نورد گرم چیست؟

نورد گرم یک فرآیند مکانیکی شکل‌دهی فلزات است که در آن ماده فلزی را به دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد آن می‌رسانند و سپس از میان غلتک‌های سنگین عبور می‌دهند. این فرآیند موجب تغییر ساختار بلوری فلز، کاهش تنش‌های داخلی، و بهبود شکل‌پذیری آن می‌شود. نورد گرم به‌طور گسترده در تولید محصولات فلزی با ابعاد بزرگ و مقاطع ضخیم مانند ورق‌های فلزی، مقاطع ساختمانی، میلگردها و تیرآهن‌ها استفاده می‌شود و به دلیل انعطاف‌پذیری بالا و کاهش نیاز به نیروی زیاد، در تولیدات انبوه به کار می‌رود.

معرفی انواع نورد گرم

در فرآیند نورد گرم، انواع مختلفی وجود دارد که هر کدام برای تولید محصولات فلزی با مشخصات خاص به کار می‌روند. در ادامه، به معرفی انواع نورد گرم می‌پردازیم:

نورد تخت

این فرآیند، یکی از متداول‌ترین روش‌های نورد است که در آن فلز با عبور از بین دو غلتک صاف به شکل ورق یا صفحه با ضخامت کنترل‌شده درمی‌آید. در نورد تخت، دمای بالای فلز باعث کاهش تنش‌های داخلی و افزایش شکل‌پذیری می‌شود. این فرآیند به دلیل امکان تولید ورق‌های فلزی با ضخامت‌های متفاوت و با کیفیت سطحی مناسب، به‌طور گسترده در صنایع خودروسازی، ساختمانی و تولید تجهیزات صنعتی استفاده می‌شود. محصولات نهایی می‌توانند از فولاد، آلومینیوم و مس باشند و برای کاربردهایی که نیاز به استحکام و ضخامت یکنواخت دارند، ایده‌آل است.

نورد مقاطع (Section Rolling)

در این نوع نورد، فلز گرم‌شده به‌وسیله غلتک‌های شیار‌دار، به مقاطع خاص مانند تیرآهن، ناودانی، نبشی، و میلگرد شکل داده می‌شود. طراحی دقیق این شیارها امکان تولید مقاطع پیچیده با ابعاد دقیق و خواص مکانیکی مطلوب را فراهم می‌آورد. نورد مقاطع به دلیل نیاز به دقت بالا و کنترل کامل بر ابعاد و شکل مقاطع، برای تولید پروفیل‌های ساختمانی و صنعتی که نیاز به استحکام زیاد دارند، به کار می‌رود. این فرآیند امکان تولید پیوسته با سرعت بالا را فراهم کرده و در نتیجه هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد.

نورد حلقه‌ای

در این فرآیند، یک حلقه فلزی در حالتی قرار می‌گیرد که تحت فشار غلتک داخلی و غلتک خارجی به سمت خارج گسترش می‌یابد و هم‌زمان ضخامت آن کاهش می‌یابد. نورد حلقه‌ای بیشتر برای تولید قطعات حلقوی بزرگ مانند چرخ‌دنده‌ها، بلبرینگ‌ها، و فلنج‌ها استفاده می‌شود. این فرآیند، ساختاری یکنواخت و بدون نقص در تمام مقطع حلقه ایجاد می‌کند که باعث افزایش استحکام و دوام محصول نهایی می‌شود. به دلیل این ویژگی‌ها، نورد حلقه‌ای در صنایع نیروگاه‌ها، هوافضا، و ساخت تجهیزات سنگین کاربرد دارد.

