geleneksel ve modern yassı çelikler conventıonal and modern sheet ...

Zeytin, H. K., Güven, G. ve Berme, B.Bu iyileştirilme çalışmalarıyla geleneksel ileri yüksek mukavemetli çelikler (AHSS), ultra ileri yüksek mukavemetliçeliklere (U-AHSS) uzanan bir gelişme süreci yaşanmıştır. Şekil 1’de görüldüğü gibi çeliklerin uzama ve çekmedayanımlarının dengeli olduğu ultra ileri yüksek dayanımlı çelikler ortalama %50 oranında uzama ve 700MPa’ dandaha fazla çekme dayanımlarına sahiptir. Bu çalışmada ileri yüksek mukavemetli ve ultra ileri yüksek mukavemetliçelikleri hakkında bir özet sunulacaktır.2. Yassı çeliklerin sınıflandırılmasıYassı çelikler çok farklı uygulama alanları ile çeşitli sınıflamalara sahiptir. Genel olarak yassı çeliklerin gelenekselve modern sınıflarını içeren sınıflandırma Tablo 1’de verilmiştir. Alaşım içeriği ve mukavemet/süneklik ilişkisinebağlı olarak sınıflandırılan yassı çeliklerde geleneksel çeliklerin çok az modifikasyonu ile bu oran geliştirilmektedir.2.1. Düşük Karbonlu ÇeliklerDüşük karbonlu çelikler alaşımsız kolay şekillendirilebilen ve kullanım alanı çok geniş çelik grubudur.[4] Bu sınıfaalüminyum ile söndürülmüş alaşımsız çelikler, derin/ekstra derin çekilebilir çelikler ve IF gibi mikro alaşımlı ekstraderin çekilebilir çelikler dahildir. Düşük karbon içeriği nedeni ile mükemmel şekil alma kabiliyetine sahiptirler,genel yapısı ferritik veya ferritik ve çok az perlitiktir. Düşük karbonlu çeliklerin sınıflandırılması ve bunlarauygulanan yüzey prosesleri Tablo 2’de görülmektedir. Bu çelikler sıcak haddelenmiş halde kullanılabileceği gibi,soğuk haddelenmiş ve genellikle galvanizlenmiş olarak da üretilirler.Tablo 1. Geleneksel ve modern yassı çeliklerin sınıflandırılması.Tablo 2. Düşük karbonlu çelikler ve üretim prosesleri [4].Ürün Sıcak haddelenmiş Soğuk haddelenmişKaplamasız Kaplamasız EG HD-GI HD-GATicari çelikler Evet Evet Evet Evet EvetÇekilebilir çelikler Evet Evet Evet Evet EvetDerin çekilebilir çelikler(DDS) Evet Evet Evet Evet EvetEkstra derin çekilebilir çelikler(EDDS)-- Evet Evet Evet EvetIF çelikleri*EG: Electrogalvanized *HDGI: Hot-Dip-Galvanized *HDGA: Hot-Dip-Galvannealed435

Zeytin, H. K., Güven, G. ve Berme, B.2.1.1. Ticari çeliklerBu çelik kalitesi % 0,3 C içerir. Bu çeliklerde en geniş kullanıma sahip soğuk haddelenmiş ve tavlanmış şerit velevhalar oluşturulur. Yüksek şekillendirilebilme özelliğine sahip çeliklerde karbon içeriği düşüktür (%0,1 C) vemangan (% 0,4C Mn) civarındadır. Genellikle araç gövdesinde, teneke saçlarda ve tel üretiminde kullanılır.Haddelenmiş saçlar için karbon içeriği % 0,3’e ve Mn içeriği % 1,5’a çıkabilir. Bu çelikler ise dövme ürünleri vedikişsiz boru üretiminde kullanılabilir. Tablo 3’de Ticari sınıf olarak adlandırılmış çeliklerin ortalama mekaniközellikleri verilmiştir [4].Tablo 3.Ticari çelikler için mekanik özellikler [4].ÜrünAkmaÇekme mukavemeti[MPa] Uzma[%] N değerimukavemeti[MPa]Sıcak hadde 230 345 31 N/ASoğuk hadde 207 304 38 N/AEG 210 293 37 N/AHDGI 269 345 40 0,210HDGA 269 345 40 0,2102.1.2. Çekilebilir çeliklerÇekilebilir çelikler parça üretiminde derin çekilebilme kabiliyeti ile şekillendirme kolaylığı sağlar[5].Tablo 4. Çekilebilir çeliklerin mekanik özellikleri.DS/FS Type ADS/FS Type BC %0,10 max, çok düşük karbonlu çelikler içinC % 0,02-015, çok düşük karbon kullanımını engellerUygulamaya bağlı olarak çekilebilir, vakum altında üretilen çok düşük karbonlu veya az karbonlu çeliklerdir(Tablo4). Çelikler slab halinde dökülür ve sıcak haddeleme yapılır. Sıcak haddelenmiş çelikler bu şekildekullanılabileceği gibi soğuk işlem yapılabilir. Soğuk işlem yapılan çelikler daha sonra kutu tipi veya sürekli tavlamaproseslerinde tavlanır. Kutu tipi tavlama işlemi yapılan çelikler kaplamasız veya elektro galvaniz ile kaplanarakkullanılabilir. Sürekli tavlama yapılan çeliklerde elektro-galvaniz (EG), sıcak daldırma-galvaniz (HDGI) ve sıcakdaldırma galvaniz-tavlama (HDGA) işlemi ile kaplanabilir (Tablo 5) [4].Kaplama Ürün Akmamukavemeti(MPa)Tablo 5. Çekilebilir çelikler mekanik özellikleri[4]Çekmemukavemeti(MPa)Toplamuzama(%)Anisotropi(r)Yalın/EG DS 1 172 310 46 1,74 0,21Yalın/EG DS 2 192 326 44 1,56 0,20HDGI Fs 2 225 346 41 1,42 0,21HDGA FS 2 220 335 42 j 1,29 0,201:kuyu tipi tavlama 2:sürekli tavlamaDeformasyonsertleşmesiüssü(n)2.1.3. Derin çekilebilir çeliklerDerin çekilebilir çelikler parça üretiminde üstün şekillendirme kolaylığı sağlar.