0
04136674922

تشکیل پوسته در نورد گرم

نویسنده: خانم سیمین حاتمی – عصر مواد


 

نورد گرم یکی از روش های شکل دادن فلزاتی مانند فولادها است که به علت اعمال تغییر شکل در دماهای بالا، نزدیک به دمای تبلور مجدد، تغییر شکل به راحتی انجام خواهد شد. در نورد گرم، فلز از بین دو غلطک که فاصله بین آن ها از ضخامت ورق کمتر است، عبور داده می شود. حرکت غلطک ها در جهات خلاف یکدیگر بوده و اصطکاک بین غلطک و سطح فلز، سبب حرکت به سمت جلوی فلز شده و طول ورق افزایش یافته و ضخامت آن کاهش می یابد. در فرایند نورد گرم، بالا بودن درجه حرارت، سبب تشکیل پوسته های اکسیدی در سطح فلز می شود. این پوسته ها در صنعت اصطلاحاً scale خوانده می شوند که برطرف کردن و زدودن این پوسته ها همواره امری مهم بوده است.

تشکیل پوسته ها، تحت تاثیر چندین پارامتر است. تحقیقات نشان داده است که هر چه درصد تغییر شکل در طی نورد بیشتر باشد، پوسته نازک تری ایجاد می شود ولی با افزایش درصد تغییر شکل، لایه اکسید فشرده تر شده و به فلز پایه می چسبد لذا جدا کردن آن سخت تر است. با افزایش درجه حرارت نورد، پلاستیسیته و مومسانی پوسته اکسیدی بیشتر می شود، درجه حرارت های بالا در نورد، تغییرشکل های بحرانی بیشتری را مجاز می کند و از تشکیل پوسته قرمز رنگ (red scale)، جلوگیری می کند و سبب تشکیل پوسته های اکسیدی ضخیم تری نسبت به پوسته اولیه می شود که این نوع پوسته ها ماهیت بهتری دارند. در فرایند نورد گرم ورق، بهینه سازی توزیع بار غلطک ها در قسمت جلو و کاهش تغییر شکل در انتهای ورق، به تشکیل پوسته یکنواخت کمک نموده و در جلوگیری از تشکیل پوسته قرمز رنگ موثر است.

در تحقیقاتی که برای بررسی اثر پارامترهای نورد، در تشکیل پوسته انجام شده است، با استفاده از نمودارهایی مانند آنچه در شکل ذیل مشاهده می کنید، پوسته های اکسیدی با ضخامت های متفاوت روی نمونه های آزمایشگاهی ایجاد می شوند.

 

 

همان گونه که در نمودار فوق مشاهده می شود، ضخامت پوسته اکسیدی با افزایش زمان حرارت دهی و با افزایش دما، افزایش می یابد.

از آن جایی که اجرای فرآیند نورد به اصطکاک بین غلطک و قطعه کار وابسته است، پوسته های اکسیدی نیز تحت تاثیر قرار می گیرند. در شکل ذیل گراف هایی از ماکرو ساختار سطح تعدادی نمونه ورق از جنس فولاد نرم (ساختمانی)، که تحت پروسه های مختلف نورد قرار گرفته اند، مشاهده می شود.

 

 

شرایط نورد نمونه ها به صورت ذیل است:

 

 

سه ناحیه از پوسته های اکسیدی عمدتا در ماکروساختار سطح نمونه مشاهده می شوند، نواحی که در آن پوسته ها در حال جدا شدن از سطح و افتادن هستند، مانند: لبه ها و نواحی میانی ورق، نواحی که شامل یک لایه پوشیده از اکسید یکنواخت است و نواحی که اکسیدها ترک خورده اند. نواحی دارای ترک سطحی و نواحی که پوسته ها در حال کنده شدن و افتادن هستند، در نمونه هایی که درصد تغییر شکل آنها کمتر بوده است، مشاهده می شوند. افزایش درصد تغییر شکل سبب نازک شدن و کاهش ضخامت پوسته ها شده و این مورد سبب افزایش خاصیت چسبندگی پوسته ها به سطح فلز می شود. مقاومت این پوسته های نازک در برابر انقباض ناشی از سرد شدن بعدی، زیاد است لذا کنده شدن آنها سخت تر خواهد بود. (تصویر d)

درجه حرارت نیز رابطه مستقیمی با پلاستیسیته پوسته اکسیدی دارد و با افزایش دمای نورد، پلاستیسیته پوسته اکسیدی تشکیل شده، افزایش یافته و تمایل به ترک خوردن و جدا شدن آن کاهش می یابد. افت دما در لبه های ورق نسبت به مناطق میانی بیشتر بوده و این مسئله سبب کاهش خاصیت پلاستیسیته پوسته ها در این نواحی می شود لذا پوسته ها تمایل بیشتری به ترک خوردن و جدا شدن از سطح دارند. همچنین قدرت چسبندگی پوسته ها به سطح فلز نیز با کاهش دما، کاهش یافته و از این طریق نیز تمایل به جدا شدن در پوسته ها افزایش می یابد.

دمای بالای نورد از طرفی سبب ضخیم شدن پوسته ها نیز می شود، اگر شرایط عملیات به گونه ای باشد که ضخامت از حدی فراتر رود، پوسته های اکسیدی ضخیم که تنش انقباضی ذاتی بیشتری را طی سیکل خنک کاری بعدی متحمل می شوند، راحت تر ترک خورده و جدا می شوند. مورفولوژی پوسته های اکسیدی تحت تاثیر چندین پارامتر است که در یک شرایط خاص، یک پارامتر غالب خواهد بود.

 

اسید شویی (pickling):

 

برای حذف و زدودن پوسته های اکسیدی و همچنین حذف آلودگی های سطحی، رسوبات و زنگ زدگی از اسید شویی استفاده می شود. در فرآیند اسید شویی، فولاد داخل مخازنی از اسید فرو برده می شود تا پوسته های اکسیدی زدوده شوند. در این فرآیند یک لایه نازک از سطح فولاد زدوده می شود. برای اسید شویی فولادهای ساده کربنی عمدتا از اسید کلریدریک و اسید سولفوریک استفاده می شود. زمان اسید شویی قویا وابسته به ضخامت پوسته های اکسیدی است و با افزایش دما و زمان نورد به علت افزایش ضخامت پوسته ها، زمان اسید شویی نیز افزایش می یابد. در یک درجه حرارت ثابت نورد، با افزایش درصد تغییر شکل به علت نازک شدن پوسته اکسیدی، زمان لازم برای اسید شویی کاهش می یابد. از طرفی متراکم بودن پوسته های اکسیدی و عدم وجود ترک های سطحی نیز به علت کاهش قابلیت نفوذ پذیری محلول اسیدی، زمان اسید شویی را افزایش می دهد. در مجموع دو عامل درصد تغییر شکل و دما تاثیر مهمی در مورفولوژی پوسته اکسیدی در نورد گرم دارند. درصد تغییر شکل از یک طرف سبب کاهش ضخامت پوسته شده و از طرفی سبب افزایش تراکم آن می شود. این دو مورد ثر متضادی در زمان اسید شویی دارند. برآیند این دو عامل زمان اسید شویی را تعیین می کند. نمودار ذیل اثر متضاد این دو عامل را نشان می دهد.

ارسال دیدگاه