Yüksek şekillendirilebilirlik ve darbe sönümleme özelliğine sahip ileri yüksek mukavemetli çeliğin analiz-proses tasarımı
Küçük Resim Yok
Tarih
2024
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Karabük Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/closedAccess
Özet
Bu çalışmada, otomotiv sektöründe çok geniş kullanım alanı bulan ve birinci nesil ileri yüksek mukavemetli çelikler (AHSS) sınıfında yer alan darbe sönümleme kabiliyeti yüksek çift fazlı (DP) çeliklerin (ekstra şekillenme özelliği sunan DP800, DP1000 ve DP1200) endüstriyel üretim şartlarına uygun şekilde analiz ve proses tasarımları yapılmıştır. Çalışmanın en önemli amacı elde edilen çıktılar ile ülkemiz demir çelik ve otomotiv endüstrisine bilgi birikimi kazandırmak, çoğu yurt dışından temin edilen bu ürünleri yerlileştirmektir. Çalışmalar iki aşamada gerçekleştirilmiş ve irdelenmiş olup her iki aşamada da çalışılan ürünler ülkemizde üretilmemektedir. İlk aşamada geleneksel birinci nesil DP800 çelik kalitesinin toplam uzama ve şekillendirilebilirlik özelliklerini geliştirebilmek amacıyla kimyasal kompozisyon tasarımları ve proses tasarımları yapılmıştır. Sonrasında ürünün endüstriyel koşullarda üretimi gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında ise DP1000 ve DP1200 kalitelerinde hedef iç yapı ve mekanik özelliklerin sağlanması için analiz ve proses tasarımları yapılarak prototip ürünler elde edilmiştir. DP1000 ve DP1200 kalitelerinin doğrudan endüstriyel ölçekte üretilmesi birçok risk barındırığından prototip ölçekte üretilmiş olup bu yüzden tez kapsamında ikinci aşama olarak ele alınmıştır. DP800 çeliğinin toplam uzama ve şekillendirilebilirlik özelliklerinin geliştirilmesi aşamasında ürünün akma mukavemetinin çekme mukavemetine olan oranını düşürmeye odaklanılmıştır. Kimyasal kompozisyon tasarımları sonrası, uygun sürekli tavlama ve galvanizleme hattı (CGL) parametreleri ile üretilen malzemelerde kalite isteri olan hedef minimum 780 MPa çekme mukavemetine erişilmiştir. Yapılan simülasyon çalışmalarında ise akma mukavemetinin, çift fazlı çeliklerde analiz tasarımının yanında temper haddeleme prosesi ile doğrudan ilişkili ve şekillenme özellikleri üzerinde etkili olduğu belirlenmiştir. Temper hadde uygulanmamış (%0,0), %0,6 temper hadde uygulanmış ve %1,2 temper hadde uygulanmış malzemelerde çekme mukavemeti yaklaşık 800 MPa elde edilirken akma mukavemetinin sırasıyla yaklaşık 320 MPa, 450 MPa ve 530 MPa olduğu tespit edilmiştir. Toplam uzama değerinin sırasıyla %18, %18 ve %16 olduğu; şekillenme özellikleri açısından çok önemli olan deformasyon sertleşme üstelinin ise sırasıyla %0,22, %0,18 ve %0,16 olduğu belirlenmiştir. Optimum temper haddeleme değerinin ise %0,6 olduğu tespit edilmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında ise ileri yüksek mukavemetli çift fazlı çelik sınıfının en yüksek mukavemeti ürünleri olan DP1000 ve DP1200 çeliklerinin prototip ölçekte üretilmesine odaklanılmıştır. Bu aşamada öncelikle DP600 üzerinden kimyasal kompozisyon çalışmaları yürütülmüştür. Özellikle Bor (B) elementinin çift fazlı çeliklerde sert faz dönüşüm mekanizması üzerindeki etkileri araştırılmış endüstriyel üretimler risk teşkil edip etmediği seri üretim koşullarında incelenmiştir. Ardından DP1000 ve DP1200 kaliteleri için kimyasal kompozisyon tasarımları gerçekleştirilmiştir. Bu kimyasal kompozsiyonların farklı proses parametreleri altında davranışı incelenmiştir. Ağırlıkça karbon (C) içeriği değeri; %0,1'in altına düştüğünde sert faz dönüşüm oranı yetersiz kalmakta, hedef mukavemet seviyesi sağlanamamaktadır. Ağırlıkça Mangan (Mn) içeriği; %1,60'ın üzerinde olduğu durumlarda yeterli östenit stabilizasyonu sağlanabilmekte, dolayısıyla sert faz dönüşüm oranı C elementinin de etkisiyle yeterli seviyeye çıkarılabilmektedir. Ağırlıkça fosfor (P) ve silisyum (Si) içeriği, analiz tasarımında yer alan katı eriyik sertleşmesi sağlayan ve sert faz dönüşümüne destek olan krom (Cr) ve molibden (Mo) gibi diğer elementlerin miktarına ve hedef uzama değerine göre belirlenmesi gerektiği tespit edilmiştir. Ağırlıkça Cr + Mo > %0,85 olmalıdır. B elementi DP1000 ve DP1200 gibi sert faz oranı %30 üzerinde olan çift fazlı çeliklerde 15 – 30 ppm aralığında bulunmalıdır. B elementinin sert faz dönüşümüne olan katkısından maksimum düzeyde faydalanabilmek için titanyum (Ti) elementi ile serbest azot (N)'un stabilize edilmesi de gerektiği belirlenmiştir. Aksi takdirde çelik üretim proses katılaşma aşamasında TiN yerine BN çökeltileri oluşmaktadır. Bu durumun çözünmüş B miktarını azalttığı ve sertleşebilirliğe olan katkısını olumsuz etkilemektedir.
