第一臺355.6mm的MPM軋管機于1978年在Dalmine 不(bu)銹鋼管(guan)廠投產。投產后不斷加以改進，終于發展成世界上生產優質無縫不銹鋼管的主流工藝設備，由于市場要求進一步提高不銹鋼管生產的效益，幾年前這種工藝發展到了它的頂峰。由于PQF工藝的發展，MPM軋管工藝的種種限制已被克服，從而將MPM軋管工藝向前推進了一大步。在中國天津鋼管有限公司（TPCO)PQF軋管機的順利投產表明這種軋管工藝將成為無縫鋼管生產的一種標準工藝。
世(shi)(shi)界上最新型的(de)(de)無縫不(bu)銹鋼管軋(ya)機于2003年年底在天(tian)津(jin)投(tou)產，這是世(shi)(shi)界上第一臺(tai) PQF軋(ya)管機（圖(tu)26-5)。PQF 是 PremiumQuality Finishing 三(san)詞的(de)(de)縮寫。
PQF連軋(ya)(ya)管機能(neng)保證(zheng)最佳的(de)產品(pin)質量(liang)。當然(ran)，只(zhi)有(you)當軋(ya)(ya)管機在日常生產中(zhong)能(neng)保證(zheng)產品(pin)優質，它(ta)才具有(you)真正的(de)競爭優勢。這就需要軋(ya)(ya)機在運(yun)行中(zhong)即堅固可靠(kao)，又易(yi)于操作。
早在1999年，SMS就有(you)發展PQF軋(ya)機的(de)設想。在穿孔和張減(jian)工藝的(de)優化方面，SMS-Meer 擁有(you)多項專門技(ji)術，而(er)SMS-Uemag-Innse的(de)主要(yao)技(ji)術領域(yu)則在MPM連續軋(ya)管工藝方面。
新(xin)的(de)軋(ya)管機設備(bei)的(de)目標是(shi)使鋼管質量(liang)有一個(ge)飛躍，定量(liang)地說，就是(shi)使現在常用的(de)直徑、壁厚公差減少(shao)50%。
世(shi)界(jie)范圍(wei)內無(wu)縫不(bu)銹鋼管(guan)設(she)備制(zhi)(zhi)造的(de)經驗，顯(xian)示出在設(she)備改(gai)進(jin)提高(gao)這(zhe)方(fang)面(mian)具(ju)有(you)很大的(de)潛(qian)力，這(zhe)一潛(qian)力沒有(you)被(bei)挖掘(jue)出來的(de)原因是由于軋(ya)管(guan)設(she)備和輔助設(she)備配置不(bu)當。對于軋(ya)制(zhi)(zhi)全(quan)過程監控而言，缺少合適的(de)檢測技術(shu)，穿孔工藝過程難以掌握(wo)。另外，在軋(ya)制(zhi)(zhi)過程中也(ye)缺乏(fa)進(jin)行適當修正(zheng)調節的(de)執行裝(zhuang)置。
只有(you)當所(suo)有(you)問題(ti)具有(you)一(yi)致且(qie)全(quan)面的解(jie)決(jue)辦(ban)法后，才(cai)能在實(shi)(shi)際運(yun)行中實(shi)(shi)現(xian)既定(ding)的目標(biao)。因此，在PQF這一(yi)理念中結合了一(yi)系列完整的解(jie)決(jue)方案（圖(tu)26-6),包括：
1. 輥(gun)式穿孔機(ji)(ji)，設有最優(you)化的(de)軋輥(gun)箱(xiang)和(he)導衛裝置以及扭轉變形小(xiao)的(de)機(ji)(ji)架；
2. 用(yong)于軋制延伸(shen)的(de)三輥式連(lian)軋機，這(zhe)種(zhong)軋機容易操作，且(qie)產(chan)品(pin)質量優越；
3. HGC輥縫液(ye)壓(ya)調節(jie)系統(tong)，使軋管延(yan)伸階段的壁厚偏差減至最(zui)小(xiao)值(zhi)；
4. CARTA工(gong)藝系(xi)統(tong)，可(ke)以優化(hua)生產(chan)計(ji)劃并在(zai)生產(chan)過程中進行在(zai)線調節；
5. CARTA/FGF,即自由孔(kong)型形狀工藝系統，厚壁管的質量得(de)以優化(hua)；
6. 張(zhang)減(jian)機(ji)(ji)采用三(san)組疊加傳(chuan)動和可調式精(jing)軋(ya)機(ji)(ji)架（FPS)以減(jian)少(shao)張(zhang)減(jian)管的(de)直(zhi)徑偏(pian)差值；
7. LASUS壁(bi)(bi)厚測量(liang)系統，可(ke)對壁(bi)(bi)厚進行可(ke)靠的(de)、高分辨率的(de)測量(liang)；
