نورد آهن چیست؟ بررسی انواع روش های نورد فولاد

فولاد خام به تنهایی کاربرد صنعتی ندارد. برای اینکه شمش فولادی به میلگرد، تیرآهن، ورق، لوله یا ناودانی تبدیل شود، باید از فرآیندهای شکل دهی عبور کند. یکی از مهم ترین و پرکاربردترین این فرآیندها، نورد است. نورد آهن روشی است که در آن فلز بین دو یا چند غلتک عبور داده می شود تا ضخامت آن کاهش یافته و شکل مورد نظر به آن داده شود. بخش بزرگی از محصولات آهن آلات که روزانه در بازار ایران معامله می شوند، از همین فرآیند بیرون می آیند.

درک نورد فولاد برای خریداران، پیمانکاران، مهندسان و فعالان بازار آهن اهمیت دارد؛ چرا که نوع فرآیند نورد مستقیماً روی کیفیت، استحکام، ابعاد و قیمت نهایی محصول تاثیر می گذارد. میلگرد نورد گرم با میلگرد نورد سرد تفاوت های مشخصی دارد که باید پیش از خرید آن ها را شناخت.

در این مقاله، با تعریف دقیق نورد شروع می کنیم، سپس انواع روش های نورد فولاد را بر اساس دما، جهت حرکت و شکل محصول نهایی بررسی می کنیم و در پایان فرآیند کامل نورد فولاد را توضیح می دهیم.

نورد چیست؟

نورد (Rolling) یک فرآیند شکل دهی فلز است که در آن قطعه فلزی بین دو یا چند غلتک دوار عبور داده می شود. نیروی فشاری غلتک ها باعث می شود ضخامت قطعه کاهش یابد، طول آن افزایش پیدا کند و شکل مقطع عرضی آن تغییر کند. این فرآیند ساده اما قدرتمند، پایه تولید بیشتر محصولات فولادی است.

اصل کار نورد بسیار شبیه به غلتاندن خمیر با وردنه است، با این تفاوت که فلز به جای خمیر، بین غلتک های فولادی سنگین با نیروی کنترل شده عبور می کند. این نیرو می تواند بسته به نوع محصول، در دمای بالا یا دمای اتاق اعمال شود.

نورد به دو هدف اصلی دست می یازد:

• کاهش ضخامت یا تغییر مقطع: از شمش های بزرگ، محصولات باریک تر و دقیق تر تولید می شود.
• بهبود خواص مکانیکی: فرآیند نورد ساختار دانه بندی فلز را اصلاح می کند و استحکام آن را افزایش می دهد.

تجهیزات اصلی در یک خط نورد عبارتند از: کوره گرمایش، قفسه های نورد (که شامل غلتک ها هستند)، میزهای غلتکی انتقال، دستگاه های برش و سیستم های خنک کاری. در کارخانه های مدرن فولاد ایران، این خطوط به صورت پیوسته کار می کنند؛ یعنی شمش از یک سر وارد خط می شود و محصول نهایی از سر دیگر خارج می شود.

انواع نورد آهن بر اساس دما

دمای فرآیند نورد اصلی ترین معیار طبقه بندی است که مستقیماً بر خواص فیزیکی و مکانیکی محصول نهایی تاثیر می گذارد.

نورد گرم

نورد گرم مهم ترین و پرکاربردترین روش نورد در صنعت فولاد است. در این روش، شمش فولادی ابتدا در کوره تا دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد گرم می شود. برای فولادهای کربنی این دما معمولاً بین 1100 تا 1250 درجه سانتیگراد است.

در این دما، فلز نرم و قابل شکل پذیری بسیار بالایی دارد. غلتک ها می توانند با نیروی نسبتاً کمتری، تغییرات بزرگ تری در ابعاد ایجاد کنند. به همین دلیل، نورد گرم برای تولید محصولاتی که نیاز به تغییر شکل زیاد دارند، مانند میلگرد، تیرآهن، ناودانی، نبشی، ورق سیاه، لوله و ریل، به کار می رود.

