不銹鋼無縫管材冷軋機(jī)的發(fā)展趨勢

不銹鋼無縫鋼管系列產(chǎn)品憑借其具有耐腐蝕、耐高溫、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油化工、海洋工程、航空航天等領(lǐng)域。鑒于不銹鋼無縫管的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)和特殊的使用要求，絕大多數(shù)不銹鋼無縫管需要通過冷軋方式提供最終產(chǎn)品。在其生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，周期式冷軋管機(jī)是極其重要的設(shè)備，決定了不銹鋼無縫管材產(chǎn)品的尺寸精度和組織性能。通過周期式冷軋，不銹鋼無縫管材的組織更加致密、均勻，性能更加優(yōu)越；同時(shí)，能夠?qū)υ�始管坯起到很好的糾偏作用，生產(chǎn)出的管材幾何尺寸精確，表面粗糙度小。另外，冷軋管機(jī)可實(shí)現(xiàn)管壁壓下量可達(dá)75%~85%，減徑量達(dá)65%，極大地減少中間變形道次與工序，節(jié)能降耗。

目前，我國冷軋管機(jī)主要形式為LG型（兩輥）和LD型（多輥）兩大系列。LG型軋機(jī)采用截面為錐形截面環(huán)形孔型，道次變形量大，產(chǎn)量高，結(jié)構(gòu)相對簡單，容易調(diào)整和維護(hù)，但產(chǎn)品精度低，難以滿足鎳基合金、鐵素體不銹鋼等難變形金屬管材的高效生產(chǎn)；LD型三輥冷軋機(jī)因?yàn)檐埐鄄捎脠A形截面，道次變形量小，具有軋制精度高的特點(diǎn)，對生產(chǎn)精度和質(zhì)量要求高的管材具有很好的優(yōu)勢，但是生產(chǎn)效率較低，難以滿足大變形獲得較細(xì)晶粒度的生產(chǎn)需求。

2019年世界不銹鋼管產(chǎn)量達(dá)到570多萬噸，中國占到43%以上的份額。近年來，國際能源產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展，機(jī)械等行業(yè)保持穩(wěn)步增長對不銹鋼無縫管的消費(fèi)量起到了一定的支撐作用，預(yù)計(jì)未來幾年內(nèi)，世界范圍內(nèi)不銹鋼無縫管的需求量仍會保持在一個較高水平。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，冷軋管機(jī)市場保有量達(dá)6000臺套以上，但是基本上都處于生產(chǎn)效率低、軋制速度慢、產(chǎn)品精度低的現(xiàn)狀。隨著市場導(dǎo)向與應(yīng)用場景對產(chǎn)品規(guī)格（徑壁比重增加）、產(chǎn)品精度（圓度、直線度、表面光潔度）與產(chǎn)品性能（鎳基合金、雙相不銹鋼等）的要求提高，對傳統(tǒng)裝備的能力與功能要求也越來越高，向著極端化、高速化、智能化、高精度化、多功能化等方面發(fā)展，由此推動裝備快速發(fā)展，進(jìn)而對周期式冷軋管機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝備水平和制造精度等方面提出了更高的要求。

二 我國冷軋管機(jī)發(fā)展趨勢

1、設(shè)備能力極端化

隨著國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善，Φ550mm以上大口徑厚壁與Φ5mm以下小口徑薄壁不銹鋼無縫管材需求量逐漸增加，產(chǎn)品仍然存在供需矛盾，部分產(chǎn)品依賴進(jìn)口，究其根本原因是國內(nèi)欠缺上述極端化產(chǎn)品生產(chǎn)用的裝備能力。

2012年，太原重機(jī)械集團(tuán)有限公司開始了LG-720冷軋管機(jī)的研究，該機(jī)使用了大功率伺服控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大慣量控制對象的高精度同步控制，是世界上最大規(guī)格的冷軋無縫不銹鋼管的設(shè)備，首機(jī)于2015年在江蘇武進(jìn)不銹鋼股份有限公司投入使用，根據(jù)國家鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心現(xiàn)場抽樣表明，大口徑無縫鋼管的表面質(zhì)量、尺寸公差、拉伸試驗(yàn)、晶粒度等主要指標(biāo)符合美國材料協(xié)會不銹鋼無縫鋼管的標(biāo)準(zhǔn)。另外，近期國內(nèi)企業(yè)也在研發(fā)LG-850冷軋管機(jī)，以進(jìn)一步擴(kuò)大冷軋無縫管材產(chǎn)品規(guī)格。

中重院、興通機(jī)械等企業(yè)自主研發(fā)了小規(guī)格冷軋管機(jī)，軋制出的成品管規(guī)格可最小可達(dá)到Φ3mm，為我國毛細(xì)血管國產(chǎn)化提供了原料。

2、軋機(jī)速度高速化

提高冷軋機(jī)的軋制速度是提高其產(chǎn)量的最直接措施，但是提高冷軋機(jī)的軋制速度，會導(dǎo)致軋機(jī)的運(yùn)動部分產(chǎn)生更大的慣性力和慣性力矩，從第一臺高速冷軋機(jī)的出現(xiàn)開始，慣性力和慣性力矩的減小與平衡，也是冷軋機(jī)發(fā)展過程中的重要研究內(nèi)容之一。

