نورد چیست؟ و اصول آن چگونه است؟
نوردکاری به تولید محصولات و مقاطع فلزی با استفاده از غلتک‌ها اشاره دارد. در این فرآیند، فلز از بین غلتک‌هایی که خلاف جهت یکدیگر حرکت می‌کنند، عبور کرده و تغییر شکل پلاستیک می‌یابد. این فرآیند به دو شکل گرم و سرد انجام می‌شود و از دستگاه نورد فلزات برای تولید محصولاتی مانند تیرآهن و نبش‌ها استفاده می‌شود. در این روش، دو غلتک چدنی در میان یک چهارچوب چوبی قرار می‌گرفتند و نورد بر روی فلزاتی همچون قلع و سرب انجام می‌شد.
در قرن‌های هفدهم و هجدهم، نورد گرم به شکل چشمگیری در شکل‌دهی فلزات آهن پیشرفت یافت و در اواخر قرن هفدهم از غلتک‌های تخت برای تبدیل مقاطع مربعی به ورق استفاده شد. ابتدای قرن هجدهم نیاز به نیروی آب برای انجام نورد باعث استفاده از غلتک‌های کوچک بود، اما با اختراع ماشین بخار در قرن هجدهم و حل مشکل تأمین نیرو، از غلتک‌های بزرگ به عنوان ابزار اصلی نورد استفاده شد.
صنعت نورد به سرعت تکامل یافت و امروزه، فرآورده‌های نوردکاری، به ویژه آهن آلات، به عنوان مهمترین فرآورده‌های فلزی جهان محسوب می‌شوند. در این مقاله از تاجران آهن تمام نکات مربوط به نورد را برای شما توضیح خواهیم داد.
اصول نوردکاری چیست؟
اصول نوردکاری، در دستگاههای پیچیده که در کارخانه‌ها نظیر کارخانه ذوب آهن اصفهان به‌کار می‌روند، متشکل از اجزاء متعددی است. اجزاء این دستگاه شامل دنده کاهشی، غلطک‌های نگهدارنده، پایه غلطک، چرخ گردان، چرخ دنده‌های اتصال و سایر اجزاء مرتبط می‌شوند. نوع غلطک مورد استفاده در نورد به نوع محصول تولیدی وارد می‌شود و از غلطک‌های شیاردار تا ساده، انواع مختلفی دارد.
در فرآیند نوردکاری، غلطک‌ها با استفاده از موتورها و حرکت دورانی، انواع فلزات را به شکل دلخواهی تبدیل می‌کنند. این فرآیند، یکی از مؤثرترین و کاربردی‌ترین روش‌های شکل‌دهی فلزات به‌شمار می‌آید. تولید ورق به صورت سرد یا گرم، از نورد سرد و گرم به‌ترتیب مزایای خاص خود را دارد و استفاده از هر یک از این روش‌ها به شرایط مختلف فرآیند و نوع محصول بستگی دارد.
انواع نورد چیست؟
نوردکاری به دو دسته گرم و سرد تقسیم می‌شود. نورد گرم در دمای بالا تغییر شکل پلاستیکی فلزات را ایجاد می‌کند، در حالی که نورد سرد در دمای پایین اجرا می‌شود. نورد سرد برای بهبود کارایی، به دمای محیط انجام می‌شود. در نهایت، نوردکاری سرد بهترین روش برای شکل دهی فلزات محسوب می‌شود، بدون وجود ذوب یا براده‌برداری. این فرآیند برای تولید انواع ورق فولادی با ابعاد مختلف، به خصوص برای ساخت ماشین‌آلات و قطعات فلزی، از اهمیت زیادی برخوردار است.
عملیات نورد چگونه است؟
در نوردکاری فولاد، مواد ابتدا بین دو غلطک قرار می‌گیرند. این غلطک‌ها به صورت دائمی در حال چرخش هستند و نیروی ایجاد شده توسط آنها به منظور کاهش ضخامت فلزها به کار می‌رود. این نیروی اعمالی بر ساختار فلزات تأثیر مهمی دارد و کاهش ضخامت هر فلز پس از نوردکاری با اندازه‌گیری اختلاف ضخامت قبل و بعد قابل ارزیابی است. کشیدگی، به عنوان یکی از اصول اساسی نوردکاری، علاوه بر کاهش ضخامت فلزات، به جلوبردن مواد به سمت جلو توسط غلطک‌ها می‌پردازد.
این اتفاق به دلیل جهت مخالف چرخش غلطک‌ها ایجاد می‌شود. به همین دلیل وجود غلطک‌ها را به عنوان یکی از جوانمردترین عملیات نوردکاری می‌شناسند. با این حال، افزایش اصطکاک بیش از حد می‌تواند به دلیل دلایل مختلف، ضررهای قابل توجهی ایجاد کند. در فرآیند نوردکاری فولاد، کنترل سطح اصطکاک میان قطعه و غلطک‌ها امری حیاتی است. روان‌کننده‌ها از جمله تجهیزات مهمی هستند که در این زمینه تأثیرگذارند.