[6]Tablo 6. Derin çekilebilir çeliklerin sınıflandırılması[6]Derin çekilmişDerin çekilmiş-elektrolitik kaplamaVakum altında dökülmüş Ti ve Nb içeren ultra düşükkarbonlu IF çelikleriVakum altında üretilmiş ekstra düşük karbonlu çelik(maks %0,015)Derin çekilebilir çeliklerin üretim prosesi çekilebilir çeliklerle aynıdır. Bu çeliklere de yüzey kaplama işlemleriuygulamak mümkündür.[4]436

Zeytin, H. K., Güven, G. ve Berme, B.Kaplama Ürün Akmamukavemeti(MPa)SıcakTablo 7. Derin çekilebilir çeliklerin mekanik özellikleri[4]Çekme Mukavemti(MPa)Toplam Uzama(%)R-Bar n 1DDS 168 310 49 2,0 0,22haddelenmişKaplamsız DDS 165 310 49 2,1 0,22HDGI DDS-ELC 172 312 48 1,9 0,22HDGI DDS 180 310 48 1,9 0,22HDGA DDS-ELC 186 318 45 2 1,7 0,221:n değeri için gerinim 2:ASTM testleri2.1.4. Ekstra derin çekilebilir çeliklerIF (ara yer atomsuz) çelikleri yassı çelikler için önemli bir türdü. IF çeliklerinde titanyum (Ti) ve Niyobyum (Nb)elementlerinin mikro alaşımları ve düşük karbon içeriği vardır. C ve N gibi ara yer atomları katı eriyikten karbür yada nitrür oluşturularak yapıdan süpürülür. IF çelikleri iyi derin çekilebilirlik ve yaşlanmazlık özelliklerine sahiptir.Bununla birlikte C ve N çözünürlüğü yoksunluğu nedeni ile taneler arası boşluklarda zayıf bağların oluşmasınasebep olur [7].Son derece karmaşık parçaların üretiminde yüksek çekilebilme özellikleri için geliştirilmiştir. IF çeliklerinde ara yerelementleri tamamen giderilmiştir. Bunların yüksek n ve r değerleri nedeni ile gerinimli şekillendirme ve derinçekilebilirliği arttırılmıştır (Tablo7-8)[4]. IF çeliklerinde mukavemet katı eriyik sertleştirici mangan, silisyum vefosforla sağlanır. IF çeliklerinde karbon ve azot tamamen giderildiği için tüm kaynak işlemleri için uygundurlar veyaşlanma göstermezler.Derin çekilebilir çeliklerin üretim prosesi çekilebilir çeliklerle aynıdır. IF çeliğinin mikro yapısı tamamen ferritfazında oluşmaktadır.ÜrünTablo 8. Ekstra derin çekilebilir çeliklerin mekanik özellikleri[4]Akmamukavemeti(MPa)ÇekmeMukavemti(MPa)ToplamUzama(%)Soğuk haddelenmiş 155 297 45 0,256EG 168 304 44 0,239EGA 168 308 44 0,239HDGI 145 303 46 0,240HDGA 145 303 45 0,2402.2. Ezme Dayanımı Yüksek çelikler2.2.1. Fırınlanma sertleşmesi yapılmış çelikler (Bake hardening steel)Çelikte deformasyon yaşlanması veya süreksiz akma olayını gidermek veya geciktirmek amacı ile yapılır.Fırınlama sertleştirmesinde etken mekanizma, ferrit fazı içindeki karbon ve azot atomlarının dislokasyonlarayayınarak Cotrell atmosferi oluşturmasına dayanır. Bu sayede akma noktasında yaklaşık olarak 40 MPa artışolması beklenir. Çelikte deformasyon yaşlanması veya süreksiz akma olayını gidermek veya geciktirmek amacıile yapılan Deformasyon Sertleşmesi (Work Hardening) sacın, soğuk işlem koşullarında şekillendirilmesi sonucuakma mukavemetinin artırılmasına dayanır. Deformasyon Yaşlanması (Strain Aging) ise şekillendirilen sacıntavlanması sonucu akma noktasının artması ve süreksiz akma olayının ortaya çıkmasıdır. Fırınlama sertleşmesimekanizması otomotiv saclarında boya pişirme prosesinden faydalanılarak yapılır. Şekil 2’de fırınlamasertleşmesi olayının şematik olarak gösterildiği diyagram ve EN 10325’e göre fırınla sertleşmesi deneyigörülmektedir [8].n437

Zeytin, H. K., Güven, G. ve Berme, B.Şekil 2. Fırınlama sertleştirmesi prosesi [8]Fırınlama sertleşmesinde etken mekanizma aşağıda tanımlanmıştıra. Ferrit fazında çözünmüş C ve N miktarını azaltmak amacı ile, kuvvetli karbür ve nitrür yapıcı elementler (Ti,Nb) ilave edilir,b. Yumuşatma tavından sonra küçük deformasyon oranlarında (%0,5-%1,5) soğuk haddeleme yapılır vehemen kullanılarak yaşlanma engellenir,c. Şekillendirilen parçalar boyandıktan sonra boya kurutma amacıyla fırınlanır, (genel olarak 170 o C‘de 20dakika)d. Fırınlama sertleşmesi ile akma mukavemetinde 35–70 MPa arasında artış olur. Fırınlama sertleşmesinde enaz 40 MPa’lık bir artış olması istenir.Bu malzemelerde katı