TARIFNAME MAKINE IMALAT SANAYI IçIN DÜSÜK KARBONLU BEYNITIK ÇELIK TEKNIK ALAN Bulus, sicak haddeleme sonrasinda isil islem gerektirmeyen düsük karbonlu beynitik (DKB) çelik alasimi eldesi ile ilgilidir. TEKNIGIN BILINEN DURUMU Günümüzde makina imalat sanayinde kullanilan mühendislik çeliklerinden yüksek mukavemet ve yüksek tokluk özelliklerinin yani sira iyi bir kaynaklanabilirlik ve islenebilirlik performansi beklenmektedir. Makine ve bilesenlerinin mekanik tasariminda kullanilacak çelik alasimlarin mukavemet, tokluk ve kaynaklanabilirlik özellikleri arasinda çok iyi bir dengenin saglanmasi gerekmektedir. lslah çelikleri belirtilen mühendislik gereksinimlerinin karsilanabilmesi için bu alanda yaygin bir biçimde kullanilan bir çelik grubudur. Ancak sunduklari mekanik özellikleri yari mamul veya nihai parça üretimi sonrasinda uygulanan ve maliyetleri arttiran ilave bir isil islem prosesi (+QT = Su verme + Menevisleme) sonrasinda kazanmaktadirlar. Temperlenmis martenzit yapisi sayesinde yüksek akma ve çekme mukavemeti ile birlikte iyi bir darbe toklugu saglayabilen islah çeliklerinde karbon oraninin genelde olan kaynaklanabilirligi zayiflatmaktadir. lslah çeliklerinin kimyasal kompozisyonunda bulunan yüksek karbon orani, çeligin kaynak sirasinda ve kaynak sonrasinda isi tesiri altindaki bölgede (lTAB) hizli soguma nedeni ile sert, kirilgan temperlenmemis martenzit fazinin olusumuna neden olmaktadir ve bu faz yapisi malzemenin kaynak bölgesinden baslayan çatlak olusumlari meydana getirebilmektedir. Malzemelerin kaynaklanabilirligi karbon esdegeri (CE) ile belirlenmekte olup malzemenin CE degeri arttikça kaynaklanabilirligi azalmaktadir. Uzun yari mamul seklinde üretilecek islah çeliklerinin eldesinde asagida belirtilen temel islem sirasi uygulanmaktadir. o Öncelikli olarak malzemeler sekil verme prosesi için ortalama 1200 °C sicakliga kadar tav firinlarinda isitilmaktadir. Konvensiyonel olarak 1000-1150 °C sicaklik araliginda haddelenen çelikler soguma izgaralarinda durgun havada sogumaya birakilmaktadir. o Haddelenmis malzemelere sertlestirme yapilmak üzere önce östenit faz bölgesine isitma ve sonrasinda su, yag veya polimer gibi sogutucu ortamlarda hizli sogutma (su verme) uygulanarak martenzitik bir faz yapisi elde edilmektedir. 0 Su verme sonrasinda çok sert olan martenzitik yapi ort. 450-550 °C sicakliklarinda menevislenerek çeligin sertligi düsürülür ve sünekligi arttirilir. 0 Ince çapli malzemelerde su verme sonrasinda çarpilma meydana gelebilmektedir. Böyle bir durum mevcut ise malzemeler dogrultma prosesinden geçirilmektedir. Dogrultma prosesi sonrasinda malzemede olusan iç gerilimin giderilmesi amaciyla da gerilim giderme tavi uygulanmaktadir. Görüldügü gibi islah çeliklerinin kullanilmasi ile üretilecek uzun yari mamulün üretim zinciri malzemenin sicak haddeleme sicakligina tavlanmasi ile baslamaktadir. Hadde prosesi ile sekil verilen malzeme daha sonra su verme islemi için yeniden östenitleme sicakligina isitilarak bu bölgede malzeme kesitine göre belirli bir süre tutulmaktadir. Östenitleme isleminin ardindan malzemenin sertliginin arttirilmasi amaciyla su verme ile hizli soguma uygulanarak mikroyapinin martenzitik olmasi saglanmaktadir. Ancak bu yapi çok