第一臺355.6mm的MPM軋管機于1978年在Dalmine 不銹鋼(gang)管(guan)廠(chang)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(gang)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(shang)最新型的無縫不銹(xiu)鋼(gang)管軋機(ji)于2003年年底在天津投(tou)產，這是世界(jie)上(shang)第一臺 PQF軋管機(ji)（圖26-5)。PQF 是 PremiumQuality Finishing 三詞的縮寫。
PQF連軋管機(ji)(ji)能(neng)保(bao)證(zheng)(zheng)最(zui)佳的產品質(zhi)量。當(dang)然，只有當(dang)軋管機(ji)(ji)在(zai)日常生(sheng)產中(zhong)能(neng)保(bao)證(zheng)(zheng)產品優(you)質(zhi)，它才具有真正的競(jing)爭優(you)勢。這就需要軋機(ji)(ji)在(zai)運行中(zhong)即堅固可(ke)靠，又(you)易(yi)于操作。
早在1999年，SMS就有(you)發(fa)展PQF軋機的(de)(de)設(she)想。在穿孔和張減工(gong)藝(yi)的(de)(de)優化方面(mian)，SMS-Meer 擁有(you)多(duo)項專門技(ji)術，而(er)SMS-Uemag-Innse的(de)(de)主要技(ji)術領域則在MPM連續軋管工(gong)藝(yi)方面(mian)。
新的(de)軋管機設備(bei)的(de)目標(biao)是使鋼管質量(liang)有一個飛躍，定量(liang)地說，就是使現在(zai)常(chang)用的(de)直徑(jing)、壁厚公(gong)差減少(shao)50%。
世界范圍(wei)內(nei)無縫不銹鋼管設備(bei)制造的(de)(de)經驗，顯示出在(zai)設備(bei)改(gai)進提(ti)高這方(fang)面具有很大的(de)(de)潛力，這一潛力沒有被挖掘出來的(de)(de)原因是由于軋管設備(bei)和(he)輔助設備(bei)配置不當。對(dui)于軋制全過程(cheng)(cheng)監控而言，缺少合適(shi)的(de)(de)檢(jian)測技術，穿(chuan)孔工藝過程(cheng)(cheng)難以掌握。另外，在(zai)軋制過程(cheng)(cheng)中也(ye)缺乏進行(xing)適(shi)當修正調節的(de)(de)執行(xing)裝(zhuang)置。
只有當所有問題具有一致且全面的解決辦法后，才(cai)能(neng)在實(shi)際(ji)運(yun)行(xing)中實(shi)現既定的目標(biao)。因此，在PQF這一理念中結合了一系列完整的解決方案（圖26-6),包括：
1. 輥式(shi)穿(chuan)孔機(ji)，設有最(zui)優化的(de)(de)軋輥箱和導(dao)衛裝置以及扭轉變形小的(de)(de)機(ji)架；
2. 用于軋(ya)(ya)制(zhi)延伸(shen)的三輥(gun)式連(lian)軋(ya)(ya)機(ji)，這種軋(ya)(ya)機(ji)容易操作，且產品質量優(you)越；
3. HGC輥(gun)縫(feng)液壓調節系統(tong)，使軋管(guan)延伸階段的(de)壁厚(hou)偏差減(jian)至(zhi)最小(xiao)值；
4. CARTA工藝(yi)系(xi)統，可以優化(hua)生產計劃并在生產過程中進行在線調節；
5. CARTA/FGF,即自由孔(kong)型形(xing)狀工(gong)藝系統，厚壁管的質(zhi)量得以優化；
6. 張(zhang)(zhang)減機采(cai)用三(san)組疊加傳動(dong)和可調式(shi)精軋機架(jia)（FPS)以減少(shao)張(zhang)(zhang)減管的(de)直徑偏差值；
7. LASUS壁(bi)厚(hou)測量系統，可(ke)對(dui)壁(bi)厚(hou)進行(xing)可(ke)靠(kao)的、高分辨率的測量；
8. QAS質量保(bao)證系統，可(ke)對測得的數(shu)據進行智(zhi)能評估，并提(ti)供有效(xiao)的工藝過程監控。
一、三輥(gun)式(shi)連軋管(guan)機
