نورد گرم چیست؟ کاربرد نورد گرم + مزایا و معایب

نورد گرم (Hot Rolling) یکی از مهم‌ترین فرآیندهای تولیدی در صنعت فولاد است که به‌طور گسترده در شکل‌دهی اولیه شمش‌ها و تبدیل آن‌ها به مقاطع مختلف مانند ورق، میلگرد، نبشی، ناودانی و تیرآهن کاربرد دارد. دمای بالا در نورد گرم موجب بهبود خواص مکانیکی، کاهش تنش‌های داخلی و افزایش انعطاف‌پذیری فلز می‌گردد. به دلیل راندمان بالا، کاهش ضایعات، صرفه‌جویی در انرژی و قابلیت تولید پیوسته، نورد گرم به‌عنوان گزینه‌ای اقتصادی و کارآمد در خط مقدم صنایع فولادسازی و ساخت‌وساز قرار دارد. در این مقاله، به بررسی دقیق اصول نورد گرم، مزایا و معایب آن، تفاوت آن با نورد سرد، و تأثیرات این فرآیند بر کیفیت و خواص نهایی محصولات فولادی خواهیم پرداخت.

نورد گرم چیست؟

نورد گرم (Hot Rolling) یک فرآیند شکل‌دهی فلزات در دمای بالا است که طی آن شمش یا بیلت فولادی با عبور از میان غلتک‌های صنعتی، تحت فشار و حرارت قرار گرفته و به مقاطع طویل یا تخت با ضخامت و ابعاد مشخص تبدیل می‌شود. این فرآیند در دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد فولاد (معمولاً بالای ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد) انجام می‌گیرد تا ساختار بلوری فلز در حین تغییر شکل حفظ شده و از ایجاد ترک یا شکستگی جلوگیری شود.

در نورد گرم، فلز در حالت خمیری یا نرم‌شده به غلتک‌ها وارد می‌شود و با کاهش ضخامت و افزایش طول، به شکل نهایی نزدیک می‌شود. این روش یکی از ابتدایی‌ترین و در عین حال حیاتی‌ترین مراحل تولید مقاطع فولادی است، زیرا نه‌تنها امکان تولید در مقیاس انبوه را فراهم می‌کند، بلکه با توجه به شرایط دمایی، نیروی لازم برای تغییر شکل فلز نیز کاهش می‌یابد و راندمان تولید بالا می‌رود.

نورد گرم به‌طور معمول برای تولید محصولاتی مانند ورق سیاه، میلگرد، تیرآهن، نبشی، ناودانی و کویل‌های فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرد. سطح نهایی محصولات نورد گرم معمولاً زبرتر و مات‌تر از محصولات نورد سرد است، اما خواص مکانیکی مطلوب‌تری از جمله مقاومت به ضربه و انعطاف‌پذیری بالاتر دارند که آن‌ها را برای مصارف ساختمانی، سازه‌ای و صنعتی ایده‌آل می‌سازد.

مراحل نورد گرم

فرآیند نورد گرم از چندین مرحله اصلی و پیوسته تشکیل شده است که هر یک نقش تعیین‌کننده‌ای در کیفیت نهایی محصول دارند. در ادامه به تشریح مراحل استاندارد هات رولینگ فولاد پرداخته‌ایم:

آماده‌سازی شمش یا بیلت (Charge Preparation)

در اولین مرحله، شمش فولادی (Ingot)، بیلت (Billet) یا بلوم (Bloom) به‌عنوان ماده اولیه انتخاب و بررسی می‌شود تا از نظر ترکیب شیمیایی، ابعاد و سلامت سطحی مناسب فرآیند نورد باشد. این قطعات اغلب از طریق ریخته‌گری مداوم یا ریخته‌گری در قالب تولید شده‌اند.

پیش‌گرمایش (Reheating)

شمش‌ها وارد کوره پیش‌گرم (Reheating Furnace) می‌شوند تا به دمای مناسب نورد برسند. این دما معمولاً بین ۱۱۰۰ تا ۱۲۵۰ درجه سانتی‌گراد است. هدف از این مرحله، نرم کردن ساختار کریستالی فولاد برای تسهیل تغییر شکل پلاستیک در مراحل بعدی است.