این فرآیند جهت کاهش ضخامت قطعات به‌کار می‌رود و شکل هندسی هر قطعه در طول این فرآیند تغییر می‌کند، در حالی‌که حجم انواع فلزات ثابت می‌ماند. در برخی موارد، نیرو یا تنش خاصی بر روی یک قطعه اعمال می‌شود که می‌تواند در قسمت‌های مختلف اثرات متفاوتی ایجاد کند. تنش‌ها و نیروها از جمله عوامل مؤثر در شکل‌دهی و تعیین خواص نهایی قطعات می‌باشند.
مراحل نوردکاری چیست؟
مراحل نوردکاری، فرآیند شکل‌دهی فلزات با استفاده از فشار و حرارت در دماهای بالا را شامل می‌شود. مراحل نوردکاری عمدتاً به شکل زیر هستند:
1- ریخته‌گری پیوسته شمش
در مرحله ریخته‌گری پیوسته شمش، تختال‌های با ابعاد خاص تولید و با استفاده از ظرف‌های مسی، فولاد مذاب تقسیم بندی شده و به واحد خنک‌کننده منتقل می‌شوند. پس از خنک‌شدن به دمای محیط، شمش‌ها به بخش خنک‌کننده دستگاه نورد منتقل شده و با استفاده از قطع کننده‌ها شکل قیچی به دست می‌آید، این مرحله از مراحل نوردکاری یکی از حیاتی‌ترین و پیچیده‌ترین بخش‌هاست.
2- نورد گرم
نورد گرم فرآیندی است که با هدف تولید ورق با ابعاد، شکل، خواص، و صافی سطح مشخص از یک تختال انجام می‌شود. با استفاده از این روش، به دلیل مقاومت کمتر آهن‌آلات در برابر تغییر شکل در دماهای بالا، استحکام فرآیند نورد افزایش می‌یابد. استفاده از نورد گرم با حضور فاز آستنیت در دماهای بالا، تجانس در فرآیند نورد را ایجاد می‌کند. دمای خروجی تختال از کوره پیش‌گرمکن بسیار حائز اهمیت است تا با دمای مناسب بیش از 890 درجه سانتیگراد از مراحل نورد نهایی خارج شود. نورد گرم، با ایجاد یکنواختی در استحکام و ترکیبات شیمیایی فلزات، برای تولید ورق با ضخامت‌های مختلف، از خشن تا ظریف، به کار می‌رود.
3- کوره پیش گرمکن
در مرحله کوره پیش گرمکن، تختال با نرخ حرارت معین دمای مورد نیاز برای نورد گرم را کسب می‌کند. استفاده از کوره‌های هم‌دماساز باعث یکنواختی توزیع دما در تختال می‌شود. دما، که بر اساس ابعاد تختال، شرایط نوردکاری، نوع فولاد و عوامل دیگر متغیر است، برای فولاد کم کربن حدود ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد است. مدت زمان نگهداری تختال در کوره مهم بوده و زیاد شدن آن ممکن است به خوردگی و حتی سوزاندن کربن در آهن آلات منجر شود. در این مرحله پس از خروج از کوره، تختال پوسته‌زدایی شده و آماده می‌شود تا به مراحل بعدی نورد وارد شود.
4- نورد مقدماتی خشن
نورد مقدماتی خشن، مرحله‌ای از فرآیند نورد فولاد است که تختال‌ها با ضخامت بالا شکل می‌گیرند. در این مرحله، ضخامت تختال‌ها از ۲۵۰ به ۲۵ میلی‌متر کاهش می‌یابد. این کاهش ضخامت با استفاده از قفسه‌های رفت و برگشتی یونیورسال صورت می‌گیرد. پس از نورد مقدماتی، تختال‌ها مجدداً پوسته‌زدایی می‌شوند، و دما به حدود ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد کاهش می‌یابد. در این مرحله، تختال پس از خروج از کوره و پوسته‌زدایی، برای ورود به مراحل بعدی نورد آماده می‌شود.
5- میز انتقال
در کارخانه نورد گرم، میز انتقال جهت جلوگیری از برخورد تختال‌های عبوری و هماهنگی آرایش همزمان در مراحل نورد مقدماتی و نهایی به‌کار می‌رود. این میز باعث هماهنگی سرعت بالای تختال‌ها در نورد مقدماتی و سرعت پایین آنها در مرحله قیچی و اولین نورد نهایی می‌شود.
