نَوَرد سرد یکی از مراحل نهایی در فرایند تولید فولاد است که با هدف بهبود دقت ابعادی، کیفیت سطح و افزایش استحکام مکانیکی فولاد، پس از نورد گرم روی آن انجام میشود. تفاوت اصلی نورد سرد با نورد گرم دمای انجام فرایند است. در فرایند نورد سرد، فولاد در دمای محیط یا نزدیک به آن با عبور از میان غلتک‌ها فشرده و شکل دهی میشود. این فرایند امکان کنترل دقیق‌تر ضخامت، خواص مکانیکی و ظاهر محصول را فراهم کرده و سطح صاف‌تر و صیقلی‌تری نسبت به نورد گرم ایجاد می‌کند.
در این مقاله بررسی میشود که نورد سرد چیست، چگونه انجام میشود، چه مزایا و محدودیت‌هایی دارد و در چه کاربردهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
نورد سرد چیست؟
نورد سرد (Cold Rolling) یکی از روش‌های شکل‌دهی فلزات به ویژه فولاد است که در آن قطعه فلزی در دمای اتاق یا نزدیک به آن با عبور از غلتک‌های قوی تغییر شکل می‌دهد. هدف اصلی این فرایند، افزایش دقت ابعادی و بهبود خواص مکانیکی و کیفیت سطح محصول نهایی است. بر خلاف نورد گرم که تحت حرارت و در دمای بسیار بالا انجام میشود، نورد سرد نیاز به گرمایش مستقیم ندارد و در دمای اتاق یا نزدیک به آن انجام میشود.
از آنجا که نورد سرد بدون استفاده از گرما انجام میشود، به نیروی بیشتری برای شکل‌دهی نیاز دارد. در این فرایند، فولاد ابتدا مراحل نورد گرم را پشت سر می‌گذارد و پس از آن در دمای پایین، وارد مرحله نورد سرد میشود. عبور مکرر فولاد از میان غلتک‌ها، علاوه بر تغییر شکل و کاهش ضخامت، منجر به تغییر دائمی در ساختار بلوری فلز میشود. در نتیجه، سختی و استحکام تسلیم فولاد افزایش می‌یابد و مقاومت آن در برابر خوردگی بهبود پیدا می‌کند. این فرایند همچنین باعث ایجاد سطحی صاف و صیقلی و بهبود دقت ابعادی محصول میشود.
ویژگی‌ها و مشخصات فنی فولاد نورد سرد چیست؟
فرایند نورد سرد علاوه بر تغییر شکل فولاد، باعث تغییر در ساختار داخلی فلز میشود که نتیجه آن بهبود خواص مکانیکی و سطحی آن است. این فرایند همچنین به دلیل افزایش کیفیت و استحکام، می‌تواند بر قیمت نهایی مقاطع فولادی مختلف از جمله قیمت میلگرد تاثیرگذار باشد.
برخی از ویژگی‌های فولاد نورد سرد عبارتند از:
- سطح صاف و صیقلی: در فرایند نورد سرد، به دلیل کنترل دقیق عملیات، انجام آن در دمای محیط و جلوگیری از اکسید شدن سطح، عیوب سطحی به حداقل می‌رسد. در نتیجه، سطح محصول براق، صیقلی و باکیفیت است و نسبت به فولاد نورد گرم ظاهر زیباتری دارد. به همین دلیل، فولاد نورد سرد در تولید محصولاتی مانند مبلمان، خودرو و سایر کالاهایی که ظاهر بصری در آنها اهمیت دارد، بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- دقت ابعادی بالا: در نورد سرد، به دلیل نبود انبساط حرارتی، کنترل ابعاد نهایی قطعه نسبت به نورد گرم دقیق‌تر است. در این فرایند می‌توان به تلرانس‌هایی تا حدود 0.025 میلی‌متر دست یافت. نتیجه، تولید پروفیل‌هایی با ابعادی دقیق و یکنواخت است که کیفیت یکسان در کل دسته تولید را تضمین می‌کند.
