运用六西格玛方法提升邯钢冷轧汽车用钢DC04产品质量

于光远，杜艳玲，刘素丽，何 方，王亮亮

（河钢集团邯郸钢铁公司,河北 056015）

0 引言

六西格玛管理法是通过设计和监控过程，将可能的失误减少到最低限度，从而使企业可以做到质量与效率最高，对需要改进的流程进行区分，找到高潜力的改进机会，优先对其实施改进。六西格玛管理法业务流程改进遵循DMAIC 五步循环改进法，即D-定义、M-测量、A-分析、I-改进、C-控制五个阶段。邯钢自2010 年成功研发汽车板后，受到国内广大汽车制造商的青睐。随着市场份额的提升，汽车用户逐渐增多，不同地区不同用户对邯钢冷轧深冲汽车用钢DC04 提出了力学性能延伸率≥45%的要求（标准为≥38%），并且要求延伸率稳定化。目前邯钢DC04 合格率99%条件下，成品延伸率范围为43%左右，如果按用户条件交货将导致邯钢DC04合格率降低至70%左右。邯钢针对该用户对DC04延伸率的特殊需求，组建了DC04提升延伸率攻关团队，按照六西格玛DMAIC[1]方法对DC04延伸率质量进行了持续改进。

本文从炼钢、热轧、冷轧方面对DC04汽车板延伸率的关键影响因子进行了分析梳理，确定了热轧终轧温度、连退均热温度、平整延伸率为显著影响因子，通过DOE优化试验，确定了DC04最佳轧制工艺方案。

1 定义阶段

经界定，在不增加生产成本的条件下满足汽车用户的需求，则DC04 汽车板需要满足：延伸率≥45%；延伸率ppk 值达到1.0 以上。按照客户要求，对现有DC04 的延伸率数据进行分析，目前邯钢DC04 延伸率分布状态如图1 所示。由图1 可看出，目前邯钢汽车板DC04 延伸率的均值为43.58%，标准差为1.664，ppk 为0.28。由此得出结论：延伸率的均值和变异都需要进行质量改进。

图1 邯钢DC04延伸率现状分布

图2 为DC04 主要生产工艺流程图。为了找出影响DC04延伸率的工艺参数，邯钢组建了DC04提升延伸率攻关团队，对炼钢、热轧、冷轧工序生产过程的关键影响因子进行了分析梳理（炼钢成分以原料输入作为影响因子）。通过树形图（见图3）识别了影响CTQ/CTP的影响因子；通过CE矩阵（见图4）初步确认加热出钢温度、热轧终轧温度、热轧卷取温度、酸轧压下率、连退均热温度、连退缓冷温度、平整延伸率[2-5]等对DC04延伸率有影响，经筛选，确定热轧终轧温度、连退均热温度、连退快冷温度、连退平整延伸率四项为显著影响因子。

图2 DC04主要生产工艺流程图

图3 树形图

图4 CE矩阵

2 测量阶段

收集过程数据对DC04 延伸率波动进行分析。针对过程数据收集，制定了详细数据收集计划，数据收集计划涵盖了操作定义、数据来源和位置、收集样本数量、数据采集时间范围、数据采集方法、数据采集人员以及同时采集的其他数据。

图5 测量系统分析结果

由分析结果可以看出，测量系统的GR&R=3.13%和P/T=4.76%小于10%、ndc=29 大于5，因此测量系统可接受。

3 分析阶段

测量系统满足要求，通过回归分析[6]筛选、查找出对汽车用钢DC04 延伸率影响显著的因子，具体分析验证见图6。从分析结果可以看出，热轧终轧温度、连退均热温度、连退平整延伸率对延伸率影响显著。

图6 回归分析

对热轧终轧温度、连退均热温度、连退平整延伸率现状进行分析，见图7、8、9。由图7、8、9 可以看出，热轧终轧温度和连退均热温度总体上受控，但控制ppk 水平低，平整延伸率异常点较多，控制水平较低。

