第一臺355.6mm的MPM軋管機于1978年在Dalmine 不銹鋼管廠投產。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(jie)上(shang)(shang)最(zui)新型的無縫不銹鋼(gang)管軋(ya)機(ji)于(yu)2003年年底在(zai)天津(jin)投產，這是(shi)世(shi)界(jie)上(shang)(shang)第一臺 PQF軋(ya)管機(ji)（圖26-5)。PQF 是(shi) PremiumQuality Finishing 三詞的縮(suo)寫。
PQF連軋(ya)管機(ji)能(neng)保(bao)證最(zui)佳(jia)的產(chan)(chan)品質量。當(dang)然，只(zhi)有(you)當(dang)軋(ya)管機(ji)在日常生產(chan)(chan)中(zhong)(zhong)能(neng)保(bao)證產(chan)(chan)品優質，它才具有(you)真(zhen)正的競爭優勢。這就需要(yao)軋(ya)機(ji)在運(yun)行(xing)中(zhong)(zhong)即堅固可靠，又易(yi)于操(cao)作。
早在(zai)1999年(nian)，SMS就有發展PQF軋機的(de)設想。在(zai)穿孔和張減工藝(yi)的(de)優化方面(mian)，SMS-Meer 擁(yong)有多項(xiang)專門技術，而SMS-Uemag-Innse的(de)主要技術領域則在(zai)MPM連續(xu)軋管工藝(yi)方面(mian)。
新的軋管機設備的目標是(shi)(shi)使鋼管質(zhi)量有一個(ge)飛(fei)躍，定(ding)量地說，就是(shi)(shi)使現在常用的直(zhi)徑、壁厚公差減少(shao)50%。
世界范圍(wei)內無縫不銹鋼管設備(bei)(bei)制造(zao)的(de)(de)經驗(yan)，顯示出在設備(bei)(bei)改進提高(gao)這方(fang)面具(ju)有很(hen)大的(de)(de)潛(qian)力，這一潛(qian)力沒有被(bei)挖掘出來的(de)(de)原(yuan)因是由(you)于軋管設備(bei)(bei)和輔助設備(bei)(bei)配置不當(dang)。對于軋制全過程(cheng)(cheng)監控而言，缺少(shao)合適的(de)(de)檢(jian)測技(ji)術，穿孔工(gong)藝過程(cheng)(cheng)難(nan)以掌握。另外，在軋制過程(cheng)(cheng)中也(ye)缺乏(fa)進行(xing)適當(dang)修正調節的(de)(de)執行(xing)裝置。
只有當所有問題具有一(yi)致(zhi)且全面的(de)(de)解(jie)決(jue)辦法后，才能在實(shi)際運行(xing)中(zhong)實(shi)現既定的(de)(de)目標。因此，在PQF這一(yi)理(li)念(nian)中(zhong)結合了(le)一(yi)系(xi)列(lie)完整(zheng)的(de)(de)解(jie)決(jue)方(fang)案（圖26-6),包括：
1. 輥式穿孔(kong)機，設有(you)最(zui)優化的(de)軋輥箱和導衛裝置以(yi)及扭轉(zhuan)變形小(xiao)的(de)機架；
2. 用于軋(ya)制延伸的三輥(gun)式連軋(ya)機(ji)，這種軋(ya)機(ji)容易操作，且產品質(zhi)量(liang)優越；
3. HGC輥縫液(ye)壓調節系統，使(shi)軋管延(yan)伸階段的壁厚偏差減至最小值；
4. CARTA工藝系(xi)統，可以優化生產計劃并在生產過程中(zhong)進行在線調(diao)節；
5. CARTA/FGF,即自由孔(kong)型(xing)形(xing)狀工藝系(xi)統，厚壁管的(de)質量得以(yi)優化；
6. 張(zhang)減(jian)機(ji)采(cai)用三(san)組疊加傳動和可調(diao)式(shi)精(jing)軋機(ji)架（FPS)以減(jian)少張(zhang)減(jian)管的直徑(jing)偏差值；
7. LASUS壁厚測量系統，可對(dui)壁厚進(jin)行可靠的、高(gao)分辨率的測量；