早(zao)在20世紀90年代(dai)初，SMS-Demag-Innse 就對(dui)三輥軋(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)機作(zuo)過報道，認為(wei)(wei)這(zhe)是(shi)已發展(zhan)完(wan)善的(de)(de)(de)(de)二(er)輥式(shi)MPM軋(ya)(ya)機進(jin)一步(bu)發展(zhan)的(de)(de)(de)(de)方向。三輥式(shi)連軋(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)工(gong)藝的(de)(de)(de)(de)優點是(shi)顯而(er)易見(jian)的(de)(de)(de)(de)，因(yin)(yin)為(wei)(wei)在張減工(gong)藝領(ling)域(yu)早(zao)已實(shi)(shi)(shi)現了由二(er)輥式(shi)機架向三輥式(shi)機架的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)變，使無縫不銹鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)質量顯著(zhu)提(ti)高。對(dui)這(zhe)種工(gong)藝危險性的(de)(de)(de)(de)預測，是(shi)三輥式(shi)軋(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)工(gong)藝應用(yong)成(cheng)熟較(jiao)晚的(de)(de)(de)(de)原(yuan)因(yin)(yin)之一，因(yin)(yin)此(ci)要盡可能做到(dao)不用(yong)價格(ge)昂(ang)貴的(de)(de)(de)(de)試驗軋(ya)(ya)機來開發與MPM軋(ya)(ya)機不同的(de)(de)(de)(de)新的(de)(de)(de)(de)孔型設計技(ji)術，特別(bie)要注意將軋(ya)(ya)件(jian)從(cong)芯棒上脫(tuo)出的(de)(de)(de)(de)問題。SMS-Meer 和 SMS-Demag-Innse應用(yong)以MPM軋(ya)(ya)機操(cao)作(zuo)經驗為(wei)(wei)基礎的(de)(de)(de)(de)FEM有限(xian)元模(mo)擬法(fa)（圖26-7),實(shi)(shi)(shi)施了技(ji)術安(an)全措施，獲得了為(wei)(wei)安(an)裝新的(de)(de)(de)(de)PQF軋(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)工(gong)藝所需(xu)的(de)(de)(de)(de)訣竅。這(zhe)是(shi)一項獨立(li)的(de)(de)(de)(de)技(ji)術，它可安(an)全、切實(shi)(shi)(shi)地被引入(ru)實(shi)(shi)(shi)際應用(yong)之中(zhong)。
與(yu)(yu)兩輥式(shi)(shi)軋管工藝相(xiang)比，三輥式(shi)(shi)工藝在質量(liang)和(he)成本方(fang)面的(de)(de)優(you)越性在于三輥式(shi)(shi)機架中更(geng)加(jia)均(jun)勻(yun)(yun)的(de)(de)變(bian)(bian)形(xing)過程。三輥式(shi)(shi)結構使得金(jin)屬(shu)流變(bian)(bian)得均(jun)勻(yun)(yun)，原因是軋輥和(he)管件間的(de)(de)相(xiang)對速度(du)大約(yue)降低了50%,軋制(zhi)力沿周邊和(he)自由變(bian)(bian)形(xing)區的(de)(de)分布更(geng)加(jia)合理，未加(jia)控(kong)制(zhi)的(de)(de)變(bian)(bian)形(xing)只(zhi)有(you)兩輥式(shi)(shi)軋管工藝的(de)(de)一半。更(geng)加(jia)均(jun)勻(yun)(yun)的(de)(de)變(bian)(bian)形(xing)意味著管件截面內的(de)(de)壁厚偏差(cha)較小，與(yu)(yu)具(ju)有(you)影響力的(de)(de)變(bian)(bian)量(liang)的(de)(de)關(guan)聯性較小，金(jin)屬(shu)變(bian)(bian)形(xing)應力就相(xiang)對較低。
