TÜRK OTOMOTİV ENDÜSTRİSİNDE KULLANIMI ARTAN ÇELİK KALİTELERİ VE PAZAR DURUMU

Transkript

1 TÜRK OTOMOTİV ENDÜSTRİSİNDE KULLANIMI ARTAN ÇELİK KALİTELERİ VE PAZAR DURUMU Mustafa M. ARIKAN 1, İdris YILDIZ 2 1,2 Ereğli Demir ve Çelik Fabrikaları T.A.Ş Kdz. Ereğli/ZONGULDAK 1 Tel: (372) E-posta: mmarikan@erdemir.com.tr 2 Tel: (372) E-posta: iyildiz@erdemir.com.tr Özet: Dünya enerji tüketimi nüfus artışına ve teknolojik gelişmelere bağlı olarak artmaktadır. Artan talebi karşılamak ve enerji arzının sürekliliğini sağlamak amacıyla bir yandan yeni enerji kaynakları aranırken, diğer yandan mevcut enerji kaynaklarının daha verimli kullanılması için çeşitli inceleme ve araştırmalar yapılmaktadır. Otomotiv sanayi, yakıt tasarrufu amacıyla sürekli daha hafif araç üretme çabası içindedir; bu amaçla daha mukavemetli ve daha ince yassı çelik malzeme kullanımına yönelmektedir. Yassı çelik üreticileri sürekli yeni otomotiv kaliteleri geliştirmekte ve otomotiv sektörüyle çok yakın çalışmaktadırlar. Bu çalışmada; otomotiv sanayiinde son zamanlarda kullanılmaya başlanan ve özellikleri sürekli geliştirilmekte olan ve de ayrıca henüz tam olarak ticari uygulama şansı bulamamış çelik malzemelerin özellikleri, uygulama alanları ve tüketim miktarlarından bahsedilmektedir. Anahtar sözcükler: Otomotiv, Çelik, Çift Fazlı (DP) Çelik, Deformasyonla dönüşüm gösteren (TRIP) Çelik, Fırında Sertleşebilir (BH) Çelik, Arayer Atomsuz (IF) Çelik, Borlu çelik, Kaplanmış Çelik. GİRİŞ Çelik, alternatif malzemeler olmasına rağmen hala otomotiv endüstrisi için en önemli malzeme sınıfını teşkil etmektedir. Bunun ana sebebi, ister oto gövdesi için ister şase ve tekerlekler gibi yapısal parçalar için, bir malzeme olarak özelliklerinin sınırsız değişkenlikte olmasıdır. Ayrıca, otomotiv endüstrisinde çelik, önemli miktarda mükemmel bir fiyat performans oranı ve geri dönüşüm avantajları sunmaktadır. Otomotiv endüstrisi için yeni çelik ürünler sunulduğunda çelik endüstrisinin elde etmeye çalıştığı hedefler özellikle bir malzeme olarak çeliğin, araç emniyetini arttırarak, prosesi basitleştirerek ve maliyeti düşürerek ve bunu da mümkün olduğu kadar en önemli hedef olan araç ağırlığını azaltma ile birlikte yaparak diğer malzemelere kıyasla rekabet edebilirliğini arttırmayla ilgilidir. Çelik malzemelerde, normal çelikten orta ve yüksek mukavemetli çeliğe doğru bir eğilim vardır. Ancak yüksek mukavemetli çelik parçaların kullanımının artışına en büyük engel, gereken parçanın şekillendirilme zorluğudur. Metalurjinin temel kurallarından biri, mukavemetin artmasıyla sünekliğin azalması ve dolayısıyla şekillendirilebilirliğin azalmasıdır. Araştırmacıların önündeki zorluk, süneklikten taviz vermeden mukavemeti arttırmaktır. Fırında sertleşebilen (bake hardenable) çelikler, çift fazlı (dual phase) çelikler ve dönüşümle oluşturulan plastisiteye sahip (trip) çelikler; mukavemet/uzama çelişkisini kıran öncü çelik ürünlerinin örnekleridir. Bu tip çeliklerin dışında fosforlu IF çelikleri, HSS IF, EDDQ IF çelikleri, borlu çelikler, kaplanmış çelikler, titreşim azaltan çelikler ve laminasyon çelikleri de önemli bir yer tutmaktadır. 