sert ve kirilgan bir yapi oldugu için tekrardan 450-550°C sicakliklarinda uygulanan menevisleme islemi ile temperlenmis martenzit yapisi elde edilir ve malzemenin sertligi düsürülerek toklugu arttirilir ve nihai mekanik özellikler kazandirilmaktadir. Ayrica uzun yari mamul üretiminde ince kesitli malzemelerde su verme sonrasinda malzemede çarpilma meydana gelebilmekte ve bir dogrultma operasyonu uygulanmaktadir. Son olarak dogrultma sirasinda meydana gelen gerilimlerin giderilmesi amaciyla da gerilim giderme tavlamasi uygulanabilmektedir. lslah çelikleri disinda, sunduklari yüksek mukavemet degerleri ve üretim prosesi geregi daha düsük maliyetli olarak ön plana çikan bir baska çelik grubu da mikroalasimli çeliklerdir. Bu tür çeliklerden Ti, V, Nb gibi mikroalasim elementlerinin katkisi ile yüksek mukavemet degerleri elde edilse de bu tür çeliklerin islah çeliklerine göre dezavantaji makine imalat sanayi için kritik olan darbe toklugu, kirilma toklugu ve kaynaklanabilirlik gibi özelliklerinin yetersiz kalmasidir. lslah çeliklerinin bu uzun üretim zincirine karsin ayni mekanik özellikleri gösterebilen beynitik çeliklerin proses çevrimi ise çok daha kisadir. Beynitik çelikler sicak haddeleme sonrasinda durgun havada kontrollü bir sekilde sogutularak hedeflenen nihai mekanik degerler elde edilebilmektedir. Bu tip çelikler ayni zamanda hadde sonrasi hizli sogutularak farkli mekanik özellikler de sunabilmektedir. lslah çeliklerinin, yüksek seviyedeki mekanik degerleri saglamasi ve makine imalat endüstrisinde yaygin bir kullanimi bulunmasina ragmen sürekli artan ham malzeme, enerji ve dogalgaz fiyatlari, zayif kaynaklanabilirlik özellikleri, üreticilerin daha hizli üretim çevrimi beklentileri ve islah prosesinde meydana gelen CO2 emisyonu nedeni ile üreticileri ilgili mühendislik gereksinimlerinin saglanmasi sarti ile daha düsük maliyetli, daha iyi kaynaklanabilir ve üretim prosesi çevreye daha az zarar veren yeni çeliklerin arayisina yönlendirmektedir. lslah çelikleri arasinda en yaygin olarak kullanilan 4ZCrMo4 kalitesinin mekanik özelliklerini saglamak kaydi ile islah çelikleri için bahsedilen zayif kaynaklanabilirlik, sekillendirme sonrasi ilave isil islem prosesi ve buna bagli olarak fazladan elektrik ve dogalgaz tüketimi, Molibden gibi yüksek maliyetli alasim elementi içermesi gibi olumsuzluklar ve söz konusu olumsuzluklara tek bir çelik kalitesi ile çözüm bulmak amaciyla yapilan çalismalar incelendiginde ilgili teknik alanda kalici bir çözüm bulunamadigi anlasilmaktadir. Söz konusu olumsuzluklarin giderilmesini saglamak üzere ilgili teknik alanda bir yenilik yapilmasi gerekliligi ortaya çikmistir. BULUSUN AMACI Mevcut bulus, yukarida bahsedilen problemleri ortadan kaldirmayi ve ilgili alanda teknik bir yenilik yapmayi amaçlamaktadir. Bulusun ana amaci, özgün bir kimyasal kompozisyon ve proses iliskisi sayesinde düsük karbonlu beynitik yapida bir çelik elde ederek sicak haddeleme sonrasinda ilave isil islem prosesine gerek olmadan sadece durgun havada soguma ile 4ZCrMo4 (16- 40 mm çapli) islah çeligi kalitesinin islah prosesi ile elde edilen mekanik özelliklerini saglayabilecek ekonomik, daha iyi kaynaklanabilir bir çelik malzeme sunmaktir. Bulusun amaci, uzun