我国小口径无缝钢管机组的发展讲义课件

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我国小口径无缝钢管机组的发展12一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2一小口径无缝钢管生产的几种主要机型主主要内容2

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32.1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42.1自动轧管机组2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型4

1960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51960年参照鞍钢Φ140自动轧管机组资料，由我国自

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6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

2.2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72.2穿拔机组2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型

90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890年代至今，穿拔生产机组又有了很大的发展，尤其是进

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9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

2.3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102.3连轧管机组2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型

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）11进入21世纪，为了满足小口径高端产品的需求，天津钢管公12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12在线激光测厚：作为新一代侧厚系统，测量精度高，可带芯122.4

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132.4精密轧管机组和两辊斜轧管延伸机组2.小口径无缝钢管生

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成孔型，其封闭性较导板差，当轧制薄壁时尤其是导盘磨损严重，边部破损时，易产生头尾撕破造成轧卡。

2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型14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15近年来不少中、小钢管企业建设了带导板的延伸机组，即把精密轧管机组的立式布置的导盘，改成为导板，使轧机孔型的封密性更好，用以生产小口径薄壁管。另外，带导板的延伸机组制造难度低、投资也少。这种二次斜轧管延伸机组发展也相当迅速，目前，在我国江苏江阴、山东聊城、天津等地就有10多家民营企业建设了Φ50mm、Φ60mm、Φ90mm、Φ114mm、Φ140mm小型二次斜轧管延伸机组生产小口径热轧无缝钢管（≤∮159mm以下）。这类生产线的主要设备一般由斜底式加热炉或环形加热炉、∮50mm～∮140mm穿孔机、二次斜轧管延伸机、7~12架三辊微张力减径机组成。产品直径：Φ38～159mm（以生产Φ108mm以下为主）、壁厚：(4.0)4.5～12.0mm（以4.5-6mm为主）、长度：～9m以上（荒管最长可达13m）。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型15近年来不少中、小钢管企业建设了带导板的延伸机组，即把15上世纪80-90年代中期，我国从国外引进了多台（套）三辊轧管机组包括：1987年江西洪都钢厂从英国引进Φ76mm三辊轧管机建成投产；1988年大冶钢厂从德国引进的Φ76mm三辊轧管机建成投产和1995年全套从德国引进的Φ170mm三辊轧管机组建成投产；1995年天津市无缝钢管厂从德国引进的Φ114mm三辊轧管机建成投产；无锡钢厂从西班牙引进的二手设备Φ102mm三辊轧管机组建成投产。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型三辊斜轧延伸机示意图

2.5

三辊轧管机组三辊轧管机又称Assel轧管机，也是一种高精度的轧管机组。前后工序的配置基本与精密轧管机组相同。三辊轧管机轧制的品种以轴承管、液压支拄管、械加工用管、中厚壁高压锅炉管和套管接箍料及钻杆、钻铤料为主。该类机组因适应轧制中厚壁和厚壁无缝钢管且壁厚精度高等特点而被称为品种轧机。我国早在上世纪60年代就开始研制三辊轧管机，但由于文革的干扰和影响，直到1978年衡阳钢管厂建成投产了我国第一套自主研发的Φ108mm三辊轧管机，这套机组的穿孔机、轧管机均采用三辊式，定径机为12架微张力减径机；同年沈阳无缝钢管厂建成了我国第一台Φ50mm三辊轧管机。16上世纪80-90年代中期，我国从国外引进了多台（套）三辊轧管

上世纪90年代以来，德国MEER公司对三辊轧管机进行了一系列技术改进，采用限动阶梯芯棒轧制方式或采用头部轧后“快关”方法，以解决荒管头部喇叭口问题；采用尾部“快开”方法以解决荒管尾部三角形问题；采用轧辊碾轧角可调整的设计，改变了过去以辊肩为中心线的调整方法,而变为以碾轧带为中心的调整方法,提高了轧制过程的稳定性和重轧系数；在轧机后台，采用了长导向辊结构防止轧制过程中荒管扭曲和划伤。这些新技术已应用于瑞典Ovako公司Φ89mm机组、印度Jindal公司Φ168mm机组；也应用于中、大口径机组上如中国的TPCOΦ219mm机组和最新建成的新冶钢Φ460mm机组上。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型

与精密轧管机一样，三辊轧管机组以其轧制工序短、设备投资少、更换规格容易、壁厚精度高等优点，在中国也成为中小型钢管企业技术改造以及新建机组的主要机型。另外，三辊轧管机组也适合于小批量、多品种的生产。与精密轧管机组一样，三辊轧管机也是斜轧机组，也会在钢管的内表面留下内螺旋痕迹。17上世纪90年代以来，德国MEER公司对三辊轧管机进行了一

