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鋼管(guan)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。
世界上最新(xin)型的無(wu)縫不銹鋼管軋機于(yu)2003年年底(di)在天津投產，這是(shi)世界上第(di)一(yi)臺 PQF軋管機（圖26-5)。PQF 是(shi) PremiumQuality Finishing 三(san)詞的縮(suo)寫。
PQF連軋(ya)管機能(neng)保證(zheng)最佳的產品質量。當然，只(zhi)有(you)當軋(ya)管機在日常生產中能(neng)保證(zheng)產品優質，它才具有(you)真正的競爭優勢。這(zhe)就(jiu)需(xu)要軋(ya)機在運行中即堅固可靠(kao)，又易于操作。
早(zao)在(zai)1999年，SMS就有發展(zhan)PQF軋(ya)機的(de)設想。在(zai)穿孔和張減工藝的(de)優化方(fang)面(mian)，SMS-Meer 擁(yong)有多項專門(men)技(ji)術，而(er)SMS-Uemag-Innse的(de)主要技(ji)術領域則在(zai)MPM連續(xu)軋(ya)管(guan)工藝方(fang)面(mian)。
新(xin)的(de)軋管機(ji)設備的(de)目標(biao)是使(shi)(shi)鋼管質量有一個飛躍，定量地說，就是使(shi)(shi)現(xian)在(zai)常用的(de)直徑(jing)、壁(bi)厚公差減(jian)少50%。
世界范圍(wei)內無縫不銹鋼管(guan)設(she)(she)備制造的(de)經驗(yan)，顯示出在設(she)(she)備改進(jin)提(ti)高這方面具有很(hen)大的(de)潛(qian)力，這一潛(qian)力沒有被挖掘出來的(de)原因是由于(yu)軋(ya)管(guan)設(she)(she)備和輔助設(she)(she)備配(pei)置不當(dang)。對于(yu)軋(ya)制全過(guo)程監(jian)控(kong)而言，缺少合適的(de)檢測技術，穿孔工藝(yi)過(guo)程難(nan)以掌握。另(ling)外(wai)，在軋(ya)制過(guo)程中也缺乏(fa)進(jin)行適當(dang)修正調節(jie)的(de)執行裝置。
只有(you)當所有(you)問題具(ju)有(you)一致且全面(mian)的(de)解決(jue)辦(ban)法后，才能(neng)在實際運行中(zhong)實現既(ji)定的(de)目標。因此，在PQF這一理念(nian)中(zhong)結(jie)合了一系列(lie)完整的(de)解決(jue)方案(an)（圖26-6),包括(kuo)：
1. 輥式穿孔機(ji)，設有最(zui)優化的軋輥箱和導衛裝置以及扭轉變(bian)形小的機(ji)架；
2. 用于軋制延伸的三輥式連軋機，這種軋機容易操作，且產品質(zhi)量優越；
3. HGC輥縫液壓調節系統，使(shi)軋(ya)管延(yan)伸階段的壁(bi)厚偏差(cha)減至最小值(zhi)；
4. CARTA工(gong)藝(yi)系(xi)統，可以優化生產(chan)(chan)計劃(hua)并在生產(chan)(chan)過(guo)程中進行在線調節；
5. CARTA/FGF,即(ji)自由孔型形狀工藝系統，厚壁管的(de)質量得(de)以優(you)化；
6. 張減(jian)機(ji)采(cai)用三(san)組(zu)疊加傳動和可(ke)調式精(jing)軋機(ji)架（FPS)以減(jian)少張減(jian)管的直徑偏差值；
7. LASUS壁厚測(ce)量系統，可對壁厚進行(xing)可靠的(de)、高分辨率的(de)測(ce)量；
8. QAS質量保證系統，可(ke)對測得的數據進行智能評估，并(bing)提供有效的工藝過程監(jian)控。
一、三輥(gun)式連軋管(guan)機(ji)
早(zao)在20世紀90年(nian)代初，SMS-Demag-Innse 就對三(san)輥(gun)軋(ya)(ya)(ya)(ya)管(guan)機(ji)作過報道，認為這(zhe)(zhe)是已(yi)(yi)發(fa)(fa)展(zhan)完善(shan)的(de)(de)(de)二(er)輥(gun)式MPM軋(ya)(ya)(ya)(ya)機(ji)進一(yi)(yi)步發(fa)(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)方(fang)向。