نورد لوله

فرآیندی است که به منظور تولید لوله‌ها و تیوب‌های فلزی با دیواره‌های ضخیم و استحکام بالا طراحی شده است. در این روش، فلز از بین غلتک‌های طراحی‌شده به شکل استوانه‌ای عبور می‌کند و بدون نیاز به درز جوش، به صورت یکپارچه شکل می‌گیرد. نورد لوله برای تولید لوله‌های بدون درز که مقاومت بالایی در برابر فشار و حرارت دارند، کاربرد دارد و به‌ویژه در صنایع نفت، گاز، و پتروشیمی استفاده می‌شود. این فرآیند به دلیل توانایی تولید لوله‌های با قطرهای مختلف و دیواره‌های محکم، در کاربردهایی که به تحمل بار و فشار بالا نیاز دارند، ایده‌آل است.

نورد طولی

در این روش، فلز به‌صورت طولی بین دو غلتک قرار می‌گیرد و با کشیده شدن در طول خود، به شکل مقاطع بلند و باریک مانند میلگرد، تیرآهن و پروفیل‌های صنعتی درمی‌آید. این فرآیند به دلیل ایجاد دانه‌بندی یکنواخت و بهبود خواص مکانیکی در طول قطعه، مناسب برای تولید محصولاتی است که نیاز به استحکام بالا دارند. نورد طولی به دلیل سرعت بالای تولید و دقت در ابعاد طولی، در صنایع ساخت‌وساز، زیرساخت‌ها و ساخت نوار نقاله کاربرد زیادی دارد و امکان تولید مقاطع طولانی با کیفیت ثابت را فراهم می‌آورد.

نورد عرضی

در این نوع نورد، فلز به‌صورت عرضی نسبت به محور طولی بین غلتک‌ها قرار می‌گیرد و با زاویه مشخصی نورد می‌شود. این روش بیشتر برای تولید قطعات مدور و دیسکی مانند دیسک‌های فلزی، چرخ‌ها و فلنج‌ها کاربرد دارد. نورد عرضی به دلیل توزیع یکنواخت نیرو در مقطع قطعه، موجب افزایش چقرمگی و استحکام در قطعات مدور می‌شود. این ویژگی‌ها باعث می‌شود نورد عرضی در صنایع خودروسازی، هوافضا، و ساخت قطعات صنعتی که نیاز به قطعات گرد با مقاومت بالا دارند، استفاده شود.

مراحل و آموزش گام به گام نورد گرم

در این بخش از مقاله، به‌صورت گام‌به‌گام به آموزش مراحل نورد گرم می‌پردازیم. نورد گرم یکی از فرآیندهای اصلی شکل‌دهی فلزات است که با استفاده از دماهای بالا و تجهیزات پیچیده، فلزات را به شکل‌ها و ابعاد متنوع تبدیل می‌کند. آشنایی دقیق با هر مرحله از این فرآیند به تولیدکنندگان کمک می‌کند تا محصولاتی با کیفیت بالا و خواص مکانیکی مطلوب تولید کنند. در ادامه، هر یک از مراحل نورد گرم با جزئیات تخصصی و به زبانی ساده توضیح داده شده است تا اصول کار این فرآیند و نکات کلیدی آن به‌طور کامل درک شود.

1. پیش‌گرمایش ماده اولیه

• شرح: ماده اولیه، معمولاً به شکل شمش یا تختال، ابتدا به دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد (معمولاً بین 1100 تا 1300 درجه سانتی‌گراد برای فولاد) در کوره‌های پیش‌گرمایش، گرم می‌شود.
• هدف: افزایش دمای فلز تا حدی که ساختار بلوری آن تغییر کرده و دانه‌ها در اثر تبلور مجدد نرم و قابل تغییر شکل شوند. این مرحله، کشش و شکل‌دهی فلز را آسان‌تر می‌کند و خطر شکستگی و ترک را کاهش می‌دهد.
• تجهیزات مورد نیاز: کوره‌های پیشرفته با کنترل دقیق دما، که از سیستم‌های حرارتی مانند گاز طبیعی یا القای الکتریکی برای حفظ دمای یکنواخت در سطح و عمق ماده اولیه استفاده می‌کنند.

