基于minitab軟件提升深沖鋼性能的實(shí)踐

李玉功 姜志強(qiáng)

(萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司)

基于minitab軟件提升深沖鋼性能的實(shí)踐

李玉功 姜志強(qiáng)

(萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司)

針對(duì)深沖鋼沖壓性能延伸率指標(biāo)的提升，利用minitab軟件分析了熱軋、冷軋各關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)延伸率的影響，通過(guò)DOE試驗(yàn)獲得了滿足延伸率指標(biāo)的最佳工藝參數(shù)設(shè)定區(qū)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(yīng)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(fā)試驗(yàn)生產(chǎn)DDQ級(jí)深沖鋼，在生產(chǎn)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(shù)設(shè)定上的不匹配，造成延伸率指標(biāo)達(dá)不到國(guó)標(biāo)42%的要求，嚴(yán)重影響了客戶的使用，影響了產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。

本文借助六西格瑪Minitab分析軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力和流程改善能力，通過(guò)對(duì)熱軋、冷軋影響延伸率指標(biāo)的關(guān)鍵因素的數(shù)據(jù)收集，通過(guò)軟件分析找出關(guān)鍵因素的匹配區(qū)間，大幅度提高了深沖鋼的延伸率指標(biāo)，同時(shí)細(xì)化了不同厚度規(guī)格退火工藝，降低了煤氣的消耗，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也為今后超深沖鋼性能指標(biāo)的改善提供了借鑒意義。

1 Minitab軟件介紹

Minitab 1972年成立于美國(guó)的賓夕法尼亞州州立大學(xué)(Pennsylvania State University)，到目前為止，已經(jīng)在全球100多個(gè)國(guó)家，4800多所高校被廣泛使用。萊鋼2009年導(dǎo)入六西格瑪管理，Minitab軟件是必備工具,它即作為一種質(zhì)量管理統(tǒng)計(jì)工具，也可以工程技術(shù)人員的工程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)M分析工具，具有無(wú)可比擬的強(qiáng)大功能和簡(jiǎn)易的可視化操作界面，主要功能有：(1)基礎(chǔ)和高級(jí)統(tǒng)計(jì)學(xué)；(2)回歸分析和方差分析(ANOVA)；(3)時(shí)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(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出和處理；(7)統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(SPC)；(8)試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)；(9)測(cè)量系統(tǒng)分析(MSA)；(10)可靠性分析；(11)多元分析；(12)功效和樣本大小計(jì)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(guān)鍵影響因素相關(guān)/回歸分析

實(shí)驗(yàn)研究表明[1-3]，深沖鋼塑性指標(biāo)不僅和鋼質(zhì)的潔凈度以及C、N、Si、S的含量有關(guān)，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(shí)間有著密切的關(guān)系，尤其是熱軋、冷軋工藝參數(shù)的搭配更為重要。筆者以1.4 mm規(guī)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(gè)因素對(duì)延伸率的影響關(guān)系，從而確定DOE實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵因素，模擬和校正生產(chǎn)工藝參數(shù)，用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

2.1 相關(guān)/回歸分析目的

通過(guò)收集以往的歷史數(shù)據(jù)，利用相關(guān)/回歸分析工具，來(lái)驗(yàn)證熱軋、冷軋關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)延伸率指標(biāo)是否有顯著性影響，將顯著性因素保留進(jìn)入DOE實(shí)驗(yàn)，不顯著因素進(jìn)行快速改善固化。

2.2 一次多元回歸結(jié)果

經(jīng)過(guò)對(duì)各影響因素間相關(guān)性檢驗(yàn)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(shí)間這兩個(gè)因素的P值大于0.05，說(shuō)明對(duì)延伸率指標(biāo)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(duì)延伸率指標(biāo)提升有顯著性影響，需要進(jìn)行DOE實(shí)驗(yàn)分析。

