نورد گرم یعنی عملیات کاهش سطح مقطع یا ضخامت ماده اولیه در دماهای بالا است. بدین صورت که نورد گرم شمش‌های فولادی توسط غلطک‌ها انجام می‌شود تا محصول بدست آمده برای ساخت مواد با مقاطع مختلف (مانند نبشی، ورق، پروفیل و …) مورد استفاده قرار گیرد. در این مقاله سعی می‌کنیم تا علاوه بر جواب به این سوال که نورد گرم چیست، به مزایا و کاربردهای آن نیز بپردازیم. برای خواندن ادامه مطلب، مجله کارآهن را دنبال کنید.
نورد چیست؟
در فلزکاری، عبور ذخایر فلزی از یک یا چند جفت رول برای دستکاری ضخامت به عنوان نورد شناخته می‌شود. به عبارت دیگر، زمانی که فولاد مذاب بین غلتک‌ها نورد می‌شود تا ضخامت آن کاهش یابد.
| جدول مشخصات نورد گرم | ||||
| نام فرایند | نام انگلیسی | دمای مورد نیاز برای نورد گرم | ویژگی اصلی | کاربرد |
| نورد گرم | Hot rolled | ۸۵۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد | نورد فولاد بالاتر از دمای تبلور مجدد مواد صورت می‌گیرد | تولید مقاطع فولادی و آلومنیومی |
نورد گرم
نورد گرم فلز یک فرآیند شکلدهی در دمای بالا است که در آن ماده مورد نظر بالاتر از دمای تبلور مجدد حرارت داده می‌شود تا در عملیات نورد تغییر شکل دهد. با این حال، آنچه شما باید بدانید این است که عبارت «نورد گرم» دقیقا یک عیار یا مشخصات محصول فولادی نیست بلکه به نحوه پردازش این فلزات در مرحله آسیاب اشاره دارد.
از این فرآیند برای ایجاد اشکال با ابعاد هندسی و خواص مواد مورد نظر با حفظ حجم یکسان فلز استفاده می‌شود. همچنین در این فرآیند، فلز حرارت دیده شده را بین چندین غلتک عبور می‌دهند تا ضمن کشیده شدن، سطح مقطع و ضخامت آن کاهش پیدا کند.
فولاد نورد گرم رایج ترین محصول فرآیند نورد گرم است که به طور گسترده در صنعت فولاد تحت عنوان محصول نهایی یا به عنوان ماده خام برای عملیات نورد سرد مورد استفاده قرار می‌گیرد.
نورد گرم به انگلیسی
در زبان انگلیسی به نورد گرم، Hot rolled می‌گویند.
کاربرد نورد گرم
به لطف انعطاف‌پذیری و چقرمگی بهبود یافته حاصل از دمای بالای فرآیند، محصولات فولادی نورد گرم می‌توانند به راحتی به هر شکلی دربیایند. با این حال، فولاد نورد گرم در کاربردهایی که به شکل‌های دقیق، پیچیده و تلرانس‌های سخت نیاز است، مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. مهم‌ترین کاربردهای فولاد نورد گرم عبارتند از:
۱- مقاطع فولادی
برای تولید مقاطع فولادی مانند تیرآهن، میلگرد، نبشی، ناودانی، ورق فولادی و لوله، ابتدا باید بر روی فولاد عملیات نورد گرم صورت بگیرد. پس از آن محصول نهایی در ساخت مقاطع فولادی به کار برده می‌شود. هر کدام از محصولات زیرشاخه مقاطع فولادی، در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
۲- هنر و معماری
فولاد نورد گرم پس از فرآوری کامل و صاف شدن سطح آن، می‌تواند با انواع روش‌های مختلف مورد استفاده قرار گیرد. این نوع فولاد به طور کلی یک پرداخت منحصر به فرد ارائه می‌دهد و رنگ‌های متفاوتی در امتداد سطح دارد که به این نوع فولاد، بافت زیادی می‌بخشد. به همین دلیل، این ماده برای کاربردها و سازه‌های هنری مانند مجسمه‌های فلزی مناسب است.
معماران همچنین فولاد نورد گرم را برای طرح‌های معماری خاص ترجیح می‌دهند؛ زیرا این نوع فولاد از نظر زیبایی در محیط‌های صنعتی و مدرن جذاب به نظر می‌رسد. علاوه بر این، فولاد نورد گرم را می‌توان برای ساخت تیرهای برق، قفسه‌بندی، نرده‌ها و بسیاری موارد دیگر استفاده کرد.
