運用DMAIC方法降低邯鋼冷軋汽車板“亮點”缺陷

杜艷玲，李守華，于光遠，呂超杰，王田惠

（河鋼邯鋼技術中心，河北 邯鄲056015）

1 缺陷形貌

2019年7月份開始，邯寶連退帶鋼亮點問題陸續(xù)出現，9月份開始爆發(fā)式的出現，亮點開始主要集中在IF鋼等軟鋼上，據統(tǒng)計2019年9月到12月，邯寶因為亮點問題導致的降級改判的非計劃品共計5 923 t，缺陷率高達2.37%。給邯寶造成一定損失，即提高了邯寶生產汽車板的生產成本，也嚴重的影響了汽車板合同的交付。因此研究“亮點”缺陷產生機理，采取有效措施降低亮點缺陷發(fā)生率，是很需要值得研究合探討的。邯寶連退產線帶鋼“亮點”問題陸續(xù)出現，宏觀形貌如圖1所示。

圖1 板材表面“亮點”缺陷宏觀形貌

2 機理研究

汽車板主要以厚度為0.6～2.0 mm的EDDQ/SEDDQ-IF鋼板為主，主要特點是含碳量低（w（C）≤0.20%），有良好的深沖性能。汽車板生產工藝流程為：煉鋼→熱軋→酸軋→連退。退火是板材軋制的核心工序。通過退火對退火爐不同退火段工藝的制定，從而達到所需要汽車板的力學性能，其對應的退火曲線如圖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制到帶鋼上去，從而影響帶鋼表面質量。因此，爐輥作為退火爐的主要部件，它的表面狀況直接決定了汽車板的表面質量。

圖2 深沖IF鋼和CQ－Al－K-B鋼退火工藝曲線

查閱相關文件[1-3]分析可知，爐輥積瘤分為兩大類：黏屑和結瘤。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；結瘤指帶鋼表面的氧化鐵或氧化錳被爐內氣氛還原成鐵或錳，并與爐輥的機體材料發(fā)生化學反應生成的產物黏附在輥面上，難以去除。圖3為爐輥結瘤圖片，圖4為結瘤物顯微組織，對其上4個位置進行能譜成分分析，結果見圖5。從能譜檢測結果發(fā)現，結瘤的主要成分有Si、Al、Mn、Fe、Na、Cr和O元素。Si元素的來源可能從清洗段的堿液和消泡劑、帶鋼成分、耐材；Al元素的來源可能從涂層成分、帶鋼成分、耐材；Mn元素來源于帶鋼成分；Fe元素可能來自帶鋼；Na元素可能來源于消泡劑和堿液；Cr元素可能來源于爐輥涂層、內襯板、帶鋼成分等；O元素可能來自于爐內氣氛、水。因此從減少爐輥結瘤來源考慮，應從清洗段、供應的爐內氣氛、耐材、爐輥涂層、清理爐膛、減少帶有氧化鐵皮的鋼卷。

圖3 爐底輥結瘤圖片

圖4 黏屑的微觀形貌

圖5 黏屑的能譜分析

根據結瘤能譜檢測結果，結合相關文獻[1-3]可知，連續(xù)退火機組爐輥結瘤主要有兩種機制：一種是高溫時，帶鋼和爐輥產生相對滑動時，發(fā)生機械摩擦，帶鋼表面的氧化物、鐵屑等在爐輥表面經過爐內還原氣氛還原和黏結、聚集形成；另一種是由于爐輥本身磨損氧化，輥子表面的氧化物附著聚集形成。當在高溫線，形成的瘤狀物與輥面發(fā)生輕微的熔融、擴散和合金化現象后，部分瘤狀物牢固黏附于輥面成為劃傷和亮點的危害物，板帶與輥面帶有結瘤的輥面接觸后，極易形成前述的“亮點”缺陷。連續(xù)退火爐內帶鋼表面“亮點”嚴重程度取決于爐輥結瘤程度，爐輥結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（結瘤原料）越多，爐輥越容易結瘤；爐內氣氛還原性越強，爐輥越容易結瘤；爐內溫度越高，爐輥越容易結瘤；爐輥涂層的抗結瘤性能越差，爐輥越容易結瘤。

作為汽車板連續(xù)退火爐，由于鋼板表面的氧化物在爐內還原成Fe，而Fe與爐輥材料（多為耐熱不銹鋼）具有很強的親和性、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，結瘤和磨損也隨之加大，而爐輥與鋼帶之間的滑動也促進結瘤生成，當鋼板滑移過輥面時會在鋼板上留下凹坑，從而影響鋼板表面質量。

