第一臺355.6mm的MPM軋管機于1978年在Dalmine 不銹鋼管(guan)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(gang)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)(jie)上最新型(xing)的無縫不銹鋼管(guan)軋(ya)機于2003年年底(di)在天津投(tou)產(chan)，這(zhe)是世(shi)界(jie)(jie)上第一臺 PQF軋(ya)管(guan)機（圖26-5)。PQF 是 PremiumQuality Finishing 三詞的縮寫。
PQF連(lian)軋(ya)(ya)管機(ji)能(neng)保證最佳的產(chan)品質(zhi)量。當然，只(zhi)有(you)當軋(ya)(ya)管機(ji)在日(ri)常生產(chan)中(zhong)能(neng)保證產(chan)品優(you)質(zhi)，它才具有(you)真正的競爭(zheng)優(you)勢。這就需要軋(ya)(ya)機(ji)在運行中(zhong)即堅固可靠，又易于操作。
早在(zai)1999年，SMS就有(you)發展PQF軋(ya)(ya)機的設想。在(zai)穿孔(kong)和張(zhang)減工藝(yi)的優化方(fang)面，SMS-Meer 擁有(you)多項(xiang)專門技術，而SMS-Uemag-Innse的主要技術領域則在(zai)MPM連續軋(ya)(ya)管工藝(yi)方(fang)面。
新的(de)軋管(guan)機設備(bei)的(de)目標是(shi)使(shi)鋼(gang)管(guan)質量有一(yi)個飛躍，定量地說，就是(shi)使(shi)現在(zai)常用的(de)直徑(jing)、壁厚公差減少50%。
世界范(fan)圍(wei)內無縫不(bu)銹鋼(gang)管設(she)備(bei)(bei)制(zhi)造的(de)(de)經驗，顯(xian)示出(chu)在設(she)備(bei)(bei)改進提高這(zhe)(zhe)方面具(ju)有(you)很大的(de)(de)潛力，這(zhe)(zhe)一潛力沒有(you)被(bei)挖掘出(chu)來的(de)(de)原因是由于軋(ya)(ya)(ya)管設(she)備(bei)(bei)和(he)輔助設(she)備(bei)(bei)配(pei)置不(bu)當。對于軋(ya)(ya)(ya)制(zhi)全過程監(jian)控而(er)言(yan)，缺少(shao)合適的(de)(de)檢測技術，穿孔工藝過程難(nan)以掌握。另外，在軋(ya)(ya)(ya)制(zhi)過程中也缺乏進行(xing)適當修正(zheng)調節的(de)(de)執行(xing)裝置。
只有當所有問題具(ju)有一(yi)(yi)致(zhi)且全面的解(jie)決(jue)辦法(fa)后，才能在實(shi)際運行中實(shi)現既(ji)定的目標。因此，在PQF這一(yi)(yi)理(li)念中結合(he)了一(yi)(yi)系(xi)列完整的解(jie)決(jue)方(fang)案（圖26-6),包括：
1. 輥式穿孔機，設有最優化(hua)的(de)軋輥箱和(he)導衛裝置以及(ji)扭轉變(bian)形小的(de)機架；
2. 用(yong)于(yu)軋(ya)(ya)制(zhi)延伸的三輥式連軋(ya)(ya)機(ji)，這種軋(ya)(ya)機(ji)容易操作，且產品質量優越；
3. HGC輥縫(feng)液(ye)壓調(diao)節系(xi)統(tong)，使軋管延(yan)伸階段的壁厚偏(pian)差減至(zhi)最小值；
4. CARTA工藝系統，可以優化(hua)生產(chan)計劃并(bing)在生產(chan)過程中進行(xing)在線(xian)調節；
5. CARTA/FGF,即自(zi)由孔型形狀工藝系統(tong)，厚壁管的質量(liang)得(de)以優化；
6. 張減機采(cai)用(yong)三組疊(die)加傳動和可調(diao)式精軋(ya)機架（FPS)以減少張減管的(de)直徑偏差值；
7. LASUS壁厚(hou)(hou)測量系統，可對壁厚(hou)(hou)進行(xing)可靠的、高分辨率的測量；
8. QAS質量(liang)保證系統，可對(dui)測得的數據進行智能評估，并提(ti)供有效(xiao)的工藝過(guo)程監控。
一、三輥(gun)式連軋管(guan)機