图7 终轧温度现状分布

根据热轧终轧温度、连退均热温度、连退平整延伸率实际分布状态，采用5why、变异源、一般线性模型等工具进行分析，发现宽度规格变化、钢种变化对连退均热温度波动影响显著，热轧厚规格与薄规格对热轧终轧温度存在影响，喷嘴堵塞情况与平整延伸率有较强相关性，具体见图10、11、12。

图10 多变异分析

针对影响热轧终轧温度波动，应增开热轧机架间冷却水，保证厚规格的终轧温度统一；针对连退均热温度波动，应根据连退宽度规格变化制定并下发合理的过渡卷方案；针对喷嘴堵塞、平整液残留的问题，应增加工作辊的挤干效果，同时增加清理平整机喷嘴的频次，保证喷嘴正常吹扫。

图8 连退均热温度现状分布

图9 连退平整延伸率现状分布

图11 热轧薄厚规格双样本检验

图12 一般线性模型（GLM）分析结果

4 改进阶段

针对分析阶段查找出的热轧终轧温度、连退均热温度、连退平整延伸率三个显著影响因子，运用DOE 实验设计方法，设计了热轧终轧温度、连退均热温度、连退平整延伸率三因素两水平的DOE实验方案，对成品延伸率进行了研究改进，具体方案如表1所示。

表1 改进成品延伸率的DOE试验

初始拟合从图13 可看出，中心点较平缓，无较大起伏，变异可接受。通过简化模型分析（见图14）看出剩余因子的P 值小于0.05，模型简化完成；RSq 达到92.35%，具有预测能力。失拟P 值0.818，说明模型拟合良好，不存在失拟。热轧终轧温度、均热温度、平整延伸率、终轧温度*平整延伸率、均热温度*平整延伸率影响显著。

图13 延伸率的散点图

图14 延伸率与因子响应曲面回归分析结果

图15 是经过计算机回归方程模拟试运行多次后的结果，延伸率分布在48.6～50.39%之间，模型构建成功，得到回归方程为：延伸率=-151+0.23×终轧温度- 0.018×均热温度+77.5×平整延伸率-0.167×终轧温度×平整延伸率+0.083×均热温度×平整延伸率，试运行结果完全满足要求。

图15 延伸率的曲面图和模拟试运行结果

5 控制阶段

经过试运行，邯钢制定了热轧不同厚度DC04机架冷却水制度，制定了连退平整喷嘴清理周期，优化了连退排产计划，在连退增加过渡卷，保证退火均热温度在控制过程中的异常变异得到消除，生产工艺更加稳定。通过固化这些消除变异的方案，同时找到了三个影响因子的最佳匹配点，及热轧终轧温度为920±14℃，连退均热温度为820±10℃，平整延伸率为≤1.0%，邯钢DC04的延伸率最终控制在了47.78±3.3%的水平，按照45%交货条件判定的合格率由最初的70%提高至96.7%。图16 为改善前后邯钢DC04 延伸率的直方图对比，表2 为改善前后的数据对比。由图16和表2可以看出，改善效果显著。

表2 改善结果汇总

图16 成品延伸率分布范围

6 结语

通过运用六西格玛DMAIC 的管理方法，消除流程中的异常变异源，邯钢汽车板DC04 的生产控制稳定程度得到显著提高，减少了成品延伸率分布波动大的问题。通过统计工具，邯钢得出了将延伸率提升到45%交货条件下的关键影响因素的合理工艺控制点，以及影响关键控制点的根本原因。

经过试运行后，固化了改进工艺，邯钢所生产出来的DC04 成品延伸率控制在45%的水平，合格率控制在96.7%以上，既满足了用户高延伸率要求，又降低了邯钢DC04的降级改判率，在赢得客户的同时，树立了良好的邯钢汽车板品牌形象。