運(yùn)用DMAIC方法降低邯鋼冷軋汽車(chē)板“亮點(diǎn)”缺陷

杜艷玲，李守華，于光遠(yuǎn)，呂超杰，王田惠

（河鋼邯鋼技術(shù)中心，河北 邯鄲056015）

1 缺陷形貌

2019年7月份開(kāi)始，邯寶連退帶鋼亮點(diǎn)問(wèn)題陸續(xù)出現(xiàn)，9月份開(kāi)始爆發(fā)式的出現(xiàn)，亮點(diǎn)開(kāi)始主要集中在IF鋼等軟鋼上，據(jù)統(tǒng)計(jì)2019年9月到12月，邯寶因?yàn)榱咙c(diǎn)問(wèn)題導(dǎo)致的降級(jí)改判的非計(jì)劃品共計(jì)5 923 t，缺陷率高達(dá)2.37%。給邯寶造成一定損失，即提高了邯寶生產(chǎn)汽車(chē)板的生產(chǎn)成本，也嚴(yán)重的影響了汽車(chē)板合同的交付。因此研究“亮點(diǎn)”缺陷產(chǎn)生機(jī)理，采取有效措施降低亮點(diǎn)缺陷發(fā)生率，是很需要值得研究合探討的。邯寶連退產(chǎn)線帶鋼“亮點(diǎn)”問(wèn)題陸續(xù)出現(xiàn)，宏觀形貌如圖1所示。

圖1 板材表面“亮點(diǎn)”缺陷宏觀形貌

2 機(jī)理研究

汽車(chē)板主要以厚度為0.6～2.0 mm的EDDQ/SEDDQ-IF鋼板為主，主要特點(diǎn)是含碳量低（w（C）≤0.20%），有良好的深沖性能。汽車(chē)板生產(chǎn)工藝流程為：煉鋼→熱軋→酸軋→連退。退火是板材軋制的核心工序。通過(guò)退火對(duì)退火爐不同退火段工藝的制定，從而達(dá)到所需要汽車(chē)板的力學(xué)性能，其對(duì)應(yīng)的退火曲線如圖2所示。帶鋼退火溫度越高，帶鋼越軟，爐輥表面很微小的缺陷越容易復(fù)制到帶鋼上去，從而影響帶鋼表面質(zhì)量。因此，爐輥?zhàn)鳛橥嘶馉t的主要部件，它的表面狀況直接決定了汽車(chē)板的表面質(zhì)量。

圖2 深沖IF鋼和CQ－Al－K-B鋼退火工藝曲線

查閱相關(guān)文件[1-3]分析可知，爐輥積瘤分為兩大類(lèi)：黏屑和結(jié)瘤。黏屑指異物落在輥面上，并受壓黏附在輥面上，黏附物一般可以去除；結(jié)瘤指帶鋼表面的氧化鐵或氧化錳被爐內(nèi)氣氛還原成鐵或錳，并與爐輥的機(jī)體材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的產(chǎn)物黏附在輥面上，難以去除。圖3為爐輥結(jié)瘤圖片，圖4為結(jié)瘤物顯微組織，對(duì)其上4個(gè)位置進(jìn)行能譜成分分析，結(jié)果見(jiàn)圖5。從能譜檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，結(jié)瘤的主要成分有Si、Al、Mn、Fe、Na、Cr和O元素。Si元素的來(lái)源可能從清洗段的堿液和消泡劑、帶鋼成分、耐材；Al元素的來(lái)源可能從涂層成分、帶鋼成分、耐材；Mn元素來(lái)源于帶鋼成分；Fe元素可能來(lái)自帶鋼；Na元素可能來(lái)源于消泡劑和堿液；Cr元素可能來(lái)源于爐輥涂層、內(nèi)襯板、帶鋼成分等；O元素可能來(lái)自于爐內(nèi)氣氛、水。因此從減少爐輥結(jié)瘤來(lái)源考慮，應(yīng)從清洗段、供應(yīng)的爐內(nèi)氣氛、耐材、爐輥涂層、清理爐膛、減少帶有氧化鐵皮的鋼卷。

圖3 爐底輥結(jié)瘤圖片

圖4 黏屑的微觀形貌

圖5 黏屑的能譜分析

根據(jù)結(jié)瘤能譜檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[1-3]可知，連續(xù)退火機(jī)組爐輥結(jié)瘤主要有兩種機(jī)制：一種是高溫時(shí)，帶鋼和爐輥產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，發(fā)生機(jī)械摩擦，帶鋼表面的氧化物、鐵屑等在爐輥表面經(jīng)過(guò)爐內(nèi)還原氣氛還原和黏結(jié)、聚集形成；另一種是由于爐輥本身磨損氧化，輥?zhàn)颖砻娴难趸锔街奂纬伞．?dāng)在高溫線，形成的瘤狀物與輥面發(fā)生輕微的熔融、擴(kuò)散和合金化現(xiàn)象后，部分瘤狀物牢固黏附于輥面成為劃傷和亮點(diǎn)的危害物，板帶與輥面帶有結(jié)瘤的輥面接觸后，極易形成前述的“亮點(diǎn)”缺陷。連續(xù)退火爐內(nèi)帶鋼表面“亮點(diǎn)”嚴(yán)重程度取決于爐輥結(jié)瘤程度，爐輥結(jié)瘤取決于以下影響因素：由帶鋼或環(huán)境帶入到爐輥上的異物金屬（結(jié)瘤原料）越多，爐輥越容易結(jié)瘤；爐內(nèi)氣氛還原性越強(qiáng)，爐輥越容易結(jié)瘤；爐內(nèi)溫度越高，爐輥越容易結(jié)瘤；爐輥涂層的抗結(jié)瘤性能越差，爐輥越容易結(jié)瘤。

