فرآیند نورد گرم چیست و چه کاربردی دارد؟

در مقاله “نورد چیست؟” توضیح دادیم که این فرآیند چیست و چه انواعی دارد. یکی از رایج‌ترین انواع نورد، نورد گرم است. نورد گرم یک فرآیند اساسی در فلزکاری است که شامل شکل دادن و تغییر شکل فلزات می‌شود. این موضوع با رساندن دمای فلز به دمای تبلور مجدد آن و قالب‌گیری و شکل دادن فلز به اشکال مختلف اتفاق می‌افتد. در این فرآیند از ماشین‌آلات تخصصی به نام دستگاه نورد استفاده می‌شود که شامل غلتک‌های دواری برای اعمال نیروهای فشاری بر فلز شده و باعث تغییر شکل آن می‌شوند. نورد گرم با توانایی خود در تولید مقاطع بزرگ، پروفیل‌های پیچیده و قطعات محکم به یک تکنیک ضروری در صنایع متعدد، از جمله ساخت و ساز، خودروسازی، زیرساخت‌ها و تولیدات تبدیل شده است.

نورد گرم چیست؟

فرایند هات رولینگ یا نورد گرم (به انگلیسی Hot Rolling) از گرما برای نرم شدن فولاد یا سایر فلزات استفاده کرده و پس از آن با عبور فلز گرم‌شده از میان غلتک‌های دستگاه نورد به تغییر شکل یا ابعاد آن می‌پردازد. این فرآیند در دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد فلز اتفاق می‌افتد که در آن دانه‌های فلز، مرتب شده و راحت‌تر تغییر شکل می‌دهند. به عبارت دیگر فلز را تا دمایی گرم می‌کنیم که انعطاف پذیر شود و بدون ترک خوردن یا شکستن قابل دستکاری باشد. سپس آن را از میان مجموعه‌ای از غلتک‌های دوار که نیروهای فشاری را بر فلز وارد می‌کنند عبور می‌دهیم که باعث تغییر شکل آن می‌شود.

غلتک‌های دستگاه نورد ممکن است به اشکال مختلفی چیده شده باشند تا فلز را به شکل‌های دلخواهی مانند ورق‌ها، میله‌ها و پروفیل‌ها درآورند. اما همیشه به این راحتی نبوده و عملیات نورد مسیری به قدمت تاریخ را طی کرده است. با پیشرفت روزافزون تکنولوژی، عملیات نورد هم پیشرفت کرده و در این مسیر تاریخی به حرکت ادامه می‌دهد تا آینده‌ای بهتر و آسان‌تر را برای صنایع مختلف بسازد.

تاریخه نورد گرم

از دوران باستان که نیاز به ساخت سلاح حس شد، نورد گرم جایگاه خودش را پیدا کرد. در آن دوران به این موضوع پی بردند که با گرم کردن بیش از حد فلز می‌توانند آن را آماده تغییر شکل کنند. پس از آن با چکش کاری و ضربات متعدد، قطر فلز را کم کرده و شکل دلخواه را به آن می‌دادند. این تکنیک ابتدایی، شروعی برای نورد گرم بود و با گذر زمان و پیشرفت تکنولوژی نورد گرم هم پیشرفت می‌کرد. طوری که اختراعات و کشفیات مختلف، ابزاری برای ساده‌تر شدن این فرایند مهم می‌شدند. به طور مثال با اختراع آسیاب آبی سنگ‌های بزرگ آسیاب، کار را ساده‌تر کرده و با فشار آوردن به فلزات گرم شده باعث تغییر شکل و اندازه آن می‌شدند.

به مرور زمان موتور بخار جای آسیاب آبی را گرفت و سرعت و دقت نورد گرم را ارتقا داد. اما کار به همین جا ختم نشد و با پیشرفت تکنولوژی، دستگاه‌های نورد امروزی ساخته شده و کیفیت عملیات نورد را بالاتر بردند. دستگاهی که با دو غلتک دوار تجهیز شده و با عبور فلز گرم شده از میان آن‌ها باعث تغییر شکل فلز می‌شود. ساخت دستگاه‌های نورد بزرگ‌تر و قدرتمندتر، تولید محصولات فولادی نورد گرم شده را برای کاربردهای مختلفی مثل خطوط راه‌آهن، فولادهای ساختمانی و مصالح کشتی‌سازی امکان‌پذیر کرد.

