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文档简介

本讲座的宗旨90年代以来,因为ISO-9000的认证要求,「SPC」这个名词就经常被提示;而且逐步被要求落实。近年来更因为科技产品在品质的要求上日趋严谨,其相关产业之供应者(制造商)不得不在内部的「过程管理」上,加强对「SPC」的认识及实践。因此,这几年来「SPC」的课程不断开办,学习者络绎不绝。过去开班授课的对象,大部份都是工程师或助理工程师级的学员,其学历大多是专科以上程度,对于课程内容所引用的统计概念和公式,经过讲解后大部分学员都能理解(当然仍有部分学员搞不清楚)。可是最近几期开班发现,很多公司派来学习的人员,其虽然已经身为品管或制造单位的主管,但是却因从未接受基本的管理手法或统计品管的教育训练,在「SPC」讲解过程中,很难对其导入基础统计概念(观念转不过来)。本着「有教无类」的教学理念,针对越来越多的「非专业」基础学员,总要设法协助他们顺利学成或至少能够达到某种程度的理解,以便回到工作岗位上达到工作需求。以这种想法为出发点而设计本课程,名为「基本统计概念与SPC手法」。顾名思义,本课程可以说是「SQC入门与SPC实战」的课程。但是,如果扩大眼界,广义地评价本课程,其实也可以将其作为基层管理人员的「QC基础训练课程」。因为类似本课程的性质与内容,从60年代开始推展的「QCC(品管圈)活动」就已经将其纳入教育训练的课程中,且已经实施四十年之久了。编者积二十余年的工厂管理实务经验以及二十年的品管实务教学经验,深知有效的教导方法必须以工厂实务为依归。即使是刻板的计算公式或者是抽象的名词解释都能够以实务或举实例说明,保证易学、易懂而会应用。话虽如此,教学成功的另一个关键还是在学员本身的学习精神和态度。在此先与所有参与本讲座的学员共勉之!统计方法的基础壹、认识数据一、数据的分类:一般我们所收集的数据可以分为「计数值」与「计量值」两种。计数值以计数的方式获取的数据,例如在生产线上随机抽检100个产品,发现有5个不良品,则可以计算当次的抽检不良率为5%;又如品检员检查一匹布时,共检出3个缺点;某公司人事管理员统计一天的出勤率,总人数500人中有5个人缺勤,计算当天的出勤率只有99%。以上所出现的数字,100、5、5%、3、500、5、99%等皆为计数方式而得之数据,通称为计数值。2.计量值用量具量测所获得的数据,例如物品的长度、重量、纯度、强度等数值。其不一定是整数,经常带有小数。像这样连续性的数值,称之为计量值。二、数据的性质(通常针对计量值数据)数据的差异:一般我们所得到的数据为测定值=真值+误差误差是由于很多不同的原因所发生的:虽用同一测定器,同一测定者重复测定同一样本,也会发生重复误差。如果用不同测定器测定同一样本时,会发生测定器间的误差。如果用不同测定人员测定同一样本时,会发生测定者间的误差。虽然同样一批物品,因所抽取样本的不同而发生抽样误差。所以我们所获得的数据中,一定包括由于各种不同原因所引起的误差。测定值=真值+同一测定器同一测定者因重复测定的误差+测定器间的误差+测定者间的误差+抽样误差(1)、(2)、(3)合起来总谓之测定误差,可简写为:测定值=真值+测定误差+抽样误差因为我们能力有限,所以不管如何严密的测定,都无法在完全同一的条件下重复测定,换言之,我们总是在不尽相同的条件下测定,所以希望得到完全带有再现性的测定值是不可能的。我们应该承认以下的事实:我们不可能得到完全相同的数据,所以数据带有差异是当然的。我们所获得数据,祇不过是从可以想象得到的无限次重复测定的数据群之中的几次样本而已。数据的可靠度所谓的样本数据是否可信任,即在测定操作时是否有错误,或抽样时是否有异常原因发生,一般可分为精密度的可靠度与正确度的可靠度,无论如何,如要使数据可靠,一定要加强抽样,测定作业的管理。数据的精密度用同一测定方法,测定同一样本,并反复作无限次的测定,或用同一抽样方法,抽取同一群体,并反复作无限次的抽样,一定会有变异发生,变异的宽度也正是数据分配的宽度,这种宽度的大小就是代表精密度,而此宽度越窄,表示其精密度越好。数据的准确度用同一种测定方法,测定同一样本,并反复作无限次的测定,或用同一抽样方法抽取同一群体,并反复无限次的抽样,数据分配的平均值与真值之间多少一定会有差,这个差的大小就称作准确度,一般来讲,差越小表示准确度越好。A精密度准确度1xxxxxxxxxxxxxxxx1劣优2xxxxxxxx2优劣3xxxxxxxxxxxx3劣劣4xxxxxxxxx4优优如上图,若A值为真值,其它出现的数据的平均值愈接近真值,其准确度愈优;而数据变动宽度愈窄者,其精密度愈优。贰、认识「母集团与样本」工厂或研究室里,测定或试验样本,其目的通常并不是希望得到这些数据,主要是希望以此数据为根据,获知某种情报,并以此情报采取行动。但所要采取行动的对象,并非针对所抽取的样本本身,而是希望对于抽出样本的产品批或制程采取行动。以样本数据为根据而希望处置的对象,谓之母集团(Population),为某种目的而由母集团抽取的一部份,谓之样本(Sample)。例如:每天从制程抽取一定的制品测定而得到数据,由此数据绘制管制图,以管制制程是否发生异常现象时,此制程就是母集团,而为要测定数据,每天所抽取的一定数的制品就是样本,或从仓库中一大批的制品里,抽取数个检查其特性,以所得数据来判断此仓库中的制品批全体是否合格时,此仓库中的制品批全体就是母集团,而从此制品批所抽取的数个制品就是样本。研究母集团与样本间关系的学问,谓之数理统计学或推测统计学。抽样测定有限母集团群体批Nn抽样测定有限母集团群体批Nn数据样本处置图2.1无限母集团制程生产群体批N抽样测定数据处置样本图2.2n如上图2.1,是以群体批为母集团时,这群体的组成个数是有限的,所以我们称这种群体批为有限母集团(FinitePopulation)。例如前例的仓库中的制品批是有限母集团。相反的,如果以制程为对象时,如图2.2因自同一条件下可生产无限个制品,所以这种集团我们称之无限母集团(InfinitePopulation),如前例的管制图所要管制的制程是属于无限母集团。