نورد گرم چیست؟
نورد گرم، فرآیندی متالورژیکی است که در آن شمش‌ها یا اسلب‌های فلزی در دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد (Recrystallization Temperature) آن ماده، از میان غلتک‌ها عبور داده می‌شوند. این دما معمولاً برای فولادها به بیش از ۹۲۷ درجه سانتی‌گراد می‌رسد. هدف اصلی از انجام نورد در این دما، کاهش مقاومت فلز در برابر تغییر شکل، بهبود شکل‌پذیری و امکان تغییر ابعاد بزرگ در یک مرحله است.
نکته کلیدی در تعریف نورد گرم چیست؟ این است که تغییر شکل پلاستیک در حضور دمای بالا اتفاق می‌افتد. این حرارت بالا اجازه می‌دهد تا ساختار دانه‌ای داخلی فلز به طور مداوم بازسازی و اصلاح شود. در نتیجه، اثرات کار سختی که در نورد سرد مشاهده می‌شود، حذف شده و فلز قابلیت تغییر شکل‌های بزرگ را بدون شکستگی پیدا می‌کند.
تفاوت نورد سرد و گرم
درک تفاوت نورد سرد و گرم برای انتخاب فرآیند صحیح تولید حیاتی است. این دو فرآیند از نظر دمای عملیات، خواص محصول نهایی و تلرانس ابعادی تفاوت‌های اساسی دارند:
۱. دما:
در حالی که نورد گرم در دمای بالای تبلور مجدد انجام می‌شود، نورد سرد در دمای محیط یا نزدیک به آن صورت می‌گیرد.
۲. ساختار داخلی و تنش‌ها:
محصولات نورد گرم دارای ساختار دانه‌ای اصلاح شده و معمولاً بدون تنش‌های پسماند داخلی قابل توجه هستند. اما در نورد سرد، به دلیل کار سختی، تنش‌های داخلی زیادی در ماده ایجاد می‌شود که ممکن است نیاز به عملیات حرارتی تکمیلی داشته باشد.
۳. تلرانس ابعادی و پرداخت سطح:
یکی از مهمترین تفاوت نورد سرد و گرم در تلرانس ابعادی است. محصولات نورد سرد دارای تلرانس ابعادی بسیار دقیق‌تر و پرداخت سطحی صاف‌تر و براق‌تر هستند. در مقابل، محصولات نورد گرم به دلیل انقباض پس از سرد شدن و وجود “میل اِسکِیل” (لایه اکسیدی)، پرداخت سطحی ضعیف‌تر و دقت ابعادی کمتری دارند.
۴. خواص مکانیکی:
محصولات نورد سرد معمولاً استحکام و سختی بالاتر و شکل‌پذیری کمتری نسبت به محصولات نورد گرم دارند.
فرآیند فرم دهی فلزات با نورد گرم چگونه است؟
فرآیند فرم دهی با نورد گرم چگونه است؟ این فرآیند از تجهیزات سنگین و قدرتمندی بهره می‌برد که قادر به اعمال نیروهای فشاری عظیم در دمای بالا هستند. اساس کار بر مبنای عبور ماده فلزی داغ از میان یک یا چند جفت غلتک است. این غلتک‌ها با فاصله مشخصی از هم قرار گرفته‌اند که به آن گپ (Gap) می‌گویند.
وقتی فلز از غلتک‌ها عبور می‌کند، تحت فشار قرار گرفته و ضخامت آن کاهش می‌یابد و در نتیجه طول آن افزایش می‌یابد. کاهش ضخامت در هر مرحله به دلیل دمای بالای فلز با سهولت بیشتری انجام می‌شود. برای رسیدن به ضخامت نهایی مورد نظر، فلز ممکن است بارها از میان مجموعه‌ای از غلتک‌ها عبور کند. این کاهش ضخامت در شرایط گرم، به بهبود ساختار دانه‌ای و همگن‌سازی خواص مکانیکی فلز کمک شایانی می‌کند.
مراحل تولید محصولات در نورد گرم
مراحل تولید محصولات در نورد گرم یک زنجیره پیوسته و منظم را شامل می‌شود که از آماده‌سازی مواد اولیه آغاز و به کویل یا صفحات نهایی منجر می‌شود:
۱. پیش‌گرمایش (Reheating): شمش‌ها (Ingots)، اسلب‌ها (Slabs) یا بلوم‌ها (Blooms) وارد کوره‌های با دمای بالا می‌شوند تا دمای آن‌ها به نقطه تبلور مجدد برسد (معمولاً ۱۲۰۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتی‌گراد برای فولاد).