3 DOE實(shí)驗(yàn)及工藝窗口確定

3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮头椒?/p>

為了得到準(zhǔn)確的響應(yīng)回歸方程，對(duì)保留的熱軋卷取溫度、冷軋總壓下率、退火加熱溫度三個(gè)顯著性因素，采取全因子并增加3個(gè)中心點(diǎn)合計(jì)11次的全因子試驗(yàn)。

3.2 DOE分析結(jié)果

經(jīng)過(guò)對(duì)擬合后的模型進(jìn)行分析，刪除部分二階不顯著項(xiàng)后重新進(jìn)行了擬合回歸，對(duì)擬合后的標(biāo)準(zhǔn)化殘差圖進(jìn)行了診斷，無(wú)異常點(diǎn)，保留的因子主效應(yīng)顯著，二階效應(yīng)也顯著，擬合方程無(wú)彎曲和失擬，說(shuō)明整體模型較好。

圖4 二次DOE試驗(yàn)信息表

3.3 分析過(guò)程

(1)利用主效應(yīng)和交互效應(yīng)分析，在主效應(yīng)圖上可以明確知道退火加熱溫度、軋機(jī)總壓下率和退火冷卻時(shí)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(shí)、軋機(jī)總壓下率處于高水平時(shí)，延伸率性能值較好。從交互效應(yīng)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(guò)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(shí)，DDQ級(jí)深沖鋼的延伸率性能指標(biāo)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(wú)交互作用，所以將冷軋總壓下率保持在69%進(jìn)行分析。通過(guò)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(dá)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(yīng)優(yōu)化器。通過(guò)響應(yīng)優(yōu)化器的尋找延伸率的目標(biāo)值，結(jié)果如圖7所示。當(dāng)熱軋卷取溫度為700 ℃，軋機(jī)總壓下率為69%，退火加熱溫度為730 ℃時(shí)，延伸率最大值可達(dá)43.529%。

圖7 H=1.4 mm延伸率影響優(yōu)化器

(4)預(yù)測(cè)區(qū)間和驗(yàn)證。通過(guò)分析因子設(shè)計(jì)，得到H=1.4 mmDDQ級(jí)深沖鋼退火卷延伸率的預(yù)測(cè)區(qū)間，95%置信區(qū)間為(43.428 1,43.629 9)，95%預(yù)測(cè)區(qū)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(shí)，延伸率性能指標(biāo)較好?？紤]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(cè)，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(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果見表1。

表1 延伸率預(yù)測(cè)結(jié)果排序表

從表1可以看出，一共有9組工藝參數(shù)搭配滿足最低延伸率指標(biāo)要求，由于受原料最大厚度影響，總壓下率只能達(dá)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(shù)表執(zhí)行，對(duì)每組工藝分別進(jìn)行3次試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果見下表2。

表2 延伸率工藝驗(yàn)證表

從表2可以看出，延伸率驗(yàn)證值均在43.5%以上，說(shuō)明模型正確，模型預(yù)測(cè)結(jié)果真實(shí)可信。

4 實(shí)施效果

通過(guò)Minitab軟件的分析并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際，1.4 mm規(guī)格深沖鋼延伸率指標(biāo)要保持在43.5%以上，最佳工藝參數(shù)設(shè)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(guī)格深沖鋼延伸率穩(wěn)定在43.5%以上。

(2)當(dāng)熱軋卷取溫度發(fā)生異常變化時(shí)，可以調(diào)整退火加熱溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)延伸率的穩(wěn)定，從而達(dá)到用戶的要求；

(3)將不同規(guī)格深沖鋼進(jìn)行工藝細(xì)化，在保證延伸率指標(biāo)的基礎(chǔ)上，可以降低退火加熱溫度，從而降低煤氣消耗，這對(duì)降本增效有很大的促進(jìn)作用。

[1] 屠永剛.本鋼深沖板深沖機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究[D]．北京：北京科技大學(xué)，2001：35-39.

[2] 楊奕.冷軋DDQ級(jí)深沖板再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和組織性能研究[D].武漢：武漢科技大學(xué)，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(xué)，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(tuán)有限公司板帶廠；

2017—3—27