıyan mekanik özellikler geliģtirilebilir. Bu ısıl iģlemlerin en önemlilerinden olan demir karbon diyagramında interkritik bölgeden su verme iģlemi vasıtasıyla çift fazlı çelik üretimi gerçekleģtirilir. Buna ek olarak otomotiv sektöründe kullanılan çift fazlı çeliklerin bazılarında ek iģlem gerektirmeksizin bazı çeliklerde karģılaģılan boyanın fırınlanması esnasında fırın sertleģmesi sayesinde mukavemet artıģı gerçekleģir. Bu çift fazlı çeliklerin önemli pozitif özelliklerinden birisidir. Bu çalıģmanın amacı farklı kalitelerdeki çeliklere interkritik bölgeden direkt su verme yöntemini uygulayarak çift fazlı mikroyapı kazandırılmasıdır. Çift faz ısıl iģleminde değiģken parametre, uygulanan ısıl iģlem sıcaklığıdır. Farklı sıcaklıklarda çift faz ısıl iģlemi uygulandıktan sonra, çeliklerin yapısındaki fazların oranı ve dağılımı belirlenmiģ. Bu amaçla farklı sıcaklıklarda tavlandıktan sonra su verilmiģ çeliklere, sertlik deneyi, çekme deneyi ve darbe deneyi gibi mekanik deneyler uygulanarak malzemenin mekanik özellikleri üzerinde tavlama sıcaklığının etkisi tespit edilmiģtir. xi

13 FORMATION OF DUAL PHASE MICROSTRUCTURE ON PLAIN CARBON STEEL SHEETS SUMMARY Steel sheets are the fundemental materials of automotive indutry. Steel sheets exhibiting high strength after the forming are used in production of components that require high strength such as bumper. For this aim, automotive sector began to use dual phase steel in 1982 according to the result of the researches started in 1970 s. For mass producition of dual phase steels, continuous annealing lines has been developed. On these lines, heat tretment is applied to improve mechanical properties, which are important for automotive sector, such as the hardness and strength. One of the most important heat treatment and way to produce dual phase steel is quenching the steel form the intercritical zone of the iron-carbon diagram. Additionally, the strength of some dual phase steels can further be increased by the bake hardening when the paint has been baken. This is one of the positive specialites of the dual phase steels. The aim of this study was to examine the formability of dual phase microstructure in steel sheets produced at ERDEMIR plant. For this purpose intercritical annealing was applied to ten different steel qualities. After intercritical annealing, microstructure characterisations were made by microscopic examinations and quantitative metallographic techniques. Characterization of mechanical properties were by hardness tests, tensile tests and charpy impact tests at room temperature. xii

14 1. GĠRĠġ Çift fazlı çelikler, düģük alaģımlı yüksek mukavemetli çeliklerin (HSLA) bir sınıfı olarak tanımlanır. Bu çeliklerin mikroyapısı genel olarak kompozit malzemelerin yapısına benzemektedir [1]. Yapı, yumuģak ferrittik bir matriks içerisinde sert faz olan martenzit fazından (% 10-25) ibarettir. ġekil 1 de çift fazlı bir çeliğin mikroyapısındaki ferrit (koyu renkli bölgeler) ve martenzit (açık renkli bölgeler) görülmektedir. ġekil 1.1. Çift Fazlı Bir Çeliğin Mikroyapısı [1]. Çift fazlı çelik terimi, bu çeliklerin mikroyapıların iki ana fazdan oluģmasından dolayı kullanılmaktadır. Gerçekte ise bu çeliklerin mikroyapılarında, ferrit ve martenzit fazının yanı sıra beynit, perlit ve kalıntı östenit de bulunabilmektedir. Bugüne kadar yapılan araģtırmalar sonucunda çift fazlı çeliklerin genel karakteristikleri ile ilgili veriler Ģu Ģekilde sıralanabilir: 1. Çift fazlı çelik sürekli akma göstermelidir. 2. % 0,2 akma mukavemeti maksimum MPa olmalıdır. 3. Maksimum çekme mukavemeti MPa olmalıdır. 1

15 4. % 5 den düģük deformasyon oranlarında deformasyon sertleģmesi hızı yüksek olmalıdır. 5. Toplam uzama en fazla % 30 olmalıdır. ġekillenebilirlikleri yüksek; yani düģük akma/çekme mukavemeti oranına sahip olmalıdır. 6. % (2-4) Ģekil değiģimine karģılık gerilme değeri MPa olmalıdır. ġekil 2 de gerilme-birim Ģekil değiģimi diyagramından da göründüğü üzere yüksek mukavemetli az alaģımlı (HSLA) çeliler, çift fazlı çeliklere göre eģit çekme mukavemeti değerlerinde daha gevrektir [2]. Rashid [3], 650 MPa çekme mukavemetine sahip çift fazlı çelik ile 450 MPa çekme mukavemetine sahip HSLA çeliğin eģit Ģekillenebilme kabiliyetine sahip olduklarını göstermiģtir. Günümüzde ticari olarak çift fazlı çelik üretimi üç metodla yapılmaktadır: 1. Sıcak ve soğuk haddelenmiģ sacın sürekli tavlanması, 2. Soğuk haddelenmiģ sacın kutu tavlaması, 3. HaddelenmiĢ durumda kullanılmak üzere sıcak sac haddesi. ġekil 1.2 : Çift faz ve HSLA çeliklerine ait tipik gerilme birim Ģekil değiģtirme eğrileri [2]. 2

