آشنایی با فرآیند نورد ورق فولادی گرم ST37 و بررسی متالورژی ورق‌ها

صنعت فولاد به عنوان یکی از مهم‌ترین ارکان توسعه زیرساخت‌های اقتصادی و صنعتی در هر کشور شناخته می‌شود. در میان طیف وسیع محصولات فولادی، ورق گرم ST37 به دلیل برخورداری از خواص مکانیکی متعادل، قیمت مقرون‌به‌صرفه و قابلیت جوشکاری فوق‌العاده، عنوان پرکاربردترین فولاد ساختمانی و صنعتی را به خود اختصاص داده است.

این ورق‌ها که در بازار آهن‌آلات کشور به عنوان ورق سیاه نیز شناخته می‌شوند، پایه و اساس ساخت بسیاری از سازه‌های فلزی، ماشین‌آلات سنگین و پروژه‌های عمرانی هستند. تولید این مقاطع فولادی نیازمند دانش فنی بالا و تجهیزات پیشرفته است تا محصول نهایی بتواند بارهای دینامیکی و استاتیکی را به خوبی تحمل کند.

در این مقاله تخصصی، قصد داریم به بررسی دقیق فرآیند نورد گرم بپردازیم و از نگاه یک متخصص، متالورژی ورق فولادی را کالبدشکافی کنیم. همچنین بررسی خواهیم کرد که فرآیند نورد اسلب تختال چگونه شمش‌های قطور فولادی را به ورق‌های مستحکم تبدیل می‌کند.

در نهایت، با افتخار به معرفی مجتمع فولاد پروان به عنوان یکی از مدرن‌ترین تولیدکنندگان فولاد در شرق کشور خواهیم پرداخت که نقش مهمی در تولید ورق فولادی ضخیم ایفا می‌کند. اگر از فعالان صنعت ساخت‌وساز، سوله‌سازی یا ماشین‌سازی هستید، مطالعه این مقاله دیدگاه مهندسی دقیقی برای انتخاب متریال به شما ارائه خواهد داد.

فولاد ST37 چیست؟ (بررسی متالورژیکی)

برای درک بهتر رفتار مکانیکی قطعات صنعتی، ابتدا باید به ساختار درونی آن‌ها نگاه کنیم. فولاد ST37 که در استاندارد اروپایی EN 10025−2 با نام S235JR نیز شناخته می‌شود، در دسته فولاد کربنی ساده (Low Carbon Steel) قرار می‌گیرد.

حرف ST در این نام‌گذاری مخفف کلمه Stahl (در زبان آلمانی به معنای فولاد) است و عدد 37 نشان‌دهنده حداقل استحکام کششی نهایی این فولاد یعنی 37  kg/mm2 (معادل تقریبی 360 مگاپاسکال) می‌باشد. این متریال به دلیل داشتن درصد کربن پایین، دارای ریزساختاری شکل‌پذیر و در عین حال مقاوم است.

ترکیب شیمیایی فولاد کربنی ST37

در متالورژی ورق فولادی، ترکیب شیمیایی تعیین‌کننده اصلی خواص مکانیکی و فیزیکی محصول است. در ورق سیاه ST37، عناصر آلیاژی با دقت بسیار بالایی در کوره تنظیم می‌شوند تا تعادل بی‌نظیری میان استحکام و انعطاف‌پذیری ایجاد شود. ترکیب شیمیایی استاندارد این فولاد به شرح زیر است:

• کربن ©: حداکثر مقدار مجاز کربن $C\le 0.17\%$ است. این میزان پایین کربن، اصلی‌ترین دلیل جوش‌پذیری عالی و شکل‌پذیری مناسب این ورق‌هاست. افزایش کربن بیش از این مقدار می‌تواند باعث تردی منطقه متاثر از حرارت (HAZ) در هنگام جوشکاری شود.
• منگنز (Mn): مقدار منگنز معمولاً در محدوده $Mn\le 1.40\%$ قرار دارد. منگنز به عنوان یک عنصر استحکام‌بخش از طریق محلول جامد عمل کرده و پدیده تردی در دمای بالا (Hot Shortness) ناشی از حضور گوگرد را خنثی می‌کند.
• سیلیسیم (Si): سیلیسیم به عنوان یک اکسیژن‌زدا (Deoxidizer) در فرآیند فولادسازی عمل می‌کند. معمولاً مقدار آن $Si\le 0.30\%$ است که به افزایش نسبی استحکام تسلیم نیز کمک می‌کند.
• فسفر و گوگرد (P & S): این دو عنصر به عنوان ناخالصی‌های مضر در فولاد شناخته می‌شوند و مقادیر آن‌ها باید به شدت کنترل شود ($P\le 0.040\%$ و $S\le 0.040\%$). فسفر باعث تردی سرد و گوگرد باعث تردی گرم در ساختار فولاد می‌گردد.
• نیتروژن (N): حداکثر میزان مجاز $N\le 0.012\%$ است تا از پیرسختی (Strain Aging) و کاهش چقرمگی جلوگیری شود.

خواص مکانیکی و ریزساختار ورق گرم ST37

از منظر متالورژیکی، ریزساختار ورق ST37 در حالت نورد گرم شده، متشکل از فازهای فریت (Ferrite) و پرلیت (Pearlite) است. شبکه بلوری فریت (BCC) زمینه نرم و انعطاف‌پذیر فولاد را تشکیل می‌دهد، در حالی که فاز پرلیت (که ساختاری لایه‌ای از فریت و سمنتیت است) استحکام لازم را برای تحمل بارهای خارجی فراهم می‌سازد.

به دلیل همین ریزساختار مهندسی شده، خواص مکانیکی این متریال به صورت زیر تضمین می‌شود:

• استحکام تسلیم (Yield Strength): $235$ مگاپاسکال (برای ضخامت‌های کمتر از 16 میلی‌متر). برای ورق‌های ضخیم‌تر ممکن است این عدد با افت بسیار ناچیزی همراه باشد.
• استحکام کششی نهایی (Tensile Strength): بین 360 تا 510 مگاپاسکال.
• ازدیاد طول نسبی (Elongation): $24\%$ که نشان‌دهنده قابلیت فرم‌دهی و مقاومت در برابر شکست ترد است.

این ترکیب هوشمندانه از خواص، ورق گرم ST37 را به انتخابی بی‌رقیب برای پروژه‌هایی تبدیل کرده است که نیازمند جوشکاری گسترده، برش‌کاری و ماشین‌کاری هستند.

فرآیند نورد ورق فولادی

تبدیل یک شمش ضخیم فولادی به یک ورق صاف، یکپارچه و با ابعاد دقیق، شاهکاری از علم مکانیک و متالورژی است. فرآیند نورد گرم (Hot Rolling Process) روشی است که در آن شمش‌های مستطیلی شکل به نام اسلب یا تختال، در دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد (Recrystallization Temperature) فولاد، از میان غلتک‌های عظیم عبور داده می‌شوند.

این فرآیند نه تنها ضخامت تختال را کاهش می‌دهد، بلکه با اعمال کار مکانیکی در دمای بالا، ریزساختار ریختگی اولیه (که معمولاً دارای دانه‌های درشت و حفرات میکروسکوپی است) را شکسته و به ساختاری ریزدانه، همگن و متراکم تبدیل می‌کند. مراحل نورد اسلب تختال شامل گام‌های متوالی زیر است:

۱. شارژ و پیش‌گرم کردن اسلب در کوره

فرآیند با ورود اسلب‌های فولادی به کوره‌های پیش‌گرم (Reheating Furnaces) آغاز می‌شود. در این مرحله، اسلب‌ها باید به طور یکنواخت تا دمای آستنیته شدن حرارت ببینند.

دمای کوره معمولاً در محدوده $C$ تا $C$ تنظیم می‌شود. این حرارت بالا باعث می‌شود تنش سیلان (Flow Stress) فولاد به شدت کاهش یابد و فلز برای تغییر شکل پلاستیک در میان غلتک‌ها آماده شود. ماندگاری اسلب در کوره باید به اندازه‌ای باشد که هسته مرکزی آن نیز به دمای هدف برسد.

