نورد سرد چیست؟ بررسی مراحل نورد سرد

نورد سرد یکی از روش‌های تولید محصولات فولادی است که در دمای اتاق، بسیار پایین‌تر از دمای نورد گرم، انجام می‌شود. در این فرآیند، فولاد، معمولاً به شکل ورق، از بین دو یا چند غلتک عبور داده می‌شود تا ضخامت آن کاهش یابد و به شکل و ابعاد دلخواه برسد. فلز تحت فشار بسیار زیاد قرار می‌گیرد و مولکول‌های آن به‌صورت کنترل‌شده جابه‌جا می‌شوند. 

این فرآیند باعث می‌شود فلز به شکل نازک‌تر و با سطحی صاف‌تر و براق‌تر درآید. نورد سرد می‌تواند سختی و استحکام فلز را تا 20 درصد افزایش دهد و کیفیت ظاهری و تحمل آن را بهتر کند. این تکنیک برای پرداخت سطح و دقت ابعادی بالا استفاده می‌شود و می‌تواند به جلوگیری از خوردگی نیز کمک کند. در ادامه این مقاله، با میهن فولاد همراه باشید تا بیشتر درمورد نورد سرد صحبت کنیم.

تفاوت نورد سرد با نورد گرم

تفاوت اصلی نورد سرد و گرم در دمای انجام فرآیند و تاثیر آن بر ساختار و خواص فلز است. نورد گرم در دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد فلز انجام می‌شود. این دما باعث تغییر در ساختار فلز و نرم شدن آن می‌شود که امکان تغییر شکل راحت‌تر با نیروی کمتر را فراهم می‌کند. 

با این حال، به دلیل انقباض فلز در هنگام سرد شدن، دقت ابعادی محصول نهایی در نورد گرم کمتر است و سطح آن نیز به دلیل اکسیداسیون، پوسته پوسته می‌شود. اما نورد سرد در دمای محیط یا کمی بالاتر انجام می‌شود. چون دما پایین‌تر از دمای تبلور مجدد است، ساختار فلز تغییر نمی‌کند و محصول دارای سطح صاف‌تر، براق‌تر، دقت ابعادی بالاتر و استحکام و سختی بیشتری نسبت به محصول نورد گرم خواهد بود. کنترل ضخامت و ابعاد محصول در نورد سرد بسیار دقیق‌تر است.

فرایند نورد سرد

فرایند نورد سرد معمولاً شامل مراحل زیر است:

آماده‌سازی اولیه

ورق فولادی از هرگونه آلودگی، زنگ‌زدگی، پوسته و عیب سطحی پاکسازی می‌شود تا سطحی صاف و یکنواخت برای نورد ایجاد شود. این کار با روش‌هایی مانند شستشو با مواد شیمیایی، سندبلاست یا برس‌کاری انجام می‌شود.

نورد

ورق آماده‌شده از بین دو یا چند غلتک عبور داده می‌شود. فاصله‌ی بین غلتک‌ها کمتر از ضخامت ورق ورودی است و باعث فشرده شدن و کاهش ضخامت ورق می‌شود. این فرآیند ممکن است چندین بار و با کاهش تدریجی فاصله‌ی بین غلتک‌ها تکرار شود تا ضخامت مورد نظر حاصل شود. ضخامت سنج‌هایی در دستگاه نورد سرد وجود دارند که ضخامت فولاد را هنگام خروج از غلتک‌ها بررسی می‌کنند. ماشین‌های چند پایه، دارای سه تا شش جفت غلتک در یک سری هستند تا ضخامت را برای رسیدن به محصول کاهش دهند. معمولا رفت و برگشت باعث کاهش ضخامت بین ۵۰ تا ۹۰ درصدی می‌شود.

عملیات حرارتی

گاهی پس از نورد، ورق تحت عملیات حرارتی مانند بازپخت قرار می‌گیرد تا سختی کاهش و شکل‌پذیری افزایش یابد. این کار ورق را برای عملیات بعدی مانند فرم‌دهی آماده می‌کند.

