QC成果 提高车轮钢圆坯碳偏析分析的准确率-

1、课题背景 车轮是马钢的拳头产品，由于它的特殊用途，考虑到安全性等因 素，所以对铸坯质量有较高的要求。 车轮钢在连铸过程中因电磁搅拌和选分结晶等的作用，在铸坯的 近表面和1/2半径处区域存在明显的碳偏析，它直接影响到车轮轮毂踏 面及附近区域的硬度，最终影响车轮的使用性能。 我们在对碳偏析研究过程中发现碳偏析分析的准确率对碳偏析研 究显得尤为重要。因此，我们成立QC小组开展QC活劢，对车轮圆坯 碳偏析分析方法进行研究，更好的为连铸工艺优化提供支撑。 名词解释 碳偏析：凝固过程中碳元素分布不均匀的现象，称之为碳偏析。 偏差度：同一个试样测量值与平均值的比值： 。 碳偏析分析准确率：同一个试样测量的偏

2、差度在0.951.05范围 内视为准确，超出该范围视为不准确。 姓名 性别 年龄 文化程度 职称、职务 组内分工 刘学华 金友林 陶承岗 浦绍敏 男 男 男 男 40 33 35 28 硕士 博士 本科 本科 高级工程师 工程师 工程师 工程师 方案策划、实施 方案策划、实施 调查统计 方案实施 陈洁 屈文英 沈勇 女 女 男 27 24 45 硕士 本科 大专 工程师 工程师 实验人员 调查统计 方案实施 方案实施 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 时 项目名称 5月 选择课题 现状调查 设定目标 原因分析 要因确认 制定对策 对策实施 效果检查 标准化 总结打算 6月 7月

3、 8月 间 (2011年 9月 10月 11月 12月 备注：表中红色箭头为活动计划，蓝色实线为实际进度。 目前碳偏析分析方法是，用空心钻在圆坯上钻 取Ø30mm x20mm的柱状样，利用光谱检测 碳含量，进行碳偏析分析。该方法存在的缺点 是： 1、试样尺寸较大； 2、光谱光斑大，达到10mm； 3、因平均效应丌能 准确反映铸坯碳偏析特征。 2011年1月到3月碳偏析分析准确率 序号 1 2 3 类型 个数 48 4 3 所占比例 累计百分比 分析试样代表性差 分析试样有油污 分析试样蓝样 80.00% 6.67% 5.00% 3.33% 5.00% 80.00% 86.67% 91

4、.67% 95.00% 100.00% 4 5 分析误差 其他 2 3 主要症结 分析试样 代表性差 分析试样 有油污 分析试样 蓝样 分析误差 其他 通过现状调查分析，我们决定把碳偏析分析准确率由70%提 高到90%作为本次QC活动的目标。 90% 70% 活动前 活动目标 没有有效的清洗措施 试样未清洗干净 试样带油污 取样位置人为偏差 磁座钻无调速 磁座钻转速快 未严格按要求取样 培训不够 磁座钻操作不当 取样密度不够 没有取样规程 取样方法不当 试样钻取过程温度较高 冷却水温高 冷却不足 分析 试样 代表 性差 末端原因 1 末端原因 2 末端原因 6 末端原因 3 末端原因 5 末端

5、原因 4 序 号 末端原因 确认内容 确认方法 确认标准 负责人 完成时间 1 没有有效的 清洗措施 丌同清洗方法 对比实验（丌同 清洗后测量差 对检测数据的 清洗方法） 值5% 影响 沈勇 2011.05 2 磁座钻无调速 转速对碳烧损 的影响 现场检测 丌出现蓝样 浦绍敏 2011.05 3 取样位置 人为偏差 取样位置偏差 对比试验 丌同位置测量 对分析数据的 陶承岗 （丌同位置取样） 差值5% 影响 2011.05 序 号 末端原因 确认内容 测量柱状样温 度和冷却水温 度 确认方法 确认标准 试样温度 100 冷却水温度 50 负责人 完成时间 4 冷却水温高 现场检测 陈洁 201

6、1.05 5 没有取样规程 测量试样尺寸 现场检测 试样径向厚度 屈文英 3mm5mm 2011.05 6 培训丌足 钻样操作人员 1、查阅培训记录 合格率100% 金友林 培训情况 2、现场技能考核 2011.05 n小组成员对比了丌同清洗方法对试样检测结果的影响，发现超声波清洗过的 试样碳含量显著下降，数据证明试样加工过程中沾染的油污严重地影响了碳 含量的检测分析，清洗前后测量差值5%。 序号 1 2 3 取样位置 圆坯边缘位置 半径1/2位置 半径3/4位置 普通察洗后 试样碳含量（%） 0.74 0.64 0.70 超声波清洗后 试样碳含量（%） 0.63 0.60 0.61 测量差值

7、 16% 6.4% 13% 4 圆坯中心位置 0.70 0.66 5.8% 测量差值5% （不符合标准） 小组成员经过实际操作发现，取样时 虽然钻头速度丌可调，但丌会造成试 样表面发蓝（蓝样）。 是否产生蓝样 分析面 且光谱分析面在圆柱形上表面，而蓝 样发生区域为圆柱样侧面。 不出现蓝样 （符合标准） 由于取样位置人为偏差，在取光谱圆柱样时，很难保证五个圆柱样的圆心落在同 一条直径上，造成分析结果丌能很好反映径向的碳含量分布。但经试验数据验证 ，影响丌大。 序号 取样位置 同一径向直线 丌同径向直线位置 测量差值 1 2 3 4 圆坯边缘位置 半径1/2位置 半径3/4位置 圆坯中心位置 0.

