ترک خوردگی میلگرد | دلایل پنهان و راهکارهای پیشگیرانه

  1. خانه
  2. /
  3. فولاد
  4. /
  5. ترک خوردگی میلگرد | دلایل پنهان و راهکارهای پیشگیرانه

میلگردهای فولادی یکی از مهم‌ ترین اجزای سازه‌ های بتنی هستند و کیفیت آنها نقش حیاتی در دوام و استحکام سازه ‌ها ایفا می ‌کند. ترک ‌های موجود در میلگرد می‌ توانند عملکرد سازه را به خطر بیندازند. در واقع ترک خوردگی میلگردها محل تمرکز تنش هستند و تنش های کششی وارد شده به میلگرد می تواند باعث اشاعه ترک و نهایتا شکست میلگرد شوند. این ترک ها از سوی دیگر هزینه‌ های نگهداری را افزایش دهند. در این مقاله، دلایل اصلی ترک خوردن میلگرد، چالش‌ های تولید و راهکارهای بهبود بررسی شده ‌اند.

ترک خوردگی میلگرد و فرآیند تولید، چالش ها و مزایا

فرآیند تولید میلگرد و روش تمپکور

یکی از مهم‌ ترین روش ‌ها در تولید میلگردهای با کیفیت، استفاده از فرآیند حرارتی-مکانیکی تمپکور (Tempcore) است. این فرآیند در خط تولید، پس از شکل ‌دهی اولیه میلگرد، نقش کلیدی در بهبود خواص مکانیکی آن ایفا می ‌کند. در روش تمپکور، میلگرد داغ بلافاصله وارد یک سیستم خنک ‌کننده با شدت بالا می ‌شود که سطح آن را به سرعت سرد می‌ کند. این سرد شدن سریع باعث تغییر ساختار متالورژیکی میلگرد در سطح مقطع آن می ‌شود و سه لایه مختلف ایجاد می ‌کند که هر یک ویژگی ‌های منحصر به ‌فردی به محصول نهایی می‌ بخشند. این روش با هدف ترکیب استحکام بالا، انعطاف ‌پذیری، و مقاومت در برابر تغییر شکل طراحی شده است.

نورد گرم و سرد: راز استحکام فلزات، کاربرد، مزایا و معایب

ساختار سه ‌لایه ‌ای میلگرد

میلگرد تولید شده با فرآیند تمپکور دارای یک ساختار لایه ‌ای است که مزایای مکانیکی آن را به ‌طور چشمگیری افزایش می ‌دهد. لایه هسته ‌ای شامل فریت و پرلیت است که ساختاری نرم و مقاوم را ارائه می ‌دهد و نقش اصلی در ایجاد انعطاف ‌پذیری و تحمل بارهای دینامیکی دارد. در بخش انتقالی، ترکیبی از مارتنزیت و فریت شکل می ‌گیرد که به‌ عنوان پل ارتباطی بین هسته و سطح عمل می ‌کند و مقاومت بهینه ‌ای را فراهم می ‌آورد. در نهایت، لایه سطحی شامل مارتنزیت تمپر شده* است که سختی بالایی به میلگرد می ‌بخشد و مقاومت در برابر خمش و سایش را تضمین می ‌کند. این سه لایه با هم، ترکیبی از خواص استحکام و انعطاف ‌پذیری را ارائه می ‌دهند که در صنعت ساخت‌ و ساز اهمیت بسیاری دارد.

* تمپر کردن: حرارت دادن فولاد پس از عملیات خنک کاری در آب، به منظور کاهش تردی ماتنزیت و افزایش انعطاف پذیری. در میلگرد تولیدشده با ترمکس، از آنجایی که بلافاصله پس از خروج میلگرد از محفظه ترمکس، حرارت مرکز میلگرد باعث تمپر شدن سطح مارتنزیتی می شود، به آن “تمپکور” می گویند.

چالش‌ها و مشکلات سرد شدن غیریکنواخت

با وجود مزایای فرآیند تمپکور، اجرای نادرست یا غیریکنواخت این روش می ‌تواند به مشکلات جدی منجر شود. یکی از چالش ‌های اصلی، سرد شدن غیریکنواخت سطح میلگرد است که ممکن است تنش پسماند* در ساختار آن ایجاد کند. این تنش ‌ها می‌ توانند به ترک ‌های سطحی یا عرضی منجر شوند که هم استحکام میلگرد را کاهش می ‌دهند و هم باعث افت کیفیت کلی محصول می‌ شوند. بنابراین، کنترل دقیق فرآیند سرد شدن، یکنواختی در توزیع حرارت، و استفاده از تجهیزات پیشرفته از اهمیت بالایی برخوردارند. بهینه ‌سازی این فرآیند نه تنها از بروز مشکلات جلوگیری می ‌کند، بلکه به تولید میلگردهایی با کارایی و دوام بیشتر کمک می ‌کند.