yari mamul üretiminde üretim maliyeti yüksek olan islah çeliklerinin yerine alternatif olarak kullanilabilecek ve üretim maliyeti daha düsük yeni bir çelik kalitesi ortaya koymaktir. Bulusun amaci, ilave isil islemi ortadan kaldirarak üretimde meydana gelen fazladan CO2 emisyonunu önlemektir. Bulusun amaci, ilave isil isleme ihtiyaç duyulmayacagi için islah prosesinde kullanilan dogalgaz ve elektrik tüketim maliyetini ortadan kaldirmaktir. Bulusun amaci, 4ZCrMo4 islah çeligi kalitesinin islah prosesi ile elde edilen mekanik özelliklerini saglamak kosulu ile Mo ve Ni gibi yüksek maliyetli alasim elementleri kullanilmayarak çelik malzeme maliyetini düsürmektir. BULUSUN KISA AÇIKLAMASI Bulus, sicak haddeleme sonrasinda isil islem gerektirmeyen düsük karbonlu beynitik çelik alasimidir. Bulusun alternatif bir uygulamasinda çeligin akma ve çekme mukavemetini artirmak, yüzde uzamayi, sekillenebilirligi ve kaynak kabiliyetini azaltmak üzere agirlikça %0.10 ile %0.15 karbon (C) bulunmaktadir. Bulusun alternatif bir diger uygulamasinda çeligin akma, çekme dayanimini ve elastikiyetini artirmak; elektriksel akim zayiatini önlemek üzere agirlikça %0,80 ile Bulusun alternatif bir diger uygulamasi çeligin dayanimini, sertlesebilme ve kaynak kabiliyetini artirmak ve kirilganliga neden olan demir kükürt bilesiginin olusumunu engelleyerek mangan kükürt bilegini olusturmak üzere agirlikça %2,9 ile %3,1 mangan içermektedir. Bulusun tercih edilen bir yapilanmasinda çelik üzerinde tane küçültme etkisi yaparak çeliklerin akma ve çekme dayanimlarini ve sertlesebilme kabiliyetini artirmak ayni zamanda menevisleme ve ikinci sertlesmede saglamak üzere agirlikça %0,08 ile Bulusun tercih edilen bir diger yapilanasinda çeligin yapisindaki oksijeni gidermek, akma dayanimini ve darbe dayanimini artirmak ayrica tane boyutunu küçültmek üzere agirlikça %0,020 ile %0,050 alüminyum bulunmaktadir. Bulusun tercih edilen bir diger yapilanmasi çeligin toklugunu ve sünekligini azaltmak üzere agirlikça %0,040 ile %0,060 kükür içermektedir. Bulusun mümkün olan bir yapilanmasinda çeligin tane yapisini küçültmek ve paslanmaz çeliklerde krom karbürün olumsuz etkisini gidermek üzere agirlikça Bulusun mümkün olan bir diger yapilanmasi çelik malzemenin yüzey sertligi ve asinma Bulusun mümkün olan bir diger yapilanmasinda çeligin düsük sicakliklarda sahip niyobyum bulunmaktadir. Bulusun tercih edilen bir diger yapilanmasinda çeliklerde sertlesebilirligi iyilestirmek, su verilmis ve temperlenmis durumda mukavemetini artirmak üzere agirlikça %0,0010 Bulusun alternatif bir diger yapilanmasi çelik elde edilmesini saglamak üzere çeligin hammaddesi olarak agirlikça yüzdeyi %100'e tamamlayacak oranda demir içermektedir. Bulusun kabul edilen bir yapilanmasinin özelligi en az 800 megapascal (MPa) akma mukavemetine sahiptir. Bulusun kabul edilen bir diger yapilanmasinin özelligi en az 1150 MPa çekme mukavemetine sahiptir. Bulusun kabul edilen bir yapilanmasinin özelligi en az %15 uzamaya sahiptir. Bulusun kabul edilen bir diger yapilanmasinin özelligi en az %45 kesit daralmasina sahiptir. Bulusun kabul edilen bir yapilanmasinin özelligi oda sicakliginda en az 60 Joule çentik darbe tokluguna sahiptir. Bulus, sicak haddeleme