8. QAS質(zhi)量保證系統，可對測(ce)得的數據進行智能評估，并提(ti)供有效的工藝(yi)過(guo)程監控。
一、三輥式連軋管機
早在20世(shi)紀90年代(dai)初，SMS-Demag-Innse 就對(dui)三輥(gun)(gun)(gun)(gun)軋(ya)(ya)(ya)管機作過(guo)報道(dao)，認(ren)為這是(shi)已發展完(wan)善的(de)(de)二輥(gun)(gun)(gun)(gun)式MPM軋(ya)(ya)(ya)機進一步發展的(de)(de)方向。三輥(gun)(gun)(gun)(gun)式連軋(ya)(ya)(ya)管工(gong)藝(yi)(yi)的(de)(de)優點(dian)是(shi)顯(xian)而易(yi)見(jian)的(de)(de)，因為在張減工(gong)藝(yi)(yi)領域早已實(shi)(shi)現了(le)(le)由(you)二輥(gun)(gun)(gun)(gun)式機架向三輥(gun)(gun)(gun)(gun)式機架的(de)(de)轉變，使無縫不銹(xiu)鋼(gang)管的(de)(de)質量顯(xian)著(zhu)提(ti)高。對(dui)這種工(gong)藝(yi)(yi)危險性的(de)(de)預測(ce)，是(shi)三輥(gun)(gun)(gun)(gun)式軋(ya)(ya)(ya)管工(gong)藝(yi)(yi)應用成熟較晚(wan)的(de)(de)原因之一，因此要盡可能做到不用價格昂(ang)貴的(de)(de)試(shi)驗(yan)軋(ya)(ya)(ya)機來開發與MPM軋(ya)(ya)(ya)機不同(tong)的(de)(de)新(xin)的(de)(de)孔型設計技術，特別要注意將軋(ya)(ya)(ya)件從芯棒(bang)上脫出的(de)(de)問(wen)題(ti)。SMS-Meer 和(he) SMS-Demag-Innse應用以(yi)MPM軋(ya)(ya)(ya)機操(cao)作經驗(yan)為基礎的(de)(de)FEM有限元模擬法（圖(tu)26-7),實(shi)(shi)施了(le)(le)技術安全措施，獲得了(le)(le)為安裝新(xin)的(de)(de)PQF軋(ya)(ya)(ya)管工(gong)藝(yi)(yi)所需的(de)(de)訣竅。這是(shi)一項獨立的(de)(de)技術，它(ta)可安全、切(qie)實(shi)(shi)地被引入實(shi)(shi)際(ji)應用之中。
與兩輥(gun)(gun)式軋管工(gong)(gong)藝相(xiang)(xiang)比，三輥(gun)(gun)式工(gong)(gong)藝在(zai)質量和(he)成本方面(mian)的(de)(de)優越(yue)性(xing)在(zai)于三輥(gun)(gun)式機架中更加(jia)均(jun)(jun)勻(yun)的(de)(de)變(bian)形(xing)過程。三輥(gun)(gun)式結構(gou)使得(de)金屬(shu)流變(bian)得(de)均(jun)(jun)勻(yun)，原(yuan)因(yin)是軋輥(gun)(gun)和(he)管件間的(de)(de)相(xiang)(xiang)對速度大約降低了(le)50%,軋制力沿周邊和(he)自(zi)由(you)變(bian)形(xing)區的(de)(de)分布更加(jia)合理，未加(jia)控制的(de)(de)變(bian)形(xing)只有兩輥(gun)(gun)式軋管工(gong)(gong)藝的(de)(de)一半。更加(jia)均(jun)(jun)勻(yun)的(de)(de)變(bian)形(xing)意味著管件截面(mian)內的(de)(de)壁厚偏差較(jiao)小(xiao)(xiao)，與具(ju)有影(ying)響力的(de)(de)變(bian)量的(de)(de)關聯(lian)性(xing)較(jiao)小(xiao)(xiao)，金屬(shu)變(bian)形(xing)應力就相(xiang)(xiang)對較(jiao)低。
從不銹鋼(gang)管(guan)廠的(de)角度來(lai)看，三輥式軋管(guan)機的(de)一(yi)個主要優點是軋制(zhi)過程穩定(ding)，而且易于掌握。這(zhe)個優點很重要，因為確定(ding)這(zhe)種軋制(zhi)過程的(de)先決(jue)條件(jian)就是在(zai)日常生(sheng)產(chan)中確保產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)的(de)可(ke)靠性(xing)和持久性(xing)。上述較低的(de)金(jin)(jin)屬(shu)應(ying)力使得(de)產(chan)品(pin)范(fan)圍得(de)以擴大到(dao)薄(bo)壁管(guan)和合金(jin)(jin)含量(liang)較高的(de)鋼(gang)管(guan)。