早在20世紀90年代初，SMS-Demag-Innse 就對三(san)輥(gun)(gun)軋(ya)(ya)管機(ji)(ji)作(zuo)(zuo)過報道，認為(wei)(wei)這是(shi)已發(fa)展完善的(de)(de)(de)二輥(gun)(gun)式(shi)(shi)MPM軋(ya)(ya)機(ji)(ji)進一步發(fa)展的(de)(de)(de)方向。三(san)輥(gun)(gun)式(shi)(shi)連軋(ya)(ya)管工(gong)藝的(de)(de)(de)優點是(shi)顯(xian)而易見的(de)(de)(de)，因為(wei)(wei)在張減工(gong)藝領域早已實現(xian)了由二輥(gun)(gun)式(shi)(shi)機(ji)(ji)架(jia)(jia)向三(san)輥(gun)(gun)式(shi)(shi)機(ji)(ji)架(jia)(jia)的(de)(de)(de)轉變(bian)，使無縫不(bu)銹鋼管的(de)(de)(de)質量顯(xian)著提(ti)高。對這種工(gong)藝危(wei)險(xian)性的(de)(de)(de)預(yu)測，是(shi)三(san)輥(gun)(gun)式(shi)(shi)軋(ya)(ya)管工(gong)藝應用成熟較(jiao)晚的(de)(de)(de)原因之一，因此要盡可能(neng)做到不(bu)用價(jia)格昂貴的(de)(de)(de)試驗軋(ya)(ya)機(ji)(ji)來(lai)開發(fa)與MPM軋(ya)(ya)機(ji)(ji)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)新(xin)的(de)(de)(de)孔型設計技術，特別要注意將軋(ya)(ya)件從(cong)芯棒上脫出的(de)(de)(de)問題。SMS-Meer 和 SMS-Demag-Innse應用以MPM軋(ya)(ya)機(ji)(ji)操作(zuo)(zuo)經驗為(wei)(wei)基礎的(de)(de)(de)FEM有限元(yuan)模(mo)擬(ni)法（圖26-7),實施(shi)了技術安(an)(an)全措(cuo)施(shi)，獲得了為(wei)(wei)安(an)(an)裝新(xin)的(de)(de)(de)PQF軋(ya)(ya)管工(gong)藝所(suo)需(xu)的(de)(de)(de)訣竅。這是(shi)一項獨(du)立的(de)(de)(de)技術，它可安(an)(an)全、切實地被(bei)引(yin)入實際應用之中。
與兩輥(gun)式(shi)軋(ya)管(guan)(guan)工藝(yi)相比，三輥(gun)式(shi)工藝(yi)在質量(liang)和成本(ben)方面(mian)的(de)(de)(de)優越(yue)性(xing)(xing)在于三輥(gun)式(shi)機架中更加(jia)均勻的(de)(de)(de)變形(xing)過(guo)程。三輥(gun)式(shi)結構使得(de)(de)金屬流變得(de)(de)均勻，原因是軋(ya)輥(gun)和管(guan)(guan)件間的(de)(de)(de)相對速度(du)大(da)約降低(di)了50%,軋(ya)制力(li)沿周邊和自由(you)變形(xing)區(qu)的(de)(de)(de)分布更加(jia)合理，未加(jia)控制的(de)(de)(de)變形(xing)只有兩輥(gun)式(shi)軋(ya)管(guan)(guan)工藝(yi)的(de)(de)(de)一半。更加(jia)均勻的(de)(de)(de)變形(xing)意味(wei)著管(guan)(guan)件截面(mian)內的(de)(de)(de)壁(bi)厚(hou)偏差(cha)較小(xiao)，與具有影響力(li)的(de)(de)(de)變量(liang)的(de)(de)(de)關聯性(xing)(xing)較小(xiao)，金屬變形(xing)應力(li)就(jiu)相對較低(di)。
從不銹鋼(gang)管(guan)廠的(de)(de)(de)角度來看(kan)，三(san)輥(gun)式軋管(guan)機的(de)(de)(de)一個主要(yao)優(you)點是軋制(zhi)過程穩定(ding)，而(er)且易于掌握。這(zhe)個優(you)點很重要(yao)，因為確定(ding)這(zhe)種軋制(zhi)過程的(de)(de)(de)先決條件就是在日常生產(chan)(chan)(chan)中確保產(chan)(chan)(chan)品質量的(de)(de)(de)可靠性(xing)(xing)和持(chi)久性(xing)(xing)。上述較低(di)的(de)(de)(de)金(jin)屬應力(li)使(shi)得(de)產(chan)(chan)(chan)品范圍得(de)以(yi)擴(kuo)大到薄壁(bi)管(guan)和合金(jin)含量較高的(de)(de)(de)鋼(gang)管(guan)。
