What is rolling and its application in steel sections

نورد (به انگلیسی: rolling) که یکی از اصلی‌ترین فرایندهای تولید مقاطع فولادی است به عنوان یک انقلاب در این زمینه شناخته می‌شود. عملکرد این فرایند این گونه است که از طریق فشار باعث تغییر شکل محصولات مختلف فولادی شده و به اصلاح آن‌ها می‌پردازد. این یک تکنیک حیاتی در ساخت فلزات است که تولید طیف وسیعی از محصولات فولادی را با اشکال، ابعاد و خواص مکانیکی متفاوت امکان‌پذیر می‌سازد. به عبارت دیگر نورد فرآیندی اساسی است که نقش بسیار مهمی را در تولید محصولات با کیفیت ایفا کرده و تبدیل مواد خام به اجزای کاربردی را ممکن می‌سازد. این موضوع باعث شده تا این تکنیک، صنایع مختلف را هدایت کرده و دنیای مدرن ما را شکل دهد. در ادامه با تعاریف، کاربردها و انواع نورد به طور کامل آشنا خواهیم شد.

نورد چیست؟

نورد در اصل یک فرآیند فلزکاری است که از نیروهای مکانیکی زیادی برای تغییر شکل و اندازه فلز استفاده می‌کند. معمولاً این فرآیند شامل عبور دادن فلزات از میان مجموعه‌ای از غلتک‌ها می‌شود که نیروهای فشاری زیادی را بر فلز وارد کرده و باعث تغییر شکل آن می‌شوند. به عبارت دیگر معنی نورد این است که فلزات را وارد یک آسیاب نورد کرده و تغییراتی در شکل یا اندازه آن ایجاد کنیم. آسیاب نورد که به دستگاه نورد نیز شناخته می‌شود شامل دو یا چند غلتک است که در جهت مخالف هم چرخیده و باعث تحت فشار قرار گرفتن فلزات می‌شود. این فشار باعث تغییر اندازه و شکل فلز شده و آن را به شکل دلخواه شما در می‌آورد. فلز در این فرایند ممکن است به ورق، صفحه، میله، لوله یا مقاطع ساختاری مختلف تبدیل شود که در صنایعی مانند ساخت و ساز، خودروسازی، هوافضا، تولید و زیرساخت استفاده دارد.

تاریخچه نورد چگونه بوده است؟

تاریخچه نورد به تمدن‌های باستانی در هزاران سال قبل برمی‌گردد. در آن زمان فلزات را حرارت داده و سپس با ضربه و فشار، قطر آن را به میزان دلخواه می‌رساندند. در واقع این کار تکنیک نورد بود که برای اولین بار انجام شد. این اتفاق به سختی و با ضربات مکرر انجام می‌شد تا این‌که در حدود قرن سوم پیش ازمیلاد، آسیاب آبی اختراع شد. این آسیاب‌ها با چرخاندن سنگ‌های بزرگ باعث فشار به فلز شده و با کاهش قطر فلز به افزایش طول آن منجر می‌شدند. با گذر زمان این آسیاب‌ها پیشرفت‌های چشمگیری کرده و کاربرد وسیعی در تولید محصولات فلزی پیدا کردند. تا این‌که انقلاب صنعتی اتفاق افتاده و موتورهای بخار توسط جیمز وات اختراع شدند. این اختراع باعث شد تا دستگاه‌های نورد بزرگتری ساخته شده و آسیاب‌های آبی بلا استفاده شوند.

با گذر زمان کشف‌ها و پیشرفت‌های فوق‌العاده‌ای در زمینه آهن و فولاد اتفاق افتاد که این پیشرفت‌ها فرایند نورد را هم دچار پیشرفت کردند. این پیشرفت‌ها به جایی رسیدند که امروزه دستگاه‌های نورد اتوماتیک شده و به صورت خودکار به نورد کردن می‌پردازند. این موضوع باعث شده تا طیف وسیعی از محصولات فولادی با ابعاد دقیق و کیفیت بالا برای پاسخگویی به نیازهای صنایع مختلف تولید شوند.