مراحل عملیات نورد گرم

نورد گرم شامل مراحل مختلفی می‌شود که باعث تبدیل بیلت یا شمش به ورق‌ها یا مقاطع مختلف فولادی می‌شوند. در ادامه به شرح مختصر آن‌ها می‌پردازیم:

1. آماده سازی مواد

در این مرحله مواد فلزی مورد نیاز انتخاب می‌شوند. موادی مثل فولاد، آلومینیوم یا مس که اغلب به صورت بیلت‌ها یا شمش‌های بزرگ تهیه شده و آماده حرارت دادن می‌شوند.

2. گرم کردن و آماده سازی مواد

بیلت‌ها یا شمش‌های انتخاب شده در کوره‌ای به نام کوره پیش‌گرم‌کن به دمای بالاتر از نقطه تبلور مجدد رسیده و انعطاف‌پذیری مطلوب را به دست می‌آورند. کوره‌های اتوماتیک اینگونه هستند که پس از ورود شمش‌ها یا بیلت‌های مورد استفاده به کوره، در داخل آن حرکت کرده و تا زمان رسیدن به آخر آن، به دمای مناسب می‌رسند. پس از آن توسط اجکتور از کوره خارج می‌شوند.

3. پوسته زدایی

در این مرحله پوسته زدا به روش‌های گوناگون به برداشتن پوسته‌های ایجاد شده بر روی فلز می‌پردازد. برداشت مؤثر پوسته‌ها در طی فرایند نورد گرم از اهمیت بالایی برای کیفیت فولاد برخوردار است.

4. عملیات نورد

برای نورد کردن شمش یا بیلت پوسته‌زدایی شده، از استند نورد استفاده می‌شود. به این صورت که شمش یا بیلت گرم شده از میان غلتک‌هایی که فاصله‌شان کمتر از قطر فلز است عبور می‌کند. حرکت در میان غلتک‌ها باعث تغییر شکل و کم شدن ضخامت فلز شده و محصول را آماده مرحله پایانی می‌کند.

5. ضخامت سنجی، تاب‌گیری و خنک‌کاری

پس از نورد شدن فلز، آن را با دستگاه ضخامت سنج، اندازه گرفته و با دستگاه تاب‌گیر احتمال تاب داشتن آن را از بین می‌بریم. پس از آن قطعه را وارد خط خنک کاری کرده و با روش‌های مختلفی به خنک کردن آن می‌پردازیم.

بعد از اتمام عملیات نورد، محصول نهایی در اندازه‌های دلخواه برش خورده و به صورت اتوماتیک رول می‌شود. لازم به ذکر است که ورق‌های تولید شده در این مرحله ورق‌های سیاه هستند که برای تبدیل شدن به ورق‌های سبک باید فرایند نورد سرد را نیز پشت سر بگذرانند.

دما در نورد گرم چگونه است؟

دما نقش مهمی در عملیات نورد گرم ایفا می‌کند و بر رفتار، شکل پذیری و خواص نهایی محصول در حال نورد شدن تأثیر می‌گذارد. در طول نورد گرم، فلز را تا دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد خود گرم می‌کنیم که در آن دانه‌های فلز، مرتب شده و شکل پذیرتر می‌شوند. دمای خاص مورد استفاده در نورد گرم به نوع فلز در حال پردازش و نتیجه دلخواه شما بستگی دارد.