16 Çift fazlı çeliklerle ilgili araģtırmalar yaklaģık son 35 yıldır devam etmektedir lerde açığa çıkan petrol krizi, üreticilerin daha etkili ve daha hafif ulaģım metotları bulma konusundaki çalıģmalarını hızlandırmıģtır [4]. Hafif otomobil üreterek yakıttan tasarrufuna gitmek için, mukavemet/ağırlık oranı yüksek çeliklerin geliģtirilmesine önem verilmiģtir. Otomotiv sektöründe aracın ortalama ağırlığını kg düģürülmesi ile yakıt tüketiminde 2 kg/lt kadar tasaruf sağlanabilmektedir. Fakat bu etkin tasurufun yanı sıra yüksek mukavemetli düģük veya mikro alaģımlı çeliklerin bir dezavantajı olan düģük Ģekillendirilebilme kabiliyetinden ötürü otomotiv sektöründe kullanılabilmeleri için araç içerisindeki parçaların tekrar tasarlanması zorunlu hale gelmiģtir. Bu sorunu aģmak için yeni geliģtirilen ve düģük alaģımlı yüksek mukavemetli çeliklerin bir sınıfı olan çift fazlı çelikler geliģtirilmiģtir. Çift fazlı çelikler deformasyon uygulanması ile oluģan hızlı bir deformasyon sertleģmesi ve Ģekillendirme sırasındaki sünekliğini koruma bakımından iyi bir performans sergilemektedir. Buna bağlı olarak da otomobil parçalarının ağırlık yüzdesi olarak en ağır ve en büyük kısmını oluģturan parçalarının imalatı, çift fazlı çeliklerden imali ile önemli miktarda yakıt tasarufu mümkün kılınmıģtır [1] Kutu Tavlama Prosesi Temel olarak, kutu tavlama prosesinde çoklu bobin sacların oksitlenmemesi amacıyla redükleyici ortamda ısıtılır. Tavlama sıcaklığında tutma süresi günler sürebilmektedir. Bu metodun avantajı, ekstra üretim kademesinin, maliyeti çok az etkilemesidir. Sürekli tavlama prosesinin tersine, kutu tavlama prosesinde çok büyük kütleler ısıtılıp soğutulmaktadır. Kutu tavlama prosesi ile elde edilmiģ çelikte mikroyapı kaba taneli olmaktadır. Soğuma hızının düģük olması nedeniyle soğuma sırasında çökelti fazında bulunan karbonun yapıda çözünmesine neden olur. Bunun sonucunda çelik mükemmel sünekliğe sahip olmasına rağmen, çeliğin yüzey ve iç bölgeleri arasında farklı ısıl rejime maruz kalmasının sonucu dıģ ve iç yapı homojen olmamaktadır. Homojen olmayan mikroyapı nedeni ile mekanik özelliklerin bobinin iç ve dıģında farklı olması bu metodun en büyük dezavantajıdır [5]. 3

17 1.2. Sürekli Tavlama Prosesi Sürekli tavlama prosesinde çelikler kutu tavlamadaki gibi statik olarak fırında bekletilmek yerine dinamik olarak açık sac halinde merdaneler üzerinde kesintisiz olarak tavlama fırını ardından yaģlandırma fırınından geçirilir. Sürekli tavlama prosesinin ilk aģamasında çelik ısıtılarak mikroyapının yeniden kristalleģmesi tamamlanırken ikinci aģamada daha düģük bir sıcaklığa kadar ısıtılarak aģırı yaģlanma iģlemine tabi tutulur. AĢırı yaģlanma ile çelik yapısındaki çözünmüģ karbonun katı çözelti bünyesinden ayrıģtırılır. AĢırı yaģlanma kademesi uygulanmadığı taktirde çeliğin çok hızlı soğuması sonucu karbon çözeltide kalacaktır. Bunun sonucu olarak karbon deformasyon yaģlanması yada su verme yaģlanmasına sebep olarak, sacın Ģekillendirilebilirliğinde düģüģe sebep olur. Sürekli tavlama prosesi; sıcak daldırma ile galvanize edilmiģ çelikler, teneke, yönlenmemiģ elektrik çelikleri ve paslanmaz çelik tipi sacların üretiminde yaygın olarak uzun bir süredir kullanılmaktadır. Genelde bu tip proses ile üretim yapan hatlarda kısa süreli tavlama sonucu çelik yaklaģık 10 C/s gibi düģük hızda oda sıcaklığına soğutularak, hat yaģlanması olmadan üretimi yapmak mümkündür [5]. Sürekli tavlama prosesi 1970 lerden beri modern çelik üretiminde, hızlı soğutma yöntemi ve hatta yaģlandırma prosesleri ile otomotiv sanayiinin yüksek talebini karģılamak için uygulanmaktadır. Ayrıca sürekli tavlama prosesinin geleneksel kutu tavlama prosesine göre ürün bakımından bazı üstünlükleri vardır: 1. GeliĢmiĢ özellikler ve homojen ürün eldesi, 2. Mükemmel yüzey temizliği ve düzgünlüğü, 3. GeniĢ bir ürün çeģitliliği. Özellikle otomotiv sanayinde hayati önem taģıyan boyanabilirlik özelliği çeliğin adhezyon ve korozyon direncinin yanısıra, en önemlisi sacın yüzey temizliği ile ilgilidir. Yukarıda belirtildiği gibi sürekli tavlama prosesi ile yüksek yüzey temizliği elde edilebilmektedir. Bu hatlardaki özellikler, modern elektrolitik temizleme ve mekanik temizlemenin ardından yapılan yüksek sıcaklıkta tavlama ile sağlanmaktadır. Kutu tavlama ile kıyaslandığında, sürekli tavlamada yüzeydeki boyanabilme performansını düģüren faktörler daha azdır. Kutu tavlamaya kıyasla 4

18 sürekli tavlamada tek tabaka çelik tavlanmaktadır. Bunun sonucunda kutu tavlamada karģılaģılan bobinin içi ve dıģında homojen olmayan durum oluģmaktadır. Bunun sebebi ise sıcaklık kontrolünün sürekli tavlamada çok iyi bir Ģekilde kontrol edilebilmesidir. Özellikle yüksek mukavemetli düģük alaģımlı çeliklerdeki sertliği sağlayan bileģenlerin çökelmesi ve çift fazlı çeliklerde ise martenzit oluģumu tavlama sıcaklığına çok bağlıdır. Bu da sürekli tavlamanın bu tip çeliklerde çok daha önemli olmasını sağlar. Modern sürekli tavlama prosesleri, bir kaç prosesin birbiri ardına uygulanmasından oluģmuģ bir sistemdir. Sistemin giriģinde bobinden açılmıģ olan sac, kimyasal veya elektrolitik metodlarla temizlenip, ardından hızlı bir Ģekilde C arasına ısıtılır. Bu sıcaklıkta yaklaģık 1 dakika bekletilerek tutma aģaması gerçekleģtirilir. Ardından soğutma ve aģırı yaģlanma iģlemleri yapılır. Sürekli tavlama hattı, genel olarak sacın gerilim ayarlanması ve temper haddesi ünitesine içerir. Sürekli tavlama hattının temel aģamaları aģağıda verilmiģtir: Isıtma ve Tutma/Tavlama AĢaması Sürekli tavlama hattında ısıtma ve tavlama aģamasında soğuk haddeden kaynaklanan yapının yeniden kristalleģmesi ve bir miktar da tane büyümesi gerçekleģir. Tutma sıcaklığı, ticari kalite çelikler için C arasıdır. Bu sıcaklık aralığı, çekme kalitesi, derin çekme kalitesi, derin çekme kalitesi ve deokside edilen çelik kaliteleri için de geçerlidir. Bazı tip çift fazlı çeliklerde kalıntı östenit istenen mukavemete ulaģmak için belirli oranlarda yapıda oluģturulur. Buna göre soğutma rejimleri ve ardından gelen prosesler yapıdaki kalıntı östenit oranına göre değiģmektedir YavaĢ Soğutma AĢaması Tavlama iģleminin hemen ardından yaklaģık 10 0 C/sn soğutma hızı ile A 1 sıcaklığının altına kadar soğutularak yapılır. Bu iģlemle ferrit yapısında çözünmüģ olan karbonun ferrit fazından çökelmesi sağlanır. Ardından asıl hızlı soğutma ile çift fazlı çeliklerin yapısında bulunması gereken martenzit oluģması sağlanır. 5

