محصولات تولید شده از سنگ آهن مانند بیلت، اسلب و شمش را نمیتوان به صورت مستقیم در ساخت سازههای فولادی یا خودرو مورد استفاده قرار داد. این محصولات در ابتدا باید فرآیند نورد گرم را پشت سر بگذارند تا به ضخامت، شکل و خواص مکانیکی مورد نظر برسند؛ سپس میتوان از آنها در صنایع مختلف استفاده کرد.
نورد گرم یکی از روشهای رایج تولید فولاد است که در مقایسه با نورد سرد، هزینه پایینتر و مراحل کمتری دارد. طی این فرآیند، شمشها در معرض دمای بالا قرار میگیرند و از میان غلتکها عبور میکنند تا تبدیل به ورق، میلگرد و تیرهای ساختمانی شوند.
- در این مقاله به طور جامع به بررسی نورد گرم، مزایا، مراحل و کاربرد آن میپردازیم.
- نورد گرم درواقع مهم ترین مرحله برای تولید ورق سیاه است.
نورد گرم چیست؟
نورد گرم یا Hot Rolling به فرآیندی گفته میشود که در آن برای نرم شدن فلزات از گرما استفاده میکنند. سپس فلز گرم شده را از میان غلتکها عبور میدهند تا به شکل و ابعاد مورد نظر درآید. فرآیند نورد گرم ورق در دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد انجام میشود و طی آن دانههای فلز راحتتر تغییر شکل میدهند.
در این فرآیند، فلز به اندازهای گرم میشود که انعطافپذیر شده و بدون شکستن یا ترک خوردن، امکان تغییر و دستکاری آن وجود داشته باشد. سپس از میان غلتکهای دوار عبور کرده تا نیروهای فشاری شکل آن را تغییر دهند. غلتکهای دستگاه نورد گرم را میتوان به اشکال مختلفی قرار داد تا انواع گوناگونی از فلزات مانند پروفیل، میله و ورق را تولید کنند.
انواع نورد گرم
فرآیند نورد گرم دارای انواع مختلفی است که هر یک از آنها محصولات فلزی خاصی تولید میکنند. در ادامه به انواع نورد گرم اشاره میکنیم:
نورد تخت
فرآیند نورد تخت یکی از رایجترین روشهای نورد گرم است که طی آن فلز از بین دو غلتک صاف عبور میکند و به شکل ورق یا صفحه در میآید. در این روش، دمای بالا منجر به افزایش شکلپذیری و کاهش تنشهای داخلی فلز میشود.
از فرآیند نورد تخت به صورت گسترده در صنایع ساختمانی، خودروسازی و تولید تجهیزات صنعتی استفاده میشود؛ چرا که امکان تولید ورقهای فلزی با کیفیت سطحی مناسب و ضخامت متفاوت را فراهم میکند. محصول نهایی این فرآیند میتواند مس، آلومینیوم و فولاد باشد.
نورد لوله
نورد لوله با هدف تولید تیوبها و لولههای فلزی با استحکام بالا و دیوارههای ضخیم طراحی شده است. در این فرآیند، فلز به صورت استوانهای از میان غلتکها عبور میکند و به صورت یکپارچه در میآید. نورد لوله برای ساخت لولههای بدون درز و مقاوم در برابر حرارت و فشار کاربرد دارد و محصولات تولید شده توسط آن در صنایع پتروشیمی، نفت و گاز مورد استفاده قرار میگیرند. طی این فرآیند، لولههایی با قطرهای مختلف تولید میشود که تحمل فشار و بار زیاد را دارند.
نورد حلقهای
در فرآیند نورد حلقهای، فلز به گونهای قرار میگیرد که فشار غلتک خارجی و داخلی باعث گسترش آن به سمت بیرون و کاهش ضخامت آن شود. از نورد حلقهای برای ساخت قطعات حلقوی بزرگ مانند فلنجها، بلبرینگها و چرخدندهها استفاده میشود. طی این فرآیند، در تمام بخشهای حلقه ساختاری یکنواخت ایجاد میشود و محصول نهایی از دوام و استحکام زیادی برخوردار است. این ویژگیها باعث شدهاند که از نورد حلقهای در ساخت تجهیزات سنگین و نیروگاهها استفاده شود.