۲. نورد اولیه یا رافینگ (Roughing): ماده داغ از میان اولین مجموعه غلتک‌ها عبور می‌کند تا ضخامت آن به سرعت و به صورت خشن کاهش یابد.
۳. پوسته‌زدایی (Descaling): لایه اکسیدی یا میل اِسکِیل تشکیل شده روی سطح فلز باید حذف شود (معمولاً با پاشش آب با فشار بالا) تا کیفیت سطح بهبود یابد.
۴. نورد میانی و نهایی (Finishing Rolling): فلز وارد یک خط پیوسته از استندهای نورد (Roll Stands) می‌شود. در این مرحله، کاهش ضخامت به صورت تدریجی و با دقت بیشتری انجام می‌شود تا ابعاد نهایی محصول حاصل شود.
۵. خنک‌کاری (Cooling): محصول نهایی به سرعت و تحت کنترل خنک می‌شود (به عنوان مثال، در خط تولید ورق‌های کویل، از پاشش آب برای کنترل ریزساختار استفاده می‌شود).
۶. برش و کویل‌کردن (Coiling/Shearing): در نهایت، محصول به صورت کویل (برای ورق‌ها) یا به صورت مقاطع مشخص (برای تیرآهن یا ریل) برش داده و بسته‌بندی می‌شود.
انواع نورد گرم
انواع نورد گرم بر اساس شکل محصول نهایی و آرایش غلتک‌ها دسته‌بندی می‌شوند:
۱. نورد ورق گرم (Hot Strip/Sheet Rolling): این فرآیند برای تولید کویل‌های بزرگ و ورق‌های ضخیم‌تر که بعداً ممکن است در فرآیند نورد سرد به کار روند، استفاده می‌شود.
۲. نورد صفحات سنگین (Plate Rolling): برای تولید صفحات ضخیم‌تر از ۶ میلی‌متر که در کشتی‌سازی، ساخت پل‌ها و مخازن تحت فشار کاربرد دارند.
۳. نورد مقاطع سازه‌ای (Structural Rolling): تولید پروفیل‌هایی مانند تیرآهن (I-Beams)، ناودانی (Channels)، نبشی (Angles) و ریل‌های راه‌آهن.
۴. نورد لوله‌ها و میلگردها (Tube and Bar Rolling): تولید میلگردها و مواد اولیه برای ساخت لوله‌های بدون درز.
مزایا و معایب نورد گرم
هر فرآیند تولیدی دارای نقاط قوت و ضعف خاصی است. بررسی مزایا و معایب نورد گرم به تولیدکنندگان کمک می‌کند تا بهینه‌ترین مسیر تولید را انتخاب کنند.
مزایای نورد گرم:
|
معایب نورد گرم:
|
خواص مکانیکی ورق نورد گرم
خواص مکانیکی ورق نورد گرم به طور مستقیم تحت تأثیر دمای فرآیند و نرخ خنک‌سازی قرار می‌گیرد. به طور کلی، این محصولات دارای ویژگی‌های زیر هستند:
۱. داکتیلیته بالا: این ویژگی نورد گرم را برای کاربردهایی که نیاز به خم‌کاری یا جوشکاری زیاد دارند، ایده‌آل می‌سازد.
۲. استحکام متوسط: اگرچه استحکام محصولات نورد گرم به اندازه محصولات نورد سرد نیست، اما برای کاربردهای سازه‌ای عمومی کاملاً مناسب است.
۳. چقرمگی خوب: مقاومت بالایی در برابر شکست‌های ناگهانی از خود نشان می‌دهند.
۴. همگنی خواص: به دلیل تبلور مجدد، خواص مکانیکی در سرتاسر مقطع نسبتاً یکنواخت است.
