第一臺355.6mm的MPM軋管機于1978年在Dalmine 不銹鋼管廠(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(xiu)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(shi)界上(shang)最新型的(de)無縫不(bu)銹鋼管軋機于(yu)2003年(nian)年(nian)底在天(tian)津投產，這是(shi)世(shi)界上(shang)第(di)一(yi)臺 PQF軋管機（圖26-5)。PQF 是(shi) PremiumQuality Finishing 三詞的(de)縮(suo)寫。
PQF連軋(ya)(ya)管機能(neng)保證最佳(jia)的產品質量。當(dang)然，只有當(dang)軋(ya)(ya)管機在日常(chang)生(sheng)產中能(neng)保證產品優質，它才具有真正的競(jing)爭優勢。這就需(xu)要(yao)軋(ya)(ya)機在運行中即堅固可(ke)靠，又易于操(cao)作。
早在(zai)1999年(nian)，SMS就有發展(zhan)PQF軋機的設想。在(zai)穿孔和張減工藝(yi)的優化(hua)方面，SMS-Meer 擁(yong)有多項專門技術，而SMS-Uemag-Innse的主(zhu)要技術領域(yu)則在(zai)MPM連續(xu)軋管工藝(yi)方面。
新(xin)的(de)軋(ya)管機設備的(de)目標(biao)是使(shi)鋼管質量有一個飛躍，定量地說，就是使(shi)現在常用的(de)直徑(jing)、壁厚公差減少50%。
世界范圍內無縫不銹鋼管(guan)(guan)設備制(zhi)造的經驗，顯示出(chu)在設備改(gai)進提高這(zhe)方(fang)面具有(you)很大的潛力(li)，這(zhe)一潛力(li)沒有(you)被挖掘出(chu)來(lai)的原因(yin)是由于(yu)軋(ya)管(guan)(guan)設備和輔助設備配置不當。對于(yu)軋(ya)制(zhi)全過程(cheng)監控而言，缺少(shao)合(he)適(shi)的檢測技術，穿孔工藝過程(cheng)難以掌握。另外，在軋(ya)制(zhi)過程(cheng)中也缺乏進行適(shi)當修正調節的執行裝置。
只有當所有問(wen)題具(ju)有一(yi)致且全面(mian)的解(jie)決辦法后，才能在實(shi)際運(yun)行中實(shi)現(xian)既定的目標。因此，在PQF這一(yi)理念(nian)中結(jie)合了一(yi)系列完(wan)整的解(jie)決方案(an)（圖26-6),包括：
1. 輥式穿孔機，設有(you)最優化的(de)軋輥箱和導衛(wei)裝置(zhi)以及(ji)扭轉變形(xing)小的(de)機架；
2. 用于軋(ya)(ya)制延伸的(de)三輥式連軋(ya)(ya)機，這種(zhong)軋(ya)(ya)機容易操作(zuo)，且產(chan)品質量優越(yue)；
3. HGC輥縫液壓調節系統(tong)，使軋管(guan)延伸階(jie)段的壁厚偏差減至最小值；
4. CARTA工藝系統，可以優(you)化生(sheng)產計劃并在(zai)生(sheng)產過程(cheng)中進行在(zai)線調節；
5. CARTA/FGF,即自(zi)由孔型形(xing)狀(zhuang)工藝(yi)系(xi)統，厚壁管(guan)的質量得以優化；
6. 張減(jian)機采用三組(zu)疊(die)加傳動和可調式精(jing)軋機架（FPS)以減(jian)少張減(jian)管(guan)的(de)直徑偏差值；
7. LASUS壁(bi)厚(hou)測量系(xi)統，可對壁(bi)厚(hou)進行可靠(kao)的、高分(fen)辨率的測量；
8. QAS質量保證系統，可對測得的(de)數據進行智能評估，并提供有效(xiao)的(de)工藝(yi)過(guo)程監控。
一、三輥式連軋管機
