第一臺355.6mm的MPM軋管機于1978年在Dalmine 不(bu)銹(xiu)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。
世界(jie)上最新(xin)型的無(wu)縫不銹鋼管軋機(ji)于(yu)2003年年底在天津投(tou)產(chan)，這是世界(jie)上第一臺 PQF軋管機(ji)（圖(tu)26-5)。PQF 是 PremiumQuality Finishing 三詞的縮寫(xie)。
PQF連(lian)軋管機(ji)(ji)能保證最佳(jia)的產品(pin)質(zhi)量。當然(ran)，只(zhi)有當軋管機(ji)(ji)在(zai)(zai)日常生(sheng)產中能保證產品(pin)優(you)質(zhi)，它才具有真正(zheng)的競爭優(you)勢。這就需要軋機(ji)(ji)在(zai)(zai)運行中即堅固可靠(kao)，又易于操(cao)作(zuo)。
早在1999年，SMS就有(you)發展(zhan)PQF軋機的(de)(de)設(she)想。在穿孔和張減工(gong)藝的(de)(de)優化方面(mian)，SMS-Meer 擁有(you)多項(xiang)專門技術，而(er)SMS-Uemag-Innse的(de)(de)主要技術領域則在MPM連續軋管(guan)工(gong)藝方面(mian)。
新的軋管機設(she)備的目標是(shi)使鋼管質量有一個飛躍，定(ding)量地說(shuo)，就是(shi)使現在常用的直(zhi)徑、壁厚(hou)公差減少50%。
世(shi)界范圍內(nei)無(wu)縫不銹鋼管設(she)備(bei)制(zhi)(zhi)造的經驗，顯示出(chu)在設(she)備(bei)改進(jin)(jin)提(ti)高這方面具有很(hen)大的潛力，這一潛力沒有被挖掘出(chu)來(lai)的原(yuan)因是由于軋管設(she)備(bei)和(he)輔助(zhu)設(she)備(bei)配置不當(dang)(dang)。對于軋制(zhi)(zhi)全過(guo)程監控而言(yan)，缺少合(he)適的檢測技術，穿孔工藝過(guo)程難以掌握。另外，在軋制(zhi)(zhi)過(guo)程中也缺乏進(jin)(jin)行適當(dang)(dang)修正調節的執行裝置。
只有當所有問題具有一致且全(quan)面的解決辦法(fa)后，才能在(zai)實際運行中實現既定(ding)的目標。因(yin)此，在(zai)PQF這(zhe)一理念中結(jie)合(he)了一系列完(wan)整的解決方案(an)（圖(tu)26-6),包括(kuo)：
1. 輥式穿孔機，設有最優化的(de)軋輥箱和導(dao)衛裝(zhuang)置以及扭轉(zhuan)變形小的(de)機架；
2. 用于軋(ya)制延伸的三輥(gun)式(shi)連軋(ya)機，這種軋(ya)機容易操作，且產品質量優越；
3. HGC輥縫液壓調(diao)節系統(tong)，使軋管延伸階段的(de)壁厚偏差減(jian)至最小(xiao)值；
4. CARTA工藝(yi)系統，可以(yi)優化生(sheng)產計劃并在生(sheng)產過程中進行在線調節；
5. CARTA/FGF,即自由孔型形(xing)狀工藝系統，厚壁管的質量得以優化；
6. 張(zhang)減機采用三組疊(die)加傳(chuan)動和可調式精軋機架（FPS)以減少張(zhang)減管的直徑偏(pian)差(cha)值；
7. LASUS壁厚測量系統(tong)，可(ke)對壁厚進(jin)行可(ke)靠的、高分辨率的測量；
8. QAS質量保證系統，可(ke)對(dui)測得(de)的(de)數據進行(xing)智能評估，并提供有效的(de)工藝過程監控。
一、三輥式連軋管機(ji)
早在20世紀90年代初，SMS-Demag-Innse 就對三輥軋(ya)管(guan)機作過報道，認(ren)為這(zhe)是(shi)已發展完善的(de)(de)(de)(de)(de)(de)二(er)輥式(shi)(shi)(shi)MPM軋(ya)機進一(yi)步發展的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向。