第一臺(tái)355.6mm的MPM軋管機(jī)于1978年在Dalmine 不銹鋼管廠投產(chǎn)。投產(chǎn)后不斷加以改進(jìn)，終于發(fā)展成世界上生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)無(wú)縫不銹鋼管的主流工藝設(shè)備，由于市場(chǎng)要求進(jìn)一步提高不銹鋼管生產(chǎn)的效益，幾年前這種工藝發(fā)展到了它的頂峰。由于PQF工藝的發(fā)展，MPM軋管工藝的種種限制已被克服，從而將MPM軋管工藝向前推進(jìn)了一大步。在中國(guó)天津鋼管有限公司（TPCO)PQF軋管機(jī)的順利投產(chǎn)表明這種軋管工藝將成為無(wú)縫鋼管生產(chǎn)的一種標(biāo)準(zhǔn)工藝。
世界上最新型的無(wú)縫不銹鋼管軋機(jī)于2003年年底在天津投產(chǎn)，這是世界上第一臺(tái) PQF軋管機(jī)（圖26-5)。PQF 是 PremiumQuality Finishing 三詞的縮寫。
PQF連軋管機(jī)能保證最佳的產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)然，只有當(dāng)軋管機(jī)在日常生產(chǎn)中能保證產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)，它才具有真正的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。這就需要軋機(jī)在運(yùn)行中即堅(jiān)固可靠，又易于操作。
早在1999年，SMS就有發(fā)展PQF軋機(jī)的設(shè)想。在穿孔和張減工藝的優(yōu)化方面，SMS-Meer 擁有多項(xiàng)專門技術(shù)，而SMS-Uemag-Innse的主要技術(shù)領(lǐng)域則在MPM連續(xù)軋管工藝方面。
新的軋管機(jī)設(shè)備的目標(biāo)是使鋼管質(zhì)量有一個(gè)飛躍，定量地說(shuō)，就是使現(xiàn)在常用的直徑、壁厚公差減少50%。
世界范圍內(nèi)無(wú)縫不銹鋼管設(shè)備制造的經(jīng)驗(yàn)，顯示出在設(shè)備改進(jìn)提高這方面具有很大的潛力，這一潛力沒(méi)有被挖掘出來(lái)的原因是由于軋管設(shè)備和輔助設(shè)備配置不當(dāng)。對(duì)于軋制全過(guò)程監(jiān)控而言，缺少合適的檢測(cè)技術(shù)，穿孔工藝過(guò)程難以掌握。另外，在軋制過(guò)程中也缺乏進(jìn)行適當(dāng)修正調(diào)節(jié)的執(zhí)行裝置。
只有當(dāng)所有問(wèn)題具有一致且全面的解決辦法后，才能在實(shí)際運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)既定的目標(biāo)。因此，在PQF這一理念中結(jié)合了一系列完整的解決方案（圖26-6),包括：
1. 輥式穿孔機(jī)，設(shè)有最優(yōu)化的軋輥箱和導(dǎo)衛(wèi)裝置以及扭轉(zhuǎn)變形小的機(jī)架；
2. 用于軋制延伸的三輥式連軋機(jī)，這種軋機(jī)容易操作，且產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)越；
3. HGC輥縫液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使軋管延伸階段的壁厚偏差減至最小值；
4. CARTA工藝系統(tǒng)，可以優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃并在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行在線調(diào)節(jié)；
5. CARTA/FGF,即自由孔型形狀工藝系統(tǒng)，厚壁管的質(zhì)量得以優(yōu)化；
6. 張減機(jī)采用三組疊加傳動(dòng)和可調(diào)式精軋機(jī)架（FPS)以減少?gòu)垳p管的直徑偏差值；