۳- موتورها و قطعات خودرو
فولاد نورد گرم را می‌توان در صنعت خودروسازی استفاده کرد که معمولا برای ساخت شاسی خودرو، اجزای موتور و چارچوب صندلی به کار می‌رود.در این موارد، فولاد نورد گرم نیاز به پردازش بیشتری دارد تا در برابر خوردگی و حرارت معمول در خودرو مقاومت کند. این فرآیند به عنوان روغن کاری (P&O) شناخته می‌شود که برای مقاومت فولاد در برابر زنگ‌زدگی و رنگ‌آمیزی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
۴- تجهیزات کشاورزی و معدن
این نوع فولاد به دلیل استحکام و شکل‌پذیری بهبود یافته، در تجهیزات کشاورزی و معدنی کاربرد زیادی دارد. فولاد نورد گرم به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد تا با استفاده از این محصول، هر محصولی ثانویه (از خمش‌های ساده گرفته تا کشش‌های پیچیده) را بسازند.
به طور کلی، فولاد نورد گرم در ساخت تجهیزاتی مانند تراکتورها، کمباین و… استفاده می‌شود. آن‌ها همچنین برای ساخت اجزای موتور ماشین‌آلات معدن و کشاورزی کاربرد دارند.
۵- پل‌ها و زیرساخت‌ها
استحکام و توانایی فولاد نورد گرم برای شکلدهی قطعات بزرگ، این محصول را به گزینه‌ای عالی برای پروژه‌های مربوط به زیرساخت مانند پل‌ها تبدیل می‌کند. فولاد نورد گرم اغلب برای ساخت مقاطع و زیرساخت‌های سازه‌ای و همچنین قطعات عرشه کشتی نیز استفاده می‌شود.
۶- جابجایی مواد
بسیاری از تولیدکنندگان ترجیح می‌دهند تا از فولاد نورد گرم برای کاربردهای خاص جابجایی مواد، مانند قطعات برای کامیون‌ها، تراموا، جرثقیل‌ها و آسانسورهای بزرگ استفاده کنند. این نوع فولاد به طور معمول برای ساخت قاب، ریل، میله اتصال و غیره کاربرد دارد.
۷- انتقال نفت، گاز و آب
فولاد نورد گرم برای کاربردهای انتقال آب، نفت و گاز مانند ساخت لوله ایده‌آل است. این محصول همچنین می‌تواند برای ساخت اجزای اضافی مانند کوپلینگ لوله و بخش اسپیگوت استفاده شود.
از دیگر کاربردهای رایج فولاد نورد گرم می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- لوله و سیلندر گاز
- سازه‌های ماشینی مانند اره و فنر
- ساختمان‌های فلزی
- نرده‌های محافظ
- خطوط راه آهن
تجهیزات نورد گرم
در ادامه تجهیزات و ماشین‌های نورد گرم را بررسی می‌کنیم:
۱- کوره پیش گرم
وظیفه اصلی این کوره، گرم کردن فلز تا دمای مورد نیاز (استاندارد) است. مواد اولیه مورد نیاز برای نورد گرم شامل شمشال‌ها، ابتدا وارد کوره می‌شود تا بر اساس استانداردهای لازم به دمای مورد نظر برسند.
۲- اجکتور
پس از اینکه شمشال‌ها به عنوان ماده اولیه فولاد نورد گرم به دمای ذوب مورد نظر رسید، به وسیله اجکتور از کوره پیش گرم خارج می‌شود.
۳- پوسته زدا
وقتی شمشال‌ها از کوره خارج شد، باید پوسته‌های ایجاد شده بر روی آن به واسطه عملیات ریخته‌گری وگرم‌کاری مجدد جدا گردد. برای جدا کردن پوسته‌های شمشال، اصطلاحا عملیات پوسته‌زدایی بر روی فولاد انجام می‌شود.
۴- استند نورد
یکی از مهم‌ترین تجهیزات عملیات نورد گرم، استند نورد نام دارد. این ماشین پیشرفته، وظیفه کاهش ضخامت شمشال یا شمش فولادی را برعهده دارد. برای کاهش ضخامت، شمشال را از غلتک‌های افقی عبور می‌دهند تا به سطح مقطع استاندارد برسد.
