周繼洪

（中冶賽迪工程技術股份有限公司鋼管事業(yè)部，重慶401122）

國內CPE機組生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展初探

周繼洪

（中冶賽迪工程技術股份有限公司鋼管事業(yè)部，重慶401122）

根據(jù)國內各CPE機組生產(chǎn)現(xiàn)狀和目前的市場情況，結合CPE機組在機組作業(yè)率、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質量等方面的運行情況，分析目前CPE機組生產(chǎn)及發(fā)展所面臨的問題，提出解決方案，并為CPE機組的進一步發(fā)展提供參考意見和建議。

CPE機組；生產(chǎn)現(xiàn)狀；產(chǎn)品結構；生產(chǎn)成本；產(chǎn)品質量；建議

CPE工藝是在傳統(tǒng)頂管工藝基礎上發(fā)展而來，即CP斜軋穿孔（Cross Roll Piercing）+E延伸（Elongating）的組合生產(chǎn)工藝［1-6］。目前典型CPE機組工藝流程為：管坯加熱→穿孔→毛管縮口→頂管→松棒→再加熱→定（減）徑或張力減徑→冷卻→精整。

CPE機組具有產(chǎn)品表面質量好、壁厚薄及產(chǎn)量適中等特點，是生產(chǎn)中小直徑中薄壁無縫鋼管、實現(xiàn)產(chǎn)品升級及“以熱代冷”的潛力機型之一。在目前無縫鋼管市場供大于求的市場環(huán)境下，產(chǎn)量和投資適中、產(chǎn)品質量可與連軋管機組［7］媲美的CPE機組再次進入人們的視野，僅在2010年以后就陸續(xù)新建投產(chǎn)了3套。

隨著國內CPE機組投產(chǎn)數(shù)量的增多，業(yè)界對該機型的特點和生產(chǎn)現(xiàn)狀有了更加深刻的認識［8-9］。本文將從國內各CPE機組生產(chǎn)現(xiàn)狀出發(fā)，深入討論該機型生產(chǎn)應用的優(yōu)劣勢，分析目前各CPE機組的發(fā)展“瓶頸”和所面臨的問題，為CPE機組進一步發(fā)展提供參考意見和建議。

1 當前市場環(huán)境對CPE機組產(chǎn)品結構的影響

隨著國內外無縫鋼管市場的逐步萎縮，近年石油管的需求量達到歷史低位。而另一方面，國際油價持續(xù)走低，在很長一段時間內，國際原油市場將以減少供給、消化過剩產(chǎn)能為主，同時國內原油需求進一步轉向進口。在這種大背景下，極少有新的油田和油井開工，石油管的需求將持續(xù)低迷，在今后相當長一段時間內無縫鋼管生產(chǎn)線的主要產(chǎn)品結構由大批量、少規(guī)格的石油管轉移為小批量、多規(guī)格的鍋爐管和氣瓶管等其他品種。CPE機組的產(chǎn)品結構也將如此，因此必須對其工藝、設備進行深入研究，改進完善，對現(xiàn)有生產(chǎn)中所面臨的問題進行分析，尋找科學有效的改進方案，以適應高鋼級、小批量、多規(guī)格無縫鋼管的市場需求。

2 當前CPE機組生產(chǎn)現(xiàn)狀及改進方案

目前國內CPE機組基本涵蓋了大小各種機型，對于小批量、多規(guī)格無縫鋼管的生產(chǎn)方式，現(xiàn)有各CPE機組生產(chǎn)所面臨的問題不盡相同，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

2.1 影響機組有效作業(yè)率

2.1.1 原因分析

小批量、多規(guī)格無縫鋼管的生產(chǎn)方式，意味著需要頻繁更換規(guī)格和調整生產(chǎn)線軋制變形參數(shù)。對于CPE機組而言，需要頻繁更換和調整的包括頂管機模座及張力減徑機或定（減）徑機機架。張力減徑機配置有快速換輥小車，可實現(xiàn)快速更換機架；更換頂管機模座需要使用車間起重機對新舊模座進行依次、逐個吊運，影響機組有效作業(yè)時間。