1. FIRINDA SERTLEŞEBİLEN ÇELİKLER (BH) Fırında sertleşebilen çelikler, otomotiv imalatçılarının preslerinde kolayca işlenebilen düşük mukavemetli ve optimum olarak şekil verilebilen bir çelik grubudur. Presleme sırasındaki deformasyon, şekil verme sırasındaki işlem sertleşmesi ile sertleşmeye yol açar. Vakumla gazı giderilmiş çelik malzemeler, özel yaşlanma karakteristikleri olan ürünler verir. Bu otomotiv çelik sac ürünleri fırında sertleşebilir çelikler olarak bilinirler. Otomotiv gövdesi parçaları haline ıstampalanmadan önce normal depolama sırasında yaşlanmaya dirençli olarak dizayn edilirler. Bununla beraber şekil vermede yaşlanmaya başlarlar ve boya pişirme fırınlarında ısıtıldıktan sonra malzeme tamamen yaşlanır. Orijinal çelik özelliklerine göre yaklaşık MPa lık bir akma mukavemeti artışı olan nihai parçalar elde edilir. Bu gibi ürünler oto imalatçılarının şekil verilebilirlikten feda edilmeden artan ezilmeye dirençli parçalar tedarik etmelerine yardım eder [1 2]. Fırında sertleşme işlemi aşağıdaki tipik prosedür altında çekme deneyi ile tespit edilir (Şekil 1):

2 1. %2 deformasyondaki ilk akma mukavemeti ve gerilme kaydedilerek çekme çubuğu % 2 ön deformasyona tabi tutulur. 2. Ön deformasyona tabi tutulmuş çubuk 20 dakikalığına 170 C a ısıtılır 3. Isıl işlem görmüş numune kopana kadar çekme yükü ile yüklenir. fazlı çelikler 1,0 a kadar düşen ortalama dikey anizotropi katsayısı değerleri verebilmektedir [5]. Otomotiv endüstrisi sac mamullerin üretiminde öncü olmaktadır ve ticari olarak üretilen çift fazlı çeliklerin büyük çoğunluğu bu sektörde kullanılmaktadır. Bu, genel olarak daha ince saclar kullanılarak ağırlıkta azalma sağlamalarına ve eşdeğer çekme mukavemetine sahip diğer kalite saclara nazaran daha iyi biçimlenebilme özelliğine sahip olmalarına bağlıdır. Tampon takviyeleri, tekerlekler, kriko destekleri, alternatör fanları, iç ve dış kapı panelleri çift fazlı çeliklerden üretilen otomotiv parçalarına örnektir. 3. DÖNÜŞÜMLE OLUŞTURULAN PLASTİSİTE ÇELİKLERİ (TRIP) Şekil 1. Fırında sertleşme işlemi görmüş çelik levhanın çekme deneyi sonucu[3] Bu çelikler 207 MPa lık bir ilk akma mukavemeti ve % 2 çekme deformasyonu ve 177 C da pişirmeden sonra 276 MPa lık bir akma mukavemeti sağlayacak şekilde dizayn edilirler. 2. ÇİFT FAZLI ÇELİKLER (DP) Çift fazlı çelikler yüksek mukavemetli düşük alaşımlı (HSLA) çeliklerin yeni bir sınıfıdır. Bu çelikler, ferrit matrisi içinde sert bir ikinci fazın dispersiyonundan oluşan bir mikroyapı ile karakterize edilirler. İkinci faz genellikle yaklaşık %20 lik bir seviyede olan martensittir, ancak diğer düşük sıcaklık dönüşüm ürünleri ve kalıntı ostenit de bulunabilir. Sürekli akma davranışı, düşük bir akma/çekme mukavemeti oranı, yüksek bir deformasyon sertleşmesi hızı ve yüksek seviyede üniform ve toplam uzama gösterirler. Çift fazlı çelik mikroyapısı ostenitten martensite dönüşüm için yeterince yüksek bir hızda A 1 ile A 3 arasındaki iki fazlı ( + ) kritik bölgeden çeliği soğutma ile üretilir. Bu çeliklerin kimyasal bileşimi bu yüzden ısıl referans sıcaklıkların ve aynı zamanda martensite dönüşüm için kritik soğuma hızının (sertleşebilirlik) tespitinde büyük öneme sahiptir. Genel olarak bu çelikler %0,1 den daha az karbon içerirler ve bu sayede punta kaynak edilebilme kabiliyetine sahip olurlar. Tavlamayı takip eden hızlı soğutma sonucunda mikroyapıdaki martensitin %20 si oluşur. %1 ile 1,5 arasındaki manganez, hızlı soğutmada martensitin oluşmasını sağlar. %0,6 nın altındaki miktarlarda krom ve molibden de çeliğe ilave edilebilir. Silisyum, katı eriyik sertleşmesi amacıyla ilave edilir. Vanadyum, niyobyum, titanyum gibi mikroalaşım elementleri, çökelme sertleşmesi ve/veya tane boyutu kontrolü için ilave edilebilir [4]. Çift TRIP işlemi, malzemeye uygulanan deformasyon sonucu ostenitin