基于六西格瑪管理方法提升DP980 鋼種性能穩定性研究

韓世緒，肖 偉，于程福，高小堯，王 朝，陳 彤

（唐山鋼鐵集團有限責任公司，河北 唐山 063001）

六西格瑪是一種在21 世紀初興起的企業管理方法，它可以運用于各個行業的研發、生產與銷售系統。尤其是在鋼鐵行業，其獨特的驅動力是密切了解顧客需求，嚴格地使用事實、數據和統計分析，以及不斷地關注業務過程的管理、改進和徹底改造[1]。本文通過六西格瑪管理方法對煉鋼、軋鋼全流程生產工藝中的影響因子進行統計，找出影響HC550/980DP 屈服強度穩定性的關鍵因素，通過過程能力分析、測量系統分析、因果矩陣確定等方法建立分析方程，將生產可視化，并通過數據分析找出影響關鍵點，并對關鍵點進行工藝調整，從而提升HC550/980DP 屈服強度性能穩定性，提升企業效益。

1 問題提出

冷軋汽車鋼980DP 的生產工藝流程較為復雜，產線控制因子諸多，因此各位置參數的波動均會造成產品性能的波動。通過對客戶需求信息的采集發現，客戶反饋該鋼種屈服強度較高，不利于后期加工，他們更希望該鋼種沖壓成形較易，并且沖壓無回彈、無開裂。為避免在終端客戶處出現質量問題，影響合格率，產生質量抱怨，通過分析優化980DP 的屈服強度，以降低屈強比作為項目的目標，以此提升產線的生產穩定性，提升產品使用合格率。

2 工具方法的應用

2.1 目標值Y 的確定（定義）

針對產品目前的性能波動問題，通過六西格瑪管理方法進行數據的采集。首先是對問題進行定義，通過結合客戶實際使用情況與金屬學理論分析，確定產品的屈服強度（Rp0.2）為最終改善目標值（Y 值）。然后，對確立的Y 值進行正態性及穩定性檢驗計算，檢驗結果如圖1、圖2 所示。

從圖1 可以得出，P 值＞0.05，滿足正態分布，標準差較大，分布較為離散；從圖2 中可看出，屈服強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，依據檢驗結果及確定的改善目標值，通過工藝生產流程篩選出關鍵影響因子[2]，關鍵影響因子魚骨圖如圖3 所示。

圖1 正態性檢驗

圖2 穩定性控制

圖3 關鍵影響因子魚骨圖

2.2 測量系統分析

一個具有研究性的測量系統必須要有良好的準確度與精確度，而以數據和事實為依據是六西格瑪管理方法的特點之一，可以說數據本身的準確性是六西格瑪方法的基本支撐[3-5]。測量的目標一般包括設備量具、操作人員、執行的標準文件。由于分析過程中，執行標準一致，因此只需對測量儀器（C1、C2、C3）及操作人員進行分析，避免由于測量系統的誤差對目標值產生影響。與測量性能相關的實驗設備包括試樣沖壓機、拉伸試驗機。

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，利用電子拉伸試驗機，由三位實驗人員（實驗員甲、乙、丙）按照標準文件的方法要求對樣品的屈服強度和抗拉強度進行測試。量具R&R研究-XBar/R 法所得屈服強度與抗拉強度統計圖報告如圖4 所示，量具R&R 研究-XBar/R 法屈服強度及抗拉強度數據統計如表1、表2 所示。

圖4 量具R&R 研究-XBar/R 法測試屈服強度與抗拉強度報告

表1 量具R&R 研-XBar/R 法測屈服強度統計數據

表2 量具R&R 研-XBar/R 法測抗拉強度統計數據

根據測試結果可以看出，屈服強度試驗結果R&R 為8.67%，可區分的類別數為16；抗拉強度試驗結果R&R 為7.43%，可區分的類別數為18。測量系統的誤差在可接受范圍之內，因此該測量系統良好，對目標值沒有不利影響。

2.3 結果分析

首先運用Minitab 軟件中矩陣圖功能對數據加以刪選，剔除異常點數據。再根據回歸分析功能，對重要的影響因素逐一進行回歸分析，并對回歸分析進行不斷優化，最終得到相應的回歸模型公式。回歸數據如表3 所示，方差分析數據如表4 所示，圖5 為殘差的正態概率圖，圖6 為殘差與擬合值圖，下頁圖7 為殘差的直方圖，下頁圖8 為殘差與觀測值。通過觀測殘差圖表明，各數據點正常可信，模型結果可用。

表3 回歸數據

表4 方差分析數據

圖5 殘差的正態概率圖

圖6 殘差與擬合值圖

圖7 殘差的直方圖

圖8 殘差與觀測值

回歸模型公式為：

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

2.4 提升

通過對過程工藝參數進行調整及改進，尤其是對加熱2 溫度、均熱退火溫度重點工藝參數的優化，實現了設定目標值Y（屈服強度）的顯著改觀。980DP 改進前后的金相組織如圖9 所示。工藝改進前后的強度對比如圖10 所示。由圖9 可以看出，調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了更低的屈服值[6]。由圖10 也可直觀地看出，工藝改進后，980DP 的屈服強度顯著降低，屈服強度均值由682 MPa 降低至633 MPa，并未對抗拉強度帶來不利影響。

圖9 980DP 金相組織

圖10 強度對比

2.5 控制

針對工藝調控后的情況，改進特定的工藝控制方案，將工藝改進納入質量管理體系文檔。通過對過程能力控制的統計，實現了重點影響因子的實時管控。合理的控制手段能夠顯著反應出六西格瑪管理法科學的調控手段的重要性，對于質量管控有較高的借鑒意義。

3 結論

1）前期調研及目標值Y 值（屈服強度）的確定是該管理方法的關鍵。

2）對測量系統進行分析，確定對力學性能有較大影響的重點測量設備及測試方法。避免因測量誤差而造成的數據失真問題。

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

4）將工藝優化注入系統，形成管理體系文件，形成六西格瑪管理法的閉環。