對這一百多年不銹鋼管生產工藝發展的歷史回顧,有助于弄清楚各種生產工藝的興衰,這種“興”與“衰”,除了有其歷史的背景條件的影響外,最根本的是工藝本身所固有的長處和短處在技術發展長河中的顯露。這種回顧對于立足當前,展望未來,不無裨益。現從以下4方面進一步對上述發展過程加以追述。
一、周期軋管機(ji)、自動軋管機(ji)和頂管工藝的(de)發(fa)展
曼內斯(si)(si)曼兄(xiong)弟發明斜(xie)軋(ya)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機后(hou)(hou),原(yuan)想通過(guo)實心坯穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)一次成管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan),經過(guo)多次試驗(yan)失敗之(zhi)后(hou)(hou),就設法在(zai)兩重(zhong)式(shi)軋(ya)機上(shang)將(jiang)空(kong)心坯套在(zai)芯(xin)棒上(shang)加以(yi)延伸,這(zhe)(zhe)樣生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)的(de)(de)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)長(chang)度不大于(yu)4~4.5m,而且質(zhi)量(liang)很(hen)差。由(you)此(ci)導(dao)致曼氏兄(xiong)弟于(yu)1892年發明周(zhou)期(qi)軋(ya)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)機,這(zhe)(zhe)種周(zhou)期(qi)軋(ya)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)機采用人工(gong)(gong)喂料(liao)(liao),由(you)于(yu)芯(xin)棒很(hen)重(zhong),喂料(liao)(liao)很(hen)費力(li)氣,生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)呈間斷(duan)性,效率很(hen)低(di)。當早(zao)期(qi)在(zai)曼內斯(si)(si)曼公司工(gong)(gong)作,并參加過(guo)早(zao)期(qi)不銹鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)的(de)(de)斯(si)(si)蒂弗(fu)爾工(gong)(gong)程(cheng)師(shi)(瑞士人)移居美(mei)國時(shi),美(mei)國鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)界正在(zai)探索(suo)發展空(kong)心坯快(kuai)速延伸的(de)(de)工(gong)(gong)藝。由(you)于(yu)他(ta)的(de)(de)努(nu)力(li),第一臺自動軋(ya)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)機于(yu)1903年11月在(zai)美(mei)國 Greenville 誕生(sheng)(sheng),所生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)子的(de)(de)外徑(jing)(jing)最大為4~5 1/2英(ying)寸(cun)。與美(mei)國發展自動軋(ya)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)機的(de)(de)同時(shi),德國又從(cong)完(wan)全不同的(de)(de)途徑(jing)(jing)研究發展了另一種軋(ya)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)工(gong)(gong)藝,即(ji)在(zai)原(yuan)已存在(zai)的(de)(de)艾哈德水壓沖孔(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)藝的(de)(de)基礎(chu)上(shang),采用環式(shi)孔(kong)(kong)(kong)型(xing)對沖孔(kong)(kong)(kong)杯狀體(ti)進(jin)行延伸,這(zhe)(zhe)就是頂管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)工(gong)(gong)藝。因此(ci),從(cong)1886年發明斜(xie)軋(ya)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機后(hou)(hou),在(zai)將(jiang)近20年的(de)(de)時(shi)間內出現了3種可用于(yu)工(gong)(gong)業生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)的(de)(de)軋(ya)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)工(gong)(gong)藝。
二、連續軋管機的(de)發(fa)展
