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(guan)機、自(zi)動軋管(guan)機和頂管(guan)工(gong)藝的發展
曼(man)內斯曼(man)兄(xiong)弟發明斜軋(ya)穿(chuan)孔機(ji)(ji)(ji)后,原(yuan)(yuan)想通(tong)過(guo)實(shi)心(xin)坯穿(chuan)孔一(yi)次成管(guan)(guan)(guan),經過(guo)多次試驗失敗之后,就設(she)法在(zai)兩重式(shi)(shi)軋(ya)機(ji)(ji)(ji)上將(jiang)空心(xin)坯套(tao)在(zai)芯棒(bang)上加(jia)以延伸(shen),這樣生(sheng)產的(de)(de)(de)(de)(de)鋼管(guan)(guan)(guan)長度不(bu)(bu)大(da)(da)于(yu)4~4.5m,而且質量很(hen)差。由此導致曼(man)氏兄(xiong)弟于(yu)1892年(nian)發明周期(qi)(qi)軋(ya)管(guan)(guan)(guan)機(ji)(ji)(ji),這種(zhong)周期(qi)(qi)軋(ya)管(guan)(guan)(guan)機(ji)(ji)(ji)采(cai)用人工喂(wei)料(liao)(liao),由于(yu)芯棒(bang)很(hen)重,喂(wei)料(liao)(liao)很(hen)費力(li)氣,生(sheng)產呈間斷性,效(xiao)率很(hen)低。當早期(qi)(qi)在(zai)曼(man)內斯曼(man)公(gong)司工作,并參加(jia)過(guo)早期(qi)(qi)不(bu)(bu)銹鋼管(guan)(guan)(guan)生(sheng)產的(de)(de)(de)(de)(de)斯蒂弗爾工程師(瑞士人)移居美國時(shi),美國鋼管(guan)(guan)(guan)界正在(zai)探索發展(zhan)空心(xin)坯快速延伸(shen)的(de)(de)(de)(de)(de)工藝(yi)(yi)。由于(yu)他的(de)(de)(de)(de)(de)努力(li),第一(yi)臺自動軋(ya)管(guan)(guan)(guan)機(ji)(ji)(ji)于(yu)1903年(nian)11月在(zai)美國 Greenville 誕生(sheng),所生(sheng)產管(guan)(guan)(guan)子的(de)(de)(de)(de)(de)外徑(jing)最大(da)(da)為4~5 1/2英寸。與美國發展(zhan)自動軋(ya)管(guan)(guan)(guan)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)同時(shi),德國又從完全不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)途徑(jing)研(yan)究(jiu)發展(zhan)了另一(yi)種(zhong)軋(ya)管(guan)(guan)(guan)工藝(yi)(yi),即在(zai)原(yuan)(yuan)已存在(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)艾哈(ha)德水壓沖(chong)孔工藝(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)基礎上,采(cai)用環式(shi)(shi)孔型對沖(chong)孔杯(bei)狀體進(jin)行延伸(shen),這就是頂管(guan)(guan)(guan)工藝(yi)(yi)。因此,從1886年(nian)發明斜軋(ya)穿(chuan)孔機(ji)(ji)(ji)后,在(zai)將(jiang)近(jin)20年(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)間內出(chu)現(xian)了3種(zhong)可(ke)用于(yu)工業生(sheng)產的(de)(de)(de)(de)(de)軋(ya)管(guan)(guan)(guan)工藝(yi)(yi)。
二、連續軋管機的發(fa)展(zhan)
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(gang)管質量優越,軋機能力大大提高,在小口徑不(bu)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(xiu)鋼管的生產領域內也占了優勢。