martensite dönüşümü sırasında deformasyon sertleşme katsayısının artması ile homojen deformasyon bölgesinin genişletilmesidir. Özellikle ostenitik çeliklerde mukavemetle birlikte süneklik sağlar. Karbonun %0,3 e kadar yükseltilmesi TRIP işleminde mukavemet artışı sağlar. Bunun yanı sıra %0,05-0,20 C içeren düşük karbonlu çeliklere de bu işlem uygulanabilmektedir. TRIP çeliği üretmek için iki yöntem vardır [6]: a. Çeliğin bileşimi, yapının oda sıcaklığında tamamen ostenit olarak kalmasını sağlayacak biçimde ayarlanır. Bu durumda M D (def. sırasındaki martensit bitiş) sıcaklığı oda sıcaklığının üzerindedir. Ostenit fazını içeren çelik daha sonra M D sıcaklığının üzerindeki bir sıcaklıkta termomekanik bir işlem görür. Bunun için çeliğe C sıcaklıkları arasında %80 deformasyon uygulanır. Ostenite uygulanan yüksek miktardaki deformasyon sonucu M S (martensit başlangıç) ve M D sıcaklıklarında artış olur. Dönüşümü hızlandıran bu artışlara rağmen, oda sıcaklığına soğutulan yapıda ostenit kararlı olarak kalır. Oda sıcaklığındaki çeliğe uygulanan ikinci bir deformasyonla ostenitin büyük bir miktarının martensite dönüşümü sağlanır. Oluşan martensit yüksek mukavemet ve süneklik özellikleri gösterir. Bu tür bir işlem, bileşimi ve termomekanik işlemi kritik olanlar haricinde çok sayıda çeliğe uygulanabilmektedir. b. Bileşiminde %0,3 civarında karbon ve karbür oluşturucu elementler bulunan çeliğin bileşimi, M S ve M D sıcaklıkları oda sıcaklığının altında kalacak biçimde ayarlanır. Ostenitleme sonrası, çeliğe C sıcaklıklar arasında %80 deformasyon uygulanır. Bu termomekanik işlem hem ostenitin deformasyonunu, hem de karbür oluşumunu sağlar, bu da M S ve M D sıcaklıklarını yükseltir. Daha sonra oda sıcaklığında uygulanan bir deformasyon ile ostenitin martensite dönüşümü sağlanır. Oluşan yapı yüksek mukavemetli ve sünektir [6]. Sıcak haddeleme sıcaklığını çok yakından kontrol etmedeki ve soğuk haddelemedeki son teknolojik gelişmeler, karbon, silisyum, mangan ve diğer rölatif olarak düşük fiyatlı elementlerin eklendiği TRIP çeliklerinin imalatına giden

3 yolu açmış ve otomobillerin üretim maliyetlerinin düşmesine yardım etmiştir. TRIP çeliği şu anda başlıca eğlence araçlarının hızlandırıcı koruyucu kaplamaları ve ön takım elemanları gibi uygulamalar için kullanılmaktadır [3]. 4. ARAYER ATOMSUZ ÇELİKLER (IF) Çok az arayer atomu (C ve N) içeren çelikler, düşük akma mukavemetleri, yüksek uzama ve iyi derin çekilebilirlik özellikleri nedeniyle çok iyi biçimlenebilirlik özellikleri gösterirler. IF çelikleri vakum gaz giderme ekipmanları yardımıyla üretilirler. Karbonitrür oluşturucu elementler ilavesi ile derin çekilebilirlik ve yaşlanmama özellikleri daha da geliştirilebilir. Bu amaçla katılan niyobyumun etkisi, düzlemsel anizotropiyi geliştirme ve kulaklanma olayını azaltma yönündedir. Bunun nedeni soğuk haddeleme işleminden daha önce, sıcak haddelenmiş yapının küçük tane boyutlu olmasıdır. Niyobyumun etkisini arttırmak amacıyla titanyum ilavesi de yapılabilir [4]. 