کاربرد محصولات تولید شده در فرآیند نورد گرم
به دلیل خواص مکانیکی مطلوب و هزینه تولید پایین، کاربرد محصولات تولید شده در فرآیند نورد گرم بسیار گسترده است. این محصولات در صنایع سنگین و سازه‌ای نقش محوری دارند:
|
ساختمان‌سازی تولید تیرآهن، میلگرد و صفحات ستون. |
زیرساخت‌ها ریل‌های راه‌آهن، ساخت پل‌ها و سازه‌های بزرگ. |
خودروسازی سنگین شاسی و فریم‌های کامیون‌ها و تجهیزات سنگین. |
لوله و تانکر ساخت لوله‌های بزرگ برای انتقال نفت و گاز و همچنین مخازن ذخیره‌سازی. |
مقاطع تولید شده نورد گرم
مقاطع تولید شده نورد گرم تنوع بالایی دارند و شامل محصولات نیمه‌تمام و نهایی می‌شوند:
اسلب (Slab): مواد اولیه تخت برای تولید ورق و کویل.
بلوم (Bloom) و بیلت (Billet): مواد اولیه اولیه برای تولید مقاطع طویل مانند تیرآهن و میلگرد.
تیرآهن (I-Beam و H-Beam): پرکاربردترین مقطع در ساخت سازه‌ها.
ورق‌های ضخیم (Plate): برای کاربردهای سازه‌ای سنگین.
ورق‌های کویل (Hot Rolled Coils): که می‌تواند به صورت مستقیم استفاده شود یا به عنوان خوراک خطوط نورد سرد به کار رود.
بهترین فلزات برای نورد گرم
اگرچه فولاد کربنی رایج‌ترین ماده در این فرآیند است، اما بهترین فلزات برای نورد گرم عبارتند از:
۱. فولاد کربنی و آلیاژی پایین: به دلیل نقطه ذوب مناسب و تبلور مجدد مشخص، بهترین عملکرد را در نورد گرم دارند.
۲. آلومینیوم و آلیاژهای آن: به ویژه در تولید ورق‌های ضخیم و پروفیل‌های اکسترود شده (که نورد گرم به عنوان مرحله اولیه استفاده می‌شود).
۳. مس و آلیاژهای آن: مورد استفاده در صنعت برق و حرارت.
۴. فولادهای ضدزنگ خاص: برخی گریدهای فولاد ضدزنگ که نیاز به تغییر شکل‌های بزرگ دارند.
بهترین دستگاه های نورد گرم
انتخاب بهترین دستگاه های نورد گرم به نوع محصول نهایی و ابعاد مورد نیاز بستگی دارد. این دستگاه‌ها بر اساس نحوه آرایش غلتک‌ها و خط تولید طبقه‌بندی می‌شوند:
۱. آسیاب‌های نورد بلومینگ و اسلبینگ (Blooming and Slabbing Mills): این اولین دستگاه‌ها در خط تولید هستند که شمش‌های ریخته‌گری شده را به بلوم یا اسلب تبدیل می‌کنند.
۲. آسیاب‌های نورد پیوسته (Continuous Rolling Mills): این دستگاه‌ها شامل چندین استند نورد پشت سر هم هستند که ورق یا مقطع در یک پاس از همه آن‌ها عبور می‌کند. این نوع، بهترین گزینه برای تولید انبوه کویل است.
۳. آسیاب‌های نورد معکوس‌کننده (Reversing Mills): در این نوع، فلز به طور متناوب در دو جهت از میان غلتک‌ها عبور داده می‌شود تا به ضخامت نهایی برسد. این دستگاه‌ها برای تولید دسته‌های کوچک‌تر یا ورق‌های بسیار ضخیم مناسب‌اند.
۴. آسیاب‌های نورد مقاطع ساختمانی (Structural Mills): تخصصی برای تولید مقاطعی مانند تیرآهن و نبشی.
نتیجه‌گیری
نورد گرم یک فرآیند بنیادی و حیاتی در صنعت متالورژی است که امکان تولید سریع و مقرون به صرفه حجم عظیمی از مقاطع و ورق‌های سازه‌ای با خواص مکانیکی مناسب را فراهم می‌آورد. با درک کامل نورد گرم چیست؟ و آشنایی با تفاوت نورد سرد و گرم، می‌توان تصمیمات تولیدی بهینه‌تری اتخاذ کرد. محصولات حاصل از این فرآیند، شالوده اصلی بسیاری از سازه‌ها و زیرساخت‌های مدرن را تشکیل می‌دهند و به طور قطع، اهمیت این فرآیند با رشد روزافزون صنایع سنگین، همچنان پایدار خواهد ماند.
