工业4.0背景钢铁企业质量管理与理化检验技术研究

巩道敏 王伟 张军

【摘要】全球经济一体化的持续深入，各个经济体纷纷开始制定工业发展新战略，越来越多新兴信息技术在工业生产制造领域的不断应用，当前全球已经全面进入到工业4.0时代。工业4.0背景下，传统的生产制造模式显然已经难以满足社会发展形势，市场更倾向于个性化、定制化的产品。对钢铁企业来说，工业4.0无疑是一次巨大的挑战，要想有效迎合工业4.0要求，优化质量管理与理化检验技术无疑是基础所在。基于此，本研究充分结合工业4.0环境与钢铁企业现实发展需求，深入探讨了钢铁企业质量管理与理化检验技术的优化方案，仅供参考与借鉴。

【关键词】钢铁企业；质量管理；理化检验技术；工业4.0

【DOI编码】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

工业4.0的大环境下，钢铁企业面临的外部环境发生了翻天覆地的变化，传统大规模批量生产模式正在逐步朝着大规模定制生产模式转变。处在个性化工业定制体系当中，市场更为注重消费者与工厂之间的有效对接，定制符合消费者的个性化产品[1]。工业4.0环境下，生产模式的转变，市场需求的变化，钢铁企业质量管理也在不断变化。与此同时，越来越多新兴技术在各个行业的不断应用，生产设备正在朝着智能化、集成化、自动化的趋势发展，通过海量信息设备获取海量数据、改造作业环境，整个生产流程能够实现全周期、高透明、智能化的管理[2]。上述背景下，钢铁企业必然需要针对传统的质量管理模式进行优化调整，同时推动理化检验技术的优化升级，才能有效提升钢铁企业核心竞争力。

1围绕工业4.0推进质量管理创新

从钢铁行业发展历程来看，在不同历史阶段，我国钢铁企业所采用的质量管理模式也存在一定的差异性。在20世纪60年代，钢铁企业主要是通过质量检测方式来进行质量管理；进入到20世纪80年代后，钢铁企业开始采用全面质量管理模式；进入到20世纪90年代后，ISO 9000标准的正式实施，钢铁企业质量管理水平正在不断提升。工业4.0环境下，钢铁企业开展质量管理，应当充分结合工业4.0要求、市场发展动态，积极推进质量管理的改革创新[3]。具体来说，工业4.0环境下的质量管理，质量多表现在为消费者创造价值层面，消费者并非单纯局限于消费，同时也可以是产品的“创造者”。因此，钢铁企业推进质量管理创新，在将消费者需求作为出发点的同时尝试将消费者纳入质量管理体系中来，即在细化ISO 9001质量体系的基础上，深入优化全面质量管理、卓越绩效管理[4]。在此基础上，建立质量管理分析系统（见图1），通过建立产品制造过程工艺分析、产品质量分析、产品制造过程和产品质量实时监控、应用系统管理这四个系统，将质量管理分析全面渗透到钢铁企业产品制造生产的整个流程中来，从而有效保障質量管理的效果。

2基于信息技术引入强化质量管理

正如上文所述，越来越多新兴技术的应用，在线检测技术的快速发展，工业互联网与智能化检测设备的应用，实现实时检测各种设备、产品、生产过程中产生的各种质量波动问题，这个过程中再引入大数据、云计算、AI等新兴技术，能够完成智能化的质量反馈控制[5]。对于工业4.0来说，互联、数据、创新、转型、集成都是其主要特征，钢铁企业引入新兴技术，应当充分利用互联网、虚拟技术、传感技术、信息通信等建立信息物理系统，基于价值网络的有效应用，建立覆盖整个生产流程的质量管理系统[6]。与此同时，为进一步提升质量管理水平，钢铁企业可以尝试建立基于工业4.0要求的质量管理架构（见图2），通过收集全流程质量管理相关的尺寸、表面、内质、断面、关键原辅料检测、工艺过程等相关的信息资料，能够实现全流程质量信息共享、过程参与和集中监控。同时，通过云端数据共享平台的应用，实现云端数据与在线质量管理平台的实时互动，系统本身从原材料到成本的各工序量化检测，整个流程都能够实现全息自动判定的目标，能够达成端到端集中统一质量管理的目标。

3钢铁企业理化检验技术优化

3.1定期更新理化检验标准

对钢铁企业来说，检测中心申请认可的检测项目全部采用国家标准方法，并经过中心验证适用后予以采用。在此基础上，钢铁企业还需要定期针对各种标准进行查新，切实保障现有使用标准为现行有效版本。通过查新了解新标准的情况下，还需要及时针对新变更标准进行了方法验证、学习和培训。比如，GB/T 6730.12—2016《铁矿石铝含量的测定铬天青S分光光度法》、GB/T 1506—2016《锰矿石锰含量的测定电位滴定法和硫酸亚铁铵滴定法》、GB/T 1509—2016《锰矿石硅含量的测定高氯酸脱水重量法》、GB/T 6730.9—2016《铁矿石硅含量的测定硫酸亚铁铵还原-硅钼蓝分光光度法》和GB/T 6394—2017《金属平均晶粒度测定方法》正是去年更新的标准，钢铁企业需要充分对比新旧标准，积极推进方法验证的同时，组织检测中心进行学习培训[7]。

