基于六西格瑪管理方法提升DP980 鋼種性能穩(wěn)定性研究

韓世緒，肖 偉，于程福，高小堯，王 朝，陳 彤

（唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063001）

六西格瑪是一種在21 世紀(jì)初興起的企業(yè)管理方法，它可以運(yùn)用于各個(gè)行業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)與銷(xiāo)售系統(tǒng)。尤其是在鋼鐵行業(yè)，其獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)力是密切了解顧客需求，嚴(yán)格地使用事實(shí)、數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)分析，以及不斷地關(guān)注業(yè)務(wù)過(guò)程的管理、改進(jìn)和徹底改造[1]。本文通過(guò)六西格瑪管理方法對(duì)煉鋼、軋鋼全流程生產(chǎn)工藝中的影響因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，找出影響HC550/980DP 屈服強(qiáng)度穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，通過(guò)過(guò)程能力分析、測(cè)量系統(tǒng)分析、因果矩陣確定等方法建立分析方程，將生產(chǎn)可視化，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析找出影響關(guān)鍵點(diǎn)，并對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行工藝調(diào)整，從而提升HC550/980DP 屈服強(qiáng)度性能穩(wěn)定性，提升企業(yè)效益。

1 問(wèn)題提出

冷軋汽車(chē)鋼980DP 的生產(chǎn)工藝流程較為復(fù)雜，產(chǎn)線控制因子諸多，因此各位置參數(shù)的波動(dòng)均會(huì)造成產(chǎn)品性能的波動(dòng)。通過(guò)對(duì)客戶(hù)需求信息的采集發(fā)現(xiàn)，客戶(hù)反饋該鋼種屈服強(qiáng)度較高，不利于后期加工，他們更希望該鋼種沖壓成形較易，并且沖壓無(wú)回彈、無(wú)開(kāi)裂。為避免在終端客戶(hù)處出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，影響合格率，產(chǎn)生質(zhì)量抱怨，通過(guò)分析優(yōu)化980DP 的屈服強(qiáng)度，以降低屈強(qiáng)比作為項(xiàng)目的目標(biāo)，以此提升產(chǎn)線的生產(chǎn)穩(wěn)定性，提升產(chǎn)品使用合格率。

2 工具方法的應(yīng)用

2.1 目標(biāo)值Y 的確定（定義）

針對(duì)產(chǎn)品目前的性能波動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)六西格瑪管理方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。首先是對(duì)問(wèn)題進(jìn)行定義，通過(guò)結(jié)合客戶(hù)實(shí)際使用情況與金屬學(xué)理論分析，確定產(chǎn)品的屈服強(qiáng)度（Rp0.2）為最終改善目標(biāo)值（Y 值）。然后，對(duì)確立的Y 值進(jìn)行正態(tài)性及穩(wěn)定性檢驗(yàn)計(jì)算，檢驗(yàn)結(jié)果如圖1、圖2 所示。

從圖1 可以得出，P 值＞0.05，滿(mǎn)足正態(tài)分布，標(biāo)準(zhǔn)差較大，分布較為離散；從圖2 中可看出，屈服強(qiáng)度在中值的偏離程度較高，且大量落在中值以上，具有較大的改善空間。最后，依據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果及確定的改善目標(biāo)值，通過(guò)工藝生產(chǎn)流程篩選出關(guān)鍵影響因子[2]，關(guān)鍵影響因子魚(yú)骨圖如圖3 所示。

圖1 正態(tài)性檢驗(yàn)

圖2 穩(wěn)定性控制

圖3 關(guān)鍵影響因子魚(yú)骨圖

2.2 測(cè)量系統(tǒng)分析

一個(gè)具有研究性的測(cè)量系統(tǒng)必須要有良好的準(zhǔn)確度與精確度，而以數(shù)據(jù)和事實(shí)為依據(jù)是六西格瑪管理方法的特點(diǎn)之一，可以說(shuō)數(shù)據(jù)本身的準(zhǔn)確性是六西格瑪方法的基本支撐[3-5]。測(cè)量的目標(biāo)一般包括設(shè)備量具、操作人員、執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)文件。由于分析過(guò)程中，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)一致，因此只需對(duì)測(cè)量?jī)x器（C1、C2、C3）及操作人員進(jìn)行分析，避免由于測(cè)量系統(tǒng)的誤差對(duì)目標(biāo)值產(chǎn)生影響。與測(cè)量性能相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括試樣沖壓機(jī)、拉伸試驗(yàn)機(jī)。

選取10 塊不同爐卷大塊鋼板，每大塊沿橫向加工成9 塊平行試樣，利用電子拉伸試驗(yàn)機(jī)，由三位實(shí)驗(yàn)人員（實(shí)驗(yàn)員甲、乙、丙）按照標(biāo)準(zhǔn)文件的方法要求對(duì)樣品的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。量具R&R研究-XBar/R 法所得屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)圖報(bào)告如圖4 所示，量具R&R 研究-XBar/R 法屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表1、表2 所示。