4.1 Fosforlu IF Çelikleri Bu çelikler mukavemetlerini birincil olarak katı-eriyik sertleştirmesinden kazanırlar. NbC, Ti 4 S 2 C 2 ve FeTiP ün çökelmesi de IF çeliklerinin güçlendirilmesini etkiler. Sonuç olarak, büyük miktarlarda fosfor veya mangan ekleme ihtiyacı olmaksızın mukavemeti arttırmak için çökelmeyi hassas bir şekilde kontrol etmek gerekebilir [7]. Fosfor şimdiye kadar katı eriyik sertleştirmesi için en etkili yeralan element olmasına rağmen, ikincil soğuk işlem gevrekliği ve galvannealing sırasında alaşımlama kinetiği açısından zararlıdır. Mümkün olan metalurjik opsiyonlar; * katı eriyikteki karbonun akma mukavemetini arttırdığı stokiyometrik-altı bir (BH) IF-kalitesi oluşturulmasını; * fosfor ile katı-eriyik sertleştirmesi etkinliğini arttırarak tane sınırlarına fosfor segregasyonunun frenlenmesini; * NbC çökelmesinin (daha yüksek Nb ve C içeriği) kullanılmasını içerir. Bu opsiyonların uygulanması, azaltılmış bir alaşım içeriğine sahip iyileştirilmiş bir fosforlu IF-kalitesine yol açmıştır. Daha önce 220 MPa lık bir akma mukavemeti elde etmek için kullanılan IF-bileşimi şu anda 260 MPa lık bir kalite elde etmek için başarılı bir şekilde uygulanmaktadır. 4.2 Yüksek Mukavemetli (HSS) IF Çelikleri Yüksek mukavemetli çeliklerde r değerinin yüksek, akma noktasının da düşük olması istenir, çünkü, malzeme presle şekillendirildiğinde kopmanın olmaması ve yüzeyin eğilmemesi gerekir. Çift fazlı çelikler ve çökelme ile sertleştirilmiş çelikler dayanım açısından uygun olmakla birlikte r değeri 1-1,3 dolaylarında kalmaktadır. Bunun anlamı, bu çeliklerin otomobil dış sacı olarak kullanılmasının imkansız olmasıdır. Fosfor ilave edilmiş çeliklerde r değeri 1,6 civarındadır ve bu çelikler çamurluk gibi derin çekme özelliği isteyen uygulamalar dışında geniş çapta kullanılmaktadır, fakat bükülmenin olmaması için çekme dayanımının 24 kg/mm 2 olması gerekir. r değeri 2,0 olan IF-HSS çelikleri üretilebilmektedir, bunlar Ti ya da Ti ve Nb bazlı IF çeliklerine P, Si ve Mn eklenerek sertleştirilirler. Bu tip çeliklerde çekme dayanımı 40 kg/mm 2 dolayındadır. İkincil işlem sırasında tane sınırlarından kopma sıklığı, çekme dayanımının artması ile artmaktadır. IF çeliklerinde ise tane sınırı gevrekliğine yol açan arayer atomları tane sınırlarından uzaklaştırılır. Bununla birlikte, Ti ve Nb içeren IF çeliklerine birkaç ppm B katılması ile çeliğin tüm özelliklerinin iyileştiği anlaşılmıştır. Fazla miktarda P içeren IF-HSS çeliklerine B ilavesi sünek/gevrek geçiş sıcaklığını C düşürmektedir. Bu etki, Nb ve Ti elementlerinin her ikisini de içeren IF-HSS çeliklerinde daha büyüktür [8]. 5. BORLU ÇELİKLER Borlu çelikler, iyi mukavemet, kaynaklanabilirlik ve darbe direnci gösterirler. Ancak mukavemetteki artış şekil verilebilirliği düşürür. Eğer şekil çok karmaşık değilse HSLA çeliklerini kullanmak daha iyidir. Bu sebeple, gerekli karakteristikleri yani iyi şekil verilebilirliği ve çok yüksek mukavemeti ayırmak suretiyle uygun çelik kullanılmalıdır. Bu amaçla, karmaşık şekillerin elde edilmesine izin veren çok iyi şekil verilebilirliğe sahip yeni bir borlu çelik kullanımı önemli hale gelir. Bu tip çelikler, ısıl işlemden sonra 1500 MPa dan daha yüksek çekme mukavemeti ve 1100 MPa dan daha yüksek akma mukavemeti gösterirler [9]. Borlu çelikte inklüzyonları küreleştirmek için bir Si-Ca işlemi uygulanır. Bor u oksijen ve azottan korumak için sırasıyla Al ve Ti ilave edilir. Bor ve azotun birleşimini önlemek ve bor un etkili bir şekilde korunmasını sağlamak için Ti/N oranı 3,42 nin üzerinde olmalıdır, bor; sertleşebilirliği arttırmak için eklenmektedir. 30 ppm lik bir bor ilavesi sertleşebilirlikte %0,6 lık Mn veya %0,7 lik Cr veya %0,5 lik Mo veya %1,5 lik Ni ilavesine eşdeğer artışlar verir [9]. Termo-mekanik işlemden dolayı mikroyapı: ince taneli ferrit ve perlitten oluşur. Ayrıca, bu proses segregasyon gibi şerit yapısının da minimizasyonuna izin verir. 