پوسته‌زدایی (Descaling)

پس از خروج از کوره، سطح شمش به‌دلیل واکنش با اکسیژن دچار اکسیداسیون شده و پوسته‌های اکسیدی (اسکیل) تشکیل می‌شود. این پوسته‌ها به‌وسیله جت‌های آب پرفشار یا برس‌های مکانیکی از سطح فلز زدوده می‌شوند تا کیفیت سطحی محصول نهایی تضمین شود.

نورد خشن (Roughing Mill)

شمش وارد قفسه‌های رولینگ می‌شود، جایی که کاهش اولیه ضخامت و تغییرات اولیه در طول و عرض انجام می‌گیرد. در این مرحله، ماده اولیه به یک مقطع نسبتاً یکنواخت با ابعاد کلی نزدیک به محصول نهایی تبدیل می‌شود.

نورد نهایی (Finishing Mill)

در این مرحله، مقطع فولادی وارد قفسه‌های نورد نهایی می‌شود تا به ضخامت، عرض و طول دقیق موردنظر برسد. این مرحله تعیین‌کننده کیفیت ابعادی، یکنواختی ضخامت و خواص مکانیکی نهایی محصول است.

خنک‌کاری (Cooling)

پس از نورد نهایی، محصول داغ (مانند ورق یا میلگرد) روی بسترهای خنک‌کننده (Cooling Bed) قرار می‌گیرد تا به‌تدریج به دمای محیط برسد. نرخ خنک‌کاری کنترل‌شده تأثیر مستقیم بر ساختار متالورژیکی و خواص مکانیکی نهایی دارد.

کاربرد نورد گرم در صنایع مختلف

هات رولینگ به‌عنوان یکی از اصلی‌ترین فرآیندهای تولید مقاطع فولادی، نقش کلیدی در تأمین مواد اولیه مورد نیاز بسیاری از صنایع سنگین و نیمه‌سنگین ایفا می‌کند. گستره کاربرد این فرآیند به‌دلیل تولید محصولات با مقاومت بالا، شکل‌پذیری مناسب و قابلیت جوش‌پذیری خوب، بسیار وسیع و استراتژیک است. در ادامه به مهم‌ترین حوزه‌های کاربرد نورد گرم اشاره می‌کنیم:

صنعت ساختمان و سازه‌های فلزی

بیشترین مصرف محصولات نورد گرم در بخش ساخت‌وساز است. محصولاتی مانند:

• میلگرد برای تقویت بتن مسلح
• تیرآهن، ناودانی و نبشی برای اسکلت فلزی سازه‌ها
• ورق‌های گرم (ورق سیاه) برای پوشش سقف و دیوار، ساخت ستون و کف‌سازی صنعتی

این محصولات همگی از طریق فرایند هات رولینگ تولید می‌شوند و استانداردهای مقاومتی بالایی را پوشش می‌دهند.

صنعت خودروسازی

ورق‌های نورد داغ در ساخت شاسی خودرو، قطعات بدنه، ریل‌ها و قطعات تقویتی استفاده می‌شوند. دلیل این کاربرد، قابلیت تغییر شکل بالا و مقاومت مناسب در برابر ضربه است. همچنین، برخی از این ورق‌ها پس از عملیات نورد سرد و پوشش‌دهی برای بدنه خودروها آماده می‌شوند.

صنایع نفت، گاز و پتروشیمی

در این حوزه، لوله‌های فولادی با قطر بالا که برای خطوط انتقال گاز و نفت استفاده می‌شوند، عمدتاً از ورق‌های فولادی نورد ساخته می‌شوند. همچنین مقاطع سنگین سازه‌ای برای سکوهای دریایی و پالایشگاه‌ها از این طریق تأمین می‌گردند.

صنعت کشتی‌سازی و سازه‌های دریایی

در کشتی‌سازی، نیاز به ورق‌هایی با مقاومت بالا، جوش‌پذیری مناسب و انعطاف‌پذیری مطلوب، بسیار حیاتی است. ورق‌های نورد گرم با ضخامت بالا در ساخت بدنه کشتی‌ها، اسکله‌ها و سکوهای نفتی استفاده می‌شوند.