In this study, analysis and process designs were made by industrial production conditions of dual-phase (DP) steels with improved crashworthiness properties (DP800 which offers improved formability features, DP1000 and DP1200) which are in the first-generation advanced high-strength steels (AHSS) class, which have a wide range of use in the automotive industry. The most important aim of the study is to provide the obtained outputs with know-how to our country's iron and steel and automotive industry, and to localize these products, most of which are procured from abroad. The studies were carried out and examined in two stages, and the products studied in both stages are not produced in our country. In the first stage, chemical composition designs and process designs were made to improve the total elongation and formability properties of the traditional first-generation DP800 steel grade. The product was produced under industrial conditions. In the second stage of the study, prototype products were produced on a simulation scale by performing analysis and process designs to ensure the target microstructure and mechanical properties of DP1000 and DP1200 grades. Producing DP1000 and DP1200 grades directly on an industrial scale carries many risks and was produced on a prototype scale, so it was considered as the second stage within the scope of the thesis. During the development of the total elongation and formability properties of DP800 grade, the focus was on reducing the ratio of the products' yield strength to tensile strength. After chemical composition designs, the target min. 780 MPa tensile strength, which is a quality test, has been reached in the materials produced with appropriate continuous annealing and galvanizing line (CGL) parameters. In the simulation studies, it has been seen that the yield strength is directly related to the skin pass-rolling process and has an impact on the forming properties, as well as the analysis design in dual-phase steels. While the tensile strength was approximately 800 MPa, the yield strength was approximately 320 MPa, 450 MPa, and 530 MPa, respectively, in the materials without skin pass rolling (0.0%), 0.6% skin pass rolling, and 1.2% skin pass rolling applied. It was determined that the total elongation value was 18%, 18%, and 16%, respectively, and the deformation hardening exponent, which is very important in terms of forming properties, was 0.22%, 0.18%, and 0.16%, respectively. The optimum temper rolling value was determined to be 0.6%. In the second phase of the study, the focus was on producing DP1000 and DP1200 grades, the highest-strength products of the advanced high-strength dual-phase steel class, on a prototype scale. At this stage, chemical composition studies were first carried out on DP600 grade. In particular, the effects of the boron (B) element on the hard phase transformation mechanism in dual-phase steels were investigated. Then, chemical composition designs were carried out for DP1000 and DP1200 grades. The behavior of these chemical compositions under different process parameters was examined. Carbon (C) content by weight; when it drops below 1%, the hard phase transformation rate becomes insufficient and the target strength level cannot be achieved. Manganese (Mn) content by weight; when it is above 1.60%, sufficient austenite stabilization can be achieved, and therefore the hard phase transformation rate can be increased to a sufficient level with the effect of the C element. Phosphorus (P) and silicon (Si) content by weight; should be determined according to the number of other elements such as chromium (Cr) and molybdenum (Mo), which provide solid solution hardening and support hard phase transformation, and the target elongation value in the analysis design. Cr + Mo should be more than 0.85% by weight. Element B is found in the range of 15 - 30 ppm in dual-phase steels with a hard phase ratio above 30%, such as DP1000 and DP1200. To benefit from the contribution of the B element to the hard phase transformation with more efficient, it is necessary to stabilize free nitrogen (N) with the titanium (Ti) element Otherwise, BN precipitates will form instead of TiN during the solidification phase of steel production. This will reduce the amount of dissolved B and its contribution to hardenability will be negatively affected.