三輥式(shi)(shi)(shi)連(lian)軋(ya)管(guan)工(gong)藝(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)優點是(shi)顯而易(yi)見的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因(yin)為在張減(jian)工(gong)藝(yi)領域早已實(shi)現了(le)由(you)二(er)輥式(shi)(shi)(shi)機架向三輥式(shi)(shi)(shi)機架的(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉變(bian)，使無縫(feng)不(bu)銹鋼管(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)量顯著(zhu)提高。對這(zhe)種工(gong)藝(yi)危(wei)險性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)預(yu)測，是(shi)三輥式(shi)(shi)(shi)軋(ya)管(guan)工(gong)藝(yi)應用(yong)成熟較晚(wan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原因(yin)之一(yi)，因(yin)此(ci)要盡可能(neng)做到不(bu)用(yong)價格昂貴(gui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)試(shi)驗軋(ya)機來(lai)開(kai)發與MPM軋(ya)機不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)孔型設計技(ji)術(shu)，特別要注意將軋(ya)件從芯(xin)棒上脫出的(de)(de)(de)(de)(de)(de)問(wen)題。SMS-Meer 和 SMS-Demag-Innse應用(yong)以MPM軋(ya)機操作經驗為基礎的(de)(de)(de)(de)(de)(de)FEM有限元模擬法（圖26-7),實(shi)施了(le)技(ji)術(shu)安全措(cuo)施，獲得了(le)為安裝新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)PQF軋(ya)管(guan)工(gong)藝(yi)所需的(de)(de)(de)(de)(de)(de)訣竅(qiao)。這(zhe)是(shi)一(yi)項獨立(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)術(shu)，它可安全、切(qie)實(shi)地被引(yin)入實(shi)際應用(yong)之中。
與兩輥(gun)式(shi)軋管(guan)工(gong)藝相比，三輥(gun)式(shi)工(gong)藝在質(zhi)量(liang)和(he)成(cheng)本方面(mian)的(de)(de)優越性(xing)在于三輥(gun)式(shi)機架中更加(jia)(jia)均勻(yun)的(de)(de)變(bian)形(xing)(xing)過程。三輥(gun)式(shi)結構(gou)使得(de)金屬流變(bian)得(de)均勻(yun)，原因是軋輥(gun)和(he)管(guan)件間的(de)(de)相對速度(du)大約降低(di)(di)了50%,軋制(zhi)力沿周邊和(he)自由變(bian)形(xing)(xing)區(qu)的(de)(de)分布更加(jia)(jia)合理，未加(jia)(jia)控制(zhi)的(de)(de)變(bian)形(xing)(xing)只有兩輥(gun)式(shi)軋管(guan)工(gong)藝的(de)(de)一半。更加(jia)(jia)均勻(yun)的(de)(de)變(bian)形(xing)(xing)意味(wei)著管(guan)件截(jie)面(mian)內的(de)(de)壁厚偏差較(jiao)(jiao)小(xiao)，與具有影響力的(de)(de)變(bian)量(liang)的(de)(de)關聯性(xing)較(jiao)(jiao)小(xiao)，金屬變(bian)形(xing)(xing)應力就相對較(jiao)(jiao)低(di)(di)。