頂管機特點之一是應用成品可調模座，在壁厚微調時，對成品可調模座進行在線快速調整，減少對生產(chǎn)中斷的影響。根據(jù)實際生產(chǎn)情況，由于生產(chǎn)經(jīng)驗及具體情況的不同，目前成品模座的應用有3種方式：成品可調模座在線調整；更換成品模座，小直徑機組［10-13］更換已備好的成品模座耗時約20 min；成品模座線下調整，大直徑頂管機的成品模座因自身設計及質量大等原因，線下對孔型［14］進行調整，耗時約2 h，若更換芯棒規(guī)格，進行相關模具更換及調整耗時約10 h。

2.1.2 改進方案

目前國內CPE機組實現(xiàn)可調模座在線調整數(shù)量較少，頻繁更換規(guī)格嚴重影響機組有效作業(yè)時間。根據(jù)不同機組的具體情況，可考慮從以下兩個方面減少更換規(guī)格時間：機組孔型系列和芯棒規(guī)格數(shù)量不宜過多，從而減少因更換芯棒規(guī)格而引起的生產(chǎn)中斷時間；總結生產(chǎn)經(jīng)驗，制定可調模座在線調整操作規(guī)范，熟練掌握成品可調模座在線調整技術。在沒有掌握好可調模座在線調整技術前，可借鑒目前小直徑頂管機組的方式，直接更換已備好模座，盡量減少模座調整和孔型校驗對更換規(guī)格時間的影響。

2.2 影響產(chǎn)品質量、成材率

2.2.1 原因分析

頂管機頂制荒管的產(chǎn)品質量與芯棒的溫度和潤滑質量息息相關。在目前小批量、多規(guī)格的生產(chǎn)方式下，頻繁更換規(guī)格是不可避免的。當更換規(guī)格引起生產(chǎn)中斷，芯棒需在頂管機前臺架存儲等待，中斷時間越久，芯棒溫度越低，同時芯棒的潤滑效果也將受到影響，最終影響產(chǎn)品的內表面質量和芯棒使用壽命，嚴重時甚至影響頂管機的正常頂制，這對頂制溫度范圍窄的難變形合金鋼品種尤為不利。目前小直徑CPE機組在頂制13Cr薄壁管時，其內表面易出現(xiàn)質量缺陷，大直徑CPE機組暫不能順利頂制該鋼種，也有上述原因。

2.2.2 改進方案

CPE機組需解決頻繁更換規(guī)格而引起的芯棒溫度下降問題，最有效的方法即考慮芯棒在線補溫措施。例如，在芯棒穿棒前設置感應加熱，或在頂管機前臺芯棒臺架上設置火焰加熱等。在確保芯棒溫度的同時，還需控制毛管從穿孔機至頂管機間運輸過程的溫降，這對頂制溫度范圍窄的難變形金屬顯得尤為重要，可從以下幾方面考慮：毛管不宜過長，從而減少穿孔時間過長而引起的溫降；穿制厚壁毛管，避免毛管壁厚偏薄造成的溫降速率過快；穿孔機至頂管機間的運輸距離應盡量短，運輸速度盡量快，從而減少運輸過程的溫降時間。

2.3 工模具準備引起的不確定性影響正常生產(chǎn)

2.3.1 原因分析

目前小直徑CPE機組投產(chǎn)時間長，生產(chǎn)經(jīng)驗豐富，開發(fā)了單孔型系列的多規(guī)格芯棒生產(chǎn)方式；大直徑CPE機組因產(chǎn)品規(guī)格范圍跨度大，孔型系列多，芯棒規(guī)格及模座系列多。芯棒規(guī)格數(shù)量需與模座孔型系列相匹配是頂管機的特點之一，芯棒數(shù)量的增加，則需要更多的模座系列與之匹配。在小批量、多規(guī)格無縫鋼管的生產(chǎn)方式下，頂管機模座數(shù)量、張力減徑機或定（減）徑機機架數(shù)量及芯棒數(shù)量明顯增加，相應地增加了工模具準備人員的工作量，由此增加了模座孔型加工不合格、芯棒直徑超差等不確定性。這在國內CPE機組生產(chǎn)中已有所體現(xiàn)，芯棒、模座等工模具準備不足或工模具加工質量等問題引起的生產(chǎn)中斷和產(chǎn)品質量問題的概率明顯增加。