7. LASUS壁厚測(cè)量系統(tǒng)，可對(duì)壁厚進(jìn)行可靠的、高分辨率的測(cè)量；
8. QAS質(zhì)量保證系統(tǒng)，可對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能評(píng)估，并提供有效的工藝過(guò)程監(jiān)控。
一、三輥式連軋管機(jī)
早在20世紀(jì)90年代初，SMS-Demag-Innse 就對(duì)三輥軋管機(jī)作過(guò)報(bào)道，認(rèn)為這是已發(fā)展完善的二輥式MPM軋機(jī)進(jìn)一步發(fā)展的方向。三輥式連軋管工藝的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，因?yàn)樵趶垳p工藝領(lǐng)域早已實(shí)現(xiàn)了由二輥式機(jī)架向三輥式機(jī)架的轉(zhuǎn)變，使無(wú)縫不銹鋼管的質(zhì)量顯著提高。對(duì)這種工藝危險(xiǎn)性的預(yù)測(cè)，是三輥式軋管工藝應(yīng)用成熟較晚的原因之一，因此要盡可能做到不用價(jià)格昂貴的試驗(yàn)軋機(jī)來(lái)開發(fā)與MPM軋機(jī)不同的新的孔型設(shè)計(jì)技術(shù)，特別要注意將軋件從芯棒上脫出的問(wèn)題。SMS-Meer 和 SMS-Demag-Innse應(yīng)用以MPM軋機(jī)操作經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的FEM有限元模擬法（圖26-7),實(shí)施了技術(shù)安全措施，獲得了為安裝新的PQF軋管工藝所需的訣竅。這是一項(xiàng)獨(dú)立的技術(shù)，它可安全、切實(shí)地被引入實(shí)際應(yīng)用之中。
與兩輥式軋管工藝相比，三輥式工藝在質(zhì)量和成本方面的優(yōu)越性在于三輥式機(jī)架中更加均勻的變形過(guò)程。三輥式結(jié)構(gòu)使得金屬流變得均勻，原因是軋輥和管件間的相對(duì)速度大約降低了50%,軋制力沿周邊和自由變形區(qū)的分布更加合理，未加控制的變形只有兩輥式軋管工藝的一半。更加均勻的變形意味著管件截面內(nèi)的壁厚偏差較小，與具有影響力的變量的關(guān)聯(lián)性較小，金屬變形應(yīng)力就相對(duì)較低。
從不銹鋼管廠的角度來(lái)看，三輥式軋管機(jī)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是軋制過(guò)程穩(wěn)定，而且易于掌握。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)很重要，因?yàn)榇_定這種軋制過(guò)程的先決條件就是在日常生產(chǎn)中確保產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性和持久性。上述較低的金屬應(yīng)力使得產(chǎn)品范圍得以擴(kuò)大到薄壁管和合金含量較高的鋼管。
三輥式連軋管機(jī)可以達(dá)到無(wú)縫鋼管軋機(jī)靈活性高、在較短的時(shí)間內(nèi)小批量生產(chǎn)不同規(guī)格的管子的要求、同時(shí)具有成本較低和尺寸偏差較小等優(yōu)點(diǎn)。
為了將這些成果應(yīng)用于三輥軋管工藝過(guò)程，PQF軋機(jī)結(jié)合了以下機(jī)械設(shè)計(jì)特點(diǎn)：軋輥的準(zhǔn)確定位和保持正定位置的穩(wěn)定性，同時(shí)在軋制過(guò)程中可以調(diào)節(jié)軋輥孔型。
軋輥裝在可擺動(dòng)的橫臂上，然后裝入機(jī)架的機(jī)芯（圖26-8)。機(jī)芯裝在隧道式機(jī)座內(nèi)，后者裝有調(diào)整軋輥位置的液壓小艙（每一個(gè)軋輥設(shè)有一個(gè)液壓小艙），這些結(jié)構(gòu)均使軋機(jī)既穩(wěn)定又緊湊，使得軋輥定位和芯棒導(dǎo)向具有很高的準(zhǔn)確度，從而將變形過(guò)程設(shè)計(jì)得很精確。
和兩輥式MPM軋機(jī)相比較，上述結(jié)構(gòu)又具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1. 軋機(jī)總體設(shè)計(jì)緊湊，基座深度最小；
