نورد گرم چیست و چه کاربردی در صنعت فولاد دارد؟

نورد گرم یکی از مهم ‌ترین فرآیند های شکل‌ دهی فلزات در صنعت فولاد است که در آن، شمش یا تختال فولادی در دمای بالا (معمولاً بالاتر از ۱۱۰۰ درجه سانتی‌ گراد) حرارت داده می ‌شود تا به حالت نرم و قابل تغییر شکل درآید. در این حالت، فولاد از میان غلتک ‌های بزرگ فولاد سازی عبور داده می‌ شود و ضخامت آن کاهش یافته یا به شکل‌های مختلف مانند ورق، تیرآهن، نبشی، یا میلگرد تبدیل می‌شود.

در واقع، نورد گرم را می ‌توان مرحله‌ای دانست که فولاد خام به محصول نهایی قابل استفاده در صنایع مختلف تبدیل می‌شود. این فرآیند علاوه بر تغییر ابعاد، باعث بهبود خواص مکانیکی فولاد مانند استحکام، چقرمگی و یکنواختی ساختار دانه‌ای آن نیز می‌گردد.

نورد گرم به دلیل دمای بالای عملیات، نیازی به اعمال نیروی زیاد ندارد و برای تولید انبوه و اقتصادی مقاطع فولادی بسیار مناسب است. بیشتر محصولات پرمصرف بازار فولاد، مانند ورق سیاه، تیرآهن، میلگرد و ناودانی با استفاده از همین روش تولید می‌شوند.

در صنعت فولاد، اهمیت نورد گرم به این دلیل است که تقریباً پایه تمام فرآیندهای تولیدی و تبدیلی محسوب می‌شود؛ به طوری که ورق‌ها و مقاطع تولید شده در این مرحله، بعدها ممکن است وارد فرآیندهای دیگر مانند نورد سرد، پوشش‌ دهی یا عملیات حرارتی شوند تا محصولات نهایی با کاربردهای خاص تولید گردند.

جدول از : https://tadbirgaranbm.ir/%d9%86%d9%88%d8%b1%d8%af-%da%af%d8%b1%d9%85-%da%86%db%8c%d8%b3%d8%aa/

موضوع	جزئیات
تعریف	ورق نورد گرم نوعی ورق فولادی است که از شمش فولادی در دمای بالا (حدود ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد) عبور داده می‌شود تا به ضخامت و ابعاد مورد نظر برسد. این فرآیند باعث می‌شود ورق مقاومت مکانیکی بالا و انعطاف‌پذیری مناسب داشته باشد.
انواع آلیاژ	ST۳۷، ST۵۲، SPHC، Q۲۳۵ و دیگر فولادهای کربنی و مقاوم
ضخامت‌ها	از ۰.۸ میلی‌متر تا ۲۵ میلی‌متر بسته به نوع آلیاژ و کاربرد ورق
ابعاد موجود	عرض: ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ میلی‌متر، طول: ۲۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰ میلی‌متر (شاخه‌ها یا رول‌ها)
کاربردها	ساختمان‌سازی، تولید پروفیل و تیرآهن، صنایع سنگین، تانکر و لوله‌سازی، ماشین‌آلات، صنایع سبک و قالب‌سازی
نام‌های دیگر	ورق سیاه، ورق فولاد کربنی، ورق ساختمانی، ورق صنعتی، ورق فولاد مقاوم

تفاوت نورد گرم با نورد سرد

نورد گرم و نورد سرد هر دو از روش‌های مهم شکل ‌دهی و تولید ورق‌ها و مقاطع فولادی هستند، اما تفاوت آنها در دمای فرآیند و ویژگی‌های محصول نهایی است. این تفاوت‌ ها باعث شده هر روش، برای کاربردهای خاصی در صنعت مورد استفاده قرار گیرد.

۱. تفاوت در دمای فرآیند

در نورد گرم، فولاد در دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد (حدود ۱۱۰۰ درجه سانتی‌ گراد) تغییر شکل می‌دهد. در این دما، فولاد نرم می‌ شود و به راحتی شکل می‌ گیرد.
اما در نورد سرد  عملیات در دمای محیط یا کمی بالاتر از آن انجام می‌شود. به همین دلیل، فولاد سخت ‌تر است و برای تغییر شکل به نیروی بیشتری نیاز دارد.