8. QAS質(zhi)量保證系統，可對測得的數(shu)據進行(xing)智能評估，并提供有效的工藝過程監(jian)控。
一、三輥式連軋管機(ji)
早(zao)在(zai)20世紀90年代初，SMS-Demag-Innse 就對(dui)三(san)輥軋(ya)管(guan)機(ji)(ji)作過報道，認為這(zhe)是已發展完(wan)善(shan)的(de)(de)二(er)輥式MPM軋(ya)機(ji)(ji)進一(yi)步發展的(de)(de)方(fang)向(xiang)。三(san)輥式連軋(ya)管(guan)工藝(yi)的(de)(de)優點(dian)是顯(xian)而易見的(de)(de)，因為在(zai)張減工藝(yi)領(ling)域早(zao)已實(shi)(shi)現了由二(er)輥式機(ji)(ji)架向(xiang)三(san)輥式機(ji)(ji)架的(de)(de)轉變(bian)，使無縫不銹鋼管(guan)的(de)(de)質量顯(xian)著(zhu)提高。對(dui)這(zhe)種工藝(yi)危險性(xing)的(de)(de)預測，是三(san)輥式軋(ya)管(guan)工藝(yi)應(ying)用(yong)成熟較晚的(de)(de)原因之一(yi)，因此要盡(jin)可能做到不用(yong)價格昂(ang)貴的(de)(de)試驗(yan)軋(ya)機(ji)(ji)來(lai)開發與(yu)MPM軋(ya)機(ji)(ji)不同的(de)(de)新的(de)(de)孔型設計技術(shu)，特(te)別要注意將軋(ya)件(jian)從芯棒上脫出的(de)(de)問題。SMS-Meer 和(he) SMS-Demag-Innse應(ying)用(yong)以MPM軋(ya)機(ji)(ji)操作經(jing)驗(yan)為基(ji)礎的(de)(de)FEM有限元模擬法(fa)（圖26-7),實(shi)(shi)施(shi)了技術(shu)安全措施(shi)，獲得了為安裝(zhuang)新的(de)(de)PQF軋(ya)管(guan)工藝(yi)所需的(de)(de)訣(jue)竅。這(zhe)是一(yi)項(xiang)獨立(li)的(de)(de)技術(shu)，它(ta)可安全、切實(shi)(shi)地(di)被(bei)引入實(shi)(shi)際應(ying)用(yong)之中。
與兩輥(gun)(gun)式(shi)(shi)軋管(guan)(guan)工藝(yi)相比，三輥(gun)(gun)式(shi)(shi)工藝(yi)在(zai)質量和(he)成(cheng)本(ben)方面的優(you)越性(xing)在(zai)于三輥(gun)(gun)式(shi)(shi)機架中更(geng)加(jia)(jia)(jia)均勻(yun)的變(bian)形過程。三輥(gun)(gun)式(shi)(shi)結構使得金屬流變(bian)得均勻(yun)，原(yuan)因是軋輥(gun)(gun)和(he)管(guan)(guan)件間的相對(dui)速度(du)大(da)約降(jiang)低了(le)50%,軋制(zhi)力沿周邊和(he)自(zi)由變(bian)形區的分布更(geng)加(jia)(jia)(jia)合(he)理，未(wei)加(jia)(jia)(jia)控(kong)制(zhi)的變(bian)形只(zhi)有兩輥(gun)(gun)式(shi)(shi)軋管(guan)(guan)工藝(yi)的一半(ban)。更(geng)加(jia)(jia)(jia)均勻(yun)的變(bian)形意味著管(guan)(guan)件截(jie)面內的壁(bi)厚偏差較小，與具有影響力的變(bian)量的關(guan)聯性(xing)較小，金屬變(bian)形應力就相對(dui)較低。
從不銹鋼管廠(chang)的(de)(de)角度來(lai)看，三(san)輥式軋(ya)管機的(de)(de)一個主要優點(dian)是軋(ya)制過程穩定，而且易于掌握(wo)。這(zhe)(zhe)個優點(dian)很重要，因為確(que)定這(zhe)(zhe)種軋(ya)制過程的(de)(de)先決條件就是在日常生產中確(que)保產品質量(liang)的(de)(de)可靠性和持(chi)久性。上述較低的(de)(de)金(jin)屬應力使得產品范圍(wei)得以擴大到薄壁(bi)管和合金(jin)含(han)量(liang)較高的(de)(de)鋼管。
