基于minitab軟件提升深沖鋼性能的實踐

李玉功 姜志強

(萊蕪鋼鐵集團有限公司)

基于minitab軟件提升深沖鋼性能的實踐

李玉功 姜志強

(萊蕪鋼鐵集團有限公司)

針對深沖鋼沖壓性能延伸率指標的提升，利用minitab軟件分析了熱軋、冷軋各關鍵工藝參數對延伸率的影響，通過DOE試驗獲得了滿足延伸率指標的最佳工藝參數設定區間，不僅提高了深沖鋼性能綜合合格率，而且降低了煤氣燃料的消耗。

Minitab軟件 深沖鋼 延伸率

0 前言

冷軋深沖鋼有著良好的沖壓性能，被廣泛應用于沖壓制作汽車覆蓋件以及各類電氣面板，萊鋼冷軋2010年起開發試驗生產DDQ級深沖鋼，在生產初期，由于熱軋終軋溫度、卷取溫度和冷軋總壓下率以及退火溫度參數設定上的不匹配，造成延伸率指標達不到國標42%的要求，嚴重影響了客戶的使用，影響了產品的批量生產。

本文借助六西格瑪Minitab分析軟件強大的數據分析能力和流程改善能力，通過對熱軋、冷軋影響延伸率指標的關鍵因素的數據收集，通過軟件分析找出關鍵因素的匹配區間，大幅度提高了深沖鋼的延伸率指標，同時細化了不同厚度規格退火工藝，降低了煤氣的消耗，取得了顯著的經濟效益，同時也為今后超深沖鋼性能指標的改善提供了借鑒意義。

1 Minitab軟件介紹

Minitab 1972年成立于美國的賓夕法尼亞州州立大學(Pennsylvania State University)，到目前為止，已經在全球100多個國家，4800多所高校被廣泛使用。萊鋼2009年導入六西格瑪管理，Minitab軟件是必備工具,它即作為一種質量管理統計工具，也可以工程技術人員的工程設計實驗模擬分析工具，具有無可比擬的強大功能和簡易的可視化操作界面，主要功能有：(1)基礎和高級統計學；(2)回歸分析和方差分析(ANOVA)；(3)時間序列分析；(4)最高水平的圖形和圖形編輯能力；(5)模擬和分布；(6)靈活的數據導入、導出和處理；(7)統計過程控制(SPC)；(8)試驗設計(DOE)；(9)測量系統分析(MSA)；(10)可靠性分析；(11)多元分析；(12)功效和樣本大小計算；(13)宏和可定制性。Minitab操作界面以及部分功能菜單如圖1所示。

圖1 Minitab操作界面以及部分功能菜單

2 關鍵影響因素相關/回歸分析

實驗研究表明[1-3]，深沖鋼塑性指標不僅和鋼質的潔凈度以及C、N、Si、S的含量有關，更和熱軋終軋溫度、卷取溫度以及冷軋總壓下率、退火加熱溫度以及冷卻時間有著密切的關系，尤其是熱軋、冷軋工藝參數的搭配更為重要。筆者以1.4 mm規格深沖鋼為例，利用Minitab軟件中的回歸分析，定性分析以上五個因素對延伸率的影響關系，從而確定DOE實驗的關鍵因素，模擬和校正生產工藝參數，用來指導生產實踐。

2.1 相關/回歸分析目的

通過收集以往的歷史數據，利用相關/回歸分析工具，來驗證熱軋、冷軋關鍵工藝參數對延伸率指標是否有顯著性影響，將顯著性因素保留進入DOE實驗，不顯著因素進行快速改善固化。

2.2 一次多元回歸結果

經過對各影響因素間相關性檢驗以及回歸殘差圖診斷，得到多元回歸方程模型，如圖2所示。

圖2 一次多元回歸方程模型

從圖2可以看出，終軋溫度、冷卻時間這兩個因素的P值大于0.05，說明對延伸率指標影響不顯著，需要按照P值大小依次刪除擬合因素后重新做回歸分析，二次回歸方程模型如圖3所示。

圖3 二次多元回歸模型

從圖3可以看出，保留的冷軋壓下率、熱軋卷取溫度以及退火溫度對延伸率指標提升有顯著性影響，需要進行DOE實驗分析。

3 DOE實驗及工藝窗口確定

3.1 實驗目的和方法

為了得到準確的響應回歸方程，對保留的熱軋卷取溫度、冷軋總壓下率、退火加熱溫度三個顯著性因素，采取全因子并增加3個中心點合計11次的全因子試驗。

3.2 DOE分析結果

經過對擬合后的模型進行分析，刪除部分二階不顯著項后重新進行了擬合回歸，對擬合后的標準化殘差圖進行了診斷，無異常點，保留的因子主效應顯著，二階效應也顯著，擬合方程無彎曲和失擬，說明整體模型較好。