三輥式連軋管(guan)機可(ke)以(yi)達到無縫鋼管(guan)軋機靈活性高、在較短的時(shi)間內(nei)小(xiao)(xiao)批量生(sheng)產不同規格的管(guan)子(zi)的要求(qiu)、同時(shi)具(ju)有(you)成本較低和尺寸偏差(cha)較小(xiao)(xiao)等(deng)優(you)點。
為了(le)將這些成果應用于三輥軋管工藝過程(cheng)，PQF軋機結合了(le)以下機械設計特(te)點：軋輥的準確定(ding)位和(he)保持正定(ding)位置的穩定(ding)性，同時在軋制過程(cheng)中可(ke)以調節軋輥孔型(xing)。
軋(ya)(ya)輥(gun)裝(zhuang)在可(ke)擺動的橫(heng)臂上(shang)，然(ran)后裝(zhuang)入機(ji)架(jia)的機(ji)芯（圖26-8)。機(ji)芯裝(zhuang)在隧道式機(ji)座(zuo)內(nei)，后者裝(zhuang)有(you)調整軋(ya)(ya)輥(gun)位(wei)置(zhi)的液壓小艙（每(mei)一個軋(ya)(ya)輥(gun)設有(you)一個液壓小艙），這些結(jie)構均使軋(ya)(ya)機(ji)既穩定(ding)又(you)緊(jin)湊，使得軋(ya)(ya)輥(gun)定(ding)位(wei)和芯棒導(dao)向具有(you)很高的準(zhun)確度(du)，從而(er)將(jiang)變形過程設計得很精確。
和(he)兩輥式MPM軋機相比(bi)較，上述結(jie)構又具有以下優點(dian)：
1. 軋(ya)機總體設計(ji)緊湊，基座(zuo)深度最小；
2. 機架間(jian)距較小，芯(xin)棒(bang)長(chang)度較短，并具有最(zui)佳(jia)的芯(xin)棒(bang)導引系(xi)統(tong)；
3. 在封閉固定的(de)環狀機架(jia)框架(jia)內(nei)，三股軋輥(gun)力(li)互呈120°,可(ke)相互對稱(cheng)吸收(shou)；
4. 由(you)于變形(xing)均勻再(zai)加上每一個軋(ya)輥機可以液壓調(diao)整(zheng)，可以實(shi)現軋(ya)縫(feng)的(de)自動調(diao)整(zheng)；
5. 軸承間距離較短，作用(yong)在每一個軋輥上(shang)的(de)軋制力(li)較小(xiao)，因(yin)此彎(wan)曲力(li)矩較小(xiao)，從而使孔型的(de)改變量(liang)最(zui)小(xiao)，管子(zi)公差明顯降低。
二、壁(bi)厚測量
LASUS是設在軋機熱(re)軋區(qu)的超(chao)聲波壁厚(hou)測量(liang)系統（圖26-9),其工藝技(ji)術原理和(he)冷管(guan)超(chao)聲波探傷基(ji)本相同，具有(you)同樣高的精確(que)性(xing)(xing)(xing)、局部(bu)分辨(bian)率和(he)可靠性(xing)(xing)(xing)。上述測量(liang)技(ji)術特性(xing)(xing)(xing)對(dui)于正確(que)而(er)詳盡地記錄熱(re)軋管(guan)壁厚(hou)結(jie)構具有(you)決定性(xing)(xing)(xing)意義，這(zhe)樣就可以在生產(chan)過(guo)程中進行正確(que)的介(jie)入(ru)。
測量頭(tou)（探頭(tou)）裝(zhuang)(zhuang)在抽芯棒裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)的(de)(de)軋(ya)出區，它對(dui)PQF熱軋(ya)管和穿孔坯的(de)(de)軋(ya)制(zhi)數據進行記錄(lu)。在張減機的(de)(de)輸出端則設有(you)另(ling)一個測量頭(tou)以記錄(lu)熱軋(ya)荒(huang)管的(de)(de)壁厚偏差，并對(dui)管端增(zeng)厚和內(nei)六(liu)角形加(jia)以確認(ren)。
三、質量保(bao)證系(xi)統
穿孔機和連(lian)軋管機對壁厚形(xing)成的(de)影響(xiang)可借QAS系(xi)(xi)(xi)統中適當的(de)分(fen)(fen)析(xi)技(ji)術而加以區(qu)分(fen)(fen)，從而對兩個機組分(fen)(fen)別(bie)實現工藝過程最(zui)佳(jia)化。在各(ge)種情況(kuang)下(xia)可由單通道測(ce)(ce)量(liang)系(xi)(xi)(xi)統來對這(zhe)兩種影響(xiang)進(jin)行區(qu)分(fen)(fen)，此時由機器人控制測(ce)(ce)量(liang)頭圍繞工件的(de)軸線回(hui)轉。在QAS系(xi)(xi)(xi)統中設有被測(ce)(ce)數據的(de)智(zhi)能評(ping)價系(xi)(xi)(xi)統，這(zhe)一(yi)系(xi)(xi)(xi)統對所測(ce)(ce)得(de)的(de)數據沿周邊或軸向(xiang)進(jin)行正確分(fen)(fen)類，然(ran)后加以分(fen)(fen)析(xi)評(ping)估。