從(cong)不(bu)銹鋼管廠的(de)角度來看，三輥式(shi)軋管機的(de)一個主要(yao)優點是軋制過程穩定，而(er)且易于掌握。這個優點很重要(yao)，因為確定這種軋制過程的(de)先決條(tiao)件就是在(zai)日常(chang)生產(chan)中(zhong)確保產(chan)品質量的(de)可(ke)靠性和持(chi)久(jiu)性。上述(shu)較(jiao)低(di)的(de)金(jin)屬應力使得產(chan)品范(fan)圍得以擴大到薄壁(bi)管和合金(jin)含量較(jiao)高的(de)鋼管。
三輥式連(lian)軋管機可以達到無縫鋼管軋機靈活(huo)性高、在(zai)較短的(de)時(shi)間內小批量生產不同規格的(de)管子的(de)要求、同時(shi)具有成本(ben)較低和尺寸(cun)偏(pian)差較小等優點。
為了(le)(le)將這些成果(guo)應用于三(san)輥(gun)(gun)軋管工藝過(guo)(guo)程，PQF軋機(ji)結合了(le)(le)以(yi)下機(ji)械設計特點：軋輥(gun)(gun)的(de)準確定位(wei)和保持正(zheng)定位(wei)置的(de)穩定性(xing)，同(tong)時在(zai)軋制(zhi)過(guo)(guo)程中可以(yi)調節軋輥(gun)(gun)孔(kong)型(xing)。
軋(ya)輥(gun)(gun)裝(zhuang)(zhuang)在(zai)(zai)可擺動(dong)的橫臂上，然后裝(zhuang)(zhuang)入(ru)機架的機芯(xin)(xin)（圖26-8)。機芯(xin)(xin)裝(zhuang)(zhuang)在(zai)(zai)隧道式(shi)機座內，后者(zhe)裝(zhuang)(zhuang)有(you)(you)(you)調整(zheng)軋(ya)輥(gun)(gun)位置的液壓(ya)小(xiao)艙（每一(yi)個(ge)軋(ya)輥(gun)(gun)設有(you)(you)(you)一(yi)個(ge)液壓(ya)小(xiao)艙），這些結(jie)構(gou)均(jun)使軋(ya)機既穩(wen)定(ding)又緊湊，使得軋(ya)輥(gun)(gun)定(ding)位和(he)芯(xin)(xin)棒導(dao)向具有(you)(you)(you)很高(gao)的準確(que)度，從而將(jiang)變形過程設計得很精確(que)。
和兩(liang)輥式MPM軋機相(xiang)比較，上述結構又具有以下優點：
1. 軋機(ji)總(zong)體設計(ji)緊湊，基座深(shen)度(du)最小；
2. 機架(jia)間距較小，芯(xin)棒長度較短，并具(ju)有最佳(jia)的(de)芯(xin)棒導引系(xi)統；
3. 在封閉固定的環狀機架框架內，三(san)股軋(ya)輥力互(hu)呈(cheng)120°,可相(xiang)互(hu)對稱吸收；
4. 由(you)于變形均(jun)勻再加上每(mei)一個軋輥機可以液壓(ya)調(diao)整，可以實現(xian)軋縫的自動(dong)調(diao)整；
5. 軸(zhou)承間距離較(jiao)(jiao)短，作用在每一(yi)個軋輥(gun)上的軋制力(li)(li)較(jiao)(jiao)小，因此彎曲力(li)(li)矩較(jiao)(jiao)小，從而使(shi)孔型的改變量(liang)最小，管(guan)子公差明顯降低(di)。
二(er)、壁厚測量(liang)
LASUS是設在(zai)軋機熱軋區的(de)超聲(sheng)波壁(bi)厚(hou)測量系統（圖26-9),其工藝技(ji)術(shu)原理和冷管超聲(sheng)波探傷(shang)基本相同，具有(you)同樣(yang)高的(de)精(jing)確(que)(que)性、局部(bu)分辨率(lv)和可靠性。上(shang)述測量技(ji)術(shu)特性對于正確(que)(que)而詳盡地(di)記錄熱軋管壁(bi)厚(hou)結構(gou)具有(you)決定性意義，這樣(yang)就可以在(zai)生產過程中進行正確(que)(que)的(de)介(jie)入。
測量頭(tou)（探頭(tou)）裝在抽芯棒(bang)裝置(zhi)的(de)軋出(chu)區，它對PQF熱(re)軋管和(he)穿孔(kong)坯的(de)軋制數(shu)據進行(xing)記錄(lu)。在張減(jian)機的(de)輸(shu)出(chu)端則設有另(ling)一個測量頭(tou)以(yi)記錄(lu)熱(re)軋荒管的(de)壁厚(hou)偏(pian)差，并對管端增厚(hou)和(he)內六角(jiao)形加以(yi)確認。
三、質量保(bao)證系統