۲. تفاوت در ظاهر و کیفیت سطح

محصولات نورد گرم (مثل ورق سیاه) سطحی نسبتاً زبر و اکسید شده دارند، چون در دمای بالا اکسید آهن روی سطح تشکیل می ‌شود.
در مقابل  محصولات نورد سرد (مثل ورق روغنی) سطحی صاف، براق و دقیق‌تر دارند و برای کاربرد هایی که ظاهر اهمیت دارد (مانند بدنه خودرو یا لوازم خانگی) مناسب ‌ترند.

۳. تفاوت در دقت ابعادی

در فرآیند نورد گرم به دلیل انبساط حرارتی و تغییرات دما، کنترل دقیق ضخامت و ابعاد دشوارتر است.
اما در نورد سرد، به علت انجام عملیات در دمای پایین و کنترل بهتر ماشین‌آلات، ابعاد و ضخامت دقیق‌تر هستند.

۴. تفاوت در خواص مکانیکی

نورد گرم موجب ایجاد ساختار دانه‌ای درشت ‌تر ولی چقرمگی بالاتر در فولاد می ‌شود.
نورد سرد، به دلیل کار سختی (Work Hardening)، باعث افزایش استحکام تسلیم و سختی سطحی فولاد می‌شود اما در مقابل، از انعطاف ‌پذیری آن می ‌کاهد.

۵. تفاوت در کاربردها

ویژگی	نورد گرم	نورد سرد
نوع محصول	ورق سیاه، میلگرد، تیرآهن، نبشی	ورق روغنی، لوله دقیق، قطعات بدنه خودرو
دقت ابعادی	پایین‌تر	بالا
ظاهر سطحی	زبر و مات	صاف و براق
مقاومت مکانیکی	چقرمه‌تر و انعطاف‌پذیرتر	سخت‌تر ولی شکننده‌تر
هزینه تولید	کمتر و اقتصادی‌تر	بیشتر به دلیل فرآیند اضافه

مراحل انجام نورد گرم در کارخانه ‌های فولادسازی

فرآیند نورد گرم یکی از اصلی ‌ترین مراحل تولید مقاطع فولادی است که طی آن شمش یا تختال فولادی در دمای بالا به محصولاتی مانند ورق سیاه، تیرآهن، میلگرد یا نبشی تبدیل می‌شود. این عملیات در چندین مرحله متوالی و دقیق انجام می‌گیرد تا فولاد از حالت جامد اولیه به شکل نهایی قابل استفاده برسد.

۱. آماده ‌سازی و پیش ‌گرم کردن شمش فولادی

در اولین گام، شمش‌ها، بیلت‌ها یا اسلب‌ های فولادی که از مرحله ریخته ‌گری به دست آمده‌اند، وارد کوره‌ های پیش‌ گرم می‌شوند.
در این کوره‌ ها، دما تا حدود ۱۱۰۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتی ‌گراد افزایش می‌ یابد تا فولاد به حالت پلاستیک و قابل تغییر شکل برسد.
پیش ‌گرم کردن باعث می ‌شود دانه ‌های فولاد بازسازی شده و احتمال شکست در حین نورد کاهش یابد.

۲. نورد خشن (Roughing Mill)

در مرحله دوم، فولاد داغ از میان غلتک‌های بزرگ نورد خشن عبور داده می‌شود تا ضخامت آن به میزان قابل توجهی کاهش یابد.
در این بخش، مقطع اولیه به‌ تدریج تخت‌ تر یا کشیده‌ تر می‌شود و به شکل کلی محصول نهایی نزدیک ‌تر می‌ گردد.
این مرحله معمولاً چند بار تکرار می‌شود تا دمای فولاد به حد بهینه حفظ شود و تغییر شکل به صورت یکنواخت انجام گیرد.

۳. نورد میانی و نهایی (Finishing Mill)

در این بخش، فولاد از چندین قفسه نورد متوالی عبور داده می ‌شود تا به ضخامت و عرض دقیق مورد نظر برسد.
در هر عبور، غلتک‌ ها با سرعت و فشار متفاوت عمل می‌کنند تا سطح فولاد صاف ‌تر و یکنواخت ‌تر شود.
هم ‌زمان سیستم‌ های آب‌ پاش خنک‌ کننده برای تنظیم دمای سطحی و جلوگیری از اکسید شدن به کار گرفته می‌شوند.

۴. خنک‌ کاری و صاف‌ سازی

پس از خروج از قفسه ‌های نورد، ورق یا مقطع فولادی روی رَک‌های خنک‌کننده (Cooling Beds) قرار می ‌گیرد تا به‌ آرامی سرد شود.
در این مرحله، اختلاف دمای داخلی و سطحی باید کنترل شود تا از تاب ‌برداشتگی و تنش داخلی در فولاد جلوگیری گردد.
همچنین عملیات صاف ‌سازی (Leveling) برای یکنواخت کردن سطح انجام می‌شود.

