TR2021012361A2 - New generation micro alloy steel - Google Patents

New generation micro alloy steel

Info

Publication number
TR2021012361A2
TR2021012361A2 TR2021/012361 TR2021012361A2 TR 2021012361 A2 TR2021012361 A2 TR 2021012361A2 TR 2021/012361 TR2021/012361 TR 2021/012361 TR 2021012361 A2 TR2021012361 A2 TR 2021012361A2
Authority
TR
Turkey
Prior art keywords
micro
feature
alloyed steel
production method
strength
Prior art date
Application number
TR2021/012361
Other languages
Turkish (tr)
Inventor
Eyci̇n Fulya
Si̇msaro Lu Feri̇t
Culha Osman
Original Assignee
Ti̇rsan Kardan Sanayi̇ Ve Ti̇caret Anoni̇m Şi̇rketi̇
Filing date
Publication date
Application filed by Ti̇rsan Kardan Sanayi̇ Ve Ti̇caret Anoni̇m Şi̇rketi̇ filed Critical Ti̇rsan Kardan Sanayi̇ Ve Ti̇caret Anoni̇m Şi̇rketi̇
Priority to PCT/TR2022/050804 priority Critical patent/WO2023014331A2/en
Publication of TR2021012361A2 publication Critical patent/TR2021012361A2/en

Links

Abstract

Buluş özellikle, 690-700 MPa akma mukavemeti, 940-950 MPa çekme mukavemetine sahip, %0,42-0,480 oranında karbon (C), ağırlıkça maks. %0,007 oranında azot (N), ağırlıkça %0,250-0,300 oranında silisyum (Si), ağırlıkça %1,550-1,700 oranında mangan (Mn), ağırlıkça %0-0,120 oranında krom (Cr), ağırlıkça %0-0,020 oranında molibden (Mo), ağırlıkça %0-0,050 nikel (Ni), ağırlıkça %0-0,005 oranında alüminyum (Al), ağırlıkça %0-0,050 vanadyum (V), ağırlıkça %0-0,005 oranında fosfor (P), ağırlıkça %0-0,010 oranında kükürt (S) ve ağırlıkça %0-0,100 oranında bakır (Cu) çelik kompozisyonu ve %3-5 ferrit fazı, %50-55 perlit fazı, %40-45 beynit fazı içeren mikro alaşımlı çelik ile ilgilidir.In particular, the invention has a yield strength of 690-700 MPa, a tensile strength of 940-950 MPa, 0.42-0.480% carbon (C), max. 0.007% nitrogen (N), 0.250-0.300% by weight silicon (Si), 1.550-1.700% by weight manganese (Mn), 0-0.120% by weight chromium (Cr), 0-0.020% by weight molybdenum (Mo ), 0-0.050 wt% nickel (Ni), 0-0.005 wt% aluminum (Al), 0-0.050 wt% vanadium (V), 0-0.005 wt% phosphorus (P), 0-0.010 wt% It is related to micro-alloyed steel containing sulfur (S) and 0-0.100% copper (Cu) steel composition by weight and 3-5% ferrite phase, 50-55% pearlite phase, 40-45% bainite phase.

Description

TARIFNAME Yeni nesil mikro alasimli çelik Teknik Alan Bulus, uzun ürün hammaddesi olarak sicak dövme proseslerinde kullanilabilecek nitelikte tüm alanlarda kullanilmak üzere gelistirilen yüksek mukavemetli, düsük alasimli çelik ile (S) ve agirlikça %0-0,100 oraninda bakir (Cu) çelik kompozisyonu ve %3-5 ferrit fazi, %50- 55 perlit fazi, %40-45 beynit fazi içeren mikro alasimli çelik ile ilgilidir. Teknigin Bilinen Durumu Mühendislik malzemelerinin en önemli grubunu çelikler olusturur. Her türlü talep ve degisimi karsilamak için çeliklerin proses ve fiziksel metalürjisinde sürekli gelismeler olmaktadir. Son yillarda mikro-alasimli çeliklerin gelistirilmesi en önemli metalürjik basarilardan biri olarak görülmektedir. Bu gelismenin, düsük karbonlu çeliklerde yapi-özellik iliskilerinin açik bir sekilde anlasilmasinin bir sonucu oldugu söylenebilmektedir. Elbette, nihai ürün fiziksel, mekanik ve proses metalürjisinin basarili bir kombinasyonunun sonucudur. Mikro alasimli çelikler temel yapi malzemeleri olarak yumusak çeliklerin yerini basariyla almaktadir. Yüksek dayanimli düsük alasimli, mikro alasimli çeliklerde, toplam alasim miktari genellikle vanadyum (V) olustururken, bu alasim elementlerinin karbon (C) ve azot (N) atomlariyla olusturdugu nanometre boyutundaki çökeltiler; çelige yüksek akma mukavemeti saglamaktadir. Bunun yaninda yüksek korozyon direnci, süneklik ve tokluk gibi mekanik özellikleri de mikro alasimli çeliklerin kullaniminin artmasini saglamaktadir. Mikro alasimli çeliklerin spesifik gelisim yönlerini, az perlitli ve perlitsiz çelikler olusturmaktadir. Karbon oraninin bariz sekilde düsürülmesi ile sekil verilebilirlik, tokluk, kaynak edilebilirlik gibi özellikler önemli oranda yükseltilmektedir. Bahsedilen bu özellikler genellikle sekil vermek suretiyle yüksek mukavemetli ve hafif parçalarin üretiminde istenilmektedir. Düsük karbon oranina ragmen bu çeliklerde, mikro alasim elementleri olan alüminyum (AI), niobyum (Nb), titanyum (Ti), vanadyum'un (V) tane inceltici ve sertlestirici etkileri ile kontrollü haddelemeyle akma siniri ancak 500 Ni'mm2 ye ulasabilmektedir. Mikro alasimli çeliklerde, alasim elementi olarak kullanilan niobyum (Nb), titanyum (Ti), vanadyum (V) ve alüminyum (AI), malzemenin mekanik özelliklere dogrudan önemli etkileri bulunmakta olup, karbür, nitrür veya karbonitrür olusturmaktadir. Mikro alasim elementlerinin olusturdugu karbür, nitrür ve karbonitrürler, sicak sekillendirme islemleri sirasinda çözünme sicakliklarinin üzerine çikilmadigi takdirde Östenit fazi içerisinde çözünmeden kalmaktadir. Çözünmeyen bu sert yapilar östenit tane büyümesini engelleyerek hem küçük taneli bir çelik yapisi elde edilmesini hem de malzemenin toklugunun artmasini saglamaktadir. Mevcut teknikte yüksek mukavemet elde etmek amaci ile alasimdaki karbon miktarinin arttirilmasi veya mikro alasim elementlerinin tane inceltme özelliginden faydalanilmaktadir. Yüksek karbonlu çelik alasimi, sicak dövme isleminden sonra isil isleme tabi tutulmakta ve mukavemet arttirmak üzere ikincil bir islem gereksinim duyulmaktadir. Diger yandan bilinen teknikte mikro alasimli çelikler, dövülmüs malzemenin