مزایای نورد گرم:

• امکان تولید محصولات با ضخامت و مقطع های متنوع
• هزینه تولید پایین تر نسبت به نورد سرد
• مناسب برای تولید انبوه
• توزیع یکنواخت تنش در داخل فلز

محدودیت های نورد گرم:

• دقت ابعادی پایین تر به دلیل انقباض فلز حین سرد شدن
• سطح محصول نهایی زبرتر است (اکسید آهن یا پوسته نورد روی سطح باقی می ماند)
• تلرانس ضخامت کمتر دقیق است

بیشتر میلگردهایی که در پروژه های ساختمانی ایران استفاده می شوند، محصول نورد گرم هستند. میلگرد A3 کارخانه های ذوب آهن اصفهان، فولاد مبارکه، کاوه جنوب، نیشابور و ارفع از جمله محصولات شناخته شده نورد گرم در بازار ایران هستند.

نورد سرد

نورد سرد فرآیندی است که در دمای اتاق یا دمایی پایین تر از دمای تبلور مجدد فولاد انجام می شود. معمولاً ابتدا یک ورق یا کویل نورد گرم شده به عنوان ماده اولیه استفاده می شود و سپس با نورد سرد، ضخامت آن بیشتر کاهش می یابد و سطح آن صاف تر می شود.

در نورد سرد، فلز بدون گرم شدن تغییر شکل می دهد. این باعث می شود خاصیتی به نام کار سختی یا سخت شدن کرنشی رخ دهد؛ یعنی فلز سخت تر و مستحکم تر می شود اما شکل پذیری آن کاهش می یابد.

مزایای نورد سرد:

• دقت ابعادی بسیار بالا
• سطح صاف و براق (مناسب برای پوشش دهی، رنگ کاری و گالوانیزه)
• استحکام بالاتر نسبت به همان فولاد نورد گرم شده
• تلرانس ابعادی دقیق تر

محدودیت های نورد سرد:

• هزینه تولید بالاتر
• محدودیت در میزان تغییر ابعاد در هر پاس
• نیاز به آنیل برای بازگرداندن انعطاف پذیری در برخی کاربردها

محصولات معروف نورد سرد در بازار ایران شامل ورق روغنی، ورق گالوانیزه، ورق رنگی (PPGI)، قوطی و پروفیل های سبک هستند. ورق های نورد سرد در صنایع خودروسازی، لوازم خانگی، ساخت مخازن و کانال های هواسازی کاربرد گسترده ای دارند.

انواع نورد فولاد بر اساس جهت حرکت

علاوه بر دما، جهت اعمال نیرو و حرکت فلز نسبت به غلتک ها نیز معیار مهمی برای طبقه بندی نورد است.

نورد طولی

نورد طولی رایج ترین نوع نورد در صنعت فولاد است. در این روش، قطعه فلزی موازی با محور غلتک ها حرکت می کند؛ یعنی غلتک ها موازی هم و عمود بر جهت حرکت فلز قرار دارند.

در نورد طولی، ضخامت قطعه در هر پاس کاهش می یابد و طول آن افزایش پیدا می کند. عرض قطعه نیز ممکن است اندکی افزایش یابد، اما این تغییر محدود است. خطوط نورد طولی به صورت پیوسته یا رفت و برگشتی کار می کنند.

اکثر محصولات آهن آلات که در بازار ایران معامله می شوند، از جمله ورق فولادی، میلگرد، تیرآهن، ناودانی، ریل و نبشی، از طریق نورد طولی تولید می شوند. این روش هم در نورد گرم و هم در نورد سرد به کار می رود.

نورد عرضی

نورد عرضی روشی است که در آن غلتک ها موازی جهت حرکت اولیه قطعه قرار دارند و نیرو به صورت عمود بر محور طولی قطعه اعمال می شود. در این روش، قطعه می چرخد اما جابه جایی طولی قابل توجهی ندارد.