1983年日本八幡廠的(de)(de)半浮動芯棒連軋(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)廠的(de)(de)投產(chan),開始了(le)3種(zhong)連軋(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)工藝(yi)并(bing)存的(de)(de)時期。采用連軋(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)工藝(yi)的(de)(de)鋼管(guan)(guan)(guan)廠競爭能(neng)力強,經(jing)濟效益好(hao),其(qi)突出優點(dian)是:產(chan)量高(gao)(年產(chan)量50萬噸以上)、產(chan)品質(zhi)量好(hao),所生產(chan)管(guan)(guan)(guan)子的(de)(de)品種(zhong)規(gui)格多,毛(mao)管(guan)(guan)(guan)長度(du)大,收得(de)率高(gao),這些優點(dian)決非其(qi)他(ta)軋(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)工藝(yi)所能(neng)比擬的(de)(de)。
三(san)、各種古老軋管工藝全面(mian)翻新
連軋(ya)管(guan)工藝(yi)獲得(de)巨大(da)發展的(de)同時,各種古老的(de)軋(ya)管(guan)工藝(yi)也(ye)進入了一個全(quan)面(mian)翻新的(de)時期。
1. 單槽(cao)自動軋管機(ji)和串列布置的自動軋管機(ji)
日本四大(da)鋼鐵公(gong)司在(zai)1977~1978年兩年時間內(nei)(nei)共有4套新型的單(dan)槽自(zi)動(dong)(dong)軋(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)(guan)機(ji)投產,所(suo)生產鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)的最(zui)大(da)直徑(jing)(jing)為(wei)381mm、406mm.在(zai)小口(kou)徑(jing)(jing)鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)生產領域內(nei)(nei)采用串列式布(bu)置的自(zi)動(dong)(dong)軋(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)(guan)機(ji)是蘇聯的做(zuo)法,所(suo)生產鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)的最(zui)大(da)外徑(jing)(jing)為(wei)140~250mm。但經過(guo)不(bu)到(dao)20年的發展,證明這兩種做(zuo)法不(bu)能克服自(zi)動(dong)(dong)軋(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)(guan)工藝所(suo)固有的缺點。“短頂頭軋(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)(guan)”終究不(bu)如(ru)“長芯(xin)棒軋(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)(guan)”,于是這兩種改進了的自(zi)動(dong)(dong)軋(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)(guan)工藝未獲發展。
2. CPE工藝
頂(ding)(ding)管工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)的(de)缺點在1974年的(de)頂(ding)(ding)管工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)學(xue)術討論會上進行(xing)了比較(jiao)(jiao)全面的(de)論證。為了改善采(cai)用(yong)這(zhe)種工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)生(sheng)產的(de)毛管短、壁厚薄、收得(de)率(lv)低等(deng)缺點,在古老的(de)頂(ding)(ding)管工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)中采(cai)用(yong)斜軋穿(chuan)孔(kong)法代(dai)替水壓(ya)沖孔(kong)法,將管坯(pi)穿(chuan)透,然(ran)后(hou)用(yong)專門(men)設備收底(di),形成一個可以承受(shou)頂(ding)(ding)推(tui)力的(de)“底(di)”。這(zhe)樣(yang),可以采(cai)用(yong)重量較(jiao)(jiao)大的(de)管坯(pi),生(sheng)產較(jiao)(jiao)長的(de)管子(可達24m).至于收得(de)率(lv)雖(sui)有所提高,但和其他工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)相比較(jiao)(jiao)仍較(jiao)(jiao)低。