早在(zai)20世(shi)紀90年代(dai)初(chu)，SMS-Demag-Innse 就對三輥軋(ya)(ya)管(guan)(guan)機(ji)作(zuo)過(guo)報道(dao)，認為這是已發(fa)展(zhan)完(wan)善的(de)(de)(de)二(er)輥式(shi)MPM軋(ya)(ya)機(ji)進一(yi)步發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)方向(xiang)。三輥式(shi)連軋(ya)(ya)管(guan)(guan)工(gong)(gong)藝(yi)的(de)(de)(de)優(you)點是顯(xian)而(er)易(yi)見的(de)(de)(de)，因為在(zai)張(zhang)減工(gong)(gong)藝(yi)領域(yu)早已實(shi)現了由二(er)輥式(shi)機(ji)架(jia)向(xiang)三輥式(shi)機(ji)架(jia)的(de)(de)(de)轉變，使(shi)無(wu)縫不銹鋼(gang)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)質量顯(xian)著提高(gao)。對這種(zhong)工(gong)(gong)藝(yi)危險性的(de)(de)(de)預測，是三輥式(shi)軋(ya)(ya)管(guan)(guan)工(gong)(gong)藝(yi)應(ying)用(yong)成熟較晚的(de)(de)(de)原(yuan)因之一(yi)，因此要盡可能(neng)做到(dao)不用(yong)價(jia)格昂(ang)貴的(de)(de)(de)試驗(yan)軋(ya)(ya)機(ji)來開發(fa)與MPM軋(ya)(ya)機(ji)不同的(de)(de)(de)新的(de)(de)(de)孔型設計技術，特別要注意將軋(ya)(ya)件(jian)從芯棒上(shang)脫出的(de)(de)(de)問(wen)題。SMS-Meer 和 SMS-Demag-Innse應(ying)用(yong)以(yi)MPM軋(ya)(ya)機(ji)操作(zuo)經驗(yan)為基礎的(de)(de)(de)FEM有(you)限元(yuan)模(mo)擬法（圖26-7),實(shi)施(shi)了技術安全(quan)措施(shi)，獲(huo)得了為安裝新的(de)(de)(de)PQF軋(ya)(ya)管(guan)(guan)工(gong)(gong)藝(yi)所需的(de)(de)(de)訣竅。這是一(yi)項獨立的(de)(de)(de)技術，它(ta)可安全(quan)、切實(shi)地被引入實(shi)際應(ying)用(yong)之中(zhong)。
與(yu)(yu)兩輥(gun)(gun)式軋(ya)(ya)管工藝(yi)相(xiang)比，三(san)輥(gun)(gun)式工藝(yi)在(zai)質(zhi)量和(he)成(cheng)本方面(mian)的(de)(de)優(you)越性在(zai)于三(san)輥(gun)(gun)式機(ji)架中更(geng)加均(jun)勻(yun)的(de)(de)變形(xing)過程。三(san)輥(gun)(gun)式結構使得金(jin)屬流(liu)變得均(jun)勻(yun)，原因是軋(ya)(ya)輥(gun)(gun)和(he)管件(jian)間(jian)的(de)(de)相(xiang)對速(su)度大(da)約降低(di)了50%,軋(ya)(ya)制(zhi)力(li)沿(yan)周邊和(he)自由變形(xing)區的(de)(de)分布更(geng)加合理，未(wei)加控制(zhi)的(de)(de)變形(xing)只有(you)兩輥(gun)(gun)式軋(ya)(ya)管工藝(yi)的(de)(de)一半。更(geng)加均(jun)勻(yun)的(de)(de)變形(xing)意味著(zhu)管件(jian)截面(mian)內的(de)(de)壁(bi)厚偏差較小(xiao)，與(yu)(yu)具有(you)影響力(li)的(de)(de)變量的(de)(de)關聯性較小(xiao)，金(jin)屬變形(xing)應力(li)就相(xiang)對較低(di)。
從不銹鋼管廠的(de)角(jiao)度來(lai)看(kan)，三輥式(shi)軋管機的(de)一(yi)個(ge)主要(yao)優(you)點(dian)是(shi)軋制過程穩定(ding)(ding)，而且(qie)易(yi)于掌握。這(zhe)個(ge)優(you)點(dian)很重(zhong)要(yao)，因(yin)為確定(ding)(ding)這(zhe)種(zhong)軋制過程的(de)先決條件就是(shi)在(zai)日常(chang)生產中確保產品(pin)質量的(de)可靠性(xing)和持久性(xing)。上述較低的(de)金屬應力使得產品(pin)范圍(wei)得以(yi)擴大到薄壁管和合金含(han)量較高的(de)鋼管。
