نورد میلگرد چیست ؟ انواع، مراحل و نکات مهم آن

احتمالا تاکنون با نام فر ایند نورد میلگرد آشنا شده اید اما در مورد آن اطلاعات زیادی ندارید. نورد (Rolling) یکی از روش‌های شکل‌دهی فلزات است که در این روش از دستگاه‌های نورد که معمولاً دارای دو یا چند غلطک هستند برای کاهش ضخامت و رسیدن به ابعاد مطلوب استفاده می‌شود. در واقع برای تولید محصول با این روش، شمش از میان غلطک‌های مذکور عبور کرده و با اعمال چند پاس نورد به ضخامت مشخص می‌رسد. یکی از محصولات فولادی که در فرآیند تولید آن از دستگاه نورد استفاده می‌شود میلگرد یا آرماتور است که در ادامه به نورد میلگرد و جزئیات پیرامون آن بیشتر بحث خواهد شد.

در حال حاضر نورد میلگرد به دو صورت نورد گرم و سرد انجام می‌شود. یکی از نکات مهم در نورد میلگرد، کیفیت بیلت (Billet) مورد استفاده است که کیفیت محصول نهایی را تعیین می‌کند. مراحل تایید کیفیت بیلت شامل تایید فیزیکی، اندازه‌گیری ابعاد، بازرسی کیفیت سطح، سوابق فنی و غیره است. کنترل کیفی بیلت برای نورد میلگرد مطابق با استانداردهای فنی بیلت و شرایط فنی کنترل داخلی انجام می‌شود و بیلت‌های فاقد کیفیت مطلوب اجازه ورود به کوره را ندارند.

نورد میلگرد؛ آغاز فرآیند با گرم کردن بیلت

بعد از ریخته گری شمش و تولید بیلت که به عنوان خوراک وارد دستگاه نورد می‌شود، گرم کردن بیلت به عنوان اولین قدم در نورد میلگرد شناخته می‌شود. گرم کردن بیلت یک فرآیند مهم در فرآیند نورد میلگرد است. هدف از گرم کردن بیلت در فرآیند نورد میلگرد، بهبود انعطاف پذیری فولاد و کاهش مقاومت تغییر شکل برای تسهیل در نورد میلگرد است.

فرآیند گرم کردن صحیح در نورد میلگرد همچنین می‌تواند عیوب ساختاری داخلی بیلت را از بین برده یا کاهش دهد. فرآیند گرم کردن با شاخص‌های مختلف فنی و اقتصادی مانند کیفیت فولاد، خروجی دستگاه نورد، مصرف انرژی و عمر دستگاه نورد ارتباط مستقیم دارد. در این مرحله از نورد میلگرد معمولا سه گام وجود دارد: بخش پیش گرمایش، بخش گرمایش و بخش همدما سازی.

در بخش پیش گرمایش برای صرفه جویی در مصرف سوخت، از گرمای تلف شده گاز دودکش برای پیش گرم کردن بیلت استفاده می‌شود. (به طور کلی تا دمای ۳۰۰ الی ۴۵۰  درجه سانتی‌گراد از قبل گرم می‌شود). در بخش گرمایش بیلت از قبل گرم شده تا دمای ۱۱۵۰ الی ۱۲۵۰ درجه سانتی‌ گراد گرم می‌شود. بخش اصلی گرمایش در فرآیند نورد میلگرد، کوره گرمایش مجدد است و ظرفیت گرمایش کوره را تعیین می‌کند. در نهایت در بخش همدما سازی، کاهش اختلاف دما بین داخل و خارج شمش، از بین بردن پوسته سیاه ایجاد شده ناشی از خنک کاری با آب و تثبیت کیفیت گرمایش یکنواخت اتفاق می‌افتد.