نورد مقاطع
در نورد مقاطع، فلز گرم شده از غلتکهای شیاردار عبور میکند تا به مقاطع خاصی مانند انواع میلگرد، نبشی، ناودانی و تیرآهن تبدیل شود. این شیارها به گونهای طراحی شدهاند که امکان ساخت مقاطع پیچیده با خواص مکانیکی مطلوب و ابعاد دقیق را فراهم کنند.
نورد مقاطع به دلیل ابعاد و شکل دقیق، در تولید پروفیلهای صنعتی و ساختمانی که به استحکام زیادی نیاز دارند، به کار میرود. این روش امکان تولید با سرعت بالا را فراهم کرده و به کاهش هزینهها کمک میکند.
نورد عرضی
در نورد عرضی، فلز به صورت عرضی بین غلتکها قرار میگیرد. از این روش برای ساخت قطعات دیسکی و مدور مانند فلنجها، چرخها و دیسکهای فلزی استفاده میشود. در فرآیند نورد عرضی، نیرو به صورت یکنواخت بین تمام بخشهای قطعه توزیع میشود؛ به همین دلیل استحکام آن را افزایش میدهد. این ویژگی باعث شده که محصولات به دست آمده از نورد عرضی کاربرد فراوانی در صنایع خودروسازی و هوافضا پیدا کنند.
نورد طولی
این روش نیز در تولید میلگرد ، تیر آهن و سایر مقاطع فولادی بسیار پر کاربرد است. در روش نورد طولی، فلز را به صورت طولی بین غلتکها قرار میدهند و آن را به شکل مقاطع باریک و بلندی مانند پروفیلهای صنعتی، تیرآهن و میلگرد در میآورند. این فرآیند باعث بهبود خواص مکانیکی و ایجاد دانهبندی یکنواخت در قطعه شده و استحکام آن را بالا میبرد. نورد طولی به دلیل دقت در ابعاد و سرعت بالای تولید، به میزان زیادی در صنایع ساختوساز و تولید نوار نقاله مورد استفاده قرار میگیرد و از طریق آن میتوان مقاطع طولانی با کیفیت بالا تولید کرد.
مراحل نورد گرم ورق
در نورد گرم، بیلت یا شمش مراحل مختلفی را پشت سر میگذارد تا به ورق آهن یا سایر مقاطع فولادی تبدیل شود. نورد گرم بر خلاف نورد سرد در دمای بالا انجام میشود. به طور کلی مراحل نورد گرم ورق عبارتند از:
آمادهسازی مواد
در اولین مرحله باید مواد فلزی مورد نیاز را انتخاب کنید. این مقاطع فولادی ممکن است آلومینیوم، مس یا فولاد باشد و اغلب به صورت شمش یا بیلتهای بزرگ است.
گرم کردن مواد
در این مرحله باید ماده انتخاب شده را درون کورههایی با عنوان کوره پیش گرم قرار دهید تا به دمای بالای نقطه تبلور مجدد برسد و انعطافپذیری آن بهبود یابد.
پوستهزدایی
در این مرحله از نورد گرم ورق، از پوستهزدا برای حذف پوستههای ایجاد شده بر روی فلز استفاده میشود. پوستهزدایی در فرآیند نورد گرم اهمیت زیادی دارد و اگر به بهترین شکل انجام شود میتواند کیفیت فولاد را افزایش دهد.
انجام عملیات نورد
در این مرحله باید برای نورد کردن بیلت یا شمشی که پوستهزدایی شده است، اقدام کرد. برای انجام این کار از استند نورد استفاده میشود. روش انجام عملیات نورد به این صورت است که بیلت یا شمش را از میان غلتکها عبور میدهند. این کار باعث کاهش ضخامت و تغییر شکل فلز میشود.
ضخامتسنجی، خنککاری و تابگیری
پس از پشت سر گذاشتن عملیات نورد گرم، باید قطعه را با کمک دستگاه ضخامتسنج اندازهگیری کرد. از دستگاه تابگیر نیز برای صاف کردن ورق استفاده میشود. سپس قطعه را در خط خنکسازی قرار میدهند و از روشهای گوناگون برای خنک کردن آن استفاده میکنند.
