第一臺355.6mm的MPM軋管機于1978年在Dalmine 不(bu)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)界上最新型的無縫不銹鋼管軋(ya)機于2003年(nian)年(nian)底在天津投產，這(zhe)是(shi)(shi)世(shi)界上第一(yi)臺 PQF軋(ya)管機（圖(tu)26-5)。PQF 是(shi)(shi) PremiumQuality Finishing 三詞的縮寫。
PQF連軋管機(ji)能保證最佳(jia)的(de)產品質(zhi)量。當然(ran)，只有當軋管機(ji)在(zai)日常生(sheng)產中(zhong)能保證產品優質(zhi)，它才具有真正(zheng)的(de)競爭優勢。這(zhe)就(jiu)需要軋機(ji)在(zai)運行中(zhong)即堅固(gu)可靠，又易于操作。
早在(zai)1999年，SMS就有發展PQF軋機(ji)的(de)設想。在(zai)穿孔和張減工藝的(de)優化方面，SMS-Meer 擁有多項專門技(ji)(ji)術，而SMS-Uemag-Innse的(de)主要技(ji)(ji)術領域則(ze)在(zai)MPM連續軋管工藝方面。
新的(de)軋管機設備(bei)的(de)目標是(shi)使(shi)鋼管質量有(you)一(yi)個飛躍，定量地(di)說(shuo)，就是(shi)使(shi)現在常用的(de)直徑、壁厚公(gong)差減少50%。
世界范圍內無縫(feng)不銹鋼管設備(bei)制造的經驗(yan)，顯示出(chu)(chu)在(zai)設備(bei)改(gai)進提高這方(fang)面具有很大的潛(qian)力，這一潛(qian)力沒有被挖掘出(chu)(chu)來的原因(yin)是由于(yu)軋管設備(bei)和輔助設備(bei)配置(zhi)不當(dang)。對于(yu)軋制全過程(cheng)監控而言，缺少合適(shi)的檢(jian)測技(ji)術，穿(chuan)孔工藝過程(cheng)難(nan)以(yi)掌(zhang)握。另(ling)外(wai)，在(zai)軋制過程(cheng)中也缺乏進行適(shi)當(dang)修正調(diao)節的執行裝(zhuang)置(zhi)。
只有當所有問題具(ju)有一致且全面的(de)(de)(de)解決辦法后，才能在實際(ji)運行中(zhong)實現既定(ding)的(de)(de)(de)目標。因此，在PQF這一理念中(zhong)結(jie)合了一系列完整的(de)(de)(de)解決方案（圖(tu)26-6),包(bao)括：
1. 輥(gun)式穿孔機(ji)，設有最優化(hua)的軋輥(gun)箱(xiang)和導衛裝置(zhi)以及扭轉變(bian)形小的機(ji)架；
2. 用(yong)于軋(ya)(ya)制(zhi)延伸的三輥式連軋(ya)(ya)機，這種軋(ya)(ya)機容易操作，且產品質量優越；
3. HGC輥縫液壓調節系統，使軋管延伸階段的壁厚偏(pian)差減(jian)至最小值；
4. CARTA工藝(yi)系統(tong)，可(ke)以優(you)化生(sheng)產(chan)計劃并在生(sheng)產(chan)過(guo)程中進行在線調節(jie)；
5. CARTA/FGF,即自由孔型形狀工藝(yi)系統，厚(hou)壁管的質量(liang)得(de)以優(you)化；
6. 張(zhang)減(jian)(jian)機采用(yong)三組疊加傳動(dong)和可(ke)調式精軋機架（FPS)以減(jian)(jian)少張(zhang)減(jian)(jian)管的直徑偏差值；
7. LASUS壁(bi)厚測(ce)量系統，可對(dui)壁(bi)厚進(jin)行可靠的、高分辨率的測(ce)量；
8. QAS質量保證系統，可對測得的(de)數據進(jin)行智能(neng)評估，并提供(gong)有效的(de)工藝過程監控。
一、三輥式(shi)連軋管機
早在20世(shi)紀90年代初，SMS-Demag-Innse 就對三輥(gun)軋(ya)(ya)管(guan)機(ji)(ji)作(zuo)過(guo)報道，認為(wei)這(zhe)是已發展完(wan)善的(de)(de)(de)二(er)輥(gun)式(shi)(shi)MPM軋(ya)(ya)機(ji)(ji)進一步發展的(de)(de)(de)方向。三輥(gun)式(shi)(shi)連軋(ya)(ya)管(guan)工藝(yi)(yi)(yi)的(de)(de)(de)優點是顯而(er)易見的(de)(de)(de)，因為(wei)在張減(jian)工藝(yi)(yi)(yi)領(ling)域早已實現了(le)由(you)二(er)輥(gun)式(shi)(shi)機(ji)(ji)架向三輥(gun)式(shi)(shi)機(ji)(ji)架的(de)(de)(de)轉(zhuan)變(bian)，使無縫不(bu)(bu)銹鋼管(guan)的(de)(de)(de)質量顯著提高。