圖4 二次DOE試驗信息表

3.3 分析過程

(1)利用主效應和交互效應分析，在主效應圖上可以明確知道退火加熱溫度、軋機總壓下率和退火冷卻時間均影響顯著。退火加熱溫度與熱軋卷取溫度處于高水平時、軋機總壓下率處于高水平時，延伸率性能值較好。從交互效應圖中可以看出，退火加熱溫度和熱軋卷取溫度不平行，交互作用較顯著。其余兩者間交互作用不顯著。

(2)通過誤差等值線圖和曲面圖分析，可以知道冷軋總壓下率處于高水平時，DDQ級深沖鋼的延伸率性能指標高，并且冷軋總壓下率與熱軋卷取溫度、退火加熱溫度之間無交互作用，所以將冷軋總壓下率保持在69%進行分析。通過延伸率的等值線圖(如圖5所示)和曲面圖(如圖6所示)，我們大體可以看出熱軋卷取溫度接近700 ℃，退火加熱溫度接近730 ℃，H=1.4 mm的延伸率能達到43.5%以上。

圖5 H=1.4 mm延伸率誤差等值線圖

圖6 H=1.4 mm延伸率誤差曲面圖

(3)響應優化器。通過響應優化器的尋找延伸率的目標值，結果如圖7所示。當熱軋卷取溫度為700 ℃，軋機總壓下率為69%，退火加熱溫度為730 ℃時，延伸率最大值可達43.529%。

圖7 H=1.4 mm延伸率影響優化器

(4)預測區間和驗證。通過分析因子設計，得到H=1.4 mmDDQ級深沖鋼退火卷延伸率的預測區間，95%置信區間為(43.428 1,43.629 9)，95%預測區間為(43.331 1, 43.726 9)，由等值線圖可知，熱軋卷取溫度在685 ℃～700 ℃，退火加熱溫度在730 ℃～750 ℃時，延伸率性能指標較好。考慮熱軋卷取溫度分辨難度，卷取溫度取4水平。退火溫度采用熱電偶檢測，溫度分辨度較高些，選取退火加熱溫度為9水平，冷軋總壓下率，受原料4.5 mm坯固化影響，壓下率固化為69%不變，進行預測，結果見表1。

表1 延伸率預測結果排序表

從表1可以看出，一共有9組工藝參數搭配滿足最低延伸率指標要求，由于受原料最大厚度影響，總壓下率只能達到69%，卷取溫度在695 ℃～700 ℃，退火加熱溫度在737.5 ℃～750 ℃，將其固化為工藝參數表執行，對每組工藝分別進行3次試驗驗證，驗證結果見下表2。

表2 延伸率工藝驗證表

從表2可以看出，延伸率驗證值均在43.5%以上，說明模型正確，模型預測結果真實可信。

4 實施效果

通過Minitab軟件的分析并結合現場生產實際，1.4 mm規格深沖鋼延伸率指標要保持在43.5%以上，最佳工藝參數設定為：

(1)熱軋卷取溫度695 ℃～700 ℃，冷軋總壓下率69%，退火加熱溫度740 ℃(修正后)～750 ℃，1.4 mm規格深沖鋼延伸率穩定在43.5%以上。

(2)當熱軋卷取溫度發生異常變化時，可以調整退火加熱溫度來實現延伸率的穩定，從而達到用戶的要求；

(3)將不同規格深沖鋼進行工藝細化，在保證延伸率指標的基礎上，可以降低退火加熱溫度，從而降低煤氣消耗，這對降本增效有很大的促進作用。

[1] 屠永剛.本鋼深沖板深沖機理的實驗研究[D]．北京：北京科技大學，2001：35-39.

[2] 楊奕.冷軋DDQ級深沖板再結晶動力學和組織性能研究[D].武漢：武漢科技大學，2008：1-4.

[3] 劉莉.冷軋深沖板退火工藝和組織性能研究[D]. 武漢：武漢科技大學，2009：3-5.

PRACTICE OF IMPROVING THE PERFORMANCE OF DEEP DRAWING STEEL BASED ON MINITAB SOFTWARE

Li Yugong Jiang zhiqiang

(Laiwu Steel Group CO., LTD.)

This paper aiming at improvement of deep drawing steel stamping performance, using Minitab software analysis of the hot rolling and cold rolling, the key process parameters effect on the elongation, by DOE obtained meet optimum process parameter setting range, not only improve the comprehensive performance qualified rate,but also reduced the consumption of fuel gas.

Minitab software deep drawing steel elongation rate

功，工程師，山東.萊蕪(271104)，萊蕪鋼鐵集團有限公司板帶廠；

2017—3—27