نورد گرم چیست؟ مراحل، کاربرد و مزایای فرایند نورد گرم

فولاد خام به تنهایی قابل استفاده نیست. برای اینکه یک شمش فولادی تبدیل به ورق، میلگرد، تیرآهن یا پروفیل شود، باید از یک فرایند شکل دهی دقیق و کنترل شده عبور کند. یکی از مهم ترین و پرکاربردترین این فرایندها، نورد گرم است که سنگ بنای تولید اکثر محصولات فولادی در دنیا به شمار می رود.

نورد گرم یا Hot Rolling فرایندی است که در آن شمش یا بلوک فولادی در دمایی بسیار بالاتر از نقطه تبلور مجدد گرم شده و با عبور از میان غلتک های فشار، به ابعاد و شکل دلخواه در می آید. این روش به دلیل شکل پذیری بالای فلز در دمای زیاد، امکان تغییر ابعاد و کاهش ضخامت قطعات سنگین را با صرف نیروی کمتر و هزینه پایین تر فراهم می کند.

شناخت دقیق فرایند نورد گرم برای هر فعال بازار آهن و فولاد ضروری است. از خریداران ورق سیاه گرفته تا سازندگان مقاطع فولادی و پیمانکاران ساختمانی، همه با محصولاتی سر و کار دارند که از این فرایند بیرون آمده اند.

نورد گرم چیست؟

نورد گرم یکی از روش های اصلی شکل دهی فلزات است که در آن ماده اولیه فلزی، معمولا به صورت شمش، بیلت، بلوم یا تختال، تا دمایی بالاتر از نقطه تبلور مجدد خود گرم می شود و سپس با عبور از میان یک سری غلتک های زوجی، به شکل و ضخامت مطلوب در می آید.

در این فرایند، گرما باعث می شود ساختار بلوری فلز نرم شود و جابجایی اتم ها آسان تر انجام گیرد. همین ویژگی است که نورد گرم را از نورد سرد متمایز می کند؛ چون در نورد سرد فلز در دمای اتاق تحت فشار قرار می گیرد و نیروی بسیار بیشتری لازم است.

برای فولاد کربنی ساده، دمای نورد گرم معمولا حدود 1100 تا 1200 درجه سانتی گراد است. در این دما فولاد خاصیتی شبیه به خمیر پیدا می کند و به راحتی شکل می گیرد. نتیجه نهایی محصولی است با خواص مکانیکی مناسب، ابعاد استاندارد و هزینه تولید پایین تر نسبت به روش های دیگر.

نکته مهم این است که تقریبا بر روی 90 درصد از کل محصولات فلزی دنیا، حداقل یک بار عملیات نورد انجام می شود. این آمار به خوبی نشان می دهد که نورد گرم چه جایگاه مرکزی در صنعت فولاد دارد.

مراحل نورد گرم

فرایند نورد آهن به روش گرم از چند مرحله مشخص و پیوسته تشکیل شده که هر کدام نقش تعیین کننده ای در کیفیت محصول نهایی دارند.

مرحله اول: انتخاب و آماده سازی ماده اولیه

اولین قدم، انتخاب ماده اولیه مناسب است. در نورد گرم فولاد، ماده اولیه معمولا به یکی از این اشکال است: شمش فولادی، بیلت، بلوم یا تختال. نوع محصول نهایی تعیین می کند که از کدام ماده اولیه استفاده شود. برای تولید میلگرد و مفتول از بیلت، برای تیرآهن و پروفیل از بلوم و برای ورق فولادی از تختال استفاده می شود.

در این مرحله کیفیت ترکیب شیمیایی شمش، وجود یا نبود عیوب داخلی و ابعاد دقیق آن بررسی می شود. هر اشتباه در این مرحله مستقیما به محصول نهایی منتقل می شود.

مرحله دوم: گرم کردن در کوره پیش گرم

شمش ها یا بیلت ها وارد کوره های پیش گرم می شوند. هدف از این مرحله رساندن دمای قطعه به یک سطح یکنواخت در تمام نقاط است. اگر توزیع دما در طول قطعه یکنواخت نباشد، نورد یکنواخت نخواهد بود و محصول معیوب خواهد شد.