三(san)輥(gun)式連軋(ya)(ya)(ya)(ya)管(guan)工(gong)藝的(de)(de)(de)優點是顯(xian)(xian)而(er)易見的(de)(de)(de)，因(yin)為在張減工(gong)藝領域早(zao)已(yi)(yi)實(shi)(shi)現了由二(er)輥(gun)式機(ji)架向三(san)輥(gun)式機(ji)架的(de)(de)(de)轉變，使無(wu)縫不銹(xiu)鋼管(guan)的(de)(de)(de)質(zhi)量顯(xian)(xian)著(zhu)提高。對這(zhe)(zhe)種(zhong)工(gong)藝危險性的(de)(de)(de)預測(ce)，是三(san)輥(gun)式軋(ya)(ya)(ya)(ya)管(guan)工(gong)藝應(ying)(ying)用成熟較晚(wan)的(de)(de)(de)原因(yin)之一(yi)(yi)，因(yin)此要(yao)盡(jin)可能做到(dao)不用價(jia)格昂貴的(de)(de)(de)試驗軋(ya)(ya)(ya)(ya)機(ji)來開發(fa)(fa)與MPM軋(ya)(ya)(ya)(ya)機(ji)不同的(de)(de)(de)新的(de)(de)(de)孔(kong)型設計技術，特別要(yao)注意將軋(ya)(ya)(ya)(ya)件從(cong)芯棒(bang)上脫出的(de)(de)(de)問題。SMS-Meer 和 SMS-Demag-Innse應(ying)(ying)用以MPM軋(ya)(ya)(ya)(ya)機(ji)操作經驗為基(ji)礎的(de)(de)(de)FEM有限元模擬法（圖26-7),實(shi)(shi)施了技術安全(quan)(quan)措施，獲得了為安裝新的(de)(de)(de)PQF軋(ya)(ya)(ya)(ya)管(guan)工(gong)藝所需的(de)(de)(de)訣竅(qiao)。這(zhe)(zhe)是一(yi)(yi)項獨立(li)的(de)(de)(de)技術，它可安全(quan)(quan)、切實(shi)(shi)地被引入實(shi)(shi)際應(ying)(ying)用之中。
與兩輥(gun)式(shi)軋(ya)(ya)管(guan)工(gong)藝相比，三輥(gun)式(shi)工(gong)藝在(zai)(zai)質量和成本方面(mian)的(de)優越性在(zai)(zai)于(yu)三輥(gun)式(shi)機架中更加(jia)均(jun)(jun)勻的(de)變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)(xing)(xing)過程。三輥(gun)式(shi)結構(gou)使(shi)得金(jin)屬流(liu)變(bian)(bian)(bian)得均(jun)(jun)勻，原因是軋(ya)(ya)輥(gun)和管(guan)件間(jian)的(de)相對(dui)速度大約降低(di)了(le)50%,軋(ya)(ya)制(zhi)力(li)(li)沿周邊和自(zi)由變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)(xing)(xing)區的(de)分布(bu)更加(jia)合理，未加(jia)控(kong)制(zhi)的(de)變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)(xing)(xing)只(zhi)有兩輥(gun)式(shi)軋(ya)(ya)管(guan)工(gong)藝的(de)一半(ban)。更加(jia)均(jun)(jun)勻的(de)變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)(xing)(xing)意味著管(guan)件截面(mian)內的(de)壁(bi)厚(hou)偏(pian)差較小(xiao)，與具有影響力(li)(li)的(de)變(bian)(bian)(bian)量的(de)關聯性較小(xiao)，金(jin)屬變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)(xing)(xing)應力(li)(li)就相對(dui)較低(di)。
從不銹(xiu)鋼(gang)管廠的角(jiao)度來看，三輥式軋(ya)管機的一個主(zhu)要(yao)優點是軋(ya)制(zhi)過程(cheng)穩定，而(er)且(qie)易于掌握。這(zhe)個優點很重要(yao)，因為確定這(zhe)種軋(ya)制(zhi)過程(cheng)的先決條(tiao)件就是在日(ri)常生產(chan)(chan)中確保產(chan)(chan)品(pin)(pin)質量(liang)的可靠性和持久性。上(shang)述較低的金(jin)屬應力使得產(chan)(chan)品(pin)(pin)范圍(wei)得以擴(kuo)大到薄壁管和合金(jin)含量(liang)較高(gao)的鋼(gang)管。