作為汽車(chē)板連續(xù)退火爐，由于鋼板表面的氧化物在爐內(nèi)還原成Fe，而Fe與爐輥材料（多為耐熱不銹鋼）具有很強(qiáng)的親和性、互溶性，容易黏附在輥面上形成積瘤；此外，隨著爐輥工作溫度升高，結(jié)瘤和磨損也隨之加大，而爐輥與鋼帶之間的滑動(dòng)也促進(jìn)結(jié)瘤生成，當(dāng)鋼板滑移過(guò)輥面時(shí)會(huì)在鋼板上留下凹坑，從而影響鋼板表面質(zhì)量。

爐輥表面容易積瘤，爐底輥表面涂層可以改善結(jié)瘤問(wèn)題，但不完全是爐輥表面涂層的問(wèn)題，而且成本價(jià)高。爐子操作條件如露點(diǎn)、氧含量、退火溫度、帶鋼張力等對(duì)輥面結(jié)瘤情況也有很大的影響。從降低爐底輥結(jié)瘤的形成的角度尋找改善連退板表面亮點(diǎn)的方法。

3 邯鋼爐輥結(jié)瘤影響因子分析

通過(guò)相關(guān)文件查證[4]和魚(yú)骨圖分析，如圖6所示，爐輥結(jié)瘤主要是因?yàn)榍逑炊螝埩舻臍堣F等雜質(zhì)帶入爐內(nèi)在高溫狀態(tài)下黏在爐輥上所致，要降低“亮點(diǎn)”問(wèn)題首先要減少帶入爐內(nèi)的雜質(zhì)，其次對(duì)在線的爐輥進(jìn)行打磨處理，采取措施保證爐輥表面清潔度。增加爐輥更換頻率雖然能夠解決連退汽車(chē)板表面“亮點(diǎn)”缺陷，但是使生產(chǎn)成本大幅增加，因此，從爐底輥結(jié)瘤機(jī)理上分析，降低爐底輥結(jié)瘤的出現(xiàn)，從亮點(diǎn)成因上查找解決問(wèn)題的方法，經(jīng)過(guò)分析聚焦在提升清洗后板帶表面質(zhì)量，提升清洗后板帶表面反射率。

圖6 影響亮點(diǎn)因果分析

3.1 連退產(chǎn)線

通過(guò)與連退技術(shù)人員共同分析，匯總出影響板帶清洗效果（表面反射率）的將清洗段劃分出9個(gè)工序，網(wǎng)羅因子共計(jì)51個(gè)，通過(guò)CE矩陣篩選，篩選出20個(gè)因子。

表1 連退清洗質(zhì)量影響因子

通過(guò)兩周的現(xiàn)場(chǎng)收集數(shù)據(jù)，其中，堿液干凈程度、擠干輥投用、擠干效果等計(jì)數(shù)性數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)收集中，都是良好的，因此，以下統(tǒng)計(jì)分析都是基于此而進(jìn)行，同時(shí)，希望連退車(chē)間能夠?qū)σ陨狭信e的計(jì)數(shù)性數(shù)據(jù)效果予以保持。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，我們得出了與連退反射率相關(guān)的參數(shù)是堿液溫度、堿液電導(dǎo)率、電解電導(dǎo)率等11個(gè)影響因子，其中影響最嚴(yán)重的參數(shù)是酸軋反射率，所以酸軋反射率需要提高。連退清洗質(zhì)量影響因子見(jiàn)表1。

圖7 連退反射率和酸軋卷反射率分布情況

通過(guò)兩周的現(xiàn)場(chǎng)收集數(shù)據(jù)，其中，堿液干凈程度、擠干輥投用、擠干效果等計(jì)數(shù)性數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)收集中，都是良好，因此，以下統(tǒng)計(jì)分析都是基于此而進(jìn)行，同時(shí)，希望連退車(chē)間能夠?qū)σ陨狭信e的計(jì)數(shù)性數(shù)據(jù)效果予以保持。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，我們得出了與連退反射率相關(guān)的參數(shù)是堿液溫度、堿液電導(dǎo)率、電解電導(dǎo)率等11個(gè)影響因子，其中影響最嚴(yán)重的參數(shù)是酸軋反射率，所以酸軋反射率需要提高。連退反射率和酸軋卷反射率分布情況如圖7所示。