三輥式(shi)連軋(ya)管(guan)機可以達(da)到無縫(feng)鋼管(guan)軋(ya)機靈活(huo)性(xing)高、在較短的(de)時間內小批量生(sheng)產不同規格的(de)管(guan)子(zi)的(de)要求、同時具有成本較低和(he)尺寸偏差較小等優點。
為了將這些成果應用于(yu)三輥軋(ya)管工藝過程(cheng)，PQF軋(ya)機(ji)結合了以下(xia)機(ji)械設計特點(dian)：軋(ya)輥的準確定位(wei)和(he)保持正(zheng)定位(wei)置的穩定性(xing)，同(tong)時(shi)在軋(ya)制過程(cheng)中可以調節軋(ya)輥孔型(xing)。
軋輥裝在可擺動的橫(heng)臂上，然(ran)后裝入機(ji)(ji)架的機(ji)(ji)芯（圖26-8)。機(ji)(ji)芯裝在隧(sui)道式機(ji)(ji)座內，后者裝有調整(zheng)軋輥位置的液壓(ya)小艙（每(mei)一個軋輥設有一個液壓(ya)小艙），這些結構均使軋機(ji)(ji)既(ji)穩定又緊湊，使得(de)軋輥定位和芯棒導向具有很(hen)高(gao)的準(zhun)確度，從而將變(bian)形過程(cheng)設計得(de)很(hen)精(jing)確。
和兩輥式MPM軋機相比較，上述結構又具有以(yi)下優點：
1. 軋機總體設(she)計(ji)緊湊，基座深度最小；
2. 機架間距較(jiao)小，芯棒(bang)長(chang)度(du)較(jiao)短，并具有(you)最(zui)佳的芯棒(bang)導引系統(tong)；
3. 在封閉固定的環(huan)狀(zhuang)機架框架內，三股(gu)軋輥(gun)力互(hu)呈120°,可相互(hu)對稱吸收；
4. 由于變形均勻(yun)再加(jia)上每一(yi)個軋(ya)輥(gun)機(ji)可(ke)以(yi)液壓調整，可(ke)以(yi)實現軋(ya)縫的自(zi)動調整；
5. 軸承間距離較短，作用在每一個軋(ya)輥上(shang)的(de)(de)軋(ya)制(zhi)力(li)(li)較小(xiao)，因(yin)此彎曲力(li)(li)矩較小(xiao)，從(cong)而(er)使孔型(xing)的(de)(de)改變量最小(xiao)，管子公差明(ming)顯降(jiang)低。
二、壁厚測量
LASUS是設在(zai)軋機熱軋區的(de)(de)超聲波(bo)壁(bi)厚測量系統（圖26-9),其工(gong)藝技(ji)(ji)術原理和冷管(guan)超聲波(bo)探傷基(ji)本相同(tong)，具(ju)有(you)同(tong)樣高的(de)(de)精確性(xing)、局(ju)部(bu)分辨率和可靠性(xing)。上述(shu)測量技(ji)(ji)術特(te)性(xing)對(dui)于正(zheng)確而詳盡地(di)記錄熱軋管(guan)壁(bi)厚結構具(ju)有(you)決定性(xing)意義(yi)，這(zhe)樣就可以在(zai)生(sheng)產過程中進(jin)行正(zheng)確的(de)(de)介入(ru)。
測(ce)量頭(tou)（探(tan)頭(tou)）裝在抽芯棒裝置的(de)軋(ya)出區，它對PQF熱軋(ya)管和穿孔坯的(de)軋(ya)制數據進行記(ji)錄。在張減機的(de)輸(shu)出端則設有另一(yi)個測(ce)量頭(tou)以記(ji)錄熱軋(ya)荒管的(de)壁厚(hou)偏差，并對管端增厚(hou)和內六角形加以確認。
三(san)、質量(liang)保證系統
穿(chuan)孔機(ji)和連軋(ya)管機(ji)對(dui)壁(bi)厚形成(cheng)的影(ying)響可(ke)借QAS系統中適(shi)當的分(fen)析技術而加以區分(fen)，從而對(dui)兩個機(ji)組分(fen)別實現工藝(yi)過程最佳化(hua)。在各種情(qing)況(kuang)下可(ke)由單通道(dao)測(ce)量(liang)系統來對(dui)這兩種影(ying)響進行區分(fen)，此時由機(ji)器人控制測(ce)量(liang)頭圍繞工件(jian)的軸線(xian)回轉。在QAS系統中設有被測(ce)數(shu)據(ju)的智能(neng)評價(jia)系統，這一系統對(dui)所測(ce)得(de)的數(shu)據(ju)沿周邊或軸向進行正確分(fen)類，然后加以分(fen)析評估(gu)。