2.3.2 改進方案

制定嚴格的工模具加工及管理制度，加強對相關人員的管理及技能培訓，使工模具準備引起的不確定性影響降至最低。另外，也可借鑒國外CPE機組的生產(chǎn)經(jīng)驗，如德國Betterment鋼管公司在Dinslaken的CPE無縫鋼管廠，為確保芯棒精度和降低工模具準備帶來的不確定性，其芯棒規(guī)格僅有Φ122 mm和Φ132mm兩種，分別用于頂制厚壁和中薄壁鋼管；芯棒不進行表面車削修復，也不進行輾軋。由此帶來兩點好處：芯棒精度易于控制，有利于產(chǎn)品壁厚精度控制；芯棒及相應的模座規(guī)格數(shù)量少，降低了工模具準備所引起的不確定性。

3 當前CPE機組主要生產(chǎn)成本差異

國內現(xiàn)有的一套大直徑（Φ219 mm）CPE機組為改造機組，其生產(chǎn)線剛投產(chǎn)即遇到無縫鋼管市場調整，受市場沖擊較為明顯，由于一直未能達到設計產(chǎn)能，其軋制成本居高不下。同樣受無縫鋼管市場沖擊，另外兩套小直徑CPE機組及時轉型，改以生產(chǎn)長尺寸熱交換器管及鍋爐管為主。

國內現(xiàn)有典型大、小直徑CPE機組生產(chǎn)成本主要差異見表1。大直徑CPE機組因作業(yè)率不高，同時因其孔型系列及芯棒規(guī)格跨度大，在生產(chǎn)小規(guī)格無縫鋼管時，機組長期處于“大馬拉小車”的工作狀態(tài)，工業(yè)爐的熱效率也不高，是其耗電量和耗燃氣量高于小直徑CPE機組的主要原因；大直徑CPE機組芯棒單支質量大，而且其未進行輾軋及重新車削加工，芯棒重復利用率低，致使芯棒噸鋼消耗量也遠高于小直徑CPE機組。

表1 大、小直徑CPE機組生產(chǎn)成本主要差異

由此可見，在CPE機組設計之初，機組孔型系列和芯棒規(guī)格數(shù)量不易過多，且跨度不易過大，避免頻繁更換規(guī)格而降低機組作業(yè)率，避免生產(chǎn)過程中的“大馬拉小車”現(xiàn)象，從而保證相對較高的小時噸鋼產(chǎn)量，以確保耗電量和耗燃氣量在合理范圍內。

4 當前CPE機組產(chǎn)品質量現(xiàn)狀

（1）壁厚精度控制有待改善。

CPE機組缺少在線壁厚檢測手段，這是目前制約CPE機組壁厚精度控制的原因之一，產(chǎn)品超差不能被及時發(fā)現(xiàn)和反饋，在線孔型調整和芯棒尺寸校驗困難，進一步增加了壁厚精度控制難度。國內小直徑CPE機組建設時間早，經(jīng)過較長時間的發(fā)展，芯棒精度和模座孔型已有系統(tǒng)的管控制度，其產(chǎn)品壁厚精度已較為穩(wěn)定；而大直徑CPE機組投產(chǎn)時間不長，產(chǎn)品的壁厚精度波動較大，尺寸廢品率達0.74%，這與生產(chǎn)經(jīng)驗和組織管理相關。目前大直徑CPE機組的芯棒為外協(xié)加工，芯棒直徑超差控制稍弱；另外，模座孔型磨損的控制及調整缺少經(jīng)驗，是產(chǎn)品壁厚精度波動較大的主要原因。

對于壁厚精度控制，除需制定嚴格的芯棒及模座加工的操作規(guī)程及相應的管控制度外，開發(fā)針對CPE機組的在線壁厚檢測手段更能有效監(jiān)測壁厚波動，可有效降低尺寸廢品率。

（2）高鋼級產(chǎn)品的生產(chǎn)有待進一步研究。

生產(chǎn)高鋼級無縫鋼管（如13Cr及T91等）時，大直徑CPE機組因生產(chǎn)經(jīng)驗不足等，暫不能順利軋制；小直徑CPE機組經(jīng)過長期摸索，雖能完成軋制，但產(chǎn)品質量穩(wěn)定性欠佳，產(chǎn)品缺陷集中體現(xiàn)為內表面直道。如前所述，不能完成頂制或頂制有缺陷的因素較多，如芯棒的溫度過低或潤滑不好，又或者穿孔毛管溫降過快、溫度偏低，芯棒光潔度及表面缺陷等。更換規(guī)格時間過長或其他原因造成的生產(chǎn)中斷，均會影響芯棒的溫度及潤滑效果。