從不銹鋼管廠的(de)(de)(de)角(jiao)度來看，三輥(gun)式軋(ya)管機的(de)(de)(de)一(yi)個(ge)主(zhu)要優點(dian)是軋(ya)制(zhi)過程穩定，而且(qie)易于掌(zhang)握。這(zhe)個(ge)優點(dian)很重要，因為確(que)定這(zhe)種軋(ya)制(zhi)過程的(de)(de)(de)先決(jue)條件就是在(zai)日常生產中確(que)保產品(pin)(pin)質量的(de)(de)(de)可(ke)靠性(xing)和(he)持(chi)久性(xing)。上述較(jiao)低的(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)應力(li)使(shi)得產品(pin)(pin)范圍(wei)得以(yi)擴大到薄壁管和(he)合金(jin)含量較(jiao)高的(de)(de)(de)鋼管。
三輥式連軋管機可(ke)以達到無縫(feng)鋼管軋機靈活(huo)性高(gao)、在較(jiao)短(duan)的時(shi)(shi)間內小(xiao)批量生產不同(tong)規格的管子的要(yao)求(qiu)、同(tong)時(shi)(shi)具有成本較(jiao)低和尺寸偏差(cha)較(jiao)小(xiao)等優點。
為了(le)將這(zhe)些成果應用于三(san)輥(gun)軋(ya)(ya)管工藝過程，PQF軋(ya)(ya)機結合了(le)以下機械(xie)設計特點：軋(ya)(ya)輥(gun)的(de)準(zhun)確定(ding)(ding)位(wei)和保持正(zheng)定(ding)(ding)位(wei)置的(de)穩定(ding)(ding)性，同時在軋(ya)(ya)制(zhi)過程中可以調節軋(ya)(ya)輥(gun)孔(kong)型(xing)。
軋(ya)輥裝在可擺動的橫(heng)臂上，然后(hou)裝入機(ji)架的機(ji)芯（圖26-8)。機(ji)芯裝在隧道式機(ji)座內，后(hou)者裝有調整軋(ya)輥位置(zhi)的液壓小艙(cang)（每一個軋(ya)輥設有一個液壓小艙(cang)），這(zhe)些結構均使軋(ya)機(ji)既穩(wen)定又緊湊，使得軋(ya)輥定位和(he)芯棒導(dao)向具有很(hen)高的準確度，從而將變形過程(cheng)設計得很(hen)精(jing)確。
和兩輥式MPM軋機(ji)相(xiang)比較(jiao)，上述結構又具有以(yi)下優點：
1. 軋機總體設計緊湊，基(ji)座深度最小；
2. 機架間距(ju)較小(xiao)，芯棒長(chang)度較短，并具有最佳的芯棒導引系統；
3. 在(zai)封閉固定的環狀機架(jia)(jia)框架(jia)(jia)內(nei)，三股軋輥力互呈120°,可(ke)相互對稱(cheng)吸(xi)收(shou)；
4. 由于變形均勻再加(jia)上每一個(ge)軋輥(gun)機可以液壓調整，可以實現軋縫的自(zi)動調整；
5. 軸承間(jian)距(ju)離較短(duan)，作用在每一個軋(ya)輥上的軋(ya)制力較小，因此彎曲力矩(ju)較小，從而使孔(kong)型的改(gai)變(bian)量最小，管子公差明顯(xian)降(jiang)低。
二、壁厚測量
LASUS是設在(zai)軋(ya)(ya)機熱軋(ya)(ya)區(qu)的超(chao)聲(sheng)波壁厚測量系統（圖26-9),其工藝(yi)技術(shu)原理和冷管(guan)超(chao)聲(sheng)波探傷基本相同，具有(you)(you)同樣(yang)高的精確(que)性、局部分辨(bian)率和可靠性。上述測量技術(shu)特性對于(yu)正確(que)而詳盡地記(ji)錄熱軋(ya)(ya)管(guan)壁厚結構具有(you)(you)決定性意義，這樣(yang)就(jiu)可以在(zai)生產(chan)過程(cheng)中(zhong)進行正確(que)的介入。
測量頭(tou)（探頭(tou)）裝在(zai)(zai)抽(chou)芯棒裝置(zhi)的(de)軋出區，它(ta)對PQF熱軋管和穿孔坯的(de)軋制(zhi)數據進行記錄(lu)。在(zai)(zai)張(zhang)減(jian)機的(de)輸出端(duan)則設有另一個測量頭(tou)以記錄(lu)熱軋荒管的(de)壁厚偏差，并對管端(duan)增厚和內六角形加(jia)以確認。
三、質量保證系(xi)統(tong)