19 Asıl Soğutma AĢaması Asıl soğutma aģamasında soğutulan saca göre C/s hızla soğutulur. Temel olarak asıl soğutma aģaması çeģitli Ģekillerde uygulanabilir. Yüksek soğutma hızlarında (gaz-su sprey, sıcak veya soğuk suda su verme, merdane üzerinde su verme) karmaģık iģlemler vasıtasıyla saca en uygun yöntemle yüzeyde kırıģıklı veya yüzey hatası oluģturmaksızın su verme iģlemi baģarı ile tamamlanır. Bunun dıģında gaz-jet soğutmalı hatlar diğer tip hatlara göre daha az kontrole gereksinim duyar. Bu tip bir sistemde su ile temastan dolayı oluģan ince oksit tabakasını temizlemek için bir üniteye ihtiyaç vardır. Fakat okside etmeyen gaz-jet soğutmalı hatlarda bu tip bir üniteye gereksinim yoktur. Sacda istenilen kaliteye ulaģmak için temel soğutmadan sonra çeģitli prosesler uygulanabilir. Örnek olarak sade karbon çeliklerin derin çekilmesi sırasında yüzeyinde deformasyon etkisi ile deformasyon izleri oluģmamalıdır. Bunun önüne geçmek için çeliğin bileģiminde 10 ppm den az çözünmüģ karbon bulunmalıdır. Sürekli tavlama prosesindeki yüksek soğuma hızları ferrit içerisinde aģırı doymuģ hale gelmesine sebep olarak karbonun aģırı yaģlanma sırasında çökelmesine neden olurlar. Bu durum nedeni ile aģırı yaģlanma 1 dakikada su da su vermekle daha yavaģ bir soğutma süresi olan 3 ila 5 dakika gaz-jet soğutma süresinden kısaltılmıģtır. Fakat hızlı soğutma sonucu olarak ferrit içerisindeki karbürlerin çökelmesi ile sacın kopma uzaması, deformasyon sertleģmesi üssü ve Ģekillendirilebilirliği azalmaktadır. Bu nedenle sürekli tavlama prosesinde özelliklerin optimize edilmesi için temel soğutma hızı karbon çelikleri için C/s olarak seçilmelidir. Sürekli tavlama hatlarında temel soğutma hızı dıģında bir diğer önemli parametre de sacın soğutulmaya baģlanacağı sıcaklıktır. Özellikle yüksek soğuma hızlarında bu daha önemli olan bir parametredir. Hattan çıkan sacın süneklik ve yaģlanma direncini optimize etmek sıcaklık seçiminde: 1. DüĢük bir su verme baģlangıç sıcaklığı seçildiği taktirde süneklik artırılırken yaģlanma direncinde düģüģ gözlenir. 2. Su vermeye baģlama sıcaklarının düģük tutulması yüksek soğuma hızlarına ulaģmayı kolaylaģtırır. Örneğin C de suda su verme iģlemi, C den suda su verme iģleminden özellikleri optimize etmek için daha iyidir. 6

20 Yüksek mukavemetli çift fazlı çeliklerin prosesinde su verme ile ulaģılan yüksek hızlı soğutma sayesinde genel olarak manganez olmak üzere sertleģmeyi sağlamak için eklenmesi gereken alaģım elementi miktarı azalmaktadır. Soğutma aģamasında kullanılan soğutma yöntemleri Ģunlardır: Gaz-jet ve Su Sprey Soğutma Ġlk sürekli tavlama hatlarında azot-hidrojen koruma atmosferi altında gaz-jet soğutma sistemi ile çeliğe su verme iģlemi NĠPPON Çelik ġirketi tarafından geliģtirilmiģtir. Bu soğutma sisteminde C/sn soğutma hızları baģarılı ile gerçekleģtirilmiģtir. Yapılan yeni geliģmelerle yüksek gaz-jet tekniği (H-GJC) ile yüksek soğutma hızlarına sahip, yüksek enjeksiyon oranı teknolojisi geliģtirilerek C/sn gibi yüksek hızlı soğutma hızlarına çıkabilmek mümkün olmuģtur. Ayrıca yine NĠPPON çelik Ģirketi tarafından geliģtirilen azot ve atomize su püskürtme metodu ile su debisine bağlı olarak C/sn gibi bir soğutma hızına ulaģılabilmektedir. Bu iki yöntemden gaz-su sprey sistemi, otomotiv çeliği üretim hatlarında ve gaz-jet ise ince sac üretim hatlarında kullanılmaktadır. Buna ek olarak KAWASAKĠ çelik Ģirketi tarafından geliģtirilen 0,8 mm kalınlığındaki saclar için C/sn gibi soğutma hızlarına ulaģabilen ve bir proses geliģtirilmiģ ve çok amaçlı( KM-CAL) proses yöntemi, hem otomotiv hem de ince sac ürün üretmek üzerine devreye alınmıģtır Su Verme Sürekli tavlama(cal) teknolojisi, NKK Ģirketi tarafından geliģtirilmiģ olan bir çeliğe su verme yöntemidir. Bu sistem içinde bulunan su jetleri ile 1000 C/sn gibi yüksek bir soğutma hızına ulaģabilmektedir. Öte yandan bu sistemin bir dezavantajı olarak aģırı yaģlanma sıcaklığı geçilerek, çeliği tekrar aģırı yaģlanma sıcaklığına ısıtmak gerekmektedir. Ayrıca Le Centre de Recherches Metallurgiques tarafından hareketli saclara sıcak suda su verme ile C/s gibi yüksek hızlarda soğutma sistemi geliģtirilmiģtir. 7

