طراحی و تولید گرید SAE 4130 سرد نوردیده در فولاد مبارکه

مسیر نوآوری و تولید محصولات جدید در فولاد مبارکه، مانند هر شرکت دیگری با در نظر گرفتن تجهیزات و سیستم‌های از پیش تعریف‌شده ممکن است. بدین معنی که محصولات جدید در چارچوب فرایندهای تعریف‌شده و به کمک سخت‌افزارها و نرم‌افزارهای موجود طراحی و تولید می‌شوند و درصورتی‌که تولید یک محصول جدید در ظرفیت‌های آن نگنجد، تولید محصول از نظر فولاد مبارکه ممکن نخواهد بود.

غلامرضا سلیمی، معاون بهره‌برداری، با بیان مطالب فوق افزود: گرید فوق که از گریدهای عملیات حرارتی‌پذیر است، در صنایع مختلف از جمله هوافضا، خودروسازی و ماشین‌آلات سنگین کاربرد گسترده‌ای دارد. این گرید همانند محصولات ویژه دیگری که طی سال‌های قبل در فولاد مبارکه تولید شد، به‌منظور تکمیل سبد محصولات شرکت و جلوگیری از واردات این محصولات، طراحی و تولید گردید.

در همین زمینه برخی از مدیران، رؤسا و کارشناسان این حوزه چنین گفتند:

علیرضا مولوی‌زاده، مدیر متالورژی و روش‌های تولید:

ورق SAE 4130 قبلاً به‌صورت کلاف گرم تولید شده بود، ولی ویژگی قابل‌توجه در تولید این گرید، مشخصاتی نظیر صافی سطح عالی و تلرانس‌های ابعادی دقیق بود که در نورد سرد با ضخامت موردنظر مشتری حاصل شد. سبک‌سازی سازه‌ها، مقاومت به سایش و مقاومت در برابر خوردگی از دیگر مشخصاتی است که این گرید می‌تواند برحسب نوع عملیات حرارتی دارا باشد. با انجام یک کار تیمی و منسجم، این بار با شکستن روتین‌های رایج و ایجاد یک مسیر کاملاً جدید، امکان تولید طیف وسیعی از فولادها برای صنعت کشور فراهم شده است. این مهم که تنها با همکاری بسیار نزدیک و صمیمانه واحدهای تولیدی و نرم‌افزاری ممکن شد، تولید فولاد SAE 4130 را رقم زد.

در تولید این محصول، توالی و نوع فرایند نوآورانه‌ای به کار گرفته شد؛ بدین ترتیب که در ناحیه نورد سرد، بعد از اسیدشویی، کلاف فولادی به‌جای ارسال به واحد نورد تاندم یا دوقفسه‌ای، به‌منظور ایجاد یک سری خواص متالورژیکی ویژه، به واحد بازپخت (آنیل جعبه‌ای) ارسال شد و ادامه مسیر پس از آن در قالب فرایند روتین همیشگی پیگیری شد.

بابک شهریاری، رئیس تروپروسس:

این گرید به دلیل حضور برخی عناصر نظیر کروم و مولیبدن دارای قابلیت عملیات حرارتی است. استحکام، چقرمگی و جوش‌پذیری مطلوب از مهم‌ترین مشخصات این گرید است.

بر متخصصان و دست اندرکاران تولید کارخانه‌ها پوشیده نیست که در نبود تجهیزات، کانال‌های حمل‌ونقل تعریف شده و سیستم‌های نرم‌افزاری هدایت‌کننده آن‌ها، به‌ویژه در کارخانه‌ای مانند مجتمع فولاد مبارکه اصفهان که بدون وجود سیستم‌های لازم امکان تولید به‌هیچ‌وجه فراهم نیست، تغییر فرایندی فوق‌الذکر می‌تواند مراحل متقاعدسازی و راه‌اندازی بسیار طولانی داشته باشد. آماده‌سازی این فرایند شش ماه به طول انجامید و در نهایت این تلاش‌ها باعث شد گرید 4130 سرد نوردیده که با فرایندهای روتین فعلی قابل‌تولید نیست، با طراحی فرایند جدید قابلیت تولید پیدا کند.