對這(zhe)種工藝(yi)(yi)(yi)危險性的(de)(de)(de)預測，是三輥(gun)式(shi)(shi)軋(ya)(ya)管(guan)工藝(yi)(yi)(yi)應用(yong)成熟較晚的(de)(de)(de)原因之(zhi)(zhi)一，因此(ci)要(yao)盡可能做到不(bu)(bu)用(yong)價格(ge)昂貴的(de)(de)(de)試驗軋(ya)(ya)機(ji)(ji)來(lai)開發與MPM軋(ya)(ya)機(ji)(ji)不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)新的(de)(de)(de)孔型(xing)設計技術(shu)，特別要(yao)注意將(jiang)軋(ya)(ya)件從芯棒上脫出(chu)的(de)(de)(de)問題。SMS-Meer 和(he) SMS-Demag-Innse應用(yong)以MPM軋(ya)(ya)機(ji)(ji)操作(zuo)經驗為(wei)基礎的(de)(de)(de)FEM有(you)限(xian)元(yuan)模(mo)擬法（圖26-7),實施了(le)技術(shu)安全措(cuo)施，獲(huo)得了(le)為(wei)安裝(zhuang)新的(de)(de)(de)PQF軋(ya)(ya)管(guan)工藝(yi)(yi)(yi)所需的(de)(de)(de)訣竅(qiao)。這(zhe)是一項(xiang)獨立的(de)(de)(de)技術(shu)，它可安全、切實地被引入實際應用(yong)之(zhi)(zhi)中。
與兩(liang)輥式(shi)(shi)軋(ya)(ya)管(guan)(guan)工藝(yi)相(xiang)比，三輥式(shi)(shi)工藝(yi)在(zai)質量和成本方面(mian)的(de)(de)優越(yue)性(xing)在(zai)于三輥式(shi)(shi)機架中更(geng)加(jia)均(jun)勻的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)過程。三輥式(shi)(shi)結構使(shi)得(de)金屬流變(bian)(bian)(bian)得(de)均(jun)勻，原因是(shi)軋(ya)(ya)輥和管(guan)(guan)件(jian)間(jian)的(de)(de)相(xiang)對(dui)速度(du)大約降低(di)了50%,軋(ya)(ya)制力沿周邊和自由變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)區的(de)(de)分布更(geng)加(jia)合理(li)，未加(jia)控(kong)制的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)只有兩(liang)輥式(shi)(shi)軋(ya)(ya)管(guan)(guan)工藝(yi)的(de)(de)一半。更(geng)加(jia)均(jun)勻的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)意味(wei)著管(guan)(guan)件(jian)截面(mian)內的(de)(de)壁(bi)厚偏差(cha)較小，與具有影(ying)響力的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)量的(de)(de)關聯性(xing)較小，金屬變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)應力就相(xiang)對(dui)較低(di)。
從(cong)不(bu)銹鋼管(guan)廠的角度來看，三(san)輥式軋(ya)管(guan)機(ji)的一個主(zhu)要(yao)(yao)優(you)點是(shi)軋(ya)制過(guo)程穩(wen)定，而且(qie)易于掌(zhang)握。這個優(you)點很重要(yao)(yao)，因(yin)為確定這種軋(ya)制過(guo)程的先決(jue)條(tiao)件就是(shi)在日(ri)常生產中(zhong)確保產品質量的可靠性和(he)持(chi)久性。上述較低的金屬應(ying)力使得產品范圍得以擴(kuo)大到薄(bo)壁管(guan)和(he)合金含(han)量較高的鋼管(guan)。