۵. برش و بسته‌ بندی نهایی

در پایان فرآیند، محصول نورد شده با استفاده از گیوتین‌ های هیدرولیکی یا اره‌های اتوماتیک به طول‌های استاندارد برش داده می‌ شود.
سپس محصولات طبق نوع و سایز، بسته ‌بندی و علامت‌ گذاری شده و برای ارسال به انبار یا واحدهای بعدی مانند نورد سرد یا گالوانیزه آماده می‌ گردند.

مواد اولیه مورد استفاده در نورد گرم

فرآیند نورد گرم بر پایه تغییر شکل پلاستیکی فولاد در دمای بالا انجام می‌شود. برای شروع این فرآیند، نیاز به مواد اولیه خاصی با ابعاد و ترکیب شیمیایی استاندارد وجود دارد. مهم ‌ترین مواد اولیه در نورد گرم شامل تختال، شمش و بیلت هستند که هرکدام کاربرد ویژه‌ای در تولید محصولات فولادی دارند.

تختال، شمش و بیلت؛ پایه‌های تولید ورق و مقاطع فولادی

در کارخانه‌های فولاد سازی، سه نوع محصول نیمه ‌ساخته به عنوان ماده خام نورد گرم به کار می‌ روند:

تختال (Slab):
تختال قطعه‌ای فولادی با سطح مقطع مستطیلی و ضخامت نسبتاً کم است که بیشتر برای تولید ورق‌های فولادی مانند ورق سیاه، ورق‌های صنعتی و لوله‌های درزدار استفاده می‌شود.
طول و عرض تختال معمولاً چندین متر است و سطح آن باید کاملاً یکنواخت باشد تا در هنگام عبور از غلتک‌ها دچار ترک یا ناهمواری نشود.

شمش (Ingot):
شمش فولادی معمولاً به صورت قالب‌های بزرگ و ضخیم تولید می‌شود که در ادامه فرآیند، به بیلت یا بلوم تبدیل می‌گردند. شمش‌ها پایه‌ای‌ترین شکل فولاد ریخته ‌گری شده‌اند و برای نورد اولیه یا ری‌ میلینگ (Re-milling) به کار می‌ روند.

بیلت (Billet) و بلوم (Bloom):
بیلت‌ها مقاطع فولادی با سطح مقطع مربع یا دایره‌ای هستند که برای تولید میلگرد، نبشی، ناودانی و تیرآهن سبک استفاده می‌شوند.
بلوم از نظر ابعاد کمی بزرگ‌تر از بیلت است و برای تولید تیرآهن و ریل راه‌آهن به کار می‌رود.

آماده ‌سازی مواد اولیه قبل از نورد

قبل از آغاز فرآیند نورد گرم، مواد اولیه باید از نظر ابعاد، کیفیت سطح و ترکیب شیمیایی بررسی و آماده‌سازی شوند. مراحل آماده‌سازی شامل موارد زیر است:

• بازرسی ظاهری:  بررسی وجود ترک، پوسته اکسیدی یا ناخالصی در سطح شمش یا تختال.
• برش به طول مناسب:  استفاده از مشعل یا اره‌های صنعتی برای برش مواد اولیه به اندازه مورد نیاز خطوط نورد.
• پیش‌گرم در کوره:  حرارت ‌دهی شمش‌ها و تختال‌ها تا حدود ۱۱۰۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتی‌ گراد جهت نرم شدن فولاد و جلوگیری از شکست در حین نورد.
• تمیزکاری سطح (اسکالپینگ یا شات بلاست):  حذف پوسته اکسیدی و زنگ ‌زدگی از سطح برای بهبود کیفیت محصول نهایی.

تجهیزات و خطوط تولید نورد گرم

خطوط نورد گرم در کارخانه ‌های فولاد سازی از مجموعه ‌ای از تجهیزات سنگین و سیستم‌ های دقیق تشکیل شده ‌اند که وظیفه آن‌ها گرم‌ کردن، شکل ‌دهی، خنک‌ کاری و کنترل کیفیت فولاد در حین حرکت مداوم است. طراحی صحیح این تجهیزات نقش مهمی در افزایش راندمان، دقت ابعادی و کیفیت سطح محصولات فولادی دارد.