mukavemetini isil islemli yüksek karbonlu alasim kadar arttiramamaktadir. Yüksek karbonlu C45E standardindaki çelik alasiminin akma mukavemeti 500 MPa, çekme mukavemeti 750-850 MPa iken, mikro alasimli çelikte ise akma mukavemeti 560 MPa ve çekme mukavemeti 580-790 MPa arasindadir. Bahsedildigi üzere yüksek karbonlu çeligin (C45E) ikincil islemle maliyetli bir uygulama sonucu mukavemet arttirilmasi ve mikro alasimli çelikte akma mukavemetinin düsük olmasi, yeni bir çelik alasimi gelistirilmesi ihtiyacini ortaya koymaktadir. Literatürde konu ile ilgili olarak EP3505652A1 numarali patent basvurusuna rastlanilmistir. Bulus, baglanti elemanlari için yüksek sertlesebilirlige sahip, orta karbonlu, düsük alasimli yuvarlak çelik ile ilgilidir. Bulusa konu çeligin kimyasal kompozisyonu agirlikça %0,36~0,44 elementlerle dengede demir (Fe) ve safsizliklardan olusmaktadir. Bulusa konu çeligin akma CN104911486A numarali patent basvurusu, otomobil tespit vidalari için su verilmemis ve temperlenmis çelik ile ilgilidir. Bulusta, karbon içeriginin, su verilmemis ve temperlenmis çeligin mukavemetini etkileyen ana unsur oldugu ifade edilmistir. Karbon içerigi arttikça çelikteki ferrit ve perlit incelir ve perlit miktarindaki artis çeligin mukavemetini artirir. Bu nedenle, söndürülmemis ve temperlenmis çeligin karbon içerigi, perlit yüzdesinin %70-80 olmasini saglayan %0.35-0.45 olacak sekilde tasarlanmistir. maks. %05 alüminyum (Al), maks. %0,03 azot (N), vanadyum ve demir içeren bir çelik kompozisyonu ile ilgilidir. Söz konusu basvurularda görüldügü üzere, bilinen teknikte birçok çelik kompozisyonu bulunmaktadir. Ancak, yüksek mukavemetli ve yüksek akma mukavemetine sahip mikro alasimli çelik alasimlara ihtiyaç gün geçtikçe artmaktadir. Sonuç olarak yukarida bahsedilen olumsuzluklardan ve eksikliklerden dolayi, ilgili teknik alanda bir yenilik yapma ihtiyaci ortaya çikmistir. Bulusun Amaci Mevcut bulus, yukarida bahsedilen gereksinimleri karsilayan, tüm dezavantajlari ortadan kaldiran ve ilave bazi avantajlar getiren, yeni nesil mikro alasimli çelik ile ilgilidir. Bulusun amaci, uzun ürün hammaddesi olarak sicak dövme proseslerinde kullanilabilecek nitelikte tüm alanlarda kullanilmak üzere gelistirilen yüksek mukavemetli, düsük alasimli çelik ortaya koymaktir. Bulusun amaci, kontrollü dövme sonrasinda akma mukavemeti 690-700 Mpa, çekme Bulusun amaci, karbür yapici olarak sadece vanadyum kullanilmasi sayesinde, tane incelterek mukavemet arttirma mekanizmasini aktive etmek ve toklukla birlikte mukavemet artisi saglamaktir. Bulusun amaci, dövme sicakligi ve dövme sonrasi sogutma ortami için gerekli olan birincil 1500 saniye, isi transfer katsayisinin 40-60 W/mZK olmasi sayesinde, tane inceltici elementlerin etkisini ortaya koyabilmesini saglamaktir. Bulusun amaci, kati eriyik sertlesmesi ve tane boyutu küçültme ile mukavemet artisi mekanizmasini birlikte uygulamaktir. Bulusun bir amaci, karbon, azot gibi ara yer atomlari ile vanadyumun nitrür, karbür ve karbonitrür yapma özelliklerinden faydalanilarak çeligin mekanik özelliklerini gelistirilmektir. Bulusun bir amaci, kaynaklanabilirlige olumsuz etki göstermeyen bir alasim kompozisyonu saglamaktir. Bulusun bir amaci, mukavemet artisini ferrit ve beynit faz yapisi ile elde edilmesini saglamaktir. Yukarida anlatilan amaçlarin yerine getirilmesi için bulus, uzun ürün hammaddesi olarak sicak dövme proseslerinde kullanilabilecek nitelikte tüm alanlarda kullanilmak üzere gelistirilen, yüksek mukavemetli, düsük alasimli mikro alasimli çelik olup, özelligi; agirlikça vanadyum (V), agirlikça %O-0,005 oraninda fosfor (P), agirlikça %O-0,010 oraninda kükürt (S) ve agirlikça %0-0,1OO oraninda bakir (Cu) içeren çelik kompozisyonu ve %3-5 ferrit fazi, Bulusun amaçlarini gerçeklestirmek üzere mikro alasimli çelik, 690-700 MPa akma eseger karbon degerine sahiptir. Yukarida anlatilan amaçlarin yerine getirilmesi için bulus, o mikro alasimlama ile üretilen çeligin sürekli döküm yöntemi ile kütük formunda elde edilmesi, . üretilen kütüklerin sicak haddeleme ile yuvarlak uzun grubunda silindirik yari mamul haline getirilmesi, - uzun yari mamüllerin kontrollü sicak dövme ve sogutma asamalarindan geçirilmesiyle çökelti olusmasi, islem adimlarini içeren mikro alasimli çelik üretim yöntemi olup, özelligi; süreyle isi tasinim katsayisi 40-60 W/mzK olacak sekilde atmosfer kosullarinda olmaktadir. Bulusun yapisal ve karakteristik özellikleri ve tüm avantajlari asagida verilen detayli açiklama sayesinde daha net olarak anlasilacaktir ve bu nedenle degerlendirmenin de bu detayli açiklama göz önüne alinarak yapilmasi gerekmektedir. Bulusun Detayli Açiklamasi Bu detayli açiklamada, yeni nesil mikro alasimli çelik, sadece konunun daha iyi anlasilmasina yönelik olarak ve hiçbir sinirlayici etki olusturmayacak sekilde açiklanmaktadir. Bulus, uzun ürün hammaddesi olarak sicak dövme proseslerinde kullanilabilecek nitelikte tüm alanlarda kullanilmak üzere gelistirilen, yüksek mukavemetli, düsük alasimli mikro alasimli çelik olup, özelligi; agirlikça %0,42-0,480 oraninda karbon (C), agirlikça maks. elementler ile dengede demir (Fe) ve safsizliklar içeren çelik kompozisyonu ve %3-5 ferrit fazi, %50-55 perlit fazi, %40-45 beynit fazi içermesidir. Bulusa konu mikro alasimli celik kompozisyonunun formülasyonu; Içerik Agirlikça Kullanilabilir Miktar (%) N maksimum 0,007 Mn 1,550 - 1,700 Bulusa konu mikro alasimli çeligi