参、母数及统计量如果有100-200个数据时,把这数据整理而画出次数分配,就很容易看出制品的分配情形,但如果希望将此数据以数字表示时,就必须找出能代表分配位置的数字及能代表分配差异的数字,才能以数字看出此数据的情形,但一般最好是以其平均值表示分配位置及以变异来表示分配的差异较为方便。又如果祇有5个或10个数据时,虽画出次数分配,也看不出来,这种情形下,数据的性质祇好以其平均值及其差异的数量来表示。表示母集团特性的定数,谓之母数(Parameter),现在一般所使用的母数有:母平均─母集团的平均值,以符号μ表示。母变异─母集团的变异,以符号σ²表示。母标准差─母集团的标准差,以符号σ表示。测定样本所得测定值,我们谓之统计量(Statistic)常使用的统计量一般有:样本平均─样本的平均值,以符号x表示。(或平均)样本变异─样本的变异,以符号s²表示。(或变异)样本标准差─样本的标准差,以符号s表示。(或标准差)样本全距─样本的全距,以符号R表示。为了简便,以表3.1表示如下:母数统计量名称符号名称符号分配位置的表示法母平均μ样本平均x分配差异的表示法母变异母标准差σ²σ=√σ²样本变异样本标准差样本全距s²sR-表3.1-肆、母数与统计量的计算分配位置的数字表示法1.平均值x(Mean)─将n个数据值加起来,除以数据数n。即n个数据x1,x2,x3,‥‥‥xn的平均值为x1x1+x2+x3+‥‥+xnΣxinnX==nn2.中值(Median)─将数据依大小顺序排列,取其最中央的数值。若数据有奇数个,如:7支钉子的长度依序为12.66,12.62,12.57,12.56,12.48,12.42,12.37mm,则以排在中央的12.56为中值。若数据有偶数个,如:有6个物品的长度依大小顺序排列为12.27,12.22,12.21,12.19,12.16,12.11mm,则中值应取中间2个数值12.21和12.19的平均值(12.20)。一般情形,表示分配中心的方式,以平均值为佳。但中值法的特点是求法较简单,若数据间差距较小时中值法比较方便。二、分配差异的数量表示法全距R(Range)─全距又称「范围」,就是数据的最大值与最小值的差。R=Xmax-Xmin例如:右列5个数据:10.2,9.9,9.7,9.8,10.3cm其全距R=10.3-9.7=0.6cm用全距R表示分配差异程度,计算简单,一般在管制图或检定法时,常被用来表示变异的程度,因为全距与变异有一定的关系,可以用全距来推算标准差。但是如果希望提高精度,则最好利用标准差。唯标准差的计算较为麻烦,将叙述于第6节。偏差平方和S(SumofSquare)将各个数据与平均值的差平方以后,全部加起来的总和就是这n个数据的偏差平方和。一般并不直接以偏差平方和来表示分配差异的程度,而是利用偏差平方和来计算变异和标准差。不偏变异V将上述之偏差平方和除以(n-1)SSn-1即V=(S为偏差平方和,n为数据的个数n-1不偏变异平方根σe不偏变异开平方σe=√V由样本数据计算的变异数推定值,就叫做不偏变异。变异偏差平方和除以数据的个数(N或n)所得之值谓之变异。变异又分为母变异与样本变异:母变异σ²母变异为母集团的变异,其计算式为SSNσ²=S=母集团的平方和NN=母集团的单位数样本变异s²样本的变异谓之样本变异,其计算式为SSns²=S=样本的平方和nn=样本的单位数标准差将变异数开平方即谓之标准差。标准差又分为母标准差和样本标准差:母标准差─母集团的标准差SSNσ²σ=√=Nσ²样本标准差─样本的标准差SSns²s=√=ns²标准差或变异的计算,乃跟随母数与统计量之差异而有所不同。在制程管制或制程解析的时候,是把制程视为母集团,若我们想要测定母集团所包括的全部制品,实际上是不太可能的。因此在这种情况下,就只可能计算样本的变异和标准差。另,我们通常也以制品批为母集团而测定全批制品的品质,但在这种情况下,一般也只测定样品的品质,而以所测得的数据情报来推定全批制品的品质。伍、直方图TT中心值SU(规格上限)SL(规格下限) 绘制直方图的步骤:步骤1:决定组数(依下表原则)数据数组数50~100100~250250以上6~107~1210~20步骤2:决定组距找出最大值a及最小值b求范围(全距)RR=a-b求拟组距CC=R÷(组数)以最适当的,最接近C值的测定单位的整数倍为组距。步骤3:决定组的组界取测定单位的1/2为境界值的单位。决定组界时,用境界单位的理由是:益分组时,若不用境界单位,则某些数据将会落在二组之间,无法决定究应属于何组,故须取测定单位的1/2为境界值单位。最大值与最小值两端的组界之间隔,最好使用其相等。步骤4:求各组之中心值步骤5:作表及记录陆、柏拉图分析在工厂里要想解决某种问题时,总会发现影响问题的要因很多,不知道从哪里着手解决好。但事实上大部份的问题,只要控制几个少数影响较大的要因,就可解决问题的百分之八十以上。所以我们要想解决某种问题时,最好是先找出其影响度比较大的几个要因,然后对症下药就很简单的,很有效的解决问题。如果我们不考虑影响度的大小,而对影响度小的要因也化很多精力去处置的话,那一定会徙费劳力而无法解决问题的。品质管理里,我们把意大利经济学家Pareto所设计的表示国民所分布的法,则应用到分析要因的影响度上。这是把工厂或办公室里的低效率、故障、缺点、制品不良等损失,以其原因别用金额表示,而以金额的大小顺序排列,对占总额80%以上部份的原因加以追究,设法解决,这就是所谓的柏拉图(Pareto)分析。如图。一、柏拉图分析的作法步骤1:使易于处理地将数据依状况或原因加以层别。步骤2:纵轴虽可以件数表示,但最好是以金额表示比较清楚。步骤3:决定搜集资料的期间,应搜集从何时至何时的记录作为柏拉图分析的资料。步骤4:各项目依照合计之大小顺序,自左至右排列在横轴上。步骤5:绘上柱状形。20016020016012080400不良损失额10080604020百分率%0不良项目二、柏拉图分析的应用1.作为决定减退不良的依据,要有效的减退不良,最好先绘制柏拉图,以重点的决定改善项目,若未绘制柏拉图,只要碰到任何不良都想减退的话,效果是不会很大的。