不銹鋼無(wú)縫管生產(chǎn)工藝發(fā)展過(guò)程的歷史回顧

  對(duì)這一百多年不銹鋼無(wú)縫管生產(chǎn)工藝發(fā)展的歷史回顧，有助于弄清楚各種生產(chǎn)工藝的興衰，這種“興”與“衰”，除了有其歷史的背景條件的影響外，最根本的是工藝本身所固有的長(zhǎng)處和短處在技術(shù)發(fā)展長(zhǎng)河中的顯露。這種回顧對(duì)于立足當(dāng)前，展望未來(lái)，不無(wú)裨益?，F(xiàn)從以下4方面進(jìn)一步對(duì)上述發(fā)展過(guò)程加以追述。

一、周期軋管機(jī)、自動(dòng)軋管機(jī)和頂管工藝的發(fā)展

 曼內(nèi)斯曼兄弟發(fā)明斜軋穿孔機(jī)后，原想通過(guò)實(shí)心坯穿孔一次成管，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)失敗之后，就設(shè)法在兩重式軋機(jī)上將空心坯套在芯棒上加以延伸，這樣生產(chǎn)的鋼管長(zhǎng)度不大于4~4.5m,而且質(zhì)量很差。由此導(dǎo)致曼氏兄弟于1892年發(fā)明周期軋管機(jī)，這種周期軋管機(jī)采用人工喂料，由于芯棒很重，喂料很費(fèi)力氣，生產(chǎn)呈間斷性，效率很低。當(dāng)早期在曼內(nèi)斯曼公司工作，并參加過(guò)早期鋼管生產(chǎn)的斯蒂弗爾工程師（瑞士人）移居美國(guó)時(shí)，美國(guó)鋼管界正在探索發(fā)展空心坯快速延伸的工藝。由于他的努力，第一臺(tái)自動(dòng)軋管機(jī)于1903年11月在美國(guó) Greenville 誕生，所生產(chǎn)管子的外徑最大為4~5 1/2英寸。與美國(guó)發(fā)展自動(dòng)軋管機(jī)的同時(shí)，德國(guó)又從完全不同的途徑研究發(fā)展了另一種軋管工藝，即在原已存在的艾哈德水壓沖孔工藝的基礎(chǔ)上，采用環(huán)式孔型對(duì)沖孔杯狀體進(jìn)行延伸，這就是頂管工藝。因此，從1886年發(fā)明斜軋穿孔機(jī)后，在將近20年的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了3種可用于工業(yè)生產(chǎn)的軋管工藝。

二、連續(xù)軋管機(jī)的發(fā)展

  連續(xù)軋管機(jī)的發(fā)展道路比較曲折，早期的幾次試驗(yàn)，由于受傳動(dòng)技術(shù)的限制均告失敗。有一些軋機(jī)經(jīng)短期運(yùn)行后被迫停產(chǎn)，這包括：1891年的5機(jī)架Kellogg連軋機(jī)、1901年的12機(jī)架Alois連軋機(jī)、1917年的7機(jī)架Fassel連軋機(jī)和1932年的21機(jī)架Foran軋機(jī)。Foran所設(shè)計(jì)的連軋管機(jī)，據(jù)稱在技術(shù)上是成功的，失敗是由于Globe鋼管公司經(jīng)濟(jì)上的原因。但是總的來(lái)說(shuō)長(zhǎng)芯棒連軋管技術(shù)在20世紀(jì)前半葉沒有多大的發(fā)展，直到1949年、1950年兩套設(shè)有張力減徑機(jī)的單獨(dú)傳動(dòng)的全浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組在美國(guó)Lorain 廠和Gary廠投產(chǎn)后，才算是有了長(zhǎng)足的進(jìn)展。這種軋機(jī)發(fā)展至1972年德國(guó)牟爾海母2號(hào)連軋管機(jī)組投產(chǎn)時(shí)，軋制工藝日趨完善，所軋鋼管質(zhì)量?jī)?yōu)越，軋機(jī)能力大大提高，在小口徑不銹鋼無(wú)縫管生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)占有很大的優(yōu)勢(shì)。到1978年達(dá)爾明貝爾加莫廠的MPM軋機(jī)投產(chǎn)后，連軋管工藝在較大口徑不銹鋼無(wú)縫管的生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)也占了優(yōu)勢(shì)。

 1983年日本八幡廠的半浮動(dòng)芯棒連軋管廠的投產(chǎn)，開始了3種連軋管工藝并存的時(shí)期。采用連軋管工藝的鋼管廠競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益好，其突出優(yōu)點(diǎn)是：產(chǎn)量高（年產(chǎn)量50萬(wàn)噸以上）、產(chǎn)品質(zhì)量好，所生產(chǎn)管子的品種規(guī)格多，毛管長(zhǎng)度大，收得率高，這些優(yōu)點(diǎn)決非其他軋管工藝所能比擬的。

三、各種古老軋管工藝全面翻新

 連軋管工藝獲得巨大發(fā)展的同時(shí)，各種古老的軋管工藝也進(jìn)入了一個(gè)全面翻新的時(shí)期。

1.單槽自動(dòng)軋管機(jī)和串列布置的自動(dòng)軋管機(jī)