نورد عرضی بیشتر برای تولید محصولات دیسکی، چرخ دنده ها، توپی چرخ وسایل نقلیه و قطعاتی که شکل متقارن محوری دارند استفاده می شود. همچنین در فرآیندهای کاهش قطر لوله به طور گسترده به کار می رود.

نورد مورب

نورد مورب نوعی ترکیبی از نورد طولی و عرضی است. در این روش، غلتک ها در زاویه ای مورب نسبت به محور قطعه قرار می گیرند. قطعه هم می چرخد و هم جابه جایی طولی دارد؛ یعنی یک حرکت مارپیچی انجام می دهد.

مهم ترین کاربرد نورد مورب، سوراخ کاری اولیه لوله های بدون درز (مانیسمان) است. در فرآیند تولید لوله مانیسمان، شمش گرد فولادی از بین دو غلتک مورب عبور داده می شود و همزمان با چرخش و جلوروی، یک سنبه مرکزی سوراخ آن را می افکند. این فرآیند پایه اصلی تولید لوله مانیسمان در کارخانه هایی مانند لوله پارس و اهواز است.

انواع نورد فلز بر اساس شکل

طبقه بندی سوم بر اساس شکل محصول نهایی و نوع تغییر مقطع است.

نورد تخت

نورد تخت ساده ترین نوع نورد است که در آن قطعه فلزی بین دو غلتک صاف و موازی عبور داده می شود. هدف اصلی کاهش ضخامت و تولید ورق یا تسمه است.

در نورد تخت، پهنا تقریباً ثابت می ماند (یا افزایش جزئی دارد) و ضخامت کاهش می یابد. این نوع نورد هم در حالت نورد گرم (برای تولید ورق سیاه و اسلب) و هم در حالت نورد سرد (برای تولید ورق روغنی، گالوانیزه و رنگی) استفاده می شود.

ورق های تخت فولادی پرمصرف ترین محصولات نورد تخت در ایران هستند: ورق ST37، ورق ST52، ورق A36، ورق سیاه، ورق روغنی، ورق گالوانیزه 0.4 تا 3 میلی متر و ورق ضخیم از جمله آن ها هستند.

نورد شکلی یا مقطعی

نورد شکلی روشی است که در آن از غلتک هایی با شکل مقطع خاص استفاده می شود تا مقطع قطعه فلزی به شکل مورد نظر درآید. در این روش، قطعه در چندین پاس متوالی از قفسه های مختلف عبور می کند و هر بار شکل مقطع آن به شکل نهایی نزدیک تر می شود.

مشهورترین محصولات نورد شکلی در بازار ایران عبارتند از:

• تیرآهن (IPE، HEB، HEA): مقطع I شکل که در سازه های فلزی استفاده می شود
• ناودانی (UNP): مقطع U شکل
• نبشی: مقطع L شکل
• میلگرد آجدار: مقطع دایره با آج مارپیچی
• ریل: برای راه آهن و جرثقیل ها
• تیر باله پهن

در نورد شکلی، طراحی دقیق شیار غلتک ها اهمیت بسیار زیادی دارد. اگر طراحی پاس ها اشتباه باشد، محصول نهایی تابیدگی، نامتقارنی یا عیوب سطحی خواهد داشت.

نورد حلقه ای

نورد حلقه ای فرآیندی است که برای تولید حلقه های فلزی با قطر بزرگ، مانند یاتاقان ها، رینگ های فلنجی، رینگ های توربین، یاتاقان های چرخ قطار و رینگ های مخازن تحت فشار استفاده می شود.

در این روش، یک حلقه فلزی از قبل آهنگری شده بین دو غلتک قرار می گیرد. یک غلتک داخلی داخل حلقه قرار دارد و یک غلتک خارجی روی لبه بیرونی حلقه فشار وارد می کند. با چرخش حلقه و کاهش تدریجی فاصله غلتک ها، ضخامت دیواره حلقه کاهش می یابد، قطر آن افزایش پیدا می کند و طول محیطی آن بیشتر می شود.