2. 機(jī)架間距較小，芯棒長(zhǎng)度較短，并具有最佳的芯棒導(dǎo)引系統(tǒng)；
3. 在封閉固定的環(huán)狀機(jī)架框架內(nèi)，三股軋輥力互呈120°,可相互對(duì)稱吸收；
4. 由于變形均勻再加上每一個(gè)軋輥機(jī)可以液壓調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)軋縫的自動(dòng)調(diào)整；
5. 軸承間距離較短，作用在每一個(gè)軋輥上的軋制力較小，因此彎曲力矩較小，從而使孔型的改變量最小，管子公差明顯降低。
二、壁厚測(cè)量
LASUS是設(shè)在軋機(jī)熱軋區(qū)的超聲波壁厚測(cè)量系統(tǒng)（圖26-9),其工藝技術(shù)原理和冷管超聲波探傷基本相同，具有同樣高的精確性、局部分辨率和可靠性。上述測(cè)量技術(shù)特性對(duì)于正確而詳盡地記錄熱軋管壁厚結(jié)構(gòu)具有決定性意義，這樣就可以在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行正確的介入。
測(cè)量頭（探頭）裝在抽芯棒裝置的軋出區(qū)，它對(duì)PQF熱軋管和穿孔坯的軋制數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。在張減機(jī)的輸出端則設(shè)有另一個(gè)測(cè)量頭以記錄熱軋荒管的壁厚偏差，并對(duì)管端增厚和內(nèi)六角形加以確認(rèn)。
三、質(zhì)量保證系統(tǒng)
穿孔機(jī)和連軋管機(jī)對(duì)壁厚形成的影響可借QAS系統(tǒng)中適當(dāng)?shù)姆治黾夹g(shù)而加以區(qū)分，從而對(duì)兩個(gè)機(jī)組分別實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程最佳化。在各種情況下可由單通道測(cè)量系統(tǒng)來(lái)對(duì)這兩種影響進(jìn)行區(qū)分，此時(shí)由機(jī)器人控制測(cè)量頭圍繞工件的軸線回轉(zhuǎn)。在QAS系統(tǒng)中設(shè)有被測(cè)數(shù)據(jù)的智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)，這一系統(tǒng)對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)沿周邊或軸向進(jìn)行正確分類，然后加以分析評(píng)估。
四、CARTA工藝技術(shù)系統(tǒng)
CARTA工藝技術(shù)系統(tǒng)為三大軋機(jī)，即穿孔機(jī)、PQF軋機(jī)和張減機(jī)提供優(yōu)化操作所需的技術(shù)。借助于CARTA工藝技術(shù)，生產(chǎn)計(jì)劃子系統(tǒng)得以確定工具及其整定數(shù)據(jù)。CARTA工具管理系統(tǒng)可以保證工具的正確加工以及工具機(jī)架的正確管理。CARTA過(guò)程管理系統(tǒng)完成過(guò)程控制，從而修正整定值，使尺寸偏差減至最小。CARTA工藝技術(shù)系統(tǒng)包括以下6個(gè)系統(tǒng)：
1. CARTA-CPM 這一系統(tǒng)得以保證穿孔機(jī)最佳化運(yùn)行所需的工藝技術(shù)，即提供軋制表所需的工具數(shù)據(jù)及其整定值，而且可以在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)整定值加以修正。
2. CARTA/EC(穿孔機(jī)壁厚不均控制系統(tǒng)） 采用CAR-TA-EC 對(duì)壁厚不均加以控制可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，這一系統(tǒng)由過(guò)程數(shù)據(jù)分析和故障診斷兩個(gè)系統(tǒng)組成，其功能是大大改善穿孔機(jī)壁厚不均的狀況。