三輥式連軋管機(ji)可以達到無縫鋼管軋機(ji)靈活性高、在較(jiao)短(duan)的(de)(de)時間內小批量生產不同(tong)規(gui)格(ge)的(de)(de)管子的(de)(de)要求、同(tong)時具有成(cheng)本較(jiao)低和(he)尺寸偏差較(jiao)小等優(you)點。
為了(le)將(jiang)這些成(cheng)果應用于三輥軋(ya)(ya)管(guan)工藝過(guo)程，PQF軋(ya)(ya)機結合了(le)以下機械(xie)設計特點：軋(ya)(ya)輥的(de)準(zhun)確定位和保(bao)持正定位置的(de)穩定性(xing)，同時在軋(ya)(ya)制過(guo)程中可以調(diao)節(jie)軋(ya)(ya)輥孔型。
軋(ya)輥裝(zhuang)(zhuang)在(zai)可擺動的(de)橫臂上(shang)，然后裝(zhuang)(zhuang)入機(ji)(ji)(ji)(ji)架的(de)機(ji)(ji)(ji)(ji)芯(xin)（圖26-8)。機(ji)(ji)(ji)(ji)芯(xin)裝(zhuang)(zhuang)在(zai)隧道式(shi)機(ji)(ji)(ji)(ji)座內，后者裝(zhuang)(zhuang)有(you)調整軋(ya)輥位置(zhi)的(de)液(ye)壓小艙（每(mei)一個(ge)軋(ya)輥設(she)有(you)一個(ge)液(ye)壓小艙），這些結(jie)構均使軋(ya)機(ji)(ji)(ji)(ji)既穩定又緊湊，使得軋(ya)輥定位和芯(xin)棒導(dao)向具有(you)很高的(de)準確度，從而將變(bian)形過程(cheng)設(she)計得很精確。
和兩輥式MPM軋機相(xiang)比較，上述結構又(you)具有以下優點(dian)：
1. 軋機總體設計緊(jin)湊(cou)，基座深度最小(xiao)；
2. 機(ji)架(jia)間距較小，芯棒長度(du)較短(duan)，并具有最佳的芯棒導引(yin)系統；
3. 在封閉固定的(de)環(huan)狀機架框(kuang)架內，三(san)股(gu)軋輥力(li)互(hu)呈(cheng)120°,可相互(hu)對稱吸收；
4. 由于(yu)變(bian)形(xing)均(jun)勻再加(jia)上每一個軋輥(gun)機可以(yi)液壓調整，可以(yi)實現軋縫的自(zi)動(dong)調整；
5. 軸(zhou)承間距離(li)較短(duan)，作用(yong)在每一個(ge)軋輥上(shang)的軋制力較小，因此(ci)彎曲力矩較小，從而使孔(kong)型的改變量最小，管子公差明顯降(jiang)低(di)。
二(er)、壁厚測量(liang)
LASUS是設在軋機熱軋區的超聲(sheng)波壁(bi)厚(hou)測(ce)量(liang)系統（圖26-9),其工藝(yi)技(ji)術原理和冷管超聲(sheng)波探(tan)傷基本(ben)相同(tong)，具有同(tong)樣(yang)高的精確性、局部分辨率(lv)和可靠性。上(shang)述測(ce)量(liang)技(ji)術特性對于正確而詳盡地記錄(lu)熱軋管壁(bi)厚(hou)結構(gou)具有決定性意義，這樣(yang)就可以(yi)在生產過程(cheng)中(zhong)進(jin)行(xing)正確的介入。
測(ce)量頭（探頭）裝在抽芯棒裝置的軋(ya)出區，它(ta)對PQF熱軋(ya)管和(he)穿孔坯的軋(ya)制數據進行(xing)記錄。在張減(jian)機的輸出端則設有另一個測(ce)量頭以(yi)記錄熱軋(ya)荒(huang)管的壁厚偏差，并對管端增(zeng)厚和(he)內六角形加以(yi)確認。
三、質量保證(zheng)系統(tong)
穿孔機和連軋管(guan)機對壁厚形(xing)成的(de)(de)影(ying)響可(ke)借(jie)QAS系(xi)統(tong)中(zhong)(zhong)適當的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)析技術而(er)加以區(qu)分(fen)(fen)(fen)，從(cong)而(er)對兩個機組分(fen)(fen)(fen)別(bie)實現工藝過程最佳(jia)化(hua)。在各種(zhong)(zhong)情(qing)況(kuang)下可(ke)由單通(tong)道測(ce)量系(xi)統(tong)來對這兩種(zhong)(zhong)影(ying)響進行(xing)區(qu)分(fen)(fen)(fen)，此時由機器人(ren)控(kong)制測(ce)量頭圍繞工件(jian)的(de)(de)軸線回轉。在QAS系(xi)統(tong)中(zhong)(zhong)設有被(bei)測(ce)數(shu)據的(de)(de)智能評(ping)價(jia)系(xi)統(tong)，這一系(xi)統(tong)對所測(ce)得的(de)(de)數(shu)據沿周(zhou)邊或軸向(xiang)進行(xing)正確分(fen)(fen)(fen)類，然后(hou)加以分(fen)(fen)(fen)析評(ping)估。
