ابزار کاربر

ابزار سایت


سیم_مفتول

مفتول فولادی

مفتول، محصولي نيمه‌تمام1 است كه از طريق نورد شمشال در كارخانه نورد مفتول، توليد شده و اساساً براي ساخت سيم،2 مورد استفاده قرار‌ مي‌گيرد. فولادي كه در ساخت مفتول به‌كار مي‌رود، توسط تمامي فرايندهاي فولادسازي نظير: كنورتر، كوره روباز3 و كوره قوس‌الكتريكي، تهيه مي‌‌شود.

مفتول فولادي، معمولاً به‌صورت سرد كشيده مي‌شود و از آن، انواع سيم تهيه مي‌شود. براي عمليات بعدي كشش، نورد سرد، كله‌زني‌سرد، اكستروژن سرد و آهنگري4 سرد يا گرم، مناسب است. گرچه ممكن است مفتول به چند شكل منظم توليد شود، اما اغلب به‌صورت مقطع گرد5 است. مفتول‌هاي گرد، معمولاً در قطره‌هاي 6/5 تا 7/18 ميلي‌متر (با تناوب 4/0 ميلي‌متر) توليد مي‌شوند. هنگامي كه مفتول از قسمت نورد خارج شد، به‌شكل كلاف درمي‌آيد.

ين كلاف‌‌ها، معمولاً قطر داخلي760 ميلي‌متر و وزني تا 200 كيلو‌گرم دارند. ابعاد و حداكثر وزن يك كلاف، توسط ظرفيت كارخانه نورد، تعيين مي‌شود. گاه با جوشكاري دو يا چند كلاف به يكديگر، وزن‌هاي بيشتري حاصل مي‌شود. حد مجاز استاندارد 4/0 ميلي‌متر در قطر و حداكثر 64/0 ميلي‌متر خارج از حد مدور بودن6 است.

توليد‌كنندگان مفتول، ممكن است محصول خود را به‌عنوان نورد‌شده7، تميز و پوشش‌داده شده8 و يا عمليات حرارتي شده9 عرضه‌كنند، اما معمولاً خريدار ترجيح مي‌دهد كه خود اين آماده‌سازي‌‌ها را انجام دهد (در بخش بعدي توضيح داده مي‌شود).

تميزكاري و پوشش‌دهي

پوسته نوردي10 از سطح مفتول فولادي، توسط اسيدشويي11 و سپس شستن با آب يا وسايل مكانيكي نظير، ساچمه‌زني12 با ذرات ساينده13 زدوده مي‌شود. همواره پس از تميزكاري شيميايي مفتول فولادي، يك عمليات تكميلي پوشش دهي نبز انجام مي‌شود.

از پوشش‌‌هاي آهكي، بوراكسي يا فسفاتي، به‌عنوان حاملي براي روانكاري14 مورد نياز در عمليات تبديل مفتول به سيم، استفاده مي‌شود. اين عمليات ممكن است بر اساس كاربرد‌هاي مورد نظر، متفاوت باشند. مقادير مختلف آهك روي مفتول، به درخواست و نياز مشتري، بستگي دارد.

براي مفتول‌هاي داراي پوشش فسفات، مي‌توان از پوشش كمكي و تكميلي آهك يا بوراكس و يا صابون‌‌هاي حلال در آب، استفاده كرد. مفتول‌هايي را كه از طريق مكانيكي پوسته‌زدايي شده‌اند، مي‌توان بدون پوشش و تنها با استفاده از صابون‌هاي كشش سيم، كشيد و يا با روشي مشابه تميزكاري شيميايي مفتول، پوشش‌دهي كرد.

عمليات حرارتي

عمليات حرارتي كه معمولاً قبل يا طي فرايند تبديل مفتول فولادي به سيم، انجام مي‌‌گيرند، شامل: بازپخت، بازپخت‌كروي‌ كردن، ظرفيت‌سازي پرليت و خنك‌كاري كنترل‌ شده است. عمليات بازپخت، معمولاً شامل گرم‌كردن تا دمايي نزديك يا كمتر از دماي بحراني پاييني و نگهداري در آن دما براي مدتي كافي و سپس خنك‌كاري آهسته است. اين فرايند باعث نرم شدن فولاد براي انجام عمليات بعدي مي‌شود، اما نه به اندازه‌اي كه بازپخت كروي‌كردن به‌دست مي‌دهد.

بازپخت كروي‌كردن، متضمن گرم كردن طولاني در دمايي نزديك يا كمي كمتر از دماي بحراني پاييني ـ يا چرخه حرارتي در نزديكي دماي بحراني پاييني ـ و سپس، خنك‌كاري آهسته است كه در آن، با تغيير شكل كاربيد‌ها در ساختار ميكروسكپي به شكل كروي، حداكثر نرمي به‌دست مي‌آيد.

ظرفيت‌سازي پرليت، نوعي عمليات حرارتي است كه معمولاً در مورد فولادهايي با متوسط كربن و پركربن، انجام مي‌گيرد. در اين فرايند، شاخه‌هاي تكي هر مفتول يا سيم، بخوبي تا بيش از دماي بحراني بالايي، گرم و سپس نسبتاً سريع، در هوا خنك مي‌شوند. هدف از اين عمليات، به‌دست‌آوردن ساختار ميكروسكوپي همگن از پرليت ظريف‌است و معمولاً براي آماده‌سازي كشش بعدي سيم انجام، مي‌گيرد.

خنک‌کاري کنترل‌شده، نوعي ديگر از عمليات حرارتي است که در کارخانه‌هاي مدرن فولادسازي، انجام مي‌شود. در اين روش، سرعت خنک‌کاري پس از نورد گرم، با دقت کنترل مي‌شود. اين فرايند باعث يکنواخت شدن خواص و کنترل مقدار پوسته، اندازه دانه‌ها و ساختار ميکروسکپي مفتول مي‌شود.

مفتول فولاد كربني

فولادهاي كربني، فولادهايي هستند كه مقدار ناچيزي كرم، نيكل، موليبدن، تنگستن، ‌واناديم، كبالت، نايوبيم، تيتانيم، زيركونيم، آلومينيم و يا عناصري ديگر كه به‌عنوان عناصر آلياژي شناخته مي‌شوند، به همراه خود دارند.

حداقل مقدار مس در اين فولادها نبايد از 4/0 درصد بيشتر شود و حداكثر مقدار منگنز نيز از 65/1 درصد و سيليسيم يا مس از 6/0 درصد، نبايد تجاوز كند. در تمام فولادهاي كربني، مقادير كمي عناصر‌باقيمانده17 اصلي نظير: گرم، نيكل، موليبدن و مس وجود دارد كه به‌صورتي اجتناب‌ناپذير، جزء مواد خام اوليه18 در فولاد باقي مي‌مانند.

گرچه مقدار اين عناصر جزئي است، اما محدوده مجاز آنها معمولاً براي محصول تمام شده خاص، مشخص مي‌شود.

مفتول‌هاي فولاد كربني در تركيبات و انواع مختلفي توليد مي‌شوند كه عبارتند از:

1 . مفتول‌هاي فولاد كم‌كربن (حداكثر مقدار كربن: 15/0< C)

2 . مفتول‌هاي فولاد متوسط كربن با حد پاييني كربن19 (23/0 >C> 15/0)

3 . مفتول‌هاي فولاد متوسط كربن با حد بالايي كربن20 (44/0 < C < 23/0)

4 . مفتول‌هاي پركربن (44/0 C >)

معمولاً مقادير گوگرد و فسفر براي هر نوع فولاد در حدي محدود نگهداشته مي‌شود، اما مقادير كربن، منگنز و سيلسيم، برطبق خواص مكانيكي مورد نياز، فرق مي‌كند. گاه، گوگرد يا فسفر نيز به‌منظور بهبود قابلتي ماشينكاري، به فولاد اضافه مي‌شود.

مفتول پر كربن و متوسط كربن با حد بالايي

اين نوع مفتول‌ها، پس از كشش و تبديل شدن به سيم، در مواردي نظير: بتن‌هاي پيش‌تنيده و يا سرندهاي داراي مش21 درشت، مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اين نوع سيم‌ها، معمولاً به‌طور مستقيم از مفتولي كه بر روي آن عمليات ظريف‌سازي و يا خشك‌كاري كنترل شده صورت گرفته است، كشيده مي‌شوند. وقتي كشش بر روي مفتول با قطر 2 تا 6/5 ميلي‌متر صورت مي‌گيرد، روش معمول آن‌است كه در حين فرايند و قبل از رسيدن به اندازه‌ نهايي، عمليات حرارتي بر ‌‌‌روي‌ آن انجام مي‌شود. از مفتول‌هاي پركربن و متوسط كربن با حد بالايي، براي ساخت سيم‌هاي با كيفيت بيشتر، نظير سيم‌ساز‌هاي موسيقي استفاده نمي‌شود.

مفتول براي كاربردهاي خاص

علاوه بر مفتول‌هاي فولاد كربني، مفتول‌هاي ديگري نيز توليد مي‌شوند كه هر يك داراي مشخصه‌هايي مورد نياز براي كاربردهاي خاص هستند. برخي از آنها، مطابق مشخصات استانداردهايي ويژه ساخته مي‌شوند و برخي ديگر، براساس توافق توليد‌كننده و مصرف‌كننده. شرايط نورد مفتول و كشش سيم براي استفاده در‌سازهاي موسيقي، بايد به‌گونه‌اي باشد كه عيوب، به‌حداقل ممكن برسند. عيوب سطحي، از مقاومت خستگي22 كه در بسياري محصولات ساخته‌شده از اين سيم‌ها مهم اهميت دارد، مي‌كاهند. عيوب داخلي، باعث مي‌شوند تا مفتول در شرايط كشش سرد براي رسيدن به سطوح بالاي استحكام و دانه‌بندي ظريف، مناسب نباشد.

مفتول لازم براي بتن پيش‌تنيده، مفتولي است‌كه براي فراهم‌آمدن مشخصه‌هاي مكانيكي، از فولادهاي گريد 40 يا 60 انتخاب مي‌شود. اين نوع مفتول، به شكل كلاف تهيه مي‌شود.23

تركيب شيميايي مفتول لازم براي تهيه سيم‌هاي تلفن و تلگراف، به‌گونه‌اي در‌نظر‌گرفته مي‌شود كه خواص مكانيكي و الكتريكي مورد نياز را تامين كند.

كنترل موارد ضروري براي مفتول فولاد كربني

تا اينجا، مسائل مربوط به تهيه و آزمايش مفتول براي مواردي متعدد ارائه شد. اكنون موارد ضروري عمومي مطرح مي‌شوند. ممكن است براي برخي كاربردها، يك يا چند نياز ويژه ديگر نيز وجود‌ داشته باشد.

1. آزمايش حكاكي در حد مشاهده چشمي

اين آزمايش، نوعي آزمايش حكاكي عميق براي تعيين ميزان عاري بودن درون محصول از عيوب و همگن بودن تركيب شيميايي آن است.

2. آزمايش شكست

در اين آزمايش، نمونه به‌ منظور تعيين درجه عاري بودن از عيوب و نيز همگني، شكسته شده و مورد آزمايش قرار مي‌گيرد.

3. اندازه دانه آستنيت

براي فولادهاي آرام در كاربردهايي كه شامل كربن‌زدايي با عمليات حرارتي مي‌شوند، مي‌توان اندازه دانه آستنيت را به‌عنوان دانه درشت (اندازه دانه 1 تا 5) يا دانه ريز (5 تا 8) تعيين كرد.24

4 . عمليات حرارتي

هنگامي‌كه به انجام عمليات حرارتي در محصول تمام‌ شده‌ نياز باشد، تمام روش‌هاي عملياتي حرارتي و خواص مكانيكي مورد نياز، بايد به‌وضوح مشخص شوند.

۵ . آزمايش آخال‌هاي غيرفلزي25

اين آزمايش، شامل آزمايشي ميكروسكپي از مقطع طولي مفتول براي تعيين نوع و دامنه پراكندگي آخال‌هاي غيرفلزي است. براي اين كار، معمولاً از روش B يا C در استاندارد ADTM E45 استفاده مي‌شود.

6 . محدوده كربن‌زدايي

تعيين اين محدوده، به هنگام نياز براي كاربردهاي خاص، صورت مي‌گيرد. نمونه، به‌گونه‌اي پرداخت مي‌شود كه تمام سطح مقطع آن - بدون اينكه لبه‌هاي گرد شده وجود داشته باشند - در يك صفحه واقع شود. اين نمونه، تحت آزمايش ميكروسكپي قرار مي‌گيرد و نتايج آن به واحد صدم‌ ميلي‌متر يا هزارم اينچ، گزارش مي‌شود. آزمايش، دربرگيرنده كل محيط است و نتايج بايد نشان‌دهنده مقدار مزيت آزاد و كل عمق كربن‌زدايي باشد. جزئيات بيشتر اين روش ميكروسكپي در استاندارد SAE J419 ارائه شده است.

حالت خنك‌كاري كنترل شده

خواص مكانيكي مفتول فولاد كربني

در كارخانه‌هاي نورد قديمي كه مفتول درحالت گرم، كلاف‌پيچ مي‌شود، به‌دليل تاثير سرعت‌هاي خنك‌كاري مختلف از مركز به سمت محيط كلاف، تغييرات قابل‌توجهي در هر كلاف وجود دارد. به همين دليل، مفتولي كه صرفاً نورد گرم شده باشد، فاقد خواص مكانيكي ويژه است. اين خواص، براي يك نوع فولاد خاص از يك كارخانه نورد تا كارخانه‌اي ديگر تفاوت مي‌‌كند و تحت‌تاثير نوع فولاد و نوع كارخانه نورد، قرار دارد.

در كارخانه‌هاي مدرن نورد مفتول كه به تسهيلات خنك‌كاري كنترل شده مجهز هستند، اختلاف خواص در كلاف فولادي، به حداقل خود‌ رسانده شده‌است. در اين كارخانه‌ها، مواردي نظير: دماي نهايي مفتول، خنك‌كاري با آب، خنك‌كاري با هوا و سرعت نقاله، به‌منظور تهيه مفتولي با مقدار پوسته معين و ساختار ميكروسكپي از قبل تعيين شده، موازنه مي‌شوند.

تاثير ساختار، به‌طور مستقيم در خواص مكانيكي متجلي مي‌شود و امكان كشش مستقيم مفتول را براي اغلب كاربردهاي مورد نياز، فراهم مي‌سازد. منشاء اصلي اختلاف دروني خواص كلاف در كارخانه‌هاي مدرن نورد، همپوشاني26 حلقه‌هاي كلاف بر نقاله است. اين مناطق همپوشان، نسبت به قسمت‌هاي ديگر حلقه‌ها، با سرعت كمتري خنك مي‌شوند.

مقادير ارائه شده، مختص نورد مفتول‌هايي است كه بر‌روي آنها، خنك‌كاري كامل در هوا صورت گرفته است. مقادير استحكام كششي براي مفتول‌هاي داراي قطر بزرگتر، كمتر است و تقريباً در هر 4/0 ميلي‌متر افزايش قطر، به اندازه kg/mm2 19/0 كاهش مي‌يابد. آناليز مشابه مفتول‌هاي نورد شده در كارخانه‌هاي قديمي فاقد خنك‌كاري با هوا - كه در آنها مفتول در حالت گرم كلاف‌پيچ مي‌شود - استحكام كششي كمتري را به‌دست داده‌است. مقادير مورد انتظار براي مفتول فولاد پركربن و متوسط كربن با حد بالايي و قطر 6/5 ميلي‌متر را نشان مي‌دهد كه در كارخانه‌اي با سيستم خنك‌كاري كنترل شده، توليد شده است. ساختار ميكروسكپي چنين مفتولي، نشان‌دهنده آن ‌‌است كه از طريق ظريف‌سازي پرليت به‌دست آمده‌است. معمولاً، استحكام مفتول‌هايي كه‌در آنها، عمليات‌ظريف‌سازي پرليت در هوا يا سرب انجام مي‌شود، افت مي‌كند. اغلب سيم‌هاي فولاد پركربن بدون عمليات قبلي ظريف‌سازي پرليت، از چنين مفتول‌هايي كششيده مي‌شوند. استحكام كششي براي قطرهاي بزرگتر، براي هر 4/0 ميلي‌متر افزايش قطر، به‌طور متوسط kg/mm2 52/0 كاهش مي‌يابد. در روش خنك‌كاري كنترل شده، مي‌توان با استفاده از عناصر آلياژي در حد بسيار كم، استحكام بيشتري در مفتول‌هاي پركربن به‌دست آورد. در به‌كارگيري اين روش‌ها، بايد نهايد دقت را به‌عمل آورد زيرا ممكن است بر‌روي ديگر خواص آنها نظير: انعطاف‌پذيري و داوم27 تاثير بگذارند.

مفتول فولاد آلياژي

فولادهاي آلياژي، فولادهايي هستند كه حداكثر مقدار منگنز در آنها از 65/1 درصد و حداكثر مقدار سيليسيم يا مس آنها از 6/0 درصد تجاوز نكند و يا داراي حداقل مشخصي از ديگر عناصر آلياژي كه به منظور دست‌يابي به خواص معين به آنها اضافه مي‌شود، باشند.

كنترل كيفيت در مفتول‌هاي فولاد آلياژي

1. شرايط سطحي ويژه

اين شرايط، باعث مي‌شوند تا محصول، داراي حداقل ميزان و دامنه پراكندگي عيوب باشد.

2. محدوده كربن‌زدايي

حد كربن‌زدايي را مي‌توان براي كاربردهاي خاص، تعيين كرد. در جدول3 مثالي در مورد مفتول فولاد آلياژي براي كارهاي كله‌زني، آهنگري، دنده‌زني و اكستروژن، ارائه شده‌است.

اگر محدوده‌هاي كربن‌زدايي كمتري نسبت به آنچه در جدول 3 ارائه شده‌ است. براي محصولات تمام شده مورد نياز باشد، يكي كردن وسايل براي كنترل مقدار كربن در فرايند ساخت، ضروري است. در برخي كاربردها، توليد‌كننده مي‌تواند اين‌ امر را در عمليات حرارتي حين نورد، انجام دهد. روش اندازه‌گيري كربن‌زدايي، همان است كه براي مفتول‌هاي فولاد كربني بيان شد.

3. عمليات حرارتي

هنگامي كه قرار است محصول تمام شده، عمليات حرارتي شود، خواص مكانيكي و عمليات حرارتي بايد كاملاً مشخص و تعريف شده باشند.

4. سختي‌پذيري28

اين مرود ضروري براي فولاد، با علامت H نشان داده‌ مي‌شود و محدوده‌هاي سختي‌پذيري آن معلوم مي‌‌شود.

5. اندازه دانه آستنيت

بسياري از فولادهاي آلياژي، با استفاده از عمليات ظريف‌كردن دانه29 تهيه مي‌شوند. فولاد داراي دانه‌بندي ريز در قطعات كربن‌دهي شده - بويژه هنگامي‌كه‌ به سرد كردن سريع و مستقيم نياز است - مورد استفاده قرار مي‌گيرد زيرا در مقايسه با فولادهاي دانه درشت، حساسيت كمتري نسبت به تغييرات ناشي از عمليات حرارتي، نشان مي‌دهد. فولادهاي دانه‌درشت، عمق سختي‌پذيري بيشتري دارند و معمولاً قابليت ماشين‌كاري آنها بهتر است. مطابق با استاندارد ASTM E112 دو نوع دانه‌بندي در مورد آستينت وجود دارد:

5 تا 8 : دانه ريز 1 تا 5: دانه درشت

6. آزمايش آخال‌هاي غيرفلزي

روش معمول اين است كه اين آزمايش‌  ـ در صورت تعيين نياز - بر‌روي شمشال انجام گيرد. نمونه‌هاي آماده و پرداخت شده، مورد آزمايش ميكروسكپي قرار‌مي‌گيرند. در هر مورد، محل نمونه‌گيري، تعدد آزمايش‌ها و محدوده مورد قبول بايد تعيين شود. روش‌هاي اين آزمايش، در استاندارد ASTM E45 تشريح شده‌اند.

7. بازرسي توسط روش ذرات مغناطيسي30

در اين زمينه، معمولاً توليد‌كننده، محصول را در شكل نيمه‌تمام نظير: شمشال، در معرض بازرسي قرار مي‌دهد. براي اطمينان از تطبيق شرايط بازرسي، نمونه‌هايي از شمشال، ماشينكاري شده و مورد استفاده قرار مي‌گيرند. روش بازرسي، شامل مغناطيسي‌كردن مناسب فولاد و بكارگيري نوعي پودر مغناطيسي آماده (خشك يا محلول در مايعي مناسب) است به نحوي كه در طول خطوطي كه روانساز31 نشت مي‌كند، به فولاد بچسبد.

در فولادهايي كه بخوبي مغناطيسي شده‌ باشند، نشت روانساز در طول ناپيوستگي‌هاي سطحي يا زير سطحي، گسترش مي‌يابد. نتايج بازرسي تحت‌تاثير درجه مغناطيسي شدن، روش بازرسي سطحي، روش و توالي مغناطيسي كردن و به‌كارگيري پودر و تغيير نتايج، متفاوت است.

8. آزمايش حكاكي در حد مشاهده چشمي

براي ارزيابي همگني مفتول فولاد آلياژي و عاري بودن آن از عيوب داخلي، مي‌تواني مقطعي مناسب و آماده شده از محصول را پس از فرو‌ بردن در محلول اسيد گرم، با چشم غيرمسلح بررسي كرد. معمولاً براي انجام اين كار، از محصول اسيد هيدروكلريدريك استفاده مي‌شود.

برای مطالعه بیشتر:

سیم مفتول گالوانیزه

سیم مفتول و وایر

سیم_مفتول.txt · آخرین ویرایش: 2017/01/30 08:51 توسط maleki