کوره پیش‌گرم، قفسه‌ های نورد و سیستم خنک‌ کاری

۱. کوره پیش ‌گرم (Reheating Furnace):
در ابتدای خط نورد، شمش یا تختال فولادی وارد کوره‌های پیش‌گرم گازی یا القایی می‌شود تا دمای آن به حدود ۱۱۰۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتی‌گراد برسد.
هدف از این مرحله، نرم کردن فولاد برای عبور راحت از غلتک‌ها و جلوگیری از ترک یا شکست در حین نورد است.
این کوره‌ها معمولاً به سیستم‌های کنترل خودکار مجهز هستند تا دما به صورت یکنواخت در سراسر قطعه پخش شود.

۲. قفسه ‌های نورد (Rolling Stands):
پس از گرم شدن، فولاد از میان چندین قفسه نورد متوالی عبور می‌کند. هر قفسه شامل دو یا چند غلتک است که با فشار زیاد، ضخامت فولاد را کاهش داده و طول آن را افزایش می ‌دهند.
قفسه‌های نورد به دو بخش تقسیم می‌ شوند:

نورد خشن (Roughing): برای کاهش ضخامت اولیه.

نورد نهایی (Finishing): برای دستیابی به ابعاد دقیق و سطح صاف‌تر.

هر قفسه به سیستم‌ های هیدرولیکی و حسگرهای سرعت و فشار مجهز است تا کنترل کامل روی فرآیند شکل ‌دهی انجام شود.

۳. سیستم خنک‌ کاری (Cooling System):
در طول و پس از نورد، دمای سطح فولاد توسط اسپری‌های آب پرفشار کنترل می‌شود. این سیستم باعث حفظ خواص مکانیکی مطلوب، جلوگیری از اکسید شدن و یکنواختی دما در کل مقطع می‌گردد.
سرعت و حجم آب در هر نقطه به‌صورت خودکار تنظیم می‌شود تا فولاد بیش از حد سرد یا گرم نشود.

کنترل کیفیت و تنظیم ضخامت ورق‌ها

در انتهای خط نورد گرم، مجموعه‌ ای از سیستم‌ های اندازه‌ گیری لیزری، حسگرهای ضخامت ‌سنج (Gauge) و دوربین‌های صنعتی قرار دارند که ابعاد و کیفیت سطح فولاد را به ‌صورت بلا درنگ کنترل می‌کنند.

فرآیند کنترل کیفیت شامل مراحل زیر است:

1. اندازه‌ گیری ضخامت در نقاط مختلف ورق برای اطمینان از یکنواختی ابعاد.
2. بررسی دمای خروجی و سرعت سرد شدن جهت جلوگیری از ترک‌های حرارتی.
3. تشخیص عیوب سطحی مانند پوسته اکسیدی، موج‌ دار شدن یا خطوط غلتک.

محصولات حاصل از نورد گرم

فرآیند نورد گرم، پایه و اساس تولید بخش بزرگی از محصولات فولادی در دنیا است. در این روش، فولاد داغ پس از عبور از غلتک‌ها و خنک‌کاری، به ورق‌ها، میلگردها و مقاطع فولادی مختلف تبدیل می‌شود. هر یک از این محصولات، کاربرد و ویژگی‌های خاص خود را دارند و در صنایع متنوعی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ورق سیاه (Hot Rolled Steel Sheet)

یکی از اصلی‌ترین محصولات فرآیند نورد گرم، ورق سیاه یا ورق فولادی گرم نورد شده است. این ورق‌ها سطحی نسبتاً زبر و اکسیدشده دارند، اما از نظر استحکام و انعطاف‌پذیری بسیار مطلوب‌اند.

میلگرد (Rebar)

میلگرد یکی دیگر از محصولات مهم نورد گرم است که از بیلت‌های فولادی تولید می‌شود. میلگردها در دو نوع ساده (A1) و آجدار (A2، A3، A4) تولید می‌گردند و نقش اساسی در استحکام بتن و سازه‌های بتنی دارند.

تیرآهن (I-Beam)

تیرآهن از دیگر محصولات کلیدی نورد گرم است که از بلوم فولادی تولید می‌شود.در فرآیند نورد، بلوم داغ از میان غلتک‌های شکل‌دهنده عبور کرده و به شکل مقطع I درمی‌آید.

نبشی، ناودانی و سپری

این مقاطع فولادی نیز از طریق نورد گرم تولید می‌شوند و به عنوان اتصالات و اجزای فرعی سازه‌ها استفاده می‌گردند.

منبع : https://tadbirgaranbm.ir/