* در سطح میلگرد تنش پسماند فشاری وجود دارد، در حالی که در مرکز آن تنش پسماند کششی وجود دارد. وجود تنش پسماند فشاری در سطح مطلوب است زیرا از اشاعه ترک جلوگیری می کند. (عامل اشاعه ترک، تنش کششی است)

تولید میلگرد به روش ترمکس: از فرآیند تولید تا مزایا

ترک میلگرد

بیلت-_های-معیوب

بیلت ‌های معیوب: عامل اصلی ترک‌ خوردگی میلگرد

Blow Holes و Pin Holes در بیلت

حفرات منفرد با توزیع یکنواخت (Blow Holes) و حفراتی که در امتداد یک خط هستند (Pin Holes) از جمله مشکلات رایج در تولید بیلت هستند که به‌ ویژه در مرحله ریخته‌ گری بیلت ایجاد می‌ شوند. این عیوب ناشی از عدم کنترل مناسب در شرایط ریخته‌ گری هستند و می‌ توانند تأثیرات منفی جدی بر کیفیت نهایی میلگرد بگذارند. یکی از دلایل اصلی ایجاد حفرات گازی، اکسیژن ‌زدایی ناکافی فولاد است که باعث می ‌شود گازهای حل ‌شده در فولاد به شکل حفرات گازی با توزیع تصادفی در سطح مقطع بیلت ظاهر شوند. همچنین، رطوبت موجود در پودر ریخته ‌گری می‌ تواند باعث ایجاد میکرو حفره‌ ها با توزیع خطی شود که معمولاً در سطح بیلت دیده می ‌شوند. برای جلوگیری از این مشکلات، پودر ریخته ‌گری باید به ‌طور یکنواخت در سطح مقطع بیلت توزیع شود و از مصرف بیش از حد روان ‌کار در گوشه ‌ها جلوگیری گردد. همچنین هم زدن مناسب مذاب برای جلوگیری از حفرات لازم و ضروری است.

شمش فولادی؛ مقایسه با اسلب، بیلت و بلوم

ترک ‌های عرضی در بیلت

ترک ‌های عرضی معمولا در اثر تنش‌ های حرارتی و انجماد غیریکنواخت در پوسته اولیه (Crust) بیلت ایجاد می ‌شوند. در هنگام ریخته‌ گری، زمانی که سطح بیلت سرد می‌ شود، ممکن است انجماد به‌ طور یکنواخت در تمامی بخش ‌ها رخ ندهد و این ناهماهنگی باعث ایجاد تنش ‌های داخلی می ‌شود که می ‌تواند به ترک ‌های سطحی و عرضی منجر شود. علاوه بر این، جریان آشفته در سطح منیسوس (Meniscus) که در تماس مستقیم با قالب قرار دارد، نیز می ‌تواند به ایجاد این نوع ترک ‌ها دامن بزند. برای کاهش این مشکلات، لازم است سرعت انجماد به دقت کنترل شود و طراحی قالب‌ های ریخته‌ گری به گونه ‌ای بهبود یابد که توزیع حرارت در سطح بیلت یکنواخت باشد.

ترک‌ های طولی در بیلت

ترک‌ های طولی یکی از مهم ‌ترین مشکلات در فرآیند تولید میلگرد هستند که معمولا ناشی از این مساله است که پس از خروج شمش از قالب ریخته گری، یک پوسته نازک در اطراف شمش منجمد شده است و داخل شمش هنوز مذاب است. زمانی که گرما به ‌طور یکنواخت از قالب خارج نمی ‌شود، در سطح بیلت تنش‌ های عرضی ایجاد می ‌شود که این تنش‌ ها به صورت ترک ‌های طولی ظاهر می ‌شوند. این ترک ‌ها که به‌ طور مستقیم به سطوح میلگرد منتقل می‌ شوند، می ‌توانند منجر به کاهش استحکام و کیفیت میلگرد شوند. برای جلوگیری از این عیوب، طراحی قالب ‌های ریخته ‌گری باید به ‌گونه ‌ای باشد که فرآیند خنک ‌کاری بیلت به‌ طور یکنواخت انجام گیرد و از تغییرات ناگهانی دما جلوگیری شود.