طولانی بودن این میز انتقال منجر به اتلاف حرارت قابل توجه از سطح تختال می‌گردد، که ممکن است به ناهمگونی دما در تختال و کاهش مرغوبیت آهن آلات، افزایش هزینه سوخت، کاهش راندمان کارخانه، و افزایش آلودگی محیط زیست منجر شود. برای کاهش این اتلاف انرژی، محققان از روش‌های مختلف استفاده کرده‌اند. پس از عبور از میز انتقال، تختال وارد مرحله نورد نهایی می‌شود. استفاده از میز انتقال جهت هماهنگی و جلوگیری از برخورد تختال‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است.
6- نورد نهایی
تختال‌های عبوری از میز انتقال به سمت قفسه‌های نورد نهایی ارسال می‌شوند. در این مرحله از فرآیند نورد نهایی، تختال‌های عبوری از یک خط که معمولاً از 6 تا 7 قفسه تشکیل شده است، عبور می‌کنند. ضخامت ورق در این مرحله از 6 تا 7 میلی‌متر به 1.8 تا 3 میلی‌متر کاهش می‌یابد. دمای ورق پس از نورد نهایی به حدود 900 درجه سانتیگراد کاهش می‌یابد و سپس به واحد خنک‌کاری منتقل می‌شود. این مرحله از خنک‌کاری به منظور جلوگیری از جوش خوردن لایه‌های ورق در هنگام کلاف‌پیچی انجام می‌شود. از طریق پاشیدن جریان آب در سردکننده، دمای ورق به 650 درجه سانتیگراد کاهش می‌یابد. در این دما، ورق به شکل کلاف‌های استوانه‌ای تشکیل می‌شود و وارد سیستم حمل کلاف به انبار می‌شود. پس از رسیدن به دمای محیط، کلاف‌ها به واحد تکمیل نورد گرم یا نورد سرد منتقل می‌شوند.
7- اسیدشویی
اسیدشویی یک مرحله اساسی در فرآیند نورد گرم است که به منظور حذف پوسته‌های اکسیدی از سطح ورق انجام می‌شود. در این مرحله، ورق‌های تازه نورد شده با استفاده از اسید، اکسیدها و آلایش‌های سطحی را از بین می‌بردند. این عمل باعث بهبود ظاهر و سطح ورق می‌شود و همچنین از سایش غلطک‌های نورد در مراحل بعدی جلوگیری می‌کند. از این رو، اسیدشویی از اصول اساسی نوردکاری بر روی ورق‌های نورد گرم به شمار می‌رود.
8- نورد سرد
مرحله‌ای است که پس از نورد گرم انجام می‌شود و هدف اصلی آن تولید ورق‌های با ضخامت بسیار کم است. پس از اسیدشویی، ورق‌های تولید شده در واحد نورد گرم وارد فرآیند نورد سرد می‌شوند. این عمل باعث کاهش بیشتر ضخامت و دستیابی به خواص مکانیکی بهینه می‌شود. نورد سرد معمولا به صورت تاندم متوالی با ۴ تا ۶ قفسه یا به صورت رفت و برگشتی با ۲ تا ۳ قفسه انجام می‌شود. در این مرحله، ورق با کاهش ضخامت بین ۲۵ تا ۹۰ درصد، از ۰.۱ تا ۶ میلی‌متر، به شکل کلاف یا ورق تولید می‌شود. این نوع نورد در دمای معمولی انجام می‌شود و باعث بهبود استحکام و سختی فلزات می‌گردد، همچنین سطح تمام‌شده ورق مناسبی را فراهم می‌کند.
9- نورد پوسته‌ایی
عملیات حرارتی و نورد پوسته‌ایی اهمیت بسیاری در بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی فلزات در ساختار نهایی ورق‌ها دارد. با مشاهده خواص به دست آمده از نوردها، می‌توان به بهینه‌سازی خواص مکانیکی و ایجاد آرایش یکنواخت در ورق‌ها دست یافت. در این مرحله از فرآیند نورد، کلاف‌ها به صورت دو یا سه تایی با یکدیگر چسبانده می‌شوند و یک پوسته استوانه‌ای روی آنها قرار می‌گیرد. این عمل باعث ایجاد یک ساختار متراکم و متمرکز در ورق‌های تولیدی می‌شود. سپس، این کلاف‌ها تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرند.
در این مرحله، دما به صورت دقیق کنترل می‌شود تا بهترین خصوصیات مکانیکی در فولاد به‌دست آید. پس از انجام این فرآیند، کلاف‌ها به آرامی خنک می‌شوند. این مرحله از خنک‌کاری به منظور حفظ خصوصیات بهینه مکانیکی و ساختار فولاد انجام می‌شود. سپس این کلاف‌ها تحت عملیات حرارتی قرار گرفته و در ادامه به آرامی خنک می‌شوند. نورد پوسته‌ای همچنین برای افزایش مقاومت مکانیکی و صافی سطح ورق انجام می‌شود، که به همراه تغییرات اندکی در شکل ورق می‌آید. این مراحل بهبود ویژگی‌های فلزات و ایجاد ورق با خواص بهینه را امکان‌پذیر می‌کنند.