四、CARTA工藝技術系統(tong)
CARTA工(gong)藝技(ji)(ji)(ji)術系(xi)(xi)統(tong)為三(san)大軋(ya)機(ji)(ji)，即(ji)穿孔機(ji)(ji)、PQF軋(ya)機(ji)(ji)和張減機(ji)(ji)提供(gong)優化操作所需的技(ji)(ji)(ji)術。借(jie)助(zhu)于CARTA工(gong)藝技(ji)(ji)(ji)術，生產計(ji)劃子系(xi)(xi)統(tong)得(de)以確定工(gong)具(ju)及(ji)其整定數據。CARTA工(gong)具(ju)管理系(xi)(xi)統(tong)可以保證工(gong)具(ju)的正(zheng)(zheng)確加(jia)工(gong)以及(ji)工(gong)具(ju)機(ji)(ji)架的正(zheng)(zheng)確管理。CARTA過(guo)程(cheng)管理系(xi)(xi)統(tong)完(wan)成(cheng)過(guo)程(cheng)控制，從而(er)修正(zheng)(zheng)整定值，使(shi)尺(chi)寸(cun)偏差減至最小。CARTA工(gong)藝技(ji)(ji)(ji)術系(xi)(xi)統(tong)包括以下6個系(xi)(xi)統(tong)：
1. CARTA-CPM 這一(yi)系統得以保(bao)證(zheng)穿(chuan)孔機最佳(jia)化運行所(suo)需(xu)的工藝技術，即提供(gong)軋制(zhi)表所(suo)需(xu)的工具(ju)數據(ju)及(ji)其(qi)整(zheng)定值，而且可以在生產過(guo)程中對整(zheng)定值加以修正。
2. CARTA/EC(穿(chuan)孔(kong)機壁厚不均控制系(xi)(xi)統） 采用(yong)CAR-TA-EC 對壁厚不均加以控制可獲(huo)得良(liang)好(hao)的經濟效益，這一系(xi)(xi)統由過(guo)程數據分析和故障診斷兩個系(xi)(xi)統組成，其功能是大大改善穿(chuan)孔(kong)機壁厚不均的狀況(kuang)。
3. CARTA/PQF 借助(zhu)于CARTA/PQF的PSS過程監控系統（Process Supervision System)以及CARTA/PQF的液壓輥縫(feng)調節控制系統（HGC),可在軋制過程中對(dui)軋機調整進行修正(zheng)，這樣可對(dui)管(guan)子產生補償影響。
更(geng)換軋(ya)制規(gui)格時，有時往(wang)往(wang)需要改(gai)變(bian)(bian)輥(gun)縫調(diao)整(zheng)(zheng)或(huo)(huo)改(gai)變(bian)(bian)速度(du)(du)系(xi)列，從而改(gai)變(bian)(bian)中間(jian)機架張力狀態或(huo)(huo)延伸系(xi)數分配以(yi)(yi)優(you)化(hua)變(bian)(bian)形過程(cheng)。這樣(yang)，可(ke)改(gai)變(bian)(bian)在軋(ya)制過程(cheng)中的(de)(de)摩(mo)擦(ca)力、溫(wen)度(du)(du)和(he)材料(liao)性能的(de)(de)影響。輥(gun)縫調(diao)整(zheng)(zheng)也(ye)可(ke)以(yi)(yi)在軋(ya)制過程(cheng)中進行，以(yi)(yi)便使溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)影響得以(yi)(yi)補償。此(ci)外，軋(ya)制過程(cheng)中芯棒(bang)磨(mo)損的(de)(de)影響也(ye)可(ke)以(yi)(yi)采(cai)用適應性調(diao)整(zheng)(zheng)而加(jia)以(yi)(yi)修正。采(cai)用這一系(xi)統也(ye)可(ke)以(yi)(yi)使管(guan)端軋(ya)得薄一些，以(yi)(yi)減(jian)少(shao)在張減(jian)過程(cheng)中的(de)(de)管(guan)端的(de)(de)增(zeng)厚(hou)。
