第一臺355.6mm的MPM軋管機于1978年在Dalmine 不銹鋼(gang)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)界上最新(xin)型的無縫不銹鋼管(guan)軋機于2003年(nian)(nian)年(nian)(nian)底(di)在天津投產，這是(shi)世(shi)界上第一臺 PQF軋管(guan)機（圖26-5)。PQF 是(shi) PremiumQuality Finishing 三(san)詞的縮(suo)寫。
PQF連軋(ya)管(guan)機能保(bao)證最佳(jia)的產品質(zhi)量。當然(ran)，只有(you)當軋(ya)管(guan)機在日常生產中能保(bao)證產品優質(zhi)，它才(cai)具有(you)真(zhen)正的競爭(zheng)優勢。這就需要軋(ya)機在運行中即堅固可靠(kao)，又易于操作(zuo)。
早在1999年，SMS就有發展PQF軋(ya)機的(de)設想。在穿(chuan)孔和(he)張(zhang)減工藝的(de)優化方面(mian)(mian)，SMS-Meer 擁有多項(xiang)專門技術，而SMS-Uemag-Innse的(de)主(zhu)要技術領域則(ze)在MPM連續軋(ya)管(guan)工藝方面(mian)(mian)。
新的(de)軋管機設備的(de)目標是使鋼管質量有(you)一個飛躍(yue)，定量地說，就是使現在常用(yong)的(de)直(zhi)徑、壁厚公差減少50%。
世界(jie)范圍內無(wu)縫不(bu)銹鋼管設(she)備(bei)制(zhi)造的經(jing)驗，顯示出(chu)在(zai)設(she)備(bei)改進提高這方面具(ju)有(you)很大的潛力，這一潛力沒(mei)有(you)被挖(wa)掘出(chu)來的原因是由于(yu)軋管設(she)備(bei)和輔助(zhu)設(she)備(bei)配置不(bu)當。對于(yu)軋制(zhi)全過程監(jian)控而言，缺少合適的檢測技術，穿孔(kong)工藝(yi)過程難(nan)以(yi)掌握。另外，在(zai)軋制(zhi)過程中也(ye)缺乏(fa)進行適當修正調節的執行裝置。
只(zhi)有當所有問(wen)題具(ju)有一(yi)致且全面的解決(jue)(jue)辦法后，才能(neng)在(zai)實際運行中實現既(ji)定的目標。因此，在(zai)PQF這一(yi)理念(nian)中結合了(le)一(yi)系列完整的解決(jue)(jue)方案(an)（圖26-6),包括：
1. 輥式(shi)穿(chuan)孔機，設有最(zui)優化的軋輥箱和(he)導衛裝置以及扭(niu)轉(zhuan)變形小的機架；
2. 用于軋(ya)制(zhi)延伸(shen)的三輥式連軋(ya)機(ji)，這(zhe)種軋(ya)機(ji)容易(yi)操作，且產品質(zhi)量優越；
3. HGC輥(gun)縫液壓(ya)調(diao)節系統，使軋管延伸階(jie)段(duan)的壁(bi)厚(hou)偏差(cha)減至(zhi)最小(xiao)值；
4. CARTA工藝系統，可(ke)以(yi)優化生(sheng)(sheng)產(chan)計劃并在(zai)生(sheng)(sheng)產(chan)過程中進行在(zai)線調節；
5. CARTA/FGF,即自由孔型形狀工(gong)藝系統(tong)，厚壁(bi)管的質量得以優化；
6. 張減(jian)機采(cai)用三組(zu)疊加傳動和可(ke)調式(shi)精軋機架（FPS)以減(jian)少(shao)張減(jian)管的直徑偏差值；
7. LASUS壁厚測量(liang)系統，可對壁厚進行(xing)可靠的、高分辨率的測量(liang)；
8. QAS質(zhi)量(liang)保證系統，可對測得的數據(ju)進(jin)行智能(neng)評估(gu)，并提供有效的工藝過程監(jian)控(kong)。
一、三輥式連軋管機(ji)