針對不同機組特點，小直徑CPE機組在目前的生產(chǎn)方式下，應加強管理，總結經(jīng)驗，制定嚴格的高鋼級生產(chǎn)制度，嚴格控制各工序質量，研究更加切合高鋼級品種的變形制度，確保頂制溫度和芯棒溫度的穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品質量穩(wěn)定性。而大直徑CPE機組除借鑒小直徑CPE機組生產(chǎn)經(jīng)驗外，還需不斷摸索，探索適合該機組的生產(chǎn)制度。

（3）大直徑機組產(chǎn)品外表面質量有待提高。

大直徑CPE機組因芯棒質量大，頂制后荒管隨芯棒橫移過程中易損傷鋼管表面，目前國內大直徑CPE機組的表面廢品率達1.59%。這為今后大直徑CPE機組的設計提出了新的要求，即除減少芯棒與荒管的橫移運輸外，還需考慮荒管在橫移過程中的保護問題，避免損傷鋼管外表面。

5 對CPE機組未來發(fā)展的幾點建議

CPE機組作為無縫鋼管生產(chǎn)的主要機型之一，其在產(chǎn)品質量和噸鋼投資方面已得到市場的基本認可。根據(jù)目前國內CPE機組的實際生產(chǎn)狀況和主要存在問題，結合上述分析，對CPE機組生產(chǎn)及建設改造提出以下幾點建議，供今后設計改造、生產(chǎn)管理及改善產(chǎn)品質量等參考。

（1）合理分配變形制度。在設計之初，應合理考慮機組規(guī)格范圍，科學分配孔型系列。無論何種機型的軋機，如果其產(chǎn)品規(guī)格范圍覆蓋過大，往往會顧此失彼、得不償失，勢必造成“大馬拉小車”的不利形式。CPE機組孔型系列及芯棒規(guī)格數(shù)量，直接關系到更換規(guī)格的頻繁程度，影響機組有效作業(yè)時間，影響產(chǎn)品質量穩(wěn)定性，影響噸鋼能耗。考慮孔型系列時，應充分發(fā)揮張力減徑機的能力，通常頂管機孔型系列不宜超過2套。

（2）充分發(fā)揮張力減徑軋制的大延伸率作用。CPE機組與連軋管機組相比，軋制荒管長度短25%~35%，這是CPE機組較連軋管機組成材率［15］略低的主要原因。在設計之初，若CPE機組不采用張力減徑軋制，則與連軋管機組成材率的差距會更大，因此需考慮張力減徑軋制，如受場地或冷床寬度限制，可考慮采用分段熱鋸進行鋸切，以緩解冷床寬度不足的狀況。

（3）考慮芯棒加熱保溫措施。在穿棒前考慮芯棒加熱保溫措施，避免生產(chǎn)中斷引起的芯棒溫度過低。芯棒溫度在頂制過程中起到至關重要的作用，直接影響芯棒的潤滑效果好壞、毛管溫降速度快慢和產(chǎn)品質量好壞，甚至影響到頂制是否順利完成。

（4）有效控制穿孔毛管溫降。毛管溫度高低直接關系到頂制是否順利完成及產(chǎn)品質量好壞，同時也影響軋輥及芯棒的使用壽命長短，與頂管機主機負荷大小息息相關。在設計之初，可考慮從以下3個方面控制毛管溫降：減少穿孔時間過長引起的溫降，避免毛管壁厚偏薄造成的溫降速度快，減少毛管運輸過程的溫降時間。

（5）掌握成品可調模座在線調整技術。CPE機組的成品可調模座在頂制過程中發(fā)揮著相當重要的作用，制定成品可調模座的調整規(guī)范，熟練掌握成品可調模座在線調整技術，可減少因軋輥磨損對壁厚不均的影響；減少壁厚調整的更換規(guī)格時間，提高機組作業(yè)率，減少生產(chǎn)中斷造成的芯棒溫度過低等問題發(fā)生?？烧{模座的設計應滿足調整方便、調整精度高、孔型穩(wěn)定性好等要求，同時制定嚴格、科學、有效的管理制度是確保可調模座正常工作的基礎。