穿孔機和連軋管機對(dui)壁厚形成的影(ying)響可(ke)借QAS系(xi)(xi)(xi)統(tong)中(zhong)適當的分(fen)析技(ji)術而加(jia)以(yi)區(qu)分(fen)，從而對(dui)兩個機組分(fen)別實現工藝過程最佳(jia)化(hua)。在各種情況下可(ke)由(you)單(dan)通道測(ce)量(liang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)來對(dui)這兩種影(ying)響進(jin)行(xing)區(qu)分(fen)，此時由(you)機器人控制(zhi)測(ce)量(liang)頭(tou)圍繞(rao)工件的軸(zhou)線回轉。在QAS系(xi)(xi)(xi)統(tong)中(zhong)設有被(bei)測(ce)數(shu)據的智能評價系(xi)(xi)(xi)統(tong)，這一系(xi)(xi)(xi)統(tong)對(dui)所(suo)測(ce)得的數(shu)據沿(yan)周邊或軸(zhou)向進(jin)行(xing)正(zheng)確分(fen)類(lei)，然后加(jia)以(yi)分(fen)析評估。
四(si)、CARTA工藝技術系統
CARTA工(gong)藝(yi)技術(shu)系(xi)(xi)統(tong)為三大軋機(ji)，即穿孔機(ji)、PQF軋機(ji)和張減(jian)機(ji)提供優化操作所需的技術(shu)。借助(zhu)于(yu)CARTA工(gong)藝(yi)技術(shu)，生產(chan)計劃(hua)子系(xi)(xi)統(tong)得(de)以(yi)(yi)確定工(gong)具及其整定數據。CARTA工(gong)具管理系(xi)(xi)統(tong)可以(yi)(yi)保證工(gong)具的正確加(jia)工(gong)以(yi)(yi)及工(gong)具機(ji)架的正確管理。CARTA過程管理系(xi)(xi)統(tong)完成過程控制，從而(er)修正整定值(zhi)，使尺寸偏差減(jian)至最(zui)小。CARTA工(gong)藝(yi)技術(shu)系(xi)(xi)統(tong)包括以(yi)(yi)下6個系(xi)(xi)統(tong)：
1. CARTA-CPM 這一系統得以(yi)保證(zheng)穿孔機最佳化運行所需的工(gong)藝技術(shu)，即提供軋制表(biao)所需的工(gong)具數據(ju)及其整(zheng)定(ding)值，而且(qie)可以(yi)在生產過程中對整(zheng)定(ding)值加以(yi)修正。
2. CARTA/EC(穿(chuan)孔機壁厚不均控(kong)制(zhi)系統） 采用(yong)CAR-TA-EC 對壁厚不均加以控(kong)制(zhi)可獲得良好(hao)的經濟效益，這一系統由(you)過(guo)程數據分析和故障診斷兩(liang)個系統組(zu)成，其功能是大(da)大(da)改善(shan)穿(chuan)孔機壁厚不均的狀況。
3. CARTA/PQF 借助于CARTA/PQF的PSS過程監(jian)控(kong)系(xi)統（Process Supervision System)以及CARTA/PQF的液壓輥(gun)縫(feng)調節控(kong)制系(xi)統（HGC),可(ke)在(zai)軋制過程中對(dui)軋機調整進行修正，這樣可(ke)對(dui)管子產(chan)生補償(chang)影響(xiang)。
更換軋制規格(ge)時(shi)，有時(shi)往往需要改變輥(gun)縫調(diao)整或改變速度系(xi)列，從而改變中(zhong)間機架(jia)張力(li)狀態或延(yan)伸(shen)系(xi)數(shu)分配以優(you)化變形過程(cheng)。這樣，可改變在軋制過程(cheng)中(zhong)的(de)摩擦力(li)、溫度和材料性(xing)能的(de)影響。輥(gun)縫調(diao)整也可以在軋制過程(cheng)中(zhong)進(jin)行，以便使溫度的(de)影響得(de)(de)以補償(chang)。此外(wai)，軋制過程(cheng)中(zhong)芯棒磨(mo)損的(de)影響也可以采用適(shi)應性(xing)調(diao)整而加以修(xiu)正。采用這一系(xi)統也可以使管端(duan)軋得(de)(de)薄(bo)一些，以減少在張減過程(cheng)中(zhong)的(de)管端(duan)的(de)增厚(hou)。
