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中国钢结构协会钢管分会CSPA庄钢（中国钢结构协会钢管分会秘书长）中国.武汉2012年5月16日我国小口径无缝钢管机组的发展中国钢结构协会钢管分会CSPA2一小口径无缝钢管生产的几种主要机型自动轧管机组穿拔机组连轧管机组精密轧管机组和斜轧机组三辊轧管机组CPE机组二工艺软件和液压控制技术CARTA技术张减机钢管壁厚控制软件QAS（QualityAssuranceSystem）系统液压小舱控制系统（HCCS）的应用三小口径无缝钢管机组发展中相关问题的探讨关于淘汰落后产能小口径机组未来的发展趋势四结语主主要内容中国钢结构协会钢管分会CSPA我国无缝钢管生产的发展历程，是从小口径无缝管机组建设开始的，从鞍钢第一套Φ140mm自动轧管机组投产到今天，已经走过近60年的历程。进入二十一世纪以来，随着全球经济的增长，带动了全球能源需求的增长。以石油（天然气）、煤炭为主要能源的需求大幅度增长，尤其是石油（天然气）的增长对石油钻采和输送用管的需求，以及锅炉、电站（包括核电）的发展，极大地带动了小口径无缝钢管机组的发展。同时也推动了无缝钢管生产技术装备水平的提高。目前，小口径无缝钢管机组已经遍布全国各地，其生产量已占据我国无缝钢管总产量的大半壁江山，约70%左右；产品从油井管、锅炉管、管线管、流体管、结构管、气瓶管、三化用管、汽车用管、核电用管等几乎覆盖了所有无缝钢管品种；小口径无缝管机组的机型也呈多样化发展，从最早的自动轧管机组、穿拔机组，到八十年代以后发展起来的连轧管机组、二辊、三辊斜轧管机组、CPE机组以及近年来发展较快的三辊连轧管机组。2008年全球金融危机爆发，世界经济呈现出严重下滑的局面，受此影响无缝钢管市场也呈现出严重的衰退，这一形势的变化也影响着我国无缝钢管生产的改变。本文结合小口径无缝钢管机组的发展的历史，尤其是近年的变化，按照时间顺序对各主要机型以及生产工艺进行论述。1.前言中国钢结构协会钢管分会CSPA42.1自动轧管机组自动轧管机英文称Plugmill,多建于上世纪70年代前，曾称霸世界40多年。随着连轧管技术装备不断发展以及新的产线不断的建设，自动轧管机的霸主地位逐渐被连轧管机组所取代。我国的自动轧管机组除包钢Φ400mm机组、鞍钢Φ219mm机组外，绝大部分为小口机组。我国第一套小口径自动轧管机组是1953年在鞍钢建设投产的Φ140mm机组，产品规格为Φ38-146mm、壁厚4-20mm,设备由原苏联引进。该机组投产后第二年就生产出了锅炉管、地质管和油管（泵及压缩机用管），不久又开发出了Φ51×2.5mm薄壁管；60年代初该轧管机组成功地开发了“双槽轧管”技术，使当年的钢管产量超过了设计能力一倍多。该机组2004年改造成Φ219mm机组，但“双槽轧管”这一技术仍沿用至今。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型中国钢结构协会钢管分会CSPA51960年参照鞍钢Φ140自动轧管机组资料，由我国自己设计的Φ100自动轧管机组在上钢一厂建成投产。随后在全国各地建设了十多套Φ100自动轧管机组，如安阳无缝钢管厂、烟台钢管总厂、杭州钢厂、大连钢厂、衡阳钢管厂、西宁钢厂、天津无缝厂等相继建立了Φ100自动轧管机组。进入本世纪以来国内又新建和改造了多套小口径自动轧管机组。到目前为止上个世纪建设的小口径自动轧管机组（不包括Φ76机组）除少数被保留下来，绝大部分已被拆除或被改造成其它机组或作为冷拔/轧的前工序，但是，应该承认这些机组在我国无缝钢管发展的历史中，曾起到过重要的作用。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型中国钢结构协会钢管分会CSPA6最近几年，自动轧管机组在国内又有了新的发展，针对小口径薄壁管的需求和替代部分穿拔产品，一些地区又兴建了一批改进型小口径自动轧管机组,如山东临沂地区。但是这类机组已不同于传统的自动轧管机组。一是在生产工序上减少了均整机，钢管经过自动轧管机轧制后直接进入定径机或微张减机，缩短了工艺流程，减少了设备投资，降低了生产成本；二是轧辊采用双槽，提高了轧辊辊身的刚度；三是以生产薄壁管为主，规格组距较窄，产品针对性较强，替代部分以冷代热产品。