[go: up one dir, main page]

TR2021012361A2 - New generation micro alloy steel - Google Patents

New generation micro alloy steel Download PDF

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
steel
Prior art date
Application number
TR2021/012361
Other languages
Turkish (tr)
Inventor
Eyc N Fulya
T S Msaro Lu Fer
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 TR TR TR TR DESCRIPTION New-generation microalloyed steel Technical Field The invention relates to high-strength, low-alloy steel (S) developed for use in all areas suitable for hot forging processes as a long product raw material, and microalloyed steel containing a steel composition of 0-0.100% copper (Cu) by weight, 3-5% ferrite phase, 50-55% pearlite phase, and 40-45% bainite phase. State of the Art Steels constitute the most important group of engineering materials. Continuous advances are being made in the processing and physical metallurgy of steels to meet all kinds of demands and changes. The development of microalloyed steels in recent years is considered one of the most significant metallurgical achievements. This development can be said to be the result of a clear understanding of the 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. Microalloyed steels are successfully replacing mild steels as primary structural materials. In high-strength, low-alloyed, microalloyed steels, the total alloying element is generally vanadium (V). The nanometer-sized precipitates formed by these alloying elements with carbon (C) and nitrogen (N) atoms provide the steel with high yield strength. Furthermore, mechanical properties such as high corrosion resistance, ductility, and toughness are also driving the increasing use of microalloyed steels. Specific developments in microalloyed steels are characterized by low-pearlite and non-pearlite steels. By significantly reducing the carbon content, properties such as formability, toughness, and weldability are significantly improved. These properties are generally desired in the production of high-strength, lightweight parts through shaping. Despite the low carbon content, the grain-refining and hardening effects of the microalloying elements aluminum (Al), niobium (Nb), titanium (Ti), and vanadium (V) in these steels can only reach yield strength of 500 Ni mm2 through controlled rolling. In microalloyed steels, the alloying elements niobium (Nb), titanium (Ti), vanadium (V), and aluminum (Al) have a direct and significant impact on the material's mechanical properties, forming carbides, nitrides, or carbonitrides. Carbides, nitrides, and carbonitrides formed by microalloying elements remain undissolved within the austenite phase during hot forming processes unless their dissolution temperatures are exceeded. These insoluble, hard structures inhibit austenite grain growth, resulting in a fine-grained steel structure and increased toughness. Current techniques utilize the grain refinement properties of microalloying elements or increase the carbon content of the alloy to achieve high strength. High-carbon steel alloys are heat treated after hot forging, requiring a secondary process to increase strength. Furthermore, under conventional techniques, microalloyed steels do not increase the strength of the forged material to the same extent as heat-treated high-carbon alloys. The high-carbon C45E standard steel alloy has a yield strength of 500 MPa and a tensile strength of 750-850 MPa, while micro-alloyed steel has a yield strength of 560 MPa and a tensile strength of 580-790 MPa. As mentioned, the costly secondary processing required to increase the strength of high-carbon steel (C45E) and the low yield strength of micro-alloyed steel highlight the need to develop a new steel alloy. A related patent application, EP3505652A1, has been found in the literature. The invention relates to a medium-carbon, low-alloy round steel with high hardenability for fasteners. The chemical composition of the steel in question consists of iron (Fe) and impurities, with elements in balance between 0.36 and 0.44% by weight. Patent application CN104911486A relates to unquenched and tempered steel for automotive fastening screws. The invention states that carbon content is the primary factor affecting the strength of unquenched and tempered steel. As the carbon content increases, the ferrite and pearlite in the steel become thinner, and an increase in the amount of pearlite increases the steel's strength. Therefore, the carbon content of the unquenched and tempered steel is designed to be 0.35-0.45%, resulting in a pearlite percentage of 70-80%. The steel composition relates to a steel containing up to 0.05% aluminum (Al), up to 0.03% nitrogen (N), vanadium, and iron. As seen in the applications in question, many steel compositions exist in the prior art. However, the need for microalloyed steel alloys with high strength and high yield strength is increasing daily. Consequently, due to the aforementioned drawbacks and deficiencies, the need for innovation in the relevant technical field has emerged. Purpose of the Invention The present invention relates to a new generation of microalloyed steel that meets the aforementioned requirements, eliminates all disadvantages, and offers several additional advantages. The purpose of the invention is to provide a high-strength, low-alloy steel developed for use in all areas, including hot forging processes as a raw material for long products. The purpose of the invention is to activate the grain refinement strength mechanism and provide increased strength along with toughness by using vanadium as the sole carbide former. The purpose of the invention is to enable the grain refinement elements to exert their effects by providing a heat transfer coefficient of 40-60 W/mZK, with a primary forging temperature of 1500 seconds and a post-forging cooling environment. The purpose of the invention is to implement the strength increase mechanism through solid solution hardening and grain size reduction. One purpose of the invention is to improve the mechanical properties of steel by utilizing interstitial atoms such as carbon and nitrogen and vanadium's nitride, carbide, and carbonitride-forming properties. One aim of the invention is to