近年来，为改变我国小直径无缝钢管“以冷代热”问题，一些钢管生产装备制造商家研发制造的小型热轧无缝钢管机组发展迅速，小型三辊限动芯棒轧管机组就是其中一种机型，目前，在我国山东聊城、河北沧州地区以及重庆等地就有近30余家民营企业采用Φ50mm、Φ60mm、Φ70mm、Φ80mm、Φ90mm、Φ100mm小型三辊限动芯棒轧管机组，生产小直径热轧无缝钢管（≤Φ114mm以下）。这种小型三辊限动芯棒轧管机的三个轧辊在机架中呈120°布置，轧辊与轧辊间采用导板封闭。轧辊呈锥形，辊面由三个直线段和两个圆弧过渡段组成，轧机延伸系数一般控制在1.3左右。由于轧辊之间采用了导板封闭使得该机组也可以生产薄壁管。

2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型小型三辊斜轧延伸机结构示意小型三辊斜轧延伸机生产现场18近年来，为改变我国小直径无缝钢管“以冷代热”问题，一19

近年来，为改变我国小直径无缝钢管“以冷代热”问题，一些钢管生产装备制造商家研发制造的小型热轧无缝钢管机组发展迅速，小型三辊限动芯棒轧管机组就是其中一种机型，目前，在我国山东聊城、河北沧州地区以及重庆等地就有近30余家民营企业采用Φ50mm、Φ60mm、Φ70mm、Φ80mm、Φ90mm、Φ100mm小型三辊限动芯棒轧管机组，生产小直径热轧无缝钢管（≤Φ114mm以下）。这种小型三辊限动芯棒轧管机的三个轧辊在机架中呈120°布置，轧辊与轧辊间采用导板封闭。轧辊呈锥形，辊面由三个直线段和两个圆弧过渡段组成，轧机延伸系数一般控制在1.3左右。由于轧辊之间采用了导板封闭使得该机组也可以生产薄壁管。该机组生产线的主要设备一般由斜底式加热炉、∮50mm～∮100mm穿孔机、三辊限动芯棒轧管机、中频感应加热装置、（D≤∮60mm；S≤5.0mm以下，在微张力减径前设置中频感应二次加热装置）和4~12架三辊微张力减径机组成。产品直径：28～114mm；壁厚：3.5～10.0mm；长度：～8m以上（荒管最长可达13m）。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型19近年来，为改变我国小直径无缝钢管“以冷代热”问题192.6CPE顶管机组（简称CPE机组）

CPE是英文（Cross-roll-斜轧Piercing穿孔andElongating延伸）的缩写，CPE机组是在传统的方坯—压力穿孔—斜轧延伸—顶管工艺的基础上，采用圆管坯—斜轧穿孔—管端缩口—顶管的新工艺。这一新的生产工艺是由德国米尔公司在上世纪70年代末至80年初开发的，该工艺既保留了传统顶管工艺适宜生产薄壁钢管、技术复杂性较低、投资较少的优点（与连轧管机组相比），同时还简化了工艺过程，增加坯重，减少切头，提高壁厚精度等一系列的优点。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型传统的顶管机组工艺流程图CPE顶管机组工艺流程图202.6CPE顶管机组（简称CPE机组）2.小口径无缝钢管生再有，CPE机组是一种高节奏轧机，每分钟可轧3支，与半浮连轧机组节奏相当，但由于其管坯单重受芯棒长度的限制，使该机组产量介于连轧机组和斜轧机组之间，属于中等产能。另外，由于采用长芯棒轧制，辊模也是由三辊组成，所以其产品质量与连轧机组相当。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型21再有，CPE机组是一种高节奏轧机，每分钟可轧3支，与半浮连轧22尽管CPE机组有很多优点（尤其在小口径机组上），但遗憾的是CPE工艺发展的年代也正是限动芯棒连轧机发展的年代，由于限动芯棒连轧机组在产量、规格范围、成材率等方面更优于CPE机组，使CPE机组的发展受到了限制，所以从80年代初到今天全球共建成7套CPE机组，最大产品规格为Φ177.8mm。我国现有两条CPE机组，一条在常宝，一条在武钢江北公司（原汉阳钢管厂）。江苏常宝CPE机组是由原常州钢厂1989年建成投产的Φ102机组，产品外径为Φ25-102mm壁厚2.5-9mm。该机组从德国Meer引进了缩口机、22架张减机和加工机床，其他设备均为国内设计制造。该机组投产后，缩口设备一直存在问题，生产停停打打。常宝收购该生产线后对其设备和生产工艺进行了系统的改进，使机组的作业率大幅提高，近年来，该机组的最高年产量超过了15万吨，产品规格上限扩展到了Φ114mm，轧制最薄的壁厚＜3mm，主要产品为高压锅炉管、油管。目前，江苏常宝正在建设一条Φ114mm组，预计今年可投产。汉阳钢管厂CPE机组是从德国Benterler公司引进的二手设备，产品外径为Φ21.3-114mm，壁厚为2.2-12mm,2001年建成投产，主要产品为油管。通过不断的改进和完善，该机组最高年产量达到了10万吨，目前正在考虑搬迁新址和对张减机进行改造。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型222.小口径无缝钢管生产的几种主要机型22工艺控制软件和液压控制技术主要来自引进机组的配套软件和控制技术。目前，国内钢管生产装备制造水平与国外的最大差距也就在于此。近两年国内个别钢管生产装备制造企业，已开发出了头尾削薄控制软件、辊缝液压控制技术等。

