فرآیند تولید ورق استیل چگونه است؟

ورق‌های استیل صفحات نازک و مسطحی هستند که می‌توانند به اشکال مختلف بریده و خم شوند. آن‌ها موادی همه کاره، قوی و با دوام برای استفاده در بدنه خودرو، بدنه هواپیما، سقف ساختمان، لوازم مصرفی و بسیاری از محصولات دیگر هستند. فرآیند تولید ورق استیل، مواد فولادی خام را به محصولات نهایی نورد سرد یا نورد گرم تبدیل می‌کند. در این مقاله از آلور فولاد به توضیح فرایند تولید ورق استیل، روش‌های تولید ورق استیل و کاربردهای این نوع ورق می‌پردازیم پس با ما همراه باشید.

تولید ورق استیل چگونه انجام می‌شود؟

نحوه تولید ورق استیل شامل مراحل متعددی برای تبدیل فولاد ذوب شده به کلاف‌ها، ورق‌ها یا نوارهای کاربردی و شکل‌پذیر است. در ایران بخش عمده‌ای از استیل مصرفی از طریق واردات تامین می‌شود اما از بین تولیدکنندگان داخلی می‌توان به کارخانه فولاد آلیاژی ایران در یزد و فولاد آلیاژی در اصفهان اشاره کرد.

فولادسازی

فرآیند تولید ورق استیل با فولادسازی برای تبدیل سنگ آهن، کک و سنگ آهک به فولاد خام مذاب شروع می‌شود. اکثر کوره‌های فولادسازی مدرن یک کوره اکسیژن پایه (BOF) یا کوره قوس الکتریکی (EAF) هستند. در یک BOF، اکسیژن با خلوص بالا به داخل حمام آهن مذاب دمیده می‌شود تا محتوای کربن کاهش یابد و فولاد بسازد.

ضایعات فلزی اغلب در یک EAF ذوب می‌شوند که در آن برق گرما را تامین می‌کند. عناصر آلیاژی مانند منگنز، نیکل، کروم و وانادیوم ممکن است برای تولید فولاد آلیاژی مناسب برای کاربردهای خاص اضافه شوند. گوگرد زدایی ناخالصی‌های گوگرد را که می‌تواند فولاد را شکننده کند، از بین می‌برد. نتیجه این فرآیند فولادسازی، فولاد مایع است.

ریخته گری مداوم

فولاد مذاب از ملاقه به یک کاستور پیوسته وارد می‌شود تا به شکل اولیه جامد شود. از یک تاندیش عبور می‌کند که به تنظیم جریان در قالب مسی نوسانی و خنک شده با آب در زیر کمک می‌کند. با سرد شدن و جامد شدن فولاد در قالب، یک اسلب، بلوم یا بیلت به طور مداوم از پایین خارج می‌شود. این رشته‌های ریخته گری پیوسته می‌توانند بیش از 3 متر عرض و 25 متر طول داشته باشند. ریخته‌گری پیوسته روشی بسیار کارآمد برای تولید سریع حجم زیادی از مقاطع فولادی جامد استاندارد شده برای پردازش بیشتر است.

گرم کردن مجدد

در این مرحله تولید ورق استیل، رشته‌های فولادی ریخته گری پیوسته ابتدا به طول‌های قابل کنترل بریده می‌شوند. بیلت‌ها باید دوباره گرم شوند و به حالت پلاستیکی داغ برگردند تا بتوان آن‌ها را بیشتر شکل داد. این گرم کردن مجدد در یک گودال خیس با سوخت گاز یا کوره اجاق دوار که در آن فولاد تا 1200 درجه سانتیگراد یا بالاتر گرم می‌شود، انجام می شود. کنترل دمای مناسب ضروری است تا شمش قبل از کار از طریق غلتک‌های شکل‌دهنده به طور یکنواخت از سطح مقطع خود گرم شود.

نورد اولیه

نورد اولیه در تولید ورق استیل، ضخامت بیلت‌های فولادی گرم شده را با فشردن آن بین غلتک‌های چرخان عظیم کاهش می‌دهد. فولاد صاف و کشیده شده و به شکل‌های نازک‌تر و طولانی‌تر تبدیل می‌شود. نورد گرم معمولاً مجموعه‌ای از غرفه‌های رول است که در آن فولاد در چند پاس نورد می‌شود تا به شکل و اندازه نهایی برسد.

سطح مقطع را می‌توان به شکل‌های مستطیلی، مربعی، گرد یا سایر اشکال نورد کرد. صفحات و نوارها صاف می‌شوند و به طول‌های مستقیم بریده می‌شوند یا به شکل رول حلقه می‌شوند. نورد اولیه ضخامت اسلب‌ها را تا 25 میلی‌متر یا کمتر کاهش می‌دهد. سپس فولاد توسط جت‌های آب و میزهای خروجی خنک شده با هوا خنک می‌شود.