6. TİTREŞİM AZALTAN ÇELİKLER VE LAMİNASYON ÇELİKLERİ Son yıllarda yerel belediyelerin yaşam standartlarını arttırma için getirdikleri kurallar arasında gürültü denetimi gelmekte ve bu da belirleyici bir etmen olmaktadır. Bu tip çelikler, iki çelik arasına (50 ila 100 m kalınlığında) plastik konarak sandviç imalatı yoluyla yapılmaktadır. Bu tip çelikler, önceleri yağ kaplarının yapımında kullanılmaktayken, günümüzde giderek artan oranda ön panel zemininde ve otomobilin diğer parçalarında uygulanmaya başlamıştır. Plastik çelik sacların titreşim enerjisini plastiğin çelik sac arasında kayma şekil değiştirme ile sönümlemeleri istendiğinden plastiklerin viskoelastik özellikte olmaları gerekmektedir. Fakat oda sıcaklığındaki viskoelastiklik presle şekillendirmeyi

4 olumsuz etkilediğinden dolayı plastiğin gürültüyü daha iyi azaltması için sıcaklığın oda sıcaklığından biraz fazla olması gerekir. Otomotiv parçalarının üretimi için plastik çelik laminasyon sacları robotlarla kesintisiz punta kaynağı yöntemi ile kaynaklanmalıdır. Kesintisiz punta kaynağının yapılabilmesi için iki sac arasına çelik yada grafit tozu doldurulması ya da çeliğin şişirilerek kısa devre yapılması, v.s. gibi bir çok çalışmalar yapılmaktadır. Plastiğin elektriksel olarak iletken malzeme ile doldurulması işi oldukça güçtür, çünkü bu işlemin; kaynak yapılabilme, gürültüyü azaltma ve çelik saclar arasında uygun bir kayma dayanımında olması gibi üç ayrı işlevi yerine getirmesi gerekir [8]. 0,2 mm kalınlığında iki çelik sac arasında 0,6 mm kalınlığındaki plastiğin sandviçlenmesi yöntemiyle üretilen saclar otomobil sektöründe ağırlığı azaltan malzeme olarak yaygın bir biçimde üretilmektedir. Yaygın olarak kullanılan plastikler arasında ilk sırada, sadece oda sıcaklıklarında kullanılabilen polipropilen ile fırın boya sıcaklıklarında kullanılabilen naylon gelmektedir. Plastik çelik laminasyon malzemeleri sadece otomobil parçaları olarak kullanılmaya uygundur; çünkü burada kullanılan plastik malzeme fiyatı oldukça fazladır. Ayrıca plastik çelik laminasyon sacları kaynağı, seri punta noktaları gerektirmesi ya da elektrodun ısıtıcıya bağlanması ve nokta kaynağı yapılacak plastik kabul etmemesi gibi birçok güçlükler taşımaktadır [8]. 7. KAPLANMIŞ ÇELİK SACLAR Sıcak daldırma ile çinko kaplamada elde edilen son gelişmelerin odak noktasını kurşun ya da antimon katkılı banyo yerine bir taraftan daha düzgün yüzey elde edilmesi, diğer taraftan da çalışma ortamı ve çevre etkileri açısından, bu katkıların olmadığı banyolar kullanılması oluşturmaktadır [8]. Galvanizli tavlamalı Fe Zn kaplamalı çelikler, bir sıcak daldırmalı galvanizleme işlemi türevi olarak ortaya çıkmıştır ve erimiş çinko banyosundan çıkan çinko kaplanmış yassı çeliğin aynı hat üzerinde yeniden tavlanması (galvanizli tavlama) ile üretilmektedir. Kaplama alaşımı oluşumu, metalurjik olarak oldukça karmaşıktır ve metal yüzeyinin iç yapısındaki çok hassas oluşum ve morfoloji bu kaplamanın özelliklerini ve kalitesini belirleyici olmaktadır. Son zamanlarda kullanıma giren galvanizli tavlanmış çeliklerde ince film tabakası biçiminde demir ile zenginleştirilmiş elektrolitik kaplamalı çelikler kullanıma girmiştir. Bugünden sıcak galvanizleme yöntemlerinden hangisinin ayakta kalacağını söylemek güçtür. Genel olarak bilindiği gibi, korozyon dayanımı ile kaplama kalınlığı arasında doğrudan bir bağ bulunmaktadır. Otomobil saclarının delinmeye karşı on yıl süre için garanti edilebilmesi amacıyla, normal bir kaplama