۵- استد اجر
وقتی ضخامت شمشال به وسیله استند نورد کاهش پیدا کرد، نوبت به یکنواخت‌سازی محصول خروجی (ورق فولادی) از نظر ابعادی می‌رسد. برای یکنواخت کردن کناره‌های ورق، از غلتک‌های عمودی کمک می‌گیرند تا ورق به ابعاد مورد نظر (بر اساس کاربرد آن) برسد.
۶- دستگاه‌های ضخامت سنج
برای اطمینان از ضخامت ورق فولادی، آن را از طریق دستگاه ضخامت سنج اندازه‌گیری می‌کنند تا محصول تولیدی به دقت ابعادی استاندارد دست پیدا کند.
۷- تابگیر
همانطور که از اسم این بخش مشخص است، دستگاه تابگیر وظیفه تابگیری ورق فولادی را برعهده دارد. این دستگاه به واسطه چندین غلتک به ابعاد کوچک، هرگونه تاب احتمالی بر روی محصول را از بین می‌برد تا در نهایت یک محصول صاف و دقیق (از نظر ابعادی) به دست مشتری برسد.
۸- خط خنک کاری
وقتی عملیات تابگیری ورق فولادی تکمیل شد، نوبت به خنک کاری آن می‌رسد که خط خنک کاری، انجام این مسئولیت را برعهده دارد.
۹- قیچی
این ابزار کاربردی در خط نورد، وظیفه برش دو سر انتهایی ورق فولادی را برعهده دارد. هدف از برش دو سر انتهایی ورق، رسیدن به ابعاد دقیق محصول مورد نظر است.
۱۰- دستگاه بسته بند
در نهایت پس از تکمیل فرآیندهای مختلف نورد، نوبت به کشیدن وزن و بسته‌بندی ورق فولادی می‌رسد. برای وزن کردن و بسته‌بندی محصول بر اساس سفارش مشتری، دستگاه بسته‌بند وارد کار می‌شود تا به صورت اتوماتیک، بخش پایانی خط نورد گرم فولاد را تکمیل کند.
غلتک نورد
شکلدهی گرم اجازه ایجاد اشکال پیچیده را می‌دهد و می‌تواند به غلتک‌های کمتری برای نازک شدن فلز نیاز داشته باشد. از سوی دیگر، نورد سرد، فرآیندی کنترل شده و دقیق‌تر است که منجر به تولید محصولات فولادی قوی‌تر با زوایای و لبه‌های مشخص می‌شود.
دمای نورد گرم چقدر است؟
در عملیات نورد گرم فلز، کنترل دما امری مهم است به همین منظور ابتدا بهتر است دمای فلز را به صورت یکنواخت تا مقدار معینی بالا برده شود. فرایند نورد نیازمند گرم نگه داشتن قطعه در حرارت معین برای زمان طولانی است اگر دمای قطعه یکنواخت نباشد، تغییر شکل ایجاد شده نیز به صورت غیر یکنواخت پیش خواهد رفت.
با این حال، دمای نورد گرم برای فولاد معمولا ۸۵۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد (دمای آستنیته شدن) است.
تابکاری نورد گرم
تابکاری نورد گرم به شرح زیر است:
۱- فرآیند تابکاری
وظیفه اصلی فرآیند تابکاری، رفع تنش و بازگرداندن خواص اولیه ماده فلزی به بخش فرآوری است. این کار به طور معمول در کوره‌های پیوسته یا جعبه‌ای انجام می‌شود. بنابراین برای ایجاد ساختار متالورژیکی به همراه خواص مکانیکی فولاد، این محصول در طول فرآیند تابکاری در درجه حرارتی بیش از دمای تبلور مجدد قرار می‌گیرد.
۲- تابکاری کامل
برای اینکه بتوان ماده فولادی را به ویژگی چکش‌خواری مجهز کرد، از تابکاری کامل استفاده می‌شود. این فرآیند در یک بازه زمانی مشخص تحت دمای تعیین شده، محصول را گرم و سرد می‌کند تا به خاصیت چکش‌خواری مد نظر دست پیدا کند.
۳- تابکاری هم دمایی
وقتی عملیات سرد کردن فولاد سریع‌تر از مرحله تابکاری کامل صورت بگیرد، یعنی محصول در بخش تابکاری هم دمایی قرار دارد. هدف از این مرحله، تغییر حالت‌های متالورژیکی ماده در شرایط هم دمایی است.