۲. پوسته‌زدایی (Descaling)

هنگامی که اسلب فولادی در دمای بالای $C$ با اکسیژن هوا تماس پیدا می‌کند، لایه‌ای از اکسید آهن (Scale) به سرعت روی سطح آن تشکیل می‌شود.

برای جلوگیری از فشرده شدن این پوسته‌های اکسیدی به درون سطح ورق و افت کیفیت سطحی، اسلب‌ها از محفظه پوسته‌زدا عبور می‌کنند. در این بخش، آب با فشار بسیار بالا (بین 150 تا 200 بار) به سطح اسلب پاشیده می‌شود تا پوسته‌های اکسیدی به طور کامل شکسته و از سطح جدا شوند.

۳. نورد خشن (Roughing Mill)

در این مرحله از فرآیند نورد گرم، اسلب گداخته وارد استندهای نورد خشن می‌شود. هدف اصلی در اینجا، کاهش سریع و چشمگیر ضخامت تختال است. غلتک‌های قدرتمند نورد خشن، با اعمال فشارهای چند هزار تنی، در طی چند پاس رفت و برگشتی، ضخامت اسلب را کاهش داده و طول آن را افزایش می‌دهند.

از نظر متالورژی ورق فولادی، در این مرحله پدیده تبلور مجدد دینامیکی (Dynamic Recrystallization) رخ می‌دهد که باعث از بین رفتن دانه‌های درشت ریختگی و ایجاد دانه‌های جدید و ریزتر در ریزساختار فولاد می‌گردد.

۴. نورد نهایی (Finishing Mill)

اسلبی که اکنون ضخامت آن کاهش یافته، وارد خط نورد نهایی می‌شود که شامل مجموعه‌ای از استندهای متوالی است. در اینجا سرعت خط بسیار بالاتر است و ورق با عبور از هر استند، به ضخامت نهایی مورد نظر نزدیک‌تر می‌شود.

کنترل دما در این مرحله بسیار حیاتی است. دمای خروجی ورق از آخرین استند نورد نهایی باید به دقت کنترل شود و معمولاً در محدوده $C$ تا $C$ قرار دارد. این کنترل دقیق دما باعث ایجاد ریزساختاری بهینه با استحکام و چقرمگی ماکزیمم در ورق سیاه ST37 می‌شود.

۵. خنک‌کاری و مسطح‌سازی ورق فولادی

ورق پس از خروج از استندهای نورد، بر روی میزهای خنک‌کننده (Run-Out Table) حرکت می‌کند. سیستم‌های پاشش آب با نرخ‌های کنترل‌شده، دمای ورق را به تدریج کاهش می‌دهند تا از تشکیل فازهای ناخواسته و شکننده (مانند مارتنزیت) جلوگیری شود.

در نهایت، ورق‌ها وارد دستگاه‌های مسطح‌ساز (Leveler) می‌شوند تا موج‌ها و اعوجاج‌های ناشی از تنش‌های حرارتی برطرف گردد و سپس به طول‌های استاندارد (مثلاً 6000 میلی‌متر) برش خورده و یا به صورت کلاف (Coil) بسته‌بندی می‌شوند.

کاربرد ورق‌های فولادی گرم ST37

در صنایع استراتژیک، نیاز به تولید ورق فولادی ضخیم همواره احساس می‌شود. ورق‌هایی با ضخامت‌های بالا (20 تا 40 میلی‌متر) که به صورت شیت‌های فابریک تولید می‌شوند، ستون فقرات پروژه‌های زیربنایی عظیم را تشکیل می‌دهند. ویژگی بارز ورق گرم ST37 در این ضخامت‌ها، تحمل استثنایی در برابر بارهای خمشی، کششی و فشاری است. در ادامه به مهم‌ترین کاربردهای این مقاطع ارزشمند می‌پردازیم:

ساخت سوله‌ها و سازه‌های فولادی سنگین

یکی از اصلی‌ترین کاربردهای ورق‌های ضخامت بالا (20 تا 40 میلی‌متر)، ساخت قطعات باربر در سازه‌های فلزی است. از این ورق‌ها برای ساخت بیس‌پلیت‌ها (Base Plates)، فلنج‌های تیر ورق، ساخت ستون‌های جعبه‌ای (Box Columns) و اتصالات صلب در سوله‌های صنعتی، کارخانجات و برج‌های تجاری استفاده می‌شود. قابلیت جوشکاری عالی این متریال تضمین می‌کند که اتصالات سازه‌ای دچار ترک‌خوردگی ناشی از خستگی نشوند.