21 Merdanalerde Soğutma veya Merdane-Soğutma Teknolojisi Merdane soğutma teknolojisi yine NKK tarafından geliģtirilmiģ ve çeliğin direkt iç kısımlarında soğutma sistemi olan ve merdanelerin teması sonucu soğutulan bir sistemdir. Bu sistemde sacın kalınlığına bağlı olarak C/s soğutma hızları arası değiģen bir aralıkta soğutma yapabilmektedir. Ayrıca bazı hatlarda direkt su soğutma ile merdanelerde soğutma aynı anda uygulanabilmektedir YaĢlandırma AĢaması YaĢlandırma safhasında, ferritin içerisindeki karbon miktarı 10 ppm karbonun altına düģürülerek, çeliğin sünekliği artırılırken aynı zamanda yaģlanmaya karģı direnci yükseltilir. YaĢlandırma iģlemi tipik olarak C de yapılmaktadır. YaĢlandırma iģleminin daha etkili olması için bazı hatlar aģırı yaģlanma termal profiline sahiptirler. Bu tip bir sisteme örnek vermek gerekirse sistemde; suda su verme yöntemi kullanan sürekli tavlama proses hatlarında çelik ilk olarak C ye kadar ısıtılıp son sıcaklık olan 350 C ye 1-1,5 dakikada soğutulur. Sürekli tavlama sisteminde ferrit-martenzit mikroyapısına sahip çift fazlı çelikler için aģırı yaģlanma ısıl iģlemi diğer iģlevlerine ek olarak martenzitin temperlenmesi ile sünekliğin artmasını sağlar. Fakat sıcak daldırma yöntemi ile çinko kaplanan hatlarda tavlama ve kaplama iģlemi yaklaģık C yapılmakta ve bu iģlemden sonra ise aģırı yaģlanma iģlemi yapılamamaktadır. Bunun sebebi, aģırı yaģlanma iģleminden sonra karbürlerin yeniden çözülmesi ve yaģlandırma yapılacak fırının merdaneleri üzerine yüksek sıcaklık nedeni ile çinko sıvanması sonucu olarak çeliğin kaplamasının kalkmasıdır Nihai Soğutma Nihai soğutma, 2 C/s soğutma hızı ile en iyi özelliklerin elde edileceği sıcaklığa soğutma iģlemidir. Hattın kurulmasındaki maliyeti düģürmek için tolore edilebilir bir soğutma hızı (10 C/s) kullanılan daha kısa hatlar da kurulmaktadır. Bazı nihai soğutma hatlarında son soğutma iģlemi 150 C altında soğutmaya baģlanarak yapılmaktadır. 8

22 1.3. Sıcak Sac Haddesi Sıcak Ģerit haddeleme metodunda, kimyasal bileģimin ve üretim koģullarının hassas ve kontrollü bir Ģekilde yapılan sıcak haddeleme iģlemi sırasında, çift fazlı mikroyapı oluģturulur. Bu metodun avantajları büyük yatırım masrafı ve ek bir iģlem gerektirmemesidir. Ancak uygulanabilecek sıcak haddeleme miktarının sınırlılığı, gerekli alaģımlama için büyük miktarlardaki masraf, bu metodun dezavantajlarıdır. 9

23 2.ÇĠFT FAZLI ÇELĠK ÜRETĠMĠ VE ÇELĠKLERĠN GENEL ÖZELLĠKLERĠ 2.1. Mikroyapı ve Mekanik Özellikler Çift fazlı çelikler, yüksek mukavemetli düģük alaģımlı çeliklerin bir çeģidi olup ağırlıklı olarak ferrit + martenzit mikroyapısından oluģur. Bu yapı kompozit teorisinde metal matrixli yapıya benzetilmektedir. Çeliğin mekanik özellikleri temel olarak mikroyapı morfolojisine bağımlıdır. Morfoloji ise karbon ve diğer elementlerin oranı, ısıl iģlemin son sıcaklık ve soğutma metodu gibi çeģitli faktörlerce belirlenir. Yapıdaki martenzit mukavemeti sağlarken ferrit ise yapıya süneklik kazandırır [6]. Genellikle mikroyapıda az miktarda da olsa kalıntı östenit, beynit, karbür yapıları(fe 3 C) ve perlit bulunmaktadır [2,8]. Piyasadaki ticari çift fazlı çelikler % martanzit hacim oranı % arasındadır. Buna bağlı olarak akma mukavemeti MPa ve çekme mukavemeti ise MPa dır. Fakat optimum martenzit oranı % 20 dir. Bu değerlerde çelik için tokluk ve mukavemet değerleri optimize olmuģtur. Çift fazlı çelikler, yüksek mukavemetleri ve temper iģlemi sonucu olarak, ulaģılan yüksek tokluk ve Ģekil verilebilme kabiliyetleri sayesinde yaygın olarak makina yapısal parçaları için hammadde teģkil ederler. En önemli kullanım alanları otomotiv sektörüdür [2] Çift Faz Isıl ĠĢlemleri Çift fazlı çeliklerin mikroyapıları, uygulanan ısıl iģlem sırasına bağlıdır. Farklı ısıl iģlemler sonucu elde edilen morfolojiler arasında önemli farklar bulunmaktadır. ġekil 4 te çift fazlı çelik üretiminde kullanılan ısıl iģlem yöntemleri Ģematik olarak görülmektedir. 10