4. CARTA/SRM 采用這(zhe)(zhe)一系(xi)(xi)(xi)(xi)統，張減(jian)機的(de)(de)(de)軋(ya)輥速度(du)可(ke)以自(zi)動適應，從而將(jiang)壁(bi)厚(hou)(hou)偏差減(jian)至最小。通(tong)常所配置的(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)控制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)(xi)(xi)統包括管端控制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)(xi)(xi)統CEC和平均(jun)壁(bi)厚(hou)(hou)控制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)(xi)(xi)統WTCA/L.工件通(tong)過(guo)張減(jian)機時(shi)，控制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)(xi)(xi)統調整(zheng)工件的(de)(de)(de)延伸，使壁(bi)厚(hou)(hou)符合要(yao)求。與沒有設置控制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)(xi)(xi)統的(de)(de)(de)張減(jian)機相比較，壁(bi)厚(hou)(hou)偏差精(jing)度(du)和收得率(lv)能提高幾個百分點。從運行經(jing)濟性(xing)的(de)(de)(de)角(jiao)度(du)看，有必要(yao)設置這(zhe)(zhe)種(zhong)形式的(de)(de)(de)控制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)(xi)(xi)統。
5. CARTA/FPS 成(cheng)品機架(jia)(jia)采用(yong)可調機架(jia)(jia)（FPS),可以減小直徑偏(pian)差(cha)，即降(jiang)低平均壁厚(hou)偏(pian)差(cha)和不圓度。圖26-10所(suo)示的是(shi)用(yong)于這一用(yong)途的具有可調機架(jia)(jia)的張減機。CARTA/FPS的功能是(shi)管理專用(yong)機架(jia)(jia)和確(que)定(ding)其(qi)整定(ding)值。
6. CARTA/PL(Planning)這一(yi)系(xi)統對(dui)測得(de)的(de)數據、操作臺的(de)輸入值和(he)設計數據等工藝參數進行評估，其目的(de)在于建立經(jing)驗數據庫，優化過(guo)(guo)程計劃，利用從生(sheng)產(chan)操作中(zhong)獲得(de)的(de)經(jing)驗進行生(sheng)產(chan)過(guo)(guo)程控制。采用這一(yi)子系(xi)統的(de)目的(de)是使(shi)一(yi)批管(guan)子的(de)生(sheng)產(chan)中(zhong)以最小量的(de)管(guan)件生(sheng)產(chan)出符合規(gui)定公差的(de)管(guan)子。
所有以上這些新技術的(de)目的(de)在于提高無縫(feng)不銹鋼管(guan)生產的(de)靈活性(xing)，并使尺寸偏差降為(wei)最(zui)小(xiao)值。
五(wu)、天津(jin)鋼管(guan)集團有限公司（TPCO)的PQF連軋(ya)管(guan)機
天津(jin)鋼管集(ji)團有(you)限公司的(de)三輥連軋(ya)管機(ji)融合了PQF軋(ya)管工藝所(suo)(suo)有(you)的(de)精粹功能，也是世界上首(shou)臺此類軋(ya)機(ji)。該廠所(suo)(suo)生(sheng)產的(de)不(bu)銹鋼管外徑(jing)為(wei)(wei)31.8~168.3mm,年產量為(wei)(wei)40萬/噸。主要設備組成為(wei)(wei)：環形爐；錐輥式穿(chuan)孔(kong)機(ji)；5機(ji)架PQF軋(ya)管機(ji)，其前(qian)設有(you)空軋(ya)機(ji)架，其后設有(you)芯棒(bang)抽出(chu)機(ji)；再加熱爐；24架張減機(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(xiu)鋼(gang)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。