3.1CARTA技术

CARTA（ComputerAidedRollingTechnologyApplicatio）是SMS-Meer公司研究开发的用计算机控制工艺设计和轧制过程的工艺控制系统。CARTA技术最早应用于张力减径机，其实际应用可追溯到上世纪70年代，但直到80年代末，全球也只有为数不多的几个钢管厂采用了这一技术。90年代，随着计算机技术的普及，这一技术的应用得到了比较广泛地拓展。近几年来，SMS-Meer公司将CARTA技术除应用到SRM机组上外，还分别用于CPM、MPM/PQF和SM/SRM机组上，其中CARTA-MPM/PQF系统是在INNSE公司的PSS（ProcessSupervisorSystem）系统的基础上进一步扩展和完善，使CARTA系统在热轧生产线形成了一个完整的体系。3.工艺控制软件和液压控制技术23工艺控制软件和液压控制技术主要来自引进机组的配套软件上图CARTA工艺控制系统的构成3.工艺控制软件和液压控制技术CARTA技术应用的目的在于保证优质、高效、经济地生产钢管，它将生产计划、生产过程控制和质量保证三者结合起来，其构成如下图所示。24上图CARTA工艺控制系统的构成3.工艺控制软件和液压控

CARTA技术的主要任务可以概括为如下五个方面：工具设计及管理②生产计划③轧制表计算④过程监控和评估产品质量⑤数据存储和分析。进入21世纪来，几乎SMS-Meer供货的新建机组都采用了CARTA系统。但选择的内容有所不同，根据企业自身的情况有些钢管厂完整地采用了CARTA系统的在三大机组和五个方面的控制内容，而有的厂家则选用其中的部分机组和控制内容。3.工艺控制软件和液压控制技术25CARTA技术的主要任务可以概括为如下五个方面：

3.2张减机钢管壁厚控制软件①CEC(CropEndControl)控制软件。通过动态调整轧辊线速度来减少钢管管端的头尾增厚长度。通过CEC应用，其头尾增厚长度可减少50%。②WTCA(AverageWallThinkneeControl)控制软件。依据荒管来料偏差测量结果，通过动态调整轧辊线速度设定来增大或减小张减机的延伸系数，以保证得到要求的钢管目标平均壁厚精度。③WTCL(LocadWallThinkneeControl))控制软件。依据荒管来料沿长度方向上的局部壁厚与平均壁厚的偏差值，通过动态调整轧辊线速度来保证该处的壁厚精度。3.工艺控制软件和液压控制技术263.2张减机钢管壁厚控制软件3.工艺控制软件

3.3MTS（MatterTraceSystem）系统

MTS主要任务是向QAS、CARTA（包括PSS）系统传递订单信息，收集这些系统的检测数据并归档保存：从管坯称重设备开始到冷床结束，跟踪物料通过不同工序时的流水号和各种工艺调整数据。从冷床达到冷床下料仅只有包括钢管的实际支数和总重量的订单数据才被跟踪。若各机组测量的数据与设定的数据不符，便会报警。物料跟踪系统主要跟踪内容有：对管坯进行记录，并把数据与轧制批号、流水号、管坯重量等对应起来；跟踪系统采用先进先出原则，跟踪管坯经管坯称重、加热炉、穿孔、连轧、再加热炉、定径直到冷床；记录管坯从出炉到变成荒管到达冷床之间各工序的温度；记录各工序毛管/荒管的壁厚、直径、长度等参数。除跟踪、记录数据外，穿孔机、连轧管机、定/减径机的实际轧制调整值也存储在物料跟踪数据组中，以便进一步处理。3.工艺控制软件和液压控制技术273.3MTS（MatterTraceSyst

3.4QAS（QualityAssuranceSystem）系统QAS是一个独立的中心工作站，他通过对物料的跟踪、检/监测，对数据进行收集、分析和存储并将分析的结果及时反馈给生产控制系统以实施对物料的控制，以保证钢管的质量。QAS在线采用的检测设备主要有：红外线高温仪、射线侧厚、同位素测厚或激光测厚、激光测长、CCD数码摄像系统测径等。QAS现场检测点的主要检测内容和目的本文省略。

