特殊钢质量提升及稳定化管控.ppt

基础件用特殊钢质量提升的技术和管理问题探讨钢铁研究总院华东分院2016年09月22日,整合资源实现共赢协同创新引领发展,提纲,一、基础件用特殊钢的现状二、质量改进思路及关键技术措施三、稳定化生产的质量管控体系,钢铁研究总院华东分院East,一、基础件用特殊钢的现状基础零部件行业的现状,1、机械基础件(主要指：轴承、齿轮、弹簧、紧固件等)是装备制造业不可或缺的重要组成部分，是实现我国装备制造业由大到强转变的关键。2、我国机械基础零部件制造业已经形成门类较齐全、规模较大、具有一定竞争力的产业体系。国内市场占有率70%左右，重大装备配套水平显著提高，已成为机电产品出口大户，紧固件产量居世界第一位，液压元件、齿轮市场销售额居世界第二位，轴承和模具销售额居世界第三位。3、但零部件总体质量水平和品牌处于中低档，出口是以低价取胜，国内高端零部件的主要还是依靠进口。,一、基础件用特殊钢的现状国内外主要基础件制造企业,一、基础件用特殊钢的现状国内外主要基础件用特殊钢企业,一、基础件用特殊钢的现状轴承钢质量对比,日本轴承钢企业主要从降低氧含量入手，通过氧含量极低化来达到减少夹杂物含量和降低夹杂物尺寸的目的；OVAKO公司侧重从轴承寿命提升出发进行系统控制。国内轴承钢在高端产品和质量稳定性上与国外还有差距。主要表现在稳定性较差，全氧含量波动大，D类夹杂物和TiN夹杂物尺寸偏大、且不均匀，碳化物颗粒尺寸和分布不均匀，有时还出现异样组织。,瑞典IQ级轴承钢氧含量4-6ppm，钛含量8-12ppm，最大夹杂物DS15um，且具有各向同性,一、基础件用特殊钢的现状切割钢丝及盘条质量对比,Bekaert是全球钢丝拉拔产品及应用的领先者，在先进金属变形及镀膜方面具有核心技术，市场占有率达50%左右，其次是日本东京制钢、韩国高丽等。目前Bekaert公司有关于钢丝拉拔技术专利超过500项，并有19项特定的切割钢丝专利，从原料检测、热处理工艺、拉拔工艺及工装改进都形成了专利壁垒，处于垄断地位。国内切割钢丝生产厂已愈30余家，产能超过40万吨，但均无核心技术。从盘条原料而言，国外高端切割丝主要依赖日本神户、新日铁、德国萨斯特等优质盘条，通过对化学成分、纯净度和显微组织的控制，为切割钢丝提供稳定原料来源。国内青钢、武钢、沙钢是钢帘线的主要生产商，但在质量上与国外产品还有较大差距。,一、基础件用特殊钢的现状弹簧钢质量对比,日本神户制钢是弹簧钢技术的世界领先者，尤其是在汽车悬架弹簧领域，如其开发的新型弹簧钢SRS60钢性能完全超越了Si-Cr、Si-Cr-Mo、Si-Cr-V系钢;日本大同特殊钢的饭久保知等人也开发了高强度的汽车悬挂弹簧钢ND250S(RK360(0.4%C-2.5%Si-0.8%Mn-2%Ni-0.85%Cr-0.4%Mo-0.2%V)。美国经常使用的弹簧钢是9260、9254、6150、5160，尤以5160（H）和9260应用最广，多年来5160是美国螺旋悬挂弹簧钢的主要钢种。目前9259弹簧钢是北美的主要悬挂弹簧钢，由于9254钢比9259钢的含硅量高，可提供更好的抗弹减性。9254钢在北美和日本的用量都在逐步增加。国内也在弹簧钢品种和质量方面也开展了大量工作，但在汽车悬挂弹簧钢仍以国外钢种为主。在产品质量方面的主要问题仍是洁净度和表面质量，高端产品仍用日本神户和新日铁的弹簧钢。