連續軋管機的發展道路比較曲折,早期的幾次試驗,由于受傳動技術的限制均告失敗。有一些軋機經短期運行后被迫停產,這包括:1891年的5機架Kellogg連軋機、1901年的12機架Alois連軋機、1917年的7機架Fassel連軋機和1932年的21機架Foran軋機。Foran所設計的連軋管機,據稱在技術上是成功的,失敗是由于Globe鋼管公司經濟上的原因。但是總的來說長芯棒連軋管技術在20世紀前半葉沒有多大的發展,直到1949年、1950年兩套設有張力減徑機的單獨傳動的全浮動芯棒連軋管機組在美國Lorain 廠和Gary廠投產后,才算是有了長足的進展。這種軋機發展至1972年德國牟爾海母2號連軋管機組投產時,軋制工藝日趨完善,所軋不銹鋼管質量優越,軋機能力大大提高,在小口徑不銹鋼管生產領域內占有很大的優勢。到1978年達爾明貝爾加莫廠的MPM軋機投產后,連軋管工藝在較大口徑不銹鋼(gang)管的生產領域內也占了優勢。
1983年(nian)日(ri)本八幡廠的(de)(de)(de)(de)半浮動芯棒連(lian)軋管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)廠的(de)(de)(de)(de)投(tou)產(chan),開始(shi)了3種(zhong)(zhong)連(lian)軋管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)工藝(yi)并存(cun)的(de)(de)(de)(de)時期(qi)。采用連(lian)軋管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)工藝(yi)的(de)(de)(de)(de)鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)廠競爭能(neng)力強,經濟(ji)效益(yi)好,其突出(chu)優點是:產(chan)量(liang)(liang)高(gao)(年(nian)產(chan)量(liang)(liang)50萬噸(dun)以上)、產(chan)品質量(liang)(liang)好,所生產(chan)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)子的(de)(de)(de)(de)品種(zhong)(zhong)規格多,毛(mao)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)長度大,收得(de)率高(gao),這些優點決非(fei)其他(ta)軋管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)工藝(yi)所能(neng)比(bi)擬的(de)(de)(de)(de)。
三、各種(zhong)古老軋管工(gong)藝全面(mian)翻新(xin)
連(lian)軋(ya)管(guan)工藝(yi)獲(huo)得巨大發展的(de)同時(shi),各種(zhong)古老的(de)軋(ya)管(guan)工藝(yi)也(ye)進入了一個全面翻新的(de)時(shi)期。
1. 單槽自動(dong)軋管(guan)機(ji)和(he)串列布(bu)置的自動(dong)軋管(guan)機(ji)
日(ri)本四(si)大(da)(da)鋼(gang)(gang)鐵公司在1977~1978年(nian)兩年(nian)時間內共有4套新型的(de)單(dan)槽自(zi)動(dong)軋管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)機投產,所生(sheng)產鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)最(zui)大(da)(da)直徑(jing)為381mm、406mm.在小口(kou)徑(jing)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)生(sheng)產領域(yu)內采用串列(lie)式布(bu)置的(de)自(zi)動(dong)軋管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)機是蘇(su)聯的(de)做法(fa),所生(sheng)產鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)最(zui)大(da)(da)外徑(jing)為140~250mm。但(dan)經過不(bu)到20年(nian)的(de)發(fa)(fa)展,證(zheng)明這(zhe)兩種做法(fa)不(bu)能克服自(zi)動(dong)軋管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)工(gong)藝所固有的(de)缺點。“短頂頭軋管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)”終究不(bu)如“長芯棒軋管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)”,于(yu)是這(zhe)兩種改進了的(de)自(zi)動(dong)軋管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)工(gong)藝未獲發(fa)(fa)展。
2. CPE工藝