3.2优化瓶装氩气与氮气

对于直读光谱与焦炭反映实验相关的部分，钢铁企业主要是选择ICP光谱仪针对相关的样品进行测试，当中主要会涉及氩气与氮气。从当前理化检验使用的氩气与氮气瓶来说，本身的成本相对较高，同时易发生外购气质量不达标问题，如部分瓶装气的纯度不足，从而影响理化检验结果。针对上述问题，钢铁企业设计优化方案，针对瓶装氩气与氮气进行优化。分别从气体主管道依次连接两条分支管，包含高纯氩气与高纯氮气的对应分支管，通过自制氩气与氮气以及制氧蒸发处理后，输送到实验室中。管道输送的模式供给更为稳定，且纯度非常高，整个理化检验过程中不需再次针对气瓶进行更换处理，能有效防止理化检验过程中混入空气，保障检验结果的科学性、合理性。

3.3优化薄带钢拉伸试样制备

钢铁企业选择薄带钢拉伸试样，通常都会选择厚度低于5 mm的试样，然后使用双面铣床加工到30 mm的标准宽度之后，再通过磨床进行打磨处理。这个过程中倘若不进行打磨处理，试样当中存在的横向刀痕非常容易出现断裂，引发测试结果偏低。但磨床工作效率相对较低，单次深度往往只有0.02 mm，针对单一试样的处理时间就会达到0.5 h以上。对于上述问题，在制作直读光谱分析试样的过程中选择盘式磨样机来针对试样的表面打磨，选择40目圆形砂轮布，只需要十余秒的时间，就能够将30 mm直径的球拍形式样磨削0.5 mm[8]。因此，可以选择盘式磨样机来代替传统的磨床，综合参考薄带钢拉伸试样制备要求与横向弧形纹处理需要，选择加长砂带机进行处理，主要是配置工作面150 mm×500 mm的高铝砂带，直接将试样放置到砂带机上面进行顺向的磨制处理，数十秒就能够完成打磨操作，且最终的试样成本能够满足理化试验要求。

3.4优化金相检验技术

对于钢铁成材所进行的金相检验来说，一般选择电解法、手工法、机械法等途径来处理。结合钢铁成材金相检验技术来说，电解法无疑更为实用，能够在有效提升理化检验效率的同时，节约大量人力物力。具体来说，电解法在金相检验中的应用，主要是从钢铁成材的内部结构开展分析，针对金属性能进行判断，接着再进行后续的理化检验。对于电解法的实际应用来说，首要任务在于明确试样制备、检验工艺，根据特定顺序分别进行取样、镶嵌、标记、磨光、抛光、侵蚀等相关的操作。1）针对钢铁成材进行切割，获取小块试样，接着使用金相砂纸针对检验面进行预磨处理。2）选择电解抛光仪，综合利用电解液、电流、电压配合电磁泵来进行驱动，针对对应的电解参数进行优化调整。将电压设置为12 V，电机功率设置为30 W，开展抛光处理。过程中需要高度重视抛光面积，整体需要控制在5 cm2，对应的时间则需要控制在10 min以内。一般情况下，该金相检验会结合阴极配备各种钢铁成材产品进行互换检验，同时要保证电解仪在检验过程中始终拥有稳定的电压及电流密度，确保针对试样的抛光检验高质量。在抛光工作结束后，取出试样（此时试样检验面应该呈银灰色），将试样放入到腐蚀液中进行电解腐蚀，然后用水清洗试样，吹干，在专门设备下进行进一步的金相检验观察[9]。在针对钢铁成材产品的电解金相检验过程中要注意电解电压、电解磁力泵泵速及抛光时间等几点重要影響因素。

4结语

工业4.0环境下，钢铁行业与市场正在发生翻天覆地的变化，钢铁企业现有的质量管理模式与理化检验技术显然已经难以满足工业4.0的要求，优化调整势在必行。对钢铁企业来说，应当主动去了解工业4.0，分析工业4.0环境下行业与市场发展动态，同时分析当前质量管理与理化检验技术暴露出来的问题，結合问题制定针对性的优化措施，全面强化质量管理与理化检验。需要注意的是，工业4.0所带来的诸多变化，钢铁企业还需要重视消费者的体验，尝试让消费者融入生产环节的质量管理，同时积极引入新兴信息化技术，推动质量管理、理化检验技术的优化升值，致力于推进质量管理、理化检验技术朝着自动化、智能化的方向发展。

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[9]朱波，谢新亮.浅析加强理化检验技术，提高钢材检验质量[J].中国金属通报，2018（6）：242+244.

【作者简介】

巩道敏，男，1984年出生，工程师，研究方向为钢铁企业原料、产品质量及检测管理。

（编辑：李钰双）