خریداران معمولا انتظار دارند تا کالا را به قیمت مناسب خریداری نمایند، اما وقتی کیفیت برای آن ها حائز اهمیت باشد، بیشتر اوقات جنس خوب را با قیمت بیشتر به جنس ارزان‌تر با کیفیت پایین‌تر ترجیح می‌دهند. ورق‌های فولادی یکی از این محصولات هستند. به دلیل اینکه این ورق‌ها در صنایع حساس مثل ماشین‌سازی، کشتی‌سازی و ساخت تانکرها کاربرد فراوانی دارند، داشتن کیفیت خوب برای خریداران اهمیت دارد. در نتیجه تنها راه برای فهمیدن اینکه کدام ورق فولادی بهتر است، بکارگیری انواع تست کنترل کیفیت ورق فولادی خواهد بود که در این مقاله به بررسی این موضوع خواهیم پرداخت.

آنچه در این مقاله میخوانید

کنترل کیفیت در فولاد چیست؟

برای حصول اطمینان از مرغوبیت نهایی مقاطع فولادی تخت و حجیم، مجموعه‌ای از آزمون‌های استاندارد روی آن‌ها اجرا می‌شود تا ویژگی‌های سطحی، قابلیت رنگ‌پذیری و استحکام کلی آن‌ها ارزیابی گردد. در واحدهای صنعتی پیشرفته، دستگاه‌های نوین امکان بازرسی کیفی جامع انواع فولادها را فراهم آورده و اطمینان نسبی از خصوصیات محصولات حاصل از فرآیندهای شکل‌دهی ترمومکانیکی را افزایش می‌دهند. شاخص‌هایی نظیر پایداری در برابر زنگ‌زدگی، چقرمگی فولاد در برابر ضربه، مقاومت به تغییر شکل پلاستیک، تحمل بارگذاری‌های مداوم و رفتار خزشی، از مهم‌ترین معیارهای ارزیابی کیفی ورق‌های فولادی محسوب می‌شوند.

اهمیت کنترل کیفیت ورق فولادی

نوع کاربری محصولات فولادی، ویژگی‌ها و احتیاجات گوناگونی را ایجاب می‌کند. برای نمونه، فولادهای صفحه‌ای مورد استفاده در ساختار بدنه وسایل نقلیه باید از استحکام، چقرمگی و قابلیت تغییر شکل مناسبی بهره‌مند باشند. در مقابل، ورق‌های فولادی به کار رفته در ساخت تانکرهای نگهداری مواد و ظروف با ضخامت کم، علاوه بر پایداری مکانیکی، نیازمند مقاومت مطلوب در برابر فرسایش شیمیایی هستند تا با محتویات داخلی واکنش نشان ندهند.

همچنین، در شرایط بارگذاری‌های متناوب و دوره‌ای یا در دماهای بالا، مقاومت به شکست ناشی از خستگی و پایداری در برابر تغییر شکل تدریجی اهمیت ویژه‌ای دارند. بنابراین، انتخاب ورق‌های فولادی باید بر اساس ویژگی‌های مورد نیاز و پس از انجام تست های کنترل کیفیت ورق فولادی برای کاربرد های خاص صورت پذیرد.

این مقاله را حتما بخوانید: با فولاد دوفازی بیشتر آشنا شوید

ارزیابی کیفی ورق فولادی از طریق آزمایش‌های مکانیکی و شیمیایی، همچنین بازرسی‌های تخریبی و غیرتخریبی، طیف خواص و حوزه کاربرد مجاز برای انواع ورق‌های فولادی را مشخص می‌سازد. پس از موفقیت ورق‌ها در آزمون‌های کنترل کیفیت و تأیید نتایج، یک سند تأیید کیفیت برای آن‌ها صادر می‌گردد که در آن تمامی آزمایش‌های انجام‌شده و نتایج مربوطه درج شده است. در این صورت، ادعا می‌شود که ورق مورد نظر مطابق با استانداردها بوده و برای استفاده در کاربرد مورد نظر، شرایط لازم را دارا است.

انواع تست کنترل کیفیت ورق فولادی

روش های مختلفی برای تست کیفیت این ورق ها وجود دارد که در ادامه به آن ها اشاره خواهیم کرد:

ارزیابی ظاهری مقاطع فولادی

اولین گام در ارزیابی کیفی ورق‌های فولادی، ارزیابی بصری است که به شناسایی نقص‌های سطحی قطعه بدون استفاده از ابزار ویژه و صرفا با دید مستقیم می‌پردازد. این ایرادات می‌تواند شامل عدم مسطح بودن، تغییر شکل‌های زاویه‌دار شدید، وجود شکاف‌های روی سطح و مواردی از این دست باشد. انجام این ارزیابی نیازمند افراد متخصص است تا احتمال خطا در تشخیص معایب به کمترین میزان ممکن برسد.

بررسی ‌های میکروسکوپی

این ارزیابی‌ها که غالبا با تکنیک‌هایی مانند پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی انجام می‌شوند، یک نوع آنالیز ساختاری مواد محسوب می‌گردند که فازهای موجود و چیدمان اتمی آن‌ها را مشخص می‌سازند. به علاوه، ابعاد بلورهای موجود در ساختار فولاد مورد استفاده در ورق نیز از این طریق قابل تعیین است. هرچه این ابعاد کوچکتر باشند، ساختار داخلی ظریف‌تری ایجاد شده و به تبع آن، میزان سختی و پایداری مکانیکی ورق فولادی ارتقا می‌یابد. ضمنا، داده‌های مربوط به عناصر شیمیایی تشکیل‌دهنده فولاد ورق که در گواهی تحلیل شیمیایی ارائه می‌شود، از همین طریق حاصل می‌گردد.

تست خستگی

وقوع خستگی در مواد، ناشی از اعمال تنش‌های چرخه‌ای و متناوب است که به تغییر شکل دائم آن‌ها انجامیده و نهایتا منجر به از هم گسیختگی قطعه می‌گردد. به منظور ارزیابی میزان پایداری مواد در برابر این پدیده، تست خستگی صورت می‌گیرد. توانایی تحمل خستگی یا آستانه پایداری در برابر خستگی، نشان‌دهنده شمار دفعاتی است که یک قطعه فولادی می‌تواند تحت بارگذاری‌های کششی یا فشاری مکرر، قبل از رسیدن به نقطه شکست، مقاومت نماید. این آزمایش، بر اساس شرایط بهره‌برداری، در اشکال گوناگونی از جمله خستگی ناشی از خوردگی و خستگی ناشی از تغییرات دما قابل اجرا است.

تست سختی ورق فولادی

میزان مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل دائمی ناشی از نیروی فشاری یک جسم فرورونده یا ایجاد خراش روی سطح آن، که از ویژگی‌های اساسی ماده به شمار نمی‌رود، به عنوان سختی شناخته می‌شود. این خاصیت، به ویژه در کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر ساییدگی وجود دارد، اهمیت بسزایی دارد. برای سنجش میزان سختی مواد، روش‌هایی مانند برینل، راکول و ویکرز به کار گرفته می‌شوند.

از سوی دیگر، قابلیت سخت شوندگی یک قطعه، که با عمق لایه سخت شده ارزیابی می‌گردد، با آزمون جومینی مورد سنجش قرار می‌گیرد. در این آزمایش، یک نمونه استوانه‌ای به قطر تقریبی 2.5 سانتی‌متر و طول 10 سانتی‌متر به صورت یکنواخت تا دمای آستنیت حرارت داده شده و سپس بر روی محلی قرار می‌گیرد که از پایین به آن آب پاشیده می‌شود. پس از گذشت ده دقیقه، نمونه برداشته شده و عمق ناحیه سخت شده در آن اندازه‌گیری می‌شود.