در نتیجه، تاریخچه نورد فولاد قرن‌ها را در بر گرفته و شاهد پیشرفت‌های فناورانه قابل توجهی بوده است. این مسیر از آهنگری دستی شروع شده و پس از گذر از آسیاب‌های آبی و دستگاه‌های نورد با موتور بخار به سیستم‌های خودکار مدرن رسیده است.

دستگاه نورد چیست؟

دستگاه نورد وسیله‌ای مکانیکی است که از آن برای تبدیل شمش به ورق استفاده می‌شود. پس از آن می‌توان از این دستگاه برای تغییر طول، عرض و قطر ورق نیز استفاده کرد. البته با تغییر زاویه غلتک‌ها نسبت به هم می‌توان از آن برای خم کردن مقاطع فولادی هم استفاده نمود. کاربرد این دستگاه معمولاً در صنایع مختلفی از جمله فلزکاری، ساخت و ساز و تولید می‌باشد. کلیت کار ماشین نورد این گونه است که فلز را از میان دو یا چند غلتک که بر خلاف جهت یکدیگر می‌چرخند عبور می‌دهیم. غلتک‌ها که فاصله‌ای کمتر از قطر فلز دارند به آن فشار آورده و باعث تغییر طول، عرض و قطر آن می‌شوند.

ماشین‌های نورد در اندازه‌ها و پیکربندی‌های مختلفی عرضه شده و بسته به پیچیدگی و دقت مورد نیاز از کنترل‌های دستی، نیمه خودکار یا کاملاً خودکار برخوردارند. ماشین‌های نورد مزایای متعددی در عملیات فلزکاری دارند که از مهمترین آن‌ها می‌توان به دقت و تکرارپذیری بالای آن‌ها اشاره کرد. البته نباید فراموش کرد که برای استفاده از ماشین‌های نورد دستی یا نیمه اتوماتیک به اپراتورهای ماهری نیاز است که با پروتکل‌های عملکردی و امنیتی آن‌ آشنا باشند. چرا که هر نوع از عملیات نورد، فرایندها و دستورالعمل‌های خاص خود را داشته و نیاز به دقت و سرعت خاصی دارد.

انواع نورد

نوردها را از سه منظر می‌توان دسته بندی کرد که در ادامه به شرح آن‌ها خواهیم پرداخت.

انواع نورد از نظر دما

1. نورد گرم: به گرم کردن فلزات تا دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد و سپس گذراندن آن‌ از بین غلتک‌های نورد، نورد گرم می‌گویند. دمای تبلور مجدد دمایی است که در آن دانه‌های فلزی تغییر شکل یافته به دانه‌های جدید تبدیل می‌شوند و این موضع باعث می‌شود تا شکل‌پذیری فلز در حین نوردکاری آسان‌تر شود. نورد گرم معمولاً بالاتر از این دما انجام می‌شود تا علاوه بر انعطاف‌پذیری آن، مقاومتش در مقابل تغییر شکل نیز کاهش یابد. این دما برای فلزات و آلیاژهای مختلف متفاوت است. به عنوان مثال، برای فولاد بین 1100 تا 1300 درجه و برای آلومینیوم بین 300 تا 600 درجه سانتی‌گراد نیاز می‌باشد. زمانی که فلز به این دما رسید آماده عبور از میان غلتک‌ها می‌شود. با عبور فلز از میان غلتک‌ها فشاری معین بر آن وارد می‌شود تا ضخامتش کاهش یافته و شکل دلخواه را بگیرد. از این نورد برای تولید صفحات و مقاطعی که در صنایع مختلف از جمله ساخت و ساز کاربرد دارند استفاده می‌شود.
2. نورد سرد: پس از نورد گرم، فلز را به حال خود رها می‌کنیم تا به دمای اتاق برسد. سپس برای حذف زائده‌ها و پوسته‌های ایجاد شده در سطح فلز، آن را اسیدشویی می‌کنیم. حال، قطعه فلزمان آماده نورد سرد شده و وارد دستگاه می‌شود. فلز اسیدشویی شده از میان دو غلتک که فاصله‌ای کمتر از ضخامت فلز دارند عبور می‌کند. این اتفاق باعث می‌شود تا ضخامت قطعه کم شده و به طول آن اضافه شود.  محصول ایجاد شده دارای مزایایی مثل ظاهری زیبا، تلرانس دقیق، حمل و نقل آسان و تحمل و مقاومت بالا می‌باشد. از این نورد برای تولید ورق‌ها، نوارها، فویل‌ها و قطعات دقیق استفاده می‌شود.

