第一臺355.6mm的MPM軋管機于1978年在Dalmine 不銹鋼管廠投產(chǎn)。投產(chǎn)后不斷加以改進，終于發(fā)展成世界上生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)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(chǎn)的效益，幾年前這種工藝發(fā)展到了它的頂峰。由于PQF工藝的發(fā)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(chǎn)表明這種軋管工藝將成為無縫鋼管生產(chǎn)的一種標準工藝。
世界上最新型的無縫不銹鋼管軋機于2003年年底在天津投產(chǎn)，這是世界上第一臺 PQF軋管機（圖26-5)。PQF 是 PremiumQuality Finishing 三詞的縮寫。
PQF連軋管機能保證最佳的產(chǎn)品質(zhì)量。當然，只有當軋管機在日常生產(chǎn)中能保證產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)，它才具有真正的競爭優(yōu)勢。這就需要軋機在運行中即堅固可靠，又易于操作。
早在1999年，SMS就有發(fā)展PQF軋機的設想。在穿孔和張減工藝的優(yōu)化方面，SMS-Meer 擁有多項專門技術，而SMS-Uemag-Innse的主要技術領域則在MPM連續(xù)軋管工藝方面。
新的軋管機設備的目標是使鋼管質(zhì)量有一個飛躍，定量地說，就是使現(xiàn)在常用的直徑、壁厚公差減少50%。
世界范圍內(nèi)無縫不銹鋼管設備制造的經(jīng)驗，顯示出在設備改進提高這方面具有很大的潛力，這一潛力沒有被挖掘出來的原因是由于軋管設備和輔助設備配置不當。對于軋制全過程監(jiān)控而言，缺少合適的檢測技術，穿孔工藝過程難以掌握。另外，在軋制過程中也缺乏進行適當修正調(diào)節(jié)的執(zhí)行裝置。
只有當所有問題具有一致且全面的解決辦法后，才能在實際運行中實現(xiàn)既定的目標。因此，在PQF這一理念中結(jié)合了一系列完整的解決方案（圖26-6),包括：
1. 輥式穿孔機，設有最優(yōu)化的軋輥箱和導衛(wèi)裝置以及扭轉(zhuǎn)變形小的機架；
2. 用于軋制延伸的三輥式連軋機，這種軋機容易操作，且產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)越；
3. HGC輥縫液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使軋管延伸階段的壁厚偏差減至最小值；
4. CARTA工藝系統(tǒng)，可以優(yōu)化生產(chǎn)計劃并在生產(chǎn)過程中進行在線調(diào)節(jié)；
5. CARTA/FGF,即自由孔型形狀工藝系統(tǒng)，厚壁管的質(zhì)量得以優(yōu)化；
6. 張減機采用三組疊加傳動和可調(diào)式精軋機架（FPS)以減少張減管的直徑偏差值；
7. LASUS壁厚測量系統(tǒng)，可對壁厚進行可靠的、高分辨率的測量；
8. QAS質(zhì)量保證系統(tǒng)，可對測得的數(shù)據(jù)進行智能評估，并提供有效的工藝過程監(jiān)控。
一、三輥式連軋管機
早在20世紀90年代初，SMS-Demag-Innse 就對三輥軋管機作過報道，認為這是已發(fā)展完善的二輥式MPM軋機進一步發(fā)展的方向。三輥式連軋管工藝的優(yōu)點是顯而易見的，因為在張減工藝領域早已實現(xiàn)了由二輥式機架向三輥式機架的轉(zhuǎn)變，使無縫不銹鋼管的質(zhì)量顯著提高。對這種工藝危險性的預測，是三輥式軋管工藝應用成熟較晚的原因之一，因此要盡可能做到不用價格昂貴的試驗軋機來開發(fā)與MPM軋機不同的新的孔型設計技術，特別要注意將軋件從芯棒上脫出的問題。SMS-Meer 和 SMS-Demag-Innse應用以MPM軋機操作經(jīng)驗為基礎的FEM有限元模擬法（圖26-7),實施了技術安全措施，獲得了為安裝新的PQF軋管工藝所需的訣竅。這是一項獨立的技術，它可安全、切實地被引入實際應用之中。
