ورق آهن، به عنوان یکی از پرکاربردترین مواد در صنعت و ساختمان‌سازی، سفری طولانی از دل زمین تا کارخانه‌های عظیم نورد را طی می‌کند. این فرآیند، از استخراج سنگ آهن در معادن آغاز شده و پس از سپری کردن مراحل گوناگونی چون خردایش، خالص‌سازی، ذوب و نورد، به محصولی مقاوم و انعطاف‌پذیر تبدیل می‌شود. اما چگونه سنگی سخت و خام به ورقی صیقلی و مستحکم تبدیل می‌شود؟ در ادامه، با مراحل تولید ورق آهن از استخراج تا فرآوری آشنا خواهیم شد.
تاریخچه تولید ورق آهنی
استفاده از فلز آهن، از ابتدای تاریخ بشر تاکنون، همواره با نوآوری و پیشرفت همراه بوده است. در دوران باستان، آهنگران با چکش‌کاری دستی، ورق‌های نازک فلزی را برای ساخت ابزار و زره تولید می‌کردند. اما نقطه عطف این عرصه، انقلاب صنعتی قرن هجدهم بود. در این زمان، فناوری‌های ذوب و شکل‌دهی فلزات به طور چشمگیری پیشرفت کرد و هنری کورت در سال 1783 فرآیند نورد گرم را ابداع کرد. این اختراع، امکان تولید ورق‌های آهنی در مقیاس صنعتی را فراهم ساخت و انقلابی در این عرصه به پا کرد.
در قرن نوزدهم، با توسعه فرآیند بسمر و کوره زیمنس-مارتین، تولید آهن به شکل اقتصادی‌تر و کارآمدتر امکان‌پذیر شد. این امر، زمینه را برای تولید انبوه ورق‌های آهنی فراهم کرد. با این حال، ورق‌های تولید شده در این دوره، از کیفیت سطح بالایی برخوردار نبودند.
در اوایل قرن بیستم، فرآیند نورد سرد توسعه یافت که امکان تولید ورق‌های نازک‌تر و با کیفیت سطحی بالاتر را فراهم می‌ساخت. این اختراع، کاربردهای ورق آهن را گسترش داد و این محصول را به متریالی حیاتی در صنایع مختلف تبدیل کرد.
ورق آهن، ماده‌ای اساسی در صنعت
ورق‌های آهنی، به‌عنوان یکی از اساسی‌ترین مواد در صنایع مختلف، نقشی اجتناب ناپذیر در توسعه و پیشرفت تکنولوژی ایفا می‌کنند. این ورق‌ها با ویژگی‌هایی چون استحکام بالا، انعطاف‌پذیری و قابلیت شکل‌دهی، در ساخت و تولید محصولات متنوعی به‌کار می‌روند.
ورق‌های فولادی در ساختمان‌سازی برای ساخت اسکلت‌های فلزی، سقف و دیوارها استفاده می‌شوند و پایداری سازه‌ها را تضمین می‌کنند. یکی از پرکاربردترین انواع ورق آهنی، ورق کرکره گالوانیزه است که به دلیل طراحی موج‌دار خود، استحکام بالایی داشته و در ساخت سقف‌های شیروانی، سوله‌ها و دیوارهای موقت به کار می‌رود. در خودروسازی به کارگیری این ورق‌ها در بدنه و قطعات مختلف، ایمنی و عملکرد خودرو را بهبود می‌بخشد. همچنین، در لوازم خانگی مانند یخچال و ماشین لباس‌شویی، به دلیل زیبایی و دوام بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. در صنایع نفت و گاز نیز این ورق‌ها برای تولید لوله‌ها و مخازن ذخیره به‌کار می‌روند و در کشتی‌سازی به دلیل مقاومت در برابر شرایط سخت دریایی، گزینه‌ای ایده‌آل محسوب می‌شوند.
فرایند تولید ورق آهن
1.استخراج و فرآوری سنگ آهن
خلق و تولید ورق آهن شامل چندین مرحله کلیدی است که هر کدام نقش مهمی در کیفیت و ویژگی‌های محصول نهایی ایفا می‌کنند. این مراحل به شرح زیر هستند:
فرآیند تولید ورق آهن با استخراج سنگ آهن از معادن آغاز می‌شود. سنگ آهن استخراج‌شده حاوی ناخالصی‌هایی مانند سیلیس، فسفر و گوگرد است که باید در مراحل بعدی حذف شوند. پس از استخراج، سنگ آهن، خرد شده و از طریق فرآیندهای مختلفی مانند جداسازی مغناطیسی و فلوتاسیون، ناخالصی‌ها از آن جدا می‌شوند. سپس، سنگ آهن خالص به‌صورت گندله یا کلوخه برای مراحل بعدی آماده می‌شود.