elde etmek üzere, ilk olarak alasim elementleri belirlenmektedir. Çelik kompozisyonu içerisindeki alasim elementi miktari ve çesitliligi, mekanik özelliklerin gelistirilmesinde önemli parametrelerdir. Farkli mukavemet arttirma mekanizmalarinin birlikte ortaya çikmasini saglamak üzere, karbon (C), azot (N) gibi ara yer atomlari ile vanadyumun (V) nitrür, karbür ve karbonitrür yapma özelliklerinden faydalanilmaktadir. Diger yandan TTT (izotermal dönüsüm diyagrami) ve CCT (sürekli soguma dönüsüm diyagrami) diyagramlarinin alasim elementine göre degismesi özelliginden faydalanilip, kati eriyik sertlesmesi mekanizmasi ile ince taneli yapi elde edilmektedir. Gelistirilen alasim yapisinda ferrit fazi ile birlikte beynit fazinin ortaya çikarilmasi saglanmaktadir. Ikinci olarak sicak dövme metodolojisi olusturulmaktadir. Sicak dövme islemindeki sicaklik ve deformasyon oranlari özgün alasima göre yeniden düzenlenmektedir. Son olarak da sogutma islemi uygulamaktir. TTT (izotermal dönüsüm diyagrami) ve CCT (sürekli soguma dönüsüm diyagrami) diyagramlarina göre hedef mikro yapi (ferrit ve beynit) için sogutma rejimi belirlenmektedir. TTT ve CCT esasli kontrollü çift kademeli fonksiyonel sogutma yöntemi ile ferrit ve beynit faz oranlari degistirilebilecek sekilde sogutma saglanmaktadir. Demir-karbon faz diyagraminda martenzit ve beynit dönüsüm alasimin sertlesme mekanizmasinda önemli bir yere sahiptir. Ancak endüstriyel çelik üretiminde proses kosullarindan dolayi soguma hizlari denge kosullarina göre oldukça yüksektir. Soguma hizinin artmasi ile birlikte faz dönüsümlerinin belirlenmesinde kullanilan demir-karbon faz diyagrami kullanilmamaktadir. Bunun en önemli nedeni söz konusu diyagramin çok yavas soguma kosullarinda olusturulmasidir. Bu nedenle yüksek soguma hizlarinda TTT adi verilen ve faz dönüsümünün sicakliga ve zamana bagli olarak degisimini gösteren diyagramlari kullanilmaktadir. Hizli sogutulan çeliklerde östenitin ne zaman dönüsüme baslayacagi, dönüsümün ne kadar süre sonunda tamamlanacagi ve sonuçta hangi ürünlerin olusacagi hususlari izotermal dönüsüm diyagramlari yardimiyla belirlenmektedir. Dolayisiyla, TTT diyagramlari sicakligin ve zamanin fonksiyonu olarak alasim içerisinde asiri soguma kosullarinda bagli olarak olusacak faz dönüsümlerinin belirlenmesinde tercih edilmektedir. Dönüsme reaksiyonunda zaman ve sicaklik etkilerini ayri ayri görebilmek amaciyla dönüsme egrisini degistirmek gerekmektedir. Bu durumu gösteren egrilere de sürekli soguma dönüsüm egrileri (CCT) adi verilmektedir. Sürekli sogumayi kapsayan bütün isil islemler için CCT diyagramlari kullanilabilmektedir. CCT diyagramlarinin ana amaci hangi yapi elemanlarinin elde edilecegi ve buna karsilik hangi sertliklerin elde edilebileceginin soguma egrisinden faydalanarak önceden bilinmesidir. Bu diyagramlar, hem sicakligin sabit tutuldugu izotermal isil islemler hem de sürekli sogumadaki dönüsüm sonrasinda elde edilecek son mikroyapilarin içerdigi faz veya fazlarin belirlenmesine imkan saglamaktadir. Bulusa konu mikro alasimli çelik kompozisyonda tek karbür yapici olarak vanadyum kullanilmaktadir. Bu kullanimla tane incelterek mukavemet arttirma mekanizmasi aktive edilmekte, toklukla birlikte mukavemet artisi saglanmaktadir. Bu tane inceltici elementlerin etkisini ortaya koyabilmesi için dövme sicakligi ve dövme sonrasi sogutma ortami için gereklidir. Bulus konusu mikro alasimli çelik Üretim yöntemi; - Mikro alasimlama ile üretilen çelik kompozisyonu sirasiyla, elektrik ark ocagi, pota ocagi, vakum ocagi ve tundish daldirma kapali seramik tüp kullanilarak sürekli döküm yöntemi ile kütük formunda elde edilir, - Üretilen kütükler sicak haddeleme ile yuvarlak uzun grubunda silindirik, uzun yari mamul haline getirilir, - Bahsedilen yari mamül kontrollü sicak dövme ve sogutma asamalarindan geçirilir, o Olusan çökelti sertlesme mekanizmasi ile istenilen mekanik degerlerde çelik alasim Bulusa konu üretim yönteminde kullanilan sicak dövme sicakligi 1200 °C, dövme sonrasi kosullarinda gerçeklestirilmektedir. Tasinim, bir kati yüzey ile ona bitisik, hareket halindeki akiskan (sivi ya da gaz) arasinda isi transfer türüdür. Akiskan hareketi ne kadar hizli olursa tasinim ile isi transferi o kadar büyük olmaktadir. Yigin ya da kitlesel akiskan hareketinin ortadan kalkmasi halinde, kati yüzeyle bitisigindeki akiskan arasindaki isi transferi yalnizca moleküllerin rastgele hareketi yani iletim ile meydana gelmektedir. tasinan isi miktari seklinde tanimlanmaktadir. Bu katsayi, çesitli unsurlara bagli olarak degismektedir. Bu unsurlardan bazilari; akiskanin temas ettigi yüzeyin, malzemesi ve pürüzlülügü, akis sekli, akis hizi, hidrolik çap, akiskanin viskozitesi ile yogunlugudur. Ayrica, isi tasinim katsayisi, isi tasinim türüne göre de farkli degerde olmaktadir. Iki tür isi tasinimi söz konusudur. Birincisi; akiskanin, sisteme uygulanan basinçtan dolayi hareket ettigi durumdaki zorlanmali isi tasinimidir. Ikincisi ise; akiskanin, sistemde yogunluk farki nedeniyle hareket ettigi durumdaki dogal isi tasinimdir. iletim katsayisi ne kadar düsükse sistemler o derece yüksek isi yalitim direncine sahip olmaktadir. Malzemelerin isil özelliklerinin bilinmesi, malzemenin kullanildigi yerde optimum performansa ulasmasi konusunda oldukça önemlidir. Uzun yillardir bu amaçla gelistirilen birçok ölçüm teknigi kullanilmaktadir. Mevcut tekniklerle malzemelerin isil özellikleri (isil iletkenlik katsayisi, özgül isi, isil geçirgenlik) ölçülebilmektedir. Özellikle son dönemde gelistirilen malzemelerin mikro ve makro seviyedeki iç yapisinda karmasiklar bulunmakta olup, bu kosulda dogru ölçüm yapabilmek zorlasmaktadir. bu enerjinin etkin kullanimi isi yalitimi ile söz konusudur. Isi yalitim malzemesinin seçimi veya yeni bir malzemenin imalati bu konuda oldukça önemlidir. Yeni bir malzemenin imalati veya malzeme seçimi yaptiktan sonraki hesaplarin yapilabilmesi için o malzemenin isi iletim katsayisinin bilinmesi gerekmektedir. Mühendislik problemlerinde isi iletim katsayisinin dogru bir sekilde hesaplanmasi büyük bir öneme sahiptir. Isi iletim katsayisinin hesaplanmasinda deneysel ve teorik hatalarin ortaya çikmasinin yani sira harcanan zaman ve maliyet kaybinin da çikmasi kaçinilmazdir. Isi iletim katsayisi sicakligin azaldigi tarafa dogrudur. Isi tasinim katsayisinin hesabinda asagidaki birimsiz karakteristik tanitim degerlerinden yararlanilmaktadir: Reynold sayisi; Péclet sayisi; Grashof sayisi; r' -i :t (3: .__ Nusselt sayisi; Nu : : Nu : Hite. Pr. Gr) Bunlarda; v: Akiskanin hizi, borularda da boru çapidir. p: Yogunluk, cp: Sabit basinçta özgül isi, A: Isi iletim katsayisi g: Yerçekim ivmesi, y: Hacimsel genlesme katsayisi, t: Sicaklik farki a: Sicaklik yayinim katsayisi, (a=)\/p. op) Tasinim ile birim zamanda transfer edilen isi miktarini hesaplamak için ise, Newton soguma kanunu (Q) kullanilmakta olup, hesaplanmasinda kullanilan formül asagida verilmektedir. Tablo-1'de ise, tasinim isi transfer katsayisinin tipik degerleri verilmektedir. Tablo-1: Tasinim isi transfer katsayisinin tipik degerleri Tasinim türü H, W/mz. °C* Gazlarin dogal tasinimi 2-25 Sivilarin dogal tasinimi 10-1000 Gazlarin zorlanmis tasinimi 25-250 Sivilarin zorlanmis tasinimi 50-20000 Bulus konusu alasim kompozisyonu ve bu kompozisyona uvqulanan kontrollü sogutma o Kati eriyik sertlesmesi ve tane boyutu küçültme ile mukavemet artisi mekanizmasinin birlikte uygulanmasi saglanmaktadir. o Mukavemet artisi ferrit ve beynit faz yapisi ile elde edilmektedir. 0 Kullanilan alasim kompozisyonun kaynaklanabilirlige olumsuz bir etkisi de bulunmamaktadir. Bulus konusu çelik kompozisyonu ve üretim yöntemi ile %3-5 ferrit fazi, %50-55 perlit fazi ve Bulusa konu mikro alasimli celigin mekanik özellikleri; 0 Çekme mukavemeti 940-950 MPa, o Sertligi 290-298 HV, - Esdeger karbon degeri O,600-0,700 Ceq seklindedir. Bulusun tercih edilen yapilanmasinda bahsedilen uzun ürün, sicak haddelenmis, kare, yuvarlak ve lama seklindeki tüm çelik ürünleri kapsamaktadir. Bulusa konu mikro alasimli çeligin esdeger karbon degeri, O,600-0,700 Ceq seklindedir. Karbon esdegeri, kaynaklanabilirligi tanimlayan bir ölçü olup, çelik içindeki alasim elementleri miktarlari ile hesaplama gerçeklestirilmektedir. Belirtilen alasimlarin degerleri mevcut ikame edilecek çelik ile esdeger olup daha yüksek mukavemet yaratmasi açisindan avantaj saglamaktadir. Bulus kapsaminda Ceq hesaplarken kullanilan formül asagida verilmektedir. Uluslararasi Kaynak Enstitüsü (IIW) : Ce (IIW)=C+Mnl6+(Cr+lVI0+V)l5+(Ni+Cu)l15 TR TR TR TR DESCRIPTION New generation micro-alloyed steel Technical Area The invention is a high-strength, low-alloy steel developed for use in all areas that can be used in hot forging processes as a long product raw material (S) and a copper (Cu) steel composition of 0-0.100% by weight and 3% It is related to micro-alloyed steel containing -5 ferrite phase, 50-55% pearlite phase, 40-45% bainite phase. State of the Art: Steels constitute the most important group of engineering materials. There are continuous developments in the process and physical metallurgy of steels to meet all kinds of demands and changes. In recent years, the development of micro-alloyed steels is seen as one of the most important metallurgical achievements. It can be said that this development is a result of a clear understanding of structure-property relationships in low carbon steels. Of course, the final product is the result of a successful combination of physical, mechanical and process metallurgy. Micro-alloyed steels are successfully replacing mild steels as basic structural materials. In high-strength, low-alloy and micro-alloyed steels, the total alloy amount generally consists of vanadium (V), while nanometer-sized precipitates formed by these alloying elements with carbon (C) and nitrogen (N) atoms; It provides high yield strength to steel. In addition, mechanical properties such as high corrosion resistance, ductility and toughness also increase the use of micro-alloyed steels. The specific development directions of micro-alloyed steels are steels with low pearlite and without pearlite. By significantly reducing the carbon content, properties such as formability, toughness and weldability are significantly increased. These features are generally desired in the production of high-strength and lightweight parts by shaping. Despite the low carbon content, the flow limit of these steels can only reach 500 Ni'mm2 with controlled rolling due to the grain thinning and hardening effects of the micro alloying elements aluminum (Al), niobium (Nb), titanium (Ti) and vanadium (V). In micro-alloyed steels, niobium (Nb), titanium (Ti), vanadium (V) and aluminum (Al), used as alloying elements, have significant direct effects on the mechanical properties of the material and form carbide, nitride