- ضخامت پایین‌تر: نورد سرد به دلیل کنترل دقیق‌تر، امکان تولید ورق‌هایی با ضخامت کمتر، مانند بازه ۰.۲ تا ۴ میلی‌متر را فراهم می‌سازد.
- استحکام بالا: فولاد نورد سرد تا حدود 20 درصد مستحکم‌تر از فولاد نورد گرم معمولی است. نورد گرم که با حرارت انجام میشود ممکن است به ساختار فلز آسیب برساند، اما در نورد سرد با حفظ دمای پایین، یکپارچگی ساختاری فلز حفظ میشود. این ویژگی، فولاد نورد سرد را برای پروژه‌های بزرگ و سنگین مناسب‌تر می‌سازد. علاوه بر این، افزایش استحکام تسلیم و کششی در این فرایند موجب کاهش تغییر شکل ناخواسته در حین استفاده میشود.
- کاهش شکل پذیری: سخت شدن فولاد در طی فرایند نورد سرد موجب کاهش انعطاف‌پذیری آن میشود. فولاد نورد سرد معمولا تُردتر و با شکل‌پذیری کمتری همراه است. در دمای پایین، فلز سخت‌تر تغییر شکل می‌دهد و برای شکل‌دهی و فرم‌دهی آن به نیروی بیشتری نیاز است.
فرایند نورد سرد چگونه انجام میشود؟
فرایند نورد سرد یک روند مهندسی‌شده و دقیق است که در چندین مرحله انجام می‌گیرد. هر یک از این مراحل تاثیر مستقیمی بر کیفیت و قیمت محصول نهایی دارد. برای مثال، نورد سرد علاوه بر بهبود استحکام، می‌تواند بر قیمت تیرآهن و سایر مقاطع فولادی نیز اثرگذار باشد. شناخت دقیق این مراحل، برای افزایش بهره‌وری تولید و بهینه‌سازی عملکرد محصول ضروری است. در ادامه، مراحل گام به گام فرایند نورد سرد فولاد ارائه شده است:
- اسیدشویی
فرایند نورد سرد روی فولاد نورد گرم انجام میشود. در مرحله نخست، فولاد نورد گرم تحت عملیات اسیدشویی با استفاده از محلول‌های کلریدریک اسید و دستگاه پوسته‌شکن (Scale Breaker) قرار می‌گیرد تا ناخالصی‌های سطحی و لایه‌های اکسیدی تشکیل‌شده روی سطح آن از بین برود. باقی‌ماندن این لایه‌ها می‌تواند منجر به ایجاد عیوب سطحی شود و علاوه بر کاهش کیفیت محصول، فرایندهای بعدی نورد سرد را با مشکل مواجه کند.
- کاهش ضخامت با نورد سرد
در این مرحله، فولاد اسیدشویی‌شده برای کاهش ضخامت، با فشار بالا از میان قفسه‌های نورد عبور داده میشود. هر قفسه نورد شامل غلتک‌هایی است که به صورت عمودی روی هم قرار دارند و با کمک موتورهای قدرتمند، نیروی زیادی به فلز وارد می‌کنند. در این فرایند، نوار اسیدشویی‌شده به صورت رفت و برگشت از میان قفسه عبور می‌کند و در هر بار عبور، ضخامت آن کاهش می‌یابد تا به ضخامت نهایی مورد نظر برسد. در این مرحله، ضخامت محصول ممکن است تا 90 درصد کاهش یابد. پس از این مرحله، امکان اصلاح یا تغییر ابعاد دیگر وجود ندارد.
نیروهای زیادی که طی فرایند نورد سرد به فلز وارد میشود، به دلیل حرارت حاصل از تغییر شکل ممکن است دمای فولاد را تا حدود 250 درجه سانتی‌گراد افزایش دهد. به همین دلیل، برای خنک‌سازی غلتک‌ها و نوار فولادی، از موادی مانند روغن‌های چرب، روغن معدنی، روغن نخل یا امولسیون آب و روغن استفاده میشود. هدف از روانکاری، خنک کردن، کاهش نیروهای نورد، کاهش سایش ابزار و بهبود کیفیت سطح فلز است.