علیرضا ناصری، کارشناس طراحی گرید SAE 4130:

ویژگی قابل‌توجه در تولید این گرید، ایجاد امکان دو مرحله عملیات آنیل در ناحیه نورد سرد است که با همکاری مطلوب واحدهای برنامه‌ریزی و نورد سرد این سیکل در سیستم تولید ایجاد شد.

استحکام تسلیم ورق نوردگرم‌شدۀ این فولاد حدود 500 مگاپاسکال است؛ بنابراین امکان نورد مستقیم آن وجود ندارد. ازاین‌رو پیش از انجام فرایند نورد سرد، یک مرحله عملیات آنیل بر روی این محصولات انجام گرفت. علی‌رغم انجام این فرایند، همچنان فرایند نورد سرد این محصولات به دلیل پیوسته بودن خط نورد سرد فولاد مبارکه با چالش‌های جدی روبه‌رو بود. تست‌های مرتبط با جوش‌پذیری توسط کارشناسان واحد نورد پیوسته، چالش‌های مرتبط را به حداقل رساند. از دیگر چالش‌های تولید این محصول، تلرانس عرض بسیار محدود آن بود که با همکاری خطوط نهایی (واحد اصلاح 1) این مهم نیز با موفقیت حاصل شد.

سید محمود مانی، مهندس فرایند نورد گرم:

گرید مذکور با توجه به نوع خاص آنالیز آن که حاوی درصد بالاتری از کروم است، در زمره گروه‌های سخت برای نورد گرم قرار می‌گیرد و با توجه به ابعاد گرم آن (4.5* 1250) که ضخامت نسبتاً کم و عرض متوسط به شمار می‌آید، شرایط نورد متفاوتی را از نظر پتانسیل بروز گیر ورق و همچنین خسارت به تجهیزات قابل پیش‌بینی می‌سازد.

در این راستا، ابتدا شبیه‌سازی محصول گرم موردنظر انجام گرفت و بر اساس آن، تنظیمات لازم در قسمت‌های مختلف خط نورد گرم تعیین شد؛ به‌گونه‌ای‌که نورد این محصول بتواند به‌صورت نرمال انجام شود. همچنین دماهای بالای خروجی این محصول در نورد گرم (Ft=900) که تأمین‌کننده خواص مکانیکی موردنظر برای محصول است، مستلزم تمهیدات ویژه‌ای برای دست‌یابی به آن در طول ورق است که علاوه بر در نظر گرفتن این پارامتر در الزامات فرایندی، دقت خاصی را نیز در نورد این محصول ضروری می‌سازد تا ورق خروجی عاری از عیوبی نظیر موج و... باشد و به‌صورت سالم کلاف‌پیچی شود.

فرزاد فرهادی، رئیس گروه فنی نورد گرم:

 با توجه به محدودیت‌های تجهیزاتی خط نورد گرم از نظر دامنه ابعاد تولیدی و همچنین شرایط کیفی، برای تولید محصولی جدید با خواص متفاوت در نورد گرم، علاوه بر بررسی امکان‌پذیری تولید آن به‌صورت نرمال، لازم است شرایط نورد و برنامه‌ریزی به‌گونه‌ای تعیین و بهینه گردد که تولید محصول موردنظر، علاوه بر انطباق با نیاز مشتری، بدون بروز آسیب به خط نورد گرم تولید شود.

ناحیه نورد گرم همواره در راستای سیاست‌های شرکت مبنی بر توسعه سبد محصولات، همکاری حداکثری داشته و سعی کرده سهم خود را در تولید داخلی و تأمین نیاز بازار ایفا کند. تولید این محصول نتیجه حمایت مدیریت و تلاش همگانی کارکنان در قسمت‌های مختلف نورد گرم است که از همه این عزیزان صمیمانه قدردانی می‌کنیم.

محسن استکی، مدیر محصولات سرد:

تولید موفقیت‌آمیز گرید SAE:4130 در تاندم‌میل نورد سرد حاصل شد. خط تاندم‌میل به‌عنوان مهم‌ترین خط نورد سرد کشور و اصلی‌ترین تأمین‌کننده نیاز صنایع پایین‌دستی کشور نقشی مهم و حیاتی در صنعت فولاد کشور ایفا می‌کند.

نیاز گریدهای خاص در برخی صنایع راهبردی و استراتژیک، با توجه به شرایط تحریمی، چالش‌های بسیار بزرگی برای کشورمان ایجاد کرده است. در چنین شرایطی رسالت فولاد مبارکه به‌عنوان بزرگ‌ترین فولادساز کشور، پاسخ به نیاز صنایع پایین‌دست و رفع چالش تولیدات آن‌هاست؛ بنابراین به‌رغم چالش افزایش تولید در محصولات سرد و تأمین نیاز مشتریان قدیمی فولاد در سال‌های اخیر، در برنامه مدون مجموعه مدیریت محصولات سرد، تولید گریدهای جدید در دستور کار قرار گرفت. در طراحی تولید گرید SAE 4130 در خط نورد تاندم‌میل تمام جوانب فنی و تولید اقتصادی با همت گروه کارشناسی واحد محقق شد.

مرتضی اکبری، رئیس واحد تاندم‌میل:

رسیدن به این موفقیت شامل یک برنامه‌ریزی مدون از جمله تست‌های اولیه، به‌منظور امکان تولید در خط نورد بود که به‌منظور رفع چالش جوش‌پذیری گرید فوق و همچنین رسیدن به مدل نورد مناسب با توجه به محدودیت توان موتورهای اصلی و حدود مجاز نیرو در قفسه‌های نورد در تولید محصولی که 500 مگاپاسکال استحکام آن است انجام می‌شود. گفتنی است در صورت دست نیافتن به شرایط بهینه و فنی مناسب، عملاً با توقفات زیاد و آسیب دیدن ساختار هوزینگ قفسه و همچنین مستهلک شدن موتورهای اصلی، آسیب به شین‌های ارتباطی و پل‌های تریستوری، تولید گرید فوق از صرفه اقتصادی خارج می‌شد. بدین منظور گروه کارشناسی واحد شامل تولید، پروسس ماشین جوش و پروسس نورد و تعمیرات برق با طراحی تنظیمات دقیق و تست‌های عملی موفق به دست‌یابی دانش فنی نورد گرید SAE4130 شدند.

منصور سنایی‌نژاد، مهندس فرایند ناحیه فولاد سازی و ریخته‌گری مداوم

در راستای اهداف توسعه‌ای و افزایش تنوع محصولات کیفی، مجتمع فولاد مبارکه موفق به تولید دَه گرید فولادی جدید گردید این دستاورد مهم نتیجه تلاش‌های شبانه‌روزی کارشناسان و متخصصان ناحیه فولادسازی و ریخته‌گری مداوم و سایر واحدهای مجتمع فولاد مبارکه در مسیر پاسخ‌گویی به نیازهای روزافزون صنایع داخلی و بین‌المللی است. گریدهای جدید تولیدشده در این ناحیه عبارت‌اند از:

DR-9M--SAE 4130HR--FB60--SPFC390-G--SAPH440-G--42CrMo4--APIX70--HX260YD--FB45-G--DD14-CBASCO

هریک از این گریدها دارای خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی ویژه‌ای هستند که آن‌ها را برای کاربردهای خاصی در صنایع مختلف ازجمله خودروسازی، نفت و گاز، سازه‌های سنگین، تجهیزات تحت‌فشار و قطعات خاص مهندسی مناسب می‌سازد.

تولید گریدهای خاص فولادی نیازمند رعایت مجموعه‌ای از الزامات دقیق و چندلایه در ناحیه فولادسازی و ریخته‌گری مداوم است. این الزامات از مرحله آماده‌سازی شارژ آغاز می‌شود و تا پایان انجماد در قالب ادامه می‌یابد. از مهم‌ترین الزامات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

 1. کنترل دقیق ترکیب شیمیایی مذاب:

برای هر گرید، محدوده عناصر آلیاژی مانند کربن، منگنز، سیلیسیم، کروم، مولیبدن، وانادیم، نیکل و عناصر ریزآلیاژی باید با دقت بسیار بالا کنترل شود. استفاده از آنالیز آنلاین (Ladle Analysis) و اصلاح ترکیب در کوره پاتیلی (Ladle Furnace) نقش کلیدی در تحقق این هدف دارد.

2. مدیریت دمای مذاب در تمام مراحل:

دمای مذاب در زمان تخلیه از کوره، در حین عملیات LF و در هنگام ریخته‌گری باید در محدوده‌ای بهینه باشد تا هم سیالیت مناسب حفظ شود و هم از مشکلاتی مانند انجماد زودرس، ترک گرم و مک جلوگیری شود.

3. کنترل دقیق پاکیزگی فولاد (Steel Cleanliness):

گریدهای خاص اغلب نیازمند سطح بالایی از پاکیزگی هستند. استفاده از فرایندهایی چون گوگردزدایی، حذف آخال‌های غیرفلزی با استفاده از Argon Bubbling و اصلاح سرباره، در این راستا ضروری است.

4. تنظیم دقیق پارامترهای ریخته‌گری مداوم:

سرعت ریخته‌گری (Casting Speed): برای هر گرید بر اساس خواص حرارتی تنظیم می‌شود.

کنترل پاشش آب (Secondary Cooling): سیستم خنک‌کاری باید متناسب با حساسیت گرید به ترک‌های حرارتی طراحی شود.

استفاده از پودر قالب مناسب (Mold Powder): پودر قالب نقش کلیدی در روانکاری، کنترل انتقال حرارت و جلوگیری از ورود ناخالصی به سطح شمش دارد.

5. حفظ یکنواختی ساختاری و جلوگیری از جدایش (Segregation):

تنظیم دقیق نرخ جامدسازی (Solidification Rate)، جلوگیری از توقف‌های ناگهانی برای دست‌یابی به ساختار یکنواخت و جلوگیری از میکروترک‌ها حیاتی است.

کیفیت نهایی محصولات فولادی ارتباط مستقیمی با کیفیت مذاب و فرایند ریخته‌گری دارد. ناخالصی‌های موجود در مذاب، کنترل ناکافی دما و یا نوسانات جریان، می‌توانند منجر به ایجاد عیوب ساختاری نظیر ترک، حفره، آخال یا ناپیوستگی‌های داخلی شوند که خواص مکانیکی نهایی نظیر استحکام، چقرمگی، کشش‌پذیری و مقاومت به ضربه را تحت تأثیر قرار می‌دهند. ازاین‌رو، کنترل دقیق تمامی پارامترهای مذکور برای اطمینان از عملکرد مطلوب گریدهای جدید امری حیاتی است.

مولوی‌زاده مدیر متالورژی و روش‌های تولید فولاد مبارکه در خاتمه از همکاری نواحی مختلف فولادسازی، نوردگرم، نورد سرد، برنامه‌ریزی تولید و فروش، کنترل کیفی و آزمایشگاه، شرکت ایریسا و کلیه واحدهای پشتیبانی تشکر و ابراز امیدواری کرد با به‌کارگیری روش‌ها و نوآوری‌های مشابه، کلیه نیازهای ورق‌های فولادی تخت در گروه فولاد مبارکه تولید و نیاز صنایع داخلی به انواع گریدها و محصولات ویژه تأمین شود.