,一、基础件用特殊钢的现状弹簧钢的发展趋势,腐蚀疲劳：腐蚀盐溶液（GB/T10125中性氯化钠505g/L水溶液）,每25分钟雾状喷淋5分钟；弹簧经100,000次腐蚀疲劳试验后不断裂弹簧的可靠度（PUE）90%，常规疲劳：弹簧经250,000次疲劳试验后不断裂弹簧的可靠度（PUE）90%,一、基础件用特殊钢的现状国外几种高强度弹簧钢,一、基础件用特殊钢的现状齿轮钢质量对比,齿轮材料按应用分为车辆齿轮钢和工业齿轮钢两大类，前者约占80%。随着合资汽车厂进入，我国的汽车齿轮钢品种除传统的CrMnTi系列外，也包括Cr系、CrMo系、NiCrMo系、CrMn和CrMo系等。目前我国先进企业在化学成分、淬透性带、纯净度等与国外基本接近，但在硫化物和成分偏析控制方面还差距较大。目前高强度和小尺寸是汽车齿轮的一个重要发展方向。目前日本研发新型齿轮钢的重点是降低易形成晶界氧化物的硅含量，用钼和钒来补偿硬度损失和细化晶粒。国外风电机组齿轮箱的外齿轮用钢有17CrNiMo6（18CrNiMo7-6）、15CrNi6、20CrNi2MoA和17Cr2Ni2MoA等，内齿轮（齿圈）用钢为42CrMoA、34Cr2Ni2MoA等。质量差别主要在于原材料纯净度的控制和淬透性带宽的控制。,一、基础件用特殊钢的现状齿轮钢质量对比,一、基础件用特殊钢的现状非调质钢质量对比,日本新日铁NQF系列、三菱制钢VMC系列、大同制铁UDK系列和神户制钢KNF系列等非调质强度级别高于900MPa以上，目前日本55%的轴类零件、75%的锻造构件均已采用非调质钢制造。此外，德国C70S6BY、英国工程用钢和瑞典实验室联合开发Vanard系列（7001000MPa）、法国SAFE公司开发的METASAFE系列（8001000MPa）等高强韧性非调质也已经完全用于制作连杆、曲轴、轮轴、转向节等。目前，日本、欧美等国家仍垄断着高端装备制造用高品质非调质钢的冶金与加工制备关键技术。国内非调质钢研发及应用过程中遇到的主要问题有：强度有余而韧性不足。国内非调质钢高强度与高韧性不相匹配，成分波动范围较大，性能不稳定。标准体系不完善。目前执行的GB/T15712-2008标准涵盖钢种数量较少，且其抗拉强度均低于900MPa。定制非调质钢结构件性能需求不明确。硫化物形态、尺寸控制技术及标准缺乏。,一、基础件用特殊钢的现状非调质钢的强度与韧性关系,一、基础件用特殊钢的现状不同级别非调质钢的要求,一、钢材指标：1、开发强度600Mpa、800Mpa、1000Mpa三个系列强度的非调钢品种。2、高强韧非调质钢硫化物长径比8、等效直径5m。3、连杆用钢：C70S6BY、36MnVS4/46MnVS4，其中46MnVS4为代表，性能指标为：4、曲轴用钢：38MnVSN、C38N2，其中C38N2为代表，性能指标为：二、应用指标曲轴实物45度方向的力学性能达到：屈服强度450Mpa,抗拉强度：780-930Mpa,延伸率8%,端面收缩率20%。以非调质钢代替调质钢生产汽车曲轴、连杆、前轴、半轴、工字梁、转向节、转向节臂、凸轮轴等达到80%。,一、基础件用特殊钢的现状紧固件用钢质量对比,日本是紧固件钢种研发水平、品质和最先进的国家，主要企业有神户制钢、新日铁和JFE公司，在开发高强度紧固件用钢的同时，更注重非调质钢形变强化紧固件的开发和应用，目前其8.8级双头、U型、六角螺栓和9.810.9级双头螺栓已经实用化，12.9级双头、U形螺栓正在进行实用化探索，而对于强度级别较高且形状复杂的9.812.9级的六角凸缘螺栓和六角十字螺栓受到冷加工限制，目前仍处于研究开发阶段。国内在高强度紧固件和非调质冷镦钢方面也开展了大量工作，与国外相比主要差距在于质量稳定性差。