مزیت اصلی نورد حلقه ای این است که خطوط دانه بندی فلز به صورت محیطی در سراسر حلقه قرار می گیرند، که این موضوع استحکام و دوام محصول را به شدت افزایش می دهد. این محصولات در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، کشتی سازی و هوافضا کاربرد وسیعی دارند.

نورد سوراخ کاری لوله

نورد سوراخ کاری لوله که به آن نورد مانیسمان هم گفته می شود، فرآیندی است که برای ایجاد سوراخ محوری در داخل یک شمش توپر جهت تولید لوله بدون درز (مانیسمان) به کار می رود.

در این فرآیند:

1. شمش گرد فولادی در کوره تا دمای نورد گرم می شود.
2. شمش بین دو یا سه غلتک مورب قرار می گیرد. غلتک ها در زاویه ای خاص نسبت به محور شمش تنظیم می شوند.
3. غلتک ها باعث می شوند شمش همزمان بچرخد و جلو برود.
4. یک سنبه در مرکز مسیر قرار دارد که با فشار وارد شده از غلتک ها و حرکت چرخشی شمش، سوراخ مرکزی را ایجاد می کند.
5. محصول اولیه به نام لوله خام از خط خارج می شود.
6. سپس لوله خام در مراحل بعدی نورد به ابعاد نهایی می رسد.

لوله مانیسمان نسبت به لوله درزدار استحکام و تحمل فشار بالاتری دارد و برای کاربردهای حساس در صنایع نفت، گاز، پالایشگاه و تجهیزات هیدرولیک مورد استفاده قرار می گیرد.

نورد گوه ای عرضی

نورد گوه ای عرضی یک روش نورد تخصصی است که برای تولید قطعاتی با مقطع متغیر در طول محور (مانند شفت ها، محورها، فلنج های پله دار و اتصالات) استفاده می شود.

در این فرآیند، دو صفحه یا دو غلتک با برجستگی های گوه مانند به صورت عرضی روی قطعه فشار وارد می کنند. قطعه فلزی می چرخد و همزمان تحت نیروی شکل دهی قرار می گیرد. برجستگی های گوه مانند روی سطح ابزار باعث می شوند در نقاط مورد نظر قطر قطعه کاهش یابد و در نقاط دیگر حفظ شود.

این روش در مقایسه با آهنگری سنتی، سرعت تولید بالاتر، اتلاف مواد کمتر و دقت ابعادی بهتری دارد. در صنایع خودروسازی، تجهیزات سنگین و ماشین سازی کاربرد مستقیم دارد.

فرآیند نورد فولاد چگونه انجام می شود؟

یک خط نورد صنعتی مجموعه ای پیچیده از تجهیزات مکانیکی، الکتریکی و حرارتی است. در اینجا مراحل کامل فرآیند نورد گرم را که پایه تولید بیشتر آهن آلات ساختمانی و صنعتی ایران است، توضیح می دهیم.

مرحله اول: آماده سازی ماده اولیه

ماده اولیه نورد معمولاً شمش، بلوم یا اسلب فولادی است. این محصولات خود از کوره قوس الکتریکی یا کنورتور بیرون می آیند و در ابعاد مشخصی ریخته گری می شوند. قبل از نورد، این شمش ها باید بازرسی شوند. عیوب سطحی مانند ترک، آخال یا تاول باید قبل از ورود به خط نورد برطرف شوند.

مرحله دوم: گرم کردن در کوره

شمش ها در کوره پیش گرم تا دمای مناسب نورد گرم می شوند. این کوره ها معمولاً از نوع تنور رواندار یا پشیدار هستند. دمای نورد بسته به نوع محصول بین 1050 تا 1250 درجه سانتیگراد است. کنترل دقیق دما اهمیت بسیاری دارد؛ دمای خیلی بالا باعث سوختگی دانه ها و دمای خیلی پایین باعث افزایش نیروی نورد و احتمال ترک خوردگی می شود.