eriyik sertleşmesi yapan P, Mn ve Si gibi elementler mukavemet özelliklerini kontroletmektedir. Fırınlama sertleşmesinde uygulanan deformasyonla (deformasyon sertleşmesi) bir mukavemet artışısağlanırken ilave olarak yapılan deformasyon yaşlanmasının (boya pişirme işlemi) toplamı, toplam mukavemetartışını vermektedir. Proses olarak tüm çeliklere uygulanabilen fırınlama sertleşmesi işlemi ezme dayanımıyüksek çeliklere uygulandığında bu çeliklere sıcak daldırma işlemi veya elektro galvaniz işlemi yapılabilir. Buçeliklerin genel olarak akma mukavemeti 180 – 300 MPa ve çekme mukavemetleri 280 – 400 MPa arasındadeğişmektedir.2.2.2. Fosfor alaşımlı çeliklerFosfor alaşımlı çelikler ferritik matrisin mukavemetini arttıran katı eriyik sertleştirici fosfor ve mangan içerirler.Ortalama mukavemet değerlerinde, derin çekmede çok iyi şekillendirilebilirlik gösterirler Tablo 8 [4]. Deformasyonserleşmesi sırasında açığa çıkan artı mukavemet ve şekillendirilebilme kabiliyeti çözeltideki karbon içeriğine cetermomekanik işlem koşullarına bağlıdır.438

Zeytin, H. K., Güven, G. ve Berme, B.Sertleşme mekanizması % 0,5 Si, % 0,1 P, %1,5 Mn‘a kadar alaşım elementi katılarak katı eriyik sertleşmesi ilesağlanır. Örneğin %0,01 P içeriği akma dayanımını 10 MPa kadar arttırır, fakat yüksek seviyede fosfor içeriğişekillendirmeden sonra soğuk gevrekliğe neden olur.Tablo 9. Fosfor alaşımlı çeliklerin mekanik özellikleri [4].Ürün Akma mukavemeti (MPa) Çekme Mukavemti Toplam Uzama n(MPa)(%)Soğuk haddelenmiş 223 344 37,8 0,200EG 223 344 37,8 0,200EGA 223 344 37,8 0,200HDGI 230 355 35,8 0,200HDGA 230 355 35,8 0,2002.3. Yüksek Mukavemetli Çelikler (AHSS)% 5 in altında alaşım elementi içerirler. %0,15 C, %1,3 Mn ve az miktarda mikro alaşım elementi Nb, Ti, Mo, Viçerirler. 300-700 MPa çekme dayanımına ve 275 MPa’ dan daha yüksek akma dayanımına sahiptirler. İyişekillendirilebilme, kaynaklanabilirliğe ve yüksek yorulma direncine sahiptirler. HSLA çelikleri uygulanan işlemegöre şu şekilde sınıflandırılırlar; TRIP Çelikleri, çift Fazlı Çelikler, kompleks Fazlı Çelikler, martensitik Çelikler, Mn-Boron Çelikleri.Bu tüp çelikler haddelenmiş çeliklere göre yüksek akma mukavemeti gösterirler. Isıl işlemli düşük alaşımlı çeliklerve haddelenmiş HSLA çelikleri düşük sünek-gevrek geçiş sıcaklığına sahiptirler. Bunlar üretildikleri şekle görefarklı mekanik özellikler gösterirler. Yüksek mukavemetli çelikler genellikle yapısal işlemlerde kullanılırlar ve buyüzden yapısal çelikler olarak adlandırılırlar. Bu çelik grubuna giriş yapmak için öncelikle mukavemet artışı ilebirlikte süneklik kabiliyetinin de geliştirilmesi gerektiği algılanmalıdır. Bu çok fazlı (multiphase) çelikler farklımikroyapı bileşenleri ve farklı mekanik özellikler ile ortak etkileşimler gösterir ki bu yüzden mukavemet ve süneklikkabiliyetinin kombinasyonu çok uyumludur. Mukavemet ve sünekliğin optimizasyonundan çıkan çelik gruplarıŞekil 3’te gösterilmiştir [8].Şekil 3. Çelik levha dizaynı için çekme dayanımı ve % uzama ilişkisi [8]İleri yüksek mukavemetli çeliklerin geliştirilmesinde rol oynayan metalurjik prosesler aşağıda sıralanmıştır [8].1. Katı eriyik sertleştirmesi: (a) C, Mn, Si, P, b) Fırınlama sertleştirilmesi için çözünmüş karbon2. Çökelti sertleştirilmesi, a) Karbür ve Nitrürler (Nb, V, Ti v.b)3. Tane incelmesi a) σ LYS = σ 0 + K d -1/24. Faz dönüşümü, a)Tek, Çift Faz, b)Multi Faz, TRIPŞekil 4’ de bu mekanizmalardan faz dönüşümlerinin yapıldığı ısıl işlem koşulları şematik olarak verilmiştir. Bumekanizma ostenit alanından ve/veya ostenit+ferrit faz alanından kontrollü soğutma ile sağlanmaktadır. Alaşımbileşimine bağlı olarak uygulanan ısıl işleme göre çelik grubuna da ismini veren mikroyapılar oluşmaktadır. Çeliktiplerine göre oluşan mikroyapılar şematik olarak Tablo 10’da gösterilmiştir [9].439