پل‌سازی و زیرساخت‌های جاده‌ای

پل‌های معلق و پل‌های تیر ورق فلزی، روزانه تحت تنش‌های دینامیکی بسیار شدیدی قرار می‌گیرند. استفاده از فولاد کربنی ضخیم با گرید ST37 در ساخت شاه‌تیرها (Main Girders)، عرشه پل و صفحات تقویتی (Stiffeners) تضمین‌کننده ایمنی و طول عمر بالای این زیرساخت‌های حیاتی است.

ماشین‌آلات سنگین و تجهیزات معدنی

شرایط کار در معادن و پروژه‌های خاک‌برداری نیازمند تجهیزاتی است که در برابر سایش، ضربه و بارهای مکانیکی شدید مقاوم باشند. از ورق‌های ضخیم نورد گرم برای ساخت شاسی کامیون‌های معدنی، بازوی بیل‌های مکانیکی، بدنه لودرها و تجهیزات حفاری استفاده می‌شود. استحکام تسلیم ≥235 ge  مگاپاسکال این ورق‌ها مانع از تغییر شکل پلاستیک قطعات در حین عملیات سنگین می‌گردد.

ساخت مخازن ذخیره‌سازی و تحت فشار کم

بسیاری از پالایشگاه‌ها، پتروشیمی‌ها و نیروگاه‌ها برای ذخیره‌سازی سیالات، سوخت‌ها و آب‌های صنعتی نیازمند مخازن غول‌پیکر هستند. ورق‌های با ضخامت 20 الی 40 میلی‌متر برای ساخت پوسته خارجی، کف و عدسی این مخازن کاربرد فراوانی دارند. فرم‌پذیری مناسب ورق سیاه ST37 امکان نورد سرد و تبدیل آن به استوانه‌های دقیق برای ساخت مخازن را به راحتی فراهم می‌آورد.

مجتمع فولاد پروان طوس؛ قطب جدید تولید ورق فولادی در شرق کشور

با توجه به نیاز روزافزون صنایع داخلی به مقاطع فولادی باکیفیت و اهمیت خودکفایی در تامین مواد اولیه، مجتمع فولاد پروان طوس به عنوان یکی از درخشان‌ترین پروژه‌های صنعتی شرق کشور پا به عرصه ظهور گذاشته است. این مجموعه عظیم با هدف‌گذاری دقیق و استفاده از تکنولوژی‌های روز دنیا، توانسته است معادلات بازار فولاد منطقه را تغییر دهد.

احداث مجتمع فولاد پروان از تاریخ $18$ شهریور 1401 آغاز گردید و با تلاش شبانه‌روزی مهندسان و متخصصان داخلی، این مجموعه با افتخار از مهرماه ۱۴۰۴ وارد فاز بهره‌برداری کامل شده است. موقعیت استراتژیک این کارخانه در زمینی به مساحت $210000$ مترمربع، واقع در حاشیه جاده ترانزیتی تربت حیدریه به گناباد (ناحیه صنعتی مه‌ولات، کیلومتر $45$ تربت حیدریه)، آن را به شاهراهی برای تامین نیازهای داخلی و دروازه‌ای طلایی برای صادرات به کشورهای همسایه تبدیل کرده است.

اهداف و چشم‌اندازهای مجتمع فولاد پروان

مجتمع فولاد پروان با نگاهی توسعه‌محور، اهداف کلانی را در دستور کار خود قرار داده است که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

• ایجاد فرصت‌های شغلی پایدار، امن و تخصصی برای فارغ‌التحصیلان دانشگاهی و نخبگان صنعتی داخل استان خراسان رضوی.
• تامین نیازهای مبرم پروژه‌های عمرانی، ساختمانی و صنعتی کشور به ورق‌های فولادی باکیفیت.
• ارزآوری برای اقتصاد ملی از طریق ورود قدرتمند به حوزه صادرات محصولات فولادی در بازارهای منطقه و آسیای میانه.