三(san)輥式連軋管機(ji)(ji)可以達(da)到無縫鋼(gang)管軋機(ji)(ji)靈活性(xing)高、在較(jiao)(jiao)(jiao)短的(de)時間內小批量(liang)生產不(bu)同(tong)(tong)規格的(de)管子的(de)要求、同(tong)(tong)時具(ju)有(you)成本較(jiao)(jiao)(jiao)低和尺寸偏差較(jiao)(jiao)(jiao)小等優點。
為了將這(zhe)些(xie)成(cheng)果應用于三輥(gun)(gun)軋(ya)(ya)管工藝過(guo)程，PQF軋(ya)(ya)機(ji)結合了以下機(ji)械設計特點：軋(ya)(ya)輥(gun)(gun)的(de)準確(que)定(ding)位(wei)和保持正定(ding)位(wei)置(zhi)的(de)穩定(ding)性，同時(shi)在軋(ya)(ya)制過(guo)程中可(ke)以調(diao)節軋(ya)(ya)輥(gun)(gun)孔型。
軋(ya)輥(gun)(gun)裝在(zai)可擺動的(de)(de)橫臂(bei)上，然后(hou)裝入機架的(de)(de)機芯（圖26-8)。機芯裝在(zai)隧道(dao)式(shi)機座(zuo)內，后(hou)者裝有調整軋(ya)輥(gun)(gun)位(wei)置(zhi)的(de)(de)液(ye)(ye)壓小艙（每一(yi)個(ge)(ge)軋(ya)輥(gun)(gun)設有一(yi)個(ge)(ge)液(ye)(ye)壓小艙），這些結構均使軋(ya)機既穩(wen)定又緊(jin)湊，使得(de)軋(ya)輥(gun)(gun)定位(wei)和芯棒導(dao)向具有很高的(de)(de)準確度，從而將變形過程設計得(de)很精確。
和兩(liang)輥式(shi)MPM軋機相(xiang)比較(jiao)，上(shang)述結構又具(ju)有以下優點：
1. 軋機總體設計緊湊，基座深度最(zui)小；
2. 機(ji)架(jia)間距較(jiao)(jiao)小，芯棒(bang)長度較(jiao)(jiao)短，并具有最佳的芯棒(bang)導引系統；
3. 在封閉固定的環狀機架框架內，三股軋輥力互呈120°,可相互對稱吸收(shou)；
4. 由(you)于(yu)變形均勻再加上每一(yi)個軋輥(gun)機可(ke)以液壓調整，可(ke)以實現(xian)軋縫(feng)的自動調整；
5. 軸承間距(ju)離(li)較短(duan)，作用在每一(yi)個軋輥上的軋制力較小，因此(ci)彎曲力矩較小，從而使孔(kong)型的改變量(liang)最小，管(guan)子公(gong)差明顯降低。
二、壁(bi)厚測量
LASUS是設(she)在(zai)軋機熱軋區的超聲波壁(bi)厚測量系統（圖26-9),其工藝技術(shu)(shu)原理和冷管(guan)超聲波探傷基本相同(tong)，具有同(tong)樣(yang)高的精確性(xing)(xing)、局部分辨(bian)率和可靠性(xing)(xing)。上述(shu)測量技術(shu)(shu)特性(xing)(xing)對于(yu)正(zheng)確而詳盡地記錄熱軋管(guan)壁(bi)厚結構具有決定性(xing)(xing)意義，這樣(yang)就可以在(zai)生產過(guo)程(cheng)中進行正(zheng)確的介入。
測(ce)量頭（探頭）裝在抽(chou)芯(xin)棒裝置的軋出區，它對PQF熱軋管(guan)和穿孔(kong)坯的軋制數(shu)據(ju)進(jin)行記錄。在張減機的輸(shu)出端則設有(you)另(ling)一個測(ce)量頭以記錄熱軋荒管(guan)的壁厚偏差(cha)，并(bing)對管(guan)端增厚和內六角(jiao)形加(jia)以確認。
三、質量保證系統
穿孔機(ji)和連軋管(guan)機(ji)對壁厚形成(cheng)的影響可借QAS系(xi)統(tong)(tong)中適當的分(fen)析技術而加(jia)以(yi)區分(fen)，從而對兩個機(ji)組分(fen)別實現工藝過程最佳化。在(zai)(zai)各種情況下可由(you)單(dan)通道測量(liang)系(xi)統(tong)(tong)來對這(zhe)兩種影響進行區分(fen)，此(ci)時由(you)機(ji)器人(ren)控制(zhi)測量(liang)頭圍繞工件的軸線回轉。在(zai)(zai)QAS系(xi)統(tong)(tong)中設有被(bei)測數(shu)據(ju)的智能(neng)評價系(xi)統(tong)(tong)，這(zhe)一(yi)系(xi)統(tong)(tong)對所(suo)測得的數(shu)據(ju)沿周(zhou)邊或軸向(xiang)進行正確(que)分(fen)類，然后加(jia)以(yi)分(fen)析評估。