Zeytin, H. K., Güven, G. ve Berme, B.Tablo 10. Çelik tiplerine göre oluşan mikroyapılarÇelik Tipi Fazlar MikroyapılarLC- Alaşımsız A1-killed düşük karbonlu çelik; ekstra derin çekilebilirYumuşaksınıfÇeliklerIF- ; mikroalaşımlı ekstra derin çekilebilir sınıfDP- Mikroyapısında ferrit ve %5-30 hacim oranında martensit+’bulunan çift fazlı çelikler+AHSSB+ RTRIP- mikroyapısı ferrit, martensit ve beynitten oluşan çeliklerdir.’+PM- kısmı ya da tam martensitik çeliklerCP- sertleştirilmiş ferrit, beynit ve martensitten oluşan kompleks fazlı+ B+’çeliklerHMS ya da yüksekoranlarda ( 1 ) Yüksek mangan içerikli çeliklerHMS-TRIP- strain induced ’ dönüşümünü gerçekleştirenalaşım konseptine sahip çeliklerHMS-TWIP-deformasyon sırasında mekanik ikizlenme oluşabilecekalaşım konseptine sahip çeliklerŞekil 4. İleri yüksek mukavemetli çeliklerde faz dönüşümünün gereçleştirildiği ısıl işlemeler [9].2.3.1. TRIP ÇelikleriTRIP çeliğinin genel mikro yapısı ferrit matris içinde bulunan beynit ve kalıntı östenit tanelerinden oluşmaktadır.TRIP çeliklerinde mikroyapı genellikle yaklaşık hacimce %65 ferrit (), %20 beynit (B) ve %15 kalıntı ostenitten( R) luşmaktadır. Bu kalını östenitler deformasyon sırasında martensite dönüşebilmektedirler. Böylece bu çeliklerçok yüksek uzama değerlerinde mükemmel şekillenebilirlik özellikleri göstermekte; yüksek darbe enerjisiabsorblama ve uzun yorulma ömrü sayesinde endüstride gerekli görülen birçok alanda kullanılmaktadır [5].Tablo 11.TRIP çeliklerinin kimyasal bileşimi ve mikro yapısı [5-13].Çelik C Mn Si Al P FeNo:1 0,18 1,56 0,02 1,73 0,017 Bal.2 0,18 1,65 0,45 1,01 0,015 Bal.3 0,21 1,41 1,07 0,32 0,017 Bal.4 0,19 1,47 0,87 0,33 0,024 Bal.5 0,19 1,47 0,22 0,94 0,024 Bal.TRIP çelikleri için yüksek karbon içeriğine bağlı olarak çok daha düşük soğutma sıcaklıklarında beynit oluşumuçok önemli bir özelliktir. TRIP çeliklerinin mikroyapı ve bağlı olarak mekanik özelliklerinin geliştirilmesinde alaşımelementlerinin etkileri aşağıdaki Tablo 12’de verilmiştir.440

Zeytin, H. K., Güven, G. ve Berme, B.Tablo 12. TRIP çeliklerinde alaşım elementlerinin etkisi[8]Alaşım elementi Alaşım elementinin etkisiC o γ – kararlı kılaro inter kritik tavlama sırasında faz dağılımını belirlero östenitin hacim oranını ve stabilitesini belirlero martensiti serleştiren en önemli elementtiro plaka tipi martensitin tokluğunu düşürürMn o γ – kararlı kılaro ferritin mukavemetini arttırıro östenitin sertleştirilebilirliğini arttırıro ferritteki karbon çözünürlüğünü düşürürSi o ferriti kararlı kılaro Fe 3C içinde çözünmezTRIP çeliklerinin geliştirilmesi sürecinde optimum şekillendirme oranlarında en az 1 GPa mukavemet ve %18uzama değerlerine ulaşılması üzerine odaklanılmıştır. Bu özelliklere ulaşmanın bir yolu karbon miktarınınartırılmasıdır. Karbon miktarının artması malzemenin kaynaklanabilirliğini düşürecektir. Bu yüzden, uygunkaynaklanabilirlik için karbon içeriğinin % 0,25 ile sınırlandırılmalıdır. TRIP çeliklerinde kaynaklanabilirliğindebozunma olmadan mekanik özelliklerin artırılması için bir diğer yaklaşım Ti, Nb, V gibi mikro alaşım elementlerinineklenmesidir [13].Katı eriyikte çözünmüş Niyobyum (Nb) sıcak deformasyon sırasında yeniden kristalleşme sürecini ve soğukhaddelenmiş C-Mn-Si TRIP çeliklerinde östenitten ferrite dönüşümü geciktirir. Bununla birlikte sıcak deformasyonsırasında niyobiyum, karbon ve azot gibi ara yer atomları ile birleşerek Nb (C,N) çökeltileri oluşturur. Bu yenidenkristalleşme ve tane büyümesini geciktirir ve çökelti sertleşmesine sebep olur. Ayrıca niyobyumun Ferit ve östenittane boyutuna etkidiği ve beynit formasyonunun oluşumunu geciktirdiği rapor edilmiştir [14]. Vanadyum (V) TRIPçeliklerinde dönüşüm davranışını kontrol etmek için kullanılabilir [13].Titanyum (Ti) elementi çelik içinde 2 amaç için kullanılır. IF çeliklerinde stabilizayon elementi olarak bilinir. TiNçökeltisi oluşturur ve bu sonuçla östenit tane kabalaşmasını engeller.Ti 4C 2S 2 karbon sülfür birleşimi, sülfür şeklinikontrol etmekte kullanılır. Ayrıca bu karbon sülfür çökeltisi TiC çökeltilerinin çekirdeklenme bölgesidir. Gerilmekaynaklı TiC çökeltileri sıcak haddeleme süresince (statik) durgun rekristalizasyonu yeniden kristalleşmeyigeciktirir.[13]TRIP çeliklerinde iki ana ısıl işlem uygulanır; 780-880C aralığında interkritik tavlama, soğutma ve 350-450Caralığında bir diğer isotermal tavlama ve en son oda sıcaklığına soğutma yapılmaktadır. İnterkritik tavlamasonrası TRIP çeliklerinin mikroyapısı neredeyse aynı oranda ferrit ve östenit içermekte olup, sıcak haddelenmişTRIP çeliklerinin mikroyapısına göre ferrit tavlama öncesi mikroyapıda bulunmaktadır, soğutma sırasındaoluşmamaktadır. Oda sıcaklığına soğutmadan önce, beynit oluşum sıcaklıklarında soğutma bir süre içindurdurulmaktadır. İkinci isotermal tutma sırasında östenit çoğunlukla beynite dönüşmekte ve son mikroyapı % 50-60 ferrit, % 25-40 beynit, % 5-15 kalıntı östenitten oluşmaktadır [13].441