صنایع سنگین و ماشین‌سازی

در تولید تجهیزات صنعتی، قطعات ماشین‌آلات، مخازن تحت فشار و جرثقیل‌های صنعتی، استفاده از مقاطع تولیدشده با نورد گرم امری رایج و اجتناب‌ناپذیر است. این محصولات مقاومت بالایی در برابر تنش و فشار دارند و قابلیت عملیات ماشین‌کاری خوبی از خود نشان می‌دهند.

صنایع ریلی و حمل‌ونقل

ریل‌های قطار، چرخ‌های واگن و برخی قطعات سازه‌ای مورد استفاده در سیستم‌های حمل‌ونقل ریلی از طریق نورد گرم تولید می‌شوند. دوام بالا و مقاومت در برابر خستگی مکانیکی، این محصولات را برای کاربردهای ریلی ایده‌آل کرده است.

صنعت تولید لوله و پروفیل

ورق‌های نورد ماده اولیه اصلی برای ساخت لوله‌های صنعتی، لوله‌های آب و گاز، پروفیل‌های ساختمانی و صنعتی هستند. این مقاطع به‌راحتی شکل‌پذیر بوده و قابلیت جوش‌پذیری بالایی دارند.

آچارکشی در نورد گرم چیست؟

آچارکشی در هات رولینگ به عملیاتی گفته می‌شود که طی آن فاصله بین غلتک‌های دستگاه نورد تنظیم می‌شود تا ضخامت یا شکل نهایی محصول مطابق با ابعاد مورد نظر درآید. این عملیات به‌صورت دستی یا با سیستم‌های هیدرولیکی و الکترونیکی انجام می‌شود و تأثیر مستقیمی بر کیفیت، یکنواختی و دقت ابعادی محصول نهایی دارد.

در واقع، هر بار که نوع محصول یا ابعاد مقطع مورد نظر تغییر می‌کند، اپراتورهای نورد باید غلتک‌ها را مجدداً تنظیم کنند تا فشار و فاصله بین آن‌ها با مشخصات فنی محصول تطابق داشته باشد. این تنظیمات که اصطلاحاً آچارکشی نامیده می‌شود، بخش بسیار مهمی از فرآیند نورد است؛ چرا که هرگونه خطا در این مرحله می‌تواند منجر به تولید مقاطع با ضخامت نامناسب، تاب‌دار شدن محصول یا حتی آسیب به غلتک‌ها و تجهیزات شود.

تفاوت نورد گرم و سرد

تفاوت نورد گرم و سرد در درجه اول به دمای فرآیند شکل‌دهی فلز مربوط می‌شود. هات رولینگ در دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد فولاد (معمولاً بالای ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد) انجام می‌شود، در حالی‌که نورد سرد در دمای محیط و پس از خنک شدن کامل فولاد صورت می‌گیرد. به همین دلیل، نورد گرم برای تولید مقاطع سنگین و در مقیاس انبوه مناسب‌تر است، در حالی‌که نورد سرد بیشتر در تولید ورق‌های نازک، دقیق و با کیفیت سطحی بالا کاربرد دارد.

از نظر ویژگی‌های محصول نهایی نیز تفاوت نورد گرم و سرد مشهود است. محصولات نورد گرم معمولاً سطحی زبرتر، تلرانس ابعادی پایین‌تر، اما شکل‌پذیری و جوش‌پذیری بالاتری دارند و در پروژه‌های ساختمانی و صنعتی استفاده می‌شوند. در مقابل، محصولات نورد سرد از دقت ابعادی بیشتر، صافی سطح بالاتر و استحکام کششی بالاتری برخوردارند و معمولاً در صنایع خودروسازی، لوازم خانگی و مصارف ظریف‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مزایا و معایب نورد گرم

فرآیند نورد گرم به‌عنوان یکی از پایه‌ای‌ترین روش‌های تولید مقاطع فولادی، دارای مزایا و معایب مشخصی است که در انتخاب روش تولید، طراحی خطوط صنعتی و تعیین کاربرد نهایی محصولات نقش تعیین‌کننده‌ای دارند.