or carbonitride. Carbides, nitrides and carbonitrides formed by microalloy elements remain undissolved in the austenite phase unless their dissolution temperatures are exceeded during hot forming processes. These hard, insoluble structures prevent austenite grain growth, allowing a small-grained steel structure to be obtained and increasing the toughness of the material. In the current technique, in order to obtain high strength, increasing the amount of carbon in the alloy or the grain refining feature of microalloy elements is used. High carbon steel alloy is subjected to heat treatment after hot forging and a secondary process is required to increase strength. On the other hand, in the known art, micro-alloyed steels cannot increase the strength of the forged material as much as heat-treated high carbon alloys. While the yield strength of the high carbon C45E standard steel alloy is 500 MPa and the tensile strength is 750-850 MPa, the yield strength of micro-alloyed steel is 560 MPa and the tensile strength is between 580-790 MPa. As mentioned, increasing the strength of high carbon steel (C45E) as a result of a costly application with secondary processing and the low yield strength of micro-alloyed steel reveal the need to develop a new steel alloy. A patent application numbered EP3505652A1 was found in the literature regarding the subject. The invention relates to a medium carbon, low alloy round steel with high hardenability for fasteners. The chemical composition of the steel subject to the invention consists of iron (Fe) and impurities in balance with 0.36~0.44% elements by weight. The patent application numbered CN104911486A of the steel subject to the invention is about unquenched and tempered steel for automobile fixing screws. In the invention, it is stated that carbon content is the main factor affecting the strength of unquenched and tempered steel. As the carbon content increases, the ferrite and pearlite in the steel become thinner and the increase in the amount of pearlite increases the strength of the steel. Therefore, the carbon content of unquenched and tempered steel is designed to be 0.35-0.45%, ensuring the percentage of pearlite is 70-80%. max. 05% aluminum (Al), max. It relates to a steel composition containing 0.03% nitrogen (N), vanadium and iron. As can be seen in the applications in question, there are many steel compositions in the known art. However, the need for microalloyed steel alloys with high strength and high yield strength is increasing day by day. As a result, due to the negativities and deficiencies mentioned above, the need for innovation in the relevant technical field has emerged. Purpose of the Invention The present invention relates to a new generation of micro-alloyed steel that meets the above-mentioned requirements, eliminates all disadvantages and brings some additional advantages. The aim of the invention is to produce high-strength, low-alloy steel developed for use in all areas that can be used in hot forging processes as a long product raw material. The aim of the invention is to activate the strength increasing mechanism by refining the grain and to provide an increase in strength along with toughness, by using only vanadium as a carbide builder, yielding strength after controlled forging is 690-700 Mpa. The purpose of the invention is to ensure that the grain thinning elements can reveal their effect, thanks to the primary 1500 seconds required for the forging temperature and the post-forging cooling environment, and the heat transfer coefficient is 40-60 W/mZK. The purpose of the invention is to implement the strength increase mechanism together with solid solution hardening and grain size reduction. One purpose of the invention is to improve the mechanical properties of steel by utilizing the nitride, carbide and carbonitride forming properties of vanadium with interstitial atoms such as carbon and nitrogen. An object of the invention is to provide an alloy composition that does not adversely affect weldability. One purpose of the invention is to ensure that the increase in strength is achieved with the ferrite and bainite phase structure. In order to fulfill the purposes described above, the invention is a high-strength, low-alloy micro-alloyed steel developed for use in all areas that can be used in hot forging processes as a long product raw material, and its feature is; Steel composition containing vanadium (V) by weight, phosphorus (P) by 0-0.005% by weight, sulfur (S) by 0-0.010% by weight and copper (Cu) by 0-0.1OO% by weight, and 3-5% ferrite phase To achieve the purposes of the invention, microalloyed steel has a yield equivalent carbon value of 690-700 MPa. In order to fulfill the purposes described above, the invention is to obtain the steel produced by micro alloying in billet form by continuous casting method. It is a micro-alloyed steel production method that includes the process steps of turning the produced billets into cylindrical semi-products in the round and long group by hot rolling, - precipitation formation by passing the long semi-products through controlled hot forging and cooling stages, and its feature is; It is under atmospheric conditions for a period of time with a heat transfer coefficient of 40-60 W/mzK. The structural and characteristic features and all the advantages of the invention will be more clearly understood