تحليل نظام مراقبة الجودة في دلفنة الصلب

كلمة مفتاحية: أسطوانة الدرفلة، نظام مراقبة الجودة، أسطوانات

تُعد شرائط الصلب المدرفلة على الساخن واحدة من أهم أنواع منتجات الصلب، وتُستخدم على نطاق واسع في مجالات متنوعة. وفي ظل الظروف الراهنة التي يشهدها سوق الصلب، تزداد حدة المنافسة، كما تتصاعد متطلبات العملاء وتوقعاتهم بشأن جودة المنتجات. يمكن تصنيف العيوب الشائعة في الصلب المدرفل على الساخن إلى: عيوب سطحية، وعيوب تتعلق بالخصائص التركيبية، وعيوب في شكل الألواح، وعيوب في الأبعاد الهندسية، وعيوب تتعلق بالمظهر العام للمنتج. يتناول هذا المقال بالدراسة والتحليل عيوب الجودة الشائعة في شرائط الصلب المدرفلة على الساخن؛ حيث يتم تحديد هذه العيوب بشكل منهجي، وتحليل أسبابها، وتطبيق إجراءات ضبط الجودة المناسبة لكل منها، بالإضافة إلى وضع التدابير الوقائية اللازمة.

1 تحديد العيوب وتحليل أسبابها

يخدش

(1) خصائص العيب

يُطلق مصطلح "الخدش" (scratch) على التلف الميكانيكي الخطي الذي يلحق بسطح الشريط الفولاذي. تكون الخدوش التي تحدث في درجات حرارة عالية ذات لون رمادي مائل إلى السواد، بينما تظهر الخدوش التي تحدث في درجة حرارة الغرفة بلون رمادي مائل إلى البياض مع بريق معدني. وتتمثل هذه العيوب في خطوط طولية تمتد على طول اتجاه الدرفلة، وتتميز بحدود ضيقة وواضحة ومنتظمة، وغالباً ما تتوزع على عرض الشريط وطوله بالكامل.

(2) الأسباب والمخاطر

سبب:

توجد زوايا حادة في أجزاء مثل طاولات الدرفلة، وألواح التوجيه الجانبية، وألواح الحماية، وغيرها من المعدات المستخدمة في عمليات دلفنة الصلب أو التشطيب النهائي. وتنتج الخدوش أثناء عملية الدلفنة بشكل رئيسي عن لوح التوجيه عند مخرج المنصة السابعة (F7) في مرحلة الدلفنة النهائية، وكذلك عن طاولات الدرفلة في منطقة التبريد الطبقي. وعادةً ما تكون الخدوش الناتجة عن المصدر الأول مستمرة، بينما تكون الخدوش الناتجة عن المصدر الثاني متقطعة. وتكمن الخطورة في أن قشور أكسيد الحديد المتكونة على هذه الخدوش يصعب إزالتها عن طريق التخليل الحمضي، كما قد تؤدي هذه الخدوش إلى حدوث انحناءات وتشققات في المعدن.

(3) طرق الوقاية والقضاء عليها

افحص طاولة الأسطوانات التشغيلية، ولوحة التوجيه الجانبية، ولوحة الحماية، وغيرها من المعدات الملامسة للشريط الفولاذي، للتأكد من أن أسطحها ملساء وخالية من أي حواف أو زوايا حادة.

(4) الفحص والتقييم

تحقَّق بالعين المجرَّدة؛

يُسمح بوجود خدوش طفيفة، بشرط ألا يتجاوز عمقها النطاق المحدد في المعيار [1].

2 صفيحة حديدية

(1) صفيحة حديدية (بدون إزالة القشور)

يغطي هذا العيب مساحة واسعة، وتركيز جزيئات أكسيد الحديد داخله غير منتظم، بينما يبقى السطح المحيط به في حالة جيدة. ونظرًا لعطل في نظام إزالة الترسبات، لم يتم حقن الماء عالي الضغط بشكل طبيعي أثناء عملية الدرفلة لغسل سطح القطعة المدرفلة، مما أدى إلى تراكم أكاسيد المعادن على مساحة واسعة من السطح.

الأسباب: يؤدي انسداد فوهة إزالة القشور إلى انخفاض معدل التدفق؛ كما يؤدي انحراف زاوية الفوهة إلى ضعف تأثير التنظيف في منطقة معينة؛ بالإضافة إلى حدوث تأخير في وصول المياه المخصصة لإزالة القشور إلى رأس القطعة نتيجةً لطبيعة العملية.