穿孔機(ji)和連軋(ya)管機(ji)對壁(bi)厚形成的(de)影響可借QAS系統(tong)中適當的(de)分(fen)(fen)析(xi)技術而加以區(qu)分(fen)(fen)，從而對兩個(ge)機(ji)組(zu)分(fen)(fen)別實(shi)現工藝過程最佳化。在(zai)各種(zhong)情況下(xia)可由單(dan)通道測(ce)量系統(tong)來對這兩種(zhong)影響進行區(qu)分(fen)(fen)，此時由機(ji)器人控制測(ce)量頭(tou)圍繞工件的(de)軸線回(hui)轉。在(zai)QAS系統(tong)中設有被測(ce)數(shu)據(ju)的(de)智能評價系統(tong)，這一系統(tong)對所測(ce)得的(de)數(shu)據(ju)沿周邊或(huo)軸向進行正確分(fen)(fen)類，然后(hou)加以分(fen)(fen)析(xi)評估。
四、CARTA工藝(yi)技術系統(tong)
CARTA工藝技(ji)術(shu)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)為三大軋機(ji)(ji)，即穿(chuan)孔機(ji)(ji)、PQF軋機(ji)(ji)和張(zhang)減(jian)機(ji)(ji)提供(gong)優化操作所需的(de)技(ji)術(shu)。借(jie)助于CARTA工藝技(ji)術(shu)，生產(chan)計劃(hua)子系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)得以確定工具及其整定數據。CARTA工具管理(li)(li)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)可以保證工具的(de)正確加工以及工具機(ji)(ji)架的(de)正確管理(li)(li)。CARTA過程管理(li)(li)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)完成過程控制，從而修正整定值，使尺寸偏差(cha)減(jian)至最小(xiao)。CARTA工藝技(ji)術(shu)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)包括(kuo)以下6個系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)：
1. CARTA-CPM 這一系統得(de)以(yi)保證穿孔機最(zui)佳化運行所需(xu)的工藝技術，即提供軋制表所需(xu)的工具數據(ju)及其整(zheng)定值，而且可以(yi)在生產過程(cheng)中對整(zheng)定值加以(yi)修正。
2. CARTA/EC(穿孔機(ji)壁(bi)(bi)厚(hou)不均(jun)(jun)控制(zhi)系統） 采用CAR-TA-EC 對壁(bi)(bi)厚(hou)不均(jun)(jun)加以(yi)控制(zhi)可獲(huo)得(de)良好的(de)經(jing)濟效(xiao)益，這一系統由過程數據(ju)分析(xi)和故障診斷兩個系統組成，其功能是大(da)大(da)改善穿孔機(ji)壁(bi)(bi)厚(hou)不均(jun)(jun)的(de)狀況。
3. CARTA/PQF 借助于(yu)CARTA/PQF的(de)PSS過程監控(kong)系(xi)統(tong)（Process Supervision System)以及(ji)CARTA/PQF的(de)液壓輥(gun)縫調(diao)(diao)節控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)（HGC),可(ke)在軋制(zhi)過程中對(dui)軋機調(diao)(diao)整(zheng)進行修(xiu)正，這樣(yang)可(ke)對(dui)管子產生(sheng)補償影響。
更換軋(ya)制(zhi)(zhi)規格時，有(you)時往(wang)往(wang)需要(yao)改(gai)變(bian)輥縫調(diao)整或改(gai)變(bian)速度系(xi)列，從(cong)而改(gai)變(bian)中間機架張力(li)狀態或延伸系(xi)數(shu)分(fen)配以(yi)(yi)(yi)優化變(bian)形過程。這(zhe)樣，可改(gai)變(bian)在軋(ya)制(zhi)(zhi)過程中的摩(mo)擦力(li)、溫度和(he)材料性能的影響。輥縫調(diao)整也(ye)可以(yi)(yi)(yi)在軋(ya)制(zhi)(zhi)過程中進行(xing)，以(yi)(yi)(yi)便使(shi)(shi)溫度的影響得以(yi)(yi)(yi)補償(chang)。此外，軋(ya)制(zhi)(zhi)過程中芯(xin)棒磨損的影響也(ye)可以(yi)(yi)(yi)采(cai)用適應性調(diao)整而加以(yi)(yi)(yi)修正。采(cai)用這(zhe)一系(xi)統(tong)也(ye)可以(yi)(yi)(yi)使(shi)(shi)管端(duan)軋(ya)得薄一些，以(yi)(yi)(yi)減(jian)少(shao)在張減(jian)過程中的管端(duan)的增厚。