早在(zai)20世(shi)紀90年代初，SMS-Demag-Innse 就對三(san)輥(gun)軋(ya)(ya)(ya)管(guan)機(ji)(ji)(ji)作(zuo)過報道，認為(wei)這是(shi)已發展完善的二輥(gun)式(shi)(shi)(shi)MPM軋(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)進一步發展的方向。三(san)輥(gun)式(shi)(shi)(shi)連軋(ya)(ya)(ya)管(guan)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)的優點(dian)是(shi)顯而(er)易見的，因(yin)(yin)為(wei)在(zai)張減工(gong)藝(yi)(yi)(yi)領(ling)域早已實(shi)現(xian)了由二輥(gun)式(shi)(shi)(shi)機(ji)(ji)(ji)架(jia)向三(san)輥(gun)式(shi)(shi)(shi)機(ji)(ji)(ji)架(jia)的轉變，使(shi)無縫不銹鋼管(guan)的質量顯著提(ti)高。對這種(zhong)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)危險性(xing)的預測，是(shi)三(san)輥(gun)式(shi)(shi)(shi)軋(ya)(ya)(ya)管(guan)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)應(ying)用(yong)成熟較晚的原因(yin)(yin)之一，因(yin)(yin)此要盡(jin)可(ke)能做(zuo)到(dao)不用(yong)價(jia)格(ge)昂貴的試(shi)驗軋(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)來開發與MPM軋(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)不同(tong)的新的孔型設計技(ji)術(shu)，特別要注意將(jiang)軋(ya)(ya)(ya)件從芯(xin)棒(bang)上(shang)脫(tuo)出的問(wen)題。SMS-Meer 和 SMS-Demag-Innse應(ying)用(yong)以(yi)MPM軋(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)操(cao)作(zuo)經驗為(wei)基礎的FEM有限元模擬法（圖26-7),實(shi)施了技(ji)術(shu)安全措施，獲得了為(wei)安裝新的PQF軋(ya)(ya)(ya)管(guan)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)所需的訣竅。這是(shi)一項獨立的技(ji)術(shu)，它可(ke)安全、切實(shi)地被引入(ru)實(shi)際應(ying)用(yong)之中。
與(yu)兩輥式(shi)軋管(guan)工藝(yi)相(xiang)(xiang)比，三(san)(san)(san)輥式(shi)工藝(yi)在質量(liang)和(he)(he)成(cheng)本方面(mian)的(de)優越性在于三(san)(san)(san)輥式(shi)機架中更加均勻(yun)的(de)變(bian)形(xing)過程。三(san)(san)(san)輥式(shi)結構(gou)使得(de)金(jin)屬(shu)流(liu)變(bian)得(de)均勻(yun)，原因是軋輥和(he)(he)管(guan)件間的(de)相(xiang)(xiang)對速度大約降低了50%,軋制(zhi)力沿(yan)周邊和(he)(he)自由變(bian)形(xing)區的(de)分(fen)布(bu)更加合理，未加控制(zhi)的(de)變(bian)形(xing)只有兩輥式(shi)軋管(guan)工藝(yi)的(de)一半。更加均勻(yun)的(de)變(bian)形(xing)意味著管(guan)件截面(mian)內的(de)壁厚(hou)偏差較小，與(yu)具有影響力的(de)變(bian)量(liang)的(de)關聯性較小，金(jin)屬(shu)變(bian)形(xing)應力就相(xiang)(xiang)對較低。
從(cong)不銹(xiu)鋼(gang)管廠(chang)的角度來看，三輥式軋(ya)管機的一個主要優(you)點是軋(ya)制過(guo)程穩定(ding)，而且易于掌握。這個優(you)點很(hen)重要，因為確定(ding)這種軋(ya)制過(guo)程的先決條件(jian)就(jiu)是在日常生產中確保產品質(zhi)量的可(ke)靠性和(he)(he)持久性。上述較低的金屬應(ying)力使(shi)得產品范圍(wei)得以擴(kuo)大到(dao)薄(bo)壁(bi)管和(he)(he)合金含量較高的鋼(gang)管。