- بازپخت یا عملیات حرارتی
فولاد نازک‌شده، به دلیل کاهش شکل‌پذیری، برای خم‌کاری، فرم‌دهی یا پرس‌کاری مناسب نیست. بنابراین، لازم است تحت عملیات بازپخت (Annealing) قرار گیرد تا نرم‌تر شده و شکل‌پذیری آن افزایش یابد. در این فرایند، فولاد در شرایط کنترل‌شده تا دمای حدود 700 درجه سانتی‌گراد گرم و سپس به سرعت سرد میشود تا تنش‌های داخلی آن کاهش یابد. این عملیات انعطاف‌پذیری فولاد را افزایش داده و تعادل مناسبی میان استحکام و شکل‌پذیری ایجاد می‌کند.
- نورد نهایی یا نورد پوستی
فولادی که از کوره بازپخت خارج شده، نرم است و به همین دلیل، در یک قفسه نورد پوستی (Skin Pass) تحت نورد سبک و کنترل‌شده قرار می‌گیرد تا کیفیت سطح و خواص مکانیکی آن بهبود یابد. نورد پوستی در واقع مرحله نهایی کنترل کیفیت است که با هدف حذف نقایص سطحی، تنظیم ابعاد دقیق و ایجاد زبری مطلوب سطح انجام میشود.
نورد پرداختی، کاهش جزئی در ضخامت فولاد ایجاد می‌کند که معمولا در بازه 0.25 تا 1 درصد قرار دارد. این فرایند، سطح صاف، یکنواخت و براقی تولید می‌کند و موجب میشود که فولاد برای عملیات کشش و شکل‌دهی بعدی، مناسب‌تر باشد. در پایان این مرحله، ورق نورد سردشده با روغن ضدزنگ پوشش داده میشود.
محصولات تولید شده به روش نورد سرد
صنعت فولاد برای تولید بسیاری از محصولات فولادی به فرایند نورد سرد متکی است. فولاد نورد سرد به دلیل دقت بالا، کیفیت سطحی مناسب و بازده مطلوب، برای ساخت انواع مختلفی از محصولات فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخی از رایج‌ترین محصولاتی که با این روش تولید می‌شوند عبارتند از:
- ورق فولادی
ورق‌های فولادی نورد سرد، سطح صاف، براق و بدون اکسید دارند و به دو صورت شیت (فابریک) و رولی (کویل) به بازار عرضه می‌شوند. ورق شیت، قطعات فولادی نازک و تخت با ابعاد مشخص هستند که برای استفاده مستقیم به عنوان پوشش سقف، پانل خودرو یا ساخت قطعات آماده مناسب هستند. ورق رولی، نوارهای نازک و طویلی از فولاد هستند که به صورت رول پیچیده می‌شوند. این محصول، معمولا در صنایع فلزی به عنوان ماده اولیه برای تولید محصولات دیگر برش خورده و شکل‌دهی میشود. کویل‌های فولاد نورد سرد معمولا ضخامتی در بازه 0.2 میلی‌متر تا 4 میلی‌متر دارند. - لوله فولادی
فولاد نورد سرد به دلیل دقت ابعادی بالا، تلرانس‌های فشرده و کیفیت سطح عالی، گزینه ایده‌آلی برای تولید انواع لوله محسوب میشود. معمولا برای تولید لوله‌های فولادی از ورق‌های رولی نورد سرد استفاده میشود. - فولاد رنگ‌شده و پوشش‌دار
فولاد نورد سرد به دلیل قابلیت رنگ‌پذیری، شکل‌پذیری مناسب و سطح یکنواخت، پایه بسیاری از محصولات رنگ‌شده یا پوشش‌دار است. نمونه بارز این محصولات، فولاد گالوانیزه است که کاربرد گسترده‌ای در صنایع ساختمانی و خودرویی دارد.