3. CARTA/PQF 借助于CARTA/PQF的PSS過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)（Process Supervision System)以及CARTA/PQF的液壓輥縫調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)（HGC),可在軋制過(guò)程中對(duì)軋機(jī)調(diào)整進(jìn)行修正，這樣可對(duì)管子產(chǎn)生補(bǔ)償影響。
更換軋制規(guī)格時(shí)，有時(shí)往往需要改變輥縫調(diào)整或改變速度系列，從而改變中間機(jī)架張力狀態(tài)或延伸系數(shù)分配以優(yōu)化變形過(guò)程。這樣，可改變?cè)谲堉七^(guò)程中的摩擦力、溫度和材料性能的影響。輥縫調(diào)整也可以在軋制過(guò)程中進(jìn)行，以便使溫度的影響得以補(bǔ)償。此外，軋制過(guò)程中芯棒磨損的影響也可以采用適應(yīng)性調(diào)整而加以修正。采用這一系統(tǒng)也可以使管端軋得薄一些，以減少在張減過(guò)程中的管端的增厚。
4. CARTA/SRM 采用這一系統(tǒng)，張減機(jī)的軋輥速度可以自動(dòng)適應(yīng)，從而將壁厚偏差減至最小。通常所配置的過(guò)程控制系統(tǒng)包括管端控制系統(tǒng)CEC和平均壁厚控制系統(tǒng)WTCA/L.工件通過(guò)張減機(jī)時(shí)，控制系統(tǒng)調(diào)整工件的延伸，使壁厚符合要求。與沒(méi)有設(shè)置控制系統(tǒng)的張減機(jī)相比較，壁厚偏差精度和收得率能提高幾個(gè)百分點(diǎn)。從運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的角度看，有必要設(shè)置這種形式的控制系統(tǒng)。
5. CARTA/FPS 成品機(jī)架采用可調(diào)機(jī)架（FPS),可以減小直徑偏差，即降低平均壁厚偏差和不圓度。圖26-10所示的是用于這一用途的具有可調(diào)機(jī)架的張減機(jī)。CARTA/FPS的功能是管理專用機(jī)架和確定其整定值。
6. CARTA/PL(Planning)這一系統(tǒng)對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)、操作臺(tái)的輸入值和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)等工藝參數(shù)進(jìn)行評(píng)估，其目的在于建立經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，優(yōu)化過(guò)程計(jì)劃，利用從生產(chǎn)操作中獲得的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程控制。采用這一子系統(tǒng)的目的是使一批管子的生產(chǎn)中以最小量的管件生產(chǎn)出符合規(guī)定公差的管子。
所有以上這些新技術(shù)的目的在于提高無(wú)縫不銹鋼管生產(chǎn)的靈活性，并使尺寸偏差降為最小值。
五、天津鋼管集團(tuán)有限公司（TPCO)的PQF連軋管機(jī)
天津鋼管集團(tuán)有限公司的三輥連軋管機(jī)融合了PQF軋管工藝所有的精粹功能，也是世界上首臺(tái)此類軋機(jī)。該廠所生產(chǎn)的不銹鋼管外徑為31.8~168.3mm,年產(chǎn)量為40萬(wàn)/噸。主要設(shè)備組成為：環(huán)形爐；錐輥式穿孔機(jī)；5機(jī)架PQF軋管機(jī)，其前設(shè)有空軋機(jī)架，其后設(shè)有芯棒抽出機(jī)；再加熱爐；24架張減機(jī)。
為縮短節(jié)奏時(shí)，增加產(chǎn)量，軋機(jī)的芯棒由抽出裝置抽出，為此芯棒抽出機(jī)設(shè)有液壓輥縫控制設(shè)施。PQF三輥軋管工藝比較容易掌握，易于達(dá)到高級(jí)產(chǎn)品質(zhì)量水平，可軋制如304L不銹鋼等合金含量較高的鋼管，因此可以說(shuō)實(shí)現(xiàn)了軋管工藝技術(shù)更進(jìn)一步的目標(biāo)。