thanks to the detailed explanation given below, and therefore the evaluation should be made taking this detailed explanation into consideration. Detailed Description of the Invention In this detailed explanation, the new generation micro-alloyed steel is explained only for a better understanding of the subject and in a way that does not create any limiting effect. The invention is a high-strength, low-alloy micro-alloyed steel developed for use in all areas that can be used in hot forging processes as a long product raw material, and its feature is; 0.42-0.480 wt% carbon (C), max. steel composition containing iron (Fe) and impurities in balance with the elements and containing 3-5% ferrite phase, 50-55% pearlite phase, 40-45% bainite phase. Formulation of the microalloyed steel composition subject to the invention; Content Usable Amount by Weight (%) N maximum 0.007 Mn 1.550 - 1.700 In order to obtain the micro-alloyed steel subject to the invention, the alloying elements are first determined. The amount and diversity of alloying elements in the steel composition are important parameters in improving mechanical properties. In order to ensure the emergence of different strength increasing mechanisms together, interstitial atoms such as carbon (C), nitrogen (N) and the nitride, carbide and carbonitride-forming properties of vanadium (V) are used. On the other hand, the feature of TTT (isothermal transformation diagram) and CCT (continuous cooling transformation diagram) diagrams changing according to the alloy element is taken advantage of and a fine-grained structure is obtained with the solid solution hardening mechanism. In the developed alloy structure, the bainite phase is revealed along with the ferrite phase. Secondly, the hot forging methodology is created. Temperature and deformation rates in the hot forging process are rearranged according to the original alloy. Finally, apply the cooling process. The cooling regime for the target microstructure (ferrite and bainite) is determined according to the TTT (isothermal transformation diagram) and CCT (continuous cooling transformation diagram) diagrams. Cooling is provided in a way that the ferrite and bainite phase ratios can be changed with the controlled two-stage functional cooling method based on TTT and CCT. In the iron-carbon phase diagram, martensite and bainite transformation has an important place in the hardening mechanism of the alloy. However, due to the process conditions in industrial steel production, cooling rates are quite high compared to equilibrium conditions. The iron-carbon phase diagram used to determine phase transformations as the cooling rate increases is not used. The most important reason for this is that the diagram in question was created under very slow cooling conditions. For this reason, diagrams called TTT, which show the change of phase transformation depending on temperature and time, are used at high cooling rates. In rapidly cooled steels, when the austenite will begin to transform, how long the transformation will take to complete, and what products will be formed as a result are determined with the help of isothermal transformation diagrams. Therefore, TTT diagrams are preferred in determining the phase transformations that will occur in the alloy under undercooling conditions as a function of temperature and time. It is necessary to change the transformation curve in order to see the effects of time and temperature separately in the transformation reaction. Curves showing this situation are called continuous cooling transformation curves (CCT). CCT diagrams can be used for all heat processes involving continuous cooling. The main purpose of CCT diagrams is to know in advance which structural elements will be obtained and which hardness will be obtained by using the cooling curve. These diagrams enable the determination of the phase or phases contained in the final microstructures to be obtained after both isothermal heat treatments where the temperature is kept constant and the transformation in continuous cooling. Vanadium is used as the sole carbide builder in the micro-alloyed steel composition subject to the invention. With this use, the mechanism of increasing strength by refining the grain is activated, and an increase in strength along with toughness is achieved. This is necessary for the forging temperature and post-forging cooling environment for the grain-thinning elements to exert their effect. The micro-alloyed steel production method of the invention; - The steel composition produced by micro alloying is obtained in billet form by continuous casting method using electric arc furnace, ladle furnace, vacuum furnace and tundish dip-closed ceramic tube, respectively. - The produced billets are turned into cylindrical, long semi-finished products in the round long group by hot rolling. , - The mentioned semi-product is passed through controlled hot forging and cooling stages, o The steel alloy is produced at the desired mechanical values with the resulting precipitate hardening mechanism. The hot forging temperature used in the production method of the invention is 1200 °C, and is carried out in post-forging conditions. Convection is a type of heat transfer between a solid surface and an adjacent, moving fluid (liquid or gas). The faster the fluid movement, the greater the heat transfer by convection. If