انواع نورد از نظر تغییر شکل

1. نورد طولی: به نوردی که باعث کاهش ضخامت و افزاش طول فلز می‌شود نورد طولی می‌گویند. از این فرایند برای تولید محصولات فولادی بلند مانند میله‌ها، ریل‌ها و مقاطع سازه‌ای استفاده می‌شود. روند این تکنیک به این صورت است که فلز را از میان غلتک‌های به صورت خطی چیده شده عبور می‌دهیم تا با اعمال فشار بر آن، بر طولش اضافه شود. در این فرایند علاوه بر حفظ عرض اولیه، امکان کنترل دقیق بر طول و ضخامت محصول نهایی نیز وجود دارد.
2. نورد عرضی: در این نورد به جای افزایش طول، افزایش عرض اتفاق می‌افتد. تفاوت اصلی این نورد با نورد طولی در نوع چینش غلتک‌ها است. به این صورت که به جای اعمال فشار در مسیر طول به سمت عرض فلز فشار وارد می‌شود. این اتفاق باعث می‌شود تا از ضخامت قطعه فلز کم شده و با حفظ طول به عرض آن اضافه شود.
3. نورد شکلی (مقطعی): از این فرایند برای تولید محصولات فولادی با شکل‌های خاص استفاده می‌شود. بر خلاف نوردهای طولی و عرضی که بر کاهش ضخامت فلز تمرکز دارند، نورد شکلی به شکل دادن آن به اشکال دلخواه متمرکز است. روش کار آن این گونه است که فلز را از میان غلتک‌هایی با طراحی خاص عبور می‌دهند. این غلتک‌ها به فلز فشار آورده و باعث تغییر شکل آن می‌شوند. در نهایت فلز با عبور از میان غلتک‌های مختلف به شکل دلخواه درمی‌آید. با استفاده از این روش می‌توان مقاطعی مثل تیرهای I، کانال‌ها، زاویه‌ها، مقاطع T و سایر اشکال سفارشی که در قاب‌های ساختمانی، پل‌ها، ماشین آلات، وسایل نقلیه و غیره کاربرد دارند را تولید کرد. از این روش برای تبدیل لوله مبلی، لوله استیل و پروفیل سبک نیز استفاده ‌می‌شود.

نورد کردن بر اساس تعداد غلتک‌ها

1. نورد دو غلتکی: در این نوع از نورد، فلز از بین دو غلتک که در جهت‌های مخالف می‌چرخند عبور می‌کند. این روش پرکاربردترین نوع نورد است که برای محصولات تخت و بلند مناسب‌تر می‌باشد.
2. نورد چند غلتکی: در این مدل، فلز را از میان تعدادی غلتک که بیش از دو عدد می‌باشند عبور می‌دهیم. این نوع از نورد امکان کنترل بیشتر بر شکل، ضخامت و کیفیت سطح فلز را فراهم می‌کند. برخی از انواع این مدل عبارتند از نورد سه غلتکی، چهار غلتکی، پشت سر هم، خوشه‌ای و چندگانه.