پرداخت نهایی

در آخرین مرحله، ورق نورد شده برای حصول سطح صاف، براق و بدون عیب، پرداخت می‌شود. این کار با روش‌هایی مانند پولیش‌کاری یا پوشش‌دهی انجام می‌شود.

مزایای نورد سرد

نورد سرد مزایای زیادی نسبت به نورد گرم دارد:

1. افزایش استحکام و سختی (تا 20 درصد): نورد سرد باعث افزایش چگالی نابجایی‌ها در ساختار فلز و افزایش استحکام و سختی آن می‌شود.
2. سطح صاف و براق: به دلیل انجام فرآیند در دمای پایین و عدم تشکیل پوسته‌ی اکسیدی، محصول نورد سرد سطحی بسیار صاف و براق دارد.
3. دقت ابعادی بالا: کنترل دقیق فرایند نورد سرد، تولید محصولاتی با دقت ابعادی بسیار بالا را ممکن می‌سازد.
4. بهبود خواص مکانیکی: نورد سرد خواص مکانیکی فلز، مانند مقاومت کششی، مقاومت به خستگی و شکل‌پذیری را توسعه می‌دهد.
5. مقاومت بیشتر در برابر خوردگی: افزایش استحکام و سختی و سطح صاف و یکدست، مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می‌دهد.

کاربردهای نورد سرد

از نورد سرد برای تولید بخش زیادی از محصولات فولادی، به‌خصوص ورق‌های فولادی با ضخامت کم و دقت ابعادی بالا، استفاده می‌شود. این محصولات در صنایعی مانند خودروسازی، ساختمان‌سازی، لوازم خانگی و بسته‌بندی کاربرد دارند.

ماشین‌آلات نورد سرد

ماشین‌های نورد سرد از نظر اندازه و پیچیدگی متفاوت‌اند و معمولاً شامل دو یا چند غلتک هستند که با سرعت و فشار کنترل‌شده می‌چرخند تا فلز را به ضخامت مورد نظر برسانند. دستگاه‌های نورد سرد مدرن می‌توانند سرعت چرخش، میزان درز و حتی جهت رفت و برگشت غلتک‌ها را کنترل و تنظیم کنند. همچنین از سیستم‌های خنک‌کننده برای کنترل دما و جلوگیری از آسیب به فلز و غلتک‌ها استفاده می‌شود. 

به دلیل نیروهای فشاری و اصطکاک بالا در نورد سرد، دمای هر دور می‌تواند به ۲۵۰ درجه سانتیگراد برسد. بنابراین از عوامل خنک‌کننده مانند روغن یا آب برای سرد و روان نگه داشتن غلتک‌ها و فلز استفاده می‌شود. خنک‌سازی اجباری برای حفظ دمای فلز زیر دمای تبلور مجدد اعمال می‌شود که در نتیجه، خواص فیزیکی و سطحی افزایش پیدا می‌کند.

تجهیزات خطوط نورد سرد

خطوط نورد سرد، از مجموعه‌ای از تجهیزات خاص و هماهنگ تشکیل شده‌اند که هر کدام نقش مهمی در فرایند تولید دارند. این تجهیزات، به گونه‌ای طراحی شده‌اند که بتوانند فلز را با دقت و سرعت بالا شکل دهند و محصولاتی با کیفیت مناسب تولید کنند. جزئیات این تجهیزات شامل:

سیستم‌های اندازه‌گیری و کنترل برش

برای دستیابی به دقت ابعادی در نورد سرد، از سیستم‌های اندازه‌گیری لیزری و نوری استفاده می‌شود که به‌صورت مداوم ضخامت و عرض ورق را اندازه‌گیری می‌کنند. این اطلاعات به سیستم کنترل ارسال می‌شود و با تنظیم فاصله بین غلتک‌ها، ضخامت مناسب حاصل می‌شود. سیستم‌های کنترل برش نیز با استفاده از تیغه‌های برشی دقیق، ورق را به طول مورد نظر برش می‌دهند.

