王愛(ài)華

（寶山鋼鐵股份有限公司，上海 201900）

寶山鋼鐵股份有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)寶鋼股份）生產(chǎn)的高壓鍋爐管主要用于大型電站鍋爐用的過(guò)熱器、再熱器、水冷壁、省煤器受熱面，大量應(yīng)用于600 MW超臨界發(fā)電機(jī)組，也批量用于1 000 MW超超臨界機(jī)組。隨著火力發(fā)電向更高參數(shù)的發(fā)展，鍋爐的溫度和壓力要求越來(lái)越高、管道工作環(huán)境越來(lái)越惡劣，對(duì)管材精度和承壓耐溫及材質(zhì)的要求也越來(lái)越高，特別是隨著超臨界、超超臨界火電機(jī)組的發(fā)展，對(duì)鋼管材料和鋼管制造技術(shù)都提出了更高的要求［1-6］。

寶鋼股份生產(chǎn)的高壓鍋爐管約占鍋爐管總產(chǎn)量的80%，采用渦流探傷來(lái)代替水壓試驗(yàn)，在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)渦流探傷合格率明顯低于超聲波探傷合格率，為此專(zhuān)門(mén)成立了六西格瑪（6 Sigma）項(xiàng)目攻關(guān)小組，旨在提高高壓鍋爐管的渦流探傷合格率，節(jié)約制造成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1 項(xiàng)目實(shí)施——DMAIC改進(jìn)

六西格瑪改進(jìn)過(guò)程分為DMAIC五個(gè)階段，即Define（定義）、Measure（測(cè)量）、Analyze（分析）、Improve（改進(jìn)）、Control（控制）［7］。每個(gè)階段在邏輯上都是緊密相聯(lián)的，每一個(gè)分析和改進(jìn)步驟的進(jìn)行與評(píng)估都是以充分的數(shù)據(jù)作支撐，是一個(gè)邏輯嚴(yán)密的過(guò)程循環(huán)［8］。

1.1 定義階段（D階段）

定義階段是六西格瑪DMAIC方法中的第一步，也是最重要的部分之一。需要在定義階段明確顧客關(guān)鍵需求、改進(jìn)目標(biāo)、項(xiàng)目范圍、主要流程、組成項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)和預(yù)算項(xiàng)目收益等［9］。

改進(jìn)目標(biāo)：高壓鍋爐管的渦流探傷合格率≥94.31%。

主要工藝流程：管坯剪切→加熱→穿孔→張力減徑→荒管（母管）退火→酸洗、潤(rùn)滑→擠頭→冷加工→熱處理→矯直→檢驗(yàn)→探傷→標(biāo)志、涂層→包裝入庫(kù)。

1.2 測(cè)量階段（M階段）

測(cè)量階段的主要任務(wù)是通過(guò)對(duì)現(xiàn)有探傷過(guò)程的測(cè)量和評(píng)估，制定期望達(dá)到的目標(biāo)及績(jī)效衡量標(biāo)準(zhǔn)，識(shí)別影響過(guò)程輸出Y值的輸入Xs值，并驗(yàn)證測(cè)量系統(tǒng)的有效性［10］。

1.2.1 測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA）

對(duì)高壓鍋爐管的2號(hào)渦流探傷系統(tǒng)進(jìn)行MSA分析，因?yàn)樘絺Y(jié)果分為好管和缺陷管，屬于離散型數(shù)據(jù)，故采用計(jì)數(shù)型Kappa分析方法，衡量不同評(píng)價(jià)者對(duì)同一物體進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)其評(píng)定結(jié)論的一致程度。

試驗(yàn)方案如下：

（1）取樣。準(zhǔn)備20根好管，20根缺陷管。

（2）編號(hào)。20根好管編號(hào)為1～20號(hào)，20根缺陷管編號(hào)為21～40號(hào)。

（3）試驗(yàn)。3位操作者均為有資質(zhì)從事無(wú)損探傷檢驗(yàn)的人員，按照隨機(jī)原則，每人對(duì)每根鋼管重復(fù)測(cè)量3次，進(jìn)行評(píng)估，共計(jì)360次（其中1表示好管，0表示缺陷管）。

（4）分析。使用MINITAB軟件進(jìn)行離散數(shù)據(jù)測(cè)量分析。

從試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)得出：一致性比率均大于85%，Kappa值均大于0.7；表明目前使用的探傷系統(tǒng)是可以接受的。

1.2.2流程穩(wěn)定性分析

對(duì)高壓鍋爐管的渦流探傷合格率數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，運(yùn)用控制圖中的單值移動(dòng)極差進(jìn)行分析，結(jié)果顯示所有點(diǎn)運(yùn)行正常，均符合控制圖判異準(zhǔn)則，故認(rèn)為高壓鍋爐管的渦流探傷合格率處于穩(wěn)定受控狀態(tài)。按設(shè)定的目標(biāo)值≥94.31%，分析過(guò)程能力指數(shù)及流程Sigma水平，得出項(xiàng)目改進(jìn)前過(guò)程能力指數(shù)CPK＝-0.57，六西格瑪水平為-1.44，過(guò)程輸出值與期望值有較大差距。