3. 新型狄(di)賽爾(er)軋(ya)管機(Accu-roll軋(ya)機)
狄賽爾軋管機是在狄賽爾穿孔機(指(zhi)老式的、導盤(pan)呈時(shi)鐘“6時-12時”布置的(de)狄(di)賽爾(er)穿孔機(ji))的(de)基(ji)(ji)礎上(shang)發展起(qi)來的(de)。最原始的(de)工藝是在狄(di)賽爾(er)穿孔機(ji)上(shang),穿孔后(hou)的(de)空心坯(pi)穿人芯棒后(hou)在另一臺狄(di)賽爾(er)軋(ya)(ya)管機(ji)上(shang)軋(ya)(ya)制成(cheng)管。從構造上(shang)講兩(liang)者基(ji)(ji)本相同(tong),異點僅在于前后(hou)臺的(de)不同(tong)。
第一(yi)(yi)臺狄賽爾軋管機1932年在美國(guo) Beaver Falls 廠投產,由于生產率較低,在40年代(dai)末停(ting)產。40多年后在美國(guo)Aetna Stand-ard公司采用(yong)了一(yi)(yi)些改進措施,并(bing)稱(cheng) Accu-roll軋機為“下一(yi)(yi)代(dai)的(de)軋管機”,實際上(shang)這種工(gong)藝的(de)固有缺點如延伸系數小、毛管長度短以(yi)及可能出(chu)現(xian)的(de)內部(bu)質量問題依然存(cun)在。
4. 新型三輥軋管機(ji)
從工(gong)藝上講,新型三輥軋(ya)管(guan)(guan)機并(bing)無(wu)實(shi)質性變化,由于采用(yong)了NEL控(kong)制系統,可(ke)以達(da)到(dao)軋(ya)薄(bo)壁(bi)(bi)管(guan)(guan)的(de)目的(de)。德國MDM公司(si)將這(zhe)種新型三輥軋(ya)管(guan)(guan)機稱之為 High Performance Assel mill,所軋(ya)管(guan)(guan)子最大外徑可(ke)達(da)356mm,最小壁(bi)(bi)厚為2.5mm,D/S比可(ke)達(da)40(實(shi)際上這(zhe)是指(zhi)外徑為324~356mm而言,當(dang)外徑為139.7~219mm時,D/S=35~37)。但(dan)不管(guan)(guan)怎樣(yang),對三輥軋(ya)管(guan)(guan)機來說,確實(shi)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壁不銹鋼管時壁厚公差劣化。
四(si)、連(lian)鑄圓坯的(de)使用和穿孔(kong)、張減技術的(de)發(fa)展
圓坯連(lian)鑄(zhu)技術的成功(gong)一方面促進(jin)了斜軋(ya)穿孔工藝的發展,使(shi)得狄賽爾穿孔機在(zai)新(xin)的條件下(xia)復活,另一方面終結(jie)了壓力穿孔機(PPM)在(zai)新(xin)建不(bu)銹鋼管(guan)廠中(zhong)的進(jin)一步應用。這樣在(zai)無縫鋼管(guan)生(sheng)產領域(yu),以連(lian)鑄(zhu)圓坯為原(yuan)料進(jin)行斜軋(ya)穿孔幾(ji)乎(hu)已成定局,不(bu)這樣,就會失去競爭(zheng)力。
20世紀50年代張減(jian)(jian)(jian)技術(shu)的(de)(de)成功,提高了(le)小口徑不銹鋼管(guan)生產的(de)(de)經濟(ji)性,但(dan)為了(le)減(jian)(jian)(jian)少(shao)與張力減(jian)(jian)(jian)徑聯用的(de)(de)軋管(guan)機(ji)組的(de)(de)切頭損(sun)失率(lv)要(yao)求進(jin)人張減(jian)(jian)(jian)機(ji)的(de)(de)毛管(guan)盡可能(neng)長,因此(ci),凡是軋制毛管(guan)較短的(de)(de)組不宜與張減(jian)(jian)(jian)機(ji)聯用,這樣的(de)(de)軋管(guan)組的(de)(de)競爭(zheng)能(neng)力也就(jiu)減(jian)(jian)(jian)弱了(le)。蘭前張減(jian)(jian)(jian)技術(shu)的(de)(de)發展趨勢主要(yao)是采用CEC控制、發展混(hun)合(he)傳動方式以及工藝過程自動控制。軋管(guan)前后變形階段及原料(管(guan)坯)生產方面的進(jin)展,所(suo)有這些(xie)基(ji)本勾畫(hua)了無縫不銹鋼管(guan)生產工藝近100年的發展概況(kuang)。