三輥式連軋管(guan)機可以達到無縫鋼(gang)管(guan)軋機靈活性(xing)高、在較短的(de)時(shi)間內小(xiao)批量生產不同(tong)規格的(de)管(guan)子的(de)要求、同(tong)時(shi)具(ju)有成(cheng)本較低(di)和(he)尺寸偏差較小(xiao)等優點。
為了(le)將(jiang)這(zhe)些成果應(ying)用于三輥(gun)軋管工藝過(guo)程(cheng)，PQF軋機結合了(le)以(yi)下機械設計(ji)特點：軋輥(gun)的(de)準確定位(wei)和保(bao)持正定位(wei)置的(de)穩(wen)定性，同時在軋制過(guo)程(cheng)中可以(yi)調節軋輥(gun)孔(kong)型。
軋輥(gun)(gun)裝(zhuang)(zhuang)在可擺動的(de)橫臂上，然后裝(zhuang)(zhuang)入機(ji)(ji)架的(de)機(ji)(ji)芯（圖(tu)26-8)。機(ji)(ji)芯裝(zhuang)(zhuang)在隧道式機(ji)(ji)座內，后者裝(zhuang)(zhuang)有調(diao)整軋輥(gun)(gun)位(wei)置的(de)液壓小(xiao)艙(cang)（每(mei)一個軋輥(gun)(gun)設有一個液壓小(xiao)艙(cang)），這(zhe)些(xie)結構均使軋機(ji)(ji)既穩定又緊湊，使得軋輥(gun)(gun)定位(wei)和芯棒導向具有很(hen)高的(de)準(zhun)確(que)度(du)，從而將(jiang)變形過程(cheng)設計得很(hen)精(jing)確(que)。
和兩輥式MPM軋(ya)機(ji)相比較，上述(shu)結構(gou)又(you)具(ju)有以下優點：
1. 軋機總體設(she)計(ji)緊湊，基座深度最小；
2. 機架間距較小，芯棒(bang)長度(du)較短，并具有(you)最佳的芯棒(bang)導引系統；
3. 在封閉固定的環(huan)狀機架(jia)(jia)框架(jia)(jia)內，三股軋輥力互呈120°,可相互對稱(cheng)吸收(shou)；
4. 由于變形均勻再加上每(mei)一個軋輥機可(ke)以液(ye)壓調(diao)整(zheng)，可(ke)以實現軋縫的自(zi)動(dong)調(diao)整(zheng)；
5. 軸承間距離較(jiao)短，作用(yong)在每(mei)一個軋輥上的(de)軋制力較(jiao)小，因此(ci)彎曲力矩較(jiao)小，從而使孔型的(de)改變(bian)量最小，管子公差明顯降(jiang)低。
二、壁厚測量(liang)
LASUS是(shi)設在軋(ya)機熱軋(ya)區的(de)(de)超聲波(bo)壁厚(hou)(hou)測量系(xi)統（圖26-9),其(qi)工藝技術原理和(he)冷管(guan)超聲波(bo)探傷基(ji)本相同(tong)，具(ju)有同(tong)樣高的(de)(de)精確性、局部分辨(bian)率(lv)和(he)可靠性。上述(shu)測量技術特(te)性對(dui)于(yu)正確而詳盡地(di)記錄熱軋(ya)管(guan)壁厚(hou)(hou)結構(gou)具(ju)有決定性意義，這樣就(jiu)可以在生(sheng)產過程中進行(xing)正確的(de)(de)介入。
測量頭(tou)（探(tan)頭(tou)）裝(zhuang)在(zai)抽芯棒裝(zhuang)置的軋(ya)出區(qu)，它對PQF熱軋(ya)管(guan)和(he)穿孔坯(pi)的軋(ya)制數據進行記錄。在(zai)張減機的輸(shu)出端則設有另一個測量頭(tou)以(yi)記錄熱軋(ya)荒管(guan)的壁厚偏差，并對管(guan)端增厚和(he)內(nei)六角(jiao)形加以(yi)確認。
三、質量(liang)保證系統