Zeytin, H. K., Güven, G. ve Berme, B.Şekil 5. TRIP prosesi[13]2.3.2. Çift Fazlı ÇeliklerÇift fazlı çelikler, iyi şekillenme kabiliyetine sahip ferritik ana yapı içinde martensitik adacıklar içeren bir mikroyapıya sahip HSLA çeliklerin yeni bir sınıfı olarak nitelendirilirler. Burada üzerinde durulması gereken, aynımukavemet seviyesindeki HSLA çeliklerine oranla daha üstün süneklik göstermeleridir.[9] Genel olarakmax.%0.2C, 1.5 Mn, max. 0.5 Si içermekle birlikte Cr, Mo, Nb, V ve N içerebilirler.Genellikle matrisi ferrit olan bu çeliklerde, martensit adacıkları oluşturulur. Çok yüksek enerji absorblamaözelliğine sahip olup, yüksek mukavemet değerlerinde iyi izotropik özellik gösterirler.Şekil 6. Çift fazlı çeliğin mikro yapısı (M:martensit, F:ferrit, RA: kalıntı östenit, F:ferrit)[10]442

Zeytin, H. K., Güven, G. ve Berme, B.Poligonal ferrit tane sınırlarında martensit adacıkları maksimum mukavemeti sağlamaktadır. Süneklik yumuşakferrit matrisi tarafından geliştirilirken, önceden belirlenen martensit hacim oranına bağlı olarak mukavemetbelirlenir. Bu yapı hem süneklik hem de mukavemet özelliği sağlarken kaynaklanabilme özelliği de son derecegelişmiş olur.Yapıda bulanan alaşım elementlerinden mangan, hızlı soğutma sırasında martensite dönüşümüne yardımcı olur.Krom ve molibden geçiş sıcaklıklarını düşürür. Silisyum ise katı eriyik sertleştiricidir. Nb,V, Ti gibi elementlerçökelti serleşmesini sağlar ve tane boyutunu kontrol eder. Düşük mukavemetli çift fazlı çeliklerde, yumuşak ferritfazı süreklidir ve bu çeliğin sünek olmasını sağlar.2.3.4. Kompleks Fazlı Çelikler ve Martensitik ÇeliklerKompleks fazlı çeliklerde ince ferrit yapısı ve yüksek oranda martensit ve beynit gibi sert fazlar mevcuttur.Niyobyum, titanyum veya vanadyumun karbonlu veya azotlu çok ince çökeltileri (karbür veya karbonitrür) ilemukavemetleri arttırılır. Genel kimyasal bileşimlerinde max.%0.2 C, %2 Mn, %1 Cr ve Nb,Ti elementleri bulunur.Kompleks fazlı çeliklerin üretiminde DP ve TRIP çeliklerinde kullanılan aynı alaşım elementleri kullanılır. Nb, Ti veV gibi ilaveler yapılır. Kompleks fazlı çelikler yüksek akma mukavemeti gösterirler. Yüksek deforme edilebilirlik,yüksek enerji absorblama özelliğine sahiptirler. Çift fazlı çeliklere göre karbon ve mangan miktarı daha yüksektir.Bu çeliklerde akma mukavemeti 600-700 MPa, çekme dayanımı 850-1050 MPa civarındadır[5].(a)(b)Şekil 7. (a)Tipik martensitik çeliğin mikroyapısı ve (b)kompleks fazlı çelikMertensitik çeliklerde % 0,18 altında C, %2’nin altında Mn, % 0,8’nin altında Si, %0,020’nin altında P, % 1’ninaltında Cr , % 0,01’’nin altında S ve 0,15’nin altında Nb-Ti elementleri bulunur. Bu tür çeliklerde kimyasal bileşimebağlı olarak martensit, beynit ve kalıntı östenit mikro yapıları oluşabilir. Martensitik çelikler sıcak haddelenerek1200-1500 MPa çekme mukavemetine sahip olur ve ferritik martensitik bir mikro yapıya sahiptir. Ferrit, martensityüzde oranına bağlı olarak yapı soğuk haddelenebilir ve kaynaklanabilirliği uygun olabilir [11] .2.4. Ultra Yüksek Mukavemetli Çelikler (U-AHSS)2.4.1.TWIP ÇelikleriYeni malzemelerin ortaya çıkarılması ya da kullanılan malzemelerin iyileştirilmesi; müşteri beklentisi (dizayn,performans, korozyon, düşük maliyetli kullanım, yakıt tasarrufu vb.) ve diğer gereklilikler (emisyon, çevreseldüzenlemeler, kaza güvenliği, vb.) gibi iki faktörden çok etkilenir. Bu faktörler son yıllarda TWIP (Twinninginduced plastisite) gibi çeliklerin geliştirilmesine yol açmıştır. Son yıllarda bu amaçlarla yapılan araştırmalardayüksek mukavemetli ve mükemmel bir şekil alabilirliğe sahip yüksek manganlı (15-30 wt.