yöntemi ile yapılan işlemde çinko kaplama kalınlığının 60 g/m 2 olması gerekir. Öte yandan presle şekil verilebilme ve kaynak yapılabilme, kaplama kalınlığına ters orantılı olarak gelişmektedir ki, kaplama kalınlığının 40 g/m 2 nin üzerinde olması durumunda, sacın bu özelliklerinin ne hal alacağını kestirmek güçtür. Sıcak daldırma yöntemi ile yapılabilecek bu kadar kalın kaplamanın elektriğin pahalı olduğu ülkelerde elektro galvanizleme ile nasıl üretilebileceği açık değildir. Hal böyle iken, on yıllık delinmeye karşı garanti sağlayabilecek 60 g/m 2 kalınlığa kadar kaplama yapılması ve bu doğrultuda yüzey kalitesinin artırılması için, buharlıkaplama ve inorganik kaplamalı çelikler gibi konular üzerinde yapılan araştırma çalışmaları sürdürülmektedir [8]. Kaplama işlemleri üzerinde yapılacak çalışmalar aynı zamanda kaplanacak malzemelerin mekanik işleme özelliklerinin tümü ile göz önünde bulundurulmasını gerektirmektedir. Örneğin geleneksel bir sıcak daldırma hattında yaşlandırma işlemi yapılmamaktadır. Kaplama yapılmış bir çelik sacta iyi bir presle şekil verilebilme özelliği aranıyorsa, IF çelikleri kullanılması gerekmektedir. İki fazlı çeliklerin üretimi yüksek bir soğutma hızı gerektirir, ancak galvanizleme hatlarındaki soğutma hızı iki fazlı çeliklerin temiz bir kimyasal yapıda kaplanabilmeleri için gereken hızda değildir. Artık çok ince ve çok düzgün kaplama yapılabilen yeni tesisler devreye alınmaktadır. Bazı otomobil üreticileri, kalınlığı 4 m (yaklaşık 30 g/m 2 ) olan kaplama kalınlıkları üzerinde durmaktadır. Esas olarak Zn Al alaşımına dayalı yeni sistemler denenmektedir. Bu yöntemler, kaplama yapışması, şekil verme, ısıya karşı direnç ve korozyon verimlerini arttırma özelliği sağlamaktadırlar [8]. Araç aksamlarının üretiminde ayrıca Pb-Sn alaşımı ya da özellikle benzin depoları için kurşun alaşımları kullanılan kaplamalar da yapılmaktadır. Kurşun alaşımları ile yapılan kaplamalar korozyona karşı mükemmel bir direnç sağlamakta, bu sıcak daldırmalı kaplama öncesi çeliğin üzerine elektrolitik olarak uygulanan nikel püskürtme ile yapılan gözeneksizleştirme işlemi ile daha da iyileştirilebilmektedir. 8. OTOMOTİV ENDÜSTRİSİNDE KULLANILAN ÇELİK ÜRÜNLERİN GELİŞİM TRENDİ Araba üreticileri, arabaları daha emniyetli yapmaya çalışırken aracın ağırlığını azaltıcı yönde malzemeler kullanımını da düşünmektedirler. Güç frenlerinde ve toprak-bağlantı parçalarında hala ağırlık azaltma potansiyeli mevcuttur fakat araç ağırlığının %25 i olan beyaz gövde ile daha çok ilgilenilmektedir. Avrupa da anahtar kelime hafif ağırlıklı konstrüksiyondur. Bazı Avrupalı araba üreticileri araç ağırlığını 1 kg azaltabilmek için 2 3 dolara kadar fazla maliyetlere katlanmayı göze almaktadırlar [10]. Çelik endüstrisi, arabalarda kullanılacak malzemelerin emniyetini arttırarak, hafif gövdeye ulaşmasına yardımcı olmayı ve bununla paralel olarak maliyetleri aşağı çekmeyi hedeflemiştir. Bu hedefleri gerçekleştirmek için üç ana hedef belirlenmiştir:

5 a) Yeni çelik ürünler geliştirme, b) Çelik dönüşüm proseslerini iyileştirme, c) En uygun parçaların dizaynını geliştirmeye iştirak etme. ULSAB projesi, otomotiv gövde yapısının hafif çelik konstrüksiyonu için yeni gerçekçi standartlar oluşturmuştur. ULSAB ın başarısı, aynı gruptaki araçların temsili bir panelinden hesaplanmış bir referans ile kıyaslanan % 25 lik ağırlık azaltma ile ölçüldüğü gibi, büyük ölçekte yüksek mukavemetli çelikler, ısmarlama taslaklar, 3D lazer kaynaklama gibi yeni teknolojilerin kullanımıyla elde edilmiştir. Bu teknolojiler yeni araçlarda daha geniş kabul görecektir. Gövde yapısı, bir bütün olarak dizayn ve inşa edilir. Çelik yapının özellikle yeni çarpışma test ihtiyaçlarına ve ULSAB tarafından gösterilen ağırlık azaltma potansiyeline göre performansları, çeliği diğer malzemelerin rekabeti dışında tutacaktır [10]. ULSAB Projesinde kullanılan çelik kalitelerinin mekanik özellikleri Tablo 1 de verilmektedir [11]. Tablo 1. ULSAB Projesinde Kullanılan Çelik Kalitelerinin Mekanik Özellikleri [11]. Akma Çekme Uzama n r K Çelik Muk. Muk. (%) Değeri Değeri Değeri Kalitesi (Mpa) (Mpa) (%5-15) (Mpa) BH 210/ BH 260/ DP 280/ IF 300/ DP 300/ HSLA 350/ DP 350/ DP 400/ TRIP 450/ DP 500/ CP 700/ DP 700/ Mart 950/ Mart 1250/ Yeni emniyet düzenlemelerine uymak için araba üreticileri; çarpışma enerjisini absorplamak için ön kısmı yeniden dizayn etmektedirler ve yolcu kabinini, içeri göçmeyi önlemek için pekiştirmektedirler. Darbe enerjisinin absorpsiyonu karmaşıktır ve çeşitli parametrelerin ve malzeme özelliklerinin fonksiyonu etkendir. Uzunlamasına elemanlar çoğu zaman eksenel göçme ve eğilmeyi kapsayan karışık enerji absorpsiyon modlarına maruzdur. Bir çarpışmada araba gövdesi yapılarının davranışı; dizayn, montaj modları ve kalınlık, dinamik akma mukavemeti ve dinamik çekme mukavemeti şeklinde olan üç malzeme özelliği ile idare edilir. Metaller enerjiyi deformasyon sertleşmesi ile arttırılan bir plastik deformasyon mekanizması ile absorplarlar. Çelikler deformasyonun oluştuğu hıza hassas olma özelliğine sahiptirler. Deformasyon ne kadar hızlı olursa, daha fazla deformasyon yapmak için daha fazla enerji gerekir. Bu; dinamik ve statik olmayan mukavemetin neden önemli olduğunu açıklamaktadır. Ağırlık azaltmak için, bitirilmiş parçada yüksek bir dinamik akma mukavemeti ve yüksek bir dinamik çekme mukavemeti gereklidir, fakat parçayı imal etmek için düşük bir akma mukavemeti gereklidir [10]. İçeri göçmenin önlenmesi yüksek akma mukavemetli çeliklerle sağlanabilen bir pekiştirme gerektirir. Yolcu kabininin korunmasıyla ilgili parçalar, düşük şekil esnekliği ihtiyaçları ile dizayn edilebilir. Geniş bir yelpazede yüksek mukavemetli çelik çeşitleri mevcuttur ve Avrupa daki ihtiyaçlar çok hızlı artmaktadır. Yüksek pasif emniyet ve düşük gövde ağırlığının çarpışan ihtiyaçları, rekabetçi bir maliyette 450 den yaklaşık 1500 MPa a kadar değişen çekme mukavemetleri olan yüksek ve çok yüksek mukavemetli yeni bir neslin girmesine yol açmıştır (Şekil 2). Şekil 2. Otomotiv uygulamaları için soğuk haddelenmiş çelikler [10]. Kaplanmış soğuk haddelenmiş şerit alanında, iki çelik ailesi bu uygulamalar için artan kullanım bulacaktır. Bunlar; prensip olarak bugün gövdealtı ve yapısal bileşenler için kullanılan HSLA, fosforlu, BH ve yüksek mukavemetli IF kalitelerin yerini alacak olan 450 ila 1000 MPa çekme mukavemetli çift fazlı çelikler ve TRIP çelikleridir [10]. 9. OTOMOTİV ENDÜSTRİSİNDE KULLANILAN ÇELİK ÜRÜNLERİN TÜRKİYE DEKİ PAZAR DURUMU Otomotiv Sanayi tüm Dünyada olduğu gibi ülkemizde de lokomotif sektör olarak giderek daha da etkinleşmektedir. Türkiye otomotiv sanayiinde ana ve yan sanayii bakımından uluslararası pazara üretim yapan bir ülke konumuyla; otomotiv sanayi devlerinin üretim üssü olma taleplerini de karşılamaktadır. Dünyanın önde gelen otomotiv üreticileri, sağlanan yüksek kalite ve düşük maliyetli üretim yeteneklerinden dolayı, ülkemizi üretim üssü olarak seçmektedirler.