گرم شدن بیش از حد بیلت در نورد میلگرد

 وقتی شمش برای مدت طولانی در دمای بالا گرم می‌شود، گرم شدن بیش از حد آن یکی از مواردی است که در صورت عدم کنترل اتفاق افتادن آن ممکن است. پدیده گرمای بیش از حد شمش فولادی عمدتاً با رشد بیش از حد دانه‌ها و ایجاد یک ساختار درشت دانه ظاهر می‌شود و در نتیجه نیروی پیوند بین دانه‌ها و به موجب آن انعطاف پذیری فولاد کمتر شده و نورد میلگرد را با مشکل همراه خواهد کرد.

فولاد بیش از حد گرم شده در هنگام نورد، به ویژه در گوشه‌ها، مستعد ترک خوردن است. هنگامی که فولاد کمی بیش از حد گرم شود، ترک‌هایی روی سطح فولاد ایجاد می‌شود که بر کیفیت سطح و خواص مکانیکی تأثیر می‌گذارد. برای جلوگیری از بروز این مشکل، دمای گرمایش و زمان گرم شدن باید به شدت کنترل شود.

پدیده سوختگی در فرآیند نورد میلگرد

 هنگامی که بیلت برای مدت طولانی در دمای بالا گرم می‌شود، به یک ساختار کریستالی درشت تبدیل می‌شود. در همان زمان، ترکیب غیر فلزی با نقطه ذوب پایین در مرز دانه اکسید می‌شود و ساختار کریستالی را از بین برده و بیلت استحکام و انعطاف پذیری خود را از دست می‌دهد که این پدیده سوختگی بیش از حد نامیده می‌شود. فولاد بیش از حد پخت شده باعث ایجاد ترک‌های شدید در هنگام نورد میلگرد می‌شود.

بنابراین، سوختن بیش از حد یک نقص گرمایشی جدی‌تر از گرمای بیش از حد است. بیلت بیش از حد سوخته‌ را نمی‌توان برای فرآیند نورد میلگرد استفاده کرد مگر اینکه به واحد ذوب مجدد منتقل شود. را‌ه‌های جلوگیری از سوختن بیش از حد کنترل دمای گرم کردن و اتمسفر اکسید کننده در کوره، اجرای دقیق سیستم گرمایش و سیستم انتظار تا رسیدن به فرآیند نورد و جلوگیری از دمای بیش از حد هستند.

تاثیر دمای غیر یکنواخت و اکسیداسیون بر نورد میلگرد

 هنگامی که سرعت گرمایش بیلت خیلی سریع باشد یا خروجی دستگاه نورد از ظرفیت گرمایش بیشتر شود، این پدیده رخ می‌دهد. برای بیلت‌هایی با دمای ناهمگن، کنترل دقت ابعادی قطعات نورد شده در حین نورد دشوار است و می‌تواند منجر به ایجاد خسارات و حوادث مربوط به تجهیزات شود. برای جلوگیری از این اتفاق، دمای کوره و سرعت گرمایش باید کنترل شود. بیلت در دمای اتاق اکسید می‌شود، اما سرعت اکسیداسیون کندتر است.

با افزایش دما، سرعت اکسیداسیون افزایش می‌یابد. هنگامی که بیلت تا دمای ۱۱۰۰ الی ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شود، تحت تأثیر گاز کوره به شدت اکسید شده و یک لایه اکسید آهن تشکیل می‌شود. ایجاد لایه اکسید آهن باعث افزایش تلفات سوختگی حرارتی می‌شود و در نتیجه شاخص عملکرد کاهش می‌یابد. اقدامات برای کاهش تلفات سوختگی اکسیداسیون شامل ایجاد سیستم گرمایش مناسب به همراه کنترل جو در کوره است.

