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(zhou)期軋(ya)管機(ji)、自動軋(ya)管機(ji)和頂管工藝的發展
曼內(nei)斯(si)曼兄弟(di)(di)發(fa)(fa)明斜軋(ya)(ya)(ya)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機(ji)后(hou)(hou),原(yuan)想(xiang)通過實(shi)心坯穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)一次(ci)成管(guan)(guan),經過多次(ci)試驗失(shi)敗之后(hou)(hou),就設法在(zai)兩(liang)重式軋(ya)(ya)(ya)機(ji)上將空心坯套在(zai)芯棒上加以延伸(shen),這樣生(sheng)(sheng)產的(de)(de)鋼(gang)管(guan)(guan)長度不(bu)大(da)(da)于(yu)(yu)4~4.5m,而且(qie)質量很(hen)差(cha)。由此導致曼氏兄弟(di)(di)于(yu)(yu)1892年(nian)發(fa)(fa)明周期(qi)(qi)軋(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)機(ji),這種(zhong)周期(qi)(qi)軋(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)機(ji)采用(yong)(yong)人(ren)工喂(wei)料(liao),由于(yu)(yu)芯棒很(hen)重,喂(wei)料(liao)很(hen)費力(li)氣,生(sheng)(sheng)產呈間(jian)斷性,效率很(hen)低。當早期(qi)(qi)在(zai)曼內(nei)斯(si)曼公司工作,并參加過早期(qi)(qi)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)(guan)生(sheng)(sheng)產的(de)(de)斯(si)蒂弗(fu)爾工程(cheng)師(瑞士(shi)人(ren))移(yi)居美(mei)(mei)國(guo)時,美(mei)(mei)國(guo)鋼(gang)管(guan)(guan)界正在(zai)探索發(fa)(fa)展(zhan)空心坯快速延伸(shen)的(de)(de)工藝(yi)。由于(yu)(yu)他的(de)(de)努力(li),第(di)一臺自動軋(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)機(ji)于(yu)(yu)1903年(nian)11月在(zai)美(mei)(mei)國(guo) Greenville 誕生(sheng)(sheng),所(suo)生(sheng)(sheng)產管(guan)(guan)子的(de)(de)外徑最大(da)(da)為4~5 1/2英寸。與(yu)美(mei)(mei)國(guo)發(fa)(fa)展(zhan)自動軋(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)機(ji)的(de)(de)同(tong)(tong)時,德國(guo)又從完全不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)途徑研究(jiu)發(fa)(fa)展(zhan)了(le)另一種(zhong)軋(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)工藝(yi),即在(zai)原(yuan)已存在(zai)的(de)(de)艾(ai)哈德水壓沖孔(kong)(kong)(kong)工藝(yi)的(de)(de)基礎上,采用(yong)(yong)環式孔(kong)(kong)(kong)型對沖孔(kong)(kong)(kong)杯(bei)狀體進行(xing)延伸(shen),這就是(shi)頂管(guan)(guan)工藝(yi)。因此,從1886年(nian)發(fa)(fa)明斜軋(ya)(ya)(ya)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機(ji)后(hou)(hou),在(zai)將近20年(nian)的(de)(de)時間(jian)內(nei)出現了(le)3種(zhong)可用(yong)(yong)于(yu)(yu)工業生(sheng)(sheng)產的(de)(de)軋(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)工藝(yi)。