三輥(gun)式(shi)連軋(ya)管(guan)機可以(yi)達到無縫鋼管(guan)軋(ya)機靈(ling)活性(xing)高、在(zai)較短的時(shi)間(jian)內小(xiao)批量(liang)生產(chan)不(bu)同規格的管(guan)子(zi)的要求、同時(shi)具有成本較低(di)和尺寸(cun)偏差較小(xiao)等(deng)優點(dian)。
為了將這(zhe)些成果應用于(yu)三輥軋管工(gong)藝(yi)過程，PQF軋機(ji)(ji)結(jie)合(he)了以下機(ji)(ji)械(xie)設計特(te)點：軋輥的(de)準(zhun)確定位(wei)和保(bao)持正定位(wei)置的(de)穩定性，同時在軋制過程中可以調節軋輥孔型。
軋(ya)輥(gun)裝(zhuang)(zhuang)在可擺動的(de)橫臂(bei)上，然后裝(zhuang)(zhuang)入機架的(de)機芯（圖26-8)。機芯裝(zhuang)(zhuang)在隧(sui)道(dao)式機座內，后者(zhe)裝(zhuang)(zhuang)有(you)調整軋(ya)輥(gun)位置的(de)液壓小艙(cang)(cang)（每一(yi)個軋(ya)輥(gun)設有(you)一(yi)個液壓小艙(cang)(cang)），這些結構(gou)均使軋(ya)機既(ji)穩定又(you)緊湊，使得軋(ya)輥(gun)定位和芯棒導向(xiang)具有(you)很(hen)高(gao)的(de)準(zhun)確(que)度，從而將(jiang)變形過程設計得很(hen)精確(que)。
和(he)兩輥式MPM軋機相比較，上述結構(gou)又(you)具有(you)以下優點：
1. 軋機總體設(she)計緊湊，基座深度(du)最小；
2. 機架間距較小，芯棒(bang)(bang)長度較短(duan)，并具有最佳的芯棒(bang)(bang)導(dao)引系統；
3. 在封閉固定的(de)環狀機架框架內，三股軋(ya)輥力互呈120°,可(ke)相(xiang)互對(dui)稱吸收；
4. 由于變形均(jun)勻再(zai)加(jia)上(shang)每一個軋輥機可(ke)以液壓調整，可(ke)以實現軋縫的自動調整；
5. 軸承間距離較短，作用在每一個軋(ya)輥上的軋(ya)制(zhi)力較小，因此彎曲力矩較小，從而使(shi)孔型的改(gai)變量最小，管子(zi)公差明顯降低(di)。
二、壁厚測量
LASUS是(shi)設(she)在(zai)軋機熱軋區(qu)的超聲波(bo)壁(bi)厚測(ce)量(liang)系統（圖26-9),其工(gong)藝技術(shu)原理和冷管超聲波(bo)探傷基本相同，具有(you)同樣高的精(jing)確性(xing)、局部分辨率和可靠性(xing)。上述測(ce)量(liang)技術(shu)特性(xing)對于正確而詳(xiang)盡地記錄熱軋管壁(bi)厚結(jie)構(gou)具有(you)決定性(xing)意義，這樣就可以在(zai)生產過程(cheng)中進行正確的介入。
測量(liang)頭(tou)（探頭(tou)）裝在(zai)抽芯棒裝置的(de)(de)軋(ya)出(chu)區，它對(dui)(dui)PQF熱(re)軋(ya)管和穿孔(kong)坯的(de)(de)軋(ya)制數據進行記錄。在(zai)張減機(ji)的(de)(de)輸出(chu)端則設有另一個測量(liang)頭(tou)以記錄熱(re)軋(ya)荒管的(de)(de)壁厚偏差，并對(dui)(dui)管端增厚和內六角形加以確認(ren)。
三、質(zhi)量保證(zheng)系統
穿孔(kong)機和(he)連軋管(guan)機對壁厚形成的(de)(de)(de)影響(xiang)可(ke)借QAS系統中適當(dang)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)析技術(shu)而加以(yi)區分(fen)(fen)(fen)，從(cong)而對兩(liang)個機組分(fen)(fen)(fen)別(bie)實現(xian)工藝過程最佳(jia)化(hua)。在各種(zhong)情況下可(ke)由(you)單通(tong)道測(ce)量系統來(lai)對這兩(liang)種(zhong)影響(xiang)進行(xing)區分(fen)(fen)(fen)，此時由(you)機器(qi)人控制測(ce)量頭圍(wei)繞(rao)工件的(de)(de)(de)軸(zhou)線回轉。在QAS系統中設有被測(ce)數據的(de)(de)(de)智能(neng)評價系統，這一(yi)系統對所測(ce)得(de)的(de)(de)(de)數據沿(yan)周邊或軸(zhou)向進行(xing)正確分(fen)(fen)(fen)類(lei)，然后加以(yi)分(fen)(fen)(fen)析評估(gu)。
