Peritektik çelik kaliteleri (carbon equivalent: %0.07–%0.18), sürekli döküm prosesinde boyuna yüzey çatlakları (longitudinal surface cracking, LSC) oluşturma açısından oldukça duyarlı bir kalite grubudur. Bu kusurun oluşumu; katılaşma sırasında meydana gelen peritektik reaksiyon (L + δ → γ), slab yüzeyinde hacimsel daralma, gerilim yoğunlaşması, inklüzyon birikimi ve termal gradyentin etkileşimiyle tetiklenmektedir. Yapılan SEM-EDS analizi bulguları, çatlak bölgesinde büyük boyutlu Al₂O₃ inklüzyonları (183 μm), döküm tozu kökenli karmaşık oksitler (Si-Ca-Al-O) ve kalsiyum alüminat yapılarının konsantre olduğunu göstermektedir.
Kusur oluşumunu etkileyen ana metalürjik parametreler: (1) kükürt (S) ve karbon (C) içeriği, (2) Mn/S oranı, (3) Niobium ve Titanium çökelme sıcaklığı aralığında (700–900 °C) slab mekanik dayanıklılığı, (4) döküm tozunun kimyasal bileşimi ve mineralojik yapısı, (5) sürekli döküm esnasında mold ve secondary cooling water uygulaması.
Bu rapor, boyuna çatlak kusurlarını azaltmak üzere üç temel stratejinin tanımlanmasını sunmaktadır: (1) kimyasal bileşim optimizasyonu—Mn/S oranı iyileştirmesi ve S içeriği minimize edilmesi, (2) sürekli döküm soğutma parametreleri—mold water ve secondary cooling intensity ayarlanması, (3) döküm tozu tasarımı—yüksek baziklik (CaO/SiO₂) ve düşük viskozite (1300 °C'de ≤ 0.09 Pa·s) kombinasyonu.
- Giriş
Sürekli döküm prosesi, entegre çelik üretim tesislerinde slab, bloom ve kütük üretiminin en yaygın yöntemi olarak dünya çelik üretiminin %95'ini temsil etmektedir. Peritektik çelikler, karbon içeriği %0.08–%0.16 aralığında olan özel bir çelik grubudur. Bu kusurun varlığı, haddeleme öncesi yüzey temizleme işlemlerini zorunlu kılmakta ve kalite kaybı ile müşteri şikayetlerinin artmasına neden olmaktadır.
- Peritektik Çeliklerin Metalurjik Tanımlaması
2.1. Peritektik Reaksiyon ve Fe-C Diyagramı
Demir-Karbon (Fe-C) denge diyagramında, peritektik reaksiyon 0.16 % C ve 1494 °C sıcaklıkta meydana gelmektedir. Peritektik reaksiyon matematiksel olarak L + δ → γ olarak ifade edilir. Peritektik aralık (peritecti range) katılaşma sırasında daha geniş bir aralıkta etkili olmaktadır. Kontinyu döküm prosesinde, çeliğin katılaşma kabiliyetini etkileyen taraflar arasında sıvı-katı ara yüzey bölgesinde gelişen mikro yapı, katılaşma hızı ve slab merkez bölgesinde mushy zone genişliği bulunmaktadır.
2.2. Peritektik Aralığı ve Döküm Tozları
Peritektik çeliklerde kullanılan döküm tozları yüksek bazik karakterde (CaO/SiO₂ > 1.2) tasarlanmaktadır. Yüksek baziklik, kristalleşmiş döküm tozu tabakasının ısıl direnci artırarak slab kabuğunun homojen kalınlığında büyümesini teşvik etmektedir.
- Boyuna Yüzey Çatlak Kusurunun Karakterizasyonu
3.1. Kusur Morpholojisi
Slab yüzeyinde gözlenen boyuna çatlaklar, karakteristik olarak SEN (Slab Entry Nozzle) yakınında, slab merkez alanında yoğunlaşmaktadır. Çatlak derinliği 3–15 mm, yüzey açılma genişliği 1.5–2.5 mm, çatlak yönü slab yüzeyine dik ve rolling direction'a paraleldir.
3.2. Metalografik Yapı İncelemesi
Çatlak bölgesinin 400X büyütmede metallografik incelemesi, çatlağa yaklaştıkça tane boyutunun küçüldüğünü göstermektedir. Çatlaktan 5–8 mm uzaklaştıkça tane boyutu normal bölgeye yaklaşmakta ve yeniden kabuk oluşumu fenomeni gözlenmektedir.
3.3. SEM-EDS Inklüzyon Analizi
Çatlak bölgesinin Taramalı Elektron Mikroskopu (SEM) analizi, inklüzyon katılımının çatlak oluşumundaki merkezi rolünü göstermektedir. Çatlak dibinde büyük boyutlu Al₂O₃ (183 μm) ve döküm tozu kökenli kompleks oksitler tespit edilmiştir.
İnklüzyon Tipi Lokalizasyon Maks. Boyut (μm) EDS Composisyon
Döküm Tozu Oksiti Çatlak ortası 15.3 O, Si, Ca, K, Na, Al
Al₂O₃ Granüler Çatlak 19.0 Al, O
Al₂O₃ Büyük Çatlak 183.0 Al (~45%), O (~55%)
- Çatlak Oluşum Mekanizması
Slab katılaşması sırasında peritektik reaksiyon (L + δ → γ) meydana geldiğinde, slab hacminde yaklaşık %0.38 oranında daralma gözlenmektedir. Bu daralma, kristal yapı farklılığından kaynaklanmaktadır (BCC den FCC'ye).
- Kimyasal Bileşim Etkisi
Kükürt (S), peritektik çeliklerdeki boyuna çatlak oluşumunun EN ÖNEMLİ metalürjik parametresidir. S içeriğinin arttığı durumlarda çatlak oluşum olasılığı üstel olarak artmaktadır. Mn/S oranı iyileştirmesi, Mn sulfidin boyutunu kontrol etmekte ve çatlak hassasiyeti azalmaktadır.
- Niobium ve Titanium Çökelme
C-Mn-Nb-Al sistemi çeliklerinde, Niobium ve Titanium, 700–900 °C sıcaklık aralığında karbonitrid (CN) olarak çökmektedir. Bu çökelme, tip IIb gevrekliğini tetiklemektedir.
- Döküm Tozunun Metalürjik Rolü
Döküm tozunun yüksek bazikliliği (R > 1.4), kristalleşmiş döküm tozu tabakasının ısıl direnci artırarak slab kabuğunun homojen büyümesini sağlamaktadır.
- Çatlak Kusuru Önleme Stratejileri
8.1. Kimyasal Bileşim Optimizasyonu
• S içeriği: < 60 ppm, Mn/S oranı: > 35
• LF ve VD işlemlerinde çıktı kalitesi kritik
8.2. Sürekli Döküm Soğutma
• Mold outlet: 1260–1280 °C
• Secondary cooling (700–900 °C): intensity azaltılması
• Casting speed: 1.0–1.1 m/min
8.3. Döküm Tozunun Optimizasyonu
• Baziklik (R): 1.40–1.50
• Viskozite (1300 °C): 0.09–0.11 Pa·s
• Mineralojik yapı: Semi-crystalline, XRD kontrolü
- Sonuçlar
Peritektik çeliklerde boyuna çatlak kusurunun minimize edilmesi, kimyasal bileşim optimizasyonu, soğutma parametreleri ayarlanması ve döküm tozu tasarımının entegre uygulanmasını gerektirir. Bu stratejilerin birleştirilmesi, çatlak kusurunu %30–50 oranında azaltabilmektedir.