四、CARTA工(gong)藝技術系統
CARTA工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)技術(shu)系(xi)統(tong)為(wei)三大(da)軋(ya)機，即穿孔機、PQF軋(ya)機和(he)張減機提供優化(hua)操作所需的技術(shu)。借助于(yu)CARTA工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)技術(shu)，生產(chan)計劃子系(xi)統(tong)得以(yi)確(que)(que)定(ding)(ding)工(gong)(gong)(gong)(gong)具及(ji)其整定(ding)(ding)數據。CARTA工(gong)(gong)(gong)(gong)具管(guan)理(li)(li)系(xi)統(tong)可以(yi)保證工(gong)(gong)(gong)(gong)具的正(zheng)確(que)(que)加工(gong)(gong)(gong)(gong)以(yi)及(ji)工(gong)(gong)(gong)(gong)具機架的正(zheng)確(que)(que)管(guan)理(li)(li)。CARTA過程管(guan)理(li)(li)系(xi)統(tong)完(wan)成過程控制，從而(er)修正(zheng)整定(ding)(ding)值，使尺寸偏(pian)差(cha)減至最小(xiao)。CARTA工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)技術(shu)系(xi)統(tong)包(bao)括以(yi)下6個系(xi)統(tong)：
1. CARTA-CPM 這一系統得(de)以保證穿孔機最佳化運行所需(xu)的工(gong)藝技(ji)術，即(ji)提供(gong)軋制(zhi)表所需(xu)的工(gong)具數據(ju)及其整定值，而且可(ke)以在生產過程中對(dui)整定值加以修正。
2. CARTA/EC(穿孔(kong)(kong)機壁厚不均(jun)控制系(xi)統） 采(cai)用CAR-TA-EC 對壁厚不均(jun)加以控制可獲得良好(hao)的經濟效益，這一系(xi)統由(you)過程數據(ju)分析和故障診斷兩個(ge)系(xi)統組成，其功能是大大改善穿孔(kong)(kong)機壁厚不均(jun)的狀況。
3. CARTA/PQF 借助于CARTA/PQF的(de)PSS過(guo)程監(jian)控(kong)系統（Process Supervision System)以及CARTA/PQF的(de)液壓輥(gun)縫調節控(kong)制(zhi)系統（HGC),可在(zai)軋(ya)制(zhi)過(guo)程中對(dui)軋(ya)機調整進行(xing)修正，這樣可對(dui)管子產生補償影響。
更換軋(ya)(ya)制(zhi)規格時，有時往(wang)往(wang)需(xu)要改變(bian)輥縫(feng)調整(zheng)(zheng)或改變(bian)速度系列，從而改變(bian)中(zhong)間機架張(zhang)力(li)狀(zhuang)態或延伸系數分配以(yi)(yi)優化變(bian)形(xing)過(guo)(guo)程。這樣，可(ke)改變(bian)在(zai)軋(ya)(ya)制(zhi)過(guo)(guo)程中(zhong)的(de)摩擦力(li)、溫度和材料性能的(de)影(ying)(ying)響(xiang)。輥縫(feng)調整(zheng)(zheng)也(ye)可(ke)以(yi)(yi)在(zai)軋(ya)(ya)制(zhi)過(guo)(guo)程中(zhong)進行，以(yi)(yi)便使溫度的(de)影(ying)(ying)響(xiang)得以(yi)(yi)補償。此外，軋(ya)(ya)制(zhi)過(guo)(guo)程中(zhong)芯(xin)棒磨(mo)損的(de)影(ying)(ying)響(xiang)也(ye)可(ke)以(yi)(yi)采用適應(ying)性調整(zheng)(zheng)而加以(yi)(yi)修(xiu)正。采用這一(yi)系統也(ye)可(ke)以(yi)(yi)使管端軋(ya)(ya)得薄(bo)一(yi)些，以(yi)(yi)減少(shao)在(zai)張(zhang)減過(guo)(guo)程中(zhong)的(de)管端的(de)增厚。