24 ġekil 2.1 : Çift fazlı çeliklerin üretiminde uygulanan ısıl iģlem yöntemleri [2]. a) Ara su verme, b) bölgesinde tavlama, c) Kademeli su verme. ġekil 2.1 a da görülen ara su verme prosesinde, ostenit bölgesinden su verilmiģ malzemenin tekrar iki fazlı bölgeye ısıtılması, primer martensit dilim sınırları boyunca ostenitin çekirdeklenmesine neden olur. Bu iģlem sonunda ince yapılı martensit, ferritik bir matriks içerisinde dağılmaktadır. bölgesinde yapılan tavlama iģleminde, malzemenin ötektoid altı baģlangıç mikroyapısı, ferrit ve perlitten oluģmaktadır. Ġki fazlı bölgede tavlamayla oluģan ostenit, karbür/ferrit arayüzeyinde çekirdeklenir ve büyür. Mikroyapı, ferrit sınırları içerisinde ince küresel martensitten oluģur. Kademeli su verme prosesinde malzemenin baģlangıç mikroyapısı, ostenitten oluģmaktadır. Sıcaklık iki fazlı bölgeye düģünce, ferrit, primer ostenit tane sınırlarında çekirdeklenir ve büyür. Mikroyapıda kaba martensit partikülleri etrafında ferrit bulunmaktadır. Yukarıda değinilen farklı ısıl iģlem yöntemleriyle üretilen çift fazlı çeliklerin mekanik özellikleri, mikroyapılarından dolayı birbirlerinden oldukça farklıdır. ġekil 2.2 de yukarıda bahsedilen farklı ısıl iģlem proseslerinin mikroyapıları arasındaki fark görülmektedir. Aynı martensit hacim oranına sahip, ara su verme ile üretilmiģ yapının homojen ve toplam birim Ģekil değiģimi değerleri, kademeli su verme ile üretilmiģ yapının homojen ve toplam birim Ģekil değiģimi değerlerinden daha yüksektir. Kademeli su verme ile üretilen çift fazlı yapının, diğer metotlarla üretilen 11

25 çift fazlı yapılardan daha düģük sünekliğe sahip olması, deformasyonun erken aģamalarında çatlak oluģması ve hızla ilerlemesinden kaynaklanmaktadır. (a) (b) (c) ġekil 2.2: Çift Faz Isıl ĠĢlemlerinin Mikroyapısı a)ara su verme b) ( + ) bölgesinde tavlama c) Kademeli su verme [2] 2.3. Bölgesinde Tavlamayla (Ġnterkritik Tavlama) Çift Fazlı Çelik Üretimi Çift fazlı çeliklerin mikroyapısı yüksek mukavemetli düģük alaģımlı çeliklerin interkritik bölgeye ısıtılıp bekletilmesi sayesinde perlitin östenite dönüģmesi sağlanarak hemen ardından gerekli soğuma hızı ile soğutularak martenzite dönüģümü vasıtasıyla elde edilir. Çift fazlı çeliklerin yapısındaki martenzit mukavemeti sağlar (özellikle çekme mukavemeti). Bu dönüģümü desteklemek için soğuma hızına bağlı olarak kritik miktarda sertleģebilirlik gereklidir. Bu sertleģebilirlik % manganez oranı ile doğrudan bağıntılıdır. DüĢük miktardaki sertleģebilirlik, çeliğin bileģimindeki düģük miktarda Mn ve/veya Mo, Cr gibi alaģım elementleri ve buna ek olarak yüksek soğuma hızı ile tolere edilebilir Çift fazlı çeliklerde östenit oluģumu birkaç basamakta meydan gelmektedir. Östenitin ani olarak perlit veya sementit tane sınırlarında çekirdeklenmesi ile ardından hızla oluģan çekirdeklerin karbür ve perlitin çözünmesine kadar büyümesi ilk safayı oluģturmaktadır. Ġkinci safhada ise östenitin ferrit içerisine daha yavaģ bir Ģekilde tane büyümesi, yüksek sıcaklıklarda (850 C ), östenitin içindeki karbon difüzyonu tarafından kontrol edilir. DüĢük sıcaklıklarda ise ferritin içerisindeki 12

26 manganezin ferrit içerisinde veya tane sınırlarındaki difüzyonu tarafından kontrol edilir. Son safhada ise manganez tarafından kontrol edilen düģük sıcaklıklarda ve çok uzun bir süre tavlama koģulu ile geliģen ferrit ve östenit fazları arasında bir denge oluģur Tavlama Ssırasında Östenitin Faz DönüĢümü Temelde östenitin dönüģümü sıradan tavlama ile aynı olmasına rağmen bazı özellikler onu farklı kılar. Bu farklılıkların sebepleri aģağıda sıralanmıģtır: 1. Östenitin karbon içeriği C, interkritik tavlama sıcaklığı ile sabittir ve bu sıcaklığa bağlı olarak sertleģebilirliği değiģmektedir. 2. Östenit-martenzit dönüģümü karbon difüzyonu olmadan gerçekleģmektedir.bu sayade martenzit östenitin karbon miktarına sahip olmaktadır. Bu miktar çeliğin orjinal karbon miktarının çok üzerindedir. Son olarak faz diyagramından ters kaldıraç kuralı uygulanarak interkritik sıcaklık ve çeliğin karbon içeriği miktarına bağımlı olarak oluģturacağı östenit miktarı bulunabilir. Pratikte interkritik tavlama bölgesinde, suda su su verme yöntemi ile soğutulan bir çelikte östenit klasik yüksek karbon içeriği olan martenzit alt yapısına çökelti faz olarak çöker. Eğer daha yavaģ bir soğutma rejimi ile soğutma yapılırsa (yağda su verme) çeliğin yapısında bir miktar küçük partiküller halinde kalıntı östenit oluģur. Yapıda bulunan östenit oda sıcaklığı veya 0 C nin altına kadar stabil kalmaktadır. Bu durum plastik deformasyon uygulanmadığı taktirde geçerlidir Ferrit Fazında Olan DeğiĢiklikler Ferrit fazı, faz dönüģümünün bir parçası olarak, interkritik sıcaklıktan soğumadan itibaren, östenit fazının içine doğru büyür. Soğuk haddelenmiģ çeliklerde, ferritin yeniden kristalleģmesi, hızlı ve genelde interkritik bölgeye ulaģmadan gerçekleģir. Bu durum hızlı ısıtmadan dolayı çoğu sürekli tavlama hattında problem yaratabilir. Interkritik tavlama sırasında ferritin karbon içeriği değiģebilir. Bu değiģiklikler prensipte Ģu nedenlere bağlanabilir: 1. Çelikte karbonun çözünürlüğü interkritik bölge ile orjinal halinden farklı olabilir. 13

