自从1885年曼内斯曼兄弟发明斜轧穿孔工艺以来的18年间,四位轧管工艺发明家又先后发明了周期轧管机(1892年)、斯蒂弗尔穿孔机(1898年)、顶管机(1899年)和自动轧管机(1903年)等四种轧管机组,这些工艺具有工业生产的成熟性,在新建的钢管厂中获得了广泛应用,从而开创了无缝钢管生产这一崭新的冶金行业,通常将包括曼氏穿孔工艺在内的五项轧管工艺称为经典轧管工艺,它们是由四位天才的轧管工艺发明家所发明的。
1. Reinhard Mannesmann
Reinhard Mannesmann 1856年5月13日生于德国的Remscheid.1873年在Düsseldorf高级中学毕业后,进入汉诺威综合技术大学专攻机械设计,后又进入柏林工业大学研究工程学和冶金学。
1877年取得矿冶专业的学位。论文题目是,“较高温度下纯碳和纯铁的比例关系”。1878年7月3日他和兄弟们一起取得关于电话扬声器的德国第一个专利。但是曼内斯曼兄弟真正感兴趣的是物理学问题。由此产生闻名于世的关于无缝钢管的发明,它起源于以下的理论分析:当一个圆柱形物体或圆棒从两个相反方向承受相等的压力时,这些压力在圆棒的中心相遇,互相抵消,假如承压的圆棒围绕其轴线旋转,则理论上讲,在其中心必然要产生孔腔。因此在这种状态下,假如炽热的铁棒或圆坯同时被推向或拉向前进,则其结果必然是形成中孔,从而生成管子。为了将这些结论证诸实际结果,他和弟弟Alfred与Carl一起进行了一年的实验,终于发明了斜轧工艺。
可称为无缝钢管生产鼻祖的34617号专利是以曼氏兄弟的表兄Fritz Kögel博士的名义提出申请的,专利局于1886年3月15日予以批准,但受专利保护的日期从1885年1月27日算起,这一专利的标题是“斜轧工艺以及与之有关的轧机”。这一专利说明书及其所附斜轧穿孔机的结构简图如图2-3和图2-4所示。
1892年曼内斯曼兄弟对一种新的被称为周期轧管工艺或称为分段轧管工艺进行了试验,并取得了成功,与以前曾经试验过的轧管工艺相比较,周期轧管工艺可以生产相当长的管子,可以更加可靠、经济地进行商业生产,当Reinhard 消除了斜轧穿孔工艺的一些早期缺陷并和Max一起完善了所谓周期轧管工艺后,这就可能轧制较长的薄壁管,从此开始了无缝钢管在世界范围内胜利的进程,1893年爱迪生参观芝加哥世界博览会时,当有人问他对博览会那些展出最感兴趣时,他简洁明了地回答道:“曼内斯曼钢管”。嗣后,在1906~1914年期间,Reinhard Mannes-mann兄弟卖掉了他们钢管厂的部分股票,先是在Morocco Riffian矿区投资,接着在汉堡成立Morocco Mannesmann 公司(厂)操纵了Morocco商贸的很大一部分,一战前由于法律事务关系导致在Morocco事业的失败。
当正忙于新计划办新企业时,不知疲倦的 Reinhard 病倒了,1922年2月20日因患肺炎医治无效去世,人们失去了一位在各个技术领域领先的先驱者。为确认他的科技成就阿享理工学院授予他博士学位。
2. Max Mannesmann
Max Mannesmann1857年12月30日生于德国Remscheid,他在Remscheid 上完初中后去 Düsseldorf上高中,Charlottenburg理工学院念大学,中度曾辍学,后进人波恩大学主攻物理学,大学毕业后进入他父亲开设在Remscheid的锉刀厂工作。
他和哥哥 Reinhard合作,发明了“软芯钢”。当他们发现这种软芯钢的外层淬硬表面具有不同的深度,这两位年轻人设计了三辊斜轧轧机,想通过对软芯的圆钢进行轧制,以使外层淬硬表面有比较均匀的层深,这些实验导致斜轧原理的发现,从而有斜轧穿孔工艺的发明,得以在圆棒的中部产生纵向的孔,在历史上第一次成功地产生了制造无缝钢管的实际的方法。