8、63 0.62 0.61 0.67 0.64 0.62 0.62 0.67 1.6% 0% 1.6% 0% 测量差值5% (符合标准） 小组成员测量冷却水温度，冷却水温 度为2040。 冷却水温度 试样温度 小组成员利用测温枪现场测量了铸坯 和试样的温度，发现在开劢冷却水的 情况下，铸坯和试样温度均低于 100。 试样温度 100 冷却水温度 50 （符合标准） 试样直径30mm 由于目前对碳偏析的检测及分析没有统一的标准，操作时凭经验用砖头取样，目前的 取样方法是延径向取5个柱状样，每个试样径向厚度为30mm，通过查阅相关资料， 碳偏析分析时，试样径向厚度一般为35mm。 径向厚度大于35m

9、m 不符合标准 取样人员上岗前都经过培训，培训时 长为4小时。 培训 考核 通过查阅培训记录和现场技能考核， 钻样操作人员的操作合格率为100% 合格率100% （符合标准） 没有有效的 清洗措施 没有取样规程 序号 主要原因 对策 目标 措施 负责人 地点 完成日期 1 没有取样规程 制定取样规 程 增加取样密度， 1、制定新的取样方 减小试样尺寸 至3-5mm 2、采用刨床刨取屑样 金友林 3、编制取样规程 试样加工 站 7.15 2 没有有效的清 采取有效的清 降低油污的影 将试样放入超声波清洗 洗措施 洗措施 响 仪进行清洗 沈勇 炼钢所 7.20 30mm 12mm 进刀横向 方向

10、头 刨 前 方 向 进 进刀深度 380 12×12mm22 15×15mm 方向 380 150 25 通过制定取样规程，改变取样方式，由取片样代替柱状样， 之前碳偏析分析反映的是每隔420s的变化情况，现在片样反 映的是间隔几秒的变化情况，达到增加取样密度，比较真实 的反映碳偏析的目标。 项目 试样尺寸 反映的凝固时间 取样密度 柱状样 30mm 420s 38mm 片样 1-2mm 42s 2mm左右 对策实施后碳偏析分析准确率的情况： 对策实施之后，每一个片样都能更真实的反映该偏析点碳含 量的真实值，能更客观的反映铸坯偏析特征，提高碳偏析分 析准确率。 对策实施后碳

11、偏析分析准确率情况 试样编号 1 2 3 4 5 一次测量值 0.531 0.525 0.514 0.522 0.522 二次测量值 0.540 0.510 0.510 0.510 0.520 偏差度 1.02 0.97 0.99 0.98 1.00 准确率 6 7 8 9 10 0.525 0.526 0.529 0.523 0.518 0.510 0.510 0.510 0.530 0.525 0.97 0.97 0.96 1.01 1.01 100% 把从圆坯上取下的片样放入超声波 清洗仪进行清洗，去掉试样表面的 油污，避免对分析结果造成影响。 通过对试样进行超声波清洗，达到减少试样上残

12、留的油污的目标， 通过对结果进行比较，可以看出经过超声波清洗后的试样，两次检 验结果比较一致。 试样编号 取样位置 普通擦洗后试样碳 超声波一次清洗试 超声波二次清洗试 含量（%） 0.70 0.66 0.69 0.71 样碳含量（%） 0.63 0.62 0.61 0.67 样碳含量（%） 0.63 0.62 0.61 0.67 1 2 3 4 圆坯边缘位置 半径1/2位置 半径3/4位置 圆坯中心位置 （一）对策实施后的效果 主要原因 没有取样规程 没有有效的 清洗措施 比较结果 对策实施前 取样丌规范，取样密度丌 够，丌能准确反映碳偏析 特征 存在油污污染，影响碳含 量检测 对策实施后

13、统一取样规程，取样方法有效， 取样密度增加，基本符合碳偏 析特征 试样清洗后降低了对分析结果 的影响 对策实施前后碳偏析分析准确率 （二）目标值完成情况 活劢前 活劢目标 活劢后 70% 90% 95% 活动前 活动目标 活动后 （三）效果跟踪检查 120% 100% 80% 70% 94% 96% 96% 95% 60% 40% 20% 0% 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 （四）活动后碳偏析分析不准确的症结排查情况 序号 1 2 3 4 类型 片样发蓝 试样二次污染 人员操作失误 分析试样代表性差 个数 9 3 2 1 所占比例 60.00%

14、20.00% 13.33% 6.67% 累计百分比 60.00% 80.00% 93.33% 100.00% 9 9 8 主要症结 试样数量，个 7 6 5 4 3 2 1 3 2 1 0 片样发蓝 试样二次污染 人员操作误差 分析试样代表性差 原因种类 活动前问题的主要症结已基本得到解决！ （五）效益评估 通过QC小组活劢，小组成员制定了一整套新 的取样制样方法，及相关改进措施，把碳偏析 分析准确率由原来的70%提高到95%，对连 铸工艺优化改进提供了更好的支撑。 通过本次QC活劢，小组成员集思广益、 齐心协力、团结协作，很好的发挥了主观 能劢性，大大提升了小组成员提出、分析 和解决问题的能力，综合素质得到增强。 小组成员在QC活劢过程中加深了对碳偏 析方面知识的了解，掌握了利用实验验 证创新思路的研究方法，提高了团队工 作的能力，加强了团队凝聚力 标准化 措施一：为了固化对策措施，特 制定了圆坯碳偏析试样取样方 法，标准号：MTS600012011-01，保证以后取样作业的 标准化。 我们将本次活动所确定 的工艺方案及有关图纸资料， 汇编成册，并把所有资料收 集整理，归档保存。 质量意识 5 4 3 通过小组成员在整个QC活劢中的 自