27 2. ArtırılmıĢ alaģım elementlerinden dolayı ferritte karbon içeriği bakımından bir düģüģ olabilir; bunun sebebi ise faz diyagramında alaģım elementi değiģimi ile bileģimdeki % karbon çözünürlüğü değiģimidir. 3. Çeliğin bileģimine ek silisyum takviyesi, ferritte karbon düģüģüne neden olabilir. 4. ÇeĢitli soğutma rejimleri, sementitin ferritten çökelmesine neden olacağından ferrit içerisindeki karbon içeriğinin düģmesine neden olabilir Çift Fazlı Çelikleri Mikroyapıda Bulunan Fazların Özellikleri Çift fazlı çeliklerin mikroyapıları genel olarak, eģ eksenli veya iğnesel ferrit, martensit, kalıntı östenit ve sementit fazlarından oluģmaktadır. Bu fazlarla ilgili detaylı olarak aģağıda bahsedilecektir Ferrit Fazı Çift fazlı çeliklerin hem mekanik, hem de mikroyapı özelliklerine, ferrit morfolojisi, ferrit tane boyutu, ferrit matriksinde bulunan çökeltiler, ferrit matriksinde arayer ve yeralan alaģım elementlerinin bulunması önemli derecede etki eder. Ferrit tanelerinin optimum mekanik özelliklerin elde edilmesi için eģeksenli morfolojide olması istenir. Fakat bazı çift fazlı çeliklerin kompozisyonlarından dolayı düģük dönüģüm sıcaklığı sonucu oluģan iğnesel ferrit, çeliğin mukavemetini artırırken sünekliğin düģmesine sebep olur. Ayrıca akma mukavemeti, ferritin tane boyutuna bağlıdır ve Hall-Petch bağıntısına göre hesaplanır. Çift fazlı çelikler için ferrit tene boyunun küçültülmesi, optimum özelliklerin eldesi için çok önemlidir. Fakat tane boyutunun küçülmesi geçiģ sıcaklığının düģüģüne sebep olmaktadır. Ferrit içerisinde bulunan dağılmıģ karbür ve karbonitrür partüküllerinin bulunması, çeliğin sünekliğinde düģüģe neden olur. Fakat çeliğin bileģimindeki bulunan karbür yapıcı elementler çökelme hızını arttırmaktadır. Buna ek olarak da çeliğin sünekliğinin yüksek olması için ferrit fazının temiz olası istenir çünkü ( bölgesinde; soğutma hızının düģük olduğu taktirde ferrit fazından sementit partiküllerinin çökelmesi gerçekleģmektedir. [2] Teorik olarak, çift fazlı çeliklerin mukavemetine etki eden temel parametreler, çelik bünyesindeki martenzit hacim oranı, martenzit mukavemeti, ferritin mukavemeti ve martenzitik dönüģüm nedeni ile martenzit adalarına komģu ferrit bölgelerinde 14

28 meydana gelen, yüksek dislokasyon yoğunluğudur. Çeliğin mukavemet değeri teorik olarak aģağıda verilen formül ile hesaplanır. c = v f f [ + ( dm/c ) 1/a ] n f + v m m n m ( 2.1 ) Burada; c = Çift fazlı çeliğin akma mukavemeti v f = Ferritin hacim oranı m = Martensitin mukavemeti f = Ferritin mukavemeti n f = Ferritin deformasyon sertleģmesi üssü n m = Martenzitin deformasyon sertleģmesi üssü dm = Martenzitik dönüģüm nedeni ile ferritte meydana gelen dislokasyon yoğunluğu = Birim Ģekil değiģimi c,a = Sabitlerdir Martenzit Fazı Çift fazlı çeliklerin, mukavemet ve süneklik gibi mekanik özelliklerini belirleyen en önemli parametre, çeliğin yapısında dönüģümle oluģacak martenzitin hacim oranıdır. Çift fazlı çeliklerin yapısında bulunacak martenzit hacim oranını belirleyen temel parametreler; çeliğin karbon içeriği, tavlama sıcaklığı, östenit tanelerinin sertleģebilme kabiliyetidir. ġekil 2.3 de çeliğin karbon miktarı ve tavlama sıcaklığı değiģimi ile martenzit hacim oranı değiģimi verilmiģtir. Yapıda oluģacak martenzit miktarı ile ilgili çalıģmasında Erdoğan, martenzit miktarının tavlama öncesi yapıya bağlı olduğunu iddea etmekte ve özellikle düģük tavlama sıcaklıklarında ve düģük hızla soğutma yapıldığında ince taneli yapıların yapıda kaba taneli yapılara göre daha çok martenzit üreteceğini belirtmiģ ve buna sebep olarakta ince taneli yapıların karbon bakımından daha fazla zenginleģeceğini ileri sürmüģtür [7]. Çift fazlı çeliklerin yapısında bulunan martenzit hacim oranı çeliğin bileģimindeki karbon miktarının artması ve tavlama sıcaklığının artması ile artmaktadır [8]. Chuling, Dayong ve Bo, çift faz 09CuPTiRe çeliği üretmek üzere yaptığı çalıģmasında tavlama sıcaklığının artması ile oluģan martenzit hacim oranın arttığını tesbit etmiģtir [9]. Fakat martenzit hacim yüzdesi arttıkça martenzitin birim hacim baģına düģen karbon miktarı düģeceğinden, martenzit fazının sertliği ve 15

29 mukavemetide buna bağlı olarak düģecektir ve tokluğu artacaktır [10]. Bunun sonucu olarak, bölgesinin daha düģük bir sıcaklığında daha yüksek bir sıcaklıktan tavlanıp soğutulması sonucu oluģmuģ martenzit fazına göre daha karbon yoğun olacağından, martenzit fazının sertliği daha yüksek fakat daha gevrek olacaktır. Buna bağlı olarak da çeliğin yapısında bulunan aynı hacimdeki martenzit oranın içerisindeki karbon miktarı arttıkça çekme ve akma mukavemetleri gibi mekanik özellikler artacaktır. Fakat akma mukavemetindeki artıģ çekme mukavemetine oranla daha azdır. Östenit fazının sertleģebilme kabiliyeti ise bölgesinden soğutma hızına bağlı olarak, hızlı soğutma ile östenit martenzite, yavaģ soğutma sonucunda ise ferrit-karbür fazına dönüģmektedir. Martenzit fazının özelliği, morfoloji ve alt yapıya bağlıdır. Çift fazlı çeliklerde istenen martenzit morfolojisi, dilim martenzittir. Eğer çeliğin alt yapısında dönüģüm sırasında morfoloji dilim martenzit yerine ikizli plakalı martenzit oluģursa fazın karbon içeriğinin artması nedeni( ile tokluk düģmektedir. ġekil 2.3: ( + ) Bölgesinde TavlanmıĢ % 1,5 Mn Ġçeren Çelikte Karbon Miktarının Martensit Yüzdesine Etkisi ( 740, 760, 780 o C ) [2] Martensit fazında bulunan karbon miktarı, C m ; 16