برای فولادهای کربنی ساده، دما در این مرحله تا حدود 1100 تا 1200 درجه سانتی گراد می رسد. قطعه کار معمولا برای مدت زمان مشخصی در این دما نگه داشته می شود تا گرما به تمام عمق آن نفوذ کند. افزایش دما باعث کاهش تنش سیلان و افزایش قابلیت شکل دهی فلز می شود.

مرحله سوم: پوسته زدایی

وقتی فلز در دمای بالا گرم می شود، یک لایه اکسید روی سطح آن تشکیل می شود که به آن پوسته یا Scale می گویند. اگر این لایه قبل از نورد از بین نرود، وارد محصول نهایی شده و سطح را خراب می کند.

در مرحله پوسته زدایی، با پاشش آب با فشار بالا یا روش های مکانیکی، این لایه اکسیدی از سطح فلز جدا می شود. این مرحله معمولا چند بار در طول فرایند نورد تکرار می شود.

مرحله چهارم: نورد خشن 

در این مرحله قطعه گرم شده از میان اولین مجموعه غلتک ها عبور می کند. در نورد خشن هدف اصلی کاهش ضخامت اولیه و تقریبی کردن شکل است. قطعه چندین بار از میان غلتک ها رد می شود و هر بار ضخامت آن کمتر می شود. این مرحله تغییر ابعاد بزرگ را انجام می دهد.

در نورد خشن دمای فلز هنوز بالاست و شکل دهی با نیروی کمتری انجام می گیرد. اما سطح محصول هنوز نیاز به پردازش بیشتری دارد.

مرحله پنجم: نورد پایانی

مرحله نورد پایانی جایی است که ابعاد نهایی و دقیق محصول تعیین می شود. در این مرحله از غلتک های ظریف تر با فاصله دقیق تر استفاده می شود. قطعه با سرعت بیشتری از میان غلتک ها عبور می کند و ضخامت نهایی به دست می آید.

در این مرحله دمای فلز نسبت به ابتدای فرایند کاهش یافته، اما هنوز بالاتر از دمای تبلور مجدد است. مدیریت دقیق دما در نورد پایانی اهمیت زیادی دارد؛ چون اگر دما خیلی پایین بیاید، شکل دهی دشوار می شود و عیوب بیشتری ایجاد می شود.

مرحله ششم: خنک کاری کنترل شده

بعد از نورد پایانی، محصول به صورت کنترل شده خنک می شود. نحوه خنک کاری مستقیما روی خواص مکانیکی محصول نهایی تاثیر می گذارد. خنک کاری سریع تر سختی بیشتر و خنک کاری کندتر چقرمگی بالاتر ایجاد می کند.

در خطوط مدرن نورد گرم، سیستم خنک کاری کاملا خودکار است و با پاشش آب در طول میزهای انتقال انجام می شود.

مرحله هفتم: برش و بسته بندی

محصول خنک شده به ابعاد مورد نیاز بریده می شود. برای ورق از برش قیچی یا برش با گاز استفاده می شود و برای مقاطع از دستگاه های برش مخصوص. در نهایت محصول بسته بندی و آماده ارسال می شود.

کاربردهای نورد گرم

محصولات نورد گرم در تقریبا تمام صنایع سنگین و زیرساختی حضور دارند. این گستردگی کاربرد، نورد گرم را به یکی از ستون های اصلی صنعت فولاد تبدیل کرده است.

کاربرد در صنعت ساختمان

بخش بزرگی از مصالح فولادی که در پروژه های ساختمانی استفاده می شوند، از خطوط نورد گرم خارج می شوند. میلگرد ساختمانی، تیرآهن، نبشی، ناودانی و ورق های فولادی که در اسکلت فلزی ساختمان ها به کار می روند همگی از فرایند نورد گرم تولید می شوند. استحکام بالا و قیمت مناسب این محصولات آن ها را به گزینه اول مهندسان سازه تبدیل کرده است.

کاربرد در خودروسازی

در صنعت خودروسازی، ورق های گرم نوردیده برای ساخت شاسی، لوله های اگزوز، قطعات زیر بدنه و سایر اجزای ساختاری خودرو استفاده می شوند. قطعاتی که نیاز به استحکام بالا دارند اما دقت ابعادی فوق العاده لازم ندارند، معمولا از ورق گرم ساخته می شوند.