(2) صفيحة حديدية (على شكل قارب صغير)

يظهر هذا العيب بشكل شائع عند الحواف، وبدرجة أقل في المنتصف، ويكون متقطعاً، ذا نسبة أبعاد كبيرة، ويشبه في شكله ورقة شجر الصفصاف. يحتوي العيب على جزيئات كثيفة من أكسيد الحديد، تمتد في نفس اتجاه الدرفلة وتتفاوت في أحجامها. أما سطح المعدن المحيط بالعيب فيبدو في حالة جيدة، كما أن أماكن توزع هذه العيوب غير منتظمة.

بناءً على تحليل الخبرات السابقة، ونظراً لنسبة الأبعاد الكبيرة، وبالاستناد إلى درجة تفتت جزيئات الأكسيد، فقد تبين أن العيب قد نشأ في خط المواجهة (الجبهة الأمامية)؛ ونظراً لأن محيط العيب يبدو في حالة جيدة، فقد تم استبعاد احتمالية تقشر طبقة الأكسيد الموجودة على سطح الأسطوانة.

وفقاً للنتائج التي تم الحصول عليها سابقاً بعد عملية التخليل، فإن المناطق التي تظهر فيها جزيئات مؤكسدة كبيرة وألوان داكنة ضمن العيوب تكون متعرضة لانضغاط شديد، وهو أمر يستدعي الانتباه.

(3) صفيحة حديدية (ثقوب دقيقة)

هذا العيب موزع بشكل منتشر ويغطي مساحة كبيرة، وهو عبارة عن مسام شائعة ناتجة عن قشور الأكسيد؛

توجد ثقوب دقيقة في طبقة الأكسيد على أسطوانات العمل في منصات الدرفلة النهائية (F2-4)، مما يجعل سطح الصفيحة الفولاذية خشناً نسبياً ويؤدي إلى ظهور بقع سوداء صغيرة كثيرة. وبالنظر إلى تأثير عملية التخليل، يتبين أن بعض هذه البقع ذات عمق ملموس.

بعد إجراء عملية الدرفلة اللاحقة، تظهر المسام الكثيفة على هيئة خطوط بيضاء صغيرة، مما يشير إلى أن هذه العيوب يصعب التخلص منها أثناء عملية الدرفلة على البارد؛ لذا، عند تقييم هذه العيوب، لا ينبغي الاكتفاء بالنظر في إمكانية إزالتها عن طريق التخليل فحسب، بل يجب أيضاً مراعاة مدى كثافتها.

(4) صفيحة حديدية (طبقة مؤكسدة)

أثناء عملية الدرفلة، تحدث باستمرار عمليات تكوّن طبقة الأكسيد وتفككها؛ لذا نطمح إلى الوصول إلى حالة من التوازن الديناميكي. وبالطبع، يظل هذا الطموح مثالياً أكثر من اللازم.

بالنسبة لطبقة الأكسيد، فإن كلاً من السماكة المفرطة والرقة الزائدة أمر غير مرغوب فيه؛ فما نحتاجه هو بنية دقيقة ومستقرة.

(5) صفيحة حديدية (حديد لاصق)

تظهر عيوب الالتصاق المعدني (الحديد الملتصق) عادةً عند طرفي الشريط (البداية والنهاية). وتتوزع هذه العيوب بشكل عشوائي وبكثافات متفاوتة، وقد تظهر على كل من السطحين العلوي والسفلي.

تتمثل "الشوائب الحديدية الملتصقة" (sticky iron) بشكل رئيسي في جزيئات أكسيد الحديد أو الغبار المتراكم في منصة الدرفلة النهائية. ونظراً لضعف كفاءة نظام إزالة الغبار في منصة الدرفلة النهائية (FS-7)، فإن هذه الجزيئات لا تُزال، بل تلتصق بسطح الصفيحة الفولاذية وتُدمج فيه بفعل ضغط أسطوانات الدرفلة. وفي الحالات الشديدة، يمكن ملاحظة جزيئات معدنية لامعة مغروسة بوضوح في السطح.

يُعد التنظيف بالماء عالي الضغط أثناء فترات التوقف إجراءً فعالاً للتحكم. ومن السهل الخلط بين هذا العيب وعيب القشور الأكسيدية (oxide scale) التقليدي الذي يظهر في مرحلة الدرفلة على البارد.

(6) صفيحة حديدية (تضغط على الأشخاص في نقاط محددة)

تتخذ العيوب شكل النيازك، ويبلغ طولها حوالي 30 مم. وهي موزعة بشكل عشوائي على طول السطح العلوي للشريط. وتزداد حدة هذه العيوب تدريجياً من البداية إلى النهاية، كما أن معدل ظهورها في الفولاذ السيليكوني مرتفع نسبياً.