2. عبور از غلتک‌های نورد خشن

• شرح: پس از پیش‌گرمایش، ماده اولیه از غلتک‌های نورد خشن عبور داده می‌شود. این غلتک‌ها طراحی شده‌اند تا ضخامت ماده را به‌طور سریع و شدید کاهش دهند.
• هدف: کاهش اولیه ضخامت و افزایش طول ماده، در حالی که دمای فلز هنوز در حد بالایی است. این مرحله به‌طور اولیه فلز را به ابعادی نزدیک‌تر به محصول نهایی می‌رساند.
• تجهیزات مورد نیاز: غلتک‌های سنگین با قطر بزرگ که قادر به تحمل نیروی فشاری بالا هستند. این غلتک‌ها معمولاً از آلیاژهای مقاوم به حرارت ساخته شده و به سیستم‌های خنک‌کننده داخلی برای کنترل دما مجهز هستند.

3. تنظیم ابعاد در نورد میانی

• شرح: ماده پس از عبور از مرحله نورد خشن وارد مرحله نورد میانی می‌شود. در این مرحله، کاهش ضخامت با دقت بیشتری انجام می‌شود تا محصول به ابعاد نزدیک‌تر به نهایی برسد.
• هدف: تنظیم دقیق ضخامت، عرض و شکل فلز به‌منظور دستیابی به یکنواختی بیشتر و ایجاد شرایط مناسب برای نورد نهایی.
• تجهیزات مورد نیاز: غلتک‌های میانی که قادر به اعمال نیروی کافی برای کاهش ضخامت و حفظ دقت ابعادی بالا هستند. این غلتک‌ها معمولاً دارای پوشش‌های خاصی برای جلوگیری از سایش در دماهای بالا می‌باشند.

4. نورد نهایی

• شرح: فلز از غلتک‌های نهایی عبور می‌کند که در این مرحله به ضخامت، عرض و شکل دقیق و یکنواخت مورد نیاز می‌رسد. کنترل فشار و دما در این مرحله بسیار حیاتی است.
• هدف: دست‌یابی به ابعاد دقیق و سطح صاف و یکنواخت در محصول نهایی. نورد نهایی باعث بهبود کیفیت سطح و ایجاد دقت بالا در ابعاد می‌شود.
• تجهیزات مورد نیاز: غلتک‌های دقیق نهایی که به سیستم‌های اتوماسیون و اندازه‌گیری آنلاین ضخامت مجهز هستند. این تجهیزات به نظارت و کنترل دقیق دما، فشار و سرعت کمک می‌کنند.

5. خنک‌کاری کنترل‌شده

• شرح: پس از نورد نهایی، فلز در حالتی کنترل‌شده خنک می‌شود تا از تغییرات ناخواسته در ساختار میکروسکوپی و خواص مکانیکی آن جلوگیری شود. این فرآیند ممکن است با استفاده از افشانه‌های آب یا تونل‌های خنک‌کننده انجام شود.
• هدف: حفظ یکنواختی در ساختار دانه‌بندی و جلوگیری از ایجاد تنش‌های داخلی. خنک‌کاری آهسته و یکنواخت باعث بهبود خواص مکانیکی و مقاومت فلز در برابر شکستگی می‌شود.
• تجهیزات مورد نیاز: سیستم‌های خنک‌کننده با قابلیت تنظیم جریان آب و هوا که بتوانند سرعت خنک‌کاری را به‌صورت دقیق کنترل کنند تا از تغییرات دمایی ناگهانی جلوگیری شود.