四、CARTA工藝技術系(xi)統
CARTA工(gong)(gong)(gong)藝(yi)技(ji)(ji)術系統為三大(da)軋機(ji)(ji)，即穿孔機(ji)(ji)、PQF軋機(ji)(ji)和張(zhang)減(jian)機(ji)(ji)提供優(you)化操作所(suo)需的技(ji)(ji)術。借助于CARTA工(gong)(gong)(gong)藝(yi)技(ji)(ji)術，生產計劃(hua)子系統得以(yi)確定(ding)工(gong)(gong)(gong)具及其整(zheng)定(ding)數據。CARTA工(gong)(gong)(gong)具管(guan)(guan)理系統可以(yi)保證工(gong)(gong)(gong)具的正(zheng)(zheng)確加工(gong)(gong)(gong)以(yi)及工(gong)(gong)(gong)具機(ji)(ji)架的正(zheng)(zheng)確管(guan)(guan)理。CARTA過(guo)程管(guan)(guan)理系統完成過(guo)程控制，從(cong)而修正(zheng)(zheng)整(zheng)定(ding)值，使尺寸(cun)偏差減(jian)至最小。CARTA工(gong)(gong)(gong)藝(yi)技(ji)(ji)術系統包(bao)括以(yi)下6個系統：
1. CARTA-CPM 這(zhe)一系統得以(yi)保證穿孔機(ji)最(zui)佳化運行所需的工(gong)藝技(ji)術(shu)，即提供軋制表所需的工(gong)具(ju)數據及其整定值(zhi)，而且可以(yi)在生產過(guo)程中(zhong)對(dui)整定值(zhi)加(jia)以(yi)修正。
2. CARTA/EC(穿孔(kong)機(ji)壁厚(hou)(hou)不均控制系統(tong)） 采用CAR-TA-EC 對(dui)壁厚(hou)(hou)不均加以控制可獲得良好的經濟效益，這一系統(tong)由過程數據分析和(he)故(gu)障診斷兩個系統(tong)組成，其功能(neng)是大大改善(shan)穿孔(kong)機(ji)壁厚(hou)(hou)不均的狀況。
3. CARTA/PQF 借助于(yu)CARTA/PQF的PSS過程監控系統(tong)（Process Supervision System)以及CARTA/PQF的液壓輥縫調(diao)節控制系統(tong)（HGC),可在軋制過程中對軋機調(diao)整進(jin)行(xing)修正，這樣可對管子產生補(bu)償影響。
更(geng)換軋(ya)制(zhi)規格時，有時往往需要(yao)改變(bian)輥縫調(diao)整或改變(bian)速度(du)系列(lie)，從而改變(bian)中(zhong)間(jian)機架(jia)張力狀(zhuang)態或延伸系數(shu)分配以(yi)(yi)優化變(bian)形(xing)過(guo)程(cheng)。這樣，可(ke)改變(bian)在(zai)軋(ya)制(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)的摩擦力、溫(wen)度(du)和材料性能的影響。輥縫調(diao)整也可(ke)以(yi)(yi)在(zai)軋(ya)制(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)進行，以(yi)(yi)便使(shi)溫(wen)度(du)的影響得以(yi)(yi)補償。此外，軋(ya)制(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)芯棒磨損的影響也可(ke)以(yi)(yi)采用適應性調(diao)整而加以(yi)(yi)修正(zheng)。采用這一系統(tong)也可(ke)以(yi)(yi)使(shi)管端軋(ya)得薄一些，以(yi)(yi)減(jian)少(shao)在(zai)張減(jian)過(guo)程(cheng)中(zhong)的管端的增厚。