عملیات حرارتی

قبل از نورد ثانویه، فولاد در معرض بازپخت قرار می‌گیرد. این یک عملیات حرارتی است که در آن فولاد دوباره گرم می‌شود تا نرم‌تر و کارآمدتر شود. بازپخت شکنندگی را کاهش می‌دهد، شکل‌پذیری را افزایش می‌دهد و کارایی فولاد را قبل از کاهش بیشتر نورد سرد بهبود می‌بخشد. بازپخت ناپیوسته یا پیوسته با حرارت دادن نوارهای فولادی تا دمای بالای 1000 درجه سانتیگراد در کوره و سپس سرد کردن آهسته آن انجام می‌شود. این تنش‌های داخلی را کاهش می‌دهد و ساختار کریستالی فولاد را اصلاح می‌کند.

نورد سرد

مرحله بعدی در تولید ورق استیل، نورد سرد است. در فرآیند نورد سرد، فولاد پیش نورد شده در شرایط سرد زیر دمای تبلور مجدد بیشتر نازک می‌شود. فولاد از میان یک سری غلتک عبور می‌کند که به تدریج آن را به ضخامت نوار نازک‌تر و نازک‌تر می‌فشارد. بازپخت بین مراحل نورد سرد برای بازیابی کارایی فولاد انجام می‌شود. اصطکاک و فشردگی باعث نازک شدن فولاد تا گیج‌های نهایی مورد نیاز می‌شود. نورد سرد نوارها یا ورق‌هایی با ضخامت بین 0.5 تا 3 میلی متر با پوشش سطحی بهبود یافته و تحمل ابعادی فشرده‌تر تولید می‌کند.

آنیلینگ

یک فرآیند بازپخت نهایی، فولاد را برای استفاده کاربردی آماده می‌کند. بازپخت تبلور مجدد شامل حرارت دادن تا 1200 درجه سانتیگراد برای بازسازی ساختارهای دانه‌ای یکنواخت جدید برای بهینه‌سازی شکل‌پذیری است. بازپخت تنش‌زدایی در دماهای پایین‌تر برای حذف تنش‌های داخلی انجام می‌شود. نوع آنیل بستگی به خواص مکانیکی نهایی مورد نیاز دارد. در نحوه تولید ورق استیل، بازپخت فولاد را برای پردازش بیشتر نرم‌تر و انعطاف پذیرتر می‌کند.

پوشش و پرداخت‌کاری

برای مقاومت در برابر خوردگی، ظاهر تزئینی یا عملیات پیش رنگ، ورق های فولادی ممکن است با فلزاتی مانند روی، آلومینیوم یا قلع با استفاده از گالوانیزه گرم، آبکاری یا با روش‌های دیگر پوشش داده شوند. پوشش‌های آلی نیز ممکن است با پوشش سیم پیچ با پلیمرهای رنگ و پخت اعمال شوند.

سپس فولاد تحت فرآیندهای تکمیلی اضافی مانند نورد حرارتی، تسطیح، برش و شکاف قرار می‌گیرد. نورد ملایم استحکام و سختی ورق‌ها را افزایش می‌دهد. تراز کردن عیوب شکل باقی مانده از نورد را اصلاح می‌کند. ورق‌های استیل به طول‌های مورد نیاز برش داده می‌شوند.

خواص و گریدها

نحوه تولید ورق استیل می‌تواند ورق‌های فولادی را در انواع گریدهای مناسب برای کاربردهای مختلف تولید کند. بر اساس ترکیب شیمیایی و پردازش، گریدهای مختلف دارای خواص بهینه شده برای شکل‌پذیری، استحکام، دوام، جوش‌پذیری یا سایر ملاحظات هستند. به عنوان مثال، فولاد بدون بینابینی (IF) دارای کربن و نیتروژن کم برای بهبود شکل‌پذیری است.

فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا (HSLA) با افزودن آلیاژهای کوچک (Mn، Si، Ni، Nb، V، Cr) استحکام می‌یابد. فولاد سخت‌شونده (BH) پس از پخت رنگ استحکام را افزایش می‌دهد. فولادهای با استحکام بالا پیشرفته (AHSS) استحکام بالا را با شکل پذیری خوب ترکیب می‌کنند. ورق گالوانیزه دارای روکش آلیاژ روی و آهن مقاوم در برابر خوردگی است که برای جوشکاری و رنگ آمیزی ایده‌آل است.

تولید ورق استیل به روش نورد گرم

روش نورد گرم یکی از روش‌های رایج برای تولید ورق‌های استیل استنلس است. در این روش، اسلب‌های استیل ابتدا به کوره‌های پیش گرم وارد می‌شوند. با افزایش دما درون کوره، اسلب‌ها به دمای مورد نظر رسیده و سپس از کوره خارج می‌شوند. در این مرحله، اسلب‌ها بسیار داغ هستند. اسلب‌ها پس از خروج از کوره، از بین غلتک‌ها و نورد ابتدایی عبور می‌کنند. در این مرحله، اندازه و ضخامت اسلب‌ها کاهش یافته و طول آن‌ها افزایش می‌یابد. این عملیات باعث شکل دهی و شکل‌گیری ورق استیل می‌شود.