تجهیزات کمکی کفشک‌ها و راهنماها

کفشک‌ها و راهنماها، نقش هدایت و پشتیبانی ورق را در طول فرایند نورد بر عهده دارند. این تجهیزات، از جنس مواد مقاوم در برابر سایش و خوردگی ساخته می‌شوند و به گونه‌ای طراحی شده‌اند که از ایجاد خراش و آسیب به سطح ورق جلوگیری کنند. کفشک‌ها، با ایجاد یک سطح صاف و یکنواخت، به توزیع یکنواخت فشار بین غلتک‌ها و ورق کمک می‌کنند. راهنماها نیز با هدایت ورق در مسیر مناسب، از انحراف و پیچش آن جلوگیری می‌کنند.

تجهیزات نقل و انتقال مواد

جابجایی کویل‌های فلزی در خطوط نورد سرد، به وسیله جرثقیل‌ها، لیفتراک‌ها و سیستم‌های نقاله انجام می‌شود. کویل بازکن‌ها، وظیفه باز کردن کویل‌های فلزی و آماده‌سازی آنها برای ورود به خط نورد را بر عهده دارند. انبار کویل، مکانی برای نگهداری کویل‌های فلزی قبل و بعد از فرایند نورد است. آکومولاتورها نیز برای ذخیره‌سازی موقت ورق در طول فرایند نورد استفاده می‌شوند تا در صورت وقوع هرگونه اختلال در خط تولید، فرایند نورد متوقف نشود.

تجهیزات قبل از شکل‌دهی

قبل از ورود ورق به غلتک‌های نورد، ممکن است نیاز به انجام عملیاتی مانند صاف کردن، اتصال و سوراخکاری باشد. صاف‌کننده‌ها، با اعمال فشار مناسب، ناهمواری‌ها و خمیدگی‌های موجود در ورق را برطرف می‌کنند. دستگاه‌های اتصال، برای اتصال ورق‌های مختلف به یکدیگر استفاده می‌شوند. سوراخکاری نیز برای ایجاد سوراخ در ورق با استفاده از مته یا پانچ انجام می‌شود.

تجهیزات بعد از شکل‌دهی

پس از اتمام فرایند نورد، ورق به وسیله قیچی‌های برشی به طول و عرض مورد نظر برش داده می‌شود. در برخی موارد، ممکن است نیاز به انجام عملیات دیگری مانند خم‌کاری، نوردکاری و جوشکاری نیز باشد. این عملیات، با استفاده از ماشین‌آلات مخصوص انجام می‌شود.

محصولات نورد سرد

نورد سرد، در صنایع مختلفی کاربرد دارد. از جمله مهم‌ترین محصولات نورد سرد می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. ورق سرد: ورق سرد، محصول اصلی فرایند نورد سرد است و در انواع و ابعاد مختلف تولید می‌شود. ورق سرد، در صنایع خودروسازی، لوازم خانگی، ساختمان‌سازی و بسته‌بندی کاربرد گسترده‌ای دارد. ورق‌های روغنی نیز نوعی از ورق‌های سرد هستند که با یک لایه نازک روغن پوشانده شده‌اند تا از زنگ‌زدگی آنها جلوگیری شود. این ورق‌ها در ساخت قطعات بدنه خودرو و لوازم خانگی استفاده می‌شوند.
2. تسمه و میلگرد: تسمه و میلگرد نورد سرد، در ساخت قطعات ماشین‌آلات، ساختمان‌ها و سایر ساختارهای مهندسی کاربرد دارند. تسمه‌ها در عرض‌های مختلف و میلگردها در قطرهای مختلف تولید می‌شوند.
3. مقاطع باز، عریض و بسته: نورد سرد، قابلیت تولید مقاطع مختلفی از جمله مقاطع باز مانند تیرآهن، سپری و ناودانی، مقاطع عریض مانند ورق و مقاطع بسته مانند قوطی و لوله را دارد. این مقاطع در ساخت اسکلت ساختمان‌ها، پل‌ها، سوله‌ها و سایر ساختارهای مهندسی استفاده می‌شوند.

