0
04136674922

روش های مختلف نورد محصولات تخت

تعریف نورد

نورد به فرایندی گفته می شود که تغییر شکل پلاستیک فلز از طریق عبور آن از بین غلتک ها صورت پذیرد. مهم ترین پارامتر و ویژگی فرایند نورد، دمای مواد در حین تغییر شکل است. بسته به ضخامت نهایی، نیروهای مکانیکی به کار برده شده و خصوصیات سطحی در نورد، متفاوت می باشد. 

 

 

طراحی فرایند نورد

چندین طراحی متفاوت برای عملیات نورد محصولات تخت وجود دارد. هر کدام از این طراحی ها برای گروه تولیدی مشخص و یا به منظور جبران کاستی های طراحی های قبلی ساخته شده اند.

 

۱ – قفسه نورد چهار غلتکه

مهم ترین قسمت این استند نورد که امروزه از آن بسیار استفاده می شود، چهار غلتک موجود در آن است. ظهور غلتک های پشتیبان به منظور جبران خمش غلتک های کاری می باشد. البته مشکل خمش غلتک های کاری به صورت کامل حل نخواهد شد زیرا نیروهای اعمال شده، بر روی چک غلتک های پشتیبان و خارج از عرض ورق خواهد بود. در نتیجه غلتک های کاری تمایل به خمش و له کردن لبه ها و موجب نقص در همواری سطح می شوند.

 

۲- قفسه نورد شش غلتکه

راهکار در نظر گرفته شده در این نوع استند، بر اساس نظریه استفاده از دو غلتک میانی بین غلتک های کاری و پشتیبان که در خلاف جهت یکدیگر نسبت به خط میانی و عمود بر غلتک ها و به بیرون خارج شده اند، طراحی شده است. با این روش میزان خمش غلتک های پشتیبان کنترل می شود. با جابجایی غلتک های میانی امکان اجازه خمش های متفاوت جهت کنترل بهتر همواری سطح وجود دارد. 

 

۳ – قفسه نورد خوشه ای بیست غلتکه

در این قفسه های نورد که عمدتاً به منظور نورد سرد و ضخامت های پایین و کیفیت سطح بسیار بالا به کار برده می شوند، دو غلتک کوچک کاری توسط دو غلتک مخروطی میانی جهت کنترل ضخامت لبه ها پشتیبانی می شوند و چهار غلتک موتوردار ثانویه نیز وجود دارد. 

 

 

دسته بندی فرایند نورد

فرایند نورد را بر اساس دمای نوردی می توان به دو دسته ی کلی تقسیم نمود: نورد سرد (Cold Rolling) و نورد گرم (Hot Rolling). در ادامه به بررسی تفصیلی این دو فرایند و مزایا و معایب آن ها می پردازیم

 

۱- نورد سرد:

نورد سرد در محدوده ی دمایی T<0.3Tm (دمای Tm ذوب مطلق است) انجام می شود. نورد سرد معمولاً برای تولید ورق و تسمه با پرداخت سطحی و دقت ابعادی بالا به کار گرفته می شود. همچنین در مواردی برای استحکام بخشی به ورق از طریق کار مکانیکی از این فرایند شکل دهی استفاده می شود.

مهمترین کاربرد های محصولات نورد سرد در اتومبیل سازی، تجهیزات خانگی مانند یخچال، اجاق گاز، ماشین های ظرفشویی و لباس شویی، دستگاه های الکتریکی، مخازن و تجهیزات ساختمانی و غیره می باشد. علاوه بر کاهش ضخامت و رساندن قطعه به دقت ابعادی مورد نظر، حذف نقطه تسلیم از ورق های فولادی از دیگر کاربردهای نورد سرد است. در حقیقت چون وجود نقطه تسلیم باعث به وجود آمدن شرایط تغییر شکل ناهمگن در فرایندهای شکل دادن (به ویژه کشش عمیق) می شود، بنابراین حذف آن از اهمیت بسزایی برخوردار است.

 

عمده ترین معایب نورد سرد به صورت زیر خلاصه می شود:

  • عدم امکان پذیر بودن اعمال تغییر شکل های بزرگ در این شرایط
  • عدم همگن شدن ترکیب شیمیایی به خاطر پایین بودن سرعت نفوذ
  • عدم بازگشت ماده به ساختار میکروسکوپی اولیه خود

 

عمده ترین مزایای نورد سرد به صورت زیر است:

  • عدم اکسیداسیون مواد فلزی
  • دقت ابعادی بالا
  • کیفیت سطحی مناسب به خاطر عدم وقوع اکسیداسیون

 

۲- نورد گرم:

نورد گرم در شرایط T>0.5Tm انجام می شود. اولین عمل کار گرمی که روی بیشتر قطعات فولادی صورت می پذیرد، نورد گرم است. دستگاه هایی که نورد گرم را انجام می دهند، از دو غلتک دو جهته به قطر ۶۰ تا ۱۴۰ سانتی متر تشکیل شده اند. مهم ترین نکته ای که نورد گرم را از نورد سرد متمایز می سازد، دمای آن است. در حقیقت نورد کردن قطعه ای در دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد نورد گرم نام دارد. از آنجا که در فرایند نورد گرم فاصله زمانی بین کار مکانیکی و فرایند تبلور مجدد بسیار کوتاه است، بنابراین قطعه همزمان که تحت تاثیر کار سرد قرار می گیرد بلافاصله تبلور مجدد نیز می شود.