نظراً لأن عملية دلفنة الفولاذ السيليكوني تولد كميات كبيرة من الغبار بعد انتهاء الدلفنة، فإن نظام إزالة الغبار لا يقوم بتنظيف هذا الغبار أثناء سير العمل. ونتيجة لذلك، يلتصق جزء من الغبار بأسطح المعدات، ويختلط ببخار الماء، ثم يسقط على سطح الشريط المعدني، حيث يتعرض للضغط أثناء مروره عبر منصات الدلفنة اللاحقة.

(7) صفيحة حديدية (صفيحة حديدية حمراء)

خصائص العيب: كما هو موضح في الشكل أدناه، يظهر العيب عادةً بلون بني مائل إلى الحمرة، ويتخذ شكل نقاط أو شرائط أو رقائق، وينتشر على كامل الشريط الفولاذي، وقد يظهر على كل من السطحين العلوي والسفلي. ويُعد هذا العيب شائعاً في أنواع الفولاذ الخاصة.

الأسباب: ارتفاع محتوى السيليكون وارتفاع درجة حرارة تسخين الألواح المعدنية.

تدابير تصحيحية: تحسين تصميم الجودة وتقليل محتوى السيليكون؛ ضبط الوسط المحايد أو المؤكسد جزئيًا داخل الفرن؛ خفض درجة حرارة الفرن في حالات التعطل.

3 تشققات الحواف

يعود مصدر العيب إلى لوحة التوجيه الخاصة بمرحلة الدرفلة النهائية ولوحة التوجيه الخاصة بمرحلة اللف. وهناك ثلاثة أسباب لذلك:

(1) يتلامس نظام التوجيه والحماية في مرحلة الدرفلة النهائية بشكل مباشر مع حافة الشريط الفولاذي، مما يؤدي إلى احتكاك شديد بين حافة الشريط ولوحة التوجيه، وهو ما يتسبب في تلف الحافة؛

(2) في مرحلة متأخرة من استخدام الموجه الجانبي لعملية اللف، يتعرض سطحه الجانبي للاحتكاك بحافة الشريط الفولاذي، مما يؤدي إلى تكوّن أخدود؛ وعندها قد تعلق حافة الشريط الفولاذي في حافة هذا الأخدود، مما يتسبب في انكسارها.

(3) في بعض الشرائط، لا تكون الحافة مكسورة، ولكن توجد فجوات (نقرات) بالقرب منها. يؤدي هذا العيب أيضاً إلى تمزق الحافة أثناء الدرفلة على البارد؛ ويُرجح أن سبب هذا العيب هو جزيئات معدنية تتكون نتيجة الاحتكاك بين حافة الشريط ولوحة التوجيه الجانبية، حيث لا تسقط هذه الجزيئات بالكامل، بل تتعرض للسحق بواسطة أسطوانات الضغط (أسطوانات السحب)، مما يتسبب في تشقق الطبقة السطحية.

4 أليس

الآلية: تظهر أضرار مادية على سطح اللوح المعدني (البلاطة)، مثل التلف الميكانيكي أو الشقوق، مما يحول دون دلفنته بشكل سليم ويؤدي إلى بروز جزء من المعدن؛ أو قد ينجم ذلك عن وجود شوائب خبثية داخل اللوح.

الخصائص العيانية: تتوزع عموماً في شريط واحد على طول الاتجاه الطولي، وتتخذ موقعاً ثابتاً في الاتجاه العرضي، وتأخذ شكلاً يشبه الجلد.

حدوث التقشر: عندما يتعذر تشغيل نظام إزالة القشور عند مخرج مرحلة الدرفلة الأولية (الدرفلة الخشنة)، تقتصر عملية إزالة القشور على المراحل الفردية (الأشواط الفردية). ونظراً لوجود شقوق دائرية وتفاوت في التمدد عند ذيل الشريط المعدني، فإن ظاهرة التقشر تحدث في تلك المنطقة.

تدابير وقائية: الاستفادة الكاملة من تقنيات الفحص (مثل الفحص باللون الأحمر) وغيرها من المعدات، للكشف عن تأثيرات الأجزاء الحلقية عند الطرفين (البداية والنهاية) والسيطرة عليها.

5 الموجات (موجات متوسطة، موجات ثنائية الجانب، موجات أحادية الجانب)

(1) خصائص العيب

تُعرف ظاهرة الانحناء التي تتخذ شكل موجات—تتضمن ارتفاعات وانخفاضات على طول اتجاه دلفنة الشريط الفولاذي—باسم "التَمَوُّج" (wave-shaped). وبناءً على أماكن توزع هذه التموجات، تُصنَّف إلى: تموجات في المنتصف، وتموجات طولية (على طول الشريط)، وتموجات عند الحواف.

