工業4.0背景鋼鐵企業質量管理與理化檢驗技術研究

鞏道敏 王偉 張軍

【摘要】全球經濟一體化的持續深入，各個經濟體紛紛開始制定工業發展新戰略，越來越多新興信息技術在工業生產制造領域的不斷應用，當前全球已經全面進入到工業4.0時代。工業4.0背景下，傳統的生產制造模式顯然已經難以滿足社會發展形勢，市場更傾向于個性化、定制化的產品。對鋼鐵企業來說，工業4.0無疑是一次巨大的挑戰，要想有效迎合工業4.0要求，優化質量管理與理化檢驗技術無疑是基礎所在。基于此，本研究充分結合工業4.0環境與鋼鐵企業現實發展需求，深入探討了鋼鐵企業質量管理與理化檢驗技術的優化方案，僅供參考與借鑒。

【關鍵詞】鋼鐵企業；質量管理；理化檢驗技術；工業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4.0的大環境下，鋼鐵企業面臨的外部環境發生了翻天覆地的變化，傳統大規模批量生產模式正在逐步朝著大規模定制生產模式轉變。處在個性化工業定制體系當中，市場更為注重消費者與工廠之間的有效對接，定制符合消費者的個性化產品[1]。工業4.0環境下，生產模式的轉變，市場需求的變化，鋼鐵企業質量管理也在不斷變化。與此同時，越來越多新興技術在各個行業的不斷應用，生產設備正在朝著智能化、集成化、自動化的趨勢發展，通過海量信息設備獲取海量數據、改造作業環境，整個生產流程能夠實現全周期、高透明、智能化的管理[2]。上述背景下，鋼鐵企業必然需要針對傳統的質量管理模式進行優化調整，同時推動理化檢驗技術的優化升級，才能有效提升鋼鐵企業核心競爭力。

1圍繞工業4.0推進質量管理創新

從鋼鐵行業發展歷程來看，在不同歷史階段，我國鋼鐵企業所采用的質量管理模式也存在一定的差異性。在20世紀60年代，鋼鐵企業主要是通過質量檢測方式來進行質量管理；進入到20世紀80年代后，鋼鐵企業開始采用全面質量管理模式；進入到20世紀90年代后，ISO 9000標準的正式實施，鋼鐵企業質量管理水平正在不斷提升。工業4.0環境下，鋼鐵企業開展質量管理，應當充分結合工業4.0要求、市場發展動態，積極推進質量管理的改革創新[3]。具體來說，工業4.0環境下的質量管理，質量多表現在為消費者創造價值層面，消費者并非單純局限于消費，同時也可以是產品的“創造者”。因此，鋼鐵企業推進質量管理創新，在將消費者需求作為出發點的同時嘗試將消費者納入質量管理體系中來，即在細化ISO 9001質量體系的基礎上，深入優化全面質量管理、卓越績效管理[4]。在此基礎上，建立質量管理分析系統（見圖1），通過建立產品制造過程工藝分析、產品質量分析、產品制造過程和產品質量實時監控、應用系統管理這四個系統，將質量管理分析全面滲透到鋼鐵企業產品制造生產的整個流程中來，從而有效保障質量管理的效果。

2基于信息技術引入強化質量管理

正如上文所述，越來越多新興技術的應用，在線檢測技術的快速發展，工業互聯網與智能化檢測設備的應用，實現實時檢測各種設備、產品、生產過程中產生的各種質量波動問題，這個過程中再引入大數據、云計算、AI等新興技術，能夠完成智能化的質量反饋控制[5]。對于工業4.0來說，互聯、數據、創新、轉型、集成都是其主要特征，鋼鐵企業引入新興技術，應當充分利用互聯網、虛擬技術、傳感技術、信息通信等建立信息物理系統，基于價值網絡的有效應用，建立覆蓋整個生產流程的質量管理系統[6]。與此同時，為進一步提升質量管理水平，鋼鐵企業可以嘗試建立基于工業4.0要求的質量管理架構（見圖2），通過收集全流程質量管理相關的尺寸、表面、內質、斷面、關鍵原輔料檢測、工藝過程等相關的信息資料，能夠實現全流程質量信息共享、過程參與和集中監控。同時，通過云端數據共享平臺的應用，實現云端數據與在線質量管理平臺的實時互動，系統本身從原材料到成本的各工序量化檢測，整個流程都能夠實現全息自動判定的目標，能夠達成端到端集中統一質量管理的目標。