کاربرد در خطوط راه آهن

ریل راه آهن یکی از محصولاتی است که صرفا از طریق نورد گرم تولید می شود. شکل پروفیل ریل و نیاز به تولید طول های بلند، این فرایند را تنها گزینه عملی می کند. ریل ها باید در برابر بارهای دینامیکی سنگین و دماهای متغیر مقاوم باشند که نورد گرم این خواص را در آن ها ایجاد می کند.

کاربرد در کشتی سازی

صفحات ضخیم فولادی که در بدنه کشتی ها، سکوهای دریایی و زیردریایی ها استفاده می شوند از نورد گرم تولید می شوند. این صفحات باید توانایی تحمل فشارهای بالا، دمای زیاد و محیط خورنده را داشته باشند. نورد گرم امکان تولید ورق های با ضخامت بالا و ابعاد بزرگ را فراهم می کند که در کشتی سازی ضروری است.

کاربرد در صنعت نفت و گاز

لوله های فولادی بزرگ که برای انتقال نفت خام، گاز طبیعی و سایر سیالات استفاده می شوند، در اغلب موارد از ورق نورد گرم ساخته می شوند. همچنین سازه های فلزی مورد استفاده در پالایشگاه ها، سکوهای نفتی و خطوط لوله انتقال از محصولات نورد گرم هستند.

کاربرد در تولید ماشین آلات صنعتی

بسیاری از اجزای ماشین آلات سنگین از قبیل شافت ها، بلوک های بزرگ، پایه های ماشین آلات و قطعات زیرساختی دستگاه های صنعتی از طریق نورد گرم تولید می شوند.

کاربرد در مخازن و دیگ های فشار

تولید مخازن ذخیره سازی، دیگ های بخار و تجهیزات تحت فشار که در صنایع شیمیایی و پتروشیمی کاربرد دارند، به ورق های ضخیم نورد گرم متکی است.

انواع دستگاه و تجهیزات نورد گرم

خطوط نورد گرم از تجهیزات پیچیده و متنوعی تشکیل شده اند. شناخت این تجهیزات به درک بهتر کل فرایند کمک می کند.

کوره های پیش گرم 

کوره های پیش گرم اولین ایستگاه در هر خط نورد گرم هستند. این کوره ها شمش یا بیلت را تا دمای مورد نیاز گرم می کنند. انواع رایج آن ها شامل کوره های پشتاپشت، کوره های دوار و کوره های پانل دار است. مهم ترین ویژگی یک کوره خوب، ایجاد توزیع دمایی یکنواخت در تمام نقاط قطعه کار است.

سیستم پوسته زدایی

پوسته زداها دستگاه هایی هستند که با پاشش آب با فشار بسیار بالا (معمولا بیش از 200 بار) لایه اکسیدی را از سطح فلز گرم جدا می کنند. این دستگاه ها معمولا قبل از هر مجموعه غلتک اصلی قرار دارند تا سطح فلز همیشه تمیز باشد.

قفسه های نورد خشن

این قفسه ها اولین دسته از غلتک های فشاری هستند که فلز گرم شده از آن ها عبور می کند. در کارخانه های بزرگ، قفسه های نورد خشن ممکن است به صورت مجموعه های چند قفسه ای باشند. این قفسه ها استحکام بسیار بالایی دارند چون با نیروهای فشاری بزرگ سر و کار دارند.

قفسه های نورد پایانی

قفسه های نورد پایانی دقت بالاتری دارند و معمولا در یک سری پشت سر هم قرار می گیرند. در خطوط مدرن تولید ورق، ممکن است 6 تا 7 قفسه پایانی پشت سر هم قرار داشته باشند. کنترل فاصله بین غلتک ها در این مرحله با دقت زیر یک میلی متر انجام می شود.

میزهای انتقال

بعد از نورد پایانی، ورق یا مقطع روی میزهای انتقال قرار می گیرد. این میزها از غلتک های موتوردار کوچکی تشکیل شده اند که محصول را در حین خنک شدن به سمت جلو هدایت می کنند. در طول این میزها، سیستم پاشش آب برای خنک کاری کنترل شده قرار دارد.

ماشین های برش

در انتهای خط، محصول به ابعاد استاندارد بریده می شود. برای ورق های گرم از قیچی های هیدرولیک سنگین استفاده می شود و برای مقاطع از اره های سرد یا دستگاه های برش شعله ای.