 

از مهمترین مزایای نورد گرم می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • توانایی بسیار بالای ماده برای تغییر شکل به دلیل افت تنش سیلان ناشی از افزایش دما
  • بازگشت ماده به ساختار میکروسکوپی اولیه خود بلافاصله پس از تغییر شکل
  • همگن شدن ترکیب شیمیایی به خاطر بالا بودن سرعت نفوذ
  • همگن شدن ساختار و حذف عیوب ریختگی مثل مک ها، حفرات و …

 

در مقابل این مزیت ها محدودیت هایی نیز وجود دارد از جمله:

  • اکسیداسیون ناشی از حرارت
  • کیفیت سطحی نامناسب به خاطر وقوع اکسیداسیون
  • تغییرات ابعادی و افزایش تلرانس های هندسی به دلیل اکسیداسیون سطحی و انقباض و انبساط در حین سرد و گرم کردن
  • افزایش نقش ضریب اصطکاک

 

 

انواع فرایندهای نورد گرم:

فرایند نورد گرم خود به سه دسته تقسیم می شود که عبارتند از:

  • نورد معمولی (conventional Rolling) یا CR
  • نورد کنترل شده از نظر دما (Temperature controlled Rolling) یا TCR
  • نورد ترمومکانیکی (Thermo – mechanical Rolling) یا TMR

 

در ادامه به بررسی مقایسه ای این سه حالت نورد پرداخته می شود.

 

۱- نورد گرم معمولی (CR)

فرایند نورد معمولی ورق صرفاً جهت نورد طولی ورق ها و برای تولید ورق هایی با اندازه، شکل و تلرانس های خواسته شده انجام می پذیرد. در این حالت خواص مکانیکی ویژه در ورق وابسته به ترکیب شیمیایی فولاد و عملیات حرارتی بعدی ورق می باشد.

محدوده دمای نوردی در این حالت به صورت زیر است:

  • دمای ورودی اسلب ۱۲۰۰-۱۱۵۰ درجه سانتیگراد
  • دمای خروجی ورق ۹۵۰-۸۵۰ درجه سانتیگراد

 

در این حالت استحاله آستنیت به فریت پس از نورد صورت می پذیرد و ورق ها نیز پس از انجام عملیات نورد توسط هوا خنک می شوند. از این نوع نورد جهت تولید ورق های تجاری، ساختمانی و یا ورق هایی که به عملیات حرارتی بعدی نیاز دارند، استفاده می شود.

 

۲- نورد کنترل شده از نظر دما (TCR)

در این نوع نورد، فرایندهای تغییر شکل در منطقه تک فازی آستنیت و در دو ناحیه زیر صورت می پذیرد:

۱- پاس های نوردی خشن در دمایی که تبلور مجدد آستنیت صورت می پذیرد.

۲- پاس های پایانی نورد در ناحیه توقف تبلور مجدد (زیر دمای Tnr)

 

در نورد TCR نیز استحاله آستینت به فریت بعد از اتمام عملیات نورد صورت می پذیرد. محدوده دمای نوردی TCR به صورت زیر است:

  • دمای ورودی اسلب ۱۲۰۰-۱۱۳۰ درجه سانتیگراد
  • دمای خروجی ورق ۹۰۰-۸۰۰ درجه سانتیگراد

 

در این حالت نیز ورق های تولیدی پس از عملیات نورد توسط هوا خنک می شوند. از نورد TCR صرفاً جهت تولید ورق های فولادی C- Mn – Si که حاوی عناصر میکرو آلیاژی نباشند، استفاده می شود. در این نوع نورد خواص مکانیکی ورق ها وابسته به ریزدانگی ایجاد شده در حین نورد است. این ریزدانگی در اثر تغییر شکل در ناحیه توقف تبلور مجدد و نیز سختی ثانویه ای است که در اثر وجود عناصر Si ،Mn و Cr ایجاد می شود،

 

۳- نورد ترمومکانیکی (TMR)

از نورد TMR برای تولید ورق هایی با استحکام و چقرمگی بالا استفاده می شود. در این حالت برای رسیدن به استحکام و چقرمگی بالا در ورق ها، باید از زمان پیش گرم کردن اسلب تا زمان خنک سازی ورق، پارامترهای زمان، دما و مقدار کاهش ضخامت در هر پاس را به دقت کنترل نمود.