3.5液压小舱控制系统（HCCS）的应用液压压下技术以其响应快、调节精度高、动态性能好等特点在上世纪70年代就应用于板带钢生产的压下控制。90年代初，INNSE公司开发了液压小舱控制技术，并将该技术应用于连轧管机组，据说国际上最早应用这一技术的轧机是日本住友Φ426mm连轧管机组。国内最早配套这一技术的轧机是包钢Φ180mm连轧管机组，随后天津钢管公司在建设第一套Φ168PQF三辊连轧管机组上使用了HCCS，并结合PSS系统实现生产工艺过程的控制。其中，使用HCCS系统控制连轧机的液压压下装置的动作，实现辊缝控制；通过工艺参数的计算和控制实现温度补偿、咬入冲击控制、锥形芯棒伺服、头尾削薄等功能。另外，液压小舱控制系统也被用于斜轧扩管的顶杆定位、顶杆涨缩补偿、顶头磨损补偿等。3.工艺控制软件和液压控制技术283.4QAS（QualityAssurance

4.1

关于淘汰落后产能2011年11月，我国《钢铁工业“十二五”发展规划》（以下简称《规划》）正式对外颁布，在涉及到轧钢生产工艺装备时明确指出：：“直径76mm以下热轧无缝管机组。”被列入淘汰落后生产能力之列。《规划》中“直径Φ76mm以下热轧无缝管机组”“亦在指通过穿孔+冷拔（轧）”生产小口径无缝钢管的机组。据有关资料介绍，2004-2010年，我国热轧无缝钢管的比例由总产量的85%降至70%左右，而同期冷拔（轧）管的比例由总产量的15%增值30%左右；这表明我国无缝钢管的加工生产方式并没有像预期的向更合理方向转变，而是出现了热轧管比例下降，冷拔（轧）管比例上升趋势，尤其是Φ76mm以下的小直径无缝钢管增长最快，所占比例达到我国无缝钢管总产量的30%，最高达到39%（时间节点为2010年）。上述数据显示，几十年来，该机组不但没有被淘汰，反而呈现出不断发展壮大之势。4.小口径无缝钢管机组发展中相关问题的探讨294.1关于淘汰落后产能4.小口径无缝钢管机组发展中相关

造成上述问题的主要原因：

一是热轧产品不能完全替代冷加工产品。目前为冷轧提供毛管的生产方法有热挤压、斜轧穿孔两种，由于挤压方法生产毛管成本很高、成材率低、生产效率也低，除很少量的高合金、特殊合金（如镍基合金）、低塑性材料等采用挤压方法生产外，其他材料均采用斜轧穿孔方法。如薄/超薄壁、高精度、高表面质量钢管、不锈管、部分高合金钢管基本采用穿孔+（轧管+定径）+冷拔/轧方法生产。

二是热轧无缝钢管机组生产介于热轧和冷拔之间的小口径薄壁钢管存在一定问题如连轧机组：①产量低，机组的效率和产能不能充分发挥。以Φ159（168）机组为例Φ48×5×11.89、7倍尺钢管母管重441.3㎏，Φ139.7×7.72×11.8、3倍尺钢管母管重889.5㎏，机组的产能差2倍多。②张力减径后管端切头损失太大，成材率低，一般低于80%；③钢管内表面“内六方”现象还不能有效控制；三辊轧管机组不适于生产薄壁管；精密轧管机组生产较薄壁管易产生头尾撕破；热轧无缝管的内表面质量难以达到冷拔管的质量水平。4.小口径无缝钢管机组发展中相关问题的探讨30造成上述问题的主要原因：4.小口径无缝钢管机组发展

三是穿孔+冷拔工艺生产组织灵活，适于小批量多品种生产；

四是穿孔+冷拔工艺设备投资少，工艺技术和生产操作易于掌握；

五是国家对钢材产品酸洗处理的环保要求比较宽松。正是由于上述原因，所以该生产工艺不但没有淘汰，反而呈现出不断发展壮大之势。淘汰直径76mm以下热轧无缝管机组应因势利导，一是要通过市场机制淘汰一部份。有迹象表明近一两年，国内一些中小型企业新建一批小型热轧管机组，专门用于生产小口径薄壁，替代了部分穿孔+冷拔工艺生产的产品（穿拔工艺生产成本要高于热轧工艺150-200元）。二是要通过环保规范加以限制淘汰一部份。对冷拔/轧酸洗排放制定更加严格的标准，提高冷加工产品的门槛。4.小口径无缝钢管机组发展中相关问题的探讨31三是穿孔+冷拔工艺生产组织灵活，适于小批量多品种生产