دستگاههای نورد فولاد
دستگاههای نورد فولاد، ابزارهای اساسی در تولید قطعات فلزی متنوع و به‌ویژه در صنعت ساختمان‌سازی و تغییر شکل مقاطع فلزی، به‌کار می‌روند. این دستگاه‌ها با تنظیم سرعت چرخش رول‌ها و فاصله میان غلتک‌ها، ابعاد و خصوصیات قطعات تولیدی را کنترل می‌کنند. دستگاههای نورد فولاد عمدتاً به دو نوع الکترومکانیکی و هیدرولیکی تقسیم می‌شوند. اجزاء این دستگاه‌ها شامل قفسه نورد، غلتک‌ها، یاتاقان‌ها، و نیروهای محرکه است که برای تنظیم نیروها و سرعت دورانی غلتک‌ها به‌کار می‌روند. این دستگاه‌ها به انواع مختلف ورق، شمش، سیم و مفتول از جمله محصولات پرکاربرد صنعتی ایجاد می‌کنند.
تفاوت اصلی بین فولاد نورد گرم و نورد سرد
تفاوت نورد گرم و سرد در دمایی است که فولاد در هر یک از این فرآیندها شکل می‌گیرد.
1- نورد گرم
- در دماهای بالا (حدود ۷۰۰-۱۱۰۰ درجه سانتیگراد) انجام می‌شود.
- فولاد به طور مستقیم به شکل نهایی خود می‌رسد.
- فرآیند سریع‌تر انجام می‌شود.
- خواص مکانیکی و ظاهری فولاد ممکن است کمی متفاوت باشد.
2- نورد سرد
- نورد سرد در دمای اتاق یا حدوداً به آن انجام می‌شود.
- فولاد پس از نورد گرم، در دمای معمولی خنک می‌شود و سپس در فرآیند نورد سرد شکل می‌گیرد.
- تغییرات دقیق‌تر ابعادی و بهبود در خصوصیات مکانیکی فولاد را نتیجه می‌دهد.
- این روش می‌تواند بهبودهای قابل توجهی در خواص فولاد ایجاد کند.
انتخاب مناسب بین نورد گرم و نورد سرد به عنوان دو فرآیند اصلی در تولید فولاد، به بهینه‌سازی هزینه و زمان پردازش کمک کرده و خواص نهایی محصول را تعیین می‌کند.
نورد گرم بهتر است یا سرد؟
انتخاب بین نورد گرم و سرد به میزان ویژگی‌ها و نیازهای پروژه‌ی شما بستگی دارد. اگر استحکام و خواص مکانیکی محصول مهمتر از ظاهر و دقت ابعادی است، نورد گرم بهترین گزینه خواهد بود. در صورتی که نیاز به ظاهری زیبا و کیفیت سطحی بالا است، محصولات نورد سرد انتخاب مناسبی خواهند بود. در نهایت، معیارهای پروژه و اهداف مشخص شده توسط شما، تصمیم‌گیری را تعیین خواهند کرد.
جمع بندی
نورد یک فرآیند مهم در صنعت فلزات است که به تولید و فرآوری مواد فلزی می‌پردازد. این فرآیند از گذشته تاکنون تکامل یافته و با بهره‌گیری از فناوری‌های پیشرفته، تولید فراورده‌های متنوع و با کیفیت بالا امکان‌پذیر شده است. از مهمترین مراحل نورد می‌توان به نورد گرم و نورد سرد اشاره کرد که به ترتیب در دماهای بالا و اتاق انجام می‌شوند. این فرآیند به تولید انواع محصولات فلزی از جمله ورق، تختال، و نوارها منجر می‌شود. استفاده از نورد در صنایع مختلف نظیر ساخت و ساز، خودروسازی، و صنایع الکترونیک به عنوان یک روش کارآمد و اقتصادی مورد توجه است.
همچنین، فناوری‌های جدیدی نظیر نورد پیوسته، کنترل حرارتی پیشرفته، و اسیدشویی به بهبود کیفیت و خواص محصولات نورد شده ارتقاء بخشیده‌اند. در نتیجه، صنعت نورد نقش بسزایی در تأمین نیازهای فلزات در اقتصاد جهانی ایفا می‌کند و از اهمیت بسیاری برخوردار است. برای سوالات بیشتر یا استعلام قیمت ورق، می‌توانید با کارشناسان ما تماس بگیرید یا در صفحه مربوطه قیمت لحظه ای ورق را مشاهده نمایید.