2.احیا و تولید آهن خام
در این مرحله، سنگ آهن فرآوری‌شده در کوره‌های بلند یا کوره‌های قوس الکتریکی ذوب می‌شود. در کوره بلند، سنگ آهن به همراه کک و آهک در دمای بالا ذوب می‌شود و آهن خام یا چدن مذاب تولید می‌گردد. در کوره قوس الکتریکی، از الکترودهای گرافیتی برای ایجاد قوس الکتریکی و ذوب سنگ آهن استفاده می‌شود. محصول این مرحله آهن خام با درصد کربن بالاست که نیاز به پالایش دارد.
3.پالایش و تولید فولاد
آهن خام دارای مقدار زیادی کربن و ناخالصی‌های دیگر است که لازم است کم شوند. در این مرحله، آهن خام در کوره‌های کنورتور یا کوره‌های قوس الکتریکی تحت فرآیندهای اکسیداسیون قرار می‌گیرد تا میزان کربن و سایر عناصر ناخواسته کاهش یابد و فولاد با ترکیب شیمیایی مورد نظر تولید شود. افزودن عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل یا مولیبدن در این مرحله می‌تواند خواص مکانیکی و شیمیایی فولاد را بهبود بخشد.
4.ریخته گری و تولید تختال
فولاد مذاب پس از پالایش، به واحد ریخته‌گری مداوم منتقل می‌شود. در این واحد، فولاد مذاب به‌صورت پیوسته در قالب‌های مسی سردشونده ریخته می‌شود و به شکل تختال‌های مستطیلی با ضخامت و عرض مشخص در می‌آید. این تختال‌ها پس از سرد شدن، برای مراحل نورد آماده می‌شوند.
5.نورد گرم
تختال‌های تولیدشده در مرحله قبل، ابتدا در کوره‌های پیش‌گرم تا دمای حدود ۱۲۸۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شوند تا به دمای مناسب برای نورد برسند. سپس، این اسلب‌ها از میان چندین مجموعه غلتک عبور داده می‌شوند تا به ضخامت‌های کمتری تبدیل شوند. این فرآیند که به نورد گرم معروف است، منجر به تولید ورق‌های فولادی با ضخامت‌های مختلف می‌شود. محصول نهایی این مرحله، ورق سیاه نامیده می‌شود که سطحی نسبتاً خشن دارد.
6.اسیدشویی
برای بهبود کیفیت سطحی ورق‌های نورد گرم و حذف اکسیدها و زنگ‌های سطحی، آن‌ها را از حمام‌های اسیدی عبور می‌دهند. این فرآیند که اسیدشویی نام دارد، سطح ورق را برای مراحل بعدی مانند نورد سرد یا پوشش‌دهی آماده می‌کند. محصول این مرحله ورق اسیدشویی نامیده می‌شود.
7.نورد سرد
در صورتی که نیاز به ورق‌هایی با دقت ابعادی بالاتر و سطحی صاف‌تر باشد، ورق‌های اسیدشویی‌شده تحت فرآیند نورد سرد قرار می‌گیرند. در این فرآیند، ورق‌ها در دمای محیط از میان غلتک‌های فشاری عبور داده می‌شوند تا به ضخامت‌های نازک‌تر و سطحی براق دست یابند. محصول این مرحله، ورق سرد نامیده می‌شود.
8.عملیات حرارتی و آنیلینگ
پس از نورد سرد، ورق‌ها ممکن است سخت و شکننده شوند. برای بهبود خواص مکانیکی و افزایش انعطاف‌پذیری، آن‌ها را تحت عملیات حرارتی آنیلینگ قرار می‌دهند. در این فرآیند، ورق‌ها در کوره‌های آنیلینگ تا دمای معینی گرم شده و سپس به‌آرامی سرد می‌شوند تا ساختار کریستالی آن‌ها بهبود یابد.
بسته به نوع آنیلینگ، می‌توان از گازهای محافظ مانند نیتروژن و هیدروژن برای جلوگیری از اکسیداسیون و بهبود خواص سطحی ورق آهنی استفاده می‌شود. این گازها با ایجاد یک محیط بی‌اثر یا احیاکننده در کوره، به حفظ کیفیت، بهبود فرم‌پذیری، کاهش سختی و افزایش چقرمگی ورق می‌شود.
9.پوشش دهی
برای افزایش مقاومت ورق‌های فولادی در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی، آن‌ها را با لایه‌ای از روی یا رنگ‌های مخصوص پوشش می‌دهند. در فرآیند گالوانیزه، ورق‌ها از میان حمام مذاب روی عبور داده می‌شوند تا لایه‌ای محافظ بر روی سطح آن‌ها تشکیل شود؛ ورق‌های رنگی فولادی، پس از گالوانیزه شدن با لایه‌ای از رنگ نیز پوشش داده می‌شوند.
این ورق‌ها به دلیل مقاومت بالا در برابر زنگ‌زدگی و دوام طولانی، در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند به عنوان مثال، ورق ذوزنقه گالوانیزه با طراحی خاص خود، علاوه بر مقاومت بالا، ظاهری شکیل‌تر داشته و در پوشش سقف و دیوار ساختمان‌های صنعتی و کارگاهی بسیار محبوب است. این ورق‌ها علاوه بر زیبایی، به دلیل پوشش روی، در برابر عوامل محیطی و خوردگی نیز مقاوم هستند.