sonrasinda isil islem gerektirmeyen düsük karbonlu beynitik çelik alasimi üretim yöntemidir. Bulusun alternatif olan bir yapilanmasinda alasimlama olarak agirlikça % 0,10-0,15 yüzdeyi %100'e tamamlayacak oranda demire eklenmesi ile elde edilir. Bulusun tercih edilen bir diger yapilanmasi olusan sivi çeligin ingot döküm veya sürekli döküm ile katilastirilmasi elde edilir. Bulusun tercih edilen bir diger yapilanmasi meydana gelen ingotlarin veya kütüklerin 1200 C° sicakliga isitilarak termomekanik haddeleme islemi yapilmasi ile elde edilir. Bulusun kabul edilen bir yapilanmasinda kontrollü sogutma islemi yapilmasi yöntem adimlarini içermektedir. Bulusun kabul edilen bir diger yapilanmasinin özelligi çeligin korozyon ve oksidasyon direncini saglamak ve sertlesebilme kabiliyetini artirmak üzere agirlikça en fazla %020 krom, çeligin darbe dayanimini artirmak ve ostenitik paslanmaz çelik formuna yüksek sekillendirilebilme özelligi kazandirmak üzere agirlikça en fazla %020 nikel ve çeligin tane boyutunun büyümesini önlemek, sertlesebilme kabiliyetini artirmak, menevis gevrekligini gidermek ve korozyon direncini artirmak üzere agirlikça en fazla %003 molibden içeren gruptan seçilecek birey veya kombinasyonlarin kimyasal kompozisyon belirleme sürecinde kullanilmasidir. DETAYLI AN LATIMDA KULLANILAN KISALTMALAR o Tdef ile ifade edilen kisim deformasyon sicakligidir. o TNR ile ifade edilen kisim rekristalizasyon sicakligidir. 0 °C ile ifade edilen kisim santigrat derecedir. o MPa ile ifade edilen kisim megapascaldir. o Si ile ifade edilen kisim silisyumdur. o Mn ile ifade edilen kisim mangandir. o C ile ifade edilen kisim karbondur. 0 V ile ifade edilen kisim vanadyumdur. 0 B ile ifade edilen kisim bordur. o Ti ile ifade edilen kisim titanyumdur. o Nb ile ifade edilen kisim niyobyumdur. 0 Al ile ifade edilen kisim alüminyumdur. 0 S ile ifade edilen kisim kükürttür. 0 N ile ifade edilen kisim azottur. o Cr ile ifade edilen kisim kromdur. 0 M0 ile ifade edilen kisim molibdendir. o Ni ile ifade edilen kisim nikeldir. o Fe ile ifade edilen kisim demirdir. o DKB ile ifade edilen kisim düsük karbonlu çeliktir. o TMHP ile ifade edilen kisim termomekanik haddeleme prosesidir. o CE ile ifade edilen kisim karbon esdegeridir. BULUSUN DETAYLI ANLATIMI Bu detayli açiklamada bulus konusu, sadece konunun daha iyi anlasilmasina yönelik hiçbir sinirlayici etki olusturmayacak örneklerle açiklanmaktadir. Asagida ayrintilari ile detayli anlatilan bulus, 16-40 mm çap araliginda uzun yari mamul üretimine uygun tasarlanmis, termomekanik haddeleme (Tdef < TNR sicakliklari) ve durgun havada soguma (0, sartlarinda mikroyapisinda alt beynit, granular beynit ve martenzit fazlarini barindiran, Akma Mukavemeti (Rp) minimum %15, % Kesit Daralmasi (A) minimum %45 olan, çentik darbe toklugu oda Mo, Ni ilave edilmeyen ve tamamlayici Fe elementi ihtiva eden bir düsük karbonlu beynitik çelik alasimi ile ilgilidir. Asagida düsük karbonlu beynitik çelik elde edilmesi için ortaya konan alasim elementlerinin görevleri ve agirlikça oranlari verilmistir. 0 Çeligin akma ve çekme mukavemetini artirmak için karbon kullanilmaktadir. Ancak yüzde uzamayi, düsük sicaklik toklugunu ve kaynaklanabilirlik kabiliyetini arttirmak için karbon orani düsük oranlarda sinirli tutulmaktadir. Düsük karbonlu beynitik çelik kompozisyonunda kullanilan karbon miktari agirlikça %0,05 ile %0,15 arasindadir. o Çeligin akma, çekme dayanimini arttirmak ve sementit fazinin ferrit içerisine çökelmesini azaltmak için silisyum kullanilmaktadir. Düsük karbonlu beynitik çelik kompozisyonunda kullanilan silisyum miktari agirlikça %0,80 ile %1,00 arasindadir. Çeligin dayanimini, sertlesebilme kabiliyetini artirmak için mangan kullanilmaktadir. Manganin en önemli özelligi düsük karbonlu bir çelikte gerekli olan yüksek mukavemet ve tokluk özelliklerini kati çözelti sertlestirme mekanizmasi ile gerçeklestirecek olmasidir. Ayrica Mn, beynit baslangiç sicakligini düsürmektedir. TTT diyagraminda ferrit ve perlit burunlarini saga ötelemektedir. Düsük karbonlu beynitik çelik eldesinde kullanilan mangan miktari agirlikça %2,50 ile %3,00 arasindadir. Krom tokluk degerlerini düsürdügü için kullanilmamaktadir. Düsük karbonlu beynitik çelik kimyasal kompozisyonunda izin verilen krom miktari agirlikça en fazla Nikel yüksek maliyetli bir alasim elementi oldugu için kullanilmamaktadir. Düsük karbonlu beynitik çelik eldesinde kimyasal kompozisyonda izin verilen nikel miktari agirlikça en fazla %020 oranindadir. Molibden yüksek maliyetli bir alasim elementi oldugu için kullanilmamaktadir. Düsük karbonlu beynitik çelik eldesinde kimyasal kompozisyonda izin verilen molibden miktari agirlikça en fazla %0,03 oranindadir. Çelik üzerinde tane küçültme etkisi yaparak çeliklerin akma ve çekme dayanimlari ile toklugunu arttirmak üzere vanadyum kullanilmaktadir. Düsük karbonlu beynitik çelik kimyasal kompozisyonunda kullanilan vanadyum miktari agirlikça %0,05 ile Çeligin yapisindaki oksijeni gidermek, akma dayanimini ve darbe dayanimini artirmak ayrica tane boyutunu küçültmek üzere alüminyum kullanilmaktadir. Düsük karbonlu beynitik çelik kimyasal kompozisyonunda kullanilan alüminyum miktari agirlikça %0,020 ile %0,100 arasindadir. Çeligin islenebilirligini arttirmak için kükürt kullanilmaktadir. Düsük karbonlu beynitik çelik kimyasal kompozisyonunda kullanilan kükürt miktari agirlikça %0,040 ile %0,070 arasindadir. Çeligin tane yapisini TiN çökeltileri ile inceltmek üzere titanyum kullanilmaktadir. Düsük karbonlu beynitik çelik eldesinde kullanilan titanyum miktari agirlikça 0 Çelik malzemede TiN çökeltisi olusumu için azot kullanilmaktadir. Düsük karbonlu beynitik çelik kimyasal kompozisyonunda kullanilan azot miktari agirlikça %0,005 ile %0,008 arasindadir. o Çeligin rekristalizasyon sicakligini yükseltmek için niyobyum kullanilmaktadir. Düsük karbonlu beynitik çelik kimyasal kompozisyonunda kullanilan niyobyum miktari agirlikça %0,030 ile %0,050 arasindadir. o Çeliklerde sertlesebilirligi arttirarak beynitik yapi eldesi için bor kullanilmaktadir. Düsük karbonlu beynitik çelik kimyasal kompozisyonunda kullanilan bor miktari agirlikça %0,001 ile %0,003 arasindadir. Düsük karbonlu beynitik çelik alasimi üretim süreci, çelikhanede elektrik ark ocaginda hurdanin ergitilerek sivi çelik elde edilmesinden sonra pota ocaklarinda rafinasyon ve kimyasal kompozisyon belirleme süreci ile baslar. Kompozisyonu belirlenen sivi çelik farkli döküm teknikleri ile (ingot döküm veya sürekli döküm) katilastirilarak ingot veya kütük haline getirilmektedir. Bu ingotlar veya kütükler daha sonra sicak haddeleme operasyonu için 1200 °C sicakliga isitilarak final çap ölçüsüne haddelenmektedir. Bulusun üretim süreci sicak hadde sonrasinda tamamlanmaktadir. Elde edilen uzun yari mamul makine-imalat sektöründe istenilen geometrilere islenilerek kullanilabilmektedir. lslah çeliklerine benzer ve daha yüksek mukavemet degerlerine ulasabilen beynitik çeliklerin tokluk ve kaynaklanabilirlik özelliklerinin daha da iyilestirilmesi için bu çelik grubu da zaman içerisinde gelistirilerek düsük karbonlu beynitik (DKB) çelikler adi altinda yeni bir beynitik çelik grubu gelistirilmistir. Bu tip çeliklerde artik karbon mukavemet özelligini saglayan en önemli element olmaktan çikmis olup karbon oraninin düsürülmesi ile kaybedilen mukavemet degerlerini kompanse etmek için Si, Mn, Cr, Mo, Ni gibi ana alasim elementleri ve Ti, B, Nb, V gibi mikroalasim elementleri farkli oranlarda çelige ilave edilerek yeni çelik alasimlari tasarlanmaktadir. Buna karsin, DKB çeliklerinin yüksek mukavemet ve tokluk degerlerinin sadece kimyasal kompozisyona degil haddeleme sartlarina da önemli derecede bagli oldugu belirtilmektedir. Sicak sekillendirme sirasinda uygulanan düsük deformasyon sicakligi ve yüksek deformasyon orani malzemenin ince tane yapisinda olmasini saglam aktad ir. Daha ince mikro yapi eldesini saglayan bu proses, östenit tane sinirina çökelen mikro alasim çökeltilerinin tane büyümesini engellemesi haricinde haddeleme sirasinda östenit fazinin rekristalize oldugu sicakligin (TNR) altinda uygulanan deformasyon islemine de dayanmaktadir ve bu islem termomekanik haddeleme prosesi (TMHP) olarak adlandirilmaktadir. TMHP uygulamasi ile üretilen yari mamul veya nihai parçalarin TMHP ile sekillendirme sonrasi soguma hizi da beynitik yapi olusumu ve malzemenin nihai mekanik özellikleri için belirleyici unsurlardan biridir. Bu tip çeliklerin yari mamul olarak üretimindeki zorluklardan biri de hadde sonrasindaki soguma rejiminin kontrolüdür. Özellikle çapi 40 mm'den büyük olan uzun yari mamullerin soguma hizi malzemenin merkez bölgesine dogru yavasladigi için tüm yapinin beynitik olarak elde edilmesi zorlasmaktadir. Sonuç olarak bulusa konu olan DKB çeligin benzer özellikleri gösteren yüksek maliyetli islah çeliklerine göre farkliliklari asagida belirtilmistir: a. Kesinlikle yüksek maliyetli alasim elementleri olan Nikel ve Molibden ilave edilmemesi, b. Degeri arttikça kaynaklanabilirlik seviyesinin düsmesinin bir göstergesi olan karbon esdegerinin 4ZCrMo4 çeligine göre düsük olmasi, c. Termomekanik haddeleme sartlari altinda sicak sekillendirme sonrasinda mikroyapinin durgun havada soguma sartlarinda beynitik olmasi, d. Tüm bu sartlar altinda islahli 4ZCrMo4 çeliginin mekanik özelliklerinin saglamasi. Bulusun koruma kapsami ekte verilen istemlerde belirtilmis olup, kesinlikle bu detayli anlatimda örnekleme amaciyla anlatilanlar ile sinirli tutulamaz. Zira teknikte uzman bir kisinin bulusun ana temasindan ayrilmadan yukarida anlatilanlar esliginde benzer yapilanmalar ortaya koyabilecegi asikardir. TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR