工業(yè)4.0背景鋼鐵企業(yè)質(zhì)量管理與理化檢驗(yàn)技術(shù)研究

鞏道敏 王偉 張軍

【摘要】全球經(jīng)濟(jì)一體化的持續(xù)深入，各個(gè)經(jīng)濟(jì)體紛紛開始制定工業(yè)發(fā)展新戰(zhàn)略，越來越多新興信息技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域的不斷應(yīng)用，當(dāng)前全球已經(jīng)全面進(jìn)入到工業(yè)4.0時(shí)代。工業(yè)4.0背景下，傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造模式顯然已經(jīng)難以滿足社會(huì)發(fā)展形勢，市場更傾向于個(gè)性化、定制化的產(chǎn)品。對(duì)鋼鐵企業(yè)來說，工業(yè)4.0無疑是一次巨大的挑戰(zhàn)，要想有效迎合工業(yè)4.0要求，優(yōu)化質(zhì)量管理與理化檢驗(yàn)技術(shù)無疑是基礎(chǔ)所在。基于此，本研究充分結(jié)合工業(yè)4.0環(huán)境與鋼鐵企業(yè)現(xiàn)實(shí)發(fā)展需求，深入探討了鋼鐵企業(yè)質(zhì)量管理與理化檢驗(yàn)技術(shù)的優(yōu)化方案，僅供參考與借鑒。

【關(guān)鍵詞】鋼鐵企業(yè)；質(zhì)量管理；理化檢驗(yàn)技術(shù)；工業(yè)4.0

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.02.042

Research on Quality Management and Physical and Chemical Inspection Technology of Iron and Steel Enterprises in the Background of Industry 4.0

GONG Daomin，WANG Wei，ZHANG Jun

（Physical and Chemical Testing Center of Technical Supervision Department of Shiheng Special Steel Group Co.，Ltd.，Taian，271612，China）

Abstract：With the continuous deepening of global economic integration，various economies have begun to formulate new strategies for industrial development，and with the continuous application of more and more emerging information technologies in the field of industrial production and manufacturing，the world has now fully entered the era of Industry 4.0. Under the background of Industry 4.0，the traditional production and manufacturing mode has obviously been difficult to meet the social development situation，and the market is more inclined to personalized and customized products. For iron and steel enterprises，Industry 4.0 is undoubtedly a huge challenge. To effectively meet the requirements of Industry 4.0，optimizing quality management and physical and chemical inspection technology is undoubtedly the foundation. Based on this， this study fully combines the industrial 4.0 environment and the actual development needs of iron and steel enterprises，and deeply discusses the optimization scheme of quality management and physical and chemical inspection technology of iron and steel enterprises， which is only for reference and reference.

Key words：iron and steel enterprises；quality assurance；physical and chemical inspection technology；industry 4.0

工業(yè)4.0的大環(huán)境下，鋼鐵企業(yè)面臨的外部環(huán)境發(fā)生了翻天覆地的變化，傳統(tǒng)大規(guī)模批量生產(chǎn)模式正在逐步朝著大規(guī)模定制生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變。處在個(gè)性化工業(yè)定制體系當(dāng)中，市場更為注重消費(fèi)者與工廠之間的有效對(duì)接，定制符合消費(fèi)者的個(gè)性化產(chǎn)品[1]。工業(yè)4.0環(huán)境下，生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變，市場需求的變化，鋼鐵企業(yè)質(zhì)量管理也在不斷變化。與此同時(shí)，越來越多新興技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的不斷應(yīng)用，生產(chǎn)設(shè)備正在朝著智能化、集成化、自動(dòng)化的趨勢發(fā)展，通過海量信息設(shè)備獲取海量數(shù)據(jù)、改造作業(yè)環(huán)境，整個(gè)生產(chǎn)流程能夠?qū)崿F(xiàn)全周期、高透明、智能化的管理[2]。上述背景下，鋼鐵企業(yè)必然需要針對(duì)傳統(tǒng)的質(zhì)量管理模式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，同時(shí)推動(dòng)理化檢驗(yàn)技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)，才能有效提升鋼鐵企業(yè)核心競爭力。

1圍繞工業(yè)4.0推進(jìn)質(zhì)量管理創(chuàng)新

從鋼鐵行業(yè)發(fā)展歷程來看，在不同歷史階段，我國鋼鐵企業(yè)所采用的質(zhì)量管理模式也存在一定的差異性。在20世紀(jì)60年代，鋼鐵企業(yè)主要是通過質(zhì)量檢測方式來進(jìn)行質(zhì)量管理；進(jìn)入到20世紀(jì)80年代后，鋼鐵企業(yè)開始采用全面質(zhì)量管理模式；進(jìn)入到20世紀(jì)90年代后，ISO 9000標(biāo)準(zhǔn)的正式實(shí)施，鋼鐵企業(yè)質(zhì)量管理水平正在不斷提升。工業(yè)4.0環(huán)境下，鋼鐵企業(yè)開展質(zhì)量管理，應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合工業(yè)4.0要求、市場發(fā)展動(dòng)態(tài)，積極推進(jìn)質(zhì)量管理的改革創(chuàng)新[3]。具體來說，工業(yè)4.0環(huán)境下的質(zhì)量管理，質(zhì)量多表現(xiàn)在為消費(fèi)者創(chuàng)造價(jià)值層面，消費(fèi)者并非單純局限于消費(fèi)，同時(shí)也可以是產(chǎn)品的“創(chuàng)造者”。因此，鋼鐵企業(yè)推進(jìn)質(zhì)量管理創(chuàng)新，在將消費(fèi)者需求作為出發(fā)點(diǎn)的同時(shí)嘗試將消費(fèi)者納入質(zhì)量管理體系中來，即在細(xì)化ISO 9001質(zhì)量體系的基礎(chǔ)上，深入優(yōu)化全面質(zhì)量管理、卓越績效管理[4]。在此基礎(chǔ)上，建立質(zhì)量管理分析系統(tǒng)（見圖1），通過建立產(chǎn)品制造過程工藝分析、產(chǎn)品質(zhì)量分析、產(chǎn)品制造過程和產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控、應(yīng)用系統(tǒng)管理這四個(gè)系統(tǒng)，將質(zhì)量管理分析全面滲透到鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品制造生產(chǎn)的整個(gè)流程中來，從而有效保障質(zhì)量管理的效果。

2基于信息技術(shù)引入強(qiáng)化質(zhì)量管理

正如上文所述，越來越多新興技術(shù)的應(yīng)用，在線檢測技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與智能化檢測設(shè)備的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測各種設(shè)備、產(chǎn)品、生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種質(zhì)量波動(dòng)問題，這個(gè)過程中再引入大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、AI等新興技術(shù)，能夠完成智能化的質(zhì)量反饋控制[5]。對(duì)于工業(yè)4.0來說，互聯(lián)、數(shù)據(jù)、創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型、集成都是其主要特征，鋼鐵企業(yè)引入新興技術(shù)，應(yīng)當(dāng)充分利用互聯(lián)網(wǎng)、虛擬技術(shù)、傳感技術(shù)、信息通信等建立信息物理系統(tǒng)，基于價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的有效應(yīng)用，建立覆蓋整個(gè)生產(chǎn)流程的質(zhì)量管理系統(tǒng)[6]。與此同時(shí)，為進(jìn)一步提升質(zhì)量管理水平，鋼鐵企業(yè)可以嘗試建立基于工業(yè)4.0要求的質(zhì)量管理架構(gòu)（見圖2），通過收集全流程質(zhì)量管理相關(guān)的尺寸、表面、內(nèi)質(zhì)、斷面、關(guān)鍵原輔料檢測、工藝過程等相關(guān)的信息資料，能夠?qū)崿F(xiàn)全流程質(zhì)量信息共享、過程參與和集中監(jiān)控。同時(shí)，通過云端數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)云端數(shù)據(jù)與在線質(zhì)量管理平臺(tái)的實(shí)時(shí)互動(dòng)，系統(tǒng)本身從原材料到成本的各工序量化檢測，整個(gè)流程都能夠?qū)崿F(xiàn)全息自動(dòng)判定的目標(biāo)，能夠達(dá)成端到端集中統(tǒng)一質(zhì)量管理的目標(biāo)。

3鋼鐵企業(yè)理化檢驗(yàn)技術(shù)優(yōu)化

3.1定期更新理化檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)鋼鐵企業(yè)來說，檢測中心申請(qǐng)認(rèn)可的檢測項(xiàng)目全部采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法，并經(jīng)過中心驗(yàn)證適用后予以采用。在此基礎(chǔ)上，鋼鐵企業(yè)還需要定期針對(duì)各種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行查新，切實(shí)保障現(xiàn)有使用標(biāo)準(zhǔn)為現(xiàn)行有效版本。通過查新了解新標(biāo)準(zhǔn)的情況下，還需要及時(shí)針對(duì)新變更標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了方法驗(yàn)證、學(xué)習(xí)和培訓(xùn)。比如，GB/T 6730.12—2016《鐵礦石鋁含量的測定鉻天青S分光光度法》、GB/T 1506—2016《錳礦石錳含量的測定電位滴定法和硫酸亞鐵銨滴定法》、GB/T 1509—2016《錳礦石硅含量的測定高氯酸脫水重量法》、GB/T 6730.9—2016《鐵礦石硅含量的測定硫酸亞鐵銨還原-硅鉬藍(lán)分光光度法》和GB/T 6394—2017《金屬平均晶粒度測定方法》正是去年更新的標(biāo)準(zhǔn)，鋼鐵企業(yè)需要充分對(duì)比新舊標(biāo)準(zhǔn)，積極推進(jìn)方法驗(yàn)證的同時(shí)，組織檢測中心進(jìn)行學(xué)習(xí)培訓(xùn)[7]。

3.2優(yōu)化瓶裝氬氣與氮?dú)?/p>

對(duì)于直讀光譜與焦炭反映實(shí)驗(yàn)相關(guān)的部分，鋼鐵企業(yè)主要是選擇ICP光譜儀針對(duì)相關(guān)的樣品進(jìn)行測試，當(dāng)中主要會(huì)涉及氬氣與氮?dú)?。從?dāng)前理化檢驗(yàn)使用的氬氣與氮?dú)馄縼碚f，本身的成本相對(duì)較高，同時(shí)易發(fā)生外購氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)問題，如部分瓶裝氣的純度不足，從而影響理化檢驗(yàn)結(jié)果。針對(duì)上述問題，鋼鐵企業(yè)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，針對(duì)瓶裝氬氣與氮?dú)膺M(jìn)行優(yōu)化。分別從氣體主管道依次連接兩條分支管，包含高純氬氣與高純氮?dú)獾膶?duì)應(yīng)分支管，通過自制氬氣與氮?dú)庖约爸蒲跽舭l(fā)處理后，輸送到實(shí)驗(yàn)室中。管道輸送的模式供給更為穩(wěn)定，且純度非常高，整個(gè)理化檢驗(yàn)過程中不需再次針對(duì)氣瓶進(jìn)行更換處理，能有效防止理化檢驗(yàn)過程中混入空氣，保障檢驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性、合理性。

3.3優(yōu)化薄帶鋼拉伸試樣制備

鋼鐵企業(yè)選擇薄帶鋼拉伸試樣，通常都會(huì)選擇厚度低于5 mm的試樣，然后使用雙面銑床加工到30 mm的標(biāo)準(zhǔn)寬度之后，再通過磨床進(jìn)行打磨處理。這個(gè)過程中倘若不進(jìn)行打磨處理，試樣當(dāng)中存在的橫向刀痕非常容易出現(xiàn)斷裂，引發(fā)測試結(jié)果偏低。但磨床工作效率相對(duì)較低，單次深度往往只有0.02 mm，針對(duì)單一試樣的處理時(shí)間就會(huì)達(dá)到0.5 h以上。對(duì)于上述問題，在制作直讀光譜分析試樣的過程中選擇盤式磨樣機(jī)來針對(duì)試樣的表面打磨，選擇40目圓形砂輪布，只需要十余秒的時(shí)間，就能夠?qū)?0 mm直徑的球拍形式樣磨削0.5 mm[8]。因此，可以選擇盤式磨樣機(jī)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的磨床，綜合參考薄帶鋼拉伸試樣制備要求與橫向弧形紋處理需要，選擇加長砂帶機(jī)進(jìn)行處理，主要是配置工作面150 mm×500 mm的高鋁砂帶，直接將試樣放置到砂帶機(jī)上面進(jìn)行順向的磨制處理，數(shù)十秒就能夠完成打磨操作，且最終的試樣成本能夠滿足理化試驗(yàn)要求。