6 Otomotiv sanayi, çözümü uluslararası rekabete açık, yüksek kaliteli ve düşük maliyetli üretimde bulmuş ve dünya piyasalarında tercih edilebilir konuma gelmiştir. Otomotiv sektörünün geleceğini belirleyecek olan faktörler; çevreye uyumluluk, yakıt teknolojileri, enerji kullanımı ve otomobillerde güvenliğin arttırılmasına yönelik malzeme kullanımı ve konstrüktif gelişmelerdir. Dünya petrol rezervlerinin kısıtlı olmasından dolayı, araçların yakıt tüketiminin kontrol altına alınması büyük önem arz etmektedir. Bu amaçla üretilmekte olan araçlarda daha mukavemetli ve dolayısıyla daha ince ve daha hafif malzeme kullanılması gittikçe yaygınlaşmaktadır. Bu amaca hizmet eden çelik kaliteleri (Şekil 3) olan BH, HSLA, DP ve TRIP kalitelerinin kullanımının önümüzdeki yıllarda önemli bir oranda artacağı beklenmektedir. Şekil 3. Ticari HSS ve Gelişmiş HSS in Akma Mukavemeti ve uzama miktarları arasındaki ilişki [11]. DP malzemeler Avrupa, Amerika ve Japonya da çok yaygın olarak kullanılmakla birlikte ülkemizde henüz çok yaygın olarak kullanılmamaktadır. Yakın bir gelecekte Avrupa nın otomotiv üssü olması beklenen ülkemizde BH ve HSLA kaliteleriyle birlikte özellikle DP kalitelerinin kullanımının artması kaçınılmaz görülmektedir. 10. KAYNAKLAR [1] R.W. Simon New Steel Products for the Automotive Industry, Steel Times International, November 1997, pp: [2] J.R. Fekete, D. C. Strugala, Z. Yao, Advanced Sheet Steels for Automotive Applications JOM, January 1992, pp: [3] A. Maruta, Advances in Automotive Steel Sheet, Steel Times International, July 1998, pp: [4] ASM, Metals Handbook, Vol. 1, Properties and Selection: Irons, Steels and High-Performance Alloys, 10 th Edition [5] D.T. Llewellyn, D.J. Hillis, Dual phase steels, Ironmaking and Steelmaking, 1996, 23, no.6, [6] A. Tekin, Çeliklerin Metalurjik Dizaynı, 1991, Doyuran Matbaası, İstanbul. [7] M.Onink, J.Zijp, A.Bodin, High-Strength Steels for Automotive Applications, 41 st MWSP Conf. Proc., ISS, Vol.37, 1999, pp: [8] H. Takechi, Recent Developments in Steel Products for Automotive Applications in Japan Proceedings of the 5 th IAVD Conference on Vehicle Design and Compenents Materials Innovation and automotive Technology, Geneva, March 6-9, 1989, p: 1-14 [9] X. Bano, JP. Laurent Heat Treated Boron Steels in the Automotive Industry 39 th. Mwsp Conf. Proc., ISS, 1998, pp [10] M. Jeanneau, P. Pichant, The Trends of Steel Products in the European Automotive Industry, La Revue de Metallurgie CIT, 2000, pp: [11] ULSAB-AVC Consortium ULSAB-AVC Body Structure Materials, Technical Transfer Dispatch #6, Appendix III Rev. 6, June 2001 Otomotiv endüstrisinde soğuk mamul olarak kullanımı artan ve yukarıda bahsedilen malzemelerden bazılarının 2005 yılı için Türkiye deki pazar durumuna bakıldığında; çift fazlı (DP) çeliklerin tüketiminin yaklaşık ton/yıl, yüksek mukavemetli düşük alaşımlı (HSLA) çeliklerin tüketiminin yaklaşık ton/yıl, fırında serleşebilen (BH) çeliklerin tüketiminin ise yaklaşık ton/yıl olarak gerçekleşebileceği; deformasyonla dönüşüm gösteren (TRIP) çeliklerde ise tüketim olmayacağı görülmektedir. Yeni yatırımlar ve kapasite artışlarına paralel olarak çelik kalitelerinin kullanım miktarları değişecek olup söz konusu çelik kalitelerinin tüketimlerinin ise gittikçe artacağı beklenmektedir.