四、CARTA工藝(yi)技術(shu)系統(tong)
CARTA工(gong)藝(yi)技術(shu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)為(wei)三大(da)軋(ya)機(ji)，即(ji)穿(chuan)孔機(ji)、PQF軋(ya)機(ji)和張減(jian)機(ji)提供優化操(cao)作所需(xu)的技術(shu)。借助(zhu)于CARTA工(gong)藝(yi)技術(shu)，生產計(ji)劃(hua)子系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)得以確定工(gong)具及其整定數據。CARTA工(gong)具管理系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)可以保證工(gong)具的正(zheng)確加(jia)工(gong)以及工(gong)具機(ji)架的正(zheng)確管理。CARTA過程(cheng)(cheng)管理系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)完成過程(cheng)(cheng)控制，從而(er)修正(zheng)整定值，使尺寸偏差減(jian)至最小。CARTA工(gong)藝(yi)技術(shu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)包括以下6個系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)：
1. CARTA-CPM 這(zhe)一系(xi)統得以保(bao)證穿孔機最佳(jia)化運行所需的工藝(yi)技術，即提供軋制(zhi)表(biao)所需的工具數據及(ji)其(qi)整(zheng)定(ding)值(zhi)，而且可以在(zai)生(sheng)產(chan)過程中(zhong)對整(zheng)定(ding)值(zhi)加(jia)以修(xiu)正。
2. CARTA/EC(穿孔機(ji)(ji)壁厚(hou)不均控(kong)制系統(tong)） 采用CAR-TA-EC 對(dui)壁厚(hou)不均加以控(kong)制可獲(huo)得良好的經濟效益，這一系統(tong)由(you)過程數據(ju)分析和故障診斷兩個(ge)系統(tong)組成，其功(gong)能是大大改善(shan)穿孔機(ji)(ji)壁厚(hou)不均的狀況。
3. CARTA/PQF 借助于CARTA/PQF的PSS過程(cheng)監控(kong)系(xi)統(tong)（Process Supervision System)以及CARTA/PQF的液壓輥(gun)縫調節控(kong)制系(xi)統(tong)（HGC),可在軋(ya)制過程(cheng)中對(dui)(dui)軋(ya)機調整(zheng)進行修(xiu)正，這樣可對(dui)(dui)管子產生補償影響。
更換軋制(zhi)規格(ge)時，有(you)時往往需要改變(bian)輥(gun)縫調(diao)(diao)整(zheng)(zheng)或改變(bian)速度(du)系(xi)列，從而改變(bian)中(zhong)間機架張(zhang)力(li)狀態或延伸(shen)系(xi)數分配以(yi)優化變(bian)形過(guo)程(cheng)。這樣，可改變(bian)在軋制(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)的摩擦力(li)、溫(wen)度(du)和(he)材料性能的影響。輥(gun)縫調(diao)(diao)整(zheng)(zheng)也(ye)可以(yi)在軋制(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)進行，以(yi)便使溫(wen)度(du)的影響得以(yi)補償。此外，軋制(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)芯棒磨損(sun)的影響也(ye)可以(yi)采用適應性調(diao)(diao)整(zheng)(zheng)而加(jia)以(yi)修正。采用這一系(xi)統也(ye)可以(yi)使管端軋得薄(bo)一些(xie)，以(yi)減少在張(zhang)減過(guo)程(cheng)中(zhong)的管端的增厚。