  日本四大鋼鐵公司在1977~1978年兩年時(shí)間內(nèi)共有4套新型的單槽自動(dòng)軋管機(jī)投產(chǎn)，所生產(chǎn)鋼管的最大直徑為381mm、406mm.在小口徑鋼管生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)采用串列式布置的自動(dòng)軋管機(jī)是蘇聯(lián)的做法，所生產(chǎn)鋼管的最大外徑為140~250mm.但經(jīng)過(guò)不到20年的發(fā)展，證明這兩種做法不能克服自動(dòng)軋管工藝所固有的缺點(diǎn)?！岸添旑^軋管”終究不如“長(zhǎng)芯棒軋管”，于是這兩種改進(jìn)了的自動(dòng)軋管工藝未獲發(fā)展。

2. CPE工藝

   頂管工藝的缺點(diǎn)在1974年的頂管工藝學(xué)術(shù)討論會(huì)上進(jìn)行了比較全面的論證。為了改善采用這種工藝生產(chǎn)的毛管短、壁厚薄、收得率低等缺點(diǎn)，在古老的頂管工藝中采用斜軋穿孔法代替水壓沖孔法，將管坯穿透，然后用專門設(shè)備收底，形成一個(gè)可以承受頂推力的“底”。這樣，可以采用重量較大的管坯，生產(chǎn)較長(zhǎng)的管子（可達(dá)24m).至于收得率雖有所提高，但和其他工藝相比較仍較低。

3.  新型狄賽爾軋管機(jī)（Accu-roll軋機(jī)）

   狄賽爾軋管機(jī)是在狄賽爾穿孔機(jī)（指老式的、導(dǎo)盤呈時(shí)鐘“6時(shí)－12時(shí)”布置的狄賽爾穿孔機(jī)）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。最原始的工藝是在狄賽爾穿孔機(jī)上，穿孔后的空心坯穿人芯棒后在另一臺(tái)狄賽爾軋管機(jī)上軋制成管。從構(gòu)造上講兩者基本相同，異點(diǎn)僅在于前后臺(tái)的不同。

   第一臺(tái)狄賽爾軋管機(jī)1932年在美國(guó) Beaver Falls 廠投產(chǎn)，由于生產(chǎn)率較低，在40年代末停產(chǎn)。40多年后在美國(guó)Aetna Stand-ard公司采用了一些改進(jìn)措施，并稱 Accu-roll軋機(jī)為“下一代的軋管機(jī)”，實(shí)際上這種工藝的固有缺點(diǎn)如延伸系數(shù)小、毛管長(zhǎng)度短以及可能出現(xiàn)的內(nèi)部質(zhì)量問(wèn)題依然存在。

4.  新型三輥軋管機(jī)

  從工藝上講，新型三輥軋管機(jī)并無(wú)實(shí)質(zhì)性變化，由于采用了NEL控制系統(tǒng)，可以達(dá)到軋薄壁不銹管的目的。德國(guó)MDM公司將這種新型三輥軋管機(jī)稱之為 High Performance Assel mill,所軋管子最大外徑可達(dá)356mm,最小壁厚為2.5mm,D/S比可達(dá)40(實(shí)際上這是指外徑為324~356mm而言，當(dāng)外徑為139.7~219mm時(shí)，D/S=35~37).但不管怎樣，對(duì)三輥軋管機(jī)來(lái)說(shuō)，確實(shí)是一大進(jìn)步。

  這種軋機(jī)的核心技術(shù)是采用管端自動(dòng)控制系統(tǒng)（NEL系統(tǒng)），即軋輥液壓快速打開裝置和軋制過(guò)程結(jié)束之前的預(yù)壓法；尚存在的問(wèn)題是軋薄壁不銹管時(shí)壁厚公差劣化。

四、 連鑄圓坯的使用和穿孔、張減技術(shù)的發(fā)展

  圓坯連鑄技術(shù)的成功一方面促進(jìn)了斜軋穿孔工藝的發(fā)展，使得狄賽爾穿孔機(jī)在新的條件下復(fù)活，另一方面終結(jié)了壓力穿孔機(jī)（PPM)在新建軋管廠中的進(jìn)一步應(yīng)用。這樣在不銹鋼無(wú)縫管生產(chǎn)領(lǐng)域，以連鑄圓坯為原料進(jìn)行斜軋穿孔幾乎已成定局，不這樣，就會(huì)失去競(jìng)爭(zhēng)力。

  20世紀(jì)50年代張減技術(shù)的成功，提高了小口徑鋼管生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，但為了減少與張力減徑聯(lián)用的軋管機(jī)組的切頭損失率要求進(jìn)人張減機(jī)的毛管盡可能長(zhǎng)，因此，凡是軋制毛管較短的組不宜與張減機(jī)聯(lián)用，這樣的軋管組的競(jìng)爭(zhēng)能力也就減弱了。蘭前張減技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要是采用CEC控制、發(fā)展混合傳動(dòng)方式以及工藝過(guò)程自動(dòng)控制。軋管前后變形階段及原料（管坯）生產(chǎn)方面的進(jìn)展，所有這些基本勾畫了不銹鋼無(wú)縫管生產(chǎn)工藝近100年的發(fā)展概況。