تست کشش

در این نوع تست پارامترهای گوناگونی مانند مقاومت تسلیم، استحکام نهایی و میزان ازدیاد طول تحت اعمال نیرو و … مشخص می شود که اساسی‌ترین شاخص‌ها برای طراحی یک جزء یا استفاده مستقیم از ورق فولادی در یک ساختار مهندسی هستند. این تست و بسیاری آزمایش های مهم کنرل کیفیت ورق فولادی در آزمایشگاه های فولاد مبارکه اصفهان انجام می گیرد.

تست فشرده سازی

به منظور ارزیابی میزان پایداری قطعات، به ویژه استوانه‌ها، بلوک‌ها یا تسمه‌های کوچک، در برابر تغییر شکل‌های ماندگار وسیع، آزمون فشار بر روی ورق‌های فولادی اجرا می‌گردد. در این فرآیند، نمونه‌ها بین گیره‌های دستگاه قرار گرفته و تحت نیروی فشاری قرار می‌گیرند؛ آنالیز نمودار حاصل از رابطه تنش و کرنش، میزان پایداری ورق فولادی را در وضعیت بارگذاری مذکور مشخص می‌سازد.

تست ضربه

آزمون دیگر در راستای ارزیابی مرغوبیت ورق‌های فولادی، تست تکانه است که نحوه واکنش ورق را در برابر بارگذاری ناگهانی و پویا نمایان می‌سازد. تست ضربه شارپی، یک روش مرسوم برای تعیین میزان چقرمگی ضربه‌ای مواد گوناگون به شمار می‌آید. در این آزمایش، از یک وزنه آونگی چرخان برای اعمال ضربه به نمونه استفاده می‌شود. این وزنه تا یک ارتفاع مشخص بالا برده شده و پس از رها شدن، ضربه‌ای را به قطعه وارد می‌آورد؛ انرژی جنبشی وزنه صرف ایجاد گسیختگی در ورق فولادی شده و در حرکت برگشتی، تا ارتفاعی کمتر از ارتفاع اولیه خود بالا می‌رود.

تست سایش ورق

نظر به اینکه در اغلب کاربردهای صنعتی، قطعات در مجاورت یکدیگر قرار می‌گیرند و تماس آن‌ها موجب ایجاد سایش می‌شود، دارا بودن مقاومت در برابر فرسایش برای اجزا، به ویژه صفحات فولادی، امری حیاتی است. برای ارزیابی میزان ساییدگی مواد گوناگون، یکی از روش‌های پرکاربرد، استفاده از تست پین بر روی دیسک چرخان است. در این فرآیند، یک پین با اعمال نیروی مشخص و طی یک طول معین، یک مسیر مدور را بر سطح قطعه طی می‌کند و بررسی نمودار به دست آمده از این آزمایش، میزان پایداری در برابر سایش را در شرایط وجود یا عدم وجود ماده لغزاننده مشخص می‌سازد.

تست اولتراسونیک ورق فولاد

وجود مواد زائد در شمش‌های اولیه می‌تواند در مراحل ساخت ورق فولادی به روش نورد گرم، منجر به بروز مشکلاتی شود که تحت عنوان لایه‌لایه شدن شناخته می‌شوند. به منظور تشخیص این نوع ایرادات در ورق‌های فولادی، از روش فراصوتی (UT) بهره گرفته می‌شود.

تست خوردگی

ورق‌های فولادی مورد استفاده در ساخت مخازن نگهداری، ظروف نازک، لوله‌های انتقال و کاربردهای مشابه، باید مقاومت مطلوبی در برابر خوردگی شیمیایی داشته باشند. این امر از واکنش نشان دادن آن‌ها با مواد عبوری یا ذخیره شده و در نتیجه آسیب دیدگی جلوگیری می‌کند. برای جلوگیری از خوردگی ورق‌های فولادی، معمولا از روش‌های پوشش‌دهی استفاده می‌شود یا در صورت نیاز، آلیاژهای ضد زنگ به کار می‌روند.