%) östenitik çeliklergeliştirilmiştir. Bunlar sahip oldukları mükemmel çekme mukavemeti-süneklik kombinasyonuyla çevre dostu vedaha güvenilir ürünleri mümkün kılmaktadırlar [2] .TWIP çelikleri genelde yüksek miktarda Mangan (Mn) içerir. Bunun yanı sıra alüminyum (Al), silisyum (Si), karbon(C) gibi alaşım elementleri katılarak mekanik özelliklerin kontrolü sağlanır. Bu tip çelikler plastik şekil vermedensonra oluşan yüksek ikiz miktarıyla birlikte tek fazlı östenitik bir yapıya sahiptir. Yapıya yüksek mukavemetikazandıran bu ikiz sınırlarının dislokasyon hareketini önleyici rol üstelenmeleridir.TWIP çeliklerinin plastik deformasyonu iki mekanizma ile gerçekleşir; dislokasyon kayması, mekanik ikizlenmeveya deformasyon ikizlenmesi. Bu deformasyon mekanizmaları daha çok östenit yapısının sahip olduğu ”hatayığını enerjisi (SFE)” ile ilintilidir. İkizlenme mekanizması SFE ile kontrol edilir. SFE çok düşük ise (≤ 20 mJ/m 2 )martensit ile arttırılmış plastisite görülür. Daha yüksek SFE’ lerde martensitik faz dönüşümü bastırılır ve ≤ 60443

Zeytin, H. K., Güven, G. ve Berme, B.mJ/m 2 değerlerine kadar mekanik ikizlenme oluşur. Bu koşullarda dislokasyonların Shockley kısmidislokasyonlarına dönüşmesi zordur. Bu nedenle de baskın deformasyon mekanizması, mükemmeldislokasyonların kaymasıyla sağlanır. Orta değerli SFE’ lerde faz dönüşümü veya dislokasyon kayması yerinemekanik ikizlerin oluşumu görülür. [1]Şekil 8. TWIP çeliklerinin 980MPa gerilime-gerinim eğrisinin grafikteki diğer AHSS ‘ ler ile karşılaştırılması2.4.1.1. TWIP Çeliklerinde Deformasyon Modu2.4.1.1.1.Deformasyon İkizlenmeleriOstenitik çelikler martensit gibi spesifik faz dönüşümleri ile belirli bir plastic gerinim sağlayabilir(Gamadan Alfaüssüne yada gamadan epsilon martensite). Bu mekanizmanın yanı sıra metal ya da alaşımlarının homojen yollaplastik olarak derforme edilerek elde edilen iki temel mode vardır(Spesifik kayma sistemi ve mekanik ya dadeformasyon ikizi) [3].Reaksiyonlarγ− (fcc) östenit→ε−(hcp )martensit ya daγ− (fcc) östenit→ε−(hcp ) martensit→ –(bcc) martensit)Bu faz dönüşümlerinin dışında, homojen yolla plastik deformasyona uğrayan metal ve alaşımlarla oluşturulan ikitemel faktör daha vardır. Bu faktörler dislokasyonların spesifik kayma düzlemlerinde kayması ve mekanik ya dadeformasyon ikizlerinin oluşmasıdır[14]. Bu deformasyon modları östenitik yapının istif hata enerjisiyle(SFE) çokyakından ilişkilidir. Bu sebeple, istif hata enerjisi TWIP çeliklerinde geleneksel olarak ikizlenme eğilimini yaratanetmen olarak kullanılır. Kimyasal kompozisyon ve sıcaklık istif hata enerjisini kontrol etmede ana faktör olarakbilinir ve ana deformasyon mekanizması olarak tanımlanır. Eğer istif hata enerjisi çok düşükse(≤20 mJ/m 2 ),martensit etkili plastisite avantajlıdır[15]. 25 mJ/m 2 ‘ den daha yüksekse martensitik faz dönüşümü bastırılır veavantaj 60 mJ/m 2 ‘ e kadar mekanik ikizlenmededir. Bununla birlikte ikizlenme şiddeti ve ikizlerin tipi istif hataenerjisine göre değişir. Yüksek SFE değerlerinde (≥60 mJ/m 2 ) dislokasyon üretimi shockley içinde zordur ve busebeple mükemmel dislokasyon kayması baskın mekanizmadır [1] .Deformasyon ikizlenmeleri avantajlı bir mekanizmadır çünkü artan uygun bir pekleşme hızı verir. Çok iyi ikizlamelleri tane içi dislokasyon hareketini engelleyen etmen olarak dikkate alınmalıdır. Morfoloji(kalınlık, istif, vb.) veikiz sayısı özellikleri tanımlar.Deformasyon ikizlenmesi ve gerinim etkili martensit dönüşümü mikro yapısal olarak benzerdir yani ana kristaldesınırlanmış tabaka şeklinde bölgelerin difüzyonsuz kırılmasını içerir, fakat ikincisi kimyasal serbest enerjitarafından sürdürülür ve bu konumla birbirlerinden ayrılırlar.2.4.1.1.2.TWIP Çeliklerinde Alaşımlandırma:Alaşım elementlerinin TWIP çelikleri üzerinde etkisi Tablo 13’de verilmiştir.444

