Microstructural Characterization of Hot Shortness in Steels

Year 2023, , 2391 - 2396, 29.12.2023

Selçuk Yeşiltepe

https://doi.org/10.29130/dubited.1373828

Abstract

Hot shortness in steels is a macro crack on the steel surface especially on the slab edges of hot rolled steels produced by recycling. Hot shortness in steels is characterized by intergranular cracking of steel on the surface during hot rolling process. The hot shortness damage can be seen by naked eye due to macro cracks on steel surface, after the hot rolling of slab. Although macro cracks can occur due to various parameters such as excessive force or deformed rolls, hot shortness is directly linked to residual elements in the steel composition. Most common and effective residual element for hot shortness is copper. Copper in steel originates from the used scrap in Electric Arc Furnace (EAF) steelmaking. Decreased primary sources and environmental concerns with increased scrap output in the world make
the recycling of steel inevitable.
Copper segregates in the austenite grain boundaries during the annealing of steel prior to hot rolling. Liquified copper film decreases the grain cohesion between austenite grains and results in intergranular cracking by the force applied during the rolling. Detection of copper in microstructure is vital to understand mechanism of hot shortness. Common knowledge in the literature of hot shortness suggests that hot shortness mechanism consists of oxidation-segregation-decreased grain cohesion-crack route. In this study, detailed microstructure images of steel surfaces are discussed with optical and scanning electron microscopy examinations. Examined samples of hot shortness are collected from scientific experiments and industrial practice examples. Helpful techniques and etching agents for copper revelation in microstructure are evaluated and explained in this paper.

Keywords

Hot shortness, Microstructure, Optical microscopy, Electron microscopy.

Supporting Institution

MMK Metallurgy Turkey

Thanks

Dr. Özgür Karakaş and MMK Metallurgy Turkey Quality Department

Çeliklerde Sıcak Yırtılmanın Mikroyapısal Analizi

Abstract

Çeliklerde sıcak yırtılma çelik yüzeyinde oluşan makro çatlakların özellikle slabın kenar bölgelerinde görüldüğü ve sıcak haddelemeye özgü geri dönüştürülmüş malzemelerde ortaya çıkan bir hasar çeşididir. Sıcak yırtılma, sıcak haddeleme esnasında oluşan taneler arası kırılmanın oluşması ile karakterize bir hasardır. Sıcak yırtılma sıcak haddeleme sonrasında gözle görülebilen makro çatlakların oluşumudur. Çelik yüzeyinde sıcak haddeleme sırasında görülebilen makro çatlaklar aşırı haddeleme kuvveti, merdanelerin çarpıklığı gibi farklı nedenlerle meydana gelebilmesine karşılık sıcak yırtılma direkt olarak çelikte bulunan kalıntı elementlerle ilişkilidir. Bakır çeliklerde en çok rastlanan ve sıcak yırtılmada en etkin rolü oynayan elementtir. Elektrik ark fırınında (EAF) kullanılan hurda çelikteki bakırın kaynağıdır. Azalan birincil kaynaklar, çevresel endişeler ve artan hurda miktarları çeliğin geri dönüştürülmesini kaçınılmaz hale getirmiştir.
Bakır sıcak haddeleme öncesindeki tavlama sırasında östenit tane sınırlarında ayrışmaktadır. Sıvı bakır filminin tane sınırlarındaki varlığı taneler arası kohezyonu zayıflatarak sıcak haddeleme sırasında uygulanan kuvvetle birlikte taneler arası kırılmaya neden olmaktadır. Bakırın mikroyapıda tespit edilmesi sıcak haddeleme sırasındaki davranışının anlaşılması için elzemdir. Konu üzerine yazındaki ortak kanı sıcak yırtılma mekanizmasının oksitlenme-ayrışma-taneler arası kohezyonun zayıflaması-çatlama şeklinde olduğunu söylemektedir. Bu çalışmada sıcak yırtılma hasarına uğrayan çeliklerin detaylı mikroyapı görüntüleri optik ve taramalı elektron mikroskopları ile incelenmiştir. İncelenen numuneler bilimsel araştırmada kullanılan ve endüstriyel üretimden alınan sıcak yırtılma örnekleridir. Mikroyapı incelemesinde kullanılan ve bakırın davranışının incelenmesini sağlayan yararlı teknikler ve dağlayıcı ajanlar bu çalışmada açıklanmıştır.

Keywords

Sıcak yırtılma, Mikroyapı, Optik mikroskop, Elektron mikroskobu

Supporting Institution

MMK Metalurji Türkiye

Thanks

Dr. Özgür Karakaş ve MMK Metalurji Türkiye Kalite Departmanı

References

• [1] A. C. Ahindra Ghosh, Ironmaking and Steelmaking Theory and Practice, New Delhi: PHI Learning Private Limited, 2008.
• [2] N. K. K. K. Norio Imai, «Effect of Cu and Ni on Hot Workability of Hot-rolled Mild Steel,» ISIJ International, cilt 37, no. 3, pp. 224-231, 1997.
• [3] E. Stephenson, «Effect of Recycling on Residuals, Processing, and Properties of Carbon and Low-Alloy Steels,» Metallurgical Transactions A, cilt 14A, no. March, pp. 343-353, 1983.
• [4] E. S. J. N. S. S. Lan Yin, «The Effects of Nickel/Tin Ratio on Cu Induced Surface Hot Shortness in Fe,» Oxidation of Metals, no. 76, pp. 367-383, 2011.
• [5] M. H. K. Kunishige, «SURFACE HOT-SHORTNESS OF STEELS INDUCED BY A SMALL AMOUNT OF COPPER AND TIN FROM SCRAP STEELS AND ITS SUPPRESSION METHODS,» Materials Science Forum, Cilt %1 / %2539-543, pp. 4113-4118, 2007.
• [6] Y. U. K. K. Y. T. S. H. K. O. Akihiro Takemura, «Surface Hot Shortness of Copper Containing Steel in a Compact Strip Production Process,» Material Transactions, cilt 52, no. 10, pp. 1905-1911, 2011.
• [7] N. K. K. K. Norio Imai, «Effect of Cu. Snand Ni on Hot WorkabiIity of Hot-rolled Mild Steel,» ISIJ International, cilt 37, no. 3, pp. 217-223, 1997.