Введение в управление качеством металла

 
 
 
Р. Е. Глинер, В. И. Астащенко 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ВВЕДЕНИЕ 
В УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ МЕТАЛЛА 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2022 

УДК 669.017:658.562 
ББК 34.2 
Г54 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор Э. Р. Галимов; 
доктор технических наук, профессор Ф. А. Шамсутдинов 
Глинер, Р. Е.  
Г54  
Введение в управление качеством металла : учебное пособие /  
Р. Е. Глинер, В. И. Астащенко. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 
2022. - 276 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1091-5 
Рассмотрены вопросы управления качеством металла, в том числе и с применением современных информационных технологий. Даны принципы стандартизации управления качеством металла. Изложена практика применения 
статистико-математического анализа качества металла. 
Для студентов технических направлений: 15.00.00 «Машиностроение», 
22.03.02 «Металлургия», 27.03.02 «Управление качеством», 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов». Может быть использовано специалистами в области прикладного материаловедения, работающими на предприятиях, 
связанных с производством металла или переработкой его в готовые изделия. 
УДК 669.017:658.562 
ББК 34.2 
ISBN 978-5-9729-1091-5 
” Глинер Р. Е., Астащенко В. И., 2022 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 

 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Предисловие ............................................................................................................... 5 
1. Общие вопросы концепции качества металла ............................................... 7 
1.1. Содержание понятия «качество металла» ..................................................... 7 
1.2. Показатели качества металлопродукции ....................................................... 8 
1.3. Содержание понятия контроля качества металла 
......................................... 9 
1.4. Содержание понятия дефектности металла ................................................ 10 
1.5. Содержание понятия «испытание металла» 
................................................ 11 
1.6. Практика контроля состава и структуры металла ...................................... 13 
2. Управление качеством металла в процессе его производства  
(на примере производства стали) 
......................................................................... 27 
2.1. Общие сведения по производству стали 
...................................................... 27 
2.2. Обеспечение качества в производстве стали .............................................. 31 
2.3. Природа дефектности слитков 
...................................................................... 32 
2.4. Эффективные способы исключения дефектности слитков ....................... 35 
2.5. Вопросы дефектности сортового проката ................................................... 36 
2.6. Дефекты металла в крупногабаритных поковках ....................................... 37 
2.7. Дефектность листового проката ................................................................... 39 
2.8. Вопросы идентификации дефектов в металле ............................................ 43 
3. Управление качеством металла в процессе  
переработки металлопроката и отливок 
............................................................ 47 
3.1. Политика управления качеством применяемого металла 
.......................... 47 
3.2. Система управления качеством в переработке металла 
............................. 49 
3.3. Роль термической обработки в управлении качеством металла ............... 67 
3.4. Упрочняющая термическая обработка сплавов на основе железа 
............ 69 
3.5. Разупрочняющая термическая обработка сталей ....................................... 75 
3.6. Закалка и отпуск (старение) сплавов на основе цветных металлов 
.......... 77 
4. Вопросы выбора металла (марки) характерного назначения ................... 80 
4.1. Конструкционная сталь, упрочняемая термической обработкой ............. 80 
4.2. Сталь для работы в коррозионно-активных средах 
.................................... 96 
4.3. Жаростойкая и жаропрочная сталь .............................................................. 99 
4.4. Сталь для инструмента и штампов 
............................................................. 102 
4.5. Сталь улучшенной механической обрабатываемости 
.............................. 105 
5. Характерное использование цветных металлов 
......................................... 112 
5.1. Магний и алюминий .................................................................................... 113 
5.2. Титан и медь ................................................................................................. 116 
5.3. Никель и сплавы в подшипниках скольжения .......................................... 133 
ϯ 
 

6. Стандартизация качества металлов ............................................................. 139 
6.1. Основное назначение стандартов по управлению  
качеством металла 
............................................................................................... 139 
6.2. Принципы стандартизации управления качеством металла 
.................... 140 
6.3. Стандартизация качества стали .................................................................. 146 
6.4. Стандартизация качества чугуна ................................................................ 152 
6.5. Стандартизация качества металлов, используемых  
при выплавке стали и чугуна ............................................................................. 160 
6.6. Стандартизация качества сплавов на основе цветных металлов ............ 162 
6.7. Примеры применения стандартов  
по управлению качеством метала 
...................................................................... 166 
6.8. Практика применения специальных технических условий  
в управлении качеством металла 
....................................................................... 174 
6.9. Содержание сертификации и аудита 
 качества металла 
................................................................................................. 176 
7. Применение статистико-математических анализов 
 в оценках качества металла 
............................................................................... 180 
7.1. Некоторые понятия из теории вероятностей 
............................................. 180 
7.2. Некоторые анализы из математической статистики ................................ 192 
7.3. Установление зависимости между двумя переменными величинами ... 205 
7.4. Практика применения статистико-математического  
анализа качества металла ................................................................................... 211 
Заключение ............................................................................................................. 224 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 229 
Список рекомендуемой литературы.................................................................. 232 
Приложения 
............................................................................................................ 235 
П. 1. Практическая работа со стандартами качества металла ........................ 235 
П. 2. Нормы стандартных механических свойств 
............................................ 238 
П. 3. Дефекты поверхности проката (выборка из ГОСТ 21014) .................... 242 
П. 4. Отечественные стандарты по управлению качеством ........................... 247 
П. 5. Статистические методы управления качеством продукции.  
Термины и определения (выборка из ГОСТ 15895) ........................................ 252 
П. 6. Дополнительный материал по математическому 
анализу качества металла ................................................................................... 262 
П. 7. Методика комплексной оценки степени загрязнённости  
стали неметаллическими включениями (на примере DIN 50602) ................. 267 
 