4. CARTA/SRM 采用這一系(xi)統(tong)(tong)(tong)，張(zhang)減(jian)機的(de)(de)(de)軋(ya)輥(gun)速度可以自動(dong)適應，從而將(jiang)壁(bi)厚(hou)偏(pian)差減(jian)至最小。通(tong)(tong)常所配置(zhi)的(de)(de)(de)過程控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)(tong)(tong)包(bao)括管端(duan)控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)(tong)(tong)CEC和平均壁(bi)厚(hou)控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)(tong)(tong)WTCA/L.工件通(tong)(tong)過張(zhang)減(jian)機時，控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)(tong)(tong)調整(zheng)工件的(de)(de)(de)延伸，使壁(bi)厚(hou)符合要求。與沒(mei)有設(she)置(zhi)控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)張(zhang)減(jian)機相比(bi)較，壁(bi)厚(hou)偏(pian)差精度和收得率能提(ti)高幾(ji)個百分點(dian)。從運(yun)行(xing)經濟性(xing)的(de)(de)(de)角度看，有必要設(she)置(zhi)這種形式的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)(tong)(tong)。
5. CARTA/FPS 成品機架(jia)采用(yong)可調機架(jia)（FPS),可以減(jian)小直徑(jing)偏差，即降低(di)平(ping)均壁(bi)厚偏差和(he)不圓(yuan)度。圖26-10所(suo)示(shi)的是(shi)用(yong)于(yu)這一用(yong)途(tu)的具有可調機架(jia)的張(zhang)減(jian)機。CARTA/FPS的功(gong)能是(shi)管(guan)理專(zhuan)用(yong)機架(jia)和(he)確定(ding)其整定(ding)值。
6. CARTA/PL(Planning)這(zhe)一(yi)系統對測得的(de)(de)數(shu)據、操(cao)作臺(tai)的(de)(de)輸入(ru)值和設(she)計數(shu)據等工藝參(can)數(shu)進(jin)行評估，其目的(de)(de)在(zai)于(yu)建立(li)經驗(yan)數(shu)據庫，優化(hua)過程計劃，利用從生(sheng)產操(cao)作中獲得的(de)(de)經驗(yan)進(jin)行生(sheng)產過程控制。采用這(zhe)一(yi)子系統的(de)(de)目的(de)(de)是使一(yi)批(pi)管(guan)子的(de)(de)生(sheng)產中以最小量的(de)(de)管(guan)件生(sheng)產出符合規定(ding)公差的(de)(de)管(guan)子。
所有(you)以上(shang)這些新技(ji)術的(de)目的(de)在于提高無縫(feng)不(bu)銹鋼管生(sheng)產的(de)靈活性，并(bing)使尺寸(cun)偏差(cha)降(jiang)為最小值。
五、天津鋼(gang)管(guan)集團有(you)限公司（TPCO)的PQF連軋管(guan)機
天津(jin)鋼管(guan)集團有限公司的三輥連(lian)軋(ya)(ya)(ya)管(guan)機(ji)(ji)(ji)融合了(le)PQF軋(ya)(ya)(ya)管(guan)工藝(yi)所有的精粹功能，也是(shi)世界上首臺(tai)此類軋(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)。該(gai)廠所生產(chan)的不銹鋼管(guan)外徑為(wei)31.8~168.3mm,年(nian)產(chan)量為(wei)40萬(wan)/噸(dun)。主要設備組成為(wei)：環形爐(lu)；錐輥式穿孔機(ji)(ji)(ji)；5機(ji)(ji)(ji)架PQF軋(ya)(ya)(ya)管(guan)機(ji)(ji)(ji)，其前(qian)設有空軋(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)架，其后設有芯棒抽出機(ji)(ji)(ji)；再加熱爐(lu)；24架張減(jian)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。