该机组产品质量与精密轧管机组比较，其内表面没有螺旋道、管壁直度和管长方面均有一定的优势（就单倍尺轧制而言）；与一道次冷拔管相比在外观质量上要占有优势（一道次冷拔管，管壁直度较差；因退火交货，当热处理炉没有气体保护时，钢管外表面质量较差）。另外采用小管坯轧制，定径机减径量小，钢管内圆未形成内六方，产品质量较好。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型中国钢结构协会钢管分会CSPA72.2穿拔机组穿拔机组起源于上世纪50年代末，1958年3月上海异性钢管厂研制出了Φ76mm穿孔机，为其冷拔生产线提供毛管。随后，上钢五厂、上钢一厂也都建成了Φ76mm穿孔机，为冷拔线提供毛管；1958年7月鞍钢无缝厂借鉴Φ140mm机组的经验，制造出了Φ76mm穿孔机和自动轧管机，生产热轧薄壁荒管，也为冷拔/轧生产提供毛管。在此基础上，原冶金部组织编制了由穿孔+自动轧管机+冷拔/轧组成的Φ76mm自动轧管机组“定型”设计，并于1958-1959年在全国推广。第一批建成投产的有衡阳、天津、重庆、昆明、长治等地的几家钢管厂，到60年代初，全国共有34套Φ76mm无缝钢管生产线。上世纪60-80年代，穿/拔机组在生产工艺和技术装备上得到了很大的发展。机组的规格上限扩大到Φ90mm，下限到Φ50mm；采用了环形加热炉；采用了内水冷顶头、45钢材质顶头、轧管机采用球形顶头并实现了制动更换；采用无限（半）冷硬球墨铸铁轧辊；利用钼基顶头穿轧不锈钢等。另外对穿孔辊型、顶头外形、轧管孔型，穿孔和轧管变性理论，轧机调整、产品缺陷机理分析以及连铸坯可穿性等进行了有效的研究和实践，对提高我国无缝钢管生产技术水平起了重要作用。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型中国钢结构协会钢管分会CSPA890年代至今，穿拔生产机组又有了很大的发展，尤其是进入本世纪，随着中国经济的快速增长，对管材的需求不断地增加，推动了我国无缝钢管机组建设的高速发展。上世纪,由于我国在大口径无缝钢管的发展上步伐落后，使得市场上大口径无缝钢管较为短缺，所以在这一时期国有大中企业均把注意力放在了大口无缝钢管机组的建设和发展上，这为中小民企抢抓机遇发展小机组创造了时机。除精密轧管机组、三辊轧管机组外，穿拔机组由于投资少、进入门槛低、产品质量好、适合小批量多品种的民营资本的生产模式（甚至适合家庭作坊的生产方式），在国内迅速地扩展，尤其以江苏、浙江、山东以及辽宁的苏家屯等地区发展最快。有些小的个体作坊，形成了更细的专业分工如以生产冷拔轧用毛管的加工厂；只进行冷拔/轧生产的工厂、只做酸洗的加工厂等。这样的专业化分工使的生产效率提高、生产成本大大降低，加之人工成本低以及对酸洗废水排放的环保要求较低等因素，使得穿拔机组生产的产品在市场上具有一定的竞争优势。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型中国钢结构协会钢管分会CSPA9不仅如此，穿拔机组还向大口径规格方向扩展，在江苏采用两穿+冷拔的方式，生产Φ200-400mm中、大口径薄壁管，即径壁比大于40的产品。这类产品是介于热轧和冷拔/轧之间的产品，是热轧机组生产难度较大而不愿意生产的产品，如中、大口径薄壁气瓶管。穿拔机组不仅在碳钢、低合金钢产品的生产上具有一定优势，在不锈钢管生产方面也具有较强的优势。早在上世纪50年代中期，鞍钢无缝厂就利用Φ140机组的穿孔机成功地穿轧出不锈钢管，1960年上钢五厂率先在Φ76穿拔机组上生产奥氏体不锈钢管，到目前为止我国奥氏体不锈钢管基本上采用的都是穿拔工艺。不仅如此，目前国内除一些高合金钢、特殊合金（包括镍基合金）以及一些朔性较低的材料，在生产工艺上采用挤压+冷拔/轧方式，其他的钢铁材料均可采用穿孔+冷拔/轧方式来。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型中国钢结构协会钢管分会CSPA102.3连轧管机组小口径连轧管机进入中国是在上世纪80年代初期，宝钢建设时引进了德国Meer公司Φ140浮动式芯棒连轧管机组，其产品外径为Φ21.3-139.7mm，尽管浮动式芯棒连轧管机组生产工艺现在已经落后了，但当时这条生产线的引进，却让业内人士真正感受到了现代化连轧管机组高产量、高质量、高效率所带来的震撼。