6. برش و بسته‌بندی محصول نهایی

• شرح: در این مرحله، محصول به ابعاد نهایی مورد نظر برش داده می‌شود و برای حمل و نقل یا ارسال به مراحل پردازشی بعدی آماده‌سازی می‌گردد. این مرحله شامل برش، صاف‌کاری، و بسته‌بندی است.
• هدف: آماده‌سازی محصول نهایی با دقت بالا برای استفاده مستقیم یا انتقال به مراحل بعدی. این مرحله باید به‌گونه‌ای انجام شود که آسیب‌پذیری سطحی و تنش‌های داخلی در محصول به حداقل برسد.
• تجهیزات مورد نیاز: دستگاه‌های برش دقیق (مانند برش‌ لیزری یا پلاسما)، تجهیزات بسته‌بندی و انبارش، و جرثقیل‌ها و بالابرها برای جابجایی امن محصولات.

نکات کلیدی و توصیه‌ها در فرآیند نورد گرم

• کنترل دما و سرعت: دمای فلز در تمام مراحل باید در محدوده معینی باقی بماند تا تغییرات ساختاری و میکروسکوپی ناخواسته در فلز ایجاد نشود. استفاده از سیستم‌های کنترل سرعت و دما ضروری است.
• نگهداری و تعمیرات منظم تجهیزات: غلتک‌ها و کوره‌ها به دلیل قرار گرفتن در معرض فشار و دمای بالا، نیازمند بازبینی و نگهداری مداوم هستند. استهلاک این تجهیزات بر دقت و کیفیت محصول نهایی تاثیر می‌گذارد.
• استفاده از سیستم‌های اتوماسیون و اندازه‌گیری آنلاین: استفاده از سنسورها و تجهیزات اتوماسیون برای نظارت بر دما، ضخامت، سرعت، و فشار در تمامی مراحل نورد به بهبود کیفیت و کاهش خطاها کمک می‌کند.

این مراحل به‌صورت تخصصی و دقیق تنظیم شده‌اند تا به تولید محصولاتی با کیفیت بالا، دقت ابعادی عالی، و خواص مکانیکی بهینه دست یابند. نورد گرم، فرآیندی پیچیده و حساس است که نیازمند تجهیزات پیشرفته و تجربه عملیاتی دقیق است تا به اهداف صنعتی مورد نظر دست پیدا کند.

مزایای نورد گرم چیست؟

نورد گرم به‌دلیل ویژگی‌ها و مزایای تخصصی، یکی از پرکاربردترین فرآیندهای شکل‌دهی فلزات است که در صنایع مختلف به‌کار گرفته می‌شود. برخی از مهم‌ترین مزیت‌های نورد گرم عبارتند از:

1. افزایش شکل‌پذیری و کاهش سختی فلزات

در نورد گرم، فلز به دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد خود رسانده می‌شود، که باعث می‌شود ساختار بلوری آن بازآرایی شود و سختی آن کاهش یابد. این کاهش سختی و افزایش شکل‌پذیری، فرآیند تغییر شکل را تسهیل کرده و امکان شکل‌دهی به قطعات با هندسه پیچیده‌تر و ضخامت‌های بزرگ‌تر را فراهم می‌کند. این ویژگی برای تولید قطعات صنعتی بزرگ و ضخیم مانند ورق‌های فلزی سنگین، میلگردها و پروفیل‌های سازه‌ای ایده‌آل است.

2. بهبود ساختار بلوری و افزایش یکنواختی دانه‌بندی

دمای بالا در نورد گرم موجب تبلور مجدد دانه‌های بلوری می‌شود و ساختاری همگن و یکنواخت در فلز ایجاد می‌کند. این تبلور مجدد باعث می‌شود تا دانه‌های بلوری کوچک‌تر و منظم‌تر شکل بگیرند که در نتیجه، فلز استحکام بیشتری به‌دست می‌آورد و خواص مکانیکی بهتری پیدا می‌کند. این ویژگی، مقاومت فلز را در برابر ترک‌خوردگی، شکست و خستگی افزایش می‌دهد و برای کاربردهایی که نیاز به استحکام مکانیکی بالا دارند، مناسب است.