圖4 量具R&R 研究-XBar/R 法測(cè)試屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度報(bào)告

表1 量具R&R 研-XBar/R 法測(cè)屈服強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

表2 量具R&R 研-XBar/R 法測(cè)抗拉強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

根據(jù)測(cè)試結(jié)果可以看出，屈服強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果R&R 為8.67%，可區(qū)分的類(lèi)別數(shù)為16；抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果R&R 為7.43%，可區(qū)分的類(lèi)別數(shù)為18。測(cè)量系統(tǒng)的誤差在可接受范圍之內(nèi)，因此該測(cè)量系統(tǒng)良好，對(duì)目標(biāo)值沒(méi)有不利影響。

2.3 結(jié)果分析

首先運(yùn)用Minitab 軟件中矩陣圖功能對(duì)數(shù)據(jù)加以刪選，剔除異常點(diǎn)數(shù)據(jù)。再根據(jù)回歸分析功能，對(duì)重要的影響因素逐一進(jìn)行回歸分析，并對(duì)回歸分析進(jìn)行不斷優(yōu)化，最終得到相應(yīng)的回歸模型公式。回歸數(shù)據(jù)如表3 所示，方差分析數(shù)據(jù)如表4 所示，圖5 為殘差的正態(tài)概率圖，圖6 為殘差與擬合值圖，下頁(yè)圖7 為殘差的直方圖，下頁(yè)圖8 為殘差與觀測(cè)值。通過(guò)觀測(cè)殘差圖表明，各數(shù)據(jù)點(diǎn)正常可信，模型結(jié)果可用。

表3 回歸數(shù)據(jù)

表4 方差分析數(shù)據(jù)

圖5 殘差的正態(tài)概率圖

圖6 殘差與擬合值圖

圖7 殘差的直方圖

圖8 殘差與觀測(cè)值

回歸模型公式為：

Y（屈服強(qiáng)度）=-5 659+3 396×w（C）+463×w（Cr）+55 903×w（Nb）+0.39×熱軋抗拉強(qiáng)度+2.71×加熱2溫度+3.85×退火溫度。

2.4 提升

通過(guò)對(duì)過(guò)程工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整及改進(jìn)，尤其是對(duì)加熱2 溫度、均熱退火溫度重點(diǎn)工藝參數(shù)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了設(shè)定目標(biāo)值Y（屈服強(qiáng)度）的顯著改觀。980DP 改進(jìn)前后的金相組織如圖9 所示。工藝改進(jìn)前后的強(qiáng)度對(duì)比如圖10 所示。由圖9 可以看出，調(diào)整工藝后組織中柔軟的鐵素體（白色）占比增多，鐵素體相的提升帶來(lái)了更低的屈服值[6]。由圖10 也可直觀地看出，工藝改進(jìn)后，980DP 的屈服強(qiáng)度顯著降低，屈服強(qiáng)度均值由682 MPa 降低至633 MPa，并未對(duì)抗拉強(qiáng)度帶來(lái)不利影響。

圖9 980DP 金相組織

圖10 強(qiáng)度對(duì)比

2.5 控制

針對(duì)工藝調(diào)控后的情況，改進(jìn)特定的工藝控制方案，將工藝改進(jìn)納入質(zhì)量管理體系文檔。通過(guò)對(duì)過(guò)程能力控制的統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了重點(diǎn)影響因子的實(shí)時(shí)管控。合理的控制手段能夠顯著反應(yīng)出六西格瑪管理法科學(xué)的調(diào)控手段的重要性，對(duì)于質(zhì)量管控有較高的借鑒意義。

3 結(jié)論

1）前期調(diào)研及目標(biāo)值Y 值（屈服強(qiáng)度）的確定是該管理方法的關(guān)鍵。

2）對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行分析，確定對(duì)力學(xué)性能有較大影響的重點(diǎn)測(cè)量設(shè)備及測(cè)試方法。避免因測(cè)量誤差而造成的數(shù)據(jù)失真問(wèn)題。

3）通過(guò)對(duì)各工藝影響因子的魚(yú)骨圖進(jìn)行分析，選取出重點(diǎn)影響因子。對(duì)重點(diǎn)影響因子進(jìn)行回歸分析，擬合出回歸模型：Y（屈服強(qiáng)度）=-5 659+3 396w（C）+463w（Cr）+55 903w（Nb）+0.39 熱軋抗拉強(qiáng)度+2.71×加熱2 溫度+3.85×退火溫度。

4）將工藝優(yōu)化注入系統(tǒng)，形成管理體系文件，形成六西格瑪管理法的閉環(huán)。