三輥式連軋管(guan)機可以達到無縫鋼(gang)管(guan)軋機靈(ling)活性(xing)高、在較(jiao)短的時(shi)間內(nei)小(xiao)(xiao)批(pi)量生產不同(tong)(tong)規格(ge)的管(guan)子的要求、同(tong)(tong)時(shi)具有成(cheng)本較(jiao)低和(he)尺寸偏差(cha)較(jiao)小(xiao)(xiao)等優點。
為了將(jiang)這(zhe)些成果(guo)應用于三輥軋(ya)(ya)管工藝過(guo)程，PQF軋(ya)(ya)機結合了以下機械設計特點(dian)：軋(ya)(ya)輥的準確(que)定(ding)位(wei)和保(bao)持正(zheng)定(ding)位(wei)置的穩定(ding)性，同時(shi)在軋(ya)(ya)制過(guo)程中可以調(diao)節軋(ya)(ya)輥孔型。
軋輥(gun)裝(zhuang)在(zai)可擺(bai)動的(de)(de)橫臂上，然后(hou)裝(zhuang)入(ru)機(ji)(ji)架(jia)的(de)(de)機(ji)(ji)芯（圖26-8)。機(ji)(ji)芯裝(zhuang)在(zai)隧道式機(ji)(ji)座內，后(hou)者裝(zhuang)有(you)調整軋輥(gun)位置的(de)(de)液(ye)壓小艙（每一個(ge)軋輥(gun)設有(you)一個(ge)液(ye)壓小艙），這些結構均(jun)使(shi)軋機(ji)(ji)既穩定又緊(jin)湊，使(shi)得(de)軋輥(gun)定位和芯棒導向(xiang)具有(you)很高的(de)(de)準(zhun)確度，從而將變形過程設計得(de)很精確。
和(he)兩輥式(shi)MPM軋(ya)機相(xiang)比較，上述結構又具有(you)以下(xia)優點：
1. 軋機總體(ti)設計(ji)緊湊，基座(zuo)深度最小(xiao)；
2. 機架(jia)間距較小，芯棒(bang)長度較短(duan)，并具(ju)有最佳(jia)的(de)芯棒(bang)導引系統；
3. 在(zai)封閉固定(ding)的(de)環狀機架框架內(nei)，三股軋輥力互呈120°,可(ke)相互對(dui)稱吸收(shou)；
4. 由于(yu)變形均(jun)勻再加上每一個軋(ya)輥機可以(yi)液壓調(diao)整，可以(yi)實(shi)現軋(ya)縫的(de)自(zi)動調(diao)整；
5. 軸承(cheng)間(jian)距離較(jiao)短，作用在每一個軋輥(gun)上的(de)軋制力較(jiao)小，因(yin)此彎曲力矩較(jiao)小，從(cong)而使(shi)孔型(xing)的(de)改變量最小，管子公差明(ming)顯(xian)降低(di)。
二、壁(bi)厚測(ce)量
LASUS是(shi)設在軋機熱軋區(qu)的(de)超聲波壁厚(hou)測量(liang)系統（圖26-9),其工藝(yi)技術原理(li)和冷管超聲波探傷基本相(xiang)同(tong)，具(ju)有(you)同(tong)樣高的(de)精(jing)確(que)性(xing)、局(ju)部分辨(bian)率和可靠性(xing)。上述測量(liang)技術特性(xing)對于正(zheng)確(que)而(er)詳盡(jin)地記(ji)錄熱軋管壁厚(hou)結構具(ju)有(you)決定性(xing)意義，這樣就可以在生產過程中(zhong)進行正(zheng)確(que)的(de)介入。
測量頭（探(tan)頭）裝在抽芯棒裝置的軋出區(qu)，它對PQF熱軋管(guan)(guan)(guan)和穿(chuan)孔坯的軋制數據進行記(ji)錄(lu)。在張減機的輸出端(duan)(duan)則設有另(ling)一個測量頭以(yi)記(ji)錄(lu)熱軋荒(huang)管(guan)(guan)(guan)的壁厚偏差，并對管(guan)(guan)(guan)端(duan)(duan)增厚和內六角形加以(yi)確認。
三、質量保證系統(tong)
穿孔機(ji)和連軋(ya)管機(ji)對(dui)壁厚形成的(de)(de)(de)影響(xiang)可借QAS系(xi)統(tong)中適當的(de)(de)(de)分(fen)(fen)析技術(shu)而(er)加(jia)以區(qu)分(fen)(fen)，從而(er)對(dui)兩個機(ji)組分(fen)(fen)別實現工藝過(guo)程最佳化。在各種情(qing)況(kuang)下可由單通道測(ce)(ce)量系(xi)統(tong)來對(dui)這(zhe)兩種影響(xiang)進行區(qu)分(fen)(fen)，此(ci)時(shi)由機(ji)器人控制測(ce)(ce)量頭圍繞工件的(de)(de)(de)軸線回(hui)轉(zhuan)。在QAS系(xi)統(tong)中設有(you)被測(ce)(ce)數據(ju)的(de)(de)(de)智能評價系(xi)統(tong)，這(zhe)一系(xi)統(tong)對(dui)所(suo)測(ce)(ce)得的(de)(de)(de)數據(ju)沿周邊或軸向進行正確分(fen)(fen)類，然后加(jia)以分(fen)(fen)析評估。