۴- تابکاری کروی
یکی از مهم‌ترین اهداف تابکاری کروی، بازگرداندن خواص فولاد به حالت استاندارد است. برای این منظور، فولاد را پایین‌تر از دمای بحرانی حرارت می‌دهند تا ساختار محصول به شکل کروی دربیاید.
۵- کار گرم
این مرحله وظیفه تغییر شکل ماده را برعهده دارد. برای این کار، ماده را در دمایی بیشتر از دمای تبلور مجدد فلز حرارت می‌دهند.
مراحل فرآیند نورد گرم
هدف اصلی از عملیات نورد، کاهش سطح مقطع و شکلدهی ماده اولیه است. در نورد گرم، دو یا چند غلتک ماده اولیه را در دمای ۸۵۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد تحت فشارهای متوسط قرار می‌دهند.
در نورد گرم، شمش فولادی را از بین دو غلتک که فاصله بین آن‌ها کمتر از ضخامت فلز ورودی و خلاف جهت یکدیگر چرخانده می‌شوند، عبور می‌دهند.
به دلیل بیشتر بودن سرعت چرخش غلتک‌ها از ریلی که فلز روی آن قرار دارد، اصطکاک بین غلتک و فلز موجب به جلو راندن فلز شده و طول آن را افزایش و ضخامت آن را کاهش می‌دهد.
کم شدن ضخامت در طول نورد بستگی به میزان اصطکاک بین غلتک و سطح فلز دارد؛ به نحوی که برای تغییر شکل فلز، غلتک‌ها بر روی ماده می‌لغزند تا عملیات کاهش ضخامت تکمیل شود.
پس هنگام تغییر شکل در قسمت داخلی خط نورد که فلز تحت حرارت بالا قرار دارد، احتمال پدید آمدن ترک‌ها یا گسیختگی‌های سطحی وجود دارد. در کارخانه‌هایی که از نورد گرم به صورت انبوه استفاده می‌کنند، معمولا پیش از ورود به عملیات نورد، از ریخته‌گری استفاده می‌کنند.
بعد از عملیات ریخته‌گری، سرد شدن و به تبع آن احتمال ترک و گسیختگی سطحی کنترل می‌شود. پس از این کار و بدون گرم کردن مجدد و جابه‌جایی، محصول را وارد دستگاه نورد گرم می‌کنند.
همچنین برای فولادهای کربنی ساده و فولادهای کم آلیاژ، دمایی نزدیک به ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد را درنظر می‌گیرند. در ضمن برای حرارت‌دهی به فلز کم قطر، از کوره‌های القایی استفاده می‌شود.
مزایای نورد گرم
نورد گرم می‌تواند مصرف انرژی و هزینهها را تا حدود زیادی کاهش دهد. همچنین این فرآیند قابلیت بهبود پردازش فلزات و آلیاژها را دارد. به این معنا که دانه‌های درشت در حین ریخته‌گری شکسته می‌شوند، ترک‌ها بهبود می‌یابند و عیوب عملیات ریخته‌گری کاهش یافته نیز از بین می‌روند.
علاوه بر این، نورد گرم فلز معمولا از شمش‌های بزرگ استفاده می‌کند که نه تنها راندمان تولید را بهبود می‌بخشد، بلکه شرایطی را برای افزایش سرعت نورد و دستیابی به فرآیند نورد مداوم و خودکار ایجاد می‌کند.
با این حال، عملیات نورد گرم چندین مزیت مهم دارد که عبارتند از:
۱- خواص بهبود یافته
نورد گرم باعث بالا رفتن درصد چقرمگی، کشیدگی، کشش و انعطاف‌پذیری در کنار مقاومت آن در برابر ضربه می‌شود. فولاد نورد گرم به دلیل قرار گرفتن در حرارت با دمای بالا، به راحتی خاصیت چکش‌خواری پیدا می‌کند و بدون هیچ مشکلی می‌توان آن را برش داد یا به هر شکلی درآورد.
۲- ساختار دانه‌های تغییر یافته شده
به دلیل دمای بالایی که فولاد در آن نورد می‌شود، دانه‌های معمولی فولاد به دانه‌های ریزتر یا تصفیه شده تبدیل می‌شوند و همین موضوع، زمینه را برای تغییر خواص فولاد به وجود می‌آورد. چنین فرآیندی، فولاد نورد گرم را بسیار قوی‌تر از فولادهایی می‌کند که تحت عملیات نورد قرار نگرفته‌اند.