در مرحله بعد، ورق از سایز نوردهای پایانی عبور می‌کند. در این مرحله، ورق به ضخامت و اندازه مورد نظر در آورده می‌شود. نتیجه نهایی این روند، تولید ورق استیل استنلس با خواص مکانیکی و شیمیایی مطلوب است. به این صورت، روش تولید ورق استیل استینلس به کمک نورد گرم صورت می‌گیرد.

تولید ورق استیل به روش نورد سرد

تکمیل فرآیند نورد گرم، می‌تواند با استفاده از روش نورد سرد نیز به تولید ورق استیل استینلس کمک کند. در این روش، به جای انجام عملیات شکل‌دهی و نورد بر روی ورق با دمای ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد، ورق به دمای محیط خنک می‌شود. سپس مراحل نورد و شکل‌دهی با استفاده از غلتک‌های مختلف آغاز می‌شود. بزرگ‌ترین تفاوت در فرآیند تولید ورق استیل به روش نورد سرد نسبت به نورد گرم، مربوط به دمایی است که ورق استیل در هنگام نورد قرار می‌گیرد.

تفاوت‌های نورد گرم و سرد:

• سطح ورق: ورق‌های استیل استنلس تولید شده به روش نورد گرم دارای سطحی مات‌تر هستند، در حالی که ورق‌های تولید شده به روش نورد سرد دارای سطحی براق‌تر و تمیزتر می‌باشند.
• ابعاد ورق: نورد گرم امکان تولید ورق‌های با ابعاد بزرگتر را فراهم می‌کند؛ این در حالی است که نورد سرد به صنعتگران اجازه می‌دهد ورق‌ها را در ابعاد کوچکتر تولید کنند.
• قیمت: ورق‌های تولید شده به روش نورد گرم از نظر قیمت ارزان‌تر هستند، زیرا این روش نیاز کمتری به دستگاه‌های پیشرفته دارد. از سوی دیگر، ورق‌های تولید شده به روش نورد سرد انعطاف‌پذیری بیشتری دارند و کاربردهای زیادی در صنعت دارند.
• روغن‌کاری: ورق‌های تولید شده به روش نورد سرد بهترین شرایط برای عملیات روغن‌کاری دارند.
• انعطاف‌پذیری: ورق‌های تولید شده به روش نورد سرد انعطاف‌پذیری کمتری دارند و تلرانس ابعادی دقیق‌تری دارند.

با در نظر گرفتن این تفاوت‌ها، تولید ورق استیل به روش نورد سرد می‌تواند به تولید محصولات با ویژگی‌های خاص و نیازمندی‌های مشخصی در صنعت کمک کند.

کاربردهای ورق استیل چیست؟

تولید ورق استیل مواد همه کاره، قوی و قابل بازیافت را برای طیف وسیعی از محصولات فراهم می‌کند. کاربردهای اصلی شامل پانل‌های بدنه بیرونی برای خودروها، کامیون‌ها، قطارها یا هواپیماها است. ورق های فولادی سقف و کناره‌های بادوام ساختمان‌ها را تشکیل می‌دهند. دستگاه‌ها از ورق‌های فولادی برای قاب‌های ساختاری، محفظه‌ها و اجزایی مانند وان شستشو، آسترهای یخچال یا تابه‌های پخت و پز استفاده می‌کنند.

ساخت ورق فولادی امکان کشش عمیق، مهر زنی، خمش، شکل دهی رول و سایر فرآیندهای ساخت را فراهم می‌کند. گریدهای مختلف فولاد به مهندسان اجازه می‌دهد تا عملکرد، زیبایی، ایمنی و هزینه محصول را متعادل کنند. ورق‌های گیج سبک‌تر حتی در بسته‌بندی و کاربردهای مغناطیسی استفاده می‌شوند.

سخن آخر

تولید ورق استیل مستلزم یک سری مراحل است که فولاد خام را به کلاف‌ها، ورق‌ها یا نوارهای کاربردی و شکل پذیر تبدیل می‌کند. فولادسازی سنگ آهن و عناصر آلیاژی را به فولاد مذاب ذوب می‌کند. ریخته‌گری مداوم فولاد مایع را به شکل اولیه جامد می‌کند. نورد گرم و نورد سرد فولاد را از طریق شکاف‌های متوالی کوچکتر فشرده می‌کند تا به ضخامت مطلوب برسد و کیفیت سطح را بهبود بخشد.

عملیات حرارتی بازپخت بین مسیرهای نورد، فولاد را برای پردازش بیشتر بازسازی می‌کند. پوشش‌هایی مانند روی یا رنگ، مقاومت در برابر خوردگی و زیبایی را ایجاد می‌کنند. برش و سایر فرآیندهای پرداخت‌کاری، ورق‌های فولادی تمام شده را ایجاد می‌کنند که مطابق با مشخصات کاربرد نهایی سفارشی شده‌اند.

ورق‌های فولادی با گریدهای متعددی که برای رفع نیازهای مختلف طراحی شده‌اند، کاربرد گسترده‌ای در بدنه خودروها، محصولات ساختمانی، لوازم خانگی و بسیاری از کاربردهای اساسی دیگر پیدا می‌کنند. آن‌ها یک ماده ضروری هستند که استحکام، شکل پذیری و قابلیت بازیافت را ترکیب می‌کند.