محصولات ضد زنگ
نورد سرد یک فناوری کلیدی برای تولید فولاد ضد زنگ است که به دلیل ابعاد دقیق، پرداخت سطحی مناسب و مقاومت در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی، در صنایع حساس کاربرد گسترده‌ای دارد. برای مثال، ابزار جراحی، تجهیزات پزشکی و وسایل بیمارستانی به دلیل دوام بالا و قابلیت استریل شدن از فولاد ضد زنگ ساخته می‌شوند. همچنین در صنایع غذایی، از این نوع فولاد برای تولید ظروف، تجهیزات و سطوحی استفاده میشود که بهداشت و مقاومت در برابر زنگ‌زدگی در آنها اهمیت دارد. در صنایع شیمیایی نیز، فولاد ضد زنگ نورد سرد برای ساخت مخازن، لوله‌ها و راکتورهای مقاوم در برابر مواد خورنده به کار می‌رود.
فولاد نورد سرد چه کاربردهایی دارد؟
فولاد نورد سرد به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، کاربرد گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد. در ادامه، برخی از مهم‌ترین حوزه‌هایی که از این فرایند بهره می‌برند، معرفی شده‌اند:
- صنعت خودروسازی: به دلیل کیفیت سطحی بالا و استحکام مناسب، فولاد نورد سرد در صنعت خودرو عمدتا برای تولید پانل‌های بدنه، قطعات سازه‌ای، اجزای شاسی، سیستم اگزوز و همچنین قطعات موتوری مانند میل‌لنگ و میل‌بادامک مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- ساخت و ساز: محصولات نورد سرد نظیر ورق، پروفیل، نبشی و ناودانی، به دلیل وزن کم، مقاومت مکانیکی مناسب، سطح صاف و ظاهر زیبا، در ساخت اسکلت‌های فلزی، اتصالات سازه‌ای، پوشش سقف، نمای بیرونی و دکوراسیون داخلی کاربرد دارند. همچنین، نورد تیرآهن به عنوان یکی از فرایندهای اصلی در تولید مقاطع سازه‌ای مانند تیر و ستون کاربرد دارد.
- لوازم خانگی: به علت دوام، شکل‌پذیری و پرداخت سطحی مناسب، فولاد نورد سرد در تولید انواع لوازم خانگی، از یخچال و ماشین لباسشویی گرفته تا لوازم کوچک‌تری مانند هم‌زن، توستر و قهوه‌ساز، به کار می‌رود.
- مبلمان‌سازی: در ساخت مبلمان فلزی مانند میزهای اداری، فایل‌های کشویی و قفسه‌ها، از ورق فولادی نورد سرد استفاده میشود. دلیل این انتخاب، ظاهر براق، استحکام و دوام بالای این نوع فولاد است.
- تجهیزات الکترونیک: فلزات نورد سرد به دلیل رسانایی مطلوب، دقت ابعادی و کیفیت یکنواخت، در تولید محفظه‌ها، اتصالات و ترمینال‌های الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- هوافضا: با توجه به نیاز به دقت بالا و ایمنی در صنعت هوافضا، از فولاد نورد سرد با استحکام زیاد در ساخت قطعاتی مانند اجزای سازه‌ای و پوسته‌های موتور هواپیما استفاده میشود.
- صنایع بسته‌بندی: ورق‌های فولاد نورد سرد به واسطه استحکام، دوام و مقاومت در برابر خوردگی، در تولید انواع بسته‌بندی فلزی مانند قوطی‌ها، بشکه‌ها و ظروف مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مزایا و معایب فولاد نورد سرد چیست؟
فرایند نورد سرد در مقایسه با نورد گرم، مزایای فنی و اقتصادی قابل‌توجهی دارد که آن را برای ساخت پروفیل‌های پیچیده با مقاطع عرضی یکنواخت مناسب می‌سازد. در ادامه، مهم‌ترین این مزایا ارائه شده‌اند:
- عدم نیاز به تجهیزات حرارتی: از آنجا که فرایند نورد سرد در دمای محیط یا نزدیک به آن انجام میشود، نیازی به تجهیزات حرارتی وجود ندارد. این امر موجب کاهش مصرف انرژی و هزینه‌های مرتبط با آن میشود.
