طراحی و تولید ورق‌های مخازن CNG خودرویی در فولاد مبارکه

معاون بهره‌برداری ضمن اعلام خبر فوق افزود: تولید گریدهای ویژه با وجود همه ملاحظاتی که در زمینه طراحی و تولید دارند از اهداف استراتژیک فولاد مبارکه است و به این منظور در حوزه‌های مختلف، نیاز مشتریان شناسایی می‌شود و از حداکثر توانمندی‌های موجود برای رفع این نیازها استفاده می‌گردد.

وی ضمن قدردانی از تلاش همه کارکنان در بخش‌های مختلف گفت: سال گذشته نیز فولاد مبارکه موفق شد در حوزه‌ گریدهای عملیات حرارتی‌پذیر ،خودرویی ، انتقال آب و سایر حوزه‌ها موفقیت‌های قابل‌توجهی کسب کند؛ دستاوردهایی که در ادامه فرایند نیز ادامه خواهد یافت.

درپی کسب این موفقیت ارزشمند جمعی از مدیران و کارشناسان فولاد مبارکه در این ‌باره چنین گفتند:

علیرضا مولوی‌زاده، مدیر متالورژی و روش‌های تولید:
گرید 34CrMo4 که پس از چندین مرحله فرایند، برای تولید مخازن گاز خودرو (CNG) استفاده می‌گردد حاوی عناصر آلیاژی خاص هستند و تولید آن در فولادسازی و نورد گرم با ملاحظات خاصی صورت می‌گیرد. درخواست گرید مذکور از سال‌های قبل مطرح شده بود و با وجود حساسیت‌های خاص این محصول، خواص ویژه مورد انتظار حاصل شد. نهایتاً پس از عملیات تکمیلی لازم و تست آلتراسونیک در خانه مشتری سرانجام این موفقیت برای اولین بار حاصل شد.

گرید مذکور به‌صورت ورق در ابعاد 6280*1050*10 در فولاد مبارکه تولید شد و از سال گذشته تاکنون حدود 1300 تن از این محصول تولید و در شرکت‌های سفارش‌دهنده به مخازن گاز طبیعی فشرده تبدیل شده است.

بابک شهریاری، رئیس واحد طراحی محصول:
در طراحی این محصول از گرید 34CrMo4 که دارای کربن بالا و کروم و مولیبدن به‌عنوان عناصر افزاینده سختی‌پذیری فولاد هستند استفاده می‌شود. با توجه به اینکه این گرید از دسته فولادهای عملیات حرارتی‌پذیر است، مقدار دقیق آن‌ها در تولید مخزن ضروری است.

مراحل تولید ورق گرم مخازن CNG در فولاد مبارکه به این صورت است که ابتدا با توجه به آنالیز شیمیایی طراحی شده و پس از طی کردن فرایندهای ویژه، نظیر سولفورزدایی و گاززدایی، تولید ذوب و ریخته‌گری انجام شد. پس از تولید تختال‌های ریخته‌گری و بررسی آن‌ها از لحاظ عیوب، تختال‌ها وارد فرایند نورد گرم شد و ابتدا در دمای 1250 درجه سانتی‌گراد و طی کردن زمانی مشخصی در کوره به‌صورت همگن درآمد. پس‌ازآن در دو سیکل نورد مقدماتی (Roughing mill) و نورد نهایی (Finishing mill) و طی کردن مراحل خنک‌کاری ویژه، این محصول به‌صورت کلاف گرم، کلاف‌پیچی شد. گفتنی است با توجه به سفارش و نیاز مشتری، کلاف‌ها پس از خنک شدن به‌صورت ورق (Sheet) تحویل متقاضی شد.

حامد تمیزی‌فر، کارشناس طراح واحد متالورژی و روش‌های تولید:
مخازن گاز CNG به سه روش عمده در دنیا تولید می‌گردند: روش اول استفاده از شمش (Billet) است. در این روش فرایند شکل‌دهی براساس اکستروژن معکوس داغ خواهد بود. روش دوم استفاده از لوله‌های بدون درز (Pipe) است و شکل‌دهی در این روش به‌صورت چرخش داغ و Flow forming انجام می‌پذیرد. روش سوم استفاده از ورق (Sheet or Plate) است و از این روش در بیشتر شرکت‌های مخزن‌ساز دنیا انجام می‌شود.

مراحل تولید مخازن CNG از ورق:
• برش دادن و انجام عملیات آنیل کروی (Annealing Spheroidizing) و استفاده از سیکل مشخصی از دما برای کروی کردن کاربیدهای آهن ورق‌ها در زمانی مشخص؛
• انجام فرایند فسفاته کردن جهت روانکاری ورق‌ها؛
• انجام مراحل مختلف پرس‌کاری و تغییر شکل‌های متفاوت و نیز انجام عملیات حرارتی در حین فرایندهای مذکور؛
• تولید مخازن به روش چرخش داغ (Hot Spinning)؛
• انجام تست‌ها، رنگ‌کاری و بسته‌بندی نهایی.

 آزمون‌های کیفی حین تولید:
• آزمون‌های سختی‌سنجی و استحکام سنجی ورق‌ها در حین فرایند تولید صورت می‌پذیرد.
•بازرسی‌های آلتراسونیک، با توجه به ایمنی موردنیاز بسیار بالا برای این محصول، پس از تولید مخازن از تست غیر مخرب فراصوتی (Ultrasonic Test ) استفاده می‌گردد که لازم است مطابق استانداردهای روز دنیا مورد تأیید قرار گیرد تا از تمیزی فولاد مورداستفاده و عدم وجود عیب لایه‌ای شدن (Lamination) اطمینان حاصل شود.

آزمون‌های تأیید ایمنی مخازن:
آزمون‌های تحمل آسیب، شامل آزمون گلوله، آزمون سقوط و تصادف به همراه آزمون چرخه عمر در تولید مخازن CNG ضروری است. مخازن CNG در دنیا، دارای متوسط

فشار کاری bar 250 هستند که برای انجام تست‌های اصلی در شرکت‌های تولید مخازن، از تست‌های ویژه‌ای با نام آزمون ترکیدگی (Burst test) استفاده می‌گردد که فشار مخازن را تا نزدیک 2 برابر این مقدار افزایش می‌دهند تا استحکام مخزن و ایمنی آن در مقابل فشارهای بالا مورد تأیید قرار گیرد.

سید فرزاد تیموری، کارشناس فرایند فولادسازی و ریخته‌گری مداوم:
فولاد 34CrMo4 دارای کروم و مولیبدن به‌عنوان عناصر آلیاژی است و می‌بایست در فرایند فولادسازی به‌دقت این عناصر در محدوده‌های تعیین‌شده در استاندارد تنظیم شوند تا خواص نهایی مدنظر در محدوده مورد تأیید قابل‌دست‌یابی باشد. افزودن کروم و مولیبدن در مرحله تخلیه ذوب از کوره با در نظر گرفتن شرایط جذب و تمایل به ترکیب آن‌ها با اکسیژن (عنصر کروم) و به حداقل رساندن اکسیداسیون این عناصر و بازگرداندن آن‌ها از سرباره در صورت اکسیدشدن ازجمله چالش‌های تنظیم این عناصر در مرحله فولادسازی این گرید است.

یکی دیگر از مواردی که باید در فرایند فولادسازی این گرید مورد توجه قرار گیرد، رعایت مقدار گوگرد تا حداکثر ppm 20 در کنار کنترل مقدار نیتروژن تا حداکثر ppm 45 است. نکته مهم دیگر کاهش مقدار هیدروژن تا مقادیر کمتر از 2ppm در فرایند گاززدایی است که این کار با استفاده از واحد گاززدایی RH-Top موجود در ناحیه انجام شد. ذوب آماده‌سازی شده در واحد گاززدایی پس از انجام عملیات تزریق کلسیم به‌منظور بهبود خواص و افزایش کیفیت به واحد ریخته‌گری ارسال شد.

در واحد ریخته‌گری مداوم با کنترل شرایط از جذب مجدد نیتروژن و افزایش آن محافظت می‌شود و با استفاده از تنظیم دقیق پارامترهای ریخته‌گری مثل سرعت، جدول خنک‌کاری، نوسان قالب، پودر قالب مناسب و... از تولید تختال با آنالیز همگن و کمترین ناخالصی اطمینان حاصل شد. درنهایت ذوب آماده‌شده با استانداردهای آنالیزی ذکرشده بدون افت کیفیت و تغییر آنالیز در واحد ریخته‌گری مداوم ریخته شد و تختال‌های این گرید ویژه، با کیفیتی در حد استانداردهای جهانی به واحد نورد گرم ارسال گردید.

علی حاجیان‌نژاد، مدیر ناحیه نورد گرم:
در ابتدا کسب این موفقیت ارزشمند را به همه کارکنان فولاد مبارکه تبریک می‌گویم. واحد نورد گرم همواره در راستای اهداف استراتژیک کشور و شرکت فولاد مبارکه در زمینه تولید محصولات جدید و با کیفیت مطلوب به‌طور مؤثر اقدام نموده است. با تولید موفقیت‌آمیز و قرارگرفتن این محصول در سبد تولیدات نورد گرم، امکان جذب سفارش و پاسخ‌گویی به نیاز تمامی مشتریان در این زمینه، اعم از داخلی و خارجی فراهم گردیده است.

سید محمود مانی، مهندس فرایند نورد گرم:
امکان‌سنجی تولید فولاد 34CrMo4 به‌عنوان یک محصول ویژه در دستور کار واحد نورد گرم قرار گرفت. این محصول از دسته محصولات سخت فولادی است که شرایط ویژه‌ای را از جنبه‌های مختلف نظیر درصد کربن معادل (%0.85)Ceq و همچنین مشخصات دمای نورد نهایی (FT=910) و (CT=600) دارد. نبود تجربه قبلی در زمینه تولید این نوع محصول از یک‌سو و پیش‌بینی مشکلات تولید آن در نورد گرم با توجه به آنالیز و مشخصات فنی مربوطه، انجام بررسی‌های کارشناسی و محاسبات و تعیین setting های متناسب در زون‌های مختلف خط نورد گرم از کوره‌های پیشگرم تا کلاف پیچ را به‌منظور اطمینان از تولید پایدار و بدون خسارت و توقف و همچنین با کیفیت موردنظر مشتری الزام‌آور می‌نماید. در این راستا با انجام شبیه‌سازی نورد این محصول، ریسک‌های عملیاتی تولید در نورد آن مشخص شد که به‌طور متناسب اقدام به تعیین راهکارهای مؤثر عملیاتی گردید.

تعیین زمان ماندگاری متناسب در کوره‌های پیشگرم، زمان و موقعیت قرارگیری در برنامه تولید، تعیین دمای رافینگ مناسب برای تأمین نورد مطلوب در فینیشینگ ازنظر دست‌یابی به دمای FT و خواص متالورژیکی و تعیین نیروهای قفسه‌های نورد و شرایط خنک‌کاری به‌منظور تأمین خواص مکانیکی موردنظر محصول، ازجمله نکات خاص موردتوجه در تولید این محصول بوده است.

این نوع فولاد با ضخامت‌های 7 و 10 و با عرض 1050 میلی‌متر ابتدا به‌صورت آزمایشی و با کنترل فرایند در طول خط نورد، تولید گردید. با توجه به کاربرد آن در ساخت مخازن و اهمیت بالای خواص مکانیکی، جهت آزمایش نمونه محصول در آزمایشگاه اقدام شد و با حصول اطمینان از خواص مکانیکی به‌دست‌آمده متناسب با نیاز مشتری (-650Y.P450-650) 800-600 UTS نسبت به ادامه تولید آن مطابق سفارش مشتری اقدام گردید.

علی‌رضا مولوی‌زاده، مدیر متالورژی و روش‌های تولید فولاد مبارکه، در پایان از حمایت‌های مدیریت ارشد شرکت و همچنین از همکاری گسترده نواحی فولادسازی، نورد گرم، فروش، کنترل کیفی، آزمایشگاه، برنامه‌ریزی و سایر واحدهای پشتیبان که در کسب این موفقیت ارزشمند ایفای نقش نمودند قدردانی و اظهار امیدواری کرد که با اجرای طرح‌های توسعه، توان فولاد مبارکه در تولید محصولات خاص افزایش یابد.