Emaye kaplamaya uygun saclarda üretim proses parametrelerinin şekillendirme performansı ve hidrojen geçirgenlik direnci üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of effective process parameters on forming performance and hydrogen permeability resistance of enameling steel
Yazar: RAMAZAN UZUN
Danışman: PROF. DR. ADEM BAKKALOĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Demir çelik endüstrisi = Iron steel industry ; Düşük karbonlu çelik = Low carbon steel ; Geçirgenlik = Permeability ; Hidrojen difüzyonu = Hydrogen diffusion ; Metal şekillendirme = Metal forming ; Pul = Stamp ; Üretim parametreleri = Production parameters

Özet:
Bu tezin amacı, çelik üretim proses parametrelerinin emaye çeliklerinin şekillendirme özellikleri ve hidrojen geçirgenlik direnci üzerindeki etkilerini araştırmaktır. Emaye kaplama uygulamalarına uygun düşük karbonlu çeliklere emaye çelikleri denir. Emaye çelikleri beyaz eşya sektörü başta olmak üzere çeşitli sektörlerde kullanılmaktadır. Emaye kaplama işleminde, çelik yüzeye emaye hammaddesi frit çeşitli yöntemlerle malzeme yüzeylerine uygulanır ve ardından yüksek sıcaklıklarda pişirme işleminden geçirilir. Pişirme işleminden sonra geçen sürede kaplama yüzeylerinde bazı kusurlar görülebilir. Balık pulu kusuru, emaye kaplama işlemi sonrasında görülen en yaygın ve zararlı yüzey kusurudur. Kusur, pişirme işleminden sonra soğuma sürecinde emaye ve çelik arayüzeyine hidrojen difüzyonu nedeniyle oluşur. Çelik ve kaplama arayüzünde biriken hidrojen gazı lokal olarak yüksek basınç oluşturur ve kaplamanın yüzeyden atmasına sebep olur. 
Çeliğin hidrojen geçirgenlik direnci artırılarak kusur oluşumu önlenebilir. Hidrojen geçirgenlik direnci, kimyasal analiz, sıcak ve soğuk haddeleme parametrelerinin yanı sıra ısıl işlem parametreleri ile kontrol edilir. Bu parametreler aynı zamanda çeliklerin şekillendirme performansını da etkiler. Bu nedenle, emaye çeliklerinde hem hidrojen geçirgenlik direncini hem de şekillendirme performans gereksinimlerini karşılamak için çelik üretim proses parametrelerinin optimize edilmesi gerekir.
Bu tez çalışmasında, üretim parametrelerinin emaye çeliklerin şekillendirme performansı ve hidrojen geçirgenlik direnci üzerindeki etkilerini incelemek için hem laboratuvar hem de endüstriyel ölçekte çalışmalar yapılmıştır. Tavlama parametreleri, çelik kimyasal analizine bağlı olarak termodinamik denge koşulları analiz edilerek belirlendi. Tez kapsamında gerçekleştirilen deneysel simülasyon çalışmaları, soğuk haddeleme miktarının artması, tavlama sıcaklığının düşmesi ve şekillendirme gerinim oranının artmasıyla hidrojen geçirgenlik direncinin iyileştirdiğini göstermiştir. Öte yandan, sıcak haddeleme esnasında uygulanan bobinin sarılma sıcaklığının artması, soğuk haddeleme esnasında uygulanan ezme oranı ve tavlama sıcaklıklarının artması ile şekillendirme özelliklerinde iyileşme gözlemlenmiştir. Son olarak, hidrojen geçirgenlik direnci ve şekillendirme özelliklerini optimum seviyede sağlayacak uygun çelik üretim parametreleri belirlenmiştir.

Abstract:
The aim of this dissertation is to investigate the effects of steel production process parameters on forming properties and hydrogen permeability of enameling steels. Low carbon steels that are suitable for enamel coating applications are called enameling steels. Enameling steels are used in various industries, especially in the white goods industry. In enameling process, steel substrates are coated by various enameling techniques and then baked at high temperatures to cure the coating. Some imperfections can be seen on the coating surfaces after the firing process. Fish scale is the most common and detrimental surface defect that is seen after the enameling process. This defect occurs due to hydrogen diffusion to steel surface during cooling step. Hydrogen gas accumulating at the steel-coating interface pressurizes the coating locally and detaches it from the surface. Therefore, defect formation can be prevented by increasing hydrogen permeability resistance of the steel. Hydrogen permeability resistance is controlled by chemical analysis, hot and cold rolling parameters as well as annealing parameters. These parameters also affect the forming performance of steels. Therefore, steel production parameters must be balanced to satisfy both hydrogen permeability resistance and forming performance requirements in enameling steels.
In this research, both laboratory and industrial scale studies were performed to examine the effects of production parameters on forming performance and hydrogen permeability resistance of enameling steels. Annealing parameters were determined by analyzing the thermodynamic equilibrium conditions depending on the chemical analysis of the steel. Physical simulation studies showed that hydrogen permeability resistance increases with increase in cold rolling quantity, decrease in annealing temperature and increase in forming strain ratio. On the other hand, improvement in forming properties was observed as coiling temperature, cold rolling ratio and annealing temperatures were increased. Finally, suitable steel production parameters were determined to have hydrogen permeability resistance and forming properties at an optimum level.