1.3 分析階段（A階段）

分析階段的主要任務(wù)是對(duì)上階段所不能識(shí)別的因子進(jìn)一步運(yùn)用科學(xué)的分析統(tǒng)計(jì)工具進(jìn)行確認(rèn)。A階段是DMAIC五個(gè)階段中最難以預(yù)見(jiàn)的階段。在這個(gè)階段中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)詳細(xì)研究各種數(shù)據(jù)資料，正確運(yùn)用各種分析統(tǒng)計(jì)的方法，更客觀(guān)準(zhǔn)確地識(shí)別問(wèn)題的原因，通過(guò)數(shù)據(jù)分析確定影響輸出Y的關(guān)鍵Xs，即確定過(guò)程的關(guān)鍵影響因素，尋找“問(wèn)題根源”所在［7］。

根據(jù)前期收集的大量數(shù)據(jù)，應(yīng)用Pareto圖對(duì)高壓鍋爐管按照缺陷類(lèi)型進(jìn)行第1層分層分析，如圖1所示。其中，內(nèi)部缺陷790個(gè)、表面折疊459個(gè)、翹皮282個(gè)、凹坑155個(gè)、裂縫98個(gè)、開(kāi)裂91個(gè)、其他缺陷29個(gè)，可以看出：主要以?xún)?nèi)部缺陷、表面折疊為主，二者占總?cè)毕莸?9.5%；據(jù)此確定將內(nèi)部缺陷、表面折疊作為項(xiàng)目主要攻關(guān)方向。

圖1 高壓鍋爐管缺陷類(lèi)型分析

應(yīng)用Pareto圖對(duì)高壓鍋爐管內(nèi)部缺陷和折疊缺陷按照產(chǎn)品類(lèi)型進(jìn)行第2層分層分析，如圖2、圖3所示。在內(nèi)部缺陷中，T91管1 034個(gè)、20G管280個(gè)、12Cr1MoVG管152個(gè)、T22管119個(gè)、T12管90個(gè)、T23管85個(gè)、T2管50個(gè)、T92管42個(gè)、其他管86個(gè)；在折疊缺陷中，T91管250個(gè)、20G管180個(gè)、T22管74個(gè)、T23管72個(gè)、12Cr1MoVG管70個(gè)、T12管64個(gè)、T2管39個(gè)、其他管30個(gè)。由此可以得出：內(nèi)部缺陷以T91產(chǎn)品為主，占全部高壓鍋爐管內(nèi)部缺陷的53.4%；折疊缺陷以T91、20G產(chǎn)品為主，占全部高壓鍋爐管折疊缺陷的55.2%。

據(jù)此確定高壓鍋爐管T91的內(nèi)部缺陷、折疊缺陷和20G的折疊缺陷為重點(diǎn)攻關(guān)方向。根據(jù)高壓鍋爐管拔制的工藝特點(diǎn)，從人力、機(jī)器、材料、方法、環(huán)境五方面分析缺陷產(chǎn)生的潛在原因，初步篩選出重要因子。采用因果矩陣分析和PFMEA（過(guò)程潛在失效模式及后果分析）進(jìn)行打分評(píng)價(jià)，篩選出潛在根本原因，如穿孔頂頭使用壽命，磷化沖水，酸洗的溫度、時(shí)間和濃度，軋機(jī)信號(hào)等，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型制定了不同的驗(yàn)證計(jì)劃，逐一進(jìn)行驗(yàn)證，見(jiàn)表1。

圖2 高壓鍋爐管內(nèi)部缺陷分析

圖3 高壓鍋爐管折疊缺陷分析

表1 驗(yàn)證關(guān)鍵原因計(jì)劃

1.3.1 穿孔頂頭使用壽命的影響程度

第1種方法是工藝試驗(yàn)，即采用兩種不同狀態(tài)的穿孔頂頭（表面光滑的和粗糙的）進(jìn)行穿孔試驗(yàn)，取樣做金相分析，驗(yàn)證對(duì)管坯內(nèi)表面質(zhì)量的影響。結(jié)果表明：熱軋母管內(nèi)表面的粗糙度與其穿孔時(shí)頂頭的外表面光滑度有很大的關(guān)系，且穿孔頂頭的外表面會(huì)隨著其生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸變差，導(dǎo)致管坯內(nèi)表面存在一定的凸凹不平。