,一、基础件用特殊钢的现状日本冷作强化非调质钢的实用化适用情况,注：已实用化；仅应用于冷加工量小的螺栓；正在进行实用化探索；未实用化,二、质量改进思路的关键技术措施夹杂物的全流程控制,二、质量改进思路的关键技术措施组织的全流程控制,二、质量改进思路的关键技术措施轴承钢质量控制措施,二、质量改进思路的关键技术措施切割钢丝盘条质量控制措施,二、质量改进思路的关键技术措施弹簧钢的质量控制措施,二、质量改进思路的关键技术措施非调质钢技术发展趋势与措施,二、质量改进思路的关键技术措施非调质钢的质量控制措施,二、质量改进思路的关键技术措施冷镦钢的质量控制措施,二、质量改进思路的关键技术措施齿轮钢的质量控制措施,为什么企业建立了不少体系，也通过了认证，但生产质量仍然不稳定？,未能将管理体系与技术细节有机的结合，可执行性差,实际管理没有按体系要求规范落实体系运行缺乏有效性,不注重一贯性只能生产样品不能生产产品,不注重细节管理不精细作业不标准产品自然不稳定,三、产品质量稳定化的质量管控体系质量管控体系要解决的问题,三、产品质量稳定化的质量管控体系质量稳定化的意义,三、产品质量稳定化的质量管控体系建立质量管控体系的重要性,环境体系,质量体系,职业健康安全体系,能源体系,体系认证,企业按照质量体系标准、顾客要求、产品标准、质量法规要求建立体系，实现顾客满意。由具备资质的认证机构实施认证，认证有效期三年。,企业按照GB/T24001、环境法律法规和其他要求建立体系，控制环境因素，包括水、气、声、渣等。由具备资质的认证机构实施认证，认证有效期三年。,企业按照GB/T28001、职业健康安全法律法规和其他要求等建立体系，控制危险源、风险。由具备资质的认证机构实施认证，认证有效期三年。,企业按照GB/T23331（ISO50001）、能源管理法规和能耗标准建立管理体系，由具备资质的认证机构实施认证，认证有效期两年。,测量体系,企业按照GB/T19022（ISO10012）、测量管理法规、检定和校准规程建立管理体系，由中启认证中心实施认证，认证有效期两年。,两化融合体系,企业按照GB/T23020、信息化和工业化融合管理体系要求、信息化和工业化融合管理体系评定管理办法建立管理体系，由国家工信部确认的具备资质的认证机构实施认证，认证有效期两年。,按照卓越绩效管理模式整合各体系，形成公司经营管理体系,由国家合格评定委员会CNAS按照ISO17025、检验方法标准、相关法规、实验室质量管理体系文件,实验室认可,三、产品质量稳定化的质量管控体系主要认证体系,TS16949体系,通用质量体系,API体系,国军标体系,质量管理体系认证,针对所有钢铁产品。企业按照GB/T19001（ISO9001）、产品标准、质量法规、建立体系。由国家认可委确认的具备资质的认证机构实施认证，认证有效期三年。,针对汽车用钢材产品。企业按照ISO/TS16949、GB/T19001（ISO9001）、产品标准、质量法规、建立体系。由IATF认可的认证机构实施认证，认证有效期三年。,针对石油用钢材产品。企业按照APIQ1、GB/T19001（ISO9001）、产品标准、质量法规、建立体系。由美国API认证机构认证，认证有效期三年。,针对军用产品。企业按照GJB9001B、GB/T19001（ISO9001）、国军标管理制度；、产品标准、质量法规、建立体系。由国家认可委确认的具备资质的认证机构实施认证，认证有效期三年。,按照卓越绩效管理模式整合各体系，形成公司经营管理体系,三、产品质量稳定化的质量管控体系主要质量管理体系,管理思路、管理要求相同,本质上相同：质量管理体系包含了质量管控体系，质量管控体系是质量管理体系的一部分。