4.2

小口径机组未来的发展趋势纵观我国近十多年无缝钢管发展的情况看，国有大中企业以引进的现代化连轧管机组建设为主，但机组的投资较大；中小企业（主要为民企）由于资金问题一般以斜轧机组、穿拔机组建设为主，个别有实力的大型民企也建设了国产的连轧管机组。受宏观经济形势和国家有关政策以及行业的经营情况的影响，企业大规模建设形势将不复存在，以高投入引进国外设备的项目也将大大减少。以结构调整、产品细分的配套改造项目将成为未来一段时间的发展主题。4.小口径无缝钢管机组发展中相关问题的探讨324.2小口径机组未来的发展趋势4.小口径无缝钢4.2.1

关于连轧机组的发展金融危机后，国内又有7-8条小口径连轧管机组投产或在建设，其中大部分为国产机组。这些机组中多数是在金融危机前就已经策划和确定的，但由于金融危机的影响使项目拖延。在这些机组中除辽阳Φ114mm机组外，其他机组均为Φ159mm机组或180mm机组。即使是Φ159mm机组，其规格上限也扩展至Φ168mm或177.8（180）mm。从规格的上线范围可以看出，这些机组在设计的考虑上任然摆脱不了对产能的追求（产量低了效益也算不出来）。4.小口径无缝钢管机组发展中相关问题的探讨实际生产中，这类机组生产＜Φ76（73）mm以下规格时，产量低、合格率低、成材率低、故障率高，而较少生产。从宏观经济形势、市场需求、项目的投资以及行业经营状况看，未来小口径连轧管机组的建设和发展将以国产轧机为主，规格以Φ114、Φ89及以下轧机为主，以生产Φ60.3、Φ57、Φ51、Φ48、Φ42、Φ38mm等规格的产品。西姆莱斯辽阳Φ114机组334.2.1关于连轧机组的发展4.小口径无缝钢管机组发展

4.2.2CPE机组的发展近年来，江苏常宝、武钢汉阳钢厂两条CPE机组生产的产品质量给客户也给同行们留下了深刻印象，已有一些企业在了解、研究这一机组，但是正真决定选着上这一机组的企业不多。一是对CPE机组还不了解；二是生产工序相对于斜轧机组、自动轧管机组、穿拔机组来说还是复杂些；三是建设投资相对于上述机组也较高，另外，CPE机组在生产工艺上必须配有再加热炉，这也使得它的运行成本增加。4.小口径无缝钢管机组发展中相关问题的探讨但是，正是由于荒管必须经过再加热炉（可控制在相变点以下更低的温度入炉）这也使得CPE机组生产的钢管晶粒度更均匀、更细小，韧性更高（与轧态交货的钢管相比）。若产品定位在高端上，机组的产量适中，CPE机组将是一个较好的选择。国外某CPE机组生产现场344.2.2CPE机组的发展4.小口径无缝钢管机组发展

4.2.3

斜轧管机组的发展带导板的两辊、三辊小口径斜轧管机组近两年建设投产的较多，由于该类机组投入少、见效快、易于掌握、适于小批量多品种，适于中低端产品。但由于这类机组生产的产品有内螺旋痕迹，在产品的外观质量上逊色于连轧机组、CPE机组，另外，这类小口径机组采用轧坯作为管坯，生产成本要稍高一些，因此未来的发展也会受到限制。

4.2.4

自动轧管机组和穿拔机组近两年发展起来的改进型自动轧管机组，由于简化了工艺流程，减少了投资，降低了生产成本，使其在小口径机组上又有了新的生命力，如果结合“双槽轧制技术”、再结合实现自动化操作、快速换辊，改进型的自动轧管机组在生产中低端产品上将有较高的竞争力。随着国内一些小口径机组的建设，随着国家对酸洗排放标准的提高，穿拔机组生产的“以冷代热”的产量将会大幅度下降，穿拔机组生产的产品将逐渐回归到冷拔产品中。4.小口径无缝钢管机组发展中相关问题的探讨354.2.3斜轧管机组的发展4.小口径无缝钢管机组发展中

总之随着世界经济的发展、随着人们对无缝钢管品种质量要求的提高，以及市场竞争的加剧和环保要求的提高，这些都将推动无缝钢管生产技术装备的进步和发展。中国是一个无缝钢管生产大国而且也应该成为一个无缝钢管强国。中国无缝钢管的发展将会引领世界无缝钢管技术装备的发展。