（6）嚴格保證芯棒精度。對于CPE機組而言，頂管機的芯棒精度直接關系到產(chǎn)品的壁厚精度，必須有一整套行之有效的芯棒加工、檢驗及相應的管理制度，確保每支芯棒的精度；為避免芯棒表面質量缺陷引起的鋼管內表面質量問題，需有效利用芯棒輾軋機，確保芯棒表面光潔度。

（7）注重專業(yè)技術人才培養(yǎng)。CPE機組與連軋管機組相比，專業(yè)技術人才相對匱乏，無論是發(fā)掘現(xiàn)有CPE機組潛能、CPE機組改造及新產(chǎn)品開發(fā)，還是建設新的CPE機組，都需要有一定的專業(yè)技術人才積累。在現(xiàn)有CPE機組的基礎上，應注重后續(xù)人才的培養(yǎng)及技術積累和傳承，培養(yǎng)相關的專業(yè)技術人才。

［1］劉成平，陳本倫，李廣軍．CPE機組的發(fā)展與應用［J］．鋼管，1997，26（4）：15-19．

［2］彭龍洲，段煒，余邦.CPE工藝的特點及發(fā)展趨勢芻議［J］．鋼管，2012，41（4）：12-17.

［3］康志勇．Φ114mm CPE熱軋管機組試生產(chǎn)情況［J］．鋼管，2004，33（2）：32-38．

［4］成海濤．鋼管行業(yè)現(xiàn)狀及轉型發(fā)展的思考［J］．鋼管，2013，42（6）：1-4.

［5］魏賢宇．Φ102 mm CPE頂管機組的創(chuàng)新及效果［J］．鋼管，2008，37（5）：55-58．

［6］袁方成，何新田.Φ219 mm CPE大型頂管機組的工藝裝備特點［C］//鋼管學術委員會六屆四次年會論文集，2014.

［7］李群.關于連軋管機組幾個工藝問題的討論［J］．鋼管，2010，39（2）：19-22.

［8］楊力，張增全，高瑞全.對CPE機組生產(chǎn)無縫鋼管技術的再認識［J］．鋼管，2013，42（3）：55-58.

［9］金如崧.無縫鋼管百年史話［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，2008：142.

［10］張海軍，翟東生，石虎珍.CPE機組生產(chǎn)小無縫鋼管的優(yōu)勢分析［J］．冶金裝備，2012（S1）：44-47.

［11］常建設，莊鋼，鐘錫弟.我國小直徑無縫鋼管生產(chǎn)機組的發(fā)展［J］．鋼管，2012，41（2）：15-21.

［12］李曉紅.我國小直徑無縫鋼管生產(chǎn)發(fā)展與裝備選擇之探討［J］．鋼管，2012，41（1）：14-22.

［13］韓觀昌，李連詩.小型無縫鋼管生產(chǎn)（上）［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，1990.

［14］陳俊杰，郝潤元.CPE頂管機的孔型計算［J］．鋼管，2013，42（2）：32-36.

［15］卓釗，杭乃勤，程向龍，等.提高114 CPE機組熱軋無縫鋼管成材率的工藝實踐［J］．特殊鋼，2009，30（6）：29-31.

Primary Study on Current Produc tion Situation and Developm ent of Dom estic CPEMill

ZHOU Jihong
（Steel Pipe Business Division of CISDIEngineering Co.，Ltd.，Chongqing 401122，China）

Based on the current production situations and market circumstances of domestic CPEmills，and the information concerning productivity，operation cost and product quality of the m ills，problems staying with production and development of domestic CPE m ills are analyzed.Accordingly，solution is proposed，and relevant comments and suggestions for further development for themills are also put forward for consideration.

CPEmill；current production situation；productmix；operation cost；productquality；suggestion

TG333.8

B

1001-2311（2016）06-0070-04

2016-08-15）

周繼洪（1980-），男，工程師，主要從事鋼管生產(chǎn)工藝設計工作。