所以我们要想减退不良以前,先绘制柏拉图看一看。全体有多少不良。何种不良占最多。减退何种不良与何种不良将可减退全体不良之80%以上。根据以上分析后再重点的决定改善项目。2.作为决定改善目标的依据,柏拉图分析不限于「不合规格」的不良,任何工厂的问题都可应用柏拉图分析,决定改善目标,例如:检查结果所剔出之不良品数及不良所引起的损失。修理品数及修理所费时间及费用。使用者的不满、抱怨件数、处理时间及费用。作业所费时间及其损失。标准作业时间以外所多化费之时间及费用。3.例:某玻璃厂因要改进眼镜用玻璃的压板形成的制程缺点,而作柏拉图分析的检讨。首先把前月的不良损失和各不良种别,分别用金额表示而作一柏拉图。如图6.1,结果发现修理损失占全不良损失的63%,换算金额则每月损失17,200元,虽然修理了以后制品也会很好,可是这种修理而引起的损失是非常大的,过去这种损失并不被厂方所重视,经柏拉图分析以后,才知道这是真正的缺点原因。于是下月开始对修理的种别再加以层别收集数据,作柏拉图。如图6.2,结果从柏拉图分析里,发现其中修理最多的是弯曲时所引起的修理。由这二个柏拉图分析,厂方就发现了今后作制程改善时的方针,而经实施改善后,不良率就会减少了大半。00510152015.15.25.12.21.7100%63%不良损失额损品泡折痕修理图6.1(前月)总不良率=24.2%损失金额27,500元765432107.1%4.5%2.2%1.8%1.5%1.3%上点损品模泡折痕弯曲图6.2(本月)修理不良率18.4%柒、制程的变动与管制:在全公司各个体系中有各种作业,其作业过程包括有制造过程、工程过程、各种工作过程、业务过程、服务的过程。这些过程都为了要达成特定的工作目标。在TQM体系中,是追求各种目标品质都能作好,在重视过程的TQM体系中,作程管理就成为促进全员能力成长进步的管理手段。一般而言,引起作程变动的原因有两大类:第一类:偶然原因导致的变动第二类:异常原因导致的变动一、制程的状态:依管理掌握的程度差异,可以将作程区分为两种状态。管制状态:在过程中引起变动的原因多属于偶然原因,很少有异常原因发生。这种作程能够保持稳定地进行,达成预定目标的可能性较能预期。非管制状态:作程中经常发生异常原因的变动,状况百出,虽然有定标准,有作业规定,却没有被确实遵守的现象和场合经常可见。作程的结果显现不稳定的状态,也无法预测,变动随时会发生。制程可以被管制的条件:制程依定要在管制状态下才能被管制;反之,若制呈仍呈现非管制状态,则无法管制。制程非管制状态制程解析专题研究品管圈活动制程在管制状态标准化实施管制图调查制程能力评估不足CP<1CP<1足够CP≧1制程管制制程非管制状态制程解析专题研究品管圈活动制程在管制状态标准化实施管制图调查制程能力评估不足CP<1CP<1足够CP≧1制程管制管制图二、何谓管制图:一种以实际的品质特性与根据过去经验所推定的管制界限比较,而将其过程数据以图形表示。(一)管制图之功用:以实际的品质特性与根据过去经验所推定的管制界限比较,以图形显示监视其过程数据并判断:1)作程品质是否安定2)作程状态是否发生变化其原因是偶发?还是异常?(二)管制图之种类以数据之种类分为计量值与计数值两种,细分如下:管制图名称符号数据种类平均值与范围管制图中值与范围管制图个别数据管制图X-R管制图X-R管制图X管制图计量值不良率管制图不良个数管制图缺点数管制图单位缺点数管制图p管制图pn管制图c管制图u管制图计数值三、管制图的制作与使用步骤:X-R管制图预备数据的调查:步骤1:收集数据─收集100个以上的数据,依测定时间顺序或群体顺序排列。这些数据是最近的数据,并且在技术上认为制程不会有太大的变化。数据的履历必须很清楚。步骤2:数据分组─把2~6个数据做为一组,将全部数据分为20~30组。1)每一组内的数据个数谓之样本数,以n表示。2)组数以k表示。3)同一组内不要含有异质的数据。通常是以测定时间顺序或群体顺序排列。步骤3:记入数据表─把数据记入如下页图表2.1.1的数据表里。步骤4:计算平均值X(四舍五入后,比测定值多求1位数)计算式如下:X1+X2+•••+Xnn例如图表2.1.1的第一组平均值计算如下:48+49+48+50+515步骤5:计算全距R每组的全距R=X(max)-X(min)例如图表2.1.1的第一组的全距计算如下:R1=51-48=3=X步骤6:计算总平均(四舍五入后,比测定值多求2位数=X计算式如下把k组X的平均值加总后除以kX1+X2+•••+Xkk(k:组数)=49.71例如图表2.1.1=49.7149.2+50.2+50.4+48.0+‥‥+50.6+49.6+50.4╴R╴R步骤7:计算全距的平均值╴RR=R1+R2+‥‥╴RR=k例如图表2.1.1的全距的平均值计算如下:╴R╴RR==4.73+4+7+6+4+‥‥+8+6+3+425步骤9:记入管制界限─在管制图用纸上,绘上分度(上下管制界限之间隔约在20~30mm)。中心线(CL)画实线;UCL与LCL则画虚线。步骤10:调查是否在管制状态把点全部记入管制图上,如果点都在管制界限内时,即认为制程是在管制状态下,如果有超出管制限外的点时,就判断制程非管制状态,必须进一步做制程解析,追查原因,制定标准,采取去除原因的措施使制程完全能进入管制状态,点在管制界限上时,亦视同超出界外的点。管制界限与规格比较1.指定有规格时计算管制界限值所使用的全部数据,整理成直方图,然后与规格比较。直方图正好在上、下规格之内时,如图2.1.1认为制程能适合规格,而以后的制程管制就可采用(一)所计算的管制界限。直方图超出上、下界限规格外时,如图2.1.2,为制程不能满足规格,所以必须采取措施,把平均值移近规格中心,或缩小变异。采取措施以后重新自(一)做起。如果采取措施在技术上,或经济上有困难或不利时,就有考虑变更规格的必要。2.未指定规格时可直接利用到制程管制上制程管制1.记入管制界限把(二)认为可采用的管制界限,重新记入管制图上。2.记入点方法和搜集预备数据相同,自制程抽取样本,计算其X及R,随即记入管制图上。3.发生异常原因的判定a.记入的点在管制界限内时,判定制程的变动是偶然原因所引起,则可以继续生产。