 
ϰ 
 

 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Вторая половина и особенно конец ХХ века ознаменовались перспективой 
применения новейших нано- и композиционных материалов. Но и при этом в 
полной мере сохранилась актуальность использования металла, как традиционного материала конструкционного и инструментального назначения, оказывающая решающее воздействие на уровень развития производительных сил общества. Достаточно сказать, что современной промышленностью ежегодно 
производится и перерабатывается более 1 млрд тонн металлических материалов, производимых в виде сплавов различного состава, затвердевающих с образованием кристаллического строения, свойства которых обусловливают их незаменимость в ближайшие десятилетия.  
Как основу современных индустрий следует, прежде всего, выделить сталь 
и чугун. Промышленная потребность в стали и чугуне связана, прежде всего, с 
их технологичностью. Это качество, наряду со сравнительно низкой исходной 
стоимостью (обусловленной масштабами и высокой степенью рационализации 
металлургического производства), делает в ближайшем будущем безальтернативным выбор стали и чугуна как материалов для массового производства изделий конструкционного и инструментального назначения.  
В ряде случаев безальтернативным оказывается и выбор в качестве материала 
сплавов на основе цветных металлов (меди, алюминия, титана, никеля и др.), позволяющий использовать их служебные свойства, недостающие сталям и чугунам 
(электропроводность, антифрикционные качества, удельная прочность, жаропрочность), что в принципе оправдывает удорожание производства изделий.  
Однако необходимым условием продолжения широкого использования металла является снижение затрат на его производство и переработку и совершенствование его качества. К этому побуждает также базисная основа развития современной экономики - конкуренция между производителями, в данном случае 
производителями металла и изделий, из него изготавливаемых.  
Эффективность решений задач по совершенствованию качества определяется профессионализмом специалистов по управлению качеством металла, востребованным широким кругом современных предприятий, научно-прикладных 
и консалтинговых учреждений, которые по направлению своей деятельности 
связаны с производством или переработкой металла, а также подразделениями, 
обеспечивающими металлом конкретные производства.  
При этом качество как понятие, обусловливающее работоспособность металла в готовых изделиях и технологичность в обработке, выступает приоритетным стимулирующим фактором развития прикладного металловедения. В 
этом аспекте само понятие прикладного металловедения можно определить как 
техническую науку, изучающую рациональные способы управления качеством 
металла на различных стадиях его производства.  
ϱ 
 

Цель настоящего пособия - подготовка базового материала для учебной 
дисциплины «Управление качеством металлов», завершающей подготовку магистров по направлению «Металлургия». 
Представить общую концепцию управления качеством металла, предназначенного для изготовления деталей конструкций и инструмента, и методы его 
оценки как одна из основных проблем, решаемых в производстве и переработке 
металла - цель данной дисциплины. 
Представляемое пособие предполагается использовать, прежде всего, при 
проведении учебных семинаров и самостоятельного изучения магистрантами 
вопросов управления качеством металла, в том числе и с применением современных информационных технологий. 
Можно также полагать, что, выходя за рамки своего основного назначения, 
пособие может быть полезным заводским специалистам различного профиля 
(конструкторам, технологам, специалистам по контролю качества и снабжению, 
специалистам по консалтингу), связанным с производством металла и переработкой его в готовые изделия. 
Работая над пособием, авторы использовали материалы известных учебников, научных монографий и публикаций (указанных в перечне рекомендованной литературы). Но при этом посчитали также необходимым представить и 
своё видение рассматриваемых вопросов, а также использовать результаты собственной научно-исследовательской и преподавательской практики. Этим, ориентируясь на свой практический инженерный и преподавательский опыт, авторы преследовали цель приблизить содержание пособия к запросам предполагаемого круга читателей.  
Поэтому, представляя свою работу в рамках учебного пособия, авторы считают возможным рассматривать её и как монографию, в ряде аспектов приоритетную среди литературы, посвящённой качеству металла. 
Настоящее пособие является вторым изданием вышедшего ранее в двух частях пособия «Основы качества металла» [39], существенно переработанного, 
дополненного и повторно отредактированного.  
Данная работа выполнена автором пособия профессором Нижегородского 
государственного технического университета Р. Е. Глинером в соавторстве с 
профессором Набережночелнинского института Казанского (Приволжского) 
федерального универитета В. И. Астащенко.  
 