سیستم های کنترل اتوماتیک

در خطوط نورد مدرن، تمام مراحل توسط سیستم های کنترل خودکار مانیتور و تنظیم می شوند. سنسورهای دمایی، سیستم های اندازه گیری ابعاد در حین تولید و نرم افزارهای کنترل فرایند، دقت و کیفیت محصول را تضمین می کنند.

دمای لازم برای نورد گرم

دما مهم ترین پارامتر در فرایند نورد گرم است و مستقیما روی کیفیت محصول، خواص مکانیکی و هزینه تولید تاثیر می گذارد.

در نورد گرم، ماده باید در دمایی بالاتر از نقطه تبلور مجدد خود قرار گیرد. برای فولاد، این دما معمولا در محدوده 900 تا 1300 درجه سانتی گراد است که بسته به ترکیب شیمیایی فولاد متفاوت است.

یک نکته مهم: فرایند نورد گرم معمولا وقتی دمای قطعه به 50 تا 100 درجه بالاتر از دمای تبلور مجدد می رسد متوقف می شود. اگر نورد در دمای پایین تر ادامه پیدا کند، فرایند به نورد سرد تبدیل می شود که خواص کاملا متفاوتی دارد. در مقابل اگر دما خیلی زیاد باشد، ممکن است فلز بسوزد و برای استفاده نامناسب شود.

توزیع یکنواخت دما در تمام نقاط قطعه قبل از نورد الزامی است. هر گونه عدم یکنواختی دمایی منجر به نورد غیر یکنواخت و محصول معیوب می شود.

مزایای نورد گرم

هزینه پایین تر تولید

نورد گرم از نظر اقتصادی یکی از مقرون به صرفه ترین روش های تولید فولاد است. چون فلز در دمای بالا نرم است، نیروی کمتری برای شکل دهی لازم است. این یعنی ماشین آلات کمتر فرسوده می شوند، مصرف برق کمتر است و سرعت تولید بالاتر است. در نتیجه قیمت آهن آلات تمام شده نسبت به نورد سرد پایین تر است.

امکان تولید ضخامت های بالا و قطعات بزرگ

تنها روشی که می تواند شمش های چند تنی را به تختال، ورق ضخیم یا مقاطع سنگین تبدیل کند، نورد گرم است. در نورد سرد نمی توان با قطعات بزرگ کار کرد. این ویژگی نورد گرم را برای تامین نیاز صنایع سنگین مثل کشتی سازی و پل سازی ضروری می کند.

بهبود خواص مکانیکی

یکی از مهم ترین اثرات نورد گرم، اصلاح ریزساختار فلز است. در طول نورد گرم، دانه های درشت فلز شکسته شده و ریزتر می شوند. این ریزدانه شدن ساختار، مقاومت و چقرمگی محصول را به طور قابل توجهی افزایش می دهد. همچنین حفره ها و عیوب داخلی شمش در طول نورد جوش می خورند.

حذف تنش های پسماند

چون فلز در دمای بالا شکل می گیرد، تنش های ناشی از شکل دهی در حین فرایند آزاد می شوند. این یعنی محصول نورد گرم معمولا تنش های پسماند کمتری نسبت به محصول نورد سرد دارد که در کاربردهای سازه ای مزیت محسوبی است.

انعطاف پذیری در تولید محصولات متنوع

با تغییر شکل غلتک ها و قفسه های نورد، می توان طیف گسترده ای از محصولات را در یک خط تولید کرد. از ورق صاف گرفته تا میلگرد، تیرآهن، ریل، ناودانی، نبشی و سایر مقاطع، همه از طریق نورد گرم قابل تولید هستند.

معایب نورد گرم

دقت ابعادی پایین تر

وقتی فلز بعد از نورد گرم خنک می شود، حجم آن تغییر می کند. این انقباض ناشی از خنک شدن باعث می شود ابعاد نهایی محصول با دقت ابعادی مطلوب فاصله داشته باشد. برای قطعاتی که نیاز به تلرانس های بسیار دقیق دارند، نورد سرد یا ماشین کاری بعدی ضروری است.

ایجاد پوسته اکسیدی روی سطح

در دمای بالا، سطح فولاد با اکسیژن هوا واکنش می دهد و یک لایه اکسیدی (پوسته) روی آن تشکیل می شود. حتی با وجود سیستم های پوسته زدایی، ممکن است آثاری از این پوسته روی سطح باقی بماند. سطح محصول نورد گرم نسبت به نورد سرد زبرتر است.