5.结语36总之随着世界经济的发展、随着人们对无缝钢管品种质（1）殷国茂中国钢管50年四川四川科学技术出版社2004（2）殷国茂中国钢管飞速发展的10年四川四川科学技术出版社2009（3）严泽生现代热连轧无缝钢管生产北京冶金工业出版社2009（4）严泽生庄钢孙强世界热轧无缝钢管轧机的发展北京“中国冶金2011（5）金如菘无缝钢管百年史话北京冶金工业出版社2008（6）肖松良陶芳国新一代Φ273mm限动芯棒连轧管机组成都中国金属学会钢管学术委员会第五届一次年会论文集2005（7）SMS-Meer公司的统计资料2008（8）李晓红，我国小直径无缝钢管生产发展与装备选择之探讨.钢管，2012参考文献37（1）殷国茂中国钢管50年四川四川科学技术出38谢谢大家

3838谢谢大家38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我国小口径无缝钢管机组的发展3940一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2一小口径无缝钢管生产的几种主要机型主主要内容40

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412.1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422.1自动轧管机组2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型4

1960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431960年参照鞍钢Φ140自动轧管机组资料，由我国自

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44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

2.2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452.2穿拔机组2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型

90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4690年代至今，穿拔生产机组又有了很大的发展，尤其是进

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47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

2.3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482.3连轧管机组2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型

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）49进入21世纪，为了满足小口径高端产品的需求，天津钢管公50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12在线激光测厚：作为新一代侧厚系统，测量精度高，可带芯502.4

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512.4精密轧管机组和两辊斜轧管延伸机组2.小口径无缝钢管生

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成孔型，其封闭性较导板差，当轧制薄壁时尤其是导盘磨损严重，边部破损时，易产生头尾撕破造成轧卡。

2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型52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53近年来不少中、小钢管企业建设了带导板的延伸机组，即把精密轧管机组的立式布置的导盘，改成为导板，使轧机孔型的封密性更好，用以生产小口径薄壁管。另外，带导板的延伸机组制造难度低、投资也少。这种二次斜轧管延伸机组发展也相当迅速，目前，在我国江苏江阴、山东聊城、天津等地就有10多家民营企业建设了Φ50mm、Φ60mm、Φ90mm、Φ114mm、Φ140mm小型二次斜轧管延伸机组生产小口径热轧无缝钢管（≤∮159mm以下）。这类生产线的主要设备一般由斜底式加热炉或环形加热炉、∮50mm～∮140mm穿孔机、二次斜轧管延伸机、7~12架三辊微张力减径机组成。产品直径：Φ38～159mm（以生产Φ108mm以下为主）、壁厚：(4.0)4.5～12.0mm（以4.5-6mm为主）、长度：～9m以上（荒管最长可达13m）。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型15近年来不少中、小钢管企业建设了带导板的延伸机组，即把53上世纪80-90年代中期，我国从国外引进了多台（套）三辊轧管机组包括：1987年江西洪都钢厂从英国引进Φ76mm三辊轧管机建成投产；1988年大冶钢厂从德国引进的Φ76mm三辊轧管机建成投产和1995年全套从德国引进的Φ170mm三辊轧管机组建成投产；1995年天津市无缝钢管厂从德国引进的Φ114mm三辊轧管机建成投产；无锡钢厂从西班牙引进的二手设备Φ102mm三辊轧管机组建成投产。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型三辊斜轧延伸机示意图

2.5

三辊轧管机组三辊轧管机又称Assel轧管机，也是一种高精度的轧管机组。前后工序的配置基本与精密轧管机组相同。三辊轧管机轧制的品种以轴承管、液压支拄管、械加工用管、中厚壁高压锅炉管和套管接箍料及钻杆、钻铤料为主。该类机组因适应轧制中厚壁和厚壁无缝钢管且壁厚精度高等特点而被称为品种轧机。我国早在上世纪60年代就开始研制三辊轧管机，但由于文革的干扰和影响，直到1978年衡阳钢管厂建成投产了我国第一套自主研发的Φ108mm三辊轧管机，这套机组的穿孔机、轧管机均采用三辊式，定径机为12架微张力减径机；同年沈阳无缝钢管厂建成了我国第一台Φ50mm三辊轧管机。54上世纪80-90年代中期，我国从国外引进了多台（套）三辊轧管

上世纪90年代以来，德国MEER公司对三辊轧管机进行了一系列技术改进，采用限动阶梯芯棒轧制方式或采用头部轧后“快关”方法，以解决荒管头部喇叭口问题；采用尾部“快开”方法以解决荒管尾部三角形问题；采用轧辊碾轧角可调整的设计，改变了过去以辊肩为中心线的调整方法,而变为以碾轧带为中心的调整方法,提高了轧制过程的稳定性和重轧系数；在轧机后台，采用了长导向辊结构防止轧制过程中荒管扭曲和划伤。这些新技术已应用于瑞典Ovako公司Φ89mm机组、印度Jindal公司Φ168mm机组；也应用于中、大口径机组上如中国的TPCOΦ219mm机组和最新建成的新冶钢Φ460mm机组上。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型

