صفر تا صد ساخت و روش تولید میلگرد

میلگرد (Rebar) تقریباً جزو جدایی ناپذیر در بیشتر سازه های بتنی است. این واژه کوتاه شده عبارت میله تقویت کننده (reinforcement bar) است و به میله های فولادی اطلاق می شود که در داخل بتن یا آجر تعبیه شده اند و کمک می کند تا آن ها شکل خود را حفظ کنند.

این کار برای اطمینان از ایمنی و دوام سازه ها که برای سالها مورد استفاده قرار خواهند گرفت یا در سرویس خواهند بود، ضروری است.

از روش تولید میلگرد چه اطلاعاتی دارید؟

بدون میلگردها، انبساط و انقباض طبیعی بتن باعث گسترش نواحی ضعیف می شود که در نهایت در دراز مدت باعث تخریب سازه خواهد شد.

میلگرد به طور معمول از فولاد کربنی تشکیل شده است، زیرا این ماده پیوند قوی تر و مقاومت در برابر کشش را فراهم می کند. اگرچه بتن یک ماده انعطاف پذیر است که می تواند مقدار قابل توجهی از وزن را تحمل کند، اما ظرفیت تحمل بار آن پایین بوده و فاقد مقاومت کششی است و ممکن است انبساط بتن منجر به عدم تخریب سازه شود.

هدف از میلگرد کمک به اصلاح این عدم تعادل است.

آیا تا به حال به نحوه ساخت و روش تولید میلگرد توجه کرده اید؟

میلگرد چگونه و با چه روشی تولید می شود؟ شرکت های بسیاری وجود دارند که در ساخت میلگرد تخصص دارند و دلیل خوبی برای کار خود دارند، زیرا میلگرد یکی از محصولاتی است که همیشه تقاضای زیادی دارد.

هر جا که نیاز به فولاد تقویت شده (میلگرد) باشد (هر پروژه تجاری که تصور کنید) از میلگرد استفاده می شود.

برای نشان دادن میزان اطمینان به میلگردها، شاید تعجب کنید اگر بدانید که بیش از ۱۵۰ سال است که توسط سازندگان استفاده می شود. در ابتدا یک راهنمای سریع برای چگونگی روش تولید میلگرد و نحوه تبدیل شدن آن به یک محصول نهایی را آورده ایم که برای ساخت طیف متنوعی از ساختارها استفاده می شود و در ادامه به بررسی بیشتر روش تولید میلگرد خواهیم پرداخت.

مطالب مرتبط : قیمت میلگرد آجدار

میلگرد چگونه ساخته می شود؟

فولاد (کربنی یا آلیاژی) ذوب شده و به شکل مایع در می آید، که برای رسیدن به آن به مقدار زیادی گرما نیاز است. پس از ذوب شدن، فولاد مایع از طریق دهانه های گرد کوچک کشیده می شود تا شکل میلگرد به خود بگیرد.

در حالی که فولاد پرداخته نشده ارزانترین نوع میلگرد موجود است، بعضی از مشاغل به فولاد ضد زنگ یا فولاد ضد زنگ با روکش اپوکسی نیاز دارند.

دلیل این امر این است که زنگ زدگی می تواند در اثر قرار گرفتن طولانی مدت میلگرد در معرض آب نمک ایجاد شود، که در نهایت منجر به تجمع فشار داخلی شده که می تواند باعث ترک خوردن فرم بتن شود. از آنجا که این یک انتخاب سودآور یا ایمن در طولانی مدت نیست، بیشتر توسعه دهندگان خرید مواد با گرید بالاتر را ترجیح می دهند.

هنگامی که فولاد به درستی شکل گرفت، سازنده پیچ ها و شیارهای موجود بر روی فلز را ایجاد می کند تا اطمینان حاصل کند که در ساختار سازگار است.

از آنجا که میلگردها هنگام نصب بسیار خطرناک هستند، انتهای آنها اغلب با درپوش پلاستیکی پوشانده می شود تا از آسیب تصادفی کارگران ساختمانی جلوگیری کنند. میلگرد اغلب مستقیماً از سازنده به محل کار توزیع می شود. پس از ورود به سایت، محصول باید به مشخصات مناسب خم شود. این کار با خم کن های مخصوص هیدرولیک و برش انجام می شود.

فقط انواع خاصی از میلگردها قابل جوشکاری هستند، به همین دلیل بسیاری از شرکت های ساختمانی با استفاده از سیم و اتصالات کوپلینگ به انتهای یکدیگر آنها را به صورت یکپارچه در می آورند. رایج ترین نوع میلگرد از فولاد کربنی است که به طور معمول از میله های گرد نورد گرم با الگوهای با قابلیت تغییر شکل ساخته می شود.

انواع دیگر موجود در بازار شامل فولاد ضد زنگ و میله های کامپوزیتی ساخته شده از الیاف شیشه، الیاف کربن یا الیاف بازالت است.

میلگرد همچنین ممکن است در یک رزین اپوکسی پوشش داده شود که برای مقاومت در برابر حملات خوردگی بیشتر در محیط های آب شور، همچنین سازه های درون زمین طراحی شده است.

روش های تولید میلگرد

رایج ترین فرآیندهایی که روی فولاهای تقویت کننده به عنوان مثال میلگردها انجام می شود در شکل زیر آورده شده است.

• فولادسازی (Steelmaking)
• فرآیند تصفیه پاتیل (Ladle refining)
• ریخته گری مداوم (Continuous casting)
• نورد گرم (Hot rolling)
• فرآیند سردکاری (Cold processing)
• فرآینذ کلاف بازکنی (Decoiling)
• ساخت (Fabrication)
• تولید نمونه جوشکاری شده (Manufacture of welded fabric)

فولادسازی، اولین مرحله در روش تولید میلگرد

دو فرایند ساخت فولاد رایج برای تقویت فولادها وجود دارد؛ ساخت فولاد بر پایه احیای اکسیژن (BOS) و متداول ترین آنها ساخت فولاد در کوره قوس الکتریکی (EAF). در فرآیند BOS، آهن مذاب ابتدا با ذوب سنگ آهن در کوره بلند تولید می شود.

سپس این آهن خام به یک ظرف سازنده فولاد به نام کنورتور منتقل می شود. مقداری فولاد ضایعات (تا ۳۰٪ شارژ) نیز ممکن است اضافه شود. اکسیژن با سرعت بالا سپس در آهن مذاب دمیده می شود و به دلیل یک فرآیند اکسیداسیون، گرما تولید می کند. عناصر ناخالصی حذف شده و آهن به صورت فولاد تصفیه می شود.

مطالب مرتبط : قیمت میلگرد ساده

فرآیند BOS به سطح بالایی از سرمایه گذاری نیاز دارد و بنابراین این نوع فولادسازی به طور کلی توسط تولید کنندگان بزرگ فولاد استفاده می شود. ساخت فولاد فرآیند EAF به طور معمول از ضایعات فلزی ۱۰۰٪ به عنوان ماده اولیه استفاده می کند، اگرچه ممکن است از مواد دیگری نیز استفاده شود.

مواد اولیه کوره مانند قراضه در کوره شارژ می شود و گرما با استفاده از تخلیه الکتریکی از الکترودهای کربن اعمال می شود ، در نهایت قراضه ذوب می شود. در حالی که تصفیه کمی از فولاد در کوره EAF رخ می دهد، عملیات روی پاتیل به عنوان فرآیند بعدی اغلب استفاده می شود.

یک کوره EAF به طور کلی سالانه ۰٫۵ تا ۱٫۰ میلیون تن تولید می کند و این برای عملیات ساخت فولاد در مقیاس کوچکتر ایده آل است که معمولاً در روش تولید میلگرد ها استفاده می شود. به طور معمول یک کارگاه مذاب EAF با یک فرآیند نورد در ارتباط است و در تولید محصولات "طویل" مانند میله های تقویت کننده (میلگردها) مورد استفاده قرار می گیرد.

از چنین پیکربندی معمولاً به عنوان مینی آسیاب (mini-mill) یاد می شود. بیشترمیلگردها با استاندارد BS4449 در کارخانه های مینی آسیاب تولید می شود و این میلگردها ، که اغلب از مواد ۱۰۰٪ بازیافتی تولید می شوند، می تواند یک مزیت زیست محیطی قابل توجه ایجاد کند. تفاوت اصلی بین فولادها از مسیرهای فرآیند BOS و EAF به دلیل مواد اولیه است.

فولاد EAF که از قراضه ۱۰۰٪ تولید می شود، در مقایسه با فولادهای BOS حاوی مقادیر بیشتری از عناصر باقیمانده (ناخالصی) مانند مس، نیکل و قلع است. به دلیل اثر تصفیه اکسیژن در آهن ذوب شده، فولادهای BOS به طور معمول دارای مقادیر کمتری از گوگرد، فسفر و نیتروژن هستند. آنالیزهای معمول فولادها از دو مسیر در جدول زیر آورده شده است.

آنالیز عنصری (درصد وزنی) میلگردهای تولید شده به روش BOS و EAF در هر دو فرآیند، کربن، منگنز و سیلیکون افزودنی های آلیاژی کنترل کننده هستند.

عناصر دیگر به عنوان ناخالصی وجود دارند که می توانند تأثیر قابل توجهی بر خصوصیات نهایی فولاد داشته باشند، لذا با توجه به نقش هر عنصر در خواص نهابی آلیاژ میتوان ادعا کرد که ترکیب میلگرد بر قیمت میلگرد موثر خواهد بود.

استحکام

فولاد EAF نسبت به فولاد BOS مستحکم تر بوده و انعطاف پذیری بیشتری دارد.

قابلیت جوشکاری

مقادیر زیاد عناصر باقیمانده، به ویژه مس، می تواند باعث ایجاد مشکل در جوشکاری شود، اگرچه این مسئله در فولادهای EAF یافت می شود، مشکلی ندارد.

قابلیت انعطاف پذیری

مقادیر زیاد نیتروژن می تواند قابلیت خم شدن را کاهش دهد، به دلیل اثری به نام پیرسازی کرنشی (strain ageing). به همین دلیل، سطح نیتروژن در استاندارد BS4449 به حداکثر ۰٫۰۱۲٪ از نظر وزنی محدود می شود و تست ریبند (Rebend) در استاندارد گنجانده شده است.

ریخته گری

بر اساس روش سنتی، فولاد پس از ذوب شدن و تلخیص به منظور انجماد در قالب های شمش ریخته می شود. سپس این قالب ها برداشته شده و فولاد منجمد شده حداقل در دو مرحله ( ابتدا برای تبدیل به شمش، سپس به محصول نهایی) برای فرآیند نورد انتقال داده می شود.

مطالب مرتبط : قیمت میلگرد کلاف ساده

به دلیل تفکیک ناخالصی ها روی شمش، که قبل از پردازش بیشتر باید از بین برده شوند، افت قابل توجهی در عملکرد رخ داده و این فرآیند نسبتاً ناکارآمد قلمداد می شود.

در نتیجه، بیشتر میلگردها اکنون با استفاده از فرآیند ریخته گری مداوم تولید می شوند. فولاد به یک قالب آب سرد، به طور معمول با سطح مربع شکل، ریخته می شود و محصول نیمه جامد در یک عملیات مداوم از پایین خارج می شود.

این فولاد مستقیماً به داخل شمش ریخته می شود تا مستقیماً با انجام نورد به محصول نهایی تبدیل شود، و حاوی نقص نهایی مربوط به ریخته گری شمش نیست.

بنابراین این فرآیند اقتصادی تر است و از مزایای کیفی در مقایسه با ریخته گری شمش به روش سنتی برخوردار است. ریخته گری پیوسته در روش تولید میلگرد

نورد گرم میلگرد

از هر فرآیند ریخته گری که استفاده شود، محصول ریخته گری شده همیشه دارای نقص هایی مانند ترک های داخلی، تخلخل و نابجایی است که در نتیجه فرآیند انجماد روی می دهد. بنابراین تمام میلگردها برای استحکام بخشی محصول و همچنین تغییر شکل، تحت یک عملیات نورد گرم قرار می گیرند.

کاهش سطح مقطع از شمش ورودی به میله تمام شده باید برای جوش خوردن هرگونه نقص داخلی و بهبود همگنی در محصول کافی باشد. در فرآیند نورد گرم، شمش ریخته گری مجدداً با دمای ۱۱۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد گرم می شود و سپس از طریق دستگاه نورد سطح مقطع آن کاهش می یابد.

دستگاه نورد از یک سری پایه تشکیل شده است که هر کدام از آنها دو رول استوانه ای دارند که شیارها درون آنها بریده می شود تا مواد در حال نورد را در خود جای دهد. اندازه شیارها به تدریج از طریق نورد کاهش می یابد، به طوری که سطح مقطع محصول به طور مداوم هنگام نورد کاهش پیدا می کند.

نورد گرم یک فرآیند حجم ثابت است، به طوری که با کاهش سطح مقطع محصول طویل تر می شود.

در پایان نورد، محصول به طول مورد نیاز برش داده می شود.

دستگاه های نورد مدرن دارای فرآیندهای خودکار، با کنترل فرآیند پیچیده و سرعت بالای تبدیل به محصول نهایی هستند.

کنترل روند نورد برای اطمینان از ثبات و پایداری شکل محصول، که برای عملکرد خمش ثابت در ساخت مهم است، امری حیاتی است. تلرانس به طور معمول تا حد بسیار نزدیک ۴٫۵ ± (به صورت مجاز در استاندارد BS 4449)کنترل می شود و به دو دلیل کیفیت و حساسیت تجاری مهم است.

مشخصات آخرین دنده میله / سیم پیچ در آخرین مرحله عملیات نورد گرم بر روی فولاد حک می شود.

فولاد داغ در فرآیند نورد به درون شیارهای رول ریخته می شود و دنده های عرضی روی میلگرد را تشکیل می دهد. به همین ترتیب، نقاط و خطوط مارک CARES با برش علامت های بین شکاف ها، که در آن فولاد جاری می شود، تولید شده و در میله نهایی، علائم برجسته ایجاد می شود.

سایر مطالب مفید : قیمت ورق سیاه

در حال حاضر دو روش معمول برای دستیابی به خواص مکانیکی مورد نیاز در میله های نورد گرم وجود دارد. عملیات حرارتی در مسیر فرآیند (in-line heat treatment) و استفاده از مواد افزودنی میکرو-آلیاژی. از عملیات حرارتی در مسیر فرآیند گاهی اوقات به عنوان کوئنچ و فرآیند خود-تمپری Quench and Self Tempering (QST) یاد می شود.

در این فرآیند، اسپری های فشار آب با خارج شدن از دستگاه نورد به سطح میلگرد هدایت می شوند. مدت زمان کوتاه کوئنچ، فقط سطح میلگرد را به یک فازسخت متالورژیکی تبدیل می کند، در حالی که در مرکز میله هیچ تغییر فازی رخ نمی دهد. پس از خروج از مرحله کوئنچ، هسته به آرامی سرد شده و به یک فاز متالورژیکی نرم و چقرمه تبدیل می شود.

گرمای منتشر شده از هسته، فاز سخت سطح را تمپر می کند. نتیجه یک هسته قابل انعطاف نسبتاً نرم، با یک لایه سطحی مستحکم است. بنابراین خواص میلگرد مورد نظر را فراهم می کند. QST مشخصات سختی نمونه ای از چنین میله ای در شکل زیر نشان داده شده است.

از زمان معرفی آن، فرآیند QST به متداول ترین روش تولید میلگرد نورد گرم تبدیل شده است، دلیل اصلی آن هزینه زیاد و اغلب متغیر عناصر آلیاژی مورد استفاده در فرآیند میکرو-آلیاژی (micro-alloying) است. در فرآیند میکروآلیاژکردن، استحکام با افزودن مقدار کمی عناصر آلیاژی خاص، که تأثیر زیادی بر مقاومت میله نورد شده دارند، حاصل می شود.

رایج ترین عنصر مورد استفاده وانادیوم است. با خنک شدن از دمای نورد گرم، ذرات کوچک نیترید وانادیوم درون فولاد تشکیل می شود.

این ذرات با اندازه نانومتری، اثر تقویت کننده قابل توجهی در فولاد ایجاد می کنند. افزودن وانادیوم تنها به میزان ۰٫۰۵-۰٫۱٪ از نظر وزنی می تواند استحکام تسلیم میلگرد را ۱۰۰ MPa افزایش دهد. بر خلاف میلگرد QST، ویژگی های میکرو آلیاژکردن سطح مقطع نسبتاً همگن است.

فرآیندهای سرد در روش ساخت و تولید میلگرد

علاوه بر فرآیندهایی که در بالا توضیح داده شد، فولادهای تقویت کننده ای نیز وجود دارند که در آنها خصوصیات با فرآیند سرد حاصل می شود.

دو روشی که معمولاً استفاده می شود نورد سرد و کشش سرد است. مواد اولیه برای هر دو فرآیند یک میله نورد گرم با مقطع گرد است.

در نورد سرد، به طور معمول برای تولید میله های کویل با قطر ۱۲ میلی متر و کمتر استفاده می شود و میله با عبور از یک سری رول تغییر شکل می یابد.

مواد به شکاف بین رول ها تحت فشار قرار گرفته و بنابراین فشرده می شوند. همانند روند نورد گرم، رول ها دارای شیار هستند. به طور معمول سه ردیف دنده روی سیم نورد سرد تشکیل می شود.

توجه به این نکته مهم است که سیم نورد سرد شکل پذیری کمتری نسبت به میله های نورد گرم دارد، اما دارای مزایای کنترل برش خوب و ارائه کویل و در نتیجه پردازش خودکار بهبود یافته است.

در طراحی، میله نورد گرم از طریق یک سری قالب های کاربید در اثر کاهش مقطع کشیده می شود.

سیم حاصل دارای یک مقطع ساده گرد است. از آنجا که استحکام با استفاده از تغییر شکل سرد حاصل می شود، این فولادها دارای شکل پذیری نسبتاً کمی نیز هستند.

سایر مطالب مفید : قیمت ورق سیاه 2 میل