تست خزش ورق

پدیده تغییر فرم ماندگار مواد تحت تاثیر بارگذاری ثابت و حرارت زیاد، که اغلب در بازه‌های زمانی طولانی رخ می‌دهد، به عنوان خزش شناخته می‌شود. راهکار مقدماتی برای مدیریت پدیده خزش در مواد، گزینش مواد تک بلوری است. مواد تک بلوری دارای مرزهای دانه‌ای اندکی بوده و این ویژگی سبب بهبود خواص و ممانعت از شکستگی‌های ناشی از مرز دانه‌ها در دماهای بالا می‌گردد. آزمون خزش، گونه‌ای از تست کشش است که تحت نیروی و دمای ثابت انجام می‌پذیرد. میزان افزایش طول نمونه در طول زمان، مقدار خزش رخ داده در ماده را تعیین می‌کند.

تست ماشینکاری

تمامی اجزای تولیدی صنعتی نیازمند عملیات نهایی سطحی هستند تا سطحی مرغوب، یکنواخت و بدون هرگونه ناهمواری ایجاد کنند. میزان سهولت شکل‌دهی مواد با روش‌های براده‌برداری به صورت یک کمیت درصدی بیان می‌شود. به عنوان مثال، قابلیت تراشکاری فولاد AISI1112، برابر با صد واحد درصدی در نظر گرفته می‌شود. آلیاژهایی که فرآیند ماشین‌کاری آن‌ها پیچیده‌تر است، با مقادیر کمتر از صد درصد ارزیابی شده و موادی که راحت‌تر تحت این فرآیند قرار می‌گیرند، دارای مقادیری بالاتر از صد درصد می‌باشند.

تست رادیوگرافی

ارزیابی با امواج نافذ، گونه‌ای از آزمون‌های غیرتخریبی به شمار می‌رود که بدون ایجاد آسیب یا تغییر شکل دائمی در قطعه، کاستی‌های درونی آن را آشکار می‌سازد. در این تکنیک از پرتوهای ایکس و گاما استفاده می‌گردد. امواج الکترومغناطیسی با طول موج اندک، از انرژی قابل توجهی برخوردار بوده و قادر به عبور از مواد فلزی، حتی در ابعاد ضخیم، می‌باشند و به این ترتیب، معایب ساختاری یک جزء مانند فضاهای خالی گازی و منفذها را مشخص می‌کنند.

تست ذرات مغناطیسی ورق

تکنیک دیگر در بازرسی غیرمخرب کیفیت صفحات فولادی، تست ذرات مغناطیسی یا روش مگنافلاکس است که برای تشخیص ناهنجاری‌هایی از قبیل ترک خوردگی، شکاف، درز و دیگر گسستگی‌ها در گونه‌های مختلف ورق‌های فولادی به کار می‌رود. در این فرایند، ابتدا قطعه مورد نظر مغناطیس شده و سپس با پودر ظریف آهن پوشش داده می‌شود. این ذرات، شکل تقریبی عیب را نمایان ساخته و به این ترتیب، کاستی‌های سطحی و نزدیک به سطح قابل تشخیص می‌گردند.

جمع بندی

روش‌های گوناگونی برای اطمینان از مرغوبیت انواع ورق‌ فولادی وجود دارد که معمولا به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند. از جمله مهم‌ترین آزمون‌های مخرب در تحلیل کیفیت ورق فولاد می‌توان به تست کشش، سایش، سختی‌سنجی، بررسی خزش و ارزیابی خستگی اشاره کرد. در مقابل، مهم‌ترین آزمون‌های غیرمخرب در تحلیل کیفیت ورق‌های فولادی شامل بازرسی بصری، تست ذرات مغناطیسی، ارزیابی رادیوگرافی و تست التراسونیک و موارد مشابه است.