4. CARTA/SRM 采(cai)用這一系(xi)(xi)統(tong)，張(zhang)減(jian)機的(de)(de)(de)(de)軋輥速度(du)(du)可以(yi)自動(dong)適應，從(cong)而將壁(bi)厚偏差減(jian)至最小。通常所配置(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)過(guo)程控(kong)制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)包(bao)括管端控(kong)制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)CEC和(he)(he)平(ping)均壁(bi)厚控(kong)制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)WTCA/L.工件通過(guo)張(zhang)減(jian)機時，控(kong)制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)調整工件的(de)(de)(de)(de)延伸，使(shi)壁(bi)厚符(fu)合要(yao)求。與沒有設(she)置(zhi)(zhi)(zhi)控(kong)制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)張(zhang)減(jian)機相比(bi)較(jiao)，壁(bi)厚偏差精度(du)(du)和(he)(he)收得率(lv)能提高幾(ji)個百分點。從(cong)運行經濟(ji)性的(de)(de)(de)(de)角度(du)(du)看，有必(bi)要(yao)設(she)置(zhi)(zhi)(zhi)這種形式的(de)(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)。
5. CARTA/FPS 成品(pin)機架(jia)(jia)采用(yong)可調(diao)機架(jia)(jia)（FPS),可以減小直徑偏差，即降低(di)平(ping)均壁厚偏差和不圓(yuan)度。圖26-10所(suo)示的(de)(de)(de)是(shi)(shi)用(yong)于這一(yi)用(yong)途的(de)(de)(de)具有可調(diao)機架(jia)(jia)的(de)(de)(de)張減機。CARTA/FPS的(de)(de)(de)功(gong)能是(shi)(shi)管理專用(yong)機架(jia)(jia)和確定其(qi)整定值。
6. CARTA/PL(Planning)這(zhe)(zhe)一系統(tong)對(dui)測(ce)得的(de)(de)數(shu)據(ju)、操作臺的(de)(de)輸入(ru)值和(he)設計數(shu)據(ju)等工藝(yi)參數(shu)進(jin)行評估，其目的(de)(de)在于(yu)建立經驗數(shu)據(ju)庫，優(you)化(hua)過(guo)程(cheng)計劃，利用(yong)從(cong)生(sheng)產(chan)操作中獲得的(de)(de)經驗進(jin)行生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)控制。采用(yong)這(zhe)(zhe)一子(zi)系統(tong)的(de)(de)目的(de)(de)是使一批管子(zi)的(de)(de)生(sheng)產(chan)中以(yi)最小量的(de)(de)管件生(sheng)產(chan)出符合規(gui)定公(gong)差的(de)(de)管子(zi)。
所有以上這些新(xin)技術(shu)的(de)目(mu)的(de)在于提(ti)高無縫不銹鋼管生(sheng)產(chan)的(de)靈活(huo)性，并使尺寸偏差降為最小值。
五、天津鋼管集(ji)團有(you)限公司(si)（TPCO)的PQF連軋(ya)管機
天津鋼管集團有限公司的(de)三輥連軋管機(ji)(ji)(ji)融合了(le)PQF軋管工藝所(suo)有的(de)精粹功能(neng)，也是世界上首臺(tai)此(ci)類軋機(ji)(ji)(ji)。該廠所(suo)生產(chan)的(de)不銹鋼管外徑(jing)為31.8~168.3mm,年產(chan)量為40萬/噸(dun)。主要設(she)備組成(cheng)為：環形(xing)爐；錐(zhui)輥式穿孔機(ji)(ji)(ji)；5機(ji)(ji)(ji)架PQF軋管機(ji)(ji)(ji)，其(qi)前設(she)有空軋機(ji)(ji)(ji)架，其(qi)后設(she)有芯棒抽出機(ji)(ji)(ji)；再(zai)加(jia)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。