與兩輥式軋管工藝相比，三輥式工藝在質(zhì)量和成本方面的優(yōu)越性在于三輥式機架中更加均勻的變形過程。三輥式結(jié)構(gòu)使得金屬流變得均勻，原因是軋輥和管件間的相對速度大約降低了50%,軋制力沿周邊和自由變形區(qū)的分布更加合理，未加控制的變形只有兩輥式軋管工藝的一半。更加均勻的變形意味著管件截面內(nèi)的壁厚偏差較小，與具有影響力的變量的關聯(lián)性較小，金屬變形應力就相對較低。
從不銹鋼管廠的角度來看，三輥式軋管機的一個主要優(yōu)點是軋制過程穩(wěn)定，而且易于掌握。這個優(yōu)點很重要，因為確定這種軋制過程的先決條件就是在日常生產(chǎn)中確保產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性和持久性。上述較低的金屬應力使得產(chǎn)品范圍得以擴大到薄壁管和合金含量較高的鋼管。
三輥式連軋管機可以達到無縫鋼管軋機靈活性高、在較短的時間內(nèi)小批量生產(chǎn)不同規(guī)格的管子的要求、同時具有成本較低和尺寸偏差較小等優(yōu)點。
為了將這些成果應用于三輥軋管工藝過程，PQF軋機結(jié)合了以下機械設計特點：軋輥的準確定位和保持正定位置的穩(wěn)定性，同時在軋制過程中可以調(diào)節(jié)軋輥孔型。
軋輥裝在可擺動的橫臂上，然后裝入機架的機芯（圖26-8)。機芯裝在隧道式機座內(nèi)，后者裝有調(diào)整軋輥位置的液壓小艙（每一個軋輥設有一個液壓小艙），這些結(jié)構(gòu)均使軋機既穩(wěn)定又緊湊，使得軋輥定位和芯棒導向具有很高的準確度，從而將變形過程設計得很精確。
和兩輥式MPM軋機相比較，上述結(jié)構(gòu)又具有以下優(yōu)點：
1. 軋機總體設計緊湊，基座深度最小；
2. 機架間距較小，芯棒長度較短，并具有最佳的芯棒導引系統(tǒng)；
3. 在封閉固定的環(huán)狀機架框架內(nèi)，三股軋輥力互呈120°,可相互對稱吸收；
4. 由于變形均勻再加上每一個軋輥機可以液壓調(diào)整，可以實現(xiàn)軋縫的自動調(diào)整；
5. 軸承間距離較短，作用在每一個軋輥上的軋制力較小，因此彎曲力矩較小，從而使孔型的改變量最小，管子公差明顯降低。
二、壁厚測量
LASUS是設在軋機熱軋區(qū)的超聲波壁厚測量系統(tǒng)（圖26-9),其工藝技術原理和冷管超聲波探傷基本相同，具有同樣高的精確性、局部分辨率和可靠性。上述測量技術特性對于正確而詳盡地記錄熱軋管壁厚結(jié)構(gòu)具有決定性意義，這樣就可以在生產(chǎn)過程中進行正確的介入。
測量頭（探頭）裝在抽芯棒裝置的軋出區(qū)，它對PQF熱軋管和穿孔坯的軋制數(shù)據(jù)進行記錄。在張減機的輸出端則設有另一個測量頭以記錄熱軋荒管的壁厚偏差，并對管端增厚和內(nèi)六角形加以確認。
三、質(zhì)量保證系統(tǒng)
穿孔機和連軋管機對壁厚形成的影響可借QAS系統(tǒng)中適當?shù)姆治黾夹g而加以區(qū)分，從而對兩個機組分別實現(xiàn)工藝過程最佳化。在各種情況下可由單通道測量系統(tǒng)來對這兩種影響進行區(qū)分，此時由機器人控制測量頭圍繞工件的軸線回轉(zhuǎn)。在QAS系統(tǒng)中設有被測數(shù)據(jù)的智能評價系統(tǒng)，這一系統(tǒng)對所測得的數(shù)據(jù)沿周邊或軸向進行正確分類，然后加以分析評估。
四、CARTA工藝技術系統(tǒng)
CARTA工藝技術系統(tǒng)為三大軋機，即穿孔機、PQF軋機和張減機提供優(yōu)化操作所需的技術。借助于CARTA工藝技術，生產(chǎn)計劃子系統(tǒng)得以確定工具及其整定數(shù)據(jù)。CARTA工具管理系統(tǒng)可以保證工具的正確加工以及工具機架的正確管理。CARTA過程管理系統(tǒng)完成過程控制，從而修正整定值，使尺寸偏差減至最小。CARTA工藝技術系統(tǒng)包括以下6個系統(tǒng)：