10.برش و بسته بندی
برش و بسته‌بندی ورق های فولادی اهمیت ویژه‌ای دارد. در این مرحله، ورق‌ها بر اساس نیاز مشتری و استانداردهای موجود در ابعاد و ضخامت‌های مختلف برش داده می‌شوند.پس از برش، ورق‌ها به صورت رول‌شده یا شیت‌شده (برگ‌شده) بسته‌بندی می‌شوند
برای جلوگیری از آسیب‌های احتمالی در حمل‌ونقل، از تسمه‌های فلزی، روکش‌های پلاستیکی و در برخی موارد از پالت‌های چوبی یا فلزی استفاده می‌شود.در برخی از شرکت‌های پیشرو، بسته‌بندی‌ها با لایه‌های ضد‌زنگ و رطوبت‌گیر یا لفاف‌های رنگی اختصاصی پوشانده می‌شوند تا از خوردگی و آسیب‌دیدگی ورق‌ها در طول مسیر حمل‌ونقل جلوگیری شود. به عنوان مثال ورق گالوانیزه مبارکه با پوشش آبی روشن بسته بندی می‌شود.
سخن پایانی
ورق‌های آهنی در انواع مختلف و برای کاربردهای متنوع تولید می‌شوند. ورق سیاه که پایه تمامی انواع ورق‌های دیگر نیز است، از نورد گرم به‌دست می‌آید، بیشتر در ساخت سازه‌های سنگین کاربرد دارد و قیمت آن معمولاً نسبت به دیگر انواع ورق‌ها ارزان‌تر است.
ورق پوشش روی که گالوانیزه نامیده می‌شود، مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد و در صنایع ساختمانی استفاده می‌شود اما به دلیل فرآیند گالوانیزه کردن، قیمت آن نسبت به ورق سیاه بیشتر است.
اگر ورق سیاه اسیدشویی شود، سپس تحت نورد سرد قرار گیرد و با لایه‌ای از روغن پوشانده شود، به آن ورق روغنی میگوییم.این محصول به دلیل دقت بالا و سطح صاف‌تری که دارد برای تولید قطعات دقیق‌تر، مانند لوازم خانگی و خودرو، مناسب است، قیمت ورق روغنی به دلیل انجام عملیات‌های بیشتر در فرایند تولید نسبت به ورق سیاه بیشتر است.
ورق رنگی،همان ورق گالوانیزه هستند که با لایه‌ای از رنگ پوشانده شده‌اند،این ورق‌ها برای استفاده در نمای ساختمان‌ها و سقف‌های شیبدار به‌کار می‌رود و علاوه بر زیبایی، مقاومت و همچنین قیمت بالاتری دارد.
همچنین، ورق استیل و ورق آلیاژی با ترکیب‌های خاص، برای کاربری های حساس مانند صنایع غذایی و شیمیایی طراحی شده‌اند.
پرسش‌های متداول
تفاوت اصلی بین ورق سیاه و ورق روغنی چیست؟
ورق سیاه از فرآیند نورد گرم تولید می‌شود و سطحی نسبتاً خشن دارد. این نوع ورق بیشتر در ساخت سازه‌های سنگین مانند پل‌ها و اسکلت‌های فلزی استفاده می‌شود. در مقابل، ورق روغنی از نورد سرد به‌دست می‌آید و سطحی صاف و براق دارد. این ورق‌ها برای تولید قطعات دقیق‌تر مانند لوازم خانگی و خودرو مناسب هستند.
فرآیند اسیدشویی در تولید ورق آهن چه اهمیتی دارد؟
اسیدشویی فرآیندی است که در آن اکسیدها و زنگ‌های سطحی ورق‌های نورد گرم حذف می‌شوند. این فرآیند سطح ورق را برای مراحل بعدی مانند نورد سرد یا پوشش‌دهی آماده می‌کند و کیفیت سطحی ورق را بهبود می‌بخشد.
تفاوت بین نورد گرم و نورد سرد در تولید ورق‌های آهنی چیست؟
نورد گرم در دمای بالا و بیشتر از نقطه تجزیه‌پذیری آلیاژ انجام می‌شود و منجر به تولید ورق‌هایی با ضخامت بیشتر و سطحی خشن می‌شود. در مقابل، نورد سرد در دمای محیط انجام می‌شود و ورق‌هایی با ضخامت کمتر، سطح صاف‌تر و خواص مکانیکی بهبود‌یافته تولید می‌کند.
آیا ورق‌های آهنی پس از تولید نیاز به عملیات حرارتی دارند؟
بله، پس از نورد سرد، ورق‌ها ممکن است سخت و شکننده شوند. برای بهبود خواص مکانیکی و افزایش انعطاف‌پذیری، ورق‌ها تحت عملیات حرارتی آنیلینگ قرار می‌گیرند. در این فرآیند، ورق‌ها تا دمای معینی گرم شده و سپس به‌آرامی سرد می‌شوند تا ساختار کریستالی آن‌ها بهبود یابد.