b.记入的点超出管制界限外时,判定制程发生不可忽视的异常原因存在。4.措施判定制程有不可忽视的异常原因存在时,就得立即探究原因,采取应急措施,及再发防止措施。重新计算管制界限,制作新管制图管制界限若继续使用到一个时期后,制程状态可能改变,过去所使用的管制界限为基准的管制图就不适合了。这样的话,就需要重新搜集最近的数据,根据(一)以后各节的方法,重新计算管制界限。P管制图预备数据的调查以最近某一段期间的数据作为预备数据加以收集。步骤6:记入管制线中心线记入实线,UCL、LCL记入虚线。步骤7:调查是否在管制状态记入的点全部在管制界限内时,认为数据的制程是在管制状态。如果有点超出管制界限时,就判断制程在非管制状态,此时应进一步做制程解析,制订标准并追查原因,采取改善措施。落在管制界限上的点,亦视为超出界限外的点处理。(二)根据预备数据检讨管制界限预备数据调查结果,如果制程在管制状态,就不必做制程解析。可以把(一)节所计算的管制界限值直接移到(三)节做平均不良率的检讨。如果制程非管制状态时,必须进一步做制程解析,追查原因、采取改善措施、制订标准规范使同一原因不再发生。再依(一)节之步骤重新计算管制界限,然后移到(三)节做平均不良率的检讨。(三)平均不良率的检讨在前节所求得的平均不良率,先以技术上及经济的观点加以调查,看是否合乎要求。如果合乎要求,则此管制界限可以采用;如果认为平均不良率太高,就应该对制程采取技术上或管理上的措施,使不良率获致改善而降低。如果采取措施在技术上或经济上认为有困难或不利时,就有考虑变更规格要求的必要。四、管制图的看法:吾人作管制图的主要目的是希望从管制图里,获得有关品质、制程、作业状况等情报,利用统计的方法及固有技术,加以分析,以发现异常原因,并采取改善措施。所谓改善措施,一般有:除去异常原因使不再发生同样原因的措施,及控制原因,重新设定作业标准的措施。但要采取这些措施,管制图的正确看法是很重要的。管制图所绘的点,并不一定能完全代表制程,这些点只不过是自制程随机抽取的样本而已,所以当我们利用管制图视察制程状态时,是以所抽取样本的数据值去判断的,因此有时会有错误的判断。这种错误的判断有下列二种:第一种错误:制程并未改变,但因抽样的关系,使得超出界限外,而误认制程发生了异常现象的错误。第二种错误:制程虽已改变,但因抽样的关系,使点仍出现在界限内,而误认制程并未改变的错误。而管制图则有尽量减少以上二种错误的作用。管制图绘有中心线及上、下管制界限。中心线表示制程分配的位置,也可说是表示制程平均值。管制界限用以表示制程分配在中心线周围的变动状态的程度。故管制界限可作为区分偶然原因,及异常原因的基准。管制图主要就是利用这三条线为基准,用以判断制程状态。管制状态的判断一般判断制程是否在管制状态(安定状态)的基准如下:点超出管制界线外时(OutofControl)有点超出界线外时,即表示制程必定发生异常现象。这种状态即为”非管制状态”。完全的管制状态制程的分配在一定的状态下,而其平均值及变异都呈完全不变的状态时,这制程谓之”完全的管制状态”如下图。例如:X管制图的分配是属于两边对称的分配,所以点的变动可说完全随机变动,其在中心线上下大约有同数的点,以中心线近旁最多,愈离中心线,点愈少,并且在完全的管制状态时,不会有点超出界限外。制程可认为是管制状态的判定基准其实我们无法确知平均值及变异都真正完全没有变化。我们只能利用管制图上的点,以推测制程的状态。通常管制图上的点只要满足下列条件,即可认为制程是在管制状态。没有点超出管制界线外。点的出现没有特别的排法。以延长管制界限的可否,作为今后制程管制适用的判定基准数据经过管制图解析结果,除上节所述情形外,如果有下列情形时,我们就可延长管制界限,作为今后制程管制之用。连续25点以上出现在管制界限内时。连续35点中,出现在管制界限外的点不超过一点时。连续100点中,出现在管制界限外的点不超过二点时。制程满足以上条件时,虽可认为制程在管制状态,但不是说点超出了界限外也可以,这些超限的点必定有异常原因的,所以必须追究原因,除去异常原因才可以。管制图的点看法管制良好的制程,其管制图上的点,出现在中心线近旁的特别多,而愈接近上、下管制界限,出现的愈少,并且不可能出现在管制界限外。虽然点都出现在管制界限内,然而所出现的点并非随机出现,而是形成特别排法时,则与超出界限外一样,制程发生异常原因的可能极大。下列判断方法,在统计上或经验上都被承认是一种很有效的方法:点在中心线之单侧连续出现7点以上时,如下图。一般连续出现在中心线单侧的点谓之连(run),点群的点数谓之连长。制程在管制状态时,点在中心线之单侧连续出现7点以上的或然率约为0.02,故发现这种现象时,如果追求原因,一定可获得极有效的情报。点出现在中心线的单侧较多时,如下图所示,判定制程有异常原因的基准为:连续11点至少有10点。连续14点中至少有12点。连续17点中至少有14点。连续20点中至少有16点。制程在管制状态时,点可能出现如上述情形的或然率,都约在1%左右。点连续依次上升或依次下降时点虽全部出现在管制界限以内,但如下图,点的出现一点高于一点,即表示其制程发生某种倾向,例如工具的磨损、化学药剂愈来愈稀薄等,都会出现上升或下降的现象。一般是连续7点依次上升或下降时,可判定制程有异常原因发生。这种点连续依次上升或下降时情形,谓之倾向(trend)。点出现在管制界限的近旁时若制程在管制状态,则点出现在管制界限近旁的或然率极小,故点连续出现在管制界限的或然率更小。一般是以超出2σ管制界限的点为调查基准,如出现下列情形时,可判定制程发生异常原因。连续3点中有2点(不一定要连续)以上时。连续7点中有3点(不一定要连续)以上时。连续10点中有4点(不一定要连续)以上时。程在管制状态时,一点出现在上下2σ管制界限以外的或然率的和约为0.05,故发生以上情形的或然率都在1%以下。点出现成为周期性变动时点出现成为周期性上下变动时,调查其期振富的大小,对制程解析很有帮助。周期一般可分为大波、中波、及小波,如下图。如果希望很正确的解析周期波动时,必须利用时系列解析法,计算极为麻烦,故管制图应用时,只要利用目视法的程度就可以。