3鋼鐵企業理化檢驗技術優化

3.1定期更新理化檢驗標準

對鋼鐵企業來說，檢測中心申請認可的檢測項目全部采用國家標準方法，并經過中心驗證適用后予以采用。在此基礎上，鋼鐵企業還需要定期針對各種標準進行查新，切實保障現有使用標準為現行有效版本。通過查新了解新標準的情況下，還需要及時針對新變更標準進行了方法驗證、學習和培訓。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》正是去年更新的標準，鋼鐵企業需要充分對比新舊標準，積極推進方法驗證的同時，組織檢測中心進行學習培訓[7]。

3.2優化瓶裝氬氣與氮氣

對于直讀光譜與焦炭反映實驗相關的部分，鋼鐵企業主要是選擇ICP光譜儀針對相關的樣品進行測試，當中主要會涉及氬氣與氮氣。從當前理化檢驗使用的氬氣與氮氣瓶來說，本身的成本相對較高，同時易發生外購氣質量不達標問題，如部分瓶裝氣的純度不足，從而影響理化檢驗結果。針對上述問題，鋼鐵企業設計優化方案，針對瓶裝氬氣與氮氣進行優化。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氣的對應分支管，通過自制氬氣與氮氣以及制氧蒸發處理后，輸送到實驗室中。管道輸送的模式供給更為穩定，且純度非常高，整個理化檢驗過程中不需再次針對氣瓶進行更換處理，能有效防止理化檢驗過程中混入空氣，保障檢驗結果的科學性、合理性。

3.3優化薄帶鋼拉伸試樣制備

鋼鐵企業選擇薄帶鋼拉伸試樣，通常都會選擇厚度低于5 mm的試樣，然后使用雙面銑床加工到30 mm的標準寬度之后，再通過磨床進行打磨處理。這個過程中倘若不進行打磨處理，試樣當中存在的橫向刀痕非常容易出現斷裂，引發測試結果偏低。但磨床工作效率相對較低，單次深度往往只有0.02 mm，針對單一試樣的處理時間就會達到0.5 h以上。對于上述問題，在制作直讀光譜分析試樣的過程中選擇盤式磨樣機來針對試樣的表面打磨，選擇40目圓形砂輪布，只需要十余秒的時間，就能夠將30 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來代替傳統的磨床，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，選擇加長砂帶機進行處理，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上面進行順向的磨制處理，數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要求。

3.4優化金相檢驗技術

對于鋼鐵成材所進行的金相檢驗來說，一般選擇電解法、手工法、機械法等途徑來處理。結合鋼鐵成材金相檢驗技術來說，電解法無疑更為實用，能夠在有效提升理化檢驗效率的同時，節約大量人力物力。具體來說，電解法在金相檢驗中的應用，主要是從鋼鐵成材的內部結構開展分析，針對金屬性能進行判斷，接著再進行后續的理化檢驗。對于電解法的實際應用來說，首要任務在于明確試樣制備、檢驗工藝，根據特定順序分別進行取樣、鑲嵌、標記、磨光、拋光、侵蝕等相關的操作。1）針對鋼鐵成材進行切割，獲取小塊試樣，接著使用金相砂紙針對檢驗面進行預磨處理。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行驅動，針對對應的電解參數進行優化調整。將電壓設置為12 V，電機功率設置為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，對應的時間則需要控制在10 min以內。一般情況下，該金相檢驗會結合陰極配備各種鋼鐵成材產品進行互換檢驗，同時要保證電解儀在檢驗過程中始終擁有穩定的電壓及電流密度，確保針對試樣的拋光檢驗高質量。在拋光工作結束后，取出試樣（此時試樣檢驗面應該呈銀灰色），將試樣放入到腐蝕液中進行電解腐蝕，然后用水清洗試樣，吹干，在專門設備下進行進一步的金相檢驗觀察[9]。在針對鋼鐵成材產品的電解金相檢驗過程中要注意電解電壓、電解磁力泵泵速及拋光時間等幾點重要影響因素。

4結語

工業4.0環境下，鋼鐵行業與市場正在發生翻天覆地的變化，鋼鐵企業現有的質量管理模式與理化檢驗技術顯然已經難以滿足工業4.0的要求，優化調整勢在必行。對鋼鐵企業來說，應當主動去了解工業4.0，分析工業4.0環境下行業與市場發展動態，同時分析當前質量管理與理化檢驗技術暴露出來的問題，結合問題制定針對性的優化措施，全面強化質量管理與理化檢驗。需要注意的是，工業4.0所帶來的諸多變化，鋼鐵企業還需要重視消費者的體驗，嘗試讓消費者融入生產環節的質量管理，同時積極引入新興信息化技術，推動質量管理、理化檢驗技術的優化升值，致力于推進質量管理、理化檢驗技術朝著自動化、智能化的方向發展。

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【作者簡介】

鞏道敏，男，1984年出生，工程師，研究方向為鋼鐵企業原料、產品質量及檢測管理。

（編輯：李鈺雙）