ورق سرد

فرآیند، پارامترهای تأثيرگذار و کاربردهای ورق سرد

ورق‌های آهن نوعی از فرآورده‌های فلزی به شمار می‌آیند که از نورد فولاد خام پدید می‌آیند. این ورق‌ها دارای گونه‌های متفاوتی هستند که قطرهای گوناگونی دارند که می‌توانند در قالب ورق سرد یا ورق گرم تولید شوند. از آنجایی‌ که ورق آهن خواص مکانیکی و فیزیکی مناسبی را داراست، می‌تواند نقش مهمی در تولیدات فولاد داشته باشد. ورق‌های فولادی طبق نوع ساخت به دسته‌های گوناگونی تقسیم می‌شوند. مهم‌ترین این دسته‌ها شامل ورق سیاه، ورق روغنی، ورق گالوانیزه، ورق رنگی و ورق اسیدشویی می‌شوند.

تولید ورق سرد شامل مراحل متعددی از جمله آماده‌سازی ورق گرم، نورد سرد، آنیلینگ و عملیات سطحی می‌شود. هر یک از این مراحل تأثیر مستقیمی بر کیفیت نهایی محصول دارند. در سال‌های اخیر، پیشرفت‌های قابل توجهی در فناوری تولید ورق سرد صورت گرفته که منجر به بهبود خواص مکانیکی و کاهش هزینه‌های تولید شده است.

تعریف و نتایج تولید

ورق سرد به ورق‌های فولادی گفته می‌شود که در دمای محیط یا دمای پایین‌تر از دمای تبلور مجدد، فرآیند نورد را طی می‌کنند. برخلاف ورق گرم که در دماهای بالا تولید می‌شود، این ورق از دقت ابعادی بالاتر، سطحی صاف‌تر و خواص مکانیکی بهتری برخوردار است. این محصول در صنایعی همچون خودروسازی، لوازم خانگی، ساخت‌وساز و تولیدات صنعتی کاربرد وسیعی دارد. علت نامگذاری این محصول به نام نورد سرد این است که روند عموماً در دمای اتاق صورت می‌گیرد و با اختلاف فراوانی که نسبت به نورد گرم دارد که دمای بسیار پایین‌تری را داراست. این عملیات مزیت‌های فراوانی مانند امکان کنترل دقیق بر میزان ابعاد، تضمین قطر یکسان و ضمانت کیفیت دارد که موجب بالا رفتن خرید این ورق آهن در میان سایر فلزات می‌شود.

روش ساخت این فرآورده ریزساختار فلزات را سامان می‌بخشد و در نهایت موجب توسعه‌ی خواص‌ مکانیکی مانند مقاومت، ضخامت و چقرمگی آن می‌شود. در واقع این ورق برای تغییر دادن شکل فلز به کار می‌رود که در دمای اتاق یا پایین‌تر از آن صورت گرفته که امکان ساخت ورق‌های فلزی، نوارها و سایر فرآورده‌‌ها را با کیفیت بالا به ارمغان می‌آورد. آغاز روند ساخت این ورق به قرن نوزدهم بر می‌گردد؛ این ورق هنگامی‌ که ضرورت به وجود محصولی برای دقت ابعاد فلزات و توسعه‌ی خواص مکانیکی برای کالاهای آهنی احساس می‌شد، برای بهبود و حل این چالش فرآیند ساخت نورد سرد طراحی گردید.

نحوه‌‌ی آماده‌سازی

ورق سرد معمولاً از فولادهای کم کربن با کربن کمتر از ۰.۱ درصد تولید می‌شود. این فولادها به دلیل شکل‌پذیری عالی و قابلیت جوشکاری مناسب، گزینه ایده‌آلی برای تولید این ورق محسوب می‌شوند. مواد اولیه مورد استفاده در ساخت نورد سرد، ورق گرم است که قبلاً در دمای بالا نورد شده است.

آماده‌سازی ورق گرم قبل از این ورق به شرح ذیل است:

• پوسته‌زدایی: برای حذف اکسیدهای سطحی (مگنتیت و هماتیت) از محلول اسید کلریدریک استفاده می‌شود. تحقیقات نشان می‌دهد که غلظت بهینه اسید بین ۱۰الی ۲۰ درصد و دمای عملیات بین ۶۰ الی ۸۰ درجه سانتی‌گراد است.
• شستشو و خشک‌کردن: برای جلوگیری از خوردگی و آلودگی سطح.
• برش لبه‌ها: در جهت یکنواختی عرض ورق.

 روند ساخت

نورد سرد در دمای محیط انجام می‌شود و معمولاً کاهش ضخامتی بین ۵۰ الی ۹۰ درصد را ایجاد می‌کند. این فرآیند در کارخانه‌های نورد سرد با استفاده از غلتک‌های با دقت بالا انجام می‌شود.

 مراحل نورد سرد

۱.  نورد: کاهش اولیه ضخامت.
۲.  نورد میانی:  کاهش بیشتر ضخامت و کنترل ابعاد.
۳ .   نوردپایانی: رسیدن به ضخامت و کیفیت سطح نهایی.

[caption id="attachment_4413" align="alignnone" width="900"] پارامترهای مؤثر در نورد سرد[/caption]

پارامترهای مؤثر در نورد سرد

• نیروی نورد: معمولاً بین ۱۰۰۰ الی ۳۰۰۰ تن بر حسب نوع فولاد و کاهش ضخامت.
• سرعت نورد: بین ۵ الی ۳۰ متر بر ثانیه در خطوط مدرن.
• روان‌کاری:  استفاده از امولسیون روغن و آب برای کاهش اصطکاک و خنک‌کاری.
• تنش پسماند: کنترل تنش‌های داخلی برای جلوگیری از تاب برداشتن ورق.

مطالعات نشان می‌دهند که بهینه‌سازی این پارامترها می‌تواند تا ۱۵ درصد در بهبود کیفیت محصول مؤثر باشد!

 عملیات حرارتی (آنیلینگ)

پس از نورد سرد، ورق‌ها سخت و شکننده می‌شوند و برای بازیابی انعطاف‌پذیری نیاز به عملیات حرارتی دارند. دو روش اصلی آنیلینگ در تولید ورق سرد وجود دارد:

آنیلینگ پیوسته

• دمای عملیات: ۷۰۰ الی ۸۵۰ درجه سانتی‌گراد.
• زمان نگهداری: چند دقیقه.
• سرعت خط: تا ۴۰۰ متر بر دقیقه در خطوط مدرن.
• اتمسفر کنترل‌شده (N₂-H₂) برای جلوگیری از اکسیداسیون.

آنیلینگ جعبه‌ای

• دمای عملیات: ۶۵۰ الی ۷۲۰ درجه سانتی‌گراد.
• زمان چرخه: ۲۰ الی ۴۰ ساعت.
• مناسب برای تولیدات کم‌حجم.

 عملیات نهایی

پس از آنیلینگ، ورق‌ها تحت عملیات نهایی قرار می‌گیرند:

تمپر میل

• کاهش ضخامت ناچیز (۰.۳ الی ۵ درصد.)
• بهبود صافی سطح
• کنترل خواص مکانیکی
• حذف نقطه تسلیم

پوشش‌دهی

• پوشش‌های فسفات و کرومات برای بهبود مقاومت به خوردگی
• پوشش‌های آلی (پلیمری) برای کاربردهای خاص
• گالوانیزه کردن برای ورق‌های ضدزنگ

[caption id="attachment_4414" align="alignnone" width="900"] شاخصه‌های مکانیکی و فیزیکی ورق سرد[/caption]

شاخصه‌های مکانیکی و فیزیکی

ورق سرد نسبت به ورق گرم از خواص مکانیکی بهتری برخوردار که است. در واقع این خواص به ترکیب شیمیایی فولاد، میزان کاهش نورد سرد و پارامترهای آنیلینگ بستگی دارد. این خواص می‌توانند بر تولید سایر مواد اثر بگذارند؛ به عبارت دیگر ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی می‌توانند در روند کیفیت تولید محصولات تأثير بگذارند که این نکته بر قیمت ورق آهن اثر بخش است. در جدول زیر ویژگی این ورق در قالب دقیق‌تری صورت‌بندی شده است:

ویژگی‌های مکانیکی و استانداردهای آزمایش

بیشترین کارکردهای این نورد در کدام صنایع است؟

• صنعت خودرو: بدنه خودرو، قطعات سازه‌ای. (۶۰ درصد مصرف ورق سرد)
• لوازم خانگی: یخچال، ماشین‌لباس‌شویی، اجاق گاز.
• ساختمان: پانل‌های سقف و دیوار، قفسه‌سازی.
• بسته‌بندی: قوطی‌های کنسرو، ظروف فلزی.
• الکترونیک: محفظه دستگاه‌ها، قطعات الکتریکی

فناوری‌های نوین

• نورد سرد فوق‌ سریع

با سرعت‌های بیش از ۲۵ متر بر ثانیه که بازدهی تولید را تا ۳۰ درصد افزایش می‌دهد.

• آنیلینگ القایی

کاهش زمان عملیات حرارتی از ساعت‌ها به دقیقه با صرفه‌جویی انرژی.

• کنترل هوشمند فرآیند

استفاده از یادگیری ماشین برای پیش‌بینی و بهینه‌سازی پارامترهای نورد.

• آهن‌های پیشرفته

تولید فولادهای پیشرفته با استحکام بالا برای کاربردهای خاص.

محصولی با کیفیت و هزینه‌ی پایین!

ساخت این ورق یک فرآیند پیچیده با پارامترهای متعدد است که نیاز به کنترل دقیق دارد. پیشرفت‌های اخیر در فناوری نورد و عملیات حرارتی امکان تولید محصولاتی با کیفیت بالاتر و هزینه کمتر را فراهم کرده است؛ همین نکته موجب شده تا قیمت ورق سرد میان مصرف‌کنندگان از اهمیت بالایی برخودار باشد. آینده این صنعت به سمت بهبود فولادهای پیشرفته، افزایش اتوماسیون و کاهش مصرف انرژی پیش می‌رود. با توجه به رشد تقاضا در صنایعی مانند خودروسازی و ساخت‌وساز، تحقیقات بیشتر در زمینه بهینه‌سازی فرآیندهای تولید ورق سرد ضروری به نظر می‌رسد.