ورق روغنی و کاربرد آن در صنعت
ورق روغنی در بازار تجاری به ورق سرد معروف بوده و دلیل اصلی نامگذاری این محصول شکل ظاهری آن نامیده شده است. ورق روغنی توسط نورد سرد تولید می گردد و پس از تولید به دلایل مختلفی از جمله جلوگیری از زنگ زدگی روغنکاری می شود. به طور کلی در صنعت فولاد به ورق هایی که با نورد گرم تولید می شوند ورق سیاه و به ورق های تولیدی با نورد سرد ورق روغنی گفته می شود. همچنین این ورق ها پایه ساخت ورق گالوانیزه می باشند.
روغنکاری در نورد سرد
روغنکاری در نورد سرد عبارت است از پاشیدن یک روانساز بر روی ورق روغنی و یا غلتک که اهداف ذیل را دنبال می نماید.
نیروی نورد را کاهش می دهد
دسترسی به شکل یا صافی قابل قبول را آسان تر می سازد
سایش غلتک را کم می کند
اصطکاک بین ورق و غلتک را کاهش می دهد
از زنگ زدن ورق حاصل از نورد جلوگیری می کند
دمای غلتک و ورق روغنی را کاهش می دهد
به خاطر سرعت غلتک و ورق، مایع روانساز به داخل ناحیه کاری رانده می شود. (ناحیه کاری ناحیه ای است که در آن غلتک ها با ورق تماس پیدا کرده و ورق تغییر شکل پلاستیک انجام می دهد)
محل ورود روغن به داخل ناحیه کاری به صورت گوه ای شکل می باشد و در نتیجه فشار در فیلم روغن افزایش می یابد و بعضی جریان های معکوس روغن که ناشی از فشار است ایجاد می گردد. پس جریان مایع از دو بخش تشکیل شده است:
جریان برشی سیال و جریان فشاری سیال
اگر لزجت و یا سرعت روانساز به اندازه کافی بزرگ باشد، جریان سیال به داخل ناحیه کاری باعث جدایی کامل غلتک و ورق به وسیله یک فیلم سیال می گردد. این مکانیزم روغنکاری، روغنکاری هیدرودینامیک نامیده می شود که در این مکانیزم تمامی نیروی نورد و تنش برشی از طریق فیلم روغن انتقال می یابد. اگر لزجت و یا سرعت به اندازه کافی نباشد روانساز کمتری به داخل ناحیه کاری رانده شده و در نتیجه فیلم روغن نمی تواند سطوح را به طور کامل از یکدیگر جدا نماید.
در حالتی که ضخامت فیلم روغن بزرگ باشد می توان فرض کرد که تمامی سطوح کاملا صاف می باشند. در صورتی که ضخامت فیلم نسبت به زبری سطوح کوچکتر باشد بعضی از برجستگی های ورق و غلتک با یکدیگر تماس پیدا کرده و قسمتی از نیروی نورد را تحمل کرده و باعث ایجاد تنش برشی اضافه می گردد. این مکانیزم روغنکاری روغنکاری مخلوط نامیده شده و در این مورد اصطکاک از دو جزء تشکیل می گردد.
جزء هیدرودینامیک
در جزء هیدرودینامیک تنش برشی ناشی از برش ویسکوز روغن می باشد. در جزء مرزی تنش برشی به کمک شکل تماس برجستگی ها و خصوصیات شیمیایی روغن و سطوح در تماس تعیین می گردد. هر چقدر لزجت روغن پایین تر باشد سهم جزء هیدرودینامیک کمتر خواهد بود تا حدی که تمام نیروی نورد و تنش برشی به وسیله برجستگی ها انتقال یابد. در این حالت مکانیزم روغنکاری ورق روغنی ، مرزی غالب می گردد.
مکانیزم روغنکاری غالب در نورد سرد، روغنکاری مخلوط می باشد. اگر مکانیزم به صورت هیدرودینامیک باشد اصطکاک بسیار کم بوده و در نتیجه باعث لغزش غلتک ها روی ورق روغنی می گردد. اگر میزان زبری سطح خیلی مهم باشد مانند نورد آلومینیوم یا نورد فولاد، در آخرین قفسه پروسه نورد لازم است که مکانیزم روغنکاری به صورت مخلوط باشد. در مکانیزم روغنکاری هیدرودینامیک زبری سطح ایجاد می شود، که قابل قبول نمی باشد.
با توجه به موارد ذکر شده در بالا می توان نتیجه گرفت که سطح ورق روغنی حاصل از فرایند نوردی که مکانیزم روغنکاری آن هیدرودینامیک باشد تیره و مات خواهد بود و در عوض سطح حاصل از مکانیزم مخلوط درخشنده و براق می باشد. از طرف دیگر سرعت تولید در مکانیزم هیدرودینامیک نسبت به مکانیزم مخلوط بالاتر می باشد.
خصوصیات روغن ایده آل برای نورد سرد
موارد ذیل خصوصیات مطلوب برای یک روغن نورد سرد می باشد:
روغن باید دارای لزجت مناسب باشد تا نیروی نورد متناظر را ایجاد نماید به طوری که ورق روغنی با شکل رضایت بخش حاصل شود.
باید به راحتی قابل استفاده باشد چه به صورت خالص و چه به صورت امولسیون.
نباید به طور جدی باعث عدم انتقال گرما از غلتک و ورق به مایع خنک کننده گردد.
نباید به گونه ای باشد که تمیزکاری محفظه غلتک را مشکل سازد.
روغن باید پایدار باشد.
مایع روغنکاری باید به گونه ای باشد که درجه محافظت لازم را برای زنگ زدگی ایجاد نماید.
روغن باید به راحتی قابل برطرف نمودن از روی ورق روغنی بعد از فرایند باشد.
روغن نباید سمی بوده و موجب امراض پوستی گردد.
با توجه به موارد استفاده آن باید قیمت مناسبی داشته باشد.
میزان لزجتی که یک روغن نورد ایجاد می کند عموما به وسیله ضریب اصطکاک موثری که در ناحیه نورد به وجود می آورد تشخیص داده می شود. در اوایل تصور می شد که هرچه میزان ضریب اصطکاک به مقدار حداقل لازم برای نورد نزدیک تر باشد بهتر است ولی کاهش ضریب اصطکاک تا این حد از نظر شکل حاصله برای ورق مطلوب نمی باشد.
لزجت بهینه لزجتی است که نیروی نورد متناظر با آن یک ورق صاف و تخت را تولید نماید. موثر بودن یک روغن بدین معناست که روغن قبل از ورود ورق به داخل ناحیه نورد باید سطوح ورق و غلتک را بپوشاند. اگرچه روغن های جامد به صورت آزمایشی مورد استفاده قرار گرفته اند ولی استفاده این گونه روغن ها در غلتک های با سرعت بالا غیر ممکن می باشد و به همین دلیل تمام روغن ها به صورت مایع مورد استفاده قرار می گیرند. نقطه ذوب روغن نباید بالا باشد چراکه در غیر این صورت در خنک کاری غلتک ها موثر نمی باشد.
نحوه اعمال روغن در حالتی که امولسیون نمی باشد از طریق پاشش بخار آن بر روی غلتک ها و یا ورق می باشد. اکثرا روغن ها به صورت امولسیون آبی با غلظت 3 تا 15 درصد مورد استفاده قرار می گیرند. روغن ایده آل روغنی است که بدون استفاده از مقدار قابل توجهی امولسیون کننده در آب به خوبی پراکنده گردد زیرا امولسیون کننده در حکم پاک کننده ای برای ورق و غلتک می باشد که سعی دارد روغن را از روی آن پاک نماید.
در حقیقت فیلم روغن بر روی غلتک و ورق روغنی با کاهش ضریب انتقال حرارت بر روی سطوح در حکم یک عایق می باشند. این خصوصیت باید تا حد ممکن پایین نگه داشته شود تا خنک کاری غلتک ها و ورق رضایت بخش باشد.
در حال حاضر بیشتر روغن های نورد به عنوان محصولات اختصاصی فروخته می شوند و فرمول های روغن ها به منزله اسرار هر شرکت تولیدکننده می باشد. به خاطر نوسانات زیاد قیمت اجزای تشکیل دهنده روغن، تولیدکننده ها تغییرات کمی در فرمول روغن ها ایجاد می کنند. در نتیجه عملرکد نورد این گونه روغن ها میل به ناپایدار بودن دارد. بنابراین یک روغن ایده آل روغنی است که یک عملکرد ثابت را از خود نشان دهد.
به خاطر فشارهای زیادی که بین غلتک و ورق وجود دارد، یک لایه از روغن پس از خروج از ورق روغنی از ناحیه کاری بر روی آن باقی می ماند که این لایه روغن در به تاخیر انداختن زنگ زدگی ورق مناسب می باشد. هرچند قبل از اینکه عملیات دیگری بر روی ورق صورت پذیرد این فیلم روغن باید زدوده شود.
در مورد تهیه ورق این کار به آسانی با تبخیر روغن از روی سطح ورق در طی عملیات بازپخت صورت می پذیرد. اما در مورد تهیه ورق های بسیار نازک، زدودن روغن عموما به وسیله عملیات الکترولیتی در تانک های تمیزسازی صورت می پذیرد. در اولی نباید هیچ گونه ترکیب کربنی یا پسماندی بر روی ورق باقی بماند و در دومی روغن باید به طور کامل از روی ورق زدوده شود به گونه ای که اگر این ورق در آب فرو برده شود تمام سطح آن تر گردد.
روغن نورد از نقطه نظر بهداشتی و ایمنی نیز باید قابل قبول باشد. روغن نباید سمی بوده و بخار آن برای سلامتی مضر باشد. همچنین روغن نورد نباید محیط مناسبی برای کشت و رشد باکتری باشد در غیر این صورت موجب بیماری های پوستی خواهد شد. در عین حال روغن نباید خاصیت ترشیدگی یا دیگر خصوصیات آزار دهنده داشته باشد. به این دلایل روغن های نورد اغلب دارای مواد ضد اکسید و باکتری کش می باشند.
نرخ مصرف روغن نورد بستگی به روش پاشش روغن و ضخامت ورق نورد شده دارد اما معمولا این مقدار بین 3 تا 8 پوند بر واحد تن ورق می باشد. بنابراین از نقطه نظر تولید و کاهش قیمت محصول استفاده از روغن های ارزان مطلوب می باشد.
روش های استعمال روغن نورد
به طور کلی روغن های نورد به دو گونه مورد استعمال قرار می گیرند:
سیستم پاشش مستقیم
سیستم پاشش مدار بسته
در روش اول امولسیون با غلظت بالا مستقیما به روی ورق پاشیده می شود. روغن به میزان حداقلی که برای روغنکاری لازم است مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش روغن ممکن است با استفاده از وسایل خاصی اتمیزه یا بخار گردد. در نورد ورق نازک و ورق گالوانیزه با وجود مصرف نسبتا زیاد روغن بر واحد تن ورق، به خاطر چربی نسبتا زیاد ایجاد شده و همچنین لزوم تثبیت کیفیت سطح ورق روغنی ، از این روش استفاده می گردد. کیفیت سطح تاثیر زیادی بر قیمت ورق روغنی در بازار خواهد داشت. در این روش آب خنک کننده از طریق خط جداگانه ای بر روی غلتک ها پاشیده می شود. روغن بعد از جدا شدن از آب بیشتر به قفسه های اولیه نورد تاندم فرستاده می شود.
از طرف دیگر در روش دوم امولسیونی با غلظت پایین بر روی غلتک ها و همچنین ناحیه تماس پاشیده می شود که این امولسیون هم وظیفه روغنکاری و هم وظیفه خنک کاری غلتک ها را بر عهده دارد. در این روش از روغن های معدنی، حیوانی و استرهای ترکیبی استفاده می شود.
مساله ای که در این روش باید مورد توجه قرار گیرد این است که برای امولسیونی که به مدت زیادی مورد استفاده قرار می گیرد نباید با ثابت نگه داشتن غلظت و امولسیون سازی در مخزن امولسیون را به اصطلاح پیر ساخت.
با این حال روش سومی وجود دارد که به نظر می رسد با ترکیب کردن نقاط مثبت روش مستقیم و روش مدار بسته دارای چشم اندازی خوب برای ایجاد روان سازی مناسب؛ خنک کاری بالا و مصرف کم باشد. این روش ، روش هیبرید نامیده می شود. این سیستم از یک خط هیبرید تشکیل شده است. لازم به ذکر است که در مخزن مخلوط کننده مقدار کمی روغن خالص افزوده شده تا امولسیون غلیظ تر گردد و این امولسیون به روی ورق یا ناحیه نورد پاشیده می شود تا روغنکاری به خوبی صورت پذیرد.
معیاری برای ارزیابی روغن ها
با توجه به مباحث ذکر شده مشخص می باشد که روغن نورد باید دارای کیفیت های خاصی باشد تا فرایند نورد ورق روغنی و فرایندهای پس از آن را تسهیل نماید. بررسی هر روغنی براساس این کیفیت ها صورت می پذیرد. اگر روغنی براساس معیاری غیر از این معیارها انتخاب گردد ممکن است مسائلی پیش آید. برای مثال اگر روغنی براساس خاصیت روانسازی خوبی که در ناحیه نورد ایجاد می کند انتخاب شود، این روغن ممکن است نتواند لزجت خود را برای یک مدت طولانی در حالت امولسیون حفظ نماید و یا بعد از نورد به راحتی از روی ورق برداشته شود بنابراین برای تشخیص شایستگی یک روغن باید معیارهای زیر در نظر گرفته شود.
میزان روانسازی که در ناحیه نورد ایجاد می نماید
خصوصیت لزجت روغن چگونه تحت تاثیر شرایط فیزیکی ناشی از فرایند نورد قرار می گیرد.
پایداری امولسیون آبی یک روغن و فاکتورهایی که بر آن تاثیر می گذارد
روغن به آسانی از روی ورق پاک می شود یا نه؟
روغن به چه میزان از ورق در مقابل زنگ زدگی و خوردگی ورق روغنی محافظت می نماید
تمام معیارهای بالا ممکن است به صورت پارامترهای کمی بیان گردند. بعضی اوقات دسته بندی روغن ها فقط براساس تعدادی از معیارهای بالا صورت می پذیرد.
به دلیل مسائل اقتصادی ارزیابی روغن ها بر روی غلتک های واقعی صورت نمی پذیرد به دلیل آنکه ممکن است مقدار زیادی روغن مصرف شده و در نهایت مشخص گردد که آن روغن مناسب نمی باشد. به همین دلیل غلتک های آزمایشگاهی برای ارزیابی خصوصیات روغن های نورد مورد استفاده قرار می گیرند.
کاربرد ورق روغنی در صنعت
به دلیل ظاهر زیبا، این ورق عمدتا در کارهایی که نیاز به ظاهر زیبا دارند مورد استفاده قرار می گیرند. از کاربردهای ورق روغنی می توان به استفاده در مصالح ساختمانی، بدنه خودرو، لوازم خانگی، ساخت انواع قفسه و پانل ها اشاره کرد. همچنین بزرگ ترین مزیت این محصول مقاومت بالای آن می باشد که سبب کاربرد متنوع آن در صنعت می گردد.
ابعاد ورق روغنی موجود در بازار
ضخامت ورق روغنی در محدوده 3-0.3 میلی متر و عرض استاندارد آن در محدوده 125-100 میلی متر می باشد. همچنین این ورق ها را می توان در سه سایز و اندازه استاندار به صورت زیر دسته بندی کرد
1.1830 میلی متر
2.2440 میلی متر
3.3050 میلی متر
دسته بندی ورق روغنی بسته به آلیاژ مورد استفاده در ورق های روغنی به سه دسته
معمولی: st12
نیمه کشش: st13
فوق کشش: st14
تقسیم می شوند.
کارخانه های تولیدکننده ورق روغنی
ورق روغنی فولاد مبارکه
ورق روغنی هفت الماس
فولاد درخشان
فولاد غرب
قزاق
کره
چین
ایثار هند
نحوه تولید ورق روغنی