四、CARTA工藝技術系統
CARTA工(gong)(gong)藝(yi)技術系統(tong)(tong)為三大(da)軋機，即穿孔(kong)機、PQF軋機和張減機提供優化操(cao)作所需的(de)技術。借助于CARTA工(gong)(gong)藝(yi)技術，生(sheng)產計(ji)劃子(zi)系統(tong)(tong)得以(yi)確定(ding)工(gong)(gong)具(ju)(ju)及其整定(ding)數據。CARTA工(gong)(gong)具(ju)(ju)管(guan)理系統(tong)(tong)可以(yi)保(bao)證工(gong)(gong)具(ju)(ju)的(de)正確加工(gong)(gong)以(yi)及工(gong)(gong)具(ju)(ju)機架的(de)正確管(guan)理。CARTA過程(cheng)管(guan)理系統(tong)(tong)完成過程(cheng)控制，從而修正整定(ding)值，使尺(chi)寸(cun)偏差(cha)減至(zhi)最小(xiao)。CARTA工(gong)(gong)藝(yi)技術系統(tong)(tong)包括以(yi)下(xia)6個系統(tong)(tong)：
1. CARTA-CPM 這(zhe)一系統(tong)得(de)以保證(zheng)穿孔機(ji)最佳化(hua)運行所需的工(gong)藝(yi)技術，即提供軋制表所需的工(gong)具數(shu)據及其(qi)整(zheng)定值(zhi)，而(er)且可以在(zai)生產過程(cheng)中對整(zheng)定值(zhi)加以修正。
2. CARTA/EC(穿(chuan)孔(kong)機壁(bi)厚不(bu)(bu)均(jun)控制系(xi)統(tong)） 采用CAR-TA-EC 對(dui)壁(bi)厚不(bu)(bu)均(jun)加以(yi)控制可獲得良(liang)好的經濟(ji)效益(yi)，這一系(xi)統(tong)由過程數據分析和故障(zhang)診斷兩個系(xi)統(tong)組(zu)成，其功能是(shi)大大改(gai)善穿(chuan)孔(kong)機壁(bi)厚不(bu)(bu)均(jun)的狀(zhuang)況(kuang)。
3. CARTA/PQF 借助于CARTA/PQF的(de)(de)PSS過(guo)程監(jian)控系(xi)(xi)統(tong)（Process Supervision System)以及CARTA/PQF的(de)(de)液壓輥(gun)縫(feng)調節(jie)控制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)（HGC),可在軋制(zhi)過(guo)程中對(dui)軋機調整進行修正(zheng)，這樣(yang)可對(dui)管(guan)子(zi)產生(sheng)補償影響。
更換軋制(zhi)(zhi)規格時，有時往往需要(yao)改變輥縫調整或改變速度系列，從而改變中(zhong)間機(ji)架張力(li)狀(zhuang)態或延(yan)伸系數(shu)分配(pei)以(yi)優(you)化變形過(guo)程(cheng)。這(zhe)樣(yang)，可(ke)改變在軋制(zhi)(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)的摩擦(ca)力(li)、溫(wen)度和材料性(xing)能的影響(xiang)。輥縫調整也(ye)可(ke)以(yi)在軋制(zhi)(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)進行，以(yi)便(bian)使溫(wen)度的影響(xiang)得(de)以(yi)補償(chang)。此外，軋制(zhi)(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)芯(xin)棒(bang)磨損的影響(xiang)也(ye)可(ke)以(yi)采用適應性(xing)調整而加以(yi)修正。采用這(zhe)一系統也(ye)可(ke)以(yi)使管端(duan)(duan)軋得(de)薄一些，以(yi)減(jian)少在張減(jian)過(guo)程(cheng)中(zhong)的管端(duan)(duan)的增厚。