4. CARTA/SRM 采用這一系(xi)(xi)統(tong)，張減(jian)(jian)(jian)機的(de)(de)軋(ya)輥速度可以(yi)自(zi)動適應，從(cong)而將壁(bi)(bi)厚(hou)偏差減(jian)(jian)(jian)至最小。通常所(suo)配置的(de)(de)過(guo)(guo)程控(kong)制系(xi)(xi)統(tong)包括管端控(kong)制系(xi)(xi)統(tong)CEC和平均(jun)壁(bi)(bi)厚(hou)控(kong)制系(xi)(xi)統(tong)WTCA/L.工(gong)件通過(guo)(guo)張減(jian)(jian)(jian)機時，控(kong)制系(xi)(xi)統(tong)調整工(gong)件的(de)(de)延伸，使壁(bi)(bi)厚(hou)符合要求。與沒有設置控(kong)制系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)張減(jian)(jian)(jian)機相比較，壁(bi)(bi)厚(hou)偏差精(jing)度和收得率能(neng)提高幾個百分點。從(cong)運行經濟(ji)性的(de)(de)角(jiao)度看，有必要設置這種形式的(de)(de)控(kong)制系(xi)(xi)統(tong)。
5. CARTA/FPS 成(cheng)品機架(jia)(jia)采用(yong)可(ke)(ke)調機架(jia)(jia)（FPS),可(ke)(ke)以減(jian)小直徑偏(pian)(pian)差(cha)，即降低(di)平均壁厚偏(pian)(pian)差(cha)和不圓度。圖26-10所(suo)示的(de)是用(yong)于這一用(yong)途的(de)具有可(ke)(ke)調機架(jia)(jia)的(de)張減(jian)機。CARTA/FPS的(de)功能是管(guan)理專用(yong)機架(jia)(jia)和確定其整定值(zhi)。
6. CARTA/PL(Planning)這一系統對測得(de)的(de)(de)數(shu)據(ju)、操作臺(tai)的(de)(de)輸(shu)入(ru)值和設計(ji)數(shu)據(ju)等(deng)工藝參(can)數(shu)進行評(ping)估，其目的(de)(de)在于建立經驗數(shu)據(ju)庫，優化過程(cheng)計(ji)劃(hua)，利用從(cong)生(sheng)產(chan)操作中(zhong)獲(huo)得(de)的(de)(de)經驗進行生(sheng)產(chan)過程(cheng)控制。采用這一子(zi)系統的(de)(de)目的(de)(de)是使(shi)一批(pi)管子(zi)的(de)(de)生(sheng)產(chan)中(zhong)以最小量的(de)(de)管件生(sheng)產(chan)出符合規定公差的(de)(de)管子(zi)。
所有以上這些新技術的目的在于提(ti)高(gao)無縫不(bu)銹鋼管生(sheng)產的靈活(huo)性，并使尺寸偏(pian)差降為最小值。
五、天津鋼(gang)管集(ji)團有(you)限公司（TPCO)的PQF連(lian)軋管機
天津鋼管(guan)(guan)集團有(you)限公司的三輥連軋管(guan)(guan)機(ji)(ji)(ji)融合了(le)PQF軋管(guan)(guan)工藝所(suo)有(you)的精(jing)粹功能，也是世界上首臺此類軋機(ji)(ji)(ji)。該(gai)廠所(suo)生產的不銹鋼管(guan)(guan)外徑為(wei)31.8~168.3mm,年產量為(wei)40萬/噸。主(zhu)要設(she)(she)備組成為(wei)：環(huan)形(xing)爐；錐(zhui)輥式穿孔機(ji)(ji)(ji)；5機(ji)(ji)(ji)架(jia)PQF軋管(guan)(guan)機(ji)(ji)(ji)，其前設(she)(she)有(you)空(kong)軋機(ji)(ji)(ji)架(jia)，其后設(she)(she)有(you)芯棒(bang)抽出(chu)機(ji)(ji)(ji)；再加(jia)熱爐；24架(jia)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。