provide an alloy composition that does not adversely affect weldability. One aim of the invention is to provide the strength increase by means of the ferrite and bainite phase structure. In order to achieve the above-described objectives, the invention is a high strength, low alloy micro alloyed steel that can be used in hot forging processes as a long product raw material and has been developed for use in all areas and its feature is; a steel composition containing vanadium (V) by weight, phosphorus (P) at 0-0.005% by weight, sulfur (S) at 0-0.010% by weight and copper (Cu) at 0-0.100% by weight and 3-5% ferrite phase. In order to achieve the objectives of the invention, the micro alloyed steel has a yield equivalence carbon value of 690-700 MPa. In order to achieve the above-mentioned objectives, the invention is a microalloyed steel production method that includes the following process steps: obtaining steel produced by microalloying in billet form by continuous casting; converting the produced billets into cylindrical semi-finished products in the round long group by hot rolling; forming precipitates by passing the long semi-finished products through controlled hot forging and cooling stages; and its feature is that it is produced under atmospheric conditions for a heat transfer coefficient of 40-60 W/mzK. The structural and characteristic features of the invention and all its advantages will be more clearly understood by the detailed explanation given below, and therefore, its evaluation should be made by taking this detailed explanation into consideration. Detailed Description of the Invention In this detailed description, 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 effects. The invention is a high strength, low alloy micro alloyed steel that has been developed to be used in all areas where it can be used in hot forging processes as a long product raw material and its feature is that it contains a steel composition containing 0.42-0.480% carbon (C) by weight, iron (Fe) and impurities in balance with max. elements by weight and 3-5% ferrite phase, 50-55% pearlite phase, 40-45% bainite phase. The formulation of the micro alloyed steel composition subject to the invention is; Content Usable Amount by Weight (%) N Maximum 0.007 Mn 1.550 - 1.700 To obtain the microalloyed steel of the invention, the alloying elements are first determined. The amount and variety of alloying elements in the steel composition are important parameters in improving mechanical properties. To ensure the combined emergence of different strength-enhancing mechanisms, interstitial atoms such as carbon (C), nitrogen (N), and the nitride, carbide, and carbonitride-forming properties of vanadium (V) are utilized. Furthermore, the variation of TTT (isothermal transformation diagram) and CCT (continuous cooling transformation diagram) diagrams depending on the alloying element is utilized to obtain a fine-grained structure through the solid-solution hardening mechanism. The developed alloy structure is characterised by the emergence of both the ferrite and bainite phases. Secondly, a hot forging methodology is developed. The temperature and deformation rates during the hot forging process are adjusted according to the original alloy. Finally, the cooling process is implemented. The cooling regime for the target microstructure (ferrite and bainite) is determined based on the TTT (isothermal transformation diagram) and CCT (continuous cooling transformation diagram) diagrams. The controlled two-stage functional cooling method based on TTT and CCT provides cooling that allows for varying the ferrite and bainite phase ratios. Martensite and bainite transformation in the iron-carbon phase diagram play a significant role in the hardening mechanism of the alloy. However, in industrial steel production, due to process conditions, cooling rates are considerably higher than equilibrium conditions. As cooling rates increase, the iron-carbon phase diagram, which is used to determine phase transformations, is no longer used. The most important reason for this is that this diagram is created under very slow cooling conditions. Therefore, at high cooling rates, TTT diagrams, which show the phase transformation as a function of temperature and time, are used. In rapidly cooled steels, isothermal transformation diagrams are used to determine when austenite will begin to transform, how long it will take for the transformation to be completed, and what products will ultimately form. Therefore, TTT diagrams are preferred for determining phase transformations that will occur within alloys under overcooling conditions as a function of temperature and time. To visualize the effects of time and temperature on the transformation reaction separately, it is necessary to modify the transformation curve. Curves illustrating this are called continuous cooling transformation curves (CCT). CCT diagrams can be used for all heat treatments involving continuous cooling. The main purpose of CCT diagrams is to predict which structural elements will be formed and which hardnesses can be achieved by utilizing the cooling curve. These diagrams allow for the determination of the phase or phases contained in the final microstructures obtained after the transformation in both isothermal heat treatments where the temperature is held constant and continuous cooling. Vanadium is used as the sole carbide former in the microalloyed steel composition of the present invention. This use activates the strength-enhancing mechanism by grain refinement, resulting in increased strength and toughness. In order for these grain refining elements to reveal their effect, forging temperature and post-forging cooling environment are necessary. The production method of the microalloyed steel which is the subject of the invention; - The steel composition produced by microalloying is obtained in billet form by the continuous casting method using electric arc furnace, crucible 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 said semi-finished product is subjected to controlled hot forging and cooling stages, o The steel alloy with the desired mechanical values with the formed precipitation hardening mechanism The hot forging temperature