۳- توزیع یکنواخت ناخالصی
فلزات و فولادها دارای ناخالصی‌های متعددی هستند که می‌تواند بر خواص نهایی محصول اثر بگذارد. در کارخانه‌های نورد گرم، ناخالصی‌های مانند سرباره، به طور یکنواخت در سراسر ماده پخش می‌شود. بنابراین با متمرکز شدن ناخالصی‌ها در سطح ماده، زمینه برای تضعیف و شکستگی فلز به وجود می‌آید.
۴- از بین رفتن تخلخل فولاد
عملیات نورد گرم هرگونه تخلخلی را که ممکن است در فولاد وجود داشته باشد، از بین می‌برد و همین امر زمینه را برای سخت‌تر و یکنواخت‌تر شدن این محصول برای استفاده در سازه‌ها به وجود می‌آورد.
۵- نیاز به فشار کم
در کارخانه‌های نورد گرم، فرآیند تغییر شکل فلز به دلیل دمای بسیار بالای نورد، راحت‌تر انجام می‌شود. قرار گرفتن فلز تحت دمای بالا، ضمن کم کردن نیاز به فشار بالا، فرآیند تکمیلی عملیات نورد را آسان‌تر می‌کند.
معایب نورد گرم
نورد گرم نیز مانند هر فرآیند دیگری، معایب خاص خودش را دارد. در ادامه معایب نورد گرم را بررسی می‌کنیم:
۱- آخال‌های غیرفلزی
پس از نورد گرم، آخال‌های غیرفلزی (عمدتا سولفیدها، اکسیدها و همچنین سیلیکات‌ها) درون فولاد به صورت ورقه‌های نازک فشرده شده و باعث لایه‌برداری سطحی می‌شود. لایه لایه شدن تا حدود زیادی خواص کششی فولاد را کاهش می‌دهد و در مواردی ممکن است (زمانی که تحت جوش منقبض قرار می‌گیرد)، پارگی بین لایه‌ای را پدید بیاورد.
۲- تنش پسماند ناشی از سرمایش ناهموار
فولاد نورد گرم دارای چنین تنش پسماند است که هرچه سطح مقطع آن بزرگتر باشد، تنش پسماند نیز بزرگتر خواهد شد. اگر چه تنش پسماند خود به عنوان یک فاز متعادل در نظر گرفته می‌شود، اما همچنان بر عملکرد سایر قسمت‌های فولاد تحت نیروی خارجی مانند تغییر شکل، پایداری و… اثر می‌گذارد.
۳- کیفیت سطحی ضعیف (نسبت به نورد سرد)
از آنجایی که فولاد نورد گرم در دمای بالا حرارت می‌بیند، بنابراین محصول نهایی به دلیل اکسیداسیون سریع و تشکیل رسوب، سطح ضعیفی دارد. سطوح نورد دارای اکسید و زنگ است و ظاهر صیقلی ندارد.
علاوه بر این، فرآیند خنک‌سازی محصول نهایی باعث می‌شود که عناصر در مکان‌های ناهموار قرار بگیرند که همین امر نیاز به اضافه کردن یک مرحله دیگر برای صاف کردن محصولات پیش از تحویل به مشتری را ضروری می‌کند.
۴- نگهداری دما
حفظ محدوده دمایی استاندارد در طول فرآیند نورد گرم، یک چالش جدی در عملیات نورد است. برای حل این چالش، فولادسازان به کنترل دستی دمای یکنواخت روی می‌آورند تا فولاد در دمای استاندارد نورد شود.
کلام آخر
در این مقاله تلاش کردیم تا به این سوال که نورد گرم چیست و چه کاربردهایی دارد، جواب دهیم. برای کاهش ضخامت ماده فلزی جهت استفاده در صنایع مختلف همچون ساختمان‌سازی، خودروسازی و خطوط انتقال لوله نفت، گاز و آب، از نورد گرم استفاده می‌کنند. فرایند نورد گرم فلز به ما نشان می‌دهد که چگونه به وسیله حرارت و چندین غلتک، امکان کاهش سطح مقطع فلزاتی مانند شمش فولادی وجود دارد.