管控体系更注重技术细节：质量管控体系对技术的要求更精、更细，需要两者有机结合。,三、产品质量稳定化的质量管控体系质量管理体系和管控体系的区别,三、产品质量稳定化的质量管控体系质量管控的基本思路,找出引起产品质量波动的规律，把波动控制在合理的范围内，消除系统原因引起的异常波动。1.人员（Man):操作者的质量意识、技术水平、文化素养、熟练程度和身体素质等均影响到产品质量。2.设备（Machine）:设备的精度、能力和技术状态等均影响到产品质量。3.材料(Material）:原辅材料的化学成分、各类性能和外观质量等影响到产品质量。4.方法（Method）:生产工艺、设备操作规程和各类作业指导书的正确程度和可操作性均不同程度地影响到产品质量。5.测量（Measure）:测量设备、试验手段和测试方法等影响到产品质量。6环境(Enviroment):工作地的环境温度、湿度、含尘量、照明、噪音和震动等可能影响到产品质量。,三、产品质量稳定化的质量管控体系影响质量稳定的六大要素,影响质量之人的因素,各级领导,技术人员,三、产品质量稳定化的质量管控体系影响质量稳定的六大要素之一：人,培训讲座、案例分析、行为纠偏（制定质量行为规范，检查曝光、奖惩),编制岗位说明书规定岗位及其职责、定员、人员能力要求等，开展人员能力评定、绩效评估，对标改进提升，并确保人岗匹配。,制定关键岗位的岗位操作标准，结合体系的各项管理、技术文件的要求细化为操作标准化作业指导书。开展岗位操作标准培训及标准化实际操作训练、考核，分解制定阶段达标目标、奖惩措施等，逐步达标。选出操作标准、有经验的人员充当标准化操作教练，与理论知识培训老师一起开展操作作业观察，一对一训练提升。对各项、阶段标准化操作对应的实物质量及其稳定性进行比对分析，对错误的岗位操作标准及标准化操作行为纠偏，防止形成错误的要求及行为。,开展检验岗位、炼铁、炼钢、轧钢等操作技能要求的岗位，进行技能竞赛，奖优，提高学习、训练积极性。,跟踪收集各项专业管理的新要求、新法规、新标准，先进的管理和技术等，开展培训、教育，更新、拓展知识，防止知识老化,三、产品质量稳定化的质量管控体系影响质量稳定的六大要素之一：人,影响质量之设备因素,生产设备(功能性设备),工装件,三、产品质量稳定化的质量管控体系影响质量稳定的六大要素之二：设备,结合各产品质量及稳定化对设备的要求，分析规定出主要生产设备、功能性设备的关键零部件的生命周期，并按期进行确认、更换及预防性维修,在开发产品、制定工艺时，须针对性明确规定保证产品质量及其稳定化所需的设备（尤其功能性设备）能力、精度、技术状态，配置、改造设备,制定设备四大标准（设备点检标准、设备润滑标准、设备维修技术标准、设备维修作业标准），及实施记录。开展设备点检、维护人员培训，确保具备能力。开展标准化设备点检、润滑、定修及大中修，实施保养和预见性维修，确保设备状态满足要求。修理后应进行验收、技术状态评估。依据实际点检、润滑及设备实际状态，进行汇总分析，实时改进完善设备四大标准。,设备发生故障后，应分析确认产生故障的原因，制定、落实消除故障或预防再次发生的措施；开展设备技术状态的技术分析，采取合理的检修、维护方案，并进行维修后的技术状评估。