運用六西格瑪方法提升邯鋼冷軋汽車用鋼DC04產品質量

于光遠，杜艷玲，劉素麗，何 方，王亮亮

（河鋼集團邯鄲鋼鐵公司,河北 056015）

0 引言

六西格瑪管理法是通過設計和監控過程，將可能的失誤減少到最低限度，從而使企業可以做到質量與效率最高，對需要改進的流程進行區分，找到高潛力的改進機會，優先對其實施改進。六西格瑪管理法業務流程改進遵循DMAIC 五步循環改進法，即D-定義、M-測量、A-分析、I-改進、C-控制五個階段。邯鋼自2010 年成功研發汽車板后，受到國內廣大汽車制造商的青睞。隨著市場份額的提升，汽車用戶逐漸增多，不同地區不同用戶對邯鋼冷軋深沖汽車用鋼DC04 提出了力學性能延伸率≥45%的要求（標準為≥38%），并且要求延伸率穩定化。目前邯鋼DC04 合格率99%條件下，成品延伸率范圍為43%左右，如果按用戶條件交貨將導致邯鋼DC04合格率降低至70%左右。邯鋼針對該用戶對DC04延伸率的特殊需求，組建了DC04提升延伸率攻關團隊，按照六西格瑪DMAIC[1]方法對DC04延伸率質量進行了持續改進。

本文從煉鋼、熱軋、冷軋方面對DC04汽車板延伸率的關鍵影響因子進行了分析梳理，確定了熱軋終軋溫度、連退均熱溫度、平整延伸率為顯著影響因子，通過DOE優化試驗，確定了DC04最佳軋制工藝方案。

1 定義階段

經界定，在不增加生產成本的條件下滿足汽車用戶的需求，則DC04 汽車板需要滿足：延伸率≥45%；延伸率ppk 值達到1.0 以上。按照客戶要求，對現有DC04 的延伸率數據進行分析，目前邯鋼DC04 延伸率分布狀態如圖1 所示。由圖1 可看出，目前邯鋼汽車板DC04 延伸率的均值為43.58%，標準差為1.664，ppk 為0.28。由此得出結論：延伸率的均值和變異都需要進行質量改進。

圖1 邯鋼DC04延伸率現狀分布

圖2 為DC04 主要生產工藝流程圖。為了找出影響DC04延伸率的工藝參數，邯鋼組建了DC04提升延伸率攻關團隊，對煉鋼、熱軋、冷軋工序生產過程的關鍵影響因子進行了分析梳理（煉鋼成分以原料輸入作為影響因子）。通過樹形圖（見圖3）識別了影響CTQ/CTP的影響因子；通過CE矩陣（見圖4）初步確認加熱出鋼溫度、熱軋終軋溫度、熱軋卷取溫度、酸軋壓下率、連退均熱溫度、連退緩冷溫度、平整延伸率[2-5]等對DC04延伸率有影響，經篩選，確定熱軋終軋溫度、連退均熱溫度、連退快冷溫度、連退平整延伸率四項為顯著影響因子。

圖2 DC04主要生產工藝流程圖

圖3 樹形圖

圖4 CE矩陣

2 測量階段

收集過程數據對DC04 延伸率波動進行分析。針對過程數據收集，制定了詳細數據收集計劃，數據收集計劃涵蓋了操作定義、數據來源和位置、收集樣本數量、數據采集時間范圍、數據采集方法、數據采集人員以及同時采集的其他數據。

圖5 測量系統分析結果

由分析結果可以看出，測量系統的GR&R=3.13%和P/T=4.76%小于10%、ndc=29 大于5，因此測量系統可接受。

3 分析階段

測量系統滿足要求，通過回歸分析[6]篩選、查找出對汽車用鋼DC04 延伸率影響顯著的因子，具體分析驗證見圖6。從分析結果可以看出，熱軋終軋溫度、連退均熱溫度、連退平整延伸率對延伸率影響顯著。

圖6 回歸分析

對熱軋終軋溫度、連退均熱溫度、連退平整延伸率現狀進行分析，見圖7、8、9。由圖7、8、9 可以看出，熱軋終軋溫度和連退均熱溫度總體上受控，但控制ppk 水平低，平整延伸率異常點較多，控制水平較低。