90年代后期，衡阳钢管厂又引进德国Meer公司Φ89半浮式芯棒连轧管机组，产品外径为Φ25-89mm。这两条生产线的引进为提高小口径高压锅炉管和油管的国产化做出了重要贡献。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型宝钢140连轧管机组中国钢结构协会钢管分会CSPA11进入21世纪，为了满足小口径高端产品的需求，天津钢管公司在2003年建成了世界上第一套三辊PQF（primequalityfinishing）连轧管机，产品的外径为Φ32-168.3mm。三辊PQF连轧管工艺技术，以其在均匀变形、变形应力，轧机结构、轧机刚性、负荷分配及轧辊受力等方面的优势，使其在轧制产品规格范围、径壁比（D/S）、裂孔和拉凹缺陷、壁厚精度、成材率、工具消耗、高合金难变形材料轧制等方面具有两辊轧机无可匹敌的优势。另外，天津钢管公司Φ168三辊PQF连轧管机组还有在其他方面的创新和新技术的应用，如芯棒前行循环工艺：是指当轧制结束时芯棒不返回而继续前行的循环工艺和相关的配套技术，省去了芯棒返回时间，使每根管的轧制周期缩短4秒钟，可提高机组的产能20%。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型轴向换辊（PQF®-ACO）侧向换辊（PQF®-LCO）中国钢结构协会钢管分会CSPA12在线激光测厚：作为新一代侧厚系统，测量精度高，可带芯棒检测，对人体伤害小（与射线相比）；液压小仓控制技术（包括液压压下）还有CARTA技术，QAS系统等。上述新技术新工艺的应用，使连轧管机的整体装备水平上升到一个崭新的平台。除天津钢管外，攀成钢、鞍钢、黑龙江建龙、包钢、衡阳钢管等企业都先后引进小口径连轧管机组，这些机组全部为最先进三辊连轧管机组。这些机组的引进，大大地改善了我国小口径机组整体装备水平较低的局面；另外，南通特钢、西姆莱斯辽阳、山东墨龙、河南凤宝等企业也分别建设了四套国产的连轧管机组，这些机组的建设大大提升了中国无缝钢管机组装备制造水平。上述机组的建设也大幅度提高我国小口径无缝钢管的产量和产品质量。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型中国钢结构协会钢管分会CSPA132.4精密轧管机组和两辊斜轧管延伸机组精密轧管机又称Accu-Roll轧管机，是在狄塞尔轧管机结构的基础上，将鼓形轧辊改成锥形轧辊，增加了轧辊辗轧角，加长了辊身长度、增大了导盘直径，并将浮动芯棒轧制方式改为限动芯棒轧制方式，从而减小了金属滑移，增加了均壁钢管的重轧次数，提高了钢管壁厚精度。近年来精密轧管机以其轧制工序短、设备投资少（国内可以整条线制造）、更换规格容易、品种适应的范围宽、以及适合于小批量、多品种等生产优势在中国已成为中小型钢管企业技术改造和新建机组的首选机型。精密轧管机是美国埃特纳标准公司提出的设计思想，由中美合作设计制造，并在中国迅速推广。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型Accu-Roll轧机示意图1－芯棒；2－导盘；3－菌式轧辊；4－毛管中国钢结构协会钢管分会CSPA14我国第一台精密轧管机组是原烟台钢管厂（现鲁宝钢管公司）在1990年建成投产的Φ114mm机组，其产品规格为Φ63.5-114mm；成都无缝厂Φ180精密轧管机组是在1992年建成投产；随后上海钢管厂和齐齐哈尔钢厂的Φ114mm机组也都相继建成投产。鲁宝和成都无缝这两个机组是我国精密轧管机组的典型代表。这两套机组后来根据市场对大口径钢管的需求，对设备进行了改造，使机组的产品规格扩大到Φ325mm。21世纪后精密轧管机组在中国遍地开花，目前我国共有精密轧管机组超过40套，小口径机组占一半。虽然精密轧管机组有许多优势和特点，但是该机型由于是斜轧机组，必然会在钢管的内表面留下内螺旋痕迹（尽管内螺旋手感不明显），这会给客户留下不佳的印象。另外，精密轧管机组采用导盘与轧辊组