二、連續軋管機(ji)的(de)發展
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(guan)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管(guan)的生產領域內也占了優勢。
1983年日本八幡廠(chang)的(de)(de)半(ban)浮(fu)動芯棒(bang)連軋管(guan)廠(chang)的(de)(de)投產(chan),開(kai)始了3種連軋管(guan)工(gong)藝并存的(de)(de)時期。采用連軋管(guan)工(gong)藝的(de)(de)鋼管(guan)廠(chang)競爭能力(li)強,經(jing)濟效(xiao)益好(hao),其突出優點(dian)是:產(chan)量(liang)高(年產(chan)量(liang)50萬噸以上)、產(chan)品(pin)質量(liang)好(hao),所生產(chan)管(guan)子的(de)(de)品(pin)種規格多(duo),毛(mao)管(guan)長度大,收得(de)率高,這些(xie)優點(dian)決非(fei)其他軋管(guan)工(gong)藝所能比擬的(de)(de)。
三、各種古(gu)老軋管工(gong)藝全(quan)面翻新
連(lian)軋(ya)(ya)管(guan)(guan)工藝(yi)獲得巨大發展(zhan)的(de)同(tong)時,各種古(gu)老(lao)的(de)軋(ya)(ya)管(guan)(guan)工藝(yi)也進(jin)入了一個全面(mian)翻新(xin)的(de)時期。
1. 單槽自(zi)動軋管機和串列布置的(de)自(zi)動軋管機
日本(ben)四大鋼鐵公司(si)在1977~1978年(nian)兩年(nian)時間內(nei)共有4套新型的單槽自動(dong)(dong)軋管(guan)(guan)(guan)機投產,所(suo)生(sheng)(sheng)產鋼管(guan)(guan)(guan)的最大直徑(jing)(jing)為381mm、406mm.在小口徑(jing)(jing)鋼管(guan)(guan)(guan)生(sheng)(sheng)產領域內(nei)采用串列式布置(zhi)的自動(dong)(dong)軋管(guan)(guan)(guan)機是蘇聯(lian)的做法,所(suo)生(sheng)(sheng)產鋼管(guan)(guan)(guan)的最大外徑(jing)(jing)為140~250mm。但(dan)經(jing)過不到(dao)20年(nian)的發展,證(zheng)明這兩種做法不能克服自動(dong)(dong)軋管(guan)(guan)(guan)工(gong)藝所(suo)固有的缺點。“短頂頭(tou)軋管(guan)(guan)(guan)”終究不如“長芯棒軋管(guan)(guan)(guan)”,于是這兩種改進了的自動(dong)(dong)軋管(guan)(guan)(guan)工(gong)藝未獲發展。
2. CPE工(gong)藝
頂管(guan)工(gong)(gong)藝的(de)缺點在1974年的(de)頂管(guan)工(gong)(gong)藝學術討論會(hui)上(shang)進行了(le)比(bi)較(jiao)全面的(de)論證(zheng)。為了(le)改善采用(yong)這種工(gong)(gong)藝生(sheng)產(chan)的(de)毛管(guan)短、壁厚薄、收得率低(di)等(deng)缺點,在古老的(de)頂管(guan)工(gong)(gong)藝中采用(yong)斜軋穿(chuan)(chuan)孔(kong)法代替水(shui)壓沖孔(kong)法,將管(guan)坯穿(chuan)(chuan)透,然后用(yong)專門設備收底,形成一個可以(yi)承(cheng)受頂推力的(de)“底”。這樣,可以(yi)采用(yong)重量較(jiao)大的(de)管(guan)坯,生(sheng)產(chan)較(jiao)長的(de)管(guan)子(可達24m).至于(yu)收得率雖有所提高,但和(he)其他工(gong)(gong)藝相比(bi)較(jiao)仍較(jiao)低(di)。
3. 新型狄賽爾軋(ya)管機(ji)(Accu-roll軋(ya)機(ji))