انواع روش های تولید شمش فولادی

جدایش عنصری* (Segregation)

یکی از مشکلات مهم در ریخته‌ گری بیلت، پدیده جدایش عنصری است که در آن، برخی از عناصر آلیاژی مانند منگنز به ‌طور غیرعادی در نقاط خاصی از بیلت تجمع پیدا می ‌کنند. این پدیده باعث کاهش یکنواختی در توزیع خواص مکانیکی فولاد شده و احتمال ترک‌ خوردگی را افزایش می‌ دهد. هنگامی که عناصر آلیاژی به‌ طور غیر یکنواخت در بیلت توزیع شوند، نقاطی با ترکیب غیرمناسب به وجود می ‌آید که می ‌توانند مستعد ترک‌ خوردگی میلگرد و ضعف مکانیکی آن باشند. برای مقابله با این مشکل، لازم است که فرآیند ریخته‌ گری به ‌طور دقیق کنترل شود و از نوسانات دمایی و جریان مواد که منجر به جدایش عنصری می‌شود، نیز جلوگیری شود.

* Segregation: جدایش عنصری به معنای افزایش موضعی غلظت یک عنصر برای مثال منگنز است.

ترک ‌های عرضی در بیلت

نقاط حساس به ترک خوردگی میلگرد

حساسیت به ترک ‌خوردگی میلگرد در ناحیه زمینه میلگرد  (Root)

یکی از محل ‌های حساس به ترک‌ خوردگی در میلگرد، بخش زمینه (Root) یا محل‌ های بدون آج آن است. این بخش ‌ها به دلیل نبود الگوی آج و شکل‌ گیری تمرکز تنش، بیشتر در معرض آسیب قرار می‌ گیرند. در طول استفاده از میلگرد در سازه، تنش ‌های مکانیکی و بارهای دینامیکی می‌ توانند در نقاطی که سطح میلگرد صاف و بدون آج است، متمرکز شوند. این تمرکز تنش، خطر شروع ترک و گسترش آن را به‌ طور قابل‌ توجهی افزایش می ‌دهد. برای کاهش این حساسیت، طراحی میلگرد باید به گونه ‌ای باشد که استحکام سطحی در نقاط بدون آج نیز حفظ شود و از تولید میلگردهایی با نقص در این مناطق جلوگیری گردد.

انواع آج میلگرد | مقایسه آج یکنواخت و آج دوکی

پوسته اولیه و تأثیر آن بر ترک‌ خوردگی میلگرد

پوسته اولیه میلگرد که در فرآیندهای حرارتی و مکانیکی شکل می ‌گیرد، نقش مهمی در مقاومت میلگرد در برابر ترک ‌خوردگی دارد. هرگونه ناهماهنگی در ضخامت این پوسته، مانند وجود نقاط نازک ‌تر یا ضخیم ‌تر، می ‌تواند تنش ‌های داخلی غیریکنواختی ایجاد کند. این تنش ‌ها در فرآیندهای بعدی مانند خنک ‌کاری، شکل‌ دهی، یا بارگذاری، احتمال ترک ‌خوردگی میلگرد را افزایش می‌ دهند. علاوه بر این، ترک ‌های ایجاد شده در پوسته اولیه ممکن است به لایه‌ های زیرین میلگرد نفوذ کرده و استحکام کلی آن را کاهش دهند. به همین دلیل، کنترل کیفیت دقیق در فرآیند تولید و اطمینان از یکنواختی ضخامت پوسته، برای جلوگیری از این نوع عیوب ضروری است.

چگونه از ترک‌ خوردگی میلگرد جلوگیری کنیم؟

کنترل مواد اولیه برای جلوگیری از ناخالصی‌ ها و جدایش عنصری

یکی از مهم‌ ترین اقدامات برای جلوگیری از ترک‌ خوردگی و بهبود کیفیت میلگرد، کنترل دقیق مواد اولیه است. ترکیب شیمیایی فولاد باید به ‌گونه‌ ای تنظیم شود که از وجود ناخالصی ‌های مضر جلوگیری کند. ناخالصی ‌ها می ‌توانند منجر به ایجاد نقاط ضعف در ساختار فولاد شوند که احتمال ترک‌ خوردگی میلگرد را افزایش می ‌دهند. علاوه بر این، پدیده جدایش عنصری، که در آن برخی عناصر آلیاژی مانند منگنز در نقاط خاصی تجمع پیدا می ‌کنند، باید با تنظیم دقیق ترکیب و استفاده از مواد اولیه با کیفیت بالا به حداقل برسد. آزمایش‌ های منظم ترکیب شیمیایی و رعایت استانداردهای کیفی می‌ تواند از بروز این مشکلات جلوگیری کند.