در نهایت نیز محصول نهایی در اندازه مورد نظر برش داده شده و به صورت اتوماتیک رول میشود. ورقهایی که توسط فرآیند نورد گرم تولید میشوند، همان ورقهای سیاه هستند که میتوان برای تبدیل به ورقهای سبکتر، فرآیند نورد سرد را بر روی آنها انجام داد.
مزایای نورد گرم آهن آلات
امروزه بخش بزرگی از انواع آهن آلات و محصولات فلزی مانند پروفیلهای فولادی از طریق روش نورد گرم تولید میشوند. علت آن نیز ویژگیهای ارزشمند و مزایای بیشمار این روش است. در این بخش نگاهی به مزایای نورد گرم ورق خواهیم داشت:
کاهش سختی و افزایش شکلپذیری
در روش نورد گرم، دمای فلز به بالاتر از دمای تبلور مجدد میرسد؛ در نتیجه باعث تغییر ساختار بلوری و کاهش سختی آن میشود. کاهش سختی منجر به افزایش شکلپذیری فلز شده و فرآیند تغییر شکل آن را تسهیل میبخشد. با استفاده از این روش میتوان فلزات را به قطعاتی با هندسه پیچیدهتر تبدیل کرد. این ویژگی برای تولید قطعاتی ضخیم و بزرگ مانند پروفیلها، میلگردها و ورقهای فلزی سنگین مناسب است.
بهبود ساختار بلوری
دمای بالای این روش باعث تبلور مجدد دانههای بلوری شده و ساختاری یکنواخت در فلز ایجاد میکند. در نتیجه این فرآیند دانههای بلوری منظمتر و کوچکتر شده و استحکام فلز بیشتر خواهد شد. این مزیت نورد گرم باعث افزایش مقاومت فلز در برابر شکستگی و ترک خوردگی میشود و آن را به گزینهای ایدهآل برای صنایع مختلف تبدیل میکند.
کاهش هزینههای تولید
نورد گرم در مقایسه با نورد سرد به نیرو و تجهیزات کمتری نیاز دارد؛ به همین دلیل هزینه تولید آن پایینتر است. در این فرآیند، فلز بدون نیاز به نیروی زیاد و در دمای بالا تغییر شکل میدهد و همین موضوع باعث کاهش هزینههای انرژی و تجهیزات میشود. همچنین در روش نورد گرم به عملیات حرارتی اضافی نیازی نیست و سرعت تولید بالاتر میرود.
امکان تولید قطعات بزرگ با استحکام بالا
در روش نورد گرم به دلیل دمای زیاد و قابلیت شکلدهی بالا، میتوان قطعاتی با ابعاد بزرگ و ضخامت زیاد تولید کرد. این روش برای ساخت پروفیلهای سنگین مانند ناودانی، تیرآهن و ورقهای ضخیم فولادی مناسب است. معمولا از این قطعات در صنایع ساختمانسازی و زیرساختهای سنگین استفاده میشود.
بهبود خواص مکانیکی
نورد گرم با تغییر در ساختار بلوری فلز باعث ایجاد دانهبندی یکنواخت شده و افزایش استحکام کششی و چقرمگی را به دنبال دارد. در این روش، فرآیند تبلور مجدد باعث میشود که محصول نهایی، مقاومت بهتری در برابر تنشهای مکانیکی از خود نشان دهد. این ویژگی در صنایعی مانند خودروسازی که نیازمند قطعات مستحکم و مقاوم هستند، اهمیت زیادی دارد.
عدم نیاز به عملیات حرارتی اضافی
در روش نورد سرد به دلیل افزایش سختی، به عملیات حرارتی اضافی برای بهبود خواص مکانیکی نیاز است. در حالی که در نورد گرم، بدون نیاز به عملیات حرارتی اضافی میتوان قطعه را به خواص مکانیکی مطلوب رساند. این موضوع، افزایش بهرهوری تولید و کاهش هزینهها را به دنبال دارد.