30 C m = C o + ρ f / ρ m ( 100 / V m -1 ) ( C o - C f ) (2.2) bağıntısı ile bulunabilir. Burada; ρ f = Ferritin yoğunluğu ρ m = Martensitin yoğunluğu C f = Ferrit fazında bulunan karbon miktarı C o = Çeliğin karbon miktarı V m = Martenzit hacim oranıdır Kalıntı Östenit Fazı Çift fazlı çeliklerde su verme esnasında östenit martenzite tam olarak dönüģmemesi sonucu yapıda %2-9 arasında kalıntı östenit kalmaktadır. DönüĢmemiĢ olan östenitin karalı olması durumunda ise çok hızlı soğutma ortamlarında bile östenit % 100 martenzite dönüģümez. Bu dönüģmemiģ faz bazı çift fazlı çeliklerde ikinci fazın %30-40 ını teģkil edebilir.[2] Östenitin dönüģümünü önleyen en önemli sebep östenit fazının karbonca zenginleģmesidir. Böylece fazın kimyasal kararlılığı artmaktadır. Çünkü östenit fazında bulunan karbon ve manganez elementlerinin artıģı ile M s sıcaklığının daha düģük sıcaklıklara ötelenmesine sebep olur. Ayrıca östenit fazının dönüģmemesinin bir nedeni de soğutma hızının yeterli olmamasıdır. Çünkü düģük hızlarda su verme sırasında östenit taneciklerinin boyutlarının küçük olması bu fazın dönüģümünü engellemekte ve 1 m veya daha küçük östenitler adacıklar halinde yapıda kalmaktadırlar. Çift fazlı çeliklerin yapısında, kalıntı östenit üç Ģekilde bulunabilmektedir. Martenzit dilimleri arasında ince bir tabaka olarak bulunabilir. Martenzit dilimleri arasındaki östenit miktarı %1 den az ve ancak seçilmiģ difraksiyon paternleri ile ayrılabilirler. Ġkinci olaraksa yapıda ikinci faz olan martenzit ile yapıda bulunabilir ve ancak X- ıģınları metodu ile tespit edilebilir. Çift fazlı çeliklerin yapısında bulunan kalıntı östenitin büyük miktarı bu Ģekilde bulunmaktadır.üçüncü tip kalıntı östenit ise yaklaģık 1 m boyutunda küçük adacıklar Ģeklinde ferrit taneleri içinde veya tane köģelerinde bulunmaktadır. Çift fazlı çeliklerin yapısında bulunan kalıntı östenitin büyük bir kısmının deformasyon esnasında martensite dönüģmesi, uniform ve toplam uzamayı artırır. Ancak kalıntı östenit miktarı düģük ise, uniform ve toplam uzamadaki artıģ ihmal edilebilecek seviyededir. 17

31 2.5. Çift Fazlı Çeliklerin Mekanik Özellikleri Çift fazlı çeliklerin mekanik özellikleri incelenirken, mukavemet ve süneklik gibi, özelliklerin yanı sıra, çift fazlı çeliklerin diğer çeliklerden farklı bir özelliği olarak deformasyon sertleģmesi kabiliyetinden de söz edilecektir Deformasyon SertleĢmesi Deformasyon sertleģmesi olayı bir kaç kademede açıklanabilir. Ġlk safada %0,1-0,5 birim Ģekil değiģimi değerleri arasında hızlı bir deformasyon yaģlanması görünür. Bu durum kalıntı gerilmenin ortadan kalkması ve iki fazın plastik uyumsuzluklarından kaynaklanan hızlı bir birim Ģekil değiģimi oluģması ile açıklanabilir. Ġkinci safhada da %0,5-4 birim Ģekil değiģimi değerleri arasında kalıntı östenitin dönüģümü gerçekleģir. Son safa olan %4-18 birim Ģekil değiģiminde ise dislokasyon hücrelerinin oluģumu ve dinamik toparlanma ve çapraz kayma (martenzitin akması) daha fazla miktarda ferrit içerisinde deformasyona sebep olur. Çift fazlı çeliklerin deformasyon davranıģı incelenirken Ludwick denklemi kullanılır [ 11]. K. g a g (2.3) g =Gerçek gerilme a =Akma mukavemeti K =Mukavemet katsayısı g =Gerçek birim Ģekil değiģimi Bunun nedeni, diğer çelik türlerinin deformasyon davranıģını değerlendirmekte kullanılan Holloman denkleminin, bu tür çeliklerin log -log eğrisi lineer olmadığı için geçerli olmadığıdır. Çift fazlı çeliklerde özellikle ilk safhadaki deformasyon sertleģmesi davranıģı çok karmaģıktır. Buna rağmen, aynı mukavemet değerine sahip yüksek mukavemetli 18

32 düģük alaģımlı çeliklerle karģılaģtırıldığında yüksek miktarda bir ilk deformasyon verildiğinde deformasyon sertleģmesi sayesinde iyi bir Ģekillendirilebilme kabiliyeti kazandırılabilir. Buna ek olarak çift fazlı çeliklerde akma noktasının olmayıģı lüder bandları oluģumunu engeller. Bu sayede Ģekillendirmeden sonra yüzey düzgün olur Akma ve çekme mukavemeti Çift fazlı çeliklerde kompozit teorisine uygun olarak akma ve çekme mukavemeti sert ve mukavemetli faz olan martenzitin mikroyapıdaki faz yüzdesinin artması veya martenzit fazının sertliğinin artması ile artar. Martenzit fazının mukavemetinin temel artıģ nedeni olan karbon içeriği, çeliğin orjinal karbon yüzdesi ve interkritik tavlama Ģartlarına bağlıdır. Özellikle % 1,5 manganlı çelikler bu teoriyi desteklemektedir. Aynı zamanda matriks fazı olan ferrit fazının mukavemetinin artıģında çeliğin mukavemetinin artıģına sebeb olur. Ferrit fazının mukavemetinin artıģında temel olarak fazın tane boyutunun küçültülmesi ve katı eriyik sertleģmesi ile çökelen alaģım elementleri neden olur. Sonuç olarak çift fazlı çeliklerin mukavemet artıģının kontrolü için karmaģık modeller ve sürekli mekanik etkilere ihtiyaç vardır Süneklik Çift fazlı çeliklerde sünekliği artırmak ve mukavemette çok fazla düģüģe sebep olmadan geliģtirmek bir çok parametreye bağlıdır. Bunu sağlayan etmenler temel olarak; ferrit fazının düģük karbon içermesi, martenzit fazının plastisitesi, eģ eksenli ferrit miktarı ve kalıntı östenit fazı miktarıdır. Bu nedenlerin hiç birisi tek baģına çeliğe istenen sünekliği vermeye yetmemektedir. Fakat bu bileģenler arasında en mantıklı olan kalıntı östenitin gerilme ile oluģturulan kalıcı gerilme vasıtasıyla östenitin dönüm geçirmesidir. Tavlama döngüsüne kontrol ve müdahale edilerek kalıntı östenitin artırılması ile süneklik en yüksek değerine ulaģmaktadır. Ayrıca Kım ve Thomas, kaba taneli çift faz mikroyapısına sahip çeliklerin sünekliğinin daha düģük fakat ince taneli lifi ve ince taneli küresel çift faz yapısına oranla daha mukavemetli olduğunu tesbit etmiģlerdir [12]. 19