3. کاهش هزینه‌های تولید به‌دلیل راندمان بالای فرآیند

نورد گرم به دلیل نیاز کمتر به نیرو و تجهیزات پیشرفته نسبت به فرآیندهایی نظیر نورد سرد، هزینه تولید را کاهش می‌دهد. در این فرآیند، فلز در دمای بالا تغییر شکل می‌دهد و به نیروی کمتری برای شکل‌دهی نیاز است، که در نتیجه هزینه‌های انرژی و تجهیزات را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، به‌دلیل سرعت بالاتر تولید و عدم نیاز به عملیات حرارتی اضافی، هزینه‌ها به‌طور کلی کاهش می‌یابند.

4. امکان تولید قطعات بزرگ و ضخیم با استحکام بالا

در فرآیند نورد گرم، به‌دلیل قابلیت شکل‌دهی بالا و دمای زیاد، می‌توان قطعاتی با ضخامت و ابعاد بزرگ تولید کرد. این ویژگی به تولید پروفیل‌های سنگین مانند تیرآهن‌ها، ناودانی‌ها و ورق‌های ضخیم فولادی کمک می‌کند. این قطعات معمولاً در صنایع ساختمانی و زیرساخت‌های سنگین مورد استفاده قرار می‌گیرند که نیاز به تحمل بارهای سنگین و مقاومت در برابر تغییر شکل دارند.

5. بهبود خواص مکانیکی از جمله استحکام و چقرمگی

نورد گرم به‌دلیل تغییر در ساختار بلوری و ایجاد دانه‌بندی یکنواخت، موجب افزایش چقرمگی و استحکام کششی فلز می‌شود. فرآیند تبلور مجدد و کاهش نقص‌های ساختاری در این روش، باعث می‌شود که محصول نهایی مقاومت بهتری در برابر تنش‌های مکانیکی داشته باشد. این ویژگی در صنایعی که به قطعات مقاوم و با استحکام بالا نیاز دارند، مانند خودروسازی و ساخت تجهیزات صنعتی، بسیار مهم است.

6. عدم نیاز به عملیات حرارتی اضافی

در نورد سرد، معمولاً به دلیل افزایش سختی ناشی از کرنش، نیاز به عملیات حرارتی مانند آنیلینگ برای بهبود خواص مکانیکی است. اما در نورد گرم، به دلیل تبلور مجدد و بهبود ساختار دانه‌بندی، قطعه نهایی معمولاً بدون نیاز به عملیات حرارتی اضافی به خواص مکانیکی مطلوب می‌رسد. این امر موجب کاهش هزینه‌ها و افزایش بهره‌وری تولید می‌شود.

مقایسه نورد گرم با نورد سرد

مقایسه نورد گرم و نورد سرد به عنوان دو فرآیند اصلی شکل‌دهی فلزات می‌تواند بینش دقیقی از تفاوت‌ها، مزایا و کاربردهای این دو روش ارائه دهد. هر دو فرآیند دارای ویژگی‌ها و کاربردهای متفاوتی هستند که در زیر به تفصیل مقایسه شده‌اند:

1. دمای عملیات و تاثیر آن بر شکل‌پذیری فلز

• نورد گرم: در این فرآیند، فلز به دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد خود (بسته به نوع فلز بین 1100 تا 1300 درجه سانتی‌گراد برای فولاد) گرم می‌شود. در این دما، ساختار بلوری فلز تغییر می‌کند و شکل‌پذیری آن به طرز چشمگیری افزایش می‌یابد. این دمای بالا باعث می‌شود فلز بدون مقاومت بالا در برابر تغییر شکل، به راحتی نورد شود.
• نورد سرد: در نورد سرد، دمای فلز به زیر دمای تبلور مجدد می‌رسد و این کار در دمای محیط یا دمای کمی بالاتر انجام می‌شود. به دلیل سختی بیشتر فلز در دمای پایین، فرآیند نیاز به نیروی بیشتری دارد. نورد سرد باعث افزایش سختی و استحکام فلز از طریق ایجاد تنش‌های داخلی می‌شود، اما شکل‌پذیری آن کاهش می‌یابد.