دمای لازم برای نورد گرم ورق
در روش نورد گرم ورق، کنترل دما از اهمیت زیادی برخوردار است. برای انجام این کار، بهتر است ابتدا دمای فلز تا میزان مشخصی افزایش یابد. بنابراین باید قطعه برای زمان طولانی در معرض حرارت معین قرار بگیرد. در صورتی که دمای قطعه یکنواخت نباشد، باعث ایجاد تغییر شکل غیریکنواخت خواهد شد.
برای مثال اگر آن را به صورت همگن و به اندازه کافی گرم نکنید، سطح خارجی نسبت به سطح داخلی زودتر نورد میشود. همچنین اگر بین دو نورد فاصله بیفتد و فلز سرد شود، مقاومت سطوح سرد شده در برابر تغییر شکل افزایش مییابد.
به طور کلی برای فولادهای کم آلیاژ و فولادهای کربنی ساده، دمای نورد گرم باید حدود ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد باشد. همچنین این روش معمولا در دمای ۵۰ تا ۱۰۰ درجه بالاتر از دمای تبلور متوقف خواهد شد. اگر عملیات نورد گرم در این دما پایان یابد، از سخت شدن کرنشی فلز جلوگیری شده و دانههای یکنواختی در آن ایجاد میشود.
کاربرد نورد گرم
محصولات فولادی نورد گرم به دلیل انعطافپذیری و چقرمگی مناسبی که دارند میتوانند به هر شکلی درآیند. با این وجود، این محصولات در صنایعی که به شکلهای پیچیده و دقیق و تلرانسهای سخت نیاز دارند، مورد استفاده قرار نمیگیرند. در ادامه به کاربرد نورد گرم میپردازیم:
تولید مقاطع فولادی
برای ساخت مقاطع فولادی مانند ناودانی، نبشی، میلگرد، تیرآهن، لوله و ورق فولادی باید از عملیات نورد گرم استفاده کرد. هر یک از این محصولات در صنایع مختلف کاربرد دارند.
هنر و معماری
از فولاد نورد گرم بعد از فرآوری کامل میتوان در ساخت سازههای هنری از جمله مجسمههای فلزی استفاده کرد. معماران حرفهای این محصولات را برای طرحهای معماری منحصربهفرد ترجیح میدهند؛ چرا که به کارگیری این نوع فولاد در محیطهای مدرن و صنعتی، زیبایی زیادی به همراه خواهد داشت.
پلها و زیرساختها
فولاد نورد گرم دارای استحکام زیاد و قابلیت شکلدهی است؛ به همین دلیل انتخابی مناسب برای ساخت پلها و زیرساختها به شمار میرود.
تجهیزات کشاورزی و معدن
از فولاد نورد گرم برای تجهیزات معدنی و کشاورزی نیز استفاده میشود. این نوع فولاد به تولیدکنندگان اجازه میدهد تا هر محصول ثانویهای را تولید کنند. به طور کلی از فولاد نورد گرم برای ساخت اجزای ماشینآلات کشاورزی و معدنی و همچنین ساخت تجهیزاتی مانند کمباین و تراکتور استفاده میشود.
موتورها و قطعات خودرو
فولاد به دست آمده از نورد گرم ورق، در صنعت خودروسازی کاربرد زیادی دارد. از این محصولات برای ساخت اجزای موتور، شاسی خودرو، چهارچوب صندلی و غیره استفاده میشود. فولاد به کار رفته در صنعت خودروسازی به پردازش بیشتری نیاز دارد تا مقاومت آن در برابر حرارت و خوردگی افزایش یابد.
انتقال نفت، آب و گاز
این نوع فولاد برای انتقال نفت، آب و گاز نیز کاربرد دارد. با استفاده از فولاد نورد گرم میتوان لوله، کوپلینگ لوله و اسپیگات را تولید کرد.
جابجایی مواد
یکی از کاربردهای خاص فولاد نورد گرم، جابجایی مواد است. به عبارت دیگر از این محصولات در ساخت قطعات برای جرثقیلها، کامیونها، تراموا و آسانسورهای بزرگ استفاده میشود. فولاد به دست آمده از فرآیند نورد گرم، بهترین انتخاب برای ساخت ریل، قاب و میله اتصال است.