Zeytin, H. K., Güven, G. ve Berme, B.Tablo 13. Alaşım elementlerinin etkisi [1].Element γ-stabiliserSolid solutionε-matrensitestrengtheningHot ductilityrefinementausteniteC + +Mn +Si + +B +Ti +N + +ManganMangan (Mn) TWIP, Fe-Mn-Al üçlü sistemlerinde östenitik yapıdan korunmak için can alıcı olduğu yerde anaalaşımlandırma elementi olarak düşünülür. Manganın TWIP çeliklerinde temel etkisi istif hata enerjisini(SFE)kontrol etmesidir. Şekil 9 deneysel olarak yapılan 3 araştırmada yapılan Fe-Mn sistemlerde istif hataenerjisine(SFE) Mn elementinin etkisi çalışmaları gösterilmektedir[1]. Veriler göstermektedir ki artan Mn içeriği,istif hata enerjisini(SFE) ilk önce bir minimum değer ulaştırır sonra artışa neden olur. Artan mangan içeriği,deformasyon modu TRIP’ten TWIP tipine değiştirir.AlüminyumŞekil 9. Fe-Mn alaşımlarında Mn içeriğine göre SFE değişimiFerrit stabilleştiricidir. Östenitin SFE’sini arttırır. Miktarı arttıkça γ→ε dönüşüm sıcaklığı düşer. Mangan miktarınıazaltmaya yardımcı olur. ε-martensit oluşumunu bastırır. Aşağıdaki şekilde de görüldüğü gibi Al düşük sıcaklıksünekliği için çok etkilidir. Sünek-gevrek geçişi artan Al miktarı ile yok olur. Örneğin Al miktarı %1,1’den 3,1’eartarsa martensit oluşumu ve deformasyon ikizlerinin oluşumu daha zorlaşır.[1](a)(b)Şekil 10. a)Yüksek manganlı çeliklerde Al etkisi b) ε-martesit(77 K) b) sünek gevrek davranış geçişleri445

Mn içeriğiMn içeriğiZeytin, H. K., Güven, G. ve Berme, B.SilisyumAlüminyuma zıt bir davranış olarak, YMK (yüzey merkezli kübik) faz miktarını azaltır ve γ→ε dönüşümlerini devamettirir. Fe-27Mn çeliğine % 2 silisyum ilavesinin östenitin istif hata enerjisini(SFE) düşürdüğünü bilinmektedir. ε-martensit için çekirdeklenme bölgesinde istif hatasının artmasıyla sonuçlanır. Buna ek olarak katı çözeltisertleşmesinden dolayı silisyum östenitin mukavemetini arttırır (50 MPa / %1 Si) [1].KarbonKarbon, etkili bir östenit stabilizör olduğu düşünülür ve modifiye TWIP (X-IP) çeliklerine % 0,6 oranında eklenir.Östenitin içinde karbonun yüksek çözünürlüğü olduğu bilinmektedir, bu yüzden karbon alaşımlandırması östenitstabilizör olarak kullanılabilir ve katı çözelti sertleşmesi ile makuvemeti arttırır[1].KromÇeşitli alanlarda krom(Cr) elementinin ilavesi ferro alaşımlarda korozyon direncini arttırır. Ayrıca ferrit fazıformasyonlarını arttırır[30]. Bununla birlikte, Cr ilavesi Fe-Mn alaşımlarında istif hata enerjisini(SFE) arttırır[1].Karbon içeriğiŞekil 11. a) deformasyon öncesiKarbon içeriğib) deformasyon sonrasıBorBor, mangan için yedek elemandır. % 20 Mn ve % 0,003 B içeren metalle % 25 Mn ve hiç bor içermeyen metalaynı özelliklere sahiptir. Bu nedenle borla alaşımlamak, alaşım elementi maliyetini azaltır. Küçük bor miktarları(40-50 ppm) sıcak sünekliği iyileştirir. Bor kullanımı ingotların ve slabların çalışabilirliğini kolaylaştırır. İyi bir yüzeykalitesi sağlar. Öte yandan yüksek bor miktarlarında çatlaklar gözlemlenir. Bunun nedeni düşük erime noktalı boritötektiğinin oluşmasıdır, sıcak hadde sırasında tane sınırları erir. Tane incelticidir ve sertleştirme derinliğini arttırır.Fakat toklukta azalma gözlenir.Elde edilen sonuçlar yüksek Manganlı TWIP çeliklerinin akma geriliminin düşük karbonlu çeliklerinkinden dahayüksek olduğunu, sıcak haddeleme sıcaklıklarında yapının tamamen östenitik olduğunu göstermektedir. %6 wt.‘den daha yüksek Al miktarlarında, akma gerilimi azalmakta çünkü ferrit ortaya çıkmaktadır. Yeniden kristalleşmekinetiği karbon çeliğine göre daha az yavaş niyobiyum alaşımlı veya östenitik paslanmaz çeliklere göre dahahızlıdır. Yüksek akma gerilimi ve yavaş yumuşama özelliğinin bir diğer nedeni ise yüksek Mn içeriğidir.Alüminyumun buradaki rolü küçüktür; östenitik-ferritik yapıda ferrit fazının hemen yumuşamaktadır. Yüksek Mniçeriği dinamik rekristalizasyonu düşürmekte fakat Al küçük bir etkide bulunmaktadır. Kromun sıcak deformasyondirenci ve statik, dinamik rekristalizasyonuna etkisi ise önemsizdir. Tane boyutu dinamik ve statik rekristalizasyonile büyük oranda incelmektedir. TWIP çeliklerinin çekme testi, Al alaşımlamanın ve sıcaklığın akma mukavemeti,çekme mukavemeti ve uzama özellikleri üzerine büyük etkisi olduğunu açığa çıkarmaktadır. Daha yüksek Almiktarları, katı çözelti sertleştirmesi nedeniyle akma mukavemetini arttırmaktadır. Öte yandan SFE’ yi arttırmakta,bu da deformasyon mekanizmasını güçlü bir biçimde etkilemektedir. Düşük konsantrasyonlarda Al martensitdönüşümünü bastırmakta ve deformasyon ikizlenmesi sağlamaktadır. Böylece de yüksek çekme mukavemeti veiyi bir süneklik sağlamaktadır. Bununla birlikte, artan sıcaklıkla beraber SFE de artmakta ve sonuçta dadeformasyon ikizlerinin yoğunluğu azalmakta ve mekanik özellikler bozulmaktadır. Yapılan korozyon testleri446