四、CARTA工(gong)藝技(ji)術系(xi)統
CARTA工(gong)(gong)(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)為三大軋機(ji)(ji)，即穿孔機(ji)(ji)、PQF軋機(ji)(ji)和張減(jian)機(ji)(ji)提(ti)供優(you)化操(cao)作所需的技(ji)術(shu)。借助于(yu)CARTA工(gong)(gong)(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)，生產計劃(hua)子系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)得以確定(ding)(ding)工(gong)(gong)(gong)具及其整定(ding)(ding)數(shu)據(ju)。CARTA工(gong)(gong)(gong)具管(guan)理(li)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)可以保(bao)證工(gong)(gong)(gong)具的正確加工(gong)(gong)(gong)以及工(gong)(gong)(gong)具機(ji)(ji)架的正確管(guan)理(li)。CARTA過(guo)程(cheng)管(guan)理(li)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)完成過(guo)程(cheng)控制，從而修(xiu)正整定(ding)(ding)值，使尺(chi)寸偏(pian)差減(jian)至最小。CARTA工(gong)(gong)(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)包括以下(xia)6個系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)：
1. CARTA-CPM 這(zhe)一系統得(de)以保證穿孔(kong)機(ji)最佳化運行(xing)所需的(de)(de)工(gong)藝(yi)技術(shu)，即(ji)提供軋制表所需的(de)(de)工(gong)具數據及其整(zheng)定(ding)值，而且(qie)可(ke)以在生產過(guo)程中對(dui)整(zheng)定(ding)值加以修(xiu)正(zheng)。
2. CARTA/EC(穿孔機壁(bi)厚不(bu)均(jun)控(kong)制(zhi)系統） 采用CAR-TA-EC 對壁(bi)厚不(bu)均(jun)加(jia)以控(kong)制(zhi)可獲(huo)得良好的經(jing)濟效益，這一系統由過程數據分析和故障診斷兩個系統組成，其功能是大(da)大(da)改善穿孔機壁(bi)厚不(bu)均(jun)的狀況。
3. CARTA/PQF 借助于CARTA/PQF的PSS過程監控系統（Process Supervision System)以(yi)及CARTA/PQF的液壓輥(gun)縫調節(jie)控制系統（HGC),可(ke)在軋(ya)制過程中(zhong)對軋(ya)機調整進行修(xiu)正，這樣可(ke)對管子產生(sheng)補償影響。
更(geng)換軋制規格時，有時往(wang)往(wang)需要(yao)改(gai)變(bian)(bian)輥(gun)縫調整或(huo)改(gai)變(bian)(bian)速度系列，從(cong)而改(gai)變(bian)(bian)中(zhong)間機架張力狀態或(huo)延伸系數(shu)分配(pei)以(yi)優化變(bian)(bian)形過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)。這(zhe)樣(yang)，可(ke)(ke)改(gai)變(bian)(bian)在軋制過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)的(de)摩擦力、溫度和材料(liao)性能(neng)的(de)影(ying)響。輥(gun)縫調整也(ye)可(ke)(ke)以(yi)在軋制過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)進行，以(yi)便使溫度的(de)影(ying)響得以(yi)補(bu)償(chang)。此(ci)外，軋制過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)芯棒(bang)磨(mo)損的(de)影(ying)響也(ye)可(ke)(ke)以(yi)采用適應性調整而加以(yi)修正。采用這(zhe)一系統也(ye)可(ke)(ke)以(yi)使管端軋得薄(bo)一些(xie)，以(yi)減(jian)少在張減(jian)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)的(de)管端的(de)增厚。