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

3 邯鋼爐輥結瘤影響因子分析

通過相關文件查證[4]和魚骨圖分析，如圖6所示，爐輥結瘤主要是因為清洗段殘留的殘鐵等雜質帶入爐內在高溫狀態(tài)下黏在爐輥上所致，要降低“亮點”問題首先要減少帶入爐內的雜質，其次對在線的爐輥進行打磨處理，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板表面“亮點”缺陷，但是使生產成本大幅增加，因此，從爐底輥結瘤機理上分析，降低爐底輥結瘤的出現，從亮點成因上查找解決問題的方法，經過分析聚焦在提升清洗后板帶表面質量，提升清洗后板帶表面反射率。

圖6 影響亮點因果分析

3.1 連退產線

通過與連退技術人員共同分析，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個工序，網羅因子共計51個，通過CE矩陣篩選，篩選出20個因子。

表1 連退清洗質量影響因子

通過兩周的現場收集數據，其中，堿液干凈程度、擠干輥投用、擠干效果等計數性數據，在數據收集中，都是良好的，因此，以下統(tǒng)計分析都是基于此而進行，同時，希望連退車間能夠對以上列舉的計數性數據效果予以保持。經過統(tǒng)計分析，我們得出了與連退反射率相關的參數是堿液溫度、堿液電導率、電解電導率等11個影響因子，其中影響最嚴重的參數是酸軋反射率，所以酸軋反射率需要提高。連退清洗質量影響因子見表1。

圖7 連退反射率和酸軋卷反射率分布情況

通過兩周的現場收集數據，其中，堿液干凈程度、擠干輥投用、擠干效果等計數性數據，在數據收集中，都是良好，因此，以下統(tǒng)計分析都是基于此而進行，同時，希望連退車間能夠對以上列舉的計數性數據效果予以保持。經過統(tǒng)計分析，我們得出了與連退反射率相關的參數是堿液溫度、堿液電導率、電解電導率等11個影響因子，其中影響最嚴重的參數是酸軋反射率，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），見表3。

從連退的角度，為檢驗連退清洗效果，提出清洗能力來考量連退清洗，我們分析了連退清洗能力，清洗能力計算公式：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是1號堿液溫度、1號電導率、2號堿液電導率等共計9個因子，經過分析如表2和表3所示，目前波動最大的幾個因子分別是1號堿液溫度、1號電導率、電解液電導率。經過對該三個因子數據統(tǒng)計，需要嚴格執(zhí)行工藝方案，需要連退線正確面對目前的形式，其中原料反射率和3號脫鹽水電導率波動較大，制定相關工藝如表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 酸軋產線

通過相關分析，與酸軋反射率相關的因子是1-2油濃度、1-2皂化值、1-2Fe粉等13個影響因子，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型水平數值成品反射率的方差分析，在檢驗中使用調整的SS模型，從分析上看，酸軋1－2油濃度和1-2皂化值波動較大，因此造成酸軋板反射率波動較大。

表6 回歸分析

表7 方差分析

表8

表9

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

通過一般線性分析和回歸分析，酸軋得出了下一步的改進方向。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

4 實施效果

根據一般線性分析和回歸得到酸軋和連退清洗段的工藝參數，下發(fā)方案進行試運行，通過一段時間運行，酸軋酸洗帶鋼表面的反射率達72%以上，連退的清洗后帶鋼反射率達到92%，連退帶鋼表面“亮點”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“亮點”缺陷，通過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瘤的發(fā)生，杜絕了邯鋼連退帶鋼“亮點”缺陷的產生。下頁圖8為酸軋影響反射率因子的前后對比控制圖，下頁圖9為酸軋清洗反射率直方圖，下頁圖10為連退反射率直方圖，下頁圖11為連退帶鋼表面質量改善前后對比。

8-1油濃度按前后的I-MR控制圖

圖8 酸軋表面質量影響因子改善前后控制圖

圖9 酸軋清洗反射率

5 結語

國內其他鋼廠在解決連退板板帶表面“亮點”缺陷時，通常是從爐底輥結瘤方向，更換爐輥表面涂層角度或是打磨爐輥，降低爐底輥結瘤，或是犧牲質量，改善汽車板連退生產工藝等方向，來消除連退板表面“亮點”缺陷。本項目從爐底輥的形成機理上進行深一步研究，從降低爐底輥結瘤形成的頻率角度出發(fā)，降低板帶帶進爐內表面雜質，污染爐輥，降低爐底輥結瘤或是延緩其形成時間，從而降低、改善連退帶鋼表面“亮點”缺陷。通過本項目的實施，從最低成本投入，解決了連退帶鋼表面“亮點”缺陷，同時對酸軋帶鋼表面的清洗效果和連退清洗效果確定了量化標準。同時建立了清洗效果數據模型，有利于后期對清洗效果進行優(yōu)化調整。

圖10 連退清洗反射率改善前后直方圖

圖11 連退帶鋼表面質量改善前后對比