圖7 終軋溫度現狀分布

根據熱軋終軋溫度、連退均熱溫度、連退平整延伸率實際分布狀態，采用5why、變異源、一般線性模型等工具進行分析，發現寬度規格變化、鋼種變化對連退均熱溫度波動影響顯著，熱軋厚規格與薄規格對熱軋終軋溫度存在影響，噴嘴堵塞情況與平整延伸率有較強相關性，具體見圖10、11、12。

圖10 多變異分析

針對影響熱軋終軋溫度波動，應增開熱軋機架間冷卻水，保證厚規格的終軋溫度統一；針對連退均熱溫度波動，應根據連退寬度規格變化制定并下發合理的過渡卷方案；針對噴嘴堵塞、平整液殘留的問題，應增加工作輥的擠干效果，同時增加清理平整機噴嘴的頻次，保證噴嘴正常吹掃。

圖8 連退均熱溫度現狀分布

圖9 連退平整延伸率現狀分布

圖11 熱軋薄厚規格雙樣本檢驗

圖12 一般線性模型（GLM）分析結果

4 改進階段

針對分析階段查找出的熱軋終軋溫度、連退均熱溫度、連退平整延伸率三個顯著影響因子，運用DOE 實驗設計方法，設計了熱軋終軋溫度、連退均熱溫度、連退平整延伸率三因素兩水平的DOE實驗方案，對成品延伸率進行了研究改進，具體方案如表1所示。

表1 改進成品延伸率的DOE試驗

初始擬合從圖13 可看出，中心點較平緩，無較大起伏，變異可接受。通過簡化模型分析（見圖14）看出剩余因子的P 值小于0.05，模型簡化完成；RSq 達到92.35%，具有預測能力。失擬P 值0.818，說明模型擬合良好，不存在失擬。熱軋終軋溫度、均熱溫度、平整延伸率、終軋溫度*平整延伸率、均熱溫度*平整延伸率影響顯著。

圖13 延伸率的散點圖

圖14 延伸率與因子響應曲面回歸分析結果

圖15 是經過計算機回歸方程模擬試運行多次后的結果，延伸率分布在48.6～50.39%之間，模型構建成功，得到回歸方程為：延伸率=-151+0.23×終軋溫度- 0.018×均熱溫度+77.5×平整延伸率-0.167×終軋溫度×平整延伸率+0.083×均熱溫度×平整延伸率，試運行結果完全滿足要求。

圖15 延伸率的曲面圖和模擬試運行結果

5 控制階段

經過試運行，邯鋼制定了熱軋不同厚度DC04機架冷卻水制度，制定了連退平整噴嘴清理周期，優化了連退排產計劃，在連退增加過渡卷，保證退火均熱溫度在控制過程中的異常變異得到消除，生產工藝更加穩定。通過固化這些消除變異的方案，同時找到了三個影響因子的最佳匹配點，及熱軋終軋溫度為920±14℃，連退均熱溫度為820±10℃，平整延伸率為≤1.0%，邯鋼DC04的延伸率最終控制在了47.78±3.3%的水平，按照45%交貨條件判定的合格率由最初的70%提高至96.7%。圖16 為改善前后邯鋼DC04 延伸率的直方圖對比，表2 為改善前后的數據對比。由圖16和表2可以看出，改善效果顯著。

表2 改善結果匯總

圖16 成品延伸率分布范圍

6 結語

通過運用六西格瑪DMAIC 的管理方法，消除流程中的異常變異源，邯鋼汽車板DC04 的生產控制穩定程度得到顯著提高，減少了成品延伸率分布波動大的問題。通過統計工具，邯鋼得出了將延伸率提升到45%交貨條件下的關鍵影響因素的合理工藝控制點，以及影響關鍵控制點的根本原因。

經過試運行后，固化了改進工藝，邯鋼所生產出來的DC04 成品延伸率控制在45%的水平，合格率控制在96.7%以上，既滿足了用戶高延伸率要求，又降低了邯鋼DC04的降級改判率，在贏得客戶的同時，樹立了良好的邯鋼汽車板品牌形象。