第2種方法是在同一穿孔機(jī)上穿制相同產(chǎn)品規(guī)格，采用內(nèi)表面光滑度不同的頂頭，統(tǒng)計(jì)穿孔頂頭的使用壽命數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)回歸（Logistic Regression）分析，結(jié)果P值為0.013。如果P ∧0.050，則說(shuō)明鋼管內(nèi)表面質(zhì)量與頂頭壽命顯著相關(guān)，穿孔頂頭使用壽命的系數(shù)是-0.064 425 7，顯示頂頭使用時(shí)間越長(zhǎng)，越有可能發(fā)生質(zhì)量缺陷。

1.3.2 磷化沖水的影響程度

在同樣設(shè)備狀態(tài)下選擇相同產(chǎn)品規(guī)格和不同磷化條件沖水，收集數(shù)據(jù)采用卡方檢驗(yàn)分析，結(jié)果P ∧0.050，說(shuō)明不同磷化狀態(tài)沖水對(duì)內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生有顯著的不同影響。

1.3.3 酸洗溫度、時(shí)間和濃度的影響程度

在同樣設(shè)備狀態(tài)下選擇相同產(chǎn)品規(guī)格，分別采用不同酸洗溫度、酸洗時(shí)間和酸洗濃度進(jìn)行酸洗，對(duì)收集的數(shù)據(jù)采用對(duì)數(shù)回歸分析，結(jié)果P ∧0.050，說(shuō)明不同的酸冼濃度、溫度、時(shí)間對(duì)高壓鍋爐管凹坑缺陷的產(chǎn)生影響明顯不同。

1.3.4 軋機(jī)信號(hào)的影響程度

采用工藝驗(yàn)證，對(duì)Φ60mm×6.3 mm T91高壓鍋爐管進(jìn)行渦流探傷，發(fā)現(xiàn)有軋機(jī)信號(hào)，立即取樣解剖分析，發(fā)現(xiàn)鋼管內(nèi)壁存在環(huán)狀凸起缺陷。

通過(guò)對(duì)數(shù)回歸分析、雙比率檢驗(yàn)等工具的應(yīng)用，以及結(jié)合業(yè)務(wù)知識(shí)和工藝試驗(yàn)進(jìn)行判斷，驗(yàn)證了穿孔頂頭的使用壽命、磷化沖水、酸洗溫度、酸洗時(shí)間和濃度、軋機(jī)信號(hào)等關(guān)鍵因子影響程度的顯著性。

1.4 改進(jìn)階段（I階段）

改進(jìn)階段的任務(wù)是尋找最優(yōu)改進(jìn)方案，優(yōu)化過(guò)程輸出Y值，并消除或減少關(guān)鍵Xs值的影響，使變異降至最低［11］。

針對(duì)分析階段驗(yàn)證的3個(gè)關(guān)鍵因子，由攻關(guān)小組運(yùn)用“頭腦風(fēng)暴”和“六頂思考帽”等方法進(jìn)行討論，逐一制定相應(yīng)的改進(jìn)方案［12］。

1.4.1 穿孔頂頭使用壽命

制定穿孔頂頭使用壽命管理辦法，規(guī)定熱穿軋T2、T12、15CrMoG高壓鍋爐管時(shí)，將穿孔頂頭壽命按穿孔壁厚控制在130～150支，跟蹤穿孔頂頭壽命，加強(qiáng)預(yù)檢并提前更換。

建立頂頭使用壽命標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)所有熱軋生產(chǎn)中所使用的頂頭，做出明確的最高使用壽命標(biāo)準(zhǔn)，頂頭在使用到該壽命后不論好壞一律更換，以保證鋼管產(chǎn)品質(zhì)量。

1.4.2 磷化沖水

在崗位規(guī)程中增加預(yù)防措施，清洗時(shí)將鋼管管頭放入磷化池中，并將管尾抬起，待氣泡出盡后用清水灌入管內(nèi)，再將鋼管浸入水池中，鋼管起吊后立即傾斜，使管內(nèi)清水流出，并傾倒在廢水缸內(nèi)。

1.4.3 酸洗的溫度、時(shí)間和濃度

根據(jù)鋼種及壁厚制定酸洗濃度：Φ18~89 mm×2~18 mm鋼管，硫酸濃度大于5%，硫酸亞鐵濃度小于200 g/L；酸洗時(shí)間約60 min，需觀(guān)察鋼管表面氧化皮脫落情況，從而掌握酸洗時(shí)間，如酸洗池新開(kāi)缸，則酸洗時(shí)間縮短10～15 min。

1.4.4 軋機(jī)信號(hào)

軋制孔型是冷軋生產(chǎn)工藝中的核心問(wèn)題，軋制孔型的好壞直接影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。寶鋼股份生產(chǎn)高壓鍋爐管的冷軋管機(jī)是LG60雙線(xiàn)冷軋管機(jī)，其軋制孔型由2個(gè)軋輥（每個(gè)軋輥上有2個(gè)相同的孔型）和2支芯棒組成，對(duì)軋輥孔型和芯棒每個(gè)變形區(qū)的要求一致，而且芯棒和軋輥匹配的各個(gè)變形段也要一致。