(2) الأسباب والمخاطر

الأسباب: شكل غير مناسب للدرافيل، تآكل غير متساوٍ في الدرافيل؛ عدم توافق بين شكل الدرافيل وشكل الصفيحة الداخلة إليها، تخفيض مفرط في سماكة المعدن بعد مرحلة الدرفلة النهائية؛ انحراف الشريط الفولاذي أو ضبط غير سليم للفجوة بين الدرافيل؛ تبريد غير كافٍ للدرافيل.

(3) درجة حرارة الشريط الفولاذي غير متساوية.

الضرر: يؤثر على جودة مظهر الصفيحة الفولاذية، وفي الحالات الشديدة، قد يتعذر إجراء العمليات اللاحقة أو استخدام الصفيحة.

(4) طرق الوقاية والقضاء عليها

يجب العمل على التشكيل الملائم لأشكال الدرافيل واستبدالها بطريقة مدروسة، مع وضع خطط دقيقة لعمليات الدرفلة تضمن الانتقال السلس بين المواصفات المختلفة للشرائط الفولاذية، وتوزيعاً متوازناً لنسبة التخفيض في كل منصة من منصات الدرفلة. كما ينبغي تكثيف فحص تفاوت الفجوة بين الدرافيل (ما يُعرف بـ "فرق الإسفين")، والحفاظ على استقامة القطع المعدنية أثناء عملية الدرفلة، وتعزيز التحكم في تبريد الدرافيل، بالإضافة إلى ضبط عمليات تسخين وتبريد الألواح المعدنية (البلاطات) أثناء الدرفلة لضمان تجانس درجة حرارة الشريط الفولاذي.

6 الطباعة باللفائف

(1) خصائص العيب

تُسمى العيوب البارزة والغائرة على سطح الشريط الفولاذي، والتي تتوزع بشكل دوري وتتخذ أشكالاً غير منتظمة، بـ "علامات الدرفلة" (roll marks).

الأسباب والمخاطر

(2) سبب

تتعرض الأسطوانة للتشقق، أو يتقشر جزء من مادتها، أو تتراكم أجسام غريبة على سطحها؛ كما قد تظهر على سطح الأسطوانة مواضع مقعرة أو محدبة. وأثناء عمليات الدرفلة أو التشطيب، تؤدي هذه العيوب إلى ظهور نتوءات أو تجاويف على سطح الشريط الفولاذي المعالج.

المخاطر: قد تؤدي الطباعة باستخدام أسطوانات محدبة إلى حدوث عيوب طي في عملية الدرفلة اللاحقة؛ بينما قد تؤدي الطباعة باستخدام أسطوانات مقعرة إلى ظهور ثقوب في عملية الدرفلة اللاحقة.

7 طرق الوقاية والقضاء عليها

(1) افحص جودة سطح الأسطوانة بانتظام، وعالج الأمر فوراً في حال اكتشاف فقدان في مادة الأسطوانة أو وجود أجسام غريبة عليها؛

(2) عند حدوث ظروف غير طبيعية -مثل انحشار المعدن، أو تمايل ذيل القطعة (tail-flicking)، أو انقلابها- أثناء عملية الدرفلة، يجب التحقق من جودة سطح الدرفيل على الفور؛ وذلك لتجنب تعرض سطحه للتلف أو التصاق مواد غريبة به.

(3) عند اكتشاف أي مشكلة في أسطوانة "أنيلوكس" (anilox roll) أثناء الفحص، يجب إيقاف الآلة فوراً للتحقق من جودة سطح الأسطوانة.

8 ملاحظات ختامية

تُعد منتجات الصلب الشريطي المدرفل على الساخن إحدى فئات الصلب بالغة الأهمية، والتي تحظى باستخدامات واسعة في مجالات متنوعة. ومع تزايد حدة أوضاع سوق الصلب واشتداد المنافسة، أصبحت متطلبات العملاء فيما يخص هذه المنتجات أكثر صرامة. ويمكن تصنيف العيوب الشائعة في منتجات الصلب الشريطي المدرفل على الساخن إلى عدة فئات، تشمل: عيوب السطح، وعيوب الخصائص المكونة للمادة، وعيوب شكل الألواح، وعيوب الأبعاد الهندسية، والعيوب المتعلقة بالمظهر العام للفائف الصلب. وتُظهر بيانات وفيرة أن أكثر من 70% من الاعتراضات المتعلقة بجودة لفائف الصلب المدرفلة على الساخن ترتبط حالياً بجودة سطح الصلب الشريطي؛ كظهور القشور، أو آثار الدرافيل، أو التنقرات، أو بقايا أكاسيد الحديد، وغيرها. ومن هنا يتضح أن تحسين جودة سطح لفائف الصلب المدرفلة على الساخن يلعب دوراً جوهرياً في تعزيز القدرة التنافسية لهذا النوع من الصلب في الأسواق.