附录资料:不需要的可以自行删除SPCC、SECC、SGCC的差异性

我们通常所说的板材,是指薄钢板(带);而所谓的薄钢板,是指板材厚度小于4mm的钢板,它分为热轧板和冷轧板。众所周知,在家电制造领域里,冷轧板以及以冷轧板为原板的镀锌板的用途十分广泛,冰箱、空调、洗衣机、微波炉、燃气热水器等等的零件材料的选用都与它紧密相连。近年来,国外牌号钢材的大量涌入,丰富了国内钢材市场,使板材选用范围逐步扩大了,这对提高家电产品的制造质量,提供更丰富的款式和外观,起到了显而易见的作用;然而,由于国外的板材型号与我国板材牌号及标记不一致,再加上目前市面上很少有这方面专门介绍的资料和技术书籍,这给如何选用比较恰当的钢板带来了一定的困惑。

本文针对上述情况,介绍了在我国经常用到和使用最多的几个国家(日本、德国、俄罗斯)的冷轧薄钢板以及以冷轧板为原板的镀锌板的基本资料,并归纳出与我们国家钢板牌号的相互对应关系,借此提高我们对国外板材的识别和认知度,并能熟练选用之。

1板材牌号及标记的识别

1.1冷轧普通薄钢板

冷轧薄钢板是普通碳素结构钢冷轧板的简称,俗称冷板。它是由普通碳素结构钢热轧钢带,经过进一步冷轧制成厚度小于4mm的钢板。由于在常温下轧制,不产生氧化铁皮,因此,冷板表面质量好,尺寸精度高,再加之退火处理,其机械性能和工艺性能都优于热轧薄钢板,在许多领域里,特别是家电制造领域,已逐渐用它取代热轧薄钢板。

适用牌号:Q195、Q215、Q235、Q275;

符号:Q—普通碳素结构钢屈服点(极限)的代号,它是“屈”的第一个汉语拼音字母的大小写;195、215、235、255、275—分别表示它们屈服点(极限)的数值,单位:兆帕MPa(N/mm2);由于Q235钢的强度、塑性、韧性和焊接性等综合机械性能在普通碳素结构钢中属最了,能较好地满足一般的使用要求,所以应用范围十分广泛。

标记:尺寸精度—尺寸—钢板品种标准

冷轧钢板:钢号—技术条件标准

标记示例:B-0.5×750×1500-GB708-88

冷轧钢板:Q225-GB912-89

产地:鞍钢、武钢、宝钢等

1.2冷轧优质薄钢板

同冷轧普通薄钢析一样,冷轧优质碳素结构钢薄钢板也是冷板中使用最广泛的薄钢板。冷轧优质碳素薄钢板是以优质碳素结构钢为材质,经冷轧制成厚度小于4mm的薄板。

适用牌号:08、08F、10、10F

符号:08、10—钢号开头的两位数字表示钢的含碳量,以平均碳含量×100表示;F—不脱氧的沸腾钢;b—半镇静钢,Z—一般脱氧的镇静钢(有时无字母表示)。

例如:08F表示其平均含碳量为0.08%的不脱氧沸腾钢;由于08F钢板的塑性好,冲压性能也好,大多用来制造一般有拉延结构的钣金件制品。

拉延级别:Z—最深拉延级,S—深拉延级,P—普通拉延级

表面质量:Ⅰ—高级的精整表面、Ⅱ—较高级的精整表面、Ⅲ—普通的精整表面

标记:尺寸精度—尺寸—钢板品种标准

冷轧板:钢号—表面质量组别——拉延组别—技术条件标准

产地:鞍钢、武钢、太钢、抚顺钢厂、大连钢厂、沈阳钢厂、重庆钢厂和宝钢等

1.3深冲压用冷轧薄钢板

深冲压冷轧薄钢板多半用铝脱氧的镇静钢,属于优质碳素结构钢。由于它的塑性非常好,具有优良的深拉延特性,所以被广泛用于需要比较复杂结构的深拉延的制品上。适用牌号:08A1

符号:08-钢号开头的两位数字表示钢的含碳量,以平均碳含量×100表示;A1-使用铝脱氧的镇静钢。

表面质量:Ⅰ-特别高级精整表面,Ⅱ-高级精整表面,Ⅲ-较高级精整表面;

拉延性能级别:ZF-可拉延最复杂件,HF-可拉延很复杂件,F-可拉延复杂件。

标记:尺寸精度—尺寸—钢板品种标准

冷轧板:钢号—表面质量组别—拉延组别—技术条件标准

标记示例:A-1.0×750×1500-GB708-88

冷轧板:08AⅠ-Ⅱ-HF-GB5213-85

产地:鞍钢、武钢、宝钢、太钢和重庆钢厂等

1.4日本冷轧碳素薄钢板

适用牌号:SPCC、SPCD、SPCE

符号:S-钢(Steel)、P-板(Plate)、C-冷轧(cold)、第四位C-普通级(common)、D-冲压级(Draw)、E-深冲级(Elongation)

热处理状态:A—退火、S-退火+平整、8—(1/8)的硬质、4—(1/4)的硬质、2—(1/2)的硬质、1—硬质。

拉延性能级别:ZF—用于冲制拉延最复的零件,HF—用于冲制拉延很复的零件,F—用于冲制拉延复的零件。

表面加工状态:D—麻面(轧辊经磨床加工后喷丸处理),B—光亮表面(轧辊经磨床精加工)。

表面质量:FC—高级的精整表面,FB—较高级的精整表面。状态、表面加工状态、表面质量代号、拉延级别(仅对SPCE)、产品规格及尺寸、外形精度(厚度和/或宽度、长度、不平度)。