1. CARTA-CPM 這一系統(tǒng)得以保證穿孔機最佳化運行所需的工藝技術，即提供軋制表所需的工具數(shù)據(jù)及其整定值，而且可以在生產(chǎn)過程中對整定值加以修正。
2. CARTA/EC(穿孔機壁厚不均控制系統(tǒng)） 采用CAR-TA-EC 對壁厚不均加以控制可獲得良好的經(jīng)濟效益，這一系統(tǒng)由過程數(shù)據(jù)分析和故障診斷兩個系統(tǒng)組成，其功能是大大改善穿孔機壁厚不均的狀況。
3. CARTA/PQF 借助于CARTA/PQF的PSS過程監(jiān)控系統(tǒng)（Process Supervision System)以及CARTA/PQF的液壓輥縫調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)（HGC),可在軋制過程中對軋機調(diào)整進行修正，這樣可對管子產(chǎn)生補償影響。
更換軋制規(guī)格時，有時往往需要改變輥縫調(diào)整或改變速度系列，從而改變中間機架張力狀態(tài)或延伸系數(shù)分配以優(yōu)化變形過程。這樣，可改變在軋制過程中的摩擦力、溫度和材料性能的影響。輥縫調(diào)整也可以在軋制過程中進行，以便使溫度的影響得以補償。此外，軋制過程中芯棒磨損的影響也可以采用適應性調(diào)整而加以修正。采用這一系統(tǒng)也可以使管端軋得薄一些，以減少在張減過程中的管端的增厚。
4. CARTA/SRM 采用這一系統(tǒng)，張減機的軋輥速度可以自動適應，從而將壁厚偏差減至最小。通常所配置的過程控制系統(tǒng)包括管端控制系統(tǒng)CEC和平均壁厚控制系統(tǒng)WTCA/L.工件通過張減機時，控制系統(tǒng)調(diào)整工件的延伸，使壁厚符合要求。與沒有設置控制系統(tǒng)的張減機相比較，壁厚偏差精度和收得率能提高幾個百分點。從運行經(jīng)濟性的角度看，有必要設置這種形式的控制系統(tǒng)。
5. CARTA/FPS 成品機架采用可調(diào)機架（FPS),可以減小直徑偏差，即降低平均壁厚偏差和不圓度。圖26-10所示的是用于這一用途的具有可調(diào)機架的張減機。CARTA/FPS的功能是管理專用機架和確定其整定值。
6. CARTA/PL(Planning)這一系統(tǒng)對測得的數(shù)據(jù)、操作臺的輸入值和設計數(shù)據(jù)等工藝參數(shù)進行評估，其目的在于建立經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫，優(yōu)化過程計劃，利用從生產(chǎn)操作中獲得的經(jīng)驗進行生產(chǎn)過程控制。采用這一子系統(tǒng)的目的是使一批管子的生產(chǎn)中以最小量的管件生產(chǎn)出符合規(guī)定公差的管子。
所有以上這些新技術的目的在于提高無縫不銹鋼管生產(chǎn)的靈活性，并使尺寸偏差降為最小值。
五、天津鋼管集團有限公司（TPCO)的PQF連軋管機
天津鋼管集團有限公司的三輥連軋管機融合了PQF軋管工藝所有的精粹功能，也是世界上首臺此類軋機。該廠所生產(chǎn)的不銹鋼管外徑為31.8~168.3mm,年產(chǎn)量為40萬/噸。主要設備組成為：環(huán)形爐；錐輥式穿孔機；5機架PQF軋管機，其前設有空軋機架，其后設有芯棒抽出機；再加熱爐；24架張減機。
為縮短節(jié)奏時，增加產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)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(xiàn)了軋管工藝技術更進一步的目標。