bulk or mass fluid movement is eliminated, heat transfer between the solid surface and the adjacent fluid occurs only by random movement of molecules, that is, conduction. It is defined as the amount of heat transported. This coefficient varies depending on various factors. Some of these elements are; It is the material and roughness of the surface in contact with the fluid, flow type, flow rate, hydraulic diameter, viscosity and density of the fluid. In addition, the heat convection coefficient has different values depending on the type of heat convection. There are two types of heat transfer. First; It is forced heat transfer in which the fluid moves due to the pressure applied to the system. Secondly; The natural heat of the fluid when it moves due to the density difference in the system is convection. The lower the conduction coefficient, the higher the thermal insulation resistance of the systems. Knowing the thermal properties of materials is very important in achieving optimum performance where the material is used. Many measurement techniques developed for this purpose have been used for many years. With existing techniques, the thermal properties of materials (thermal conductivity coefficient, specific heat, thermal permeability) can be measured. Especially recently, there are complexities in the internal structure of the materials developed at micro and macro levels, and under this condition, accurate measurement becomes difficult. Effective use of this energy is possible with thermal insulation. The selection of thermal insulation material or the manufacture of a new material is very important in this regard. In order to make calculations after manufacturing a new material or selecting a material, the heat conduction coefficient of that material must be known. Accurate calculation of the heat conduction coefficient is of great importance in engineering problems. It is inevitable that experimental and theoretical errors will occur in the calculation of the heat conduction coefficient, as well as loss of time and cost. The heat conduction coefficient is towards the side where the temperature decreases. The following unitless characteristic values are used in the calculation of the heat transfer coefficient: Reynolds number; Péclet number; Grashof number; r' -i :t (3: .__ Nusselt number; Nu : : Nu : Hite. Pr. Gr) In these; v: The speed of the fluid, and the pipe diameter in pipes. p: Density, cp: Specific heat at constant pressure, A: Heat conduction coefficient g: Gravitational acceleration, y: Volumetric expansion coefficient, t: Temperature difference a: Temperature diffusion coefficient, (a=)\/p. op) To calculate the amount of heat transferred per unit time by convection, Newton's cooling law (Q) is used and the formula used in its calculation is given below. In Table-1, typical values of the convection heat transfer coefficient are given. Table-1: Typical values of convection heat transfer coefficient. Convection type H, W/mz. °C* Natural transport of gases 2-25 Natural transport of liquids 10-1000 Forced transport of gases 25-250 Forced transport of liquids 50-20000 The alloy composition of the invention and the controlled cooling applied to this composition o Solid solution hardening and grain size reduction together with the strength increase mechanism implementation is ensured. o Strength increase is achieved by ferrite and bainite phase structure. 0 The alloy composition used does not have a negative effect on weldability. With the steel composition and production method of the invention, 3-5% ferrite phase, 50-55% pearlite phase and mechanical properties of the micro-alloyed steel of the invention; 0 Tensile strength is 940-950 MPa, o Hardness is 290-298 HV, - Equivalent carbon value is 0.600-0.700 Ceq. In the preferred embodiment of the invention, the long product mentioned includes all hot-rolled, square, round and flat shaped steel products. The equivalent carbon value of the micro-alloyed steel subject to the invention is 0.600-0.700 Ceq. Carbon equivalent is a measure that defines weldability, and the calculation is made with the amounts of alloying elements in the steel. The values of the specified alloys are equivalent to the existing steel to be replaced and they provide an advantage in terms of creating higher strength. The formula used to calculate Ceq within the scope of the invention is given below. International Welding Institute (IIW): Ce (IIW)=C+Mnl6+(Cr+lVI0+V)l5+(Ni+Cu)l15 TR TR TR TR

Claims (11)

ISTEMLER 1. Bulus, uzun ürün hammaddesi olarak sicak dövme proseslerinde kullanilabilecek nitelikte1. The invention can be used in hot forging processes as a long product raw material. tüm alanlarda kullanilmak üzere gelistirilen, yüksek mukavemetli, düsük alasimli mikroHigh-strength, low-alloy micro-plate, developed for use in all areas. alasimli çelik olup, özelligi; agirlikça %0,42-0,480 oraninda karbon (C), agirlikça maks.It is alloy steel and its feature is; 0.42-0.480 wt% carbon (C), max. 2. istem 1”e uygun mikro alasimli çelik olup, özelligi; 690-700 MPa akma mukavemetine2. It is a micro-alloyed steel in accordance with claim 1, and its feature is; 690-700 MPa yield strength sahip olmasidir.is to have. 3. istem 1'e uygun mikro alasimli çelik olup, özelligi; 940-950 MPa çekme mukavemetine3. It is a micro-alloyed steel according to claim 1, and its feature is; 940-950 MPa tensile strength sahip olmasidir.is to have. 4. istem 1Je uygun mikro alasimli çelik olup özelligi; 290-298 HV sertlige sahip olmasidir.4. It is a micro-alloyed steel in accordance with claim 1, and its feature is; It has a hardness of 290-298 HV. degerine sahip olmasidir.is that it has value. 