2. ساختار بلوری و تاثیر بر خواص مکانیکی

• نورد گرم: دمای بالا موجب ایجاد تبلور مجدد در دانه‌های فلزی می‌شود، که این امر باعث ایجاد ساختار بلوری یکنواخت و همگن می‌شود. این ساختار یکنواخت، چقرمگی فلز را افزایش می‌دهد و تنش‌های داخلی را به حداقل می‌رساند. در نتیجه، فلزات تولید شده از طریق نورد گرم برای کاربردهای سنگین و محیط‌های پرتنش مناسب‌تر هستند.
• نورد سرد: در نورد سرد، به دلیل ایجاد کرنش سختی، دانه‌های فلزی به هم فشرده می‌شوند و ساختاری متراکم‌تر ایجاد می‌شود. این فرآیند، استحکام و سختی فلز را افزایش می‌دهد، اما تنش‌های داخلی به دلیل عدم تبلور مجدد باقی می‌مانند. این تنش‌ها می‌توانند باعث ایجاد نقاط ضعف در قطعه شوند و ممکن است نیاز به عملیات حرارتی مانند آنیلینگ برای رفع تنش‌ها داشته باشند.

3. دقت ابعادی و کیفیت سطحی

• نورد گرم: به دلیل تغییرات حرارتی و انبساط و انقباض فلز، کنترل دقیق ابعاد در نورد گرم مشکل است. این فرآیند معمولاً سطح زبری دارد و برای کاربردهایی که دقت بالا و سطح صاف نیاز دارند، نیاز به پرداخت و عملیات تکمیلی دارد. به همین دلیل، محصولات نورد گرم بیشتر در صنایع سنگین استفاده می‌شوند.
• نورد سرد: به دلیل عدم تغییر دما و کنترل دقیق فرآیند، دقت ابعادی بسیار بالایی در نورد سرد حاصل می‌شود. سطح فلز صاف و صیقلی است و نیاز به عملیات پرداختی کمتر دارد. این ویژگی باعث می‌شود محصولات نورد سرد در صنایع دقیق مانند خودروسازی، تجهیزات پزشکی و الکترونیک به کار روند.

4. ویژگی‌های مکانیکی و کاربردهای صنعتی

• نورد گرم: به دلیل تبلور مجدد و همگن‌سازی ساختار بلوری، محصولات نورد گرم از استحکام و چقرمگی خوبی برخوردارند. این ویژگی‌ها آن‌ها را برای کاربردهای سنگین مانند تیرآهن، میلگرد، و ورق‌های ضخیم در ساختمان‌سازی، زیرساخت‌های صنعتی و تجهیزات سنگین مناسب می‌کند.
• نورد سرد: محصولات نورد سرد به دلیل کرنش سختی، دارای استحکام و سختی بالاتری هستند. به دلیل دقت بالا و کیفیت سطحی بهتر، این محصولات برای تولید قطعاتی که نیاز به دقت ابعادی و کیفیت سطح دارند، مانند ورق‌های فلزی نازک و پروفیل‌های صنعتی، ایده‌آل هستند.

5. نیاز به عملیات حرارتی پس از فرآیند

• نورد گرم: به دلیل انجام فرآیند در دمای بالا، ساختار بلوری فلز به حالت پایدار رسیده و نیاز به عملیات حرارتی اضافی ندارد. این مزیت باعث کاهش هزینه و زمان تولید می‌شود.
• نورد سرد: کرنش سختی و تنش‌های داخلی ایجاد شده در نورد سرد ممکن است خواص مکانیکی را تحت تأثیر قرار دهند و به کاهش چقرمگی منجر شوند. به همین دلیل، اغلب نیاز به عملیات حرارتی مانند آنیلینگ وجود دارد تا تنش‌های داخلی کاهش یافته و خواص مکانیکی بهینه شوند.