4. CARTA/SRM 采用這一系(xi)統(tong)(tong)，張(zhang)減機(ji)的(de)(de)軋輥速度(du)可(ke)以自動(dong)適應，從而將壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)偏(pian)差(cha)(cha)減至最小。通常所配置的(de)(de)過程控(kong)制系(xi)統(tong)(tong)包括管端控(kong)制系(xi)統(tong)(tong)CEC和平均壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)控(kong)制系(xi)統(tong)(tong)WTCA/L.工(gong)件通過張(zhang)減機(ji)時，控(kong)制系(xi)統(tong)(tong)調整工(gong)件的(de)(de)延(yan)伸(shen)，使壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)符合要(yao)求(qiu)。與沒有設置控(kong)制系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)張(zhang)減機(ji)相(xiang)比較，壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)偏(pian)差(cha)(cha)精度(du)和收得率能提高幾(ji)個百(bai)分點(dian)。從運行經濟性的(de)(de)角度(du)看，有必要(yao)設置這種形式的(de)(de)控(kong)制系(xi)統(tong)(tong)。
5. CARTA/FPS 成品機(ji)架采用可調(diao)機(ji)架（FPS),可以(yi)減小直徑偏差，即降低平均壁厚偏差和(he)不圓度。圖26-10所示的是用于這一(yi)用途的具有可調(diao)機(ji)架的張(zhang)減機(ji)。CARTA/FPS的功能(neng)是管理專用機(ji)架和(he)確定(ding)其整(zheng)定(ding)值。
6. CARTA/PL(Planning)這(zhe)一系(xi)統對測得(de)(de)的(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)、操作臺的(de)(de)輸入(ru)值和(he)設計數(shu)(shu)據(ju)等工(gong)藝參數(shu)(shu)進行評估，其(qi)目(mu)的(de)(de)在于建立經驗數(shu)(shu)據(ju)庫，優化(hua)過程(cheng)計劃，利用(yong)從生(sheng)產(chan)(chan)操作中獲得(de)(de)的(de)(de)經驗進行生(sheng)產(chan)(chan)過程(cheng)控制。采用(yong)這(zhe)一子系(xi)統的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是使(shi)一批(pi)管(guan)子的(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)中以最(zui)小量的(de)(de)管(guan)件(jian)生(sheng)產(chan)(chan)出符(fu)合規定公差的(de)(de)管(guan)子。
所有(you)以(yi)上這些新技術的(de)(de)目的(de)(de)在于提高無縫不銹鋼管生產的(de)(de)靈活性(xing)，并(bing)使尺寸偏差(cha)降為最小值。
五、天津鋼管集團有限(xian)公司（TPCO)的PQF連軋管機
天津鋼管集團(tuan)有限公司的(de)三輥連軋(ya)管機(ji)(ji)融合了(le)PQF軋(ya)管工藝(yi)所(suo)有的(de)精粹功能，也是(shi)世界上首(shou)臺此類軋(ya)機(ji)(ji)。該廠所(suo)生產的(de)不銹鋼管外(wai)徑為31.8~168.3mm,年產量為40萬/噸。主要設備(bei)組成(cheng)為：環形爐；錐輥式穿(chuan)孔機(ji)(ji)；5機(ji)(ji)架(jia)PQF軋(ya)管機(ji)(ji)，其(qi)前設有空軋(ya)機(ji)(ji)架(jia)，其(qi)后設有芯棒(bang)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。