33 Temperleme ve deformasyon yaģlanması Sürekli tavalanma prosesinde yeni geliģmeler sayesinde, yüksek mukavemetli fırın sertleģmesine uygun çift fazlı çeliklerin üreltilmesi mümkün olmaktadır [13].Suda su verilmiģ çift fazlı sacların temperlenmesi sıcak daldırma ile galvanizleme veya boyanın fırınlanması sırasında yapılmaktadır. Fakat bu iģlemin bir dezavantajı temperleme iģlemi sırasında sacların yapısında plastik olarak Ģekil değiģiminin oluģması ile deformasyon yaģlanması denen olay gerçekleģmektedir. Hatta temperleme; sürekli tavlanan ticari saclarda yukarıda belirtilen problemleri önlemek için proses sonrasında uygulanabilir. Bu tip bir temper iģlemin sonucu olarak yapıda bulunan fazlar öngörülebilecek Ģekilde etkilenir. Yüksek karbon içeren ferrit fazın içinde; hatalı yapının toparlanması, karbürlerin çökelmesi ve kalıntı östenitin dönüģümü Ģeklinde gerçekleģir. Benzer olarak ferrit fazında ise hem dislokasyonlara karbon segregasyonu hemde karbidlerin çökelmesi ön görülebilir. Buna ilaveten iki fazın bulunmasından kaynaklanan sinerjik etkiler oluģabilir. Kalıntı gerilmenin oluģması ve ferritteki yüksek dislokasyon yoğunluğu buna örnek verilebilir. Bu nedenle dislokasyonlara karbon segregasyonu ve ferritteki kalıntı gerilmenin giderilmesi temper iģleminin önemli iģlevlerindendir. Eğer sac levhada martenzit yüzdesi %30 un altında ise dislokasyonlara karbon segregasyonu ve kalıntı gerilmenin ortadan kalkması ile akma mukavemetinin artıģı, buna ilaveten süreksiz akma ile sonuçlanır. Çift fazlı çelikler genel olarak da oda sıcaklığında yaģlanma karakteri olmayan çeliklerdir. Buna ilaveten C a kadar çok yavaģ yaģlanma karakteristiğine sahiptirler. Fakat ister soğuk haddeleme ister plastik deformasyon yaģlanma prosesini hızlandırmaktadır. Bu durum teoride Ģöyle açıklanmaktadır: çekme ile oluģturulacak Ģekil değiģimi ile çelikte dislokasyon yoğunluğunun daha uniform olarak dağılması temper haddesi görmüģ çelik saca göre daha hızlı deformasyon yaģlanmasına sebep olur. Bunun sonucu olarak da karbonun difüzyonu için gerekli mesafe kısalmasından dolayı difüzyon hızlanır. 20

34 Akma DavranıĢı Genel olarak ferrit-martenzit mikroyapısına sahip olan çeliklerde tam bir akma noktası yoktur. Bunun sebebi ise çeliğin içerisindeki yüksek hareketli dislokasyon yoğunluğu ve kalıntı gerilmeler sonucu, çok küçük miktarlarda plastik gerilmelerin bile akmaya neden olmasıdır. Bunun sonucu olarak, ferrit fazı içerisinde bir çok noktada akma gerçekleģir ve süreksiz akma önlenerek sürekli akma olur Çift Fazlı Çeliklerin Özelliklerine AlaĢım Elementlerinin Etkisi Çift fazlı çeliklerde alaģım elementlerinin rolü, ısıl iģlem sırasında sertleģme kabiliyetini arttırmak, yani martensitik dönüģümü kolaylaģtırmaktır. AlaĢım elementlerinin ikinci bir etkisi ise, ferriti, katı eriyik sertleģmesi veya çökelme sertleģtirmesi mekanizmaları ile sertleģtirmektedir. Bu bölümde alaģım elementlerinin çift fazlı çeliklerin özelliklerine etkisi incelenmiģtir Karbon Ferrit ve martensit fazlarındaki karbon miktarını kontrol etmek için, çift fazlı çeliklerdeki karbon miktarının % 0,1 veya daha az olması istenir. Martensit fazının gevrek olmaması, bu faz içindeki karbon miktarının düģük olması ile ( % 0,3 0,4 den daha az ) sağlanır. Çift fazlı çeliklerin sünekliği yapıda % 80 ferritin bulunması halinde yüksektir. Ferritteki karbon içeriğinin az olmasına dikkat ederek, ters kaldıraç kuralı uygulanırsa, çeliğin karbon miktarı % 0,06 0,09 olarak hesaplanır. ( + ) bölgesindeki tavlama sıcaklığı arttırıldığında, östenitin karbon içeriği azalacağından dönüģümün daha dikkatli kontrol edilmesi gerekir. Çünkü östenitte ki karbon miktarının azalması, sertleģme kabiliyetini azaltmaktadır. Ayrıca çeliğin karbon miktarının artması, kaynak kabiliyetini ve darbe direncini azaltır. Ms sıcaklığını düģürerek östenitin kararlılığını artırır Manganez Manganez, çeliğin A 1 ve A 3 sıcaklıklarını düģürür ve dönüģüm ürünlerinin tane boyutunu küçültür. Manganezin çözeltide bulunması, mukavemeti artırırken sünekliği azaltmaz. Manganez, östenitin sertleģme kabiliyetini arttırdığı için çift fazlı çeliklerde istenen alaģım elementidir, fakat M s sıcaklığını düģürerek östeniti kararlı 21