,针对影响质量的关键功能性设备，组织设备技术员从技术角度开展系统的设备劣化分析，确定设备的实际劣化状态、实际能力测定，据此制定维修方案，维修后开展技术状态评估,三、产品质量稳定化的质量管控体系影响质量稳定的六大要素之二：设备,三、产品质量稳定化的质量管控体系影响质量稳定的六大要素之二(关键工装件),影响质量之材料因素,外购原辅材料,三、产品质量稳定化的质量管控体系影响质量稳定的六大要素之三：原料,制定原辅材料、半成品、成品分批标识规则和要求、标牌或喷印要求，企业内外部流转追溯要求等。,制定严于顾客要求(交货标淮)的成品的内控标准。制定满足成品内控标准要求所需的半成品内控标准。制定达到半成品内控要求所需的原辅材料采购内控标准。,分炉、分批、组批要求，按照产品交货标准要求。原辅材料按入厂顺序编批，质量信息在每件挂原料卡体现，流转到使用现场，并在使用时记录原辅材料的批号。原辅材料按照规定分质、分批使用，按照原辅材实际质量，计算用量，在控制好产品质量的同时降低成本。不合格材料在使用时应采取措施处置，消除对产品质量的影响。(如粒度超标的进行破碎、对成分超标的改变用量等）特钢企业使用合金等原辅材料时，最好进行烘烤后使用。,规定各产品储运、防护要求，对仓库、贮存场所、储运车辆、吊装工具进行规范，确保达到规定的贮存条件和防护要求。,各生产车间对本工序生产的原辅材料的外观质量进行使用前验收把关；使用过程中跟踪，发现异常情况及时停用各生产车间对本序生产的半成品、成品按照内控标准、过程要求自查把关质量。,三、产品质量稳定化的质量管控体系影响质量稳定的六大要素之三：原料,影响质量之方法因素,三、产品质量稳定化的质量管控体系影响质量稳定的六大要素之四：方法（工艺技术）,根据产品内控要求，确定工艺过程，及产品、过程特殊特性。制定分产品控制计划、分工序/车间基本工艺规程、分产品工艺操作要点；按照控制计划要求的其他工艺文件。特定产品的质量计划。,开展技术情报管理，建立收集渠道，跟踪世界前沿技术。产业政策中的鼓励类技术采用。国家推荐的节能减排技术应用。开展现有工艺技术先进性评估，及时淘汰工艺、技术。建立新技术自主研发机制、建设研发平台，自主研发新技术，并申请专利保护,三、产品质量稳定化的质量管控体系影响质量稳定的六大要素之四：方法,影响质量之测量因素,过程监视测量,三、产品质量稳定化的质量管控体系影响质量稳定的六大要素之五：测量,识别尺寸外形表面质量、理化检验、无损检测等具体检验项目所需的检验资质要求，对检验人员进行培训/取证、评价，持证上岗。,识别确认各类产品规定的检验方法标准的有效版本，形成有效清单，并发放执行。外文标准最好翻译成中文以利执行在产品对应的检验规程中明确出执行的检验方法标准。,按顾客要求、产品要求、工艺要求确定产品检验、工艺参数所需测量设备的计量要求，按计量要求配备能力、精度适宜的监视和测量设备。按测量设备的计量要求、实际用途、产品标准或工艺参数重量要求，确定测量设备的检定/校准周期要求。对测量设备在使用前、规定周期进行检定/校准，出具校准报告的应进行符合性确认，检定/校准的范围应符合计量要求。根据检定、校准/确认结果，确定测量设备的状态：可用、禁用，或降级使用等，并在测量上标识状态及有效期。制定点检标准、润滑标准，开展设备维护保养，使用测量设备时应检查设备状态，调零、参数设置等。,三、产品质量稳定化的质量管控体系影响质量稳定的六大要素之五：测量1,分产品编制产品检验规程，规定各产品的过程检验、最终检验的检验项目、取样数量及其取样位置/取样要求/样品尺寸、样品加工要求、检验要求不、检验记录，应符合产品交货标准、内控标准的规定要求。编制各项检验的检验作业指导书，将检验方法标准、数据修约标准中的规定要求进行策划、落实。,生产过程监控设计过程控制记录，