标记示例:钢板、标准号Q/BQB402,牌号SPCC,热处理状态退火+平整(S),表央加工状态为麻面D,表面质量为FB级的切边(切边EC,不切边EM)钢板、厚度0.5mm,B级精度,宽度1000mm,A级精度,长度2000mm,A级精度,不平度精度为PF.A,则标记为:钢板ECQ/BQB402-SPCC-SD-FB/(0.5×1000A×2000A-PF.A)产地:宝钢、台湾、日本、南韩浦项等

1.5德国冷轧碳素薄钢板

适用牌号:st12、st13、st14、st15、st14-T

符号:ST-钢(Steel)、12-普通级冷轧薄钢板、13-冲压级冷轧薄钢板、14-深冲级冷轧薄钢板、15-特深冲级冷轧薄钢板、14-T-超级冷轧薄钢板。表面质量:FC-高级的精整表面,FB-较高级的精整表面。

表面结构:b-特别光滑、g-平滑、m-无光泽、r-粗糙。

标记:产品名称(钢板或钢带)、本产品标准号、表面质量代号、拉延级别(仅对St14、St14-T、St15)、表面结构、边缘状态(切边EC,不切边EM)、产品规格及尺寸、外形精度(厚度和/或宽度、长度、不平度)。

标记示例:钢板、标准号Q/BQB403,牌号St14,表面结构为特别平滑(b),表面质量为FC,切边(EC),厚度0.8mm,A级精度、宽度1200mm,A级精度,长度2000mm,A级精度,不平度为PF.B精度,标记为:Q/BQB403St14-FC-ZF-b

钢板EC:0.8A×1200A×2000A-PF.B

产地:宝钢、德国等

1.6

俄罗斯冷轧碳素薄钢板

适用牌号:CT-3kП、08kП、08ПC

符号:CT-普通钢、kП-沸腾钢、ПC-镇静钢。产地:俄罗斯

1.7我国与上述三个国家的标准钢板牌号近似对照(见表1)

2热镀锌薄钢板

2.1连续热镀锌薄钢板

连续热镀锌薄钢板简称镀锌板或白铁皮,是厚度0.25~2.5mm的冷轧连续热镀锌薄钢板和钢带,钢带先通过火焰加热的预热炉,烧掉表面残油,同时在表面生成氧化铁膜,再进入含有H2、N2混合气体的还原退火炉加热到710~920℃,使氧化铁膜还原成海绵铁,表面活化和净化了的带钢冷却到稍高于熔锌的温度后,进入450~460℃的锌锅,利用气刀控制锌层表面厚度。最后经铬酸盐溶液钝化处理,以提高耐白锈性。

钢板表面美观、有块状或树叶状镀结晶花纹,且镀层牢固,有优良的耐大气腐蚀性能,同时,钢板还有良好的焊接性能和冷加工成型性能。与电镀锌板表面相比,其镀层较厚,主要用于要求耐腐蚀性较强的扳金件。

适用牌号:Zn100-PT、Zn200-SC、Zn275-JY

结构分类代号:Z-正常锌花:按正常冷却速度结晶而获得的锌花,可作一般用途:X-小锌花:冷却速度经特殊控制,锌花尺寸小于正常锌花,适于涂漆和正常锌花达不到要求的其他场合;GZ-光整锌花:小锌花经过光整处理,适于深冲和超深冲加工及表面粗糙度要求低的场合。

加工性能代号:PT-普通用途、JY-机械咬合、SC-深冲、CS-超深冲、JY-结构。

锌层重量代号:Z100、Z200、Z275;镀锌层重量是指钢板两面含锌的总量,以每平方米钢板上含锌克数表示(g/m2),如Z100表示其含锌量不小于100g/m2。

标记示例:锌层重量275g/m2,加工性能JY,表面结构Z,表面处理Y,尺寸精度B,长×宽×高的尺寸0.70mm×700mm×2000mm的钢板标记为:钢板:275-JY-Z-Y-B-0.70×700×2000-GB2518-81

产地:宝钢、鞍钢和武钢等

2.2日本热浸镀锌薄钢板

适用牌号:SGCC、SGCD1、SGCD2、SGCD3

锌层代号:Z12、Z18、Z20、Z22、Z25、Z27

符号:S-钢(Steel)、G-冷轧(Cold)、第四位C-普通级(common)、D-冲压(Draw);1、2-冲压级、3-深冲级;Z-镀锌层(Zine)、12,…,27-锌附着量×10g/m2。

产地:宝钢、南韩浦项、台湾华辉企业、日本新日铁株式会社、三水南方钢板集团有限公司等

2.3德国热浸镀锌薄钢板

适用牌号:St01Z、St02Z、St03Z、St04Z、St05Z

锌层代号:100、180、200、275、350、450

符号:St-钢(Steel),01-一般用、02-机械咬口用、03-冲压用、04-深冲用、05-深冲用;Z-镀锌层(Zine);100-锌附着量(二面)100g/m2、275-锌附着量275h/m2、350-锌附着量350g/m2。

表面结构代号:Z-用常锌花、X-小锌花、G-光整锌花。表面处理代号:L-铬酸钝化、Y-涂油、LY-铬酸钝化加涂油。

表面质量代号:FA-普通级、FB-较高级、FC-高级。

尺寸、外形精度代号:厚度:PT.A-普通精度、PT.B-高级精度;宽度:PW.A-普通精度、PB.B-高级精度;长度:PL.A-普通精度、PL.B-高级精度;不平度:PF.A-普通精度、PF.B-高级精度。标记:产品名称、本产品标准号、牌号、锌层重量代号、表面结构、表面质量、表面处理、产品规格及尺寸、外形精度。

标记示例:钢板,标准号Q/BQB420,牌号St02Z,锌层重量代号275,表面结构为正常锌(Z),表面质量为FA,表面处理为铬酸钝化(L),厚度1.00mm,高级精度(B),宽度1250mm,普通精度A,长度2000mm,A级精度,不平度精度为PF.A,则标记为:Q/BQB420-St02Z-275-Z-FA-L钢板:1.00B×1250A×2000A-PF.A产地:宝钢、德

2.2日本热浸镀锌薄钢板

适用牌号:SGCC、SGCD1、SGCD2、SGCD3

锌层代号:Z12、Z18、Z20、Z22、Z25、Z27

符号:S-钢(Steel)、G-冷轧(Cold)、第四位C-普通级(common)、D-冲压(Draw);1、2-冲压级、3-深冲级;Z-镀锌层(Zine)、12,…,27-锌附着量×10g/m2。