4. CARTA/SRM 采(cai)用(yong)這一系(xi)統，張減機(ji)的(de)軋(ya)輥速度可以自動(dong)適應，從而將壁厚偏(pian)差減至最小。通常所(suo)配置(zhi)的(de)過程控制系(xi)統包(bao)括管(guan)端控制系(xi)統CEC和平(ping)均壁厚控制系(xi)統WTCA/L.工(gong)件通過張減機(ji)時，控制系(xi)統調整工(gong)件的(de)延(yan)伸，使壁厚符合(he)要求。與(yu)沒有(you)設(she)置(zhi)控制系(xi)統的(de)張減機(ji)相比(bi)較，壁厚偏(pian)差精度和收得率能提高幾(ji)個百分點。從運行經濟性的(de)角(jiao)度看(kan)，有(you)必要設(she)置(zhi)這種(zhong)形式的(de)控制系(xi)統。
5. CARTA/FPS 成品機架采用可(ke)(ke)調(diao)機架（FPS),可(ke)(ke)以減(jian)小(xiao)直(zhi)徑偏差，即降低平均(jun)壁(bi)厚(hou)偏差和不圓(yuan)度。圖26-10所示的(de)是用于這一用途的(de)具有可(ke)(ke)調(diao)機架的(de)張減(jian)機。CARTA/FPS的(de)功能(neng)是管理專(zhuan)用機架和確(que)定(ding)其(qi)整定(ding)值。
6. CARTA/PL(Planning)這一(yi)系統對測得的(de)(de)數(shu)據(ju)(ju)、操作(zuo)(zuo)臺的(de)(de)輸(shu)入值和設計數(shu)據(ju)(ju)等工藝(yi)參數(shu)進行評估(gu)，其目的(de)(de)在(zai)于建立經(jing)驗(yan)數(shu)據(ju)(ju)庫(ku)，優化過程計劃，利用從生(sheng)(sheng)(sheng)產操作(zuo)(zuo)中(zhong)獲(huo)得的(de)(de)經(jing)驗(yan)進行生(sheng)(sheng)(sheng)產過程控制。采用這一(yi)子系統的(de)(de)目的(de)(de)是使一(yi)批管子的(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產中(zhong)以最小量的(de)(de)管件生(sheng)(sheng)(sheng)產出符合規(gui)定(ding)公(gong)差的(de)(de)管子。
所有以上這些新(xin)技(ji)術的目的在于提高無縫不銹(xiu)鋼(gang)管生產的靈活性，并使尺寸偏(pian)差降為(wei)最小值。
五(wu)、天津鋼管集團有限公司（TPCO)的PQF連(lian)軋管機
天(tian)津鋼(gang)管集團有(you)(you)限(xian)公司的(de)(de)三輥(gun)(gun)連軋管機(ji)(ji)融合了PQF軋管工藝(yi)所(suo)有(you)(you)的(de)(de)精粹功(gong)能，也是世界上首臺此類軋機(ji)(ji)。該廠所(suo)生產的(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管外(wai)徑為(wei)31.8~168.3mm,年產量(liang)為(wei)40萬/噸。主要設備組成(cheng)為(wei)：環形(xing)爐；錐輥(gun)(gun)式(shi)穿孔機(ji)(ji)；5機(ji)(ji)架(jia)PQF軋管機(ji)(ji)，其(qi)前設有(you)(you)空軋機(ji)(ji)架(jia)，其(qi)后設有(you)(you)芯棒抽出(chu)機(ji)(ji)；再加熱爐；24架(jia)張減機(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。
