ورق گرم

بررسی پارامترهای کاربردی در فرآیند تولید ورق گرم

ورق گرم (Hot Rolled Sheet) یکی از اساسی‌ترین محصولات فولادی است که در صنایع مختلف از ساختمان‌سازی تا خودروسازی کاربرد گسترده‌ای دارد. این محصول از طریق فرآیند نورد گرم تولید می‌شود که شامل مراحل پیچیده‌ای از آماده‌سازی مواد اولیه تا شکل‌دهی نهایی است. این ورق آهن طبق خاصیت‌هایی که به دسته‌های گوناگونی تقسیم می‌شود که هر یک از دسته‌ها به مدل‌های گوناگونی تقسیم می‌شوند.

این ورق را با نام ورق سیاه هم می‌شناسند؛ علت نامگذاری این ورق به نام سیاه این است که سطح آن چندان صاف نیست و رنگ آن به دلیل اکسیداسیون طبیعی که بر سطح صورت می‌گیرد بدل به رنگ سیاه می‌شود. پس از آنکه مرحله‌ی ساخت این محصول به پایان رسید، امکان دارد این ورق به روندهای دیگری مثل بدل شدن به ورق گالوانیزه ذیل برنامه‌های مختلف زیر تابش گرما صورت بگیرد تا خاصیت‌های دیگری به آن اضافه شود.

شرحی مختصر از سیر تاریخی ساخت ورق سیاه

تاریخچه نوردکاری به شکل امروزی به قرن هفدهم میلادی برمی‌گردد، هنگامی که از دو غلتک چدنی در یک چارچوب چوبی برای نورد فلزات نرم مانند قلع و سرب استفاده می‌شد. با پیشرفت فناوری، این فرآیند تکامل یافت و امکان نورد گرم فولاد نیز فراهم شد؛ به کارگیری از شیار در جهت شکل دادن به فرآورده نورد مربوط به همین دوران است که بعد از آن برای کاهش قدرت لازم در جهت چرخش غلتک‌ها به‌جای غلتک‌های بزرگ از غلتک‌های کوچک به کار گرفته می‌شد که همراه با غلتک اصلی به چرخش در می‌آمدند و بنابر این سیستم فقسه‌های چهار غلتکه شکل می‌گرفت

امروزه ورق سیاه به یکی از مهم‌ترین روش‌های تولید محصولات فولادی تبدیل شده است؛ در واقع اهمیت این ورق با اختراع موتور بخار بیشتر هم شد که محدودیت‌های قدرتی آن کنار گذاشته شد و قفسه‌های حجیم‌تر شدند و از طریق موتورهای بخار قوی برای عملیات نورد کردن، شمش‌ها را به کار می‌گرفتند. می‌توان کوره‌های ذوب ماشین ریخته‌گری در جهت تهیه شمش ابتدایی به عنوان یکی از کاربردهای این موتور بخار مثال زد.

روند اکنون ساخت این محصول

این ورق همان‌طور که گفته شد یکی از شناخته‌شده‌ترین و پرکاربردترین گونه‌ی ورق‌های آهنی است که به شیوه نورد گرم و با عبور از کوره‌هایی که با حرارت بالایی از دمای فراوانی برخوردارند تهیه می‌شود. عملیات مراحل تولید آن به شرح ذیل است:

۱. آماده‌سازی مواد اولیه

فرآیند تولید ورق گرم با تهیه شمش‌های فولادی آغاز می‌شود. این شمش‌ها معمولاً به شکل اسلب (تختال) با ابعاد مختلف هستند:

• قطر: ۱۶۰ تا ۳۰۰ میلی‌متر.
• عرض: ۶۰۰ تا ۲۲۰۰ میلی‌متر.
• طول: ۵ تا ۱۶ متر.

۲. پیش‌گرمایش

تختال‌های فولادی قبل از ورود به خط نورد، در کوره‌های پیش‌گرم تا دمای ۱۱۰۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شوند. این دما باید بالاتر از نقطه تبلور مجدد فولاد باشد تا شکل‌پذیری آن بالا می‌رود.

۳. پوسته‌شکنی

پس از گرم شدن، تختال وارد ایستگاه پوسته‌شکن می‌شود تا لایه اکسیدی تشکیل شده روی سطح آن توسط فشار بالای آب یا سیستم نورد عمودی جدا شود. این مرحله برای کیفیت نهایی محصول حیاتی است.

۴. نورد خشن

تختال پیش‌گرم شده از میان چندین غلتک عبور داده می‌شود تا ضخامت آن به ۲۰ تا ۶۰ میلی‌متر کاهش یابد. در این بخش از قفسه‌های نورد دوغلتکه یا چهارغلتکه استفاده می‌شود.

۵. برش و پوسته‌شکنی ثانویه

قسمت‌های ابتدایی و انتهایی تختال که ممکن است دارای ناهمگونی باشند، برش داده می‌شوند و مجدداً پوسته‌شکنی انجام می‌گیرد.

۶. نورد نهایی

در این مرحله، ورق از میان ۴ تا ۷ ایستگاه نورد افقی عبور می‌کند تا به ضخامت نهایی ۱.۵ تا ۲۰ میلی‌متر برسد. این بخش معمولاً از قفسه‌های چهارغلتکه تشکیل شده است.