穿孔(kong)機和連軋(ya)管機對壁厚(hou)形成的影響(xiang)可(ke)借QAS系統(tong)中(zhong)適當的分(fen)(fen)析技術而加(jia)以區(qu)分(fen)(fen)，從而對兩個(ge)機組分(fen)(fen)別實現工藝過(guo)程(cheng)最佳化。在各種(zhong)情況(kuang)下可(ke)由(you)單(dan)通道測(ce)量(liang)系統(tong)來對這兩種(zhong)影響(xiang)進(jin)行(xing)區(qu)分(fen)(fen)，此時由(you)機器人控制測(ce)量(liang)頭(tou)圍(wei)繞工件(jian)的軸(zhou)線(xian)回(hui)轉(zhuan)。在QAS系統(tong)中(zhong)設(she)有被測(ce)數(shu)據(ju)的智能評價系統(tong)，這一系統(tong)對所測(ce)得的數(shu)據(ju)沿周邊或(huo)軸(zhou)向(xiang)進(jin)行(xing)正確分(fen)(fen)類，然后加(jia)以分(fen)(fen)析評估(gu)。
四、CARTA工藝技(ji)術(shu)系統
CARTA工(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)為三(san)大(da)軋機(ji)，即穿孔機(ji)、PQF軋機(ji)和(he)張減機(ji)提供優化操作所需的(de)技(ji)術(shu)。借助于CARTA工(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)，生產計(ji)劃子系(xi)(xi)統(tong)(tong)得以確定(ding)工(gong)具(ju)及(ji)其整定(ding)數據。CARTA工(gong)具(ju)管(guan)理系(xi)(xi)統(tong)(tong)可以保證工(gong)具(ju)的(de)正確加工(gong)以及(ji)工(gong)具(ju)機(ji)架的(de)正確管(guan)理。CARTA過程管(guan)理系(xi)(xi)統(tong)(tong)完成過程控制，從而修正整定(ding)值(zhi)，使尺寸偏(pian)差減至(zhi)最小。CARTA工(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)包括以下6個系(xi)(xi)統(tong)(tong)：
1. CARTA-CPM 這一系統得(de)以(yi)保證穿孔機(ji)最(zui)佳化運(yun)行所需的(de)工藝(yi)技術，即提(ti)供軋制表所需的(de)工具(ju)數據及其整定(ding)值(zhi)，而且可以(yi)在(zai)生產過程中對(dui)整定(ding)值(zhi)加以(yi)修正。
2. CARTA/EC(穿孔機壁厚(hou)(hou)不(bu)均(jun)(jun)控制系(xi)統） 采(cai)用(yong)CAR-TA-EC 對壁厚(hou)(hou)不(bu)均(jun)(jun)加以(yi)控制可(ke)獲得良好的經(jing)濟(ji)效益，這一系(xi)統由過(guo)程數據分析和故障(zhang)診斷兩(liang)個系(xi)統組成，其功能是大(da)大(da)改善穿孔機壁厚(hou)(hou)不(bu)均(jun)(jun)的狀況。
3. CARTA/PQF 借助(zhu)于CARTA/PQF的PSS過(guo)程監控(kong)系(xi)統（Process Supervision System)以及CARTA/PQF的液壓輥縫調(diao)節控(kong)制(zhi)系(xi)統（HGC),可(ke)在軋(ya)制(zhi)過(guo)程中(zhong)對(dui)軋(ya)機調(diao)整(zheng)進行修正，這樣可(ke)對(dui)管子產生補償影響。
更換軋(ya)制規格時，有時往往需要改變(bian)輥縫調整或改變(bian)速度(du)系列，從而(er)改變(bian)中(zhong)(zhong)間機架張力狀態或延伸(shen)系數分配以(yi)優化變(bian)形過(guo)程(cheng)。這樣，可改變(bian)在軋(ya)制過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)摩擦力、溫度(du)和材(cai)料性能的(de)影響。輥縫調整也(ye)可以(yi)在軋(ya)制過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)進行(xing)，以(yi)便使溫度(du)的(de)影響得以(yi)補償(chang)。此外，軋(ya)制過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)芯棒磨(mo)損的(de)影響也(ye)可以(yi)采(cai)(cai)用適應性調整而(er)加以(yi)修正(zheng)。采(cai)(cai)用這一系統也(ye)可以(yi)使管端軋(ya)得薄一些，以(yi)減(jian)少在張減(jian)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)管端的(de)增(zeng)厚。