3.4優(yōu)化金相檢驗(yàn)技術(shù)

對(duì)于鋼鐵成材所進(jìn)行的金相檢驗(yàn)來說，一般選擇電解法、手工法、機(jī)械法等途徑來處理。結(jié)合鋼鐵成材金相檢驗(yàn)技術(shù)來說，電解法無疑更為實(shí)用，能夠在有效提升理化檢驗(yàn)效率的同時(shí)，節(jié)約大量人力物力。具體來說，電解法在金相檢驗(yàn)中的應(yīng)用，主要是從鋼鐵成材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)開展分析，針對(duì)金屬性能進(jìn)行判斷，接著再進(jìn)行后續(xù)的理化檢驗(yàn)。對(duì)于電解法的實(shí)際應(yīng)用來說，首要任務(wù)在于明確試樣制備、檢驗(yàn)工藝，根據(jù)特定順序分別進(jìn)行取樣、鑲嵌、標(biāo)記、磨光、拋光、侵蝕等相關(guān)的操作。1）針對(duì)鋼鐵成材進(jìn)行切割，獲取小塊試樣，接著使用金相砂紙針對(duì)檢驗(yàn)面進(jìn)行預(yù)磨處理。2）選擇電解拋光儀，綜合利用電解液、電流、電壓配合電磁泵來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，針對(duì)對(duì)應(yīng)的電解參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。將電壓設(shè)置為12 V，電機(jī)功率設(shè)置為30 W，開展拋光處理。過程中需要高度重視拋光面積，整體需要控制在5 cm2，對(duì)應(yīng)的時(shí)間則需要控制在10 min以內(nèi)。一般情況下，該金相檢驗(yàn)會(huì)結(jié)合陰極配備各種鋼鐵成材產(chǎn)品進(jìn)行互換檢驗(yàn)，同時(shí)要保證電解儀在檢驗(yàn)過程中始終擁有穩(wěn)定的電壓及電流密度，確保針對(duì)試樣的拋光檢驗(yàn)高質(zhì)量。在拋光工作結(jié)束后，取出試樣（此時(shí)試樣檢驗(yàn)面應(yīng)該呈銀灰色），將試樣放入到腐蝕液中進(jìn)行電解腐蝕，然后用水清洗試樣，吹干，在專門設(shè)備下進(jìn)行進(jìn)一步的金相檢驗(yàn)觀察[9]。在針對(duì)鋼鐵成材產(chǎn)品的電解金相檢驗(yàn)過程中要注意電解電壓、電解磁力泵泵速及拋光時(shí)間等幾點(diǎn)重要影響因素。

4結(jié)語

工業(yè)4.0環(huán)境下，鋼鐵行業(yè)與市場正在發(fā)生翻天覆地的變化，鋼鐵企業(yè)現(xiàn)有的質(zhì)量管理模式與理化檢驗(yàn)技術(shù)顯然已經(jīng)難以滿足工業(yè)4.0的要求，優(yōu)化調(diào)整勢在必行。對(duì)鋼鐵企業(yè)來說，應(yīng)當(dāng)主動(dòng)去了解工業(yè)4.0，分析工業(yè)4.0環(huán)境下行業(yè)與市場發(fā)展動(dòng)態(tài)，同時(shí)分析當(dāng)前質(zhì)量管理與理化檢驗(yàn)技術(shù)暴露出來的問題，結(jié)合問題制定針對(duì)性的優(yōu)化措施，全面強(qiáng)化質(zhì)量管理與理化檢驗(yàn)。需要注意的是，工業(yè)4.0所帶來的諸多變化，鋼鐵企業(yè)還需要重視消費(fèi)者的體驗(yàn)，嘗試讓消費(fèi)者融入生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量管理，同時(shí)積極引入新興信息化技術(shù)，推動(dòng)質(zhì)量管理、理化檢驗(yàn)技術(shù)的優(yōu)化升值，致力于推進(jìn)質(zhì)量管理、理化檢驗(yàn)技術(shù)朝著自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。

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【作者簡介】

鞏道敏，男，1984年出生，工程師，研究方向?yàn)殇撹F企業(yè)原料、產(chǎn)品質(zhì)量及檢測管理。

（編輯：李鈺雙）