國內(nèi)早期冷軋管機(jī)多采用垂直滑動重錘平衡機(jī)構(gòu)，例如二十世紀(jì)六十年代末，洛陽礦山機(jī)械廠設(shè)計(jì)的LG-30III型高速冷軋機(jī)。該機(jī)構(gòu)利用垂直放置的重錘裝置來儲存機(jī)架減速時(shí)釋放的能量，在機(jī)架加速時(shí)釋放其儲存的能量；再由曲軸上的扇形塊平衡機(jī)架和重錘的慣性力。這種平衡機(jī)構(gòu)的效果顯著，但重錘需要放置在較深的地坑內(nèi)，應(yīng)用范圍受到了很大的限制。

雙扇形塊平衡機(jī)構(gòu)采用兩個扇形平衡塊，在曲軸上與曲柄呈180°角位置安裝第一個扇形塊，用來平衡機(jī)架在高速運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩，然后再在與曲軸等速運(yùn)行的平衡軸上增加合適質(zhì)量的扇形平衡塊，用來平衡機(jī)架和第一個扇形塊的慣性力和慣性力矩[2]。這種平衡機(jī)構(gòu)可以使軋機(jī)的軋制速度大幅度提高，并且雙扇形塊平衡機(jī)構(gòu)安裝時(shí)不需要地坑，相比與垂直滑動重錘平衡機(jī)構(gòu)，對場地的要求較小，并且制造、安裝、維護(hù)都更加方便，例如中重院、上海攀枝花、浙江中星、江蘇恒立等企業(yè)研發(fā)的高速冷軋管機(jī)就采用了這種平衡結(jié)構(gòu)。

3、軋機(jī)設(shè)備智能化

隨著專業(yè)人才的欠缺與市場對產(chǎn)品價(jià)格的催低，企業(yè)希望使用更少的工人來完成整套軋制流程，要求傳統(tǒng)生產(chǎn)模式開始轉(zhuǎn)變，這就需要設(shè)備具備智能化生產(chǎn)功能，這就要求軋機(jī)區(qū)域設(shè)備、電氣系統(tǒng)以及液壓潤滑系統(tǒng)完善與改進(jìn)，滿足智能化生產(chǎn)要求，有利于無人化軋制的實(shí)現(xiàn)。

軋機(jī)區(qū)域設(shè)備的智能化改進(jìn)對象主要是上料裝置、送進(jìn)裝置、出料裝置、側(cè)向換輥裝置以及管端探測裝置和芯棒斷裂檢測裝置。管坯從放料臺滑至上料軌道，由上料裝置推送到送進(jìn)裝置部分，管材送進(jìn)裝置由兩個夾取回轉(zhuǎn)裝置組成，兩個夾取回轉(zhuǎn)裝置沿預(yù)設(shè)好的動作配合運(yùn)行，當(dāng)夾取裝置1開始夾送管坯的前一段時(shí)間，夾取回轉(zhuǎn)裝置2的夾頭處于放松狀態(tài)，當(dāng)夾取回轉(zhuǎn)裝置1運(yùn)行到特定位置時(shí)，夾取回轉(zhuǎn)裝置2開始運(yùn)行，并夾緊管坯與夾送回轉(zhuǎn)裝置1同步前進(jìn)，夾緊回轉(zhuǎn)裝置1到達(dá)預(yù)設(shè)的行程極限后放松夾頭，與管坯脫離接觸，由夾緊回轉(zhuǎn)裝置2夾送管坯前進(jìn)，夾送回轉(zhuǎn)裝置1返回初始位置準(zhǔn)備下一輪送進(jìn)，夾送回轉(zhuǎn)裝置2到達(dá)預(yù)設(shè)位置后也松開夾頭返回初始位置，準(zhǔn)備下一輪與夾送回轉(zhuǎn)裝置1的配合送進(jìn)。軋制完成后，鋼管被出料裝置推送至管架上等待后續(xù)處理。

安裝在設(shè)備中的傳感器檢測裝置，可以有效地檢測出鋼管的管縫、管材與芯棒斷裂等狀態(tài)。軋輥機(jī)架采用一種新型閉式機(jī)架，當(dāng)需要更換軋輥時(shí)，由在軌道運(yùn)行的換輥小車將軋輥系整體從機(jī)架中抽出，再將需要更換的新軋輥機(jī)架推入，不需要再拆卸機(jī)架更換軋輥，極大的節(jié)約更換軋輥系的時(shí)間，也節(jié)約了人力資源。

電氣控制系統(tǒng)包括軋管機(jī)主機(jī)速度控制，回轉(zhuǎn)送進(jìn)電機(jī)控制，機(jī)組自動化控制等�；剞D(zhuǎn)送進(jìn)電機(jī)采用伺服電機(jī)，與軋管機(jī)主機(jī)速度之間采用主從控制策略，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域設(shè)備之間的速度匹配，也能夠?qū)崿F(xiàn)從管坯上料、穿管、各夾送輥的加緊松開、軋制、出料等整個工藝過程的全自動化作業(yè)。

不同的運(yùn)行機(jī)構(gòu)對于壓力、速度等參數(shù)有著不同的要求，因此液壓系統(tǒng)配備多個閥組，保證位于不同機(jī)構(gòu)的各液壓缸能夠按設(shè)計(jì)要求穩(wěn)定地工作。液壓系統(tǒng)具有超壓保護(hù)功能，同時(shí)能夠顯示溫度、壓力、液位等參數(shù)供技術(shù)人員檢測設(shè)備狀況。