این‌ها تنها چند نمونه از تکنیک‌های نورد مورد استفاده در تولید فولاد بودند. اینکه کدام روش انتخاب شود بستگی به محصول مورد نظر، ابعاد، خواص مکانیکی و الزامات تولید داشته و باید برای هر فرایندی روش مناسب آن انتخاب شود.

کاربردهای نورد در مقاطع فولادی

نورد کردن کاربردهای اساسی و مهمی در صنایع مختلف دارد. به طور خاص در مقاطع فولادی هم صنایع زیادی به این تکنیک وابستگی دارند. به شرح برخی از این صنایع می‌پردازیم:

صنایع ساختمانی: نورد کردن نقش مهمی در تولید مقاطع فولادی ساختمانی داشته که در ساختمان‌ها، پل‌ها و پروژه‌های زیربنایی استفاده می‌شوند. از جمله این موارد می‌توان به تیرآهن و میلگرد اشاره کرد که از ضروری‌ترین‌ مصالح هر ساختمانی می‌باشد.

صنعت خودرو: نورد به طور گسترده‌ای در صنعت خودروسازی کاربرد دارد. از جمله این کاربردها می‌توان به ساخت قطعات مختلف از جمله قطعات موتور مانند یاتاقان، شاتون، قاب شاسی و سیستم تعلیق اشاره کرد.

خطوط راه آهن: مقاطع فولادی از پایه‌های اصلی ساخت خطوط راه آهن می‌باشند. قطعات نورد شده در مواردی مانند ریل UIC، ریل استاندارد و ریل جرثقیل کاربرد دارند که استحکام، پایداری و دقت لازم برای حمل و نقل ریلی ایمن را فراهم می‌کنند.

ماشین آلات و تجهیزات صنعتی: مقاطع فولادی تولید شده توسط نورد در ساخت ماشین آلات و تجهیزات صنعتی کاربرد ویژه‌ای دارند. آن‌ها چارچوب ساختاری ماشین‌ها، نوار نقاله‌ها و سایر تجهیزات را تشکیل می‌دهند و ثبات و استحکام را به ارمغان می‌آورند.

تهویه مطبوع: کویل ابزاری است که در بسیاری از تجهیزات تهویه مطبوع مانند چیلر، فن کویل سقفی و داکت اسپلیت استفاده می‌شود و برای ساخت آن از فرآیند نورد استفاده شده است.

تولید لوله: فرآیندهای نورد در تولید لوله‌های فولادی هم کاربردی اساسی دارند. چرا که فولادها پس از نورد می‌توانند شکل گرفته و ظاهری مثل لوله پیدا کنند. البته برای ایجاد محصول نهایی درز آن را جوش می‌دهند تا لایه‌های تا شده به هم متصل شوند.

این موارد تنها چند نمونه از کاربردهای متنوع نورد در تولید مقاطع فولادی بودند. استحکام و شکل پذیری مقاطع فولادی نورد شده دلیل کاربرد آن‌ها را در صنایع مختلف بوده و عملکرد کارآمد و ایمن سازه‌ها، ماشین آلات و سیستم‌ها را تضمین می‌کند.

جمع‌بندی

نورد به عنوان یک فرآیند، سنگ بنای صنعت فولاد است. چرا که امکان تبدیل ذخایر فلزی به طیف وسیعی از مقاطع با کاربردهای متنوع را فراهم می‌کند. نورد تضمین می‌کند که بخش‌های فولادی دارای خواص مکانیکی و دقت ابعادی لازم هستند. چه در تولید فولادهای ساختمانی برای ساخت و ساز و چه برای قطعات مهندسی دقیق جهت استفاده در خودروها یا قطعات ماشین آلات. عملیات نورد روز به روز مدرن‌تر و پییشرفته‌تر شده و دستگاه‌هایی با کارایی‌ بیشتر را به صنایع ارائه می‌دهد. این موضوع باعث شده تا تولید محصولات فولادی روز به روز ساده‌تر شده و از دقت بالاتری برخوردار شود.