used in the production method which is the subject of the invention is 1200 ° C and is carried out under post-forging conditions. Convection is a type of heat transfer between a solid surface and an adjacent fluid (liquid or gas) in motion. The faster the fluid motion, the greater the heat transfer by convection. If bulk or bulk fluid motion is eliminated, heat transfer between the solid surface and the adjacent fluid occurs solely by the random motion of molecules, that is, conduction. The amount of heat transferred is defined as . This coefficient varies depending on various factors, including the material and roughness of the surface the fluid contacts, the flow pattern, the flow rate, the hydraulic diameter, the fluid's viscosity, and its density. Furthermore, the heat transfer coefficient varies depending on the type of heat transfer. There are two types of heat transfer. The first is forced heat transfer, where the fluid moves due to the pressure applied to the system. The second is natural heat transfer, where the fluid moves due to density differences within the system. The lower the conductivity, the higher the thermal insulation resistance of the system. Knowing the thermal properties of materials is crucial for achieving optimum performance in the application area. Many measurement techniques have been developed for this purpose for many years. Existing techniques allow for the measurement of the thermal properties of materials (thermal conductivity coefficient, specific heat, thermal transmittance). Recently developed materials, in particular, have complex internal structures at the micro and macro levels, making accurate measurements difficult under these conditions. The efficient use of this energy is achieved through thermal insulation. The selection of thermal insulation material or the manufacture of a new material is quite important in this regard. In order to make subsequent calculations after the manufacture or selection of a new material, it is necessary to know the thermal conductivity of that material. Accurately calculating the thermal conductivity is of great importance in engineering problems. In calculating the thermal conductivity, not only experimental and theoretical errors but also lost time and money are inevitable. The thermal conductivity coefficient tends to decrease in the direction of temperature. The following dimensionless characteristic identification values are used in the calculation of the heat convection coefficient: Reynolds number; Péclet number; Grashof number; r' -i : t (3: .__ Nusselt number; Nu : : Nu : Hite. Pr. Gr) In these; v: Fluid speed, and in pipes, pipe diameter. p: Density, cp: Specific heat at constant pressure, A: Heat transfer coefficient g: Gravitational acceleration, y: Volumetric expansion coefficient, t: Temperature difference a: Temperature diffusion coefficient, (a=)\/p. op) In order to calculate the amount of heat transferred per unit time by convection, Newton's law of cooling (Q) is used and the formula used in the calculation is given below. Table-1 gives typical values of the convection heat transfer coefficient. Table-1: Typical values of the convection heat transfer coefficient Convection type H, W/mz. °C* Natural convection of gases 2-25 Natural convection of liquids 10-1000 Forced convection of gases 25-250 Forced convection of liquids 50-20000 The alloy composition of the present invention and the controlled cooling applied to this composition o The combined application of solid solution hardening and grain size reduction and strength increase mechanism is provided. o The strength increase is obtained with the ferrite and bainite phase structure. 0 The alloy composition used does not have a negative effect on weldability. The steel composition and production method of the present invention with 3-5% ferrite phase, 50-55% pearlite phase and the mechanical properties of the microalloyed steel of the present 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 steel products in the form of square, round, and flat bars. The equivalent carbon value of the microalloyed steel subject to the invention is 0.600-0.700 Ceq. Carbon equivalent is a measure that defines weldability, and the calculation is made using the amounts of alloying elements in the steel. The values of the specified alloys are equivalent to the existing steel to be replaced, providing the advantage 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 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
CN103805869B (en) A kind of high-strength hot-rolled Q & P steel and manufacture method thereof
AU2014294080B2 (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
JP2017095802A (en) Hot work tool steel having excellent toughness and thermal conductivity
CN103805851B (en) A kind of superstrength low cost hot rolling Q & P steel and production method thereof
CN104911475B (en) Preparation method for low-carbon medium-manganese high-toughness super-thick steel plate
CN105671458A (en) Non-quenched and tempered medium carbon steel wire having excellent surface hardening thermal treatment performance and manufacturing method thereof
TR201921223A2 (en) Composition of micro-alloyed steel with improved mechanical properties
WO2016063224A1 (en) An ultra-high strength thermo-mechanically processed steel
Yu et al. Tailoring variant pairing to enhance impact toughness in high-strength low-alloy steels via trace carbon addition
CN102766818B (en) Martensite steel based on dynamic carbon partitioning principle
CN104131227B (en) A kind of Mayari steel pipe and manufacture method
RU2352647C1 (en) Oil country tubular goods of heavy-duty
US11761051B2 (en) High tensile and high toughness steels
RU2719212C1 (en) High-strength corrosion-resistant seamless pipe from oil-field range and method of its production
CN106929756A (en) Bearing steel and preparation method thereof
TR2021012361A2 (en) New generation micro alloy steel
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
WO2023014331A2 (en) Next-generation micro-alloyed steel
TR2021018772A2 (en) High-strength micro-alloy steel and related production method
WO2023014332A1 (en) High-strength micro-alloyed steel
RU2760140C1 (en) Method for producing low-carbon martensitic steel