与精密轧管机一样，三辊轧管机组以其轧制工序短、设备投资少、更换规格容易、壁厚精度高等优点，在中国也成为中小型钢管企业技术改造以及新建机组的主要机型。另外，三辊轧管机组也适合于小批量、多品种的生产。与精密轧管机组一样，三辊轧管机也是斜轧机组，也会在钢管的内表面留下内螺旋痕迹。55上世纪90年代以来，德国MEER公司对三辊轧管机进行了一

近年来，为改变我国小直径无缝钢管“以冷代热”问题，一些钢管生产装备制造商家研发制造的小型热轧无缝钢管机组发展迅速，小型三辊限动芯棒轧管机组就是其中一种机型，目前，在我国山东聊城、河北沧州地区以及重庆等地就有近30余家民营企业采用Φ50mm、Φ60mm、Φ70mm、Φ80mm、Φ90mm、Φ100mm小型三辊限动芯棒轧管机组，生产小直径热轧无缝钢管（≤Φ114mm以下）。这种小型三辊限动芯棒轧管机的三个轧辊在机架中呈120°布置，轧辊与轧辊间采用导板封闭。轧辊呈锥形，辊面由三个直线段和两个圆弧过渡段组成，轧机延伸系数一般控制在1.3左右。由于轧辊之间采用了导板封闭使得该机组也可以生产薄壁管。

2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型小型三辊斜轧延伸机结构示意小型三辊斜轧延伸机生产现场56近年来，为改变我国小直径无缝钢管“以冷代热”问题，一57

近年来，为改变我国小直径无缝钢管“以冷代热”问题，一些钢管生产装备制造商家研发制造的小型热轧无缝钢管机组发展迅速，小型三辊限动芯棒轧管机组就是其中一种机型，目前，在我国山东聊城、河北沧州地区以及重庆等地就有近30余家民营企业采用Φ50mm、Φ60mm、Φ70mm、Φ80mm、Φ90mm、Φ100mm小型三辊限动芯棒轧管机组，生产小直径热轧无缝钢管（≤Φ114mm以下）。这种小型三辊限动芯棒轧管机的三个轧辊在机架中呈120°布置，轧辊与轧辊间采用导板封闭。轧辊呈锥形，辊面由三个直线段和两个圆弧过渡段组成，轧机延伸系数一般控制在1.3左右。由于轧辊之间采用了导板封闭使得该机组也可以生产薄壁管。该机组生产线的主要设备一般由斜底式加热炉、∮50mm～∮100mm穿孔机、三辊限动芯棒轧管机、中频感应加热装置、（D≤∮60mm；S≤5.0mm以下，在微张力减径前设置中频感应二次加热装置）和4~12架三辊微张力减径机组成。产品直径：28～114mm；壁厚：3.5～10.0mm；长度：～8m以上（荒管最长可达13m）。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型19近年来，为改变我国小直径无缝钢管“以冷代热”问题572.6CPE顶管机组（简称CPE机组）

CPE是英文（Cross-roll-斜轧Piercing穿孔andElongating延伸）的缩写，CPE机组是在传统的方坯—压力穿孔—斜轧延伸—顶管工艺的基础上，采用圆管坯—斜轧穿孔—管端缩口—顶管的新工艺。这一新的生产工艺是由德国米尔公司在上世纪70年代末至80年初开发的，该工艺既保留了传统顶管工艺适宜生产薄壁钢管、技术复杂性较低、投资较少的优点（与连轧管机组相比），同时还简化了工艺过程，增加坯重，减少切头，提高壁厚精度等一系列的优点。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型传统的顶管机组工艺流程图CPE顶管机组工艺流程图582.6CPE顶管机组（简称CPE机组）2.小口径无缝钢管生再有，CPE机组是一种高节奏轧机，每分钟可轧3支，与半浮连轧机组节奏相当，但由于其管坯单重受芯棒长度的限制，使该机组产量介于连轧机组和斜轧机组之间，属于中等产能。另外，由于采用长芯棒轧制，辊模也是由三辊组成，所以其产品质量与连轧机组相当。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型59再有，CPE机组是一种高节奏轧机，每分钟可轧3支，与半浮连轧60尽管CPE机组有很多优点（尤其在小口径机组上），但遗憾的是CPE工艺发展的年代也正是限动芯棒连轧机发展的年代，由于限动芯棒连轧机组在产量、规格范围、成材率等方面更优于CPE机组，使CPE机组的发展受到了限制，所以从80年代初到今天全球共建成7套CPE机组，最大产品规格为Φ177.8mm。我国现有两条CPE机组，一条在常宝，一条在武钢江北公司（原汉阳钢管厂）。江苏常宝CPE机组是由原常州钢厂1989年建成投产的Φ102机组，产品外径为Φ25-102mm壁厚2.5-9mm。该机组从德国Meer引进了缩口机、22架张减机和加工机床，其他设备均为国内设计制造。该机组投产后，缩口设备一直存在问题，生产停停打打。常宝收购该生产线后对其设备和生产工艺进行了系统的改进，使机组的作业率大幅提高，近年来，该机组的最高年产量超过了15万吨，产品规格上限扩展到了Φ114mm，轧制最薄的壁厚＜3mm，主要产品为高压锅炉管、油管。目前，江苏常宝正在建设一条Φ114mm组，预计今年可投产。汉阳钢管厂CPE机组是从德国Benterler公司引进的二手设备，产品外径为Φ21.3-114mm，壁厚为2.2-12mm,2001年建成投产，主要产品为油管。通过不断的改进和完善，该机组最高年产量达到了10万吨，目前正在考虑搬迁新址和对张减机进行改造。2.小口径无缝钢管生产的几种主要机型222.小口径无缝钢管生产的几种主要机型60工艺控制软件和液压控制技术主要来自引进机组的配套软件和控制技术。目前，国内钢管生产装备制造水平与国外的最大差距也就在于此。近两年国内个别钢管生产装备制造企业，已开发出了头尾削薄控制软件、辊缝液压控制技术等。