ϲ 
 

 
1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ КОНЦЕПЦИИ КАЧЕСТВА МЕТАЛЛА 
 
 
1.1. СОДЕРЖАНИЕ ПОНЯТИЯ «КАЧЕСТВО МЕТАЛЛА» 
 
В широком смысле под качеством понимается степень соответствия производимой продукции требованиям потребителя (потребительским свойствам). 
Качество тем выше, чем выше это соответствие.  
В полной мере это относится и к качеству металла. При этом потребительские свойства металла фактически должны обеспечить два его качества: работоспособность в готовых изделиях и технологичность в обработке - механической, термической, покрытии и т.д.  
Работоспособность оценивается по безотказности работы металла. Это 
качество металла, проявляемое в готовом изделии. Оно определяет выбор металла, как материала в каждом конкретном случае применения по назначению 
конкретным его потребителем. Работоспособность не должна зависеть от выбора производителя и технологии переработки металла в готовое изделие. 
Технологичность оценивается прежде всего затратами на отдельных этапах 
его производства (себестоимостью), которые зависят от ряда факторов, в том 
числе и выбора конкретного металла для данного изделия: вида, свойства, производителя, стоимости в поставках. Это качество, зависящее от конкретных 
условий на каждом этапе переработки металла в готовое изделие. 
Потребительские свойства металла находит отражение в технических требованиях к качеству, фиксируемых в нормативной технической документации, 
разрабатываемой на производимую продукцию, стандартах, чертежах, технологических инструкциях, заказах на поставку металлоизделий. Характерно, что 
металлоизделия одного и того же назначения, но изготовленные на разных 
предприятиях, или даже на одном, но в разное время, могут существенно отличаться по степени соответствия установленным требованиям. В этом проявляется влияние исходных материалов, стабильности применяемой технологии и 
принятой системой её контроля.  
В связи с этим возникает задача системного управления качеством, которое подразумевает направленные действия по обеспечению и совершенствованию необходимого уровня качества на всех этапах производства и переработки металла: выплавке, разливке, затвердевании, механической обработке, 
термической обработке.  
Обеспечение качества подразумевает совокупность планируемых и систематически проводимых мероприятий, необходимых для создания уверенности в 
том, что продукция удовлетворяет потребительским свойствам. 
Совершенствование качества металла предполагает:  
x совершенствование технических требований к качеству на основе 
изучения потребительских требований и общей потребности рынка в производимой продукции; 
ϳ 
 

x повышение квалификации рабочих и инженерно-технических работников, участвующих в получении изделий, стимулирование их эффективной 
работы по совершенствованию качества; 
x совершенствование технологических решений по признакам, представленным в табл. 1.1.  
 
Таблица 1.1 
Показатели совершенства технологических решений 
Анализируемый признак 
Примечание 
Степень механизации  
и автоматизации 
Ручной труд по объективным или субъективным  
причинам может допустить получение продукции  
с отклонениями в качестве; машина строго выполняет  
заданную программу
Степень оптимизации  
используемых технических 
решений 
Оценивается тем, в какой степени принимаемые решения 
являются наукоёмкими (подтверждаются специально  
проведённым теоретическим или экспериментальным 
анализом)
Степень общей затратности  
и ресурсосбережения 
Затратность ʹ главная характеристика технологичности 
как составляющей понятия качества 
 
 
1.2. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА МЕТАЛЛОПРОДУКЦИИ 
 
Управление качеством основывается на использовании двух конкретных 
понятий: показателя качества и уровня качества. 
 Показатель качества - это количественная характеристика свойств, выражаемая в определённых единицах измерения. Для металла, например, это 
единицы измерения твёрдости, прочности, пластичности, содержания отдельных химических элементов. 
Уровень качества - это относительная характеристика свойств, основанная 
на сравнении значений показателей качества оцениваемого металла со значениями соответствующих показателей другого произведённого металла или идентичного, но из другой произведённой партии.  
В зависимости от многообразия сравниваемых свойств различают показатели качества различного ранга (табл. 1.2). 
 