بنابراین کنترل دقیق دما در طول نورد گرم بسیار مهم است. چرا که گرم شدن بیش از حد آن می‌تواند منجر به رشد دانه، اکسیداسیون یا آسیب رسیدن به فلز شود. به طور خلاصه، دما یک پارامتر اساسی در عملیات نورد گرم است که شکل‌پذیری فلز را تعیین کرده و ریزساختارها و خواص مکانیکی آن را تحت تاثیر قرار می‌دهد. البته این شکل‌پذیری تنها در حین نوردکاری بوده و پس از سرد شدن ماده، محصولی با انعطاف و شکل‌پذیری کم خواهیم داشت. در جدول زیر محدوده گرمایی تقریبی برای نورد گرم برخی از فلزات را مشاهده می‌کنید:

مزایای نورد گرم

نورد گرم مزایای متعددی در تولید فولاد و سایر فلزات دارد. به بررسی برخی از مهم‌ترین مزایای فرآیند نورد گرم می‌پردازیم :

1. شکل پذیری:
   نورد گرم امکان شکل پذیری و چکش خواری فلزات را در حسن نوردکاری فراهم می‌کند. چرا که دماهای بالا، فلز را نرم کرده و باعث تغییر شکل آن‌ها به اشکال مختلفی از جمله ورق‌ها، صفحات، میله‌ها و غیره می‌شود.
2. بهبود خواص مکانیکی:
   فرآیند نورد گرم می‌تواند باعث بهبود خواص مکانیکی فلزات شود. این موضوع به این دلیل است که دماهای بالا در طول نورد گرم باعث تبلور مجدد و رشد دانه شده و این اتفاق منجر به ایجاد ریزساختارهای تصفیه شده می‌شود. این پالایش، خواص مکانیکی فلز از جمله استحکام و چقرمگی را نیز افزایش می‌دهد. نورد گرم همچنین به از بین بردن تنش‌های داخلی کمک می‌کند که باعث ایجاد مواد همگن‌تر و یکنواخت‌تری می‌شود.
3. تولید مقرون به صرفه:
   نورد گرم به طور کلی روش تولید مقرون به صرفه‌تری در مقایسه با نورد سرد است. دمای بالا، نیروهای مورد نیاز برای تغییر شکل را کاهش داده و منجر به نرخ تولید بالاتر در واحدهای خروجی می‌شود.

به طور کلی، نورد گرم یک فرآیند تولید همه کاره و کارآمد است که مزایای متعددی از جمله بهبود شکل‌پذیری در حین عملیات، بهبود خواص مکانیکی و تولید مقرون‌به‌صرفه را ارائه می‌دهد. این مزایا نورد گرم را به روشی ارجح برای شکل‌دهی و تبدیل فلزات در صنایع مختلف مانند ساخت‌وساز و خودروسازی تبدیل می‌کند.

معایب نورد گرم

در حالی که نورد گرم مزیت‌های زیادی را ارائه می‌دهد، معایب و محدودیت‌هایی را هم دارد. برخی از این معایب عبارتند از:

1. عدم دقت ابعادی:
   فرایند نورد گرم به علت دمای بالا و تغییر شکل فلز باعث ایجاد اعوجاج شده و دقت ابعادی پایین‌تری نسبت به نورد سرد دارد. این موضوع باعث شده تا کسانی که نیاز به دقت بالا در محصول نهایی دارند نورد سرد را هم انجام دهند.
2. عیوب سطحی:
   همان‌طور که در مراحل نورد گرم بررسی کردیم این عملیات منجر به ایجاد رسوباتی شده که نیاز به پوسته‌زدایی را ایجاد می‌کند. علاوه بر این، ممکن است سطح کار به اندازه دلخواه صاف و یکنواخت نباشد و اعوجاج‌هایی روی آن وجود داشته باشد که برای رفع آن نیاز به فرآیندهای تکمیلی اضافی می‌باشد.
3. مصرف انرژی:
   نوردگرم نیاز به حرارت دادن فلز تا دمای بسیار بالایی دارد که نتیجه آن مصرف انرژی بالا می‌باشد. این مصرف بالای انرژی اثرات زیست محیطی خاص خود را داشته و مشکلاتی را ایجاد خواهد کرد.
4. محدودیت‌های مواد:
   همه مواد برای نورد گرم مناسب نیستند. برخی از فلزات که نقطه ذوب پایین یا واکنش‌پذیری بالایی دارند، ممکن است در طول نورد گرم تحت اکسیداسیون بیش از حد یا سایر اثرات مضر قرار گیرند. در چنین مواردی، روش‌های تولید جایگزینی مثل نورد سرد ترجیح داده می‌شوند.