3.1CARTA技术

CARTA（ComputerAidedRollingTechnologyApplicatio）是SMS-Meer公司研究开发的用计算机控制工艺设计和轧制过程的工艺控制系统。CARTA技术最早应用于张力减径机，其实际应用可追溯到上世纪70年代，但直到80年代末，全球也只有为数不多的几个钢管厂采用了这一技术。90年代，随着计算机技术的普及，这一技术的应用得到了比较广泛地拓展。近几年来，SMS-Meer公司将CARTA技术除应用到SRM机组上外，还分别用于CPM、MPM/PQF和SM/SRM机组上，其中CARTA-MPM/PQF系统是在INNSE公司的PSS（ProcessSupervisorSystem）系统的基础上进一步扩展和完善，使CARTA系统在热轧生产线形成了一个完整的体系。3.工艺控制软件和液压控制技术61工艺控制软件和液压控制技术主要来自引进机组的配套软件上图CARTA工艺控制系统的构成3.工艺控制软件和液压控制技术CARTA技术应用的目的在于保证优质、高效、经济地生产钢管，它将生产计划、生产过程控制和质量保证三者结合起来，其构成如下图所示。62上图CARTA工艺控制系统的构成3.工艺控制软件和液压控

CARTA技术的主要任务可以概括为如下五个方面：工具设计及管理②生产计划③轧制表计算④过程监控和评估产品质量⑤数据存储和分析。进入21世纪来，几乎SMS-Meer供货的新建机组都采用了CARTA系统。但选择的内容有所不同，根据企业自身的情况有些钢管厂完整地采用了CARTA系统的在三大机组和五个方面的控制内容，而有的厂家则选用其中的部分机组和控制内容。3.工艺控制软件和液压控制技术63CARTA技术的主要任务可以概括为如下五个方面：

3.2张减机钢管壁厚控制软件①CEC(CropEndControl)控制软件。通过动态调整轧辊线速度来减少钢管管端的头尾增厚长度。通过CEC应用，其头尾增厚长度可减少50%。②WTCA(AverageWallThinkneeControl)控制软件。依据荒管来料偏差测量结果，通过动态调整轧辊线速度设定来增大或减小张减机的延伸系数，以保证得到要求的钢管目标平均壁厚精度。③WTCL(LocadWallThinkneeControl))控制软件。依据荒管来料沿长度方向上的局部壁厚与平均壁厚的偏差值，通过动态调整轧辊线速度来保证该处的壁厚精度。3.工艺控制软件和液压控制技术643.2张减机钢管壁厚控制软件3.工艺控制软件

3.3MTS（MatterTraceSystem）系统

MTS主要任务是向QAS、CARTA（包括PSS）系统传递订单信息，收集这些系统的检测数据并归档保存：从管坯称重设备开始到冷床结束，跟踪物料通过不同工序时的流水号和各种工艺调整数据。从冷床达到冷床下料仅只有包括钢管的实际支数和总重量的订单数据才被跟踪。若各机组测量的数据与设定的数据不符，便会报警。物料跟踪系统主要跟踪内容有：对管坯进行记录，并把数据与轧制批号、流水号、管坯重量等对应起来；跟踪系统采用先进先出原则，跟踪管坯经管坯称重、加热炉、穿孔、连轧、再加热炉、定径直到冷床；记录管坯从出炉