产地:宝钢、南韩浦项、台湾华辉企业、日本新日铁株式会社、三水南方钢板集团有限公司等

2.3德国热浸镀锌薄钢板

适用牌号:St01Z、St02Z、St03Z、St04Z、St05Z锌层代号:100、180、200、275、350、450

符号:St-钢(Steel),01-一般用、02-机械咬口用、03-冲压用、04-深冲用、05-深冲用;Z-镀锌层(Zine);100-锌附着量(二面)100g/m2、275-锌附着量275h/m2、350-锌附着量350g/m2。

表面结构代号:Z-用常锌花、X-小锌花、G-光整锌花。表面处理代号:L-铬酸钝化、Y-涂油、LY-铬酸钝化加涂油。

表面质量代号:FA-普通级、FB-较高级、FC-高级。

尺寸、外形精度代号:厚度:PT.A-普通精度、PT.B-高级精度;宽度:PW.A-普通精度、PB.B-高级精度;长度:PL.A-普通精度、PL.B-高级精度;不平度:PF.A-普通精度、PF.B-高级精度。标记:产品名称、本产品标准号、牌号、锌层重量代号、表面结构、表面质量、表面处理、产品规格及尺寸、外形精度。

标记示例:钢板,标准号Q/BQB420,牌号St02Z,锌层重量代号275,表面结构为正常锌(Z),表面质量为FA,表面处理为铬酸钝化(L),厚度1.00mm,高级精度(B),宽度1250mm,普通精度A,长度2000mm,A级精度,不平度精度为PF.A,则标记为:Q/BQB420-St02Z-275-Z-FA-L钢板:1.00B×1250A×2000A-PF.A

3电镀锌薄钢板

3.1连续电镀锌冷轧薄钢板

指电镀锌作业线上在电场作用下,锌从锌盐的水深液中连续沉积到预先准备好的钢带表现上得到表面镀锌层的过程。适用牌号:DX1、DX2、DX3、DX4

锌层代号:14、28、42、56、70,其两位数表示锌在钢板表面的附着量(g/m2)。

符号:D-电镀、X-锌、1-商品级、2-冲压级、3-深冲压、4-结构级。

轧制精度代号:A-高级精度,B-普通精度.表面处理代号:P-磷酸盐处理,C-铬酸处理,O-涂油,N-耐指纹处理。

标记:牌号、规格、镀锌量、轧制精度、表面处理、本标准号。

标记举例:牌号为DX2,厚度2mm,宽度1000mm,长2500mm,等厚度锌层42/42,轧制精度B,表面铬酸处理的钢板,标记为:DX2-2×1000×2500-42/42-B-G-GB/T15675-1995产地:宝钢等

3.2日本电镀锌薄钢板

适用牌号:SECC(原板SPCC)、SECD(原板SPCD)、SECE(原板SPCE)锌层代号:E8、E16、E24、E32

符号:S-钢(Steel)、E-电镀(Electrodeposition)、C-冷轧(Cold)、第四位C-普通级(common)、D-冲压级(Draw)、E-深冲级(Elongation)。

锌层代号:E-电镀锌层,8、16、24、32表示锌附着量,单位为g/m2,镀层厚度(单面)1.4μ、4.2μ、7.0μ。

表面处理代号:C-铬酸系处理、O-涂油、P-磷酸系处理、S-铬酸系处理+涂油、Q-磷酸系处理+涂油、M-不处理。

标记:产品名称(钢板或钢带),本产品标准号、牌号、表面处理类别、锌层代号、规格及尺寸、外形精度。

标记示例:钢板,标准号Q/BQB430,牌号SECC,表面铬酸钝化处理(C),锌层代号20/20,厚度0.80mm,宽度1000mm,普通精度(A),长度2000mm,不平度按普通不平度精度PF.A,则标记为:Q/BQB430SECC-C-20/20

钢板:0.80B×1000A×2000A-PF.A产地:宝钢、南韩浦项、日本、德国克虏伯钢厂、比利时CKRM等

冷轧薄钢板的机械性能和工艺性能

4.5冷轧板的时效性

4.5.1时效:SPCC、SPCD板和08F板,平整后可保存8天;SPCE和08A1平整后可保存6个月内不出现冲压滑移线,即凸起线。

4.5.2时效性机理:在退火或有时效的低碳钢拉伸曲线上具有明显的屈服平台。这在冲压成形时,会出现损害外观的作为滑移线。当变形超过屈服平台以后,滑移线消失,而板面变得稍微有点粗糙。所以,供冲压用的低碳钢板,在经过冷轧和退火以后,要进行调质轧制,使其变形量超过屈服平台,以防止冲压时发生滑移线。

4.5.3时效性的消除:含溶解氮的沸腾钢板,从调质轧制以后,到冲压加工以前,若经过一段时间,会发生所谓应变时效现象,再次出现屈服平台,同样会发生滑移线。

对冲压加工厂或冲压车间来说,以光轧平整或在辊子参差配置的板材矫正机上,将板料向两个方向轻微地反复弯曲,使板料得到不大的冷变形(3%),便可以消除上述现象。但其效果是暂时的,甚至只经过几天,机械性能就有显著变化。因此,板料光轧工序应直接在冲压以前进行。

铝镇静钢,如08A1为非实效钢,经过适当的调质轧制,其拉伸曲线是平滑的,不允许有屈服平台,允许有不显著的折弯,它的机械性能几乎不会因时效而改变,因而也不会在冲压时产生滑移线。

5镀锌薄钢板的锌层特性

5.1镀锌层厚度(理论平均厚度)(见表10)

5.2热镀锌层锌花

高纯度的锌层(电镀锌层)是不能形成锌花的。产生锌花的原理,就是设法及早生成大量结晶核,降低锌液的凝固温度(纯锌的凝固温度为419℃),以延长锌花晶体的生长时间,便于锌花长大。例如加入锡(<0.5%),198℃凝固;加入镉,264℃凝固;加入铅,317℃凝固;加入锑(<0.3%),409℃凝固;或者用蒸汽流或SO2气流喷吹镀锌层表面,可及早生成结晶核,形成大的锌花。

其实,锌花只是具有观赏价值,无实际使用价格。相反,在防腐蚀方面并不好,表面涂装后显得凸凹水平。现在人们要求尽量减少锌花或消除锌花。为了获得小锌花,镀锌时,当锌液临近凝固温度时,立即以直径为0.1mm以下的水滴喷射到镀锌板表面上,使其形成细小而均匀的结晶核,为了得到光整锌花,再用小于1%的压下量来进行平整轧制。小锌花适用于涂装,光整锌花适用于深冲压。