مرحله سوم: زدودن پوسته اکسیدی

پس از خروج از کوره، شمش وارد دستگاه پوسته زدای هیدرولیکی می شود. این دستگاه با فشار آب بسیار بالا (100 تا 200 بار)، لایه اکسیدی که روی سطح فلز داغ تشکیل شده را می شوید. اگر این پوسته وارد غلتک های نورد شود، روی سطح محصول فرو می رود و باعث عیب سطحی می شود.

مرحله چهارم: نورد مقدماتی یا خشن کاری

شمش به قفسه های نورد خشن می رود. در این مرحله، ابعاد شمش در چند پاس به سرعت کاهش می یابد. هدف اصلی در این مرحله کاهش سریع ابعاد و آماده سازی برای قفسه های جلوتر است، نه دقت ابعادی نهایی. قفسه های خشن معمولاً 2 تا 7 پاس دارند.

مرحله پنجم: نورد میانی

پس از خشن کاری، قطعه وارد قفسه های میانی می شود. در این مرحله، شکل مقطع به تدریج به شکل محصول نهایی نزدیک تر می شود. کنترل دما در این مرحله اهمیت بالایی دارد؛ اگر قطعه خیلی سرد شده باشد، ممکن است کوره های القایی یا گاز سوز میانی برای اصلاح دما استفاده شوند.

مرحله ششم: نورد تکمیلی یا ظریف کاری

در قفسه های نورد تکمیلی، ابعاد و شکل نهایی محصول تعیین می شود. این قفسه ها دقیق ترین قسمت خط نورد هستند و شیار غلتک ها باید با بالاترین دقت طراحی و ماشین کاری شده باشند. ابعاد نهایی محصول (قطر میلگرد، ضخامت ورق، ارتفاع تیرآهن) در این مرحله تعیین می شود.

مرحله هفتم: خنک کاری کنترل شده

پس از خروج از آخرین قفسه نورد، محصول باید به سرعت یا به آرامی، بسته به خواص مورد نظر، خنک شود. در تولید میلگرد A3، از فرآیند کوئنچ و تمپر استفاده می شود: میلگرد داغ با سرعت بالا وارد لوله های آب می شود و سطح خارجی آن به سرعت کوئنچ می شود، سپس گرمای داخلی باعث تمپر شدن خود به خود لایه سطحی می شود. این فرآیند استحکام میلگرد را به طور قابل توجهی افزایش می دهد.

مرحله هشتم: برش، بسته بندی و کنترل کیفی

محصول نورد شده توسط قیچی های صنعتی یا اره های گرم به طول های استاندارد (معمولاً 6 یا 12 متر) بریده می شود. سپس بسته بندی شده و آزمون های کنترل کیفی روی آن انجام می شود: اندازه گیری ابعاد، آزمون کشش، آزمون خمش، آزمون ترکیب شیمیایی و بررسی سطح.

جمع بندی

نورد آهن فرآیندی است که تقریباً تمام آهن آلات ساختمانی و صنعتی از آن عبور می کنند. از میلگردی که در فنداسیون ساختمان ها استفاده می شود تا ورقی که بدنه مخازن و کشتی ها از آن ساخته می شود، همه محصول یکی از انواع نورد هستند. شناخت تفاوت نورد گرم و سرد، نورد طولی و عرضی، و نورد تخت و شکلی به شما کمک می کند محصول مناسب با کاربرد موردنظر خود را انتخاب کنید.

اگر برای پروژه ساختمانی به میلگرد نورد گرم با کیفیت کارخانه های معتبر نیاز دارید، یا برای پروژه صنعتی به ورق نورد سرد یا لوله مانیسمان احتیاج دارید، کارشناسان ایران فلز آماده راهنمایی و ارائه قیمت هستند. برای استعلام قیمت و دریافت مشاوره تخصصی با تیم ایران فلز در ارتباط باشید.