کاربردهای نورد گرم

فرآیند نورد گرم کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد. برخی از کاربردهای قابل توجه آن عبارتند از:

ساخت و ساز و زیرساخت

فولاد نورد گرم شده، یک ماده اساسی در پروژه‌های ساختمانی بوده و از آن برای تولید اجزای سازه‌ای، تیرها، ستون‌ها و صفحات سنگین استفاده می‌شود. این فرآیند باعث ایجاد عناصر مقاوم و باربر شده که استحکام و دوام ساختمان‌ها، پل‌ها و پروژه‌های زیربنایی را فراهم می‌کند.

صنعت خودروسازی

در صنایع خودروسازی به طور گسترده‌ای از فولاد نورد گرم شده برای تولید قطعاتی مانند قاب، قطعات شاسی، چرخ‌ها و قطعات موتور استفاده می‌کنند. چرا که استحکام و مقرون به صرفه بودن فولاد نورد گرم، آن را به انتخابی ایده‌آل برای صنعت خودروسازی تبدیل کرده است.

صنایع نیرو

صفحات و مقاطع فولادی نورد گرم نقش حیاتی در بخش انرژی و نیرو دارند. آن‌ها در ساخت نیروگاه‌ها، برج‌های انتقال، خطوط لوله و سازه‌های دریایی استفاده می‌شوند. چرا که مواد نورد گرم شده استحکام و مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی ارائه کرده و نیازهای این زیرساخت‌ حیاتی را برآورده می‌کنند.

ساخت و ساز و ماشین آلات

ورق‌ها و میله‌های فلزی نورد گرم جزء لاینفک صنایع تولیدی و ماشین آلات هستند. از آن‌ها برای ساخت قطعات ماشین آلات، قاب تجهیزات، ماشین آلات کشاورزی و ابزار صنعتی استفاده می‌شود. این فرآیند امکان تولید موادی قوی را فراهم می‌کند که می‌توانند بارهای سنگین و دمای بالا را تحمل کنند.

کشتی سازی

صفحات فولادی نورد گرم کاربرد گسترده‌ای در کشتی سازی دارند. از این صفحات فولادی در بدنه، عرشه و سایر اجزای ساختاری کشتی استفاده می‌کنند. چرا که این فرآیند تولید صفحات ضخیم با استحکام و چقرمگی بالا را امکان‌پذیر می‌کند.

بیشتر بدانید: تفاوت نورد گرم و نورد سرد

جمع‌بندی

فرآیند نورد گرم سنگ بنای صنعت تولید فلز است که امکان تبدیل مواد خام به مجموعه وسیعی از محصولات با خواص مکانیکی عالی را فراهم می‌کند. کاربردهای این فرایند در ساخت و ساز، خودروسازی، انرژی، ماشین‌آلات، کشتی‌سازی و بخش‌های مختلف دیگر بوده و استحکام و چقرمگی لازم را برای زیرساخت‌های مدرن، حمل‌ونقل و پیشرفت‌های صنعتی فراهم می‌کند. البته در کنار مزایای ویژه نورد گرم باید به محدودیت‌ها و معایب آن هم توجه نمود تا با روش‌های ممکن آن‌ها را رفع نمود. به طور مثال معایبی مثل ایجاد پوسته و عیوب سطحی وجود دارد که با پوسته زدایی و تراشکاری قابل رفع هستند. با تمام این‌ها نورد گرم بخشی جدانشدنی از صنعت فولاد شده و یکی از پایه‌های اصلی محصولات فولادی را تشکیل می‌دهد.

پرسش و پاسخ

فرآیند, مقالات در گروه صبا | نویسنده : امین شاکری | بروزرسانی : 20 آبان 1402