4. CARTA/SRM 采用這一(yi)系(xi)統，張減(jian)機的軋(ya)輥速度可以自動適應(ying)，從而將壁(bi)(bi)厚偏差(cha)減(jian)至(zhi)最小(xiao)。通常(chang)所配置的過(guo)程控制(zhi)(zhi)系(xi)統包括管端控制(zhi)(zhi)系(xi)統CEC和平均壁(bi)(bi)厚控制(zhi)(zhi)系(xi)統WTCA/L.工件通過(guo)張減(jian)機時，控制(zhi)(zhi)系(xi)統調整工件的延伸，使壁(bi)(bi)厚符合要求。與沒有設置控制(zhi)(zhi)系(xi)統的張減(jian)機相比較，壁(bi)(bi)厚偏差(cha)精度和收得率(lv)能提高幾個(ge)百分點。從運行經濟性的角度看(kan)，有必要設置這種形式的控制(zhi)(zhi)系(xi)統。
5. CARTA/FPS 成(cheng)品機架(jia)采用(yong)(yong)可(ke)調機架(jia)（FPS),可(ke)以減小直徑偏差，即(ji)降(jiang)低(di)平均壁(bi)厚(hou)偏差和不圓度。圖26-10所(suo)示的是用(yong)(yong)于這一(yi)用(yong)(yong)途的具有可(ke)調機架(jia)的張減機。CARTA/FPS的功能是管理專(zhuan)用(yong)(yong)機架(jia)和確定其整定值。
6. CARTA/PL(Planning)這一(yi)系統(tong)對(dui)測得的(de)(de)數據(ju)、操作(zuo)臺的(de)(de)輸入(ru)值(zhi)和設計(ji)數據(ju)等工藝參數進行評估，其(qi)目(mu)的(de)(de)在于建立經(jing)驗(yan)數據(ju)庫，優化過程(cheng)計(ji)劃，利用從生產操作(zuo)中獲得的(de)(de)經(jing)驗(yan)進行生產過程(cheng)控制。采用這一(yi)子系統(tong)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是使一(yi)批管(guan)子的(de)(de)生產中以最(zui)小量(liang)的(de)(de)管(guan)件(jian)生產出符合規定(ding)公差的(de)(de)管(guan)子。
所有(you)以上這些新技術的(de)(de)目的(de)(de)在(zai)于提高無縫不銹鋼管生產的(de)(de)靈(ling)活(huo)性(xing)，并使尺寸(cun)偏差降為最(zui)小值。
五、天津鋼管集團有限公司（TPCO)的PQF連軋管機
天津鋼(gang)管集團有(you)限公司的三輥(gun)連軋(ya)(ya)管機(ji)(ji)(ji)融(rong)合了PQF軋(ya)(ya)管工藝所(suo)有(you)的精(jing)粹(cui)功能(neng)，也是世(shi)界上(shang)首臺此類軋(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)。該廠所(suo)生產(chan)的不銹鋼(gang)管外徑為(wei)31.8~168.3mm,年(nian)產(chan)量為(wei)40萬/噸。主(zhu)要設備(bei)組成(cheng)為(wei)：環形(xing)爐；錐輥(gun)式穿孔機(ji)(ji)(ji)；5機(ji)(ji)(ji)架PQF軋(ya)(ya)管機(ji)(ji)(ji)，其前設有(you)空軋(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)架，其后設有(you)芯棒抽出機(ji)(ji)(ji)；再加熱(re)爐；24架張減機(ji)(ji)(ji)。
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。