（1）軋輥。LG60雙線(xiàn)冷軋管機(jī)的軋輥孔型采用環(huán)形孔型，每個(gè)軋輥的孔型包括送進(jìn)段、壓下段、回轉(zhuǎn)段、定徑段和出口段。攻關(guān)小組對(duì)該軋輥孔型重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，加長(zhǎng)了軋輥孔型的定徑段。優(yōu)化設(shè)計(jì)前后LG60雙線(xiàn)冷軋管機(jī)軋輥孔型各段參數(shù)見(jiàn)表2。

（2）芯棒。由于對(duì)軋輥孔型進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，因此對(duì)芯棒表面曲線(xiàn)也需進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使得軋輥孔型與芯棒的表面曲線(xiàn)相匹配。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的LG60雙線(xiàn)冷軋管機(jī)用芯棒如圖4所示。優(yōu)化設(shè)計(jì)前后LG60雙線(xiàn)冷軋管機(jī)用芯棒各段尺寸見(jiàn)表3。

表2 優(yōu)化設(shè)計(jì)前后LG60雙線(xiàn)冷軋管機(jī)軋輥孔型各段參數(shù) （°）

圖4 優(yōu)化設(shè)計(jì)后的LG60雙線(xiàn)冷軋管機(jī)用芯棒示意

1.4.5 改進(jìn)方案的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證改進(jìn)方案的效果，攻關(guān)小組對(duì)不同鋼種、規(guī)格鋼管在LG60雙線(xiàn)冷軋管機(jī)軋制后的探傷情況進(jìn)行了跟蹤，結(jié)果表明優(yōu)化冷軋管機(jī)變形孔型曲線(xiàn)后，能很好地消除軋制后高壓鍋爐管的環(huán)狀凸出內(nèi)壁缺陷，見(jiàn)表4。

表4 LG60雙線(xiàn)冷軋管機(jī)改進(jìn)前后的高壓鍋爐管探傷結(jié)果對(duì)比

1.5 控制階段（C階段）

控制階段是DMAIC最后一個(gè)階段，也是五個(gè)階段中最為長(zhǎng)期艱巨的一項(xiàng)工作。其主要任務(wù)是對(duì)改進(jìn)成果進(jìn)行固化，對(duì)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，形成新的文件和作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使成功經(jīng)驗(yàn)制度化，保持過(guò)程改進(jìn)的成果，并尋求能進(jìn)一步提高改進(jìn)效果的持續(xù)改進(jìn)方法［13-14］。

為了有效控制影響響應(yīng)輸出的關(guān)鍵因素，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性控制，對(duì)改進(jìn)方案流程標(biāo)準(zhǔn)化，制定工藝技術(shù)指令卡、生產(chǎn)技術(shù)通知單等文件，通過(guò)6個(gè)多月的持續(xù)改進(jìn)和保持，對(duì)改進(jìn)后的高壓鍋爐管數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集，分析了項(xiàng)目改進(jìn)前后高壓鍋爐管渦流探傷合格率對(duì)比情況和過(guò)程能力指數(shù)及流程Sigma水平，如圖5~6所示。

圖5 改進(jìn)前后高壓鍋爐管渦流探傷合格率對(duì)比

圖6 改進(jìn)后過(guò)程能力指數(shù)及流程Sigma水平

從圖5~6可以看出：高壓鍋爐管渦流探傷合格率由改進(jìn)前的93.21%上升至改進(jìn)后的95.71%，六西格瑪水平由改進(jìn)前的-1.44提高至改進(jìn)后的0.66，取得了較好的效果，經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

2 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)運(yùn)用六西格瑪方法，明確改進(jìn)范圍和目標(biāo)，找到了影響主要缺陷的關(guān)鍵因子，并對(duì)關(guān)鍵因子進(jìn)行了驗(yàn)證，制定了相應(yīng)的改進(jìn)方案并標(biāo)準(zhǔn)化，持續(xù)改進(jìn)并加以管理控制，高壓鍋爐管的渦流探傷合格率由改進(jìn)前的93.21%提升至改進(jìn)后的95.71%，六西格瑪水平由改進(jìn)前的-1.44提高至改進(jìn)后的0.66，大大節(jié)約了制造成本，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也提升了企業(yè)的質(zhì)量管理水平，對(duì)實(shí)現(xiàn)公司戰(zhàn)略目標(biāo)提供了有力的支撐。

［1］李強(qiáng).轉(zhuǎn)方式優(yōu)結(jié)構(gòu)提質(zhì)量增效益推動(dòng)鋼管行業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)新發(fā)展［J］.鋼管，2013，42（3）：1-5.

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