頂管(guan)工(gong)藝的缺(que)點在1974年的頂管(guan)工(gong)藝學術討論會上(shang)進行了(le)(le)比較(jiao)全面的論證(zheng)。為了(le)(le)改善采(cai)用(yong)這種(zhong)工(gong)藝生(sheng)產的毛管(guan)短、壁厚薄、收得率低等缺(que)點,在古(gu)老的頂管(guan)工(gong)藝中(zhong)采(cai)用(yong)斜(xie)軋(ya)穿孔(kong)法代替水壓沖孔(kong)法,將(jiang)管(guan)坯穿透(tou),然后(hou)用(yong)專門(men)設備收底,形成一個(ge)可以(yi)承受頂推力的“底”。這樣(yang),可以(yi)采(cai)用(yong)重(zhong)量較(jiao)大的管(guan)坯,生(sheng)產較(jiao)長的管(guan)子(可達24m).至于收得率雖有(you)所提高,但和其(qi)他(ta)工(gong)藝相比較(jiao)仍較(jiao)低。
3. 新型狄賽(sai)爾軋(ya)管(guan)機(ji)(Accu-roll軋(ya)機(ji))
狄賽爾軋管(guan)機是在狄賽爾穿孔機(指老式的、導盤呈時鐘(zhong)“6時(shi)-12時(shi)”布(bu)置的(de)(de)狄賽爾穿孔機(ji))的(de)(de)基礎上(shang)(shang)發展起(qi)來(lai)的(de)(de)。最(zui)原始(shi)的(de)(de)工藝是(shi)在狄賽爾穿孔機(ji)上(shang)(shang),穿孔后(hou)的(de)(de)空心坯(pi)穿人芯棒后(hou)在另一(yi)臺狄賽爾軋(ya)管機(ji)上(shang)(shang)軋(ya)制(zhi)成管。從構造上(shang)(shang)講兩者基本相(xiang)同,異點僅在于前后(hou)臺的(de)(de)不同。
第(di)一臺狄(di)賽(sai)爾軋管(guan)機1932年在美(mei)國(guo) Beaver Falls 廠投產,由于(yu)生產率較低,在40年代(dai)末停產。40多(duo)年后(hou)在美(mei)國(guo)Aetna Stand-ard公司采(cai)用了(le)一些改進措施,并稱 Accu-roll軋機為“下一代(dai)的(de)軋管(guan)機”,實際(ji)上這(zhe)種工藝的(de)固有缺點如(ru)延伸系數(shu)小、毛管(guan)長度短以(yi)及可能出(chu)現的(de)內(nei)部質量問題依(yi)然存(cun)在。
4. 新型(xing)三輥(gun)軋管機
從工(gong)藝上講,新型三輥軋管(guan)(guan)機(ji)并無(wu)實質性變化,由于采用了NEL控制(zhi)系統(tong),可以達(da)到軋薄(bo)壁(bi)管(guan)(guan)的目的。德國MDM公司將這種(zhong)新型三輥軋管(guan)(guan)機(ji)稱之(zhi)為(wei) High Performance Assel mill,所軋管(guan)(guan)子(zi)最(zui)大外徑可達(da)356mm,最(zui)小壁(bi)厚為(wei)2.5mm,D/S比可達(da)40(實際上這是指外徑為(wei)324~356mm而言,當外徑為(wei)139.7~219mm時,D/S=35~37)。但不管(guan)(guan)怎樣,對三輥軋管(guan)(guan)機(ji)來說,確實是一大進步。
這種軋機的核心技術是采用管端自動控制系統(NEL系統),即軋輥液壓快速打開裝置和軋制過程結束之前的預壓法;尚存在的問題是軋薄(bo)壁不銹鋼管時壁厚公差劣化。
四、連鑄圓坯的使用和穿(chuan)孔、張減技術(shu)的發(fa)展(zhan)
圓坯連(lian)鑄技術(shu)的成功一方面促進了斜(xie)軋穿(chuan)孔(kong)工藝的發展(zhan),使得狄賽(sai)爾穿(chuan)孔(kong)機(ji)在新的條件下復活,另(ling)一方面終結了壓力穿(chuan)孔(kong)機(ji)(PPM)在新建不(bu)銹鋼管廠中的進一步應用(yong)。這樣(yang)在無縫鋼管生產(chan)領(ling)域,以連(lian)鑄圓坯為原料進行斜(xie)軋穿(chuan)孔(kong)幾乎(hu)已成定局,不(bu)這樣(yang),就會失去競爭力。
20世紀50年代張減(jian)技術(shu)的(de)(de)(de)成(cheng)功(gong),提(ti)高了(le)小口徑不銹(xiu)鋼管生(sheng)產的(de)(de)(de)經濟(ji)性,但為(wei)了(le)減(jian)少與張力(li)減(jian)徑聯(lian)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)軋管機(ji)組(zu)的(de)(de)(de)切(qie)頭(tou)損(sun)失(shi)率要求進人張減(jian)機(ji)的(de)(de)(de)毛管盡可能長(chang),因此,凡(fan)是軋制毛管較短的(de)(de)(de)組(zu)不宜與張減(jian)機(ji)聯(lian)用(yong)(yong),這樣的(de)(de)(de)軋管組(zu)的(de)(de)(de)競爭能力(li)也就減(jian)弱(ruo)了(le)。蘭前張減(jian)技術(shu)的(de)(de)(de)發展趨勢主要是采用(yong)(yong)CEC控制、發展混(hun)合傳(chuan)動方式以及工藝過程(cheng)自動控制。軋管前(qian)后變(bian)形階段及原(yuan)料(管坯)生產(chan)方面(mian)的進展(zhan),所有這些基本勾(gou)畫了無縫不銹鋼管生產(chan)工藝近100年的發展(zhan)概(gai)況。