5.3镀锌层对钢板的粘附性

受热钢板经过熔融锌液时,固体铁深解,铁锌结合生成铁-锌合金层,合金层外沉积纯锌层,合金层内膜联结钢板基体。铁-锌合金层厚度不均匀,较疏松,易脆,延展性差,容易开裂。钢板表面在镀锌前就已残留着一定数量的铁基盐时,生成的铁-锌合金,其粘附性很差,延展性差,容易剥落。当纯锌层中含有有害杂质,如氧化锌、锌渣、镉及铅时,形成大锌花,或破坏锌层的连续性,容易发生纯锌层的小开裂。当镀锌层过厚,其弯曲性也变差。当镀锌液中加入铝,锌层首先生成Fe2Al5或Fe2Al3,减落了铁-锌合金层,可提高锌层的粘附性。

5.4镀锌层防锈

锌(Zn),比重:7.14g/cm3,熔点419℃,电位-0.76V。钢在空气和水中容易生锈,而锌在大气中的腐蚀率仅为钢在大气中腐蚀率的1/15,镀锌钢板就是用微密的镀锌层保护钢板,免受腐蚀。锌在干燥空气中不易发生变化,而在潮湿的空气中,表面能生成一层很微密的碱式碳酸锌薄膜,它能保护内部锌不再受到腐蚀。镀锌层与钢板组成铁-锌微电池。即使镀锌层局部遭破坏,而露出不太大的钢基体时,钢基体成为阴极而受到保护。

热镀锌板的镀锌层较厚,无孔隙,又有铁-锌合金层,故更耐腐蚀。电镀锌板的镀锌层比电镀锌层更耐腐蚀。

5.4.2白锈的生成和预防

镀锌层表面若粘附一层凝结水,与氧气、二氧化碳、碳化氢、二氧化硫、烟灰、尘土以及其它的化学气体作用后,变成了一种具有腐蚀性的水溶液而附着于镀锌层表面,形成一种电解液。这种电解液与化学稳定性较差的锌层发生了电化学腐蚀,从而产生粉末状的腐蚀产物——白锈[Zn(OH)2-56%、ZnCO3-40%、H2O-4%]。

锌层在室内腐蚀的主要原因是:

①室内空气湿度高;②成品未干燥而人库;

③锌层表面上冷凝有一层水膜,当空气中水分含量达到60%时或在85~95%范围内,以及PH<6,其腐蚀反应较为剧烈。当水温度高达70℃左右时,其对锌层腐蚀速度最快。预防白锈的方法有:①锌板堆放时,表面不能有凝结水;②仓库中应保持空气流通,空气相对湿度不应在60%或85~95%的范围内;③锌板堆放不应有有害气体及过多的灰尘;④将镀锌层表面进行涂油、钝化处理。

5.5镀锌板的机械性能

5.5.1镀锌板性能表(见表11)

5.5.2镀锌板的冲击性能

热镀锌板,由于是在热镀锌流水作业线上生产,是通过连续退火、连续热浸锌液,钢板是在短时间加热和冷却,故其冲压性能比冷轧原板差。由于镀锌层存在铁-锌合金,稍为降低抗拉强度。

电镀锌板,由于在电镀工序中,不受加热、冷却等温度影响,故大致具有冷轧原板相同的冲压加工性能。其镀锌层中,没有生成脆弱的铁-锌合金层,镀锌层的延展性能良好,但由于其表面我孔隙、强度低,易刮伤,易受到干油漆等污染。

电镀锌板在冲压拉伸过程中,容易被刮去锌层,工件表面形成锌渣粒。它在随后的喷粉加热过程中,在220~250℃左右,便升华生成微细气泡颗粒,影响涂层的外观质量。所以,喷涂前,必须把浮表的锌渣打磨消除干净。为了减轻和避免刮锌现象,可以改善冲模拉伸间隙,过渡圆弧半径,可给予适当的工艺润滑,也可选用铬酸盐钝化的镀锌层。

这里特别提出的是,需要深拉伸的工件不宜选用热镀锌板。

6镀锌层表面处理的特性

6.1镀锌层涂油

涂油旨在钢板防锈。油品要在常温干爽的库存条件下一年内不变质;在涂装前处理的碱性涂油剂中可以容易清除掉。对于一些成品工件需要粘贴的部位是不允许有油存在的,而在工件上局部除油,在经济上、安全上和保存上都是不合理的,故一般选用无油板制作。不过无油镀锌板极其制作,要求其存放条件要苛刻些。即通风,无有害气体和灰尘,相对湿度不大于70%。

油品,一般常用矿物油型防锈油(溶剂型),存放时,板材自重蜜叠,不易挥发。制成冲压件后,自然浑发干净。

6.2铬酸年轻钝化

①改善镀锌层表面结构成分及光泽;②提高镀锌层的耐腐蚀性及使用寿命。③防止运输与储存中产生“白锈”;

④为涂刷其它涂层作优良衬底。

钝化——在一定条件下,当金属的电位,位于外加阳极电流或局部阳极电流而移向正方向时,原先溶解的活泼金属表面的状态发生某种突变(氧化物膜或附膜形式)。由于这种突变,阳极溶解过程所服从的规律性也发生了质的变化,而金属的溶解速度则随之急剧下降。金属表面状态的这种突变过程,称之为钝化。

6.2.2铬酸盐钝化剂

共有三氧化铬(CrO3)、铬酸钠(Na2Cr4·10H2O)、铬酸钾(K2CrC4)重铬酸钠(Na2Cr2O7·2H2O)、重铬酸钾(K2CrC7)等五种铬酸盐钝化剂。

6.2.3铬酸盐钝化膜

其主要成分是铬酸锌(ZnCrO4)和铬酸铬(CrO3·Cr2O3·nH2O)。钝化膜中以3价铬最多,其次是水,再其次是6价铬,以铬酸铬的胶体物质形式存在于镀锌层表面。铬酸锌附着于被膜中。它能溶于水,是有害成分,应漂洗干净。

由于钝化膜中的大量3价铬化物难溶于水,隔绝了空气中的氧气和水分的渗入,封闭了镀锌层的孔隙(尤其是电镀锌层)。少量的

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