کربن زدایی پدیده‌ی مضر در نورد میلگرد

پدیده‌ای که کربن روی سطح بیلت با گرم شدن کاهش می‌یابد، کربن زدایی نامیده می‌شود. فولادهایی که طی فرآیند نورد میلگرد به راحتی کربن زدایی می‌شوند عموماً فولادهای کربنی با کیفیت بالا و فولادهای آلیاژی با مقادیر کربن بالاتر هستند. این فولادها کاربردهای خاص خود را دارند. پس از کربن زدایی، سطح و مقدار کربن داخلی فولاد نامتوازن است که باعث کاهش استحکام فولاد شده و فرآیند نورد میلگرد را مختل می‌کند. مخصوصاً برای فولادهایی که نیاز به مقاومت در برابر سایش، الاستیسیته و چقرمگی بالا دارند، سختی سطح و عملکرد به دلیل کربن زدایی بسیار کاهش می‌یابد و حتی مواد زائد ایجاد می شود. با یک سیستم گرمایش دقیق، کنترل معقول دمای کوره و جو اکسیداسیون در کوره می‌توان این پدیده را تا حد قابل قبولی کنترل کرد و از بروز آن جلوگیری نمود.

فرآیند نورد میلگرد

فرآیند نورد کردن هسته اصلی فرآیند نورد میلگرد و تولید آن است. فرآیند نورد نقش تعیین کننده‌ای در کیفیت میلگرد دارد. کیفیت محصولات نورد شامل هندسه محصول، دقت ابعادی، خواص مکانیکی و پرداخت سطحی است. بنابراین، برای اطمینان از بهینه سازی کیفیت محصولات نورد و شاخص‌های فنی و اقتصادی در فرآیند نورد میلگرد باید مقررات فنی فرآیند نورد و سیستم‌های مدیریت فرآیند مطابق با استانداردهای فنی محصول یا الزامات فنی، ویژگی‌های محصول تولیدی و قابلیت‌های تجهیزات فنی تولید و همچنین هزینه‌های تولید و شرایط نیروی کار انجام شود. فرآیند نورد میلگرد فولادی به طور کلی از یک یا دو گروه ازدستگاه نورد زبر (خشن)، دستگاه‌های نورد میانی و دستگاه‌های نورد نهایی تشکیل شده است که به ترتیب عملکردهای فشرده سازی بخش بیلت، تغییر شکل محصول نیمه تمام و نورد محصول نهایی را انجام می‌دهند.

خنک‌کاری در فرآیند نورد میلگرد

  بستر خنک کننده از اصلی‌ترین تجهیزات خنک کننده در فرآیند نورد میلگرد است. در بستر خنک کننده این است که میلگرد با دمای بالای ۸۰۰ درجه سانتیگراد تا زیر ۱۵۰-۱۰۰ درجه سانتیگراد خنک می‌شود، به طوری که خواص فیزیکی ذاتی فولاد را بازیابی کرده و فرآیند برش را تسهیل می‌کند. عملیات فرآیند بعدی روش خنک‌سازی با توجه به ترکیب شیمیایی، وضعیت سازمانی، هدف استفاده و عیوب احتمالی فولاد پس از خنک‌سازی، روش‌های خنک‌کننده زیر هستند.

• خنک‌کننده هوای طبیعی: خنک‌سازی با هوای طبیعی یک روش خنک‌کننده متداول برای فرآیند نورد میلگرد فولادهای کربنی و کم آلیاژ، فولاد کربنی با کیفیت بالا و فولاد زنگ نزن آستنیتی است. این روش خنک سازی عموماً بر خواص فیزیکی فولاد تأثیر نمی‌گذارد.
• خنک‌سازی سریع: در خنک‌سازی سریع در انتهای نورد میلگرد معمولاً از دمیدن هوا، پاشش، پاشش آب و غیره استفاده می‌شود. ویژگی فرآیند این است که قبل از انجام خنک‌سازی طبیعی، به سرعت فولاد تا دمای مشخصی در مدت زمان معینی خنک می‌شود. این روش خنک کننده به طور کلی می تواند ساختار داخلی فولاد را تغییر دهد و بر خواص فیزیکی فولاد تأثیر بگذارد. همچنین این روش خنک کننده می‌تواند از تغییر ساختار فولادی و ایجاد ترک و تمرکز تنش در فرآیند نورد میلگرد جلوگیری کند.