محدودیت‌های نورد سرد

1. شکل‌پذیری: نورد سرد برای فلزاتی که شکل‌پذیری بالایی دارند مناسب است. فلزاتی که شکل‌پذیری کمتری دارند، ممکن است در طول فرایند نورد سرد ترک بخورند یا بشکنند.
2. تعداد ایستگاه‌های ماشین: برای تولید مقاطع پیچیده، ممکن است نیاز به چندین مرحله نورد باشد. این مسئله مستلزم استفاده از چندین ایستگاه ماشین است که می‌تواند هزینه و زمان تولید را افزایش دهد.
3. نیاز به توان بالا: فرایند نورد سرد، نیاز به توان بالایی دارد که می‌تواند هزینه‌های انرژی را افزایش دهد.

خواص مکانیکی ورق نورد سرد 

خواص مکانیکی ورق نورد سرد، تحت تاثیر عواملی مانند ترکیب شیمیایی فلز، میزان کاهش ضخامت در حین نورد و عملیات حرارتی پس از نورد قرار می‌گیرند. استانداردهای مختلفی برای تعیین خواص مکانیکی ورق نورد سرد وجود دارد. در ایران، استاندارد ملی به شماره 5723، خواص مکانیکی ورق فولادی نورد سرد را مشخص می‌کند. این استاندارد، پارامترهایی مانند تنش تسلیم، تنش گسیختگی و درصد ازدیاد طول نسبی بعد از شکست را برای کیفیت‌های مختلف ورق نورد سرد تعریف می‌کند. 

نکته: L0 = طول سنجه آزمونه اولیه (معمولاً 80mm یا 50mm)

به‌صورت کلی، با نورد سرد آشنا شدیم و تفاوت آن با نورد گرم را نیز بررسی کردیم. این فرایند مزایایی نسبت به نورد گرم دارد اما حتما باید محدودیت‌های آن را نیز در نظر گرفت. اگر نیاز به مشاوره تخصصی یا اطلاع از قیمت فولاد را دارید، می‌توانید با کارشناسان ما تماس بگیرید.

سوالات متداول

1. تفاوت اصلی نورد سرد و نورد گرم چیست؟
   نورد سرد و نورد گرم، دو فرایند متفاوت شکل‌دهی فلزات هستند که تفاوت اصلی آنها در دمای انجام فرایند است. نورد گرم در دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد فلز انجام می‌شود، در حالی که نورد سرد در دمای اتاق یا نزدیک به آن صورت می‌گیرد. محصولات نورد سرد دارای استحکام و سختی بیشتر، کیفیت سطح بهتر و دقت ابعادی بالاتری نسبت به محصولات نورد گرم هستند. از طرفی، نورد گرم امکان شکل‌دهی قطعات بزرگتر و پیچیده‌تر را فراهم می‌کند و نیروی کمتری برای شکل‌دهی نیاز دارد.
2. چرا محصولات نورد سرد استحکام بیشتری دارند؟
   استحکام بیشتر محصولات نورد سرد به دلیل پدیده کار سختی (Work Hardening) است. در حین نورد سرد، به دلیل تغییر شکل پلاستیک فلز در دمای پایین، ساختار داخلی فلز دگرگون می‌شود و ناخالصی‌ها و عیوب ساختاری در آن افزایش می‌یابد. این تغییرات ساختاری، باعث افزایش استحکام و سختی فلز می‌شود. در واقع، فلز در مقابل تغییر شکل مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهد که باعث افزایش استحکام آن می‌شود. 
3. کاربردهای اصلی ورق نورد سرد چیست؟
   صنایع خودروسازی (ساخت بدنه، شاسی و قطعات داخلی خودرو)، لوازم خانگی (ساخت بدنه یخچال، ماشین لباسشویی و سایر لوازم خانگی)، ساختمان‌سازی (ساخت سقف، دیوار و سایر اجزای ساختمان)، صنایع بسته‌بندی (ساخت قوطی‌های کنسرو و سایر بسته‌بندی‌ها) و ساخت مبلمان. همچنین، ورق نورد سرد در ساخت قطعات الکترونیکی، لوله‌ها و پروفیل‌های مختلف نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.