- نیاز به نگهداری پایین: عدم استفاده از حرارت بالا در این فرایند، سبب میشود دستگاه‌ها کمتر در معرض فرسایش حرارتی قرار گیرند. همچنین نیاز به استفاده از مواد مقاوم در برابر حرارت کاهش می‌یابد که در نهایت منجر به کاهش پیچیدگی و هزینه‌های نگهداری میشود.
- کنترل ابعادی بهتر: در این فرایند به دلیل عدم وجود تغییرات دمایی شدید، ماده دچار انبساط یا انقباض حرارتی نمی‌شود. در نتیجه، کنترل دقیق‌تری بر ضخامت، شکل و ابعاد نهایی قطعه امکان‌پذیر است.
- انعطاف‌پذیری در طراحی: فرم‌دهی در نورد سرد امکان تولید اشکال پیچیده مقطعی و پروفیل‌های سفارشی را فراهم می‌کند و می‌توان آن را با طیف وسیعی از فلزات شکل‌پذیر اجرا کرد.
با این حال، فرایند نورد سرد، مانند هر روش تولید دیگری، با محدودیت‌هایی نیز همراه است. برخی از مهم‌ترین آنها عبارتند از:
- نیاز به نیروی نورد بالاتر: تغییر شکل فولاد در دمای اتاق به نیروی زیادی نیاز دارد؛ بنابراین باید از تجهیزات قدرتمندتر و معمولا گران‌قیمت‌تر استفاده شود.
- هزینه بالا: به دلیل مزایای فنی نورد سرد نسبت به نورد گرم، قیمت نهایی محصولات آن بالاتر است. همچنین، سخت‌تر بودن فرایند شکل‌دهی باعث میشود تولید قطعات زمان‌برتر و در نتیجه پرهزینه‌تر باشد.
- محدودیت در اصلاح ابعاد: در نورد گرم، به دلیل انعطاف‌پذیری ناشی از دمای بالا، امکان اصلاح ابعاد تا حدی وجود دارد. اما در نورد سرد، این امکان وجود ندارد؛ بنابراین، اندازه‌گیری‌ها باید از ابتدا دقیق انجام شوند، زیرا امکان اصلاح در مراحل بعدی وجود ندارد.
- طولانی بودن فرایند تولید: همان‌طور که اشاره شد، فرایند شکل‌دهی در نورد سرد دشوارتر است و ممکن است زمان اجرای پروژه‌ها را افزایش دهد. همچنین، تولید پروفیل‌های سفارشی نیازمند طراحی و ساخت قالب‌های اختصاصی است که می‌تواند زمان عرضه محصول جدید را نیز به تأخیر بیندازد.
نورد سرد یکی از روش‌های شکل‌دهی فولاد است که با اعمال تنش مکانیکی به جای حرارت، باعث کاهش ضخامت و رسیدن به ابعاد مورد نظر میشود. این فرایند علاوه بر افزایش استحکام و دوام، کیفیت سطح و دقت ابعادی محصول را نیز بهبود می‌بخشد.
فولاد نورد سرد برای پروژه‌هایی مناسب است که در آنها، علاوه بر مقاومت مکانیکی، ظاهر سطحی و دقت ابعاد اهمیت ویژه‌ای دارد. با این حال، این فرایند به دلیل پیچیدگی بیشتر، بر قیمت آهن نیز تاثیر می‌گذارد. سخت‌تر بودن عملیات شکل‌دهی، نیاز به تجهیزات خاص و زمان‌بر بودن تولید، از عواملی هستند که می‌توانند هزینه نهایی را افزایش دهند. بنابراین، انتخاب این نوع فولاد باید با در نظر گرفتن نیازهای فنی، شرایط اجرایی و بودجه پروژه انجام شود.
در چنین شرایطی، بهره‌گیری از مشاوره تخصصی می‌تواند به انتخاب بهینه و مدیریت بهتر هزینه‌ها کمک کند. فولادسل با ارائه خدمات کارشناسی دقیق و تامین انواع ورق نورد گرم و سرد، میلگرد، تیرآهن، نبشی، لوله، ناودانی و مفتول‌های فولادی استاندارد، پشتیبان مطمئن پروژه‌های عمرانی و صنعتی شما خواهد بود.