4. CARTA/SRM 采用這(zhe)一系(xi)統(tong)，張(zhang)減(jian)機(ji)的軋(ya)輥速度(du)可以自動適(shi)應，從(cong)而將壁(bi)厚(hou)(hou)偏差減(jian)至最小。通(tong)常(chang)所配(pei)置的過(guo)程控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)包括管端控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)CEC和平均壁(bi)厚(hou)(hou)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)WTCA/L.工(gong)件(jian)通(tong)過(guo)張(zhang)減(jian)機(ji)時，控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)調整工(gong)件(jian)的延伸，使(shi)壁(bi)厚(hou)(hou)符合要求。與沒有設(she)置控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)的張(zhang)減(jian)機(ji)相比較，壁(bi)厚(hou)(hou)偏差精度(du)和收得率能(neng)提高幾(ji)個百分點。從(cong)運行經濟性(xing)的角度(du)看，有必(bi)要設(she)置這(zhe)種形式的控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)。
5. CARTA/FPS 成品機(ji)架(jia)采用(yong)(yong)可(ke)調(diao)(diao)機(ji)架(jia)（FPS),可(ke)以減(jian)小直徑偏差(cha)，即降低平均(jun)壁厚偏差(cha)和(he)不圓度。圖26-10所示的(de)是用(yong)(yong)于這一用(yong)(yong)途的(de)具有可(ke)調(diao)(diao)機(ji)架(jia)的(de)張減(jian)機(ji)。CARTA/FPS的(de)功(gong)能(neng)是管理專用(yong)(yong)機(ji)架(jia)和(he)確(que)定其(qi)整定值。
6. CARTA/PL(Planning)這一系統(tong)對測得的數據、操作臺的輸入值(zhi)和設計數據等工藝參數進行評估，其目的在于建立經(jing)驗(yan)數據庫，優化過程計劃，利用從生(sheng)產操作中獲得的經(jing)驗(yan)進行生(sheng)產過程控制。采(cai)用這一子(zi)系統(tong)的目的是使(shi)一批管(guan)子(zi)的生(sheng)產中以最小(xiao)量的管(guan)件生(sheng)產出(chu)符合規定公差的管(guan)子(zi)。
所有以上這(zhe)些新技術的目的在于提高無縫不銹鋼(gang)管生(sheng)產的靈活(huo)性，并使尺寸(cun)偏差降(jiang)為(wei)最小值。
五(wu)、天(tian)津鋼管集團(tuan)有限(xian)公司（TPCO)的PQF連(lian)軋管機
天津鋼(gang)管集團有(you)限公(gong)司的(de)三輥連軋(ya)管機融合了PQF軋(ya)管工藝所(suo)有(you)的(de)精(jing)粹功能，也是(shi)世(shi)界上首臺此類軋(ya)機。該廠所(suo)生產的(de)不銹(xiu)鋼(gang)管外(wai)徑(jing)為31.8~168.3mm,年產量為40萬/噸。主要設備組成為：環形爐；錐輥式穿孔機；5機架(jia)PQF軋(ya)管機，其前設有(you)空軋(ya)機架(jia)，其后設有(you)芯棒抽出(chu)機；再加熱爐；24架(jia)張減機。
為縮短節奏時，增加產量，軋機的芯棒由抽出裝置抽出，為此芯棒抽出機設有液壓輥縫控制設施。PQF三輥軋管工藝比較容易掌握，易于達到高級產品質量水平，可軋制如304L不銹鋼等合金含量較高的鋼管，因此可以說實現了軋管工藝技術更進一步的目標。