狄賽爾軋管機是在狄賽爾穿孔機(指老式的(de)、導盤呈時鐘“6時-12時”布置的狄(di)(di)賽爾(er)穿(chuan)孔(kong)機)的基礎上(shang)發展起來的。最原始的工藝是在狄(di)(di)賽爾(er)穿(chuan)孔(kong)機上(shang),穿(chuan)孔(kong)后(hou)的空心坯穿(chuan)人芯(xin)棒后(hou)在另一(yi)臺狄(di)(di)賽爾(er)軋(ya)管(guan)機上(shang)軋(ya)制成管(guan)。從(cong)構造上(shang)講兩者基本相同(tong),異(yi)點僅在于前后(hou)臺的不同(tong)。
第一臺(tai)狄賽爾軋(ya)管(guan)機1932年(nian)在(zai)(zai)(zai)美國 Beaver Falls 廠投產,由(you)于生產率較(jiao)低,在(zai)(zai)(zai)40年(nian)代末停產。40多年(nian)后在(zai)(zai)(zai)美國Aetna Stand-ard公(gong)司采用了(le)一些改進措施,并(bing)稱 Accu-roll軋(ya)機為“下一代的(de)軋(ya)管(guan)機”,實際上這(zhe)種工藝的(de)固有缺(que)點如延伸系數小、毛(mao)管(guan)長度短以及(ji)可能出現的(de)內部(bu)質量問題(ti)依然存在(zai)(zai)(zai)。
4. 新(xin)型三(san)輥軋管機
從工藝(yi)上講,新型三輥軋(ya)管(guan)機并無實(shi)質性變化(hua),由(you)于采用了NEL控制系(xi)統(tong),可(ke)以達(da)(da)到(dao)軋(ya)薄(bo)壁(bi)管(guan)的目(mu)的。德國MDM公司(si)將這(zhe)種新型三輥軋(ya)管(guan)機稱之為 High Performance Assel mill,所軋(ya)管(guan)子最大外徑(jing)可(ke)達(da)(da)356mm,最小壁(bi)厚為2.5mm,D/S比可(ke)達(da)(da)40(實(shi)際上這(zhe)是(shi)指(zhi)外徑(jing)為324~356mm而言(yan),當外徑(jing)為139.7~219mm時(shi),D/S=35~37)。但(dan)不管(guan)怎樣,對(dui)三輥軋(ya)管(guan)機來說,確實(shi)是(shi)一大進(jin)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壁不銹鋼管時壁厚公差劣化。
四、連鑄(zhu)圓坯的使用和穿孔、張減(jian)技(ji)術的發(fa)展
圓(yuan)坯連(lian)鑄(zhu)技術的成功(gong)一(yi)方面促進了斜軋(ya)穿(chuan)(chuan)孔(kong)工藝的發(fa)展,使得狄賽爾穿(chuan)(chuan)孔(kong)機(ji)在新的條件下復(fu)活,另(ling)一(yi)方面終結了壓力(li)穿(chuan)(chuan)孔(kong)機(ji)(PPM)在新建不(bu)銹鋼管廠中的進一(yi)步應用(yong)。這樣在無縫鋼管生產(chan)領域,以連(lian)鑄(zhu)圓(yuan)坯為原料進行斜軋(ya)穿(chuan)(chuan)孔(kong)幾乎已成定局,不(bu)這樣,就(jiu)會失去競(jing)爭力(li)。
20世紀50年代張(zhang)減技(ji)術的(de)(de)(de)(de)成功,提高了小(xiao)口徑不銹鋼管生產(chan)的(de)(de)(de)(de)經濟性,但為了減少與張(zhang)力減徑聯(lian)用(yong)的(de)(de)(de)(de)軋管機(ji)組(zu)的(de)(de)(de)(de)切頭損失率要求進人張(zhang)減機(ji)的(de)(de)(de)(de)毛管盡(jin)可(ke)能長,因此,凡(fan)是軋制毛管較短的(de)(de)(de)(de)組(zu)不宜與張(zhang)減機(ji)聯(lian)用(yong),這(zhe)樣的(de)(de)(de)(de)軋管組(zu)的(de)(de)(de)(de)競爭能力也就減弱了。蘭前張(zhang)減技(ji)術的(de)(de)(de)(de)發展趨勢(shi)主要是采用(yong)CEC控制、發展混合(he)傳動方式以(yi)及(ji)工藝過程自動控制。軋管前(qian)后變形階段及原(yuan)料(liao)(管坯(pi))生產方面的進(jin)展,所有這(zhe)些基本勾畫了無縫不銹(xiu)鋼管生產工藝近100年的發(fa)展概況(kuang)。