4. CARTA/SRM 采用這一系(xi)(xi)統，張(zhang)減機的軋輥速度(du)可以(yi)自動適應，從而(er)將(jiang)壁厚(hou)偏(pian)差減至最小。通(tong)常所配置(zhi)的過程控(kong)制系(xi)(xi)統包(bao)括管端控(kong)制系(xi)(xi)統CEC和平均(jun)壁厚(hou)控(kong)制系(xi)(xi)統WTCA/L.工件通(tong)過張(zhang)減機時，控(kong)制系(xi)(xi)統調整工件的延伸，使壁厚(hou)符合要求。與沒有設置(zhi)控(kong)制系(xi)(xi)統的張(zhang)減機相比(bi)較，壁厚(hou)偏(pian)差精(jing)度(du)和收得率能提高幾個(ge)百分點。從運行經濟性(xing)的角(jiao)度(du)看，有必要設置(zhi)這種形式的控(kong)制系(xi)(xi)統。
5. CARTA/FPS 成品機(ji)(ji)(ji)架(jia)采用(yong)可調機(ji)(ji)(ji)架(jia)（FPS),可以減(jian)小直徑偏差(cha)(cha)，即降低平(ping)均壁厚(hou)偏差(cha)(cha)和(he)不圓度。圖26-10所示的是(shi)用(yong)于這一用(yong)途(tu)的具有可調機(ji)(ji)(ji)架(jia)的張減(jian)機(ji)(ji)(ji)。CARTA/FPS的功能是(shi)管理專用(yong)機(ji)(ji)(ji)架(jia)和(he)確定(ding)其整(zheng)定(ding)值。
6. CARTA/PL(Planning)這一(yi)(yi)系(xi)統(tong)對測得(de)的(de)(de)(de)數(shu)據、操作(zuo)臺(tai)的(de)(de)(de)輸入值(zhi)和設(she)計(ji)數(shu)據等工藝參數(shu)進(jin)行評估，其目(mu)的(de)(de)(de)在于建立經驗(yan)數(shu)據庫，優化過(guo)程(cheng)計(ji)劃，利用從生(sheng)(sheng)產操作(zuo)中(zhong)獲(huo)得(de)的(de)(de)(de)經驗(yan)進(jin)行生(sheng)(sheng)產過(guo)程(cheng)控制。采用這一(yi)(yi)子(zi)(zi)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)是(shi)使一(yi)(yi)批管子(zi)(zi)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產中(zhong)以最小量的(de)(de)(de)管件生(sheng)(sheng)產出符合(he)規定公差的(de)(de)(de)管子(zi)(zi)。
所有以上(shang)這些新(xin)技術的目的在于提高(gao)無縫不(bu)銹鋼管生產(chan)的靈活性，并使尺寸偏差降為最(zui)小值。
五、天津鋼管(guan)集(ji)團有限公司(si)（TPCO)的(de)PQF連軋管(guan)機
天津鋼管(guan)(guan)集團有(you)限公司的(de)三輥連軋管(guan)(guan)機(ji)融合了PQF軋管(guan)(guan)工藝(yi)所有(you)的(de)精粹功能，也是世界上(shang)首臺此類軋機(ji)。該(gai)廠所生(sheng)產(chan)的(de)不銹(xiu)鋼管(guan)(guan)外徑為(wei)31.8~168.3mm,年(nian)產(chan)量為(wei)40萬/噸。主要設(she)備組成為(wei)：環形(xing)爐(lu)；錐輥式穿孔機(ji)；5機(ji)架(jia)PQF軋管(guan)(guan)機(ji)，其前設(she)有(you)空(kong)軋機(ji)架(jia)，其后設(she)有(you)芯棒抽出機(ji)；再加熱(re)爐(lu)；24架(jia)張減機(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。