 

پروسه نورد TMR به دو صورت انجام می پذیرد:

  • الف) TMR مستقیم: در این حالت ورق ها پس از اتمام عملیات نورد توسط هوا خنک می شود.
  • ب) نورد ترمومکانیکی همراه با خنک کاری تسریع شده (TMR+ACC): در این حالت ورق ها پس از نورد توسط آب خنک کاری می شوند.

 

در فرایند نورد TMR مستقيم، استحکام ورق ها توسط ریزدانگی ساختار و در نورد TMR+ ACC استحکام بالای ورق ها در اثر تشکیل فاز بینیت در ریزساختار ایجاد می شود. 

 

ریزدانگی در عملیات TMR مستقیم توسط پارامترهای زیر ایجاد می شود:

۱- کوچک کردن اندازه دانه های آستنیت اولیه با کاهش دمای پیش گرم

۲- افزایش و کاهش ضخامت، در دماهای پایین و نزدیک به خط Ar3 در ناحیه دو فازی α + ϒ

 

به طور کلی تغییر شکل ها در فرایند نورد ترمومکانیکی مستقیم می تواند در سه ناحیه انجام پذیرد. این سه ناحيه تغییر شکل عبارتند از:

الف) تغییر شکل در ناحیه تبلور مجدد

ب) تغییر شکل در ناحیه توقف تبلور مجدد (زیردمای Tnr)

ج) تغییر شکل در ناحیه دو فازی α + ϒ

 

در عملیات نورد TMR، دمای پیش گرم کردن اسلب ها از فرایند CR و TCR پائین تر است که این منجر به کوچک بودن اندازه دانه های اولیه می گردد.

محدوده دمای نوردی در فرایند TMR مستقیم به صورت زیر است:

  • دمای ورودی اسلب ۱۱۰۰-۱۰۵۰ درجه سانتیگراد
  • دمای خروجی ورق ۷۵۰-۷۰۰ درجه سانتیگراد

 

هدف از استفاده از ACC در فرایند TMR افزایش نرخ خنک کاری ورق ها می باشد، به گونه ای که خط خنک سازی دماغه بینیت را در دیاگرام TTT فولاد را قطع کند و ریزساختار بینینی در ورق ایجاد گردد. فاز بینیت هم استحکام و هم چقرمگی بالاتری نسبت به ساختار فریت – پرلیتی حاصل از فرایند TMR مستقیم و TCR دارا می باشد.

در فرایند TMR + ACC، تغییر شکل ها در دو ناحیه تبلور مجدد (شامل پاس های نوردی خشن) و توقف تبلور مجدد (شامل پاس های نوردی پایانی) صورت می پذیرد. 

محدوده دمای نوردی در فرایند TMR+ ACC به صورت زیر است:

  • دمای ورودی اسلب ۱۱۰۰-۱۰۵۰ درجه سانتیگراد
  • دمای خروجی ورق ۸۵۰-۷۵۰ درجه سانتیگراد

 

پس از انجام فرایند TMR + ACC دمای ورق در صورتی که نرخ خنک سازی کمتر از ۲۰ درجه سانتیگراد بر ثانیه می باشد، حدود ۵۰۰ تا ۵۵۰ درجه سانتی گراد است.

 

به طور کلی فرایند نورد ترمومکانیکی شامل مراحل زیر است:

  • پیش گرم کردن اسلب
  • شکل دهی در ناحیه تبلور مجدد: در این مرحله ضخامت تا حدود ۵ برابر ضخامت نهایی کاهش می یابد.
  • خنک سازی تا زیر دمای توقف تبلور مجدد
  • شکل دهی (نورد) در ناحيه توقف تبلور مجدد: در این مرحله ضخامت تا حدود ۳ برابر ضخامت نهایی کاهش می یابد.
  • خنک سازی تا ۲۰ درجه سانتی گراد بالا یا پایین دمای Ar3 (در فرایند TMR مستقیم)
  • نورد در ناحیه دو فازی α + ϒ: در این مرحله ضخامت به حد ضخامت نهایی می رسد (در فرایند TMR مستقيم)
  • خنک سازی در هوا (در فرایند TMR مستقیم) یا به وسیله آب (در فرایند TMR+ (ACC

 

منبع: فصلنامه تخصصی نورد فولاد – نشریه شرکت فولاد اکسین خوزستان – نویسندگان: ایمان محمدزاده و رضا آبدیده

 

 

 

برخی نوشته های مرتبط در عصر مواد:

 

 

ارسال دیدگاه