6. Bulus,6. Invention, o mikro alasimlama ile üretilen çeligin sürekli döküm yöntemi ile kütük formunda eldeo Steel produced by micro alloying is obtained in billet form by continuous casting method. edilmesi,to be, i üretilen kütüklerin sicak haddeleme ile yuvarlak uzun grubunda silindirik yari mamulcylindrical semi-finished product in round long group of billets produced by hot rolling haline getirilmesi,to become, 0 uzun yari mamüllerin kontrollü sicak dövme ve sogutma asamalarindan geçirilmesiyle0 by passing long semi-finished products through controlled hot forging and cooling stages çökelti olusmasi,precipitation formation, islem adimlarini içeren mikro alasimli çelik üretim yöntemi olup, özelligi;It is a micro-alloyed steel production method that includes processing steps, and its feature is; - bahsedilen dövme sicakliginin 1200 °C'de, dövme sonrasi birincil sogutmanin 100-- the said forging temperature is 1200 °C, primary cooling after forging is 100- saniye süreyle isi tasinim katsayisi 40-60 W/mzK olacak sekilde atmosferatmosphere with a heat transfer coefficient of 40-60 W/mzK for seconds. kosullarinda olmasidir.is to be in the conditions. 7. istem B'ya uygun mikro alasimli çelik üretim yöntemi olup, özelligi; agirlikça %0,42-0,4807. It is a micro-alloyed steel production method in accordance with claim B, and its feature is; 0.42-0.480% by weight fazi, %40-45 beynit fazi içermesidir.phase is that it contains 40-45% bainite phase. 8. istem 6-7' den herhangi birine uygun mikro alasimli çelik üretim yöntemi olup, özelligi;8. It is a micro-alloyed steel production method according to any one of claims 6-7, and its feature is; 690-700 MPa akma mukavemetine sahip olmasidir.It has a yield strength of 690-700 MPa. 9. istem 6-7' den herhangi birine uygun mikro alasimli çelik üretim yöntemi olup, özelligi;9. It is a micro-alloyed steel production method according to any one of claims 6-7, and its feature is; 940-950 MPa çekme mukavemetine sahip olmasidir.It has a tensile strength of 940-950 MPa. 10. istem 6-7' den herhangi birine uygun mikro alasimli çelik üretim yöntemi olup, özelligi;10. It is a micro-alloyed steel production method according to any one of claims 6-7, and its feature is; 290-298 HV sertlige sahip olmasidir.It has a hardness of 290-298 HV. 11. istem 6-7' den herhangi birine uygun mikro alasimli çelik üretim yöntemi olup, özelligi;11. It is a micro-alloyed steel production method according to any one of claims 6-7, and its feature is; 0,600-O,700 Ceq esdeger karbon degerine sahip olmasidir.It has a carbon equivalent value of 0.600-0.700 Ceq.
TR2021/012361 2021-08-04 2021-08-04 New generation micro alloy steel TR2021012361A2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/TR2022/050804 WO2023014331A2 (en) 2021-08-04 2022-08-01 Next-generation micro-alloyed steel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TR2021012361A2 true TR2021012361A2 (en) 2023-02-21

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Grajcar et al. Third generation of AHSS with increased fraction of retained austenite for the automotive industry
US10597760B2 (en) High-strength steel material for oil well and oil well pipes
CA3042120C (en) Medium-manganese steel product for low-temperature use and method for the production thereof
CN103459635A (en) Abrasion-resistant steel sheet exhibiting excellent resistance to stress corrosion cracking, and method for producing same
EP2180076B1 (en) Wear-resistant steel sheet having excellent wear resistant at high temperature and processability upon bending, and method for production thereof
MX2008012238A (en) Oil well pipe for expansion in well and two-phase stainless steel for use as oil well pipe for expansion.
TR201921223A2 (en) Composition of micro-alloyed steel with improved mechanical properties
JP6217671B2 (en) Thick steel plate with excellent wear resistance in high temperature environments
AU2021278605B2 (en) Abrasion-resistant steel plate and method of producing abrasion-resistant steel plate
EP3209806A1 (en) An ultra-high strength thermo-mechanically processed steel
TWI742812B (en) Wear-resistant steel plate and manufacturing method thereof
RU2352647C1 (en) Oil country tubular goods of heavy-duty
US11761051B2 (en) High tensile and high toughness steels
TR2021012361A2 (en) New generation micro alloy steel
Opiela Effect of boron microaddition on hardenability of new-developed HSLA-type steels
TR2021012359A2 (en) A new micro alloy steel
TR2021012362A2 (en) High strength micro alloy steel
TR2021017195A2 (en) High-strength, low-alloy steel composition and corresponding production method
TR2021018772A2 (en) High-strength micro-alloy steel and related production method
WO2023014331A2 (en) Next-generation micro-alloyed steel
WO2023014332A1 (en) High-strength micro-alloyed steel
WO2023014330A1 (en) New micro-alloy steel
WO2023101641A1 (en) High-strength micro-alloyed steel and related production method
WO2023101642A2 (en) High-strength, low-alloy steel composition and related production method
RU2652281C1 (en) Method of production of hot-rolled sheets from high-strength steel