مزایای نورد گرم

شکل‌پذیری بهتر در دمای بالا
در نورد داغ، فلز در دمایی بالاتر از تبلور مجدد تغییر شکل می‌دهد که موجب کاهش مقاومت به تغییر شکل، افزایش نرمی ماده و شکل‌پذیری بهتر می‌شود. این ویژگی امکان تولید مقاطع سنگین و بزرگ را فراهم می‌سازد.

صرفه‌جویی اقتصادی و تولید انبوه
نورد در دمای بالا فرآیندی مقرون‌به‌صرفه است که قابلیت تولید پیوسته و در مقیاس بالا را دارد. هزینه تولید در این روش نسبت به نورد سرد کمتر است و برای صنایع بزرگ مانند ساخت‌وساز، بسیار مناسب است.

بهبود خواص مکانیکی
با توجه به تبلور مجدد در حین نورد، تنش‌های داخلی کاهش یافته و ساختار فلزی همگن‌تری ایجاد می‌شود که منجر به افزایش مقاومت به ضربه و چقرمگی می‌گردد.

قابلیت جوش‌پذیری بالا
محصولات نورد گرم به‌دلیل داشتن ترکیب ساختاری مناسب، معمولاً جوش‌پذیری خوبی دارند و در اتصالات سازه‌ای عملکرد مطلوبی از خود نشان می‌دهند.

معایب نورد گرم

دقت پایین‌تر ابعادی
به‌دلیل انقباض ناشی از سرد شدن تدریجی، محصولات نورد گرم تلرانس ابعادی دقیق ندارند و برای مصارفی که دقت بالا نیاز است، مناسب نیستند.

کیفیت سطح پایین‌تر
سطح محصولات نورد گرم به‌طور معمول زبرتر، مات‌تر و دارای پوسته‌های اکسیدی است که در برخی کاربردهای حساس نیاز به عملیات تکمیلی مانند اسیدشویی یا سنگ‌زنی دارد.

امکان تاب‌دار شدن مقاطع
در صورت عدم کنترل دقیق دما و سرعت نورد، احتمال تاب‌دار شدن یا اعوجاج در برخی مقاطع طویل مانند تیرآهن یا میلگرد وجود دارد.

نیاز به انرژی حرارتی بالا
فرآیند نورد داغ نیازمند مصرف انرژی حرارتی قابل‌توجهی برای پیش‌گرمایش شمش‌هاست که باید در طراحی اقتصادی و بهره‌وری خطوط مدنظر قرار گیرد.

در مجموع، نورد داغ یا گرم به‌دلیل راندمان بالا و هزینه مناسب، گزینه‌ای ایده‌آل برای تولید مقاطع ساختمانی و صنعتی است؛ اما در کاربردهایی که دقت بالا یا کیفیت سطحی ممتاز نیاز باشد، نورد سرد گزینه مناسب‌تری خواهد بود.

جمع‌بندی نهایی

نورد گرم به‌عنوان یک فرآیند استراتژیک در زنجیره تولید فولاد، نه‌تنها در توسعه زیرساخت‌های صنعتی نقش کلیدی ایفا می‌کند، بلکه به‌واسطه تنوع محصولات و انعطاف‌پذیری فرآیند، پاسخگوی نیازهای متنوع بازارهای داخلی و صادراتی است. بهره‌گیری از فناوری‌های نوین در کنترل دما، اتوماسیون تنظیم غلتک‌ها و بهینه‌سازی مصرف انرژی، توانسته کیفیت و بازدهی این فرآیند را در سال‌های اخیر به‌طور چشم‌گیری ارتقاء دهد.

در شرایط کنونی که بهره‌وری، کیفیت و قیمت تمام‌شده عوامل تعیین‌کننده در رقابت‌پذیری محصولات فولادی هستند، نورد گرم همچنان جایگاه خود را به‌عنوان ستون فقرات تولید مقاطع فولادی حفظ کرده است. تصمیم‌گیری در انتخاب روش نورد، به درک صحیح از نیاز پروژه، ویژگی‌های محصول نهایی و زیرساخت تولید بستگی دارد و شناخت دقیق مزیت‌های فنی و کاربردی نورد گرم، در این مسیر نقش حیاتی دارد.

سوالات متداول