محدودیت در تولید ضخامت های خیلی کم

نورد گرم برای تولید ضخامت های خیلی کم یعنی زیر 1 میلی متر مناسب نیست. چون در دمای بالا کنترل دقیق ضخامت بسیار ظریف دشوار است. برای ورق های بسیار نازک باید از نورد سرد استفاده کرد.

مصرف انرژی بالا

رساندن شمش های فولادی به دمای 1100 تا 1200 درجه سانتی گراد و نگه داشتن آن ها در این دما، مستلزم مصرف انرژی بسیار زیادی است. این موضوع هم هزینه تولید را بالا می برد و هم اثرات زیست محیطی دارد.

نیاز به تجهیزات سنگین و فضای بزرگ

یک خط کامل نورد گرم به سالن های بزرگ صنعتی، تجهیزات سنگین و سرمایه گذاری اولیه بسیار بالایی نیاز دارد. این ویژگی ورود به این صنعت را برای شرکت های کوچک دشوار می کند.

بهترین کارخانه های نورد گرم ایران

ایران از کشورهای مهم تولید فولاد در خاورمیانه است و چندین کارخانه بزرگ در این حوزه فعالیت می کنند.

فولاد مبارکه اصفهان

فولاد مبارکه که از سال 1371 در شهر مبارکه اصفهان فعالیت می کند، بزرگ ترین تولیدکننده محصولات تخت فولادی در ایران است. این کارخانه بیش از نیمی از فولاد مورد نیاز کشور را تامین می کند و محصولات اصلی آن شامل ورق های گرم، ورق های سرد، ورق گالوانیزه، ورق قلع اندود، تختال و بیلت است. فولاد مبارکه یکی از پیشروان صادرات آهن آلات ایران نیز محسوب می شود.

ذوب آهن اصفهان

ذوب آهن اصفهان که فعالیت خود را از سال 1346 آغاز کرده، قدیمی ترین تولیدکننده فولاد ساختمانی ایران است. این کارخانه در زرین شهر اصفهان قرار دارد و محصولات اصلی آن تیرآهن، میلگرد، نبشی، ناودانی و ریل راه آهن است. کوره های پیش گرم خطوط نورد این کارخانه از نوع فشاری بوده و بیلت هایی با ابعاد مختلف را پردازش می کنند.

فولاد خوزستان

فولاد خوزستان با قدمتی بیش از 30 سال، یکی از بزرگ ترین کارخانه های فولاد ایران است. این شرکت با ظرفیت سالانه حدود 4 میلیون تن، بزرگ ترین تولیدکننده شمش فولادی کشور محسوب می شود و در حوزه ورق های فولادی نیز فعالیت دارد.

فولاد ناب تبریز

فولاد ناب تبریز که در سال 1382 با مشارکت ایران و ترکیه تاسیس شده، یکی از تولیدکنندگان مهم پروفیل ساختمانی در ایران است. این کارخانه در تولید نبشی، ناودانی و تیرآهن تخصص دارد و بخش قابل توجهی از نیاز بازار شمال غرب ایران را تامین می کند.

ذوب آهن کرمانشاه

ذوب آهن کرمانشاه با مجهز شدن به سیستم نورد گرم، مصالح فلزی مختلفی مانند ناودانی، نبشی و مقاطع فولادی را تولید و به بازار عرضه می کند. این کارخانه تامین کننده مهمی برای بازار غرب کشور است.

جمع بندی

نورد گرم فرایندی است که تمام صنعت فلز ایران روی آن بنا شده است. از ورق سیاه گرفته تا میلگرد، تیرآهن، ریل و پروفیل، همه از این فرایند بیرون می آیند. درک مراحل، دما و تجهیزات این فرایند به خریداران و فعالان بازار کمک می کند تا آگاهانه تر تصمیم بگیرند، کیفیت محصول را بهتر ارزیابی کنند و در مذاکرات خرید موضع قوی تری داشته باشند.

اگر به دنبال اطلاعات دقیق تر درباره قیمت ورق سیاه، مشخصات فنی محصولات نورد گرم یا مقایسه کارخانه های تولیدکننده هستید، کارشناسان ایران فلز آماده پاسخگویی هستند. همچنین می توانید صفحات محصولات ایران فلز را برای مشاهده جدیدترین قیمت روز میلگرد، ورق سیاه و تیرآهن دنبال کنید.