 
Таблица 1.2  
Ранжирование показателей качества 
Ранг 
Содержание понятия 
Единичный 
Показатель качества продукции, характеризующий  
одно из ее свойств (например, прочность)
Комплексный Показатель качества продукции, в совокупности  
характеризующий несколько ее свойств (например, штампуемость) 
 
ϴ 
 

Окончание таблицы 1.2
Ранг 
Содержание понятия 
Определяющий Показатель, по которому принимается решение по качеству  
продукции и регламентируемый технической документацией (твёрдость)
Базовый 
Значение показателя качества, принятое за основу при оценке уровня  
качества (например, прочность или твёрдость)
Номинальный Регламентированное значение показателя, от которого отсчитывается  
допустимое отклонение
 
 
1.3. СОДЕРЖАНИЕ ПОНЯТИЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА МЕТАЛЛА 
 
Контроль - это проверка соответствия производимой продукции установленным техническим требованиям качества. Различные виды контроля классифицируются по ряду признаков (табл. 1.3). 
 
Таблица 1.3 
Классификация видов контроля качества металла 
Классификационный 
признак 
Отличительная  
особенность контроля 
Примеры, относящиеся  
к термической обработке 
Контроль готовой 
продукции
Изделия, прошедшие  
термическую обработку
Контроль исходных 
материалов
Металл, используемый в изделиях, 
проходящих термическую обработку
Объект контроля 
Контроль технологии 
Температурно-временной режим 
термической обработки
Контроль технологических 
сред и материалов 
Печные газовые атмосферы;  
расплавы солей; закалочные среды 
(водные растворы, закалочное масло)
Непрерывный 1) 
Температура 
Энергетические параметры нагрева
Сплошной 2) 
Твёрдость поверхности деталей  
ответственного назначения
По повторяемости 
контроля 
 
 
Периодический 3) 
Глубина насыщения  
по образцам-свидетелям,  
поверхностная твёрдость
Летучий 4) 
Твёрдость сердцевины изделий, 
упрочняемых термической  
обработкой 
Невозможно 
-«- 
Использование 
объекта после  
проведения  
контроля 
Возможно 
(неразрушающий 
контроль) 
Твёрдость поверхности 
Электромагнитное тестирование 
прокаливаемости  
обрабатываемых деталей
Механизированный 6) 
Уровень 
механизации 
Ручной 5) 
Поверхностная твёрдость деталей 
Состав атмосферы 
Автоматический 7) 
Активный 8) 
ϵ 
 

Окончание таблицы 1.3
Классификационный 
признак 
Отличительная  
особенность контроля
Примеры, относящиеся  
к термической обработке
Геометрия 
Размеры и форма изделий,  
прошедших термическую обработку
Механические свойства 
Прочность, пластичность,  
твердость, вязкость
Физические свойства 
Электрические, магнитные 
Плотность 
Природа 
проверяемых 
признаков 
(по методу  
проведения  
испытаний) 
Химические свойства 
Химический состав 
Сопротивление коррозии 
Структура 
Макроструктура 
Микроструктура 
Входной 9) 
 
Операционный 10) 
Металлопродукция 
Технологические материалы
Приёмочный 11) 
Термически обрабатываемые  
изделия 
 
Стадия 
производственного 
процесса 
(по назначению) 
 
Аттестационный 12) 
Металлопродукция, прошедшая 
термообработку, перед выдачей  
её в дальнейшее производство
 
Примечание 
1) информация об объекте поступает непрерывно; 2) контроль каждой единицы продукции 
в партии; 3) контроль производится через определённые интервалы времени; 4) контроль производится в случайные моменты времени; 5) с использованием ручных средств; 6) с использованием механизированных средств; 7) осуществляемый без участия оператора измерительными приборами, встроенными в технологическое оборудование (система КИП); 8) автоматический, предусматривающий автоматическое управление технологическим процессом; 9) осуществляется потребителем; 10) проводимый во время или после выполнения определённой 
операции; 11) по результатам которого принимается решение о пригодности поставки продукции потребителю; 12) осуществляется специально уполномоченными лицами. 
 
1.4. СОДЕРЖАНИЕ ПОНЯТИЯ  
ДЕФЕКТНОСТИ МЕТАЛЛА 
 
Дефектом называется каждое отдельное несоответствие производимой 
продукции установленным требованиям.  
Характерными дефектами металла являются несоответствие химического состава требуемому составу, нарушение сплошности (трещины, раковины и др.), 
отклонение структуры, механических свойств от заданных. К дефектам металла 
принято относить чрезмерную деформацию при термической обработке и отклонения размеров в продукции металлургического производства (слитки, полуфабрикаты после прокатки, волочения, прессования и т. п.), выводящие её за пределы установленных геометрических допусков. Характерно также, что дефектность металла как производимой продукции практически всегда связана с нарушениями технологического процесса производства или обработки металла. 
ϭϬ