In this study, analysis and process designs were made by industrial production conditions of dual-phase (DP) steels with improved crashworthiness properties (DP800 which offers improved formability features, DP1000 and DP1200) which are in the first-generation advanced high-strength steels (AHSS) class, which have a wide range of use in the automotive industry. The most important aim of the study is to provide the obtained outputs with know-how to our country's iron and steel and automotive industry, and to localize these products, most of which are procured from abroad. The studies were carried out and examined in two stages, and the products studied in both stages are not produced in our country. In the first stage, chemical composition designs and process designs were made to improve the total elongation and formability properties of the traditional first-generation DP800 steel grade. The product was produced under industrial conditions. In the second stage of the study, prototype products were produced on a simulation scale by performing analysis and process designs to ensure the target microstructure and mechanical properties of DP1000 and DP1200 grades. Producing DP1000 and DP1200 grades directly on an industrial scale carries many risks and was produced on a prototype scale, so it was considered as the second stage within the scope of the thesis. During the development of the total elongation and formability properties of DP800 grade, the focus was on reducing the ratio of the products' yield strength to tensile strength. After chemical composition designs, the target min. 780 MPa tensile strength, which is a quality test, has been reached in the materials produced with appropriate continuous annealing and galvanizing line (CGL) parameters. In the simulation studies, it has been seen that the yield strength is directly related to the skin pass-rolling process and has an impact on the forming properties, as well as the analysis design in dual-phase steels. While the tensile strength was approximately 800 MPa, the yield strength was approximately 320 MPa, 450 MPa, and 530 MPa, respectively, in the materials without skin pass rolling (0.0%), 0.6% skin pass rolling, and 1.2% skin pass rolling applied. It was determined that the total elongation value was 18%, 18%, and 16%, respectively, and the deformation hardening exponent, which is very important in terms of forming properties, was 0.22%, 0.18%, and 0.16%, respectively. The optimum temper rolling value was determined to be 0.6%. In the second phase of the study, the focus was on producing DP1000 and DP1200 grades, the highest-strength products of the advanced high-strength dual-phase steel class, on a prototype scale. At this stage, chemical composition studies were first carried out on DP600 grade. In particular, the effects of the boron (B) element on the hard phase transformation mechanism in dual-phase steels were investigated. Then, chemical composition designs were carried out for DP1000 and DP1200 grades. The behavior of these chemical compositions under different process parameters was examined. Carbon (C) content by weight; when it drops below 1%, the hard phase transformation rate becomes insufficient and the target strength level cannot be achieved. Manganese (Mn) content by weight; when it is above 1.60%, sufficient austenite stabilization can be achieved, and therefore the hard phase transformation rate can be increased to a sufficient level with the effect of the C element. Phosphorus (P) and silicon (Si) content by weight; should be determined according to the number of other elements such as chromium (Cr) and molybdenum (Mo), which provide solid solution hardening and support hard phase transformation, and the target elongation value in the analysis design. Cr + Mo should be more than 0.85% by weight. Element B is found in the range of 15 - 30 ppm in dual-phase steels with a hard phase ratio above 30%, such as DP1000 and DP1200. To benefit from the contribution of the B element to the hard phase transformation with more efficient, it is necessary to stabilize free nitrogen (N) with the titanium (Ti) element Otherwise, BN precipitates will form instead of TiN during the solidification phase of steel production. This will reduce the amount of dissolved B and its contribution to hardenability will be negatively affected.
Açıklama
16.02.2026 tarihine kadar kullanımı yazar tarafından kısıtlanmıştır.
Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Anahtar Kelimeler
Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