一般線性模型：Y連退反射率（含原料反射率），見(jiàn)表2。

表2 Y連退反射率（含原料反射率）

一般線性模型：Y連退反射率（不含原料反射率），見(jiàn)表3。

從連退的角度，為檢驗(yàn)連退清洗效果，提出清洗能力來(lái)考量連退清洗，我們分析了連退清洗能力，清洗能力計(jì)算公式：清洗能力=（成品反射率-原料反射率）/原料反射率。影響連退清洗能力的工藝參數(shù)是1號(hào)堿液溫度、1號(hào)電導(dǎo)率、2號(hào)堿液電導(dǎo)率等共計(jì)9個(gè)因子，經(jīng)過(guò)分析如表2和表3所示，目前波動(dòng)最大的幾個(gè)因子分別是1號(hào)堿液溫度、1號(hào)電導(dǎo)率、電解液電導(dǎo)率。經(jīng)過(guò)對(duì)該三個(gè)因子數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，需要嚴(yán)格執(zhí)行工藝方案，需要連退線正確面對(duì)目前的形式，其中原料反射率和3號(hào)脫鹽水電導(dǎo)率波動(dòng)較大，制定相關(guān)工藝如表4所示。

表3 Y連退反射率（不含原料反射率）

表4 連退清洗段工藝優(yōu)化

3.2 酸軋產(chǎn)線

通過(guò)相關(guān)分析，與酸軋反射率相關(guān)的因子是1-2油濃度、1-2皂化值、1-2Fe粉等13個(gè)影響因子，一般線性模型分析如表5所示。

表5 酸軋成品反射率的一般線性模型分析

一般線性模型:成品反射率與因子類(lèi)型水平數(shù)值成品反射率的方差分析，在檢驗(yàn)中使用調(diào)整的SS模型，從分析上看，酸軋1－2油濃度和1-2皂化值波動(dòng)較大，因此造成酸軋板反射率波動(dòng)較大。

表6 回歸分析

表7 方差分析

表8

表9

通過(guò)回歸和方差分析，表6和表7所示，發(fā)現(xiàn)，其中影響最顯著的三個(gè)因子是1-2油濃度、1-2皂化值、1-2電導(dǎo)率影響較大，得出回歸方程。

通過(guò)一般線性分析和回歸分析，酸軋得出了下一步的改進(jìn)方向。影響酸軋的反射率的主要因子如下，給出的判定條件如表10所示。

表10 酸軋乳化液工藝優(yōu)化目標(biāo)

4 實(shí)施效果

根據(jù)一般線性分析和回歸得到酸軋和連退清洗段的工藝參數(shù)，下發(fā)方案進(jìn)行試運(yùn)行，通過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行，酸軋酸洗帶鋼表面的反射率達(dá)72%以上，連退的清洗后帶鋼反射率達(dá)到92%，連退帶鋼表面“亮點(diǎn)”缺陷得到良好的控制，從2020年6月至今，連退線帶鋼再未出現(xiàn)“亮點(diǎn)”缺陷，通過(guò)控制酸軋帶鋼表面反射率和連退反射率，減少了連退爐底輥結(jié)瘤的發(fā)生，杜絕了邯鋼連退帶鋼“亮點(diǎn)”缺陷的產(chǎn)生。下頁(yè)圖8為酸軋影響反射率因子的前后對(duì)比控制圖，下頁(yè)圖9為酸軋清洗反射率直方圖，下頁(yè)圖10為連退反射率直方圖，下頁(yè)圖11為連退帶鋼表面質(zhì)量改善前后對(duì)比。

8-1油濃度按前后的I-MR控制圖

圖8 酸軋表面質(zhì)量影響因子改善前后控制圖

圖9 酸軋清洗反射率

5 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)其他鋼廠在解決連退板板帶表面“亮點(diǎn)”缺陷時(shí)，通常是從爐底輥結(jié)瘤方向，更換爐輥表面涂層角度或是打磨爐輥，降低爐底輥結(jié)瘤，或是犧牲質(zhì)量，改善汽車(chē)板連退生產(chǎn)工藝等方向，來(lái)消除連退板表面“亮點(diǎn)”缺陷。本項(xiàng)目從爐底輥的形成機(jī)理上進(jìn)行深一步研究，從降低爐底輥結(jié)瘤形成的頻率角度出發(fā)，降低板帶帶進(jìn)爐內(nèi)表面雜質(zhì)，污染爐輥，降低爐底輥結(jié)瘤或是延緩其形成時(shí)間，從而降低、改善連退帶鋼表面“亮點(diǎn)”缺陷。通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，從最低成本投入，解決了連退帶鋼表面“亮點(diǎn)”缺陷，同時(shí)對(duì)酸軋帶鋼表面的清洗效果和連退清洗效果確定了量化標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)建立了清洗效果數(shù)據(jù)模型，有利于后期對(duì)清洗效果進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

圖10 連退清洗反射率改善前后直方圖

圖11 連退帶鋼表面質(zhì)量改善前后對(duì)比