ظرفیت بی‌نظیر فاز اول تولید (تولید ورق‌های ضخیم)

در فاز نخست بهره‌برداری، این کارخانه تمرکز خود را بر روی تولید ورق فولادی ضخیم و استراتژیک گذاشته است. ظرفیت تولید سالانه در این فاز معادل 150000 تن ورق فولاد کربنی است.

این مقاطع ارزشمند به صورت شیت‌های فابریک و طی فرآیند نورد گرم پیشرفته از اسلب تختال تولید می‌شوند. مشخصات ابعادی ورق‌های تولیدی در فاز اول به شرح زیر است:

• ضخامت: از 20 الی 40 میلی‌متر (ایده‌آل برای صنایع سنگین، ماشین‌سازی و سوله‌سازی)
• عرض ورق: 1250 میلی‌متر
• طول ورق: 6000 میلی‌متر

رعایت دقیق‌ترین تلرانس‌های ابعادی و استانداردهای متالورژیکی باعث شده تا ورق‌های تولیدی این مجتمع قابلیت رقابت با برترین برندهای جهانی را داشته باشند.

طرح توسعه فاز دوم مجتمع فولاد پروان

مدیریت آینده‌نگر مجتمع فولاد پروان طوس، از هم‌اکنون برنامه‌ریزی‌های فاز دوم طرح توسعه را آغاز کرده است. در فاز دوم، سبد محصولات شرکت تکمیل‌تر شده و تولید ورق‌هایی با ضخامت‌های متوسط (8 تا 15 میلی‌متر) با ظرفیت تولید بالغ بر 150000 تن در سال جهت مصارف گسترده صنعتی و ساختمانی به خطوط تولید کارخانه افزوده خواهد شد.

این گام بلند، مجتمع فولاد پروان را به یک تامین‌کننده جامع (Total Solution Provider) در بازار ورق‌های فولادی تبدیل خواهد نمود.

نتیجه‌گیری

در این مقاله تخصصی دریافتیم که ورق گرم ST37 به لطف ترکیب شیمیایی بهینه‌سازی شده و ریزساختار فریت-پرلیت، انتخابی هوشمندانه برای تمامی سازه‌های مهندسی است. فرآیند نورد اسلب تختال با کاهش ضخامت شمش در دماهای بالا، علاوه بر شکل‌دهی، خواص مکانیکی فلز را بهبود بخشیده و محصولی با مقاومت تسلیم و کشش استاندارد خلق می‌کند.

کاربرد ورق‌های ضخیم (20 تا 40 میلی‌متر) در زیرساخت‌های حیاتی کشور نظیر پل‌سازی، مخازن و ماشین‌آلات سنگین، اهمیت تولید این مقاطع با بالاترین سطح کیفی را دوچندان می‌کند. در همین راستا، مجتمع فولاد پروان طوس با تکیه بر دانش بومی و ماشین‌آلات مدرن، پرچمدار تولید این مقاطع استراتژیک در شرق کشور است و کیفیت، دقت ابعادی و تحویل به موقع را برای صنایع داخلی و خارجی تضمین می‌کند.

اگر در پروژه‌های صنعتی، عمرانی و تولیدی خود نیازمند تأمین ورق سیاه ST37 با ضخامت‌های بالا، کیفیت تایید شده آزمایشگاهی و قیمت بی‌واسطه از درب کارخانه هستید، هم‌اکنون زمان اقدام است. تیم مهندسی فروش و پشتیبانی مجتمع فولاد پروان آماده ارائه مشاوره‌های تخصصی متالورژیکی و فنی به شما صنعتگران گرامی می‌باشد.

برای استعلام قیمت روز محصولات، مشاهده مشخصات فنی دقیق، و ثبت سفارش خرید، به بخش دپارتمان فروش مجتمع فولاد پروان مراجعه فرمایید و با اطمینان کامل، پایه‌های پروژه‌های خود را مستحکم بنا کنید. مجتمع فولاد پروان، نماد صلابت و تعهد در صنعت فولاد ایران.