Zeytin, H. K., Güven, G. ve Berme, B.alüminyumun TWIP çeliğinin korozyon direncini geliştirdiğini göstermektedir. Cr ilavesi de pasifizasyon için ilavebir avantajdır. 8 wt.%Al - 6 wt.% Cr çeliği üzerinde oluşan pasif film 304 çeliği üzerindekinden daha kararlıdır.2.4.2. TRIPLEX ÇelikleriYüksek dayanımlı Fe-Mn-Al-C elementlerini temel alarak oluşturulan alaşımlar yüksek Mn ve Al içerir(TRIPLEX).Bu alaşımlar süper sünekliğe sahip ve yoğunluğu düşürülmüştür. Bu açıdan ilgi çeken bir alaşımdır. Özelkimyasal bileşimleri, mikroyapı ve mekanik özellikleri ile bu çelikler geleneksel derin çekilebilir çeliklere göre çoküstün mukavemet özellikleri, korozyon dirençleri, yüksek süneklik ve yoğunluğun azalması gibi ayrıcalıklar sağlar.Bu çelikler östenit, ferrit ve nano disperse Karbürleri içeren üçlü bir mikro yapı oluştururlar. Mikroyapıbileşenlerinin morfolojileri ve karbür dağılımları alaşım elementlerine bağlı olarak değişir. Katı eriyik sertleşmesimekanizmasının ve çapraz kayma bantlarının etkileşmesinden dolayı kayma bandı plastisite etkisi (Shear-bandinduced Plasticity) ile yüksek mukavemet sağlanır. Yüksek deformasyon hızlarında şekillendirilebilmesi üretimaçısında oldukça etkili bir eğilim yaratmıştır. TRIPLEX çelikleri % 18-28 Mn, % 9-12 Al, % 0,7-1,2 C miktarlarındaalaşım elementi içerirler. Mikroyapıları östenitik Fe(Mn, Al, C) matriste nano yapılı disperse olmuş (Fe, Mn)3ALCkarbürlerinden ve Fe(Al, Mn) ferrit tanelerinden oluşmaktadır.[12]TRIPLEX-çeliklerdeki homojen kayma bandı oluşumu az bir sertleşmeyle yüksek uzamalara neden olur. Östenitmatriksteki ince dağılmış ĸ-karbürlerde kayma bantlarının eşit dağılımı nedeniyle boyun vermeyi engellerler. Aynızamanda ince taneler de dislokasyon hareketini engellemektedir. Böylece hem yüksek akma mukavemeti(R p0,2>700MPa) hem de plastik uzama (ε>%60) belirlenir. İdeal koşullar yüksek şekil değiştirme işi varlığındaoluşur. Mekanik karakterizasyonların yanı sıra TRIPLEX-çeliklerin konvansiyonel çeliklere göre %15 ağırlıkkazancı sağladığı görülmektedir. [12]Referanslar[1] A. S. Hamada, “Manufacturıng, Mechanıcal Propertıes and Corrosıon Behavıour of Hıgh-Mn TWIP Steels”,Faculty of Technology, Department of Mechanıcal Engıneerıng,Unıversıty of Oulu, FI-90014 Oulu, FinlandC 281, 2007.[2] O. Kwon , K. Leeb, G. Kimc, K-G. Chind, “New Trends in Advanced High Strength Steel Developments ForAutomotive Application”, Materials Science Forum Vols. 638-642 (2010) pp 136-141, Technical ResearchLaboratories POSCOPohang, Korea, 2010/Jan.[3] steven.vercammen@mtm.kuleuven.ac.be[4] USS, United States Steel Coorporation, ”annual report 2006” http://ussautomotive.com/auto/index.htm[5] B. K. Zuidema, “Advanced High Strength Steel Application Guidelines ”, Arcelor Mittal- USA Research &Development, September 2007.[6] İnternational Iron and Steel Institute, Project Reports on Ultralight Steel Auto Body (ULSAB), 2007.[7] S. Majumdar, D. Bhattacharjee, K.K. Ray, “Mechanism of fatigue failure in interstitial-free and interstitial-freehigh-strength steel sheets”, 10.1016/j.scriptamat.2010.10.001, India october 2010.[8] Zeytin H.K., Aydın H., Kubilay C., “Otomotiv endüstirisi ve çelik: İleri Teknoloji Ürünü Yüksek MukavemetliÇelikler”, TMMOB Makine Mühendsileri Odası X. Otomotiv ve Yan Sanayi Sempozyumu, (27-28 Mayıs2007), Bursa.[9] Aydın H., Çelik Saçlarının Çift Fazlı Isıl İşlem Sonrası Mekanik ve Mikroyapı Özelliklerinin Değişimi”, İstanbulTeknik Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Yüksek Lisans Tezi, (2006)[10] H.Hofmann, D.Mattissen, T.W.Schaumann, “Advanced cold rolled steels for automotive applications”, 37,No.9, 2006.[11] Zeytin H.K. , “İleri Teknoloji Ürünü Otomotiv Çelikleri” Teknoloji Tanıtım Konferansı, Tübitak MAM, 2006.[12] Steel Founders’ Society Of America, “Lightweigth Steels, Triplex Steels and Mechanical Properties”,2003/2004 Annual Report.[13] Krizan D. , “ Structure-Properties Relationship in I GPa Micro-Alloyed Trıp Steel”, Universiteit GENTMetallurgie en materiaalkunde, Doktora tezi, September 2005.447