عناصر مطلوب برای ارتقاء کیفیت میلگرد و مفتول

تأثیرات مخرب عناصر نامطلوب در شمش و پیامدهای آن بر کیفیت میلگرد و مفتول

 

بهبود فرآیند خنک ‌کاری برای توزیع یکنواخت حرارت

فرآیند خنک ‌کاری نقش حیاتی در تولید میلگردهای با کیفیت دارد، زیرا کنترل نادرست دمای فولاد می ‌تواند به تنش ‌های حرارتی و ترک خوردگی میلگرد منجر شود. استفاده از سیستم ‌های پیشرفته خنک ‌کاری، مانند دستگاه ‌های خنک‌ کننده با جریان کنترل‌ شده، می ‌تواند توزیع یکنواخت حرارت در طول فرآیند را تضمین کند. این توزیع یکنواخت به جلوگیری از ایجاد تنش ‌های داخلی کمک کرده و کیفیت سطح و ساختار میلگرد را بهبود می‌ بخشد. بهینه ‌سازی سیستم ‌های خنک‌ کاری و نظارت دقیق بر عملکرد آنها یکی از گام‌ های اساسی در کاهش عیوب تولید است.

طراحی بهینه قالب برای افزایش یکنواختی ریخته ‌گری

یکی دیگر از عوامل کلیدی در تولید میلگردهای با کیفیت، طراحی مناسب قالب ریخته ‌گری است. قالب باید به گونه ‌ای طراحی شود که از نوسانات سطح فلز مذاب در طول فرآیند ریخته‌ گری جلوگیری کند. نوسانات سطح می ‌توانند به ایجاد ترک ‌های عرضی و طولی منجر شوند و کیفیت نهایی میلگرد را کاهش دهند. علاوه بر این، توزیع مناسب پودر ریخته‌ گری بر سطح مقطع، به‌ ویژه در گوشه‌ ها، می‌ تواند از تشکیل عیوبی مانند میکرو حفره ‌ها جلوگیری کند. طراحی پیشرفته قالب، همراه با استفاده از تجهیزات با دقت بالا، می ‌تواند این مشکلات را به حداقل برساند.

نظارت دقیق بر فرآیند تولید برای کنترل کیفیت نهایی

نظارت مستمر و استفاده از فناوری ‌های نوین در تمامی مراحل تولید، از ریخته‌ گری تا نورد، برای کاهش ترک ‌خوردگی میلگرد و سایر عیوب ضروری است. فناوری‌ هایی مانند حسگرهای دما، سیستم‌ های مانیتورینگ آنلاین، و نرم ‌افزارهای پیشرفته کنترل فرآیند، امکان تشخیص سریع مشکلات و اصلاح آنها را فراهم می ‌کنند. این نظارت دقیق به تولید میلگردهایی با یکنواختی و استحکام بالا کمک کرده و خطرات ناشی از تنش ‌های داخلی یا نواقص سطحی را کاهش می ‌دهد. ارتقای فناوری و آموزش کارکنان تولید می ‌تواند نقش به سزایی در بهبود کیفیت نهایی داشته باشد.

کلام آخر

ترک خوردگی میلگرد ممکن است کوچک به نظر برسد، اما پیامدهای بزرگی در کاهش کیفیت سازه‌ ها دارد. با شناسایی دقیق عوامل ترک ‌زایی و اعمال روش ‌های بهبود در فرآیند تولید، می ‌توان میلگردهایی با کیفیت بالا تولید کرد که نیازهای صنعت ساخت ‌و ساز را به بهترین شکل برآورده کند. آینده‌ ای بدون ترک، با تمرکز بر تحقیق و توسعه و بهره‌گیری از فناوری ‌های پیشرفته، قابل دستیابی است.

ما در واحد کنترل کیفیت مجتمع فولاد بافق، کنترل میلگردها را از تحویل شمش آغاز می کنیم. علاوه بر بررسی ظاهری شمش ها، نتایج گواهینامه های کیفیت هر شمش با مشخصات آن مطابقت داده می شوند. در هنگام تولید نیز تمامی مراحل فرآیند پایش می شوند و نمونه گیری به صورت مداوم انجام می پذیرد.

نوشتهٔ پیشین
تحلیل هفتگی تخصصی گروه صنعتی یاران – شماره 61 – 1 بهمن 1403
نوشتهٔ بعدی
تحلیل هفتگی تخصصی گروه صنعتی یاران – شماره 62 –8 بهمن 1403

مطالب مرتبط