۷. خنک‌کاری

ورق تولید شده توسط سیستم خنک‌کننده لایه‌ای تا دمای ۵۰۰ تا ۷۸۰ درجه سانتیگراد خنک می‌شود. این دما برای مرحله نهایی کویل‌پیچی مناسب است.

۸. کویل‌پیچی

در نهایت، ورق توسط ایستگاه کویل‌پیچی جمع‌آوری شده و برای حمل‌ونقل آماده می‌شود. این ورق می‌تواند به صورت کلاف (رول) یا برش‌خورده (شیت) عرضه شود.

استانداردهای تولید ورق گرم

استانداردهای شیمیایی

ترکیب شیمیایی ورق‌های گرم بر اساس استانداردهای بین‌المللی مانند  ASTM، EN و JIS تعیین می‌شود. این استانداردها حداکثر میزان مجاز عناصر مختلف مانند کربن، منگنز، فسفر، گوگرد و سیلیسیم را مشخص می‌کنند.

جدول استاندارد شیمیایی ورق گرم گرید ST37

استانداردهای مکانیکی

خواص مکانیکی ورق گرم شامل استحکام کششی، استحکام تسلیم و ازدیاد طول است که توسط استانداردهای بین‌المللی تعیین می‌شوند. به عنوان مثال، ورق ۱۶ میلی‌متری با استاندارد ST37 دارای مشخصات زیر است:

جدول مشخصات مکانیکی ورق گرم گرید ST37

خصوصیت‌ها و کارکردها

ویژگی‌های فیزیکی

• سطح زبر و مات به دلیل خنک‌شدن سریع.
• لبه‌های گرد شده.
• ابعاد با تلرانس نسبتاً بالا.

ویژگی‌های مکانیکی

• استحکام و شکل‌پذیری بالا.
• مقاومت در برابر فشار و ضربه.
• عاری از تنش‌های داخلی. (به دلیل خنک‌شدن در دمای اتاق)

مزایا و معایب

این فرآورده نیز مانند تمام کالاهای فولادی از مزیت و معضلاتی برخوردار است که این خصوصیت‌ها به‌صورت هم کیفیت و هم بر قیمت ورق آهن تأثیر می‌گذارد. به‌صورت کلی مهم‌ترین مزیت‌های این ورق عبارتند از:

• قیمت مناسب: فرآیند تولید ساده‌تر و سریع‌تر باعث کاهش هزینه‌ها می‌شود.
• تولید در ابعاد بزرگ: امکان تولید در ضخامت‌ها و ابعاد بزرگ‌تر نسبت به ورق سرد.
• شکل‌پذیری بهتر: نرمی فولاد در دمای بالا، شکل‌دهی را آسان می‌کند.
• استحکام بالا: تغییر ساختار میکروسکوپی فولاد در دمای بالا باعث مقاومت مکانیکی بیشتر می‌شود.

مهم‌ترین معایب آن به شرح ذیل است:

• دقت ابعادی کمتر: نسبت به ورق سرد دقت ابعادی پایین‌تری دارد.
• کیفیت سطحی پایین: سطح زبر و مات که ممکن است برای برخی کاربردها مناسب نباشد.
• حساسیت به زنگ‌زدگی: سطح ناهماهنگ ممکن است سریع‌تر دچار زنگ‌زدگی شود.

اهمیت و کاربردها

۱. صنعت ساختمان‌سازی

• ساخت اسکلت ساختمان‌ها و پل‌ها.
• تولید تیرآهن و سایر مقاطع فولادی.
• تقویت سازه‌های بتنی.

۲. خودروسازی

• ساخت شاسی خودروها.
• تولید قطعات موتور و سیستم تعلیق.

۳. تولید لوله‌های فولادی

• خطوط انتقال نفت و گاز.
• سیستم‌های آبرسانی و فاضلاب.

۴. صنعت کشتی‌سازی

• ساخت بدنه کشتی‌ها و ناوها.
• تولید اسکلت واگن‌های قطار.

۵. صنایع سنگین

• ساخت ماشین‌آلات حفاری.
• تجهیزات کشاورزی.
• دستگاه‌های صنعتی سنگین.

یک کالای کارآمد با پارامتر مختلف!

تولید این کالا یک فرآیند صنعتی پیچیده است که نیاز به کنترل دقیق پارامترهای مختلف از جمله دما، سرعت نورد و ترکیب شیمیایی دارد. به دلیل مزایایی مانند مناسب بودن قیمت ورق گرم، استحکام بالا و شکل‌پذیری خوب، جایگاه ویژه‌ای در صنایع مختلف دارد. با این حال، انتخاب نوع این ورق باید با توجه به استانداردهای مربوطه و نیازهای خاص هر پروژه انجام شود. پیشرفت‌های اخیر در فناوری نورد گرم، امکان تولید ورق‌های با کیفیت بالاتر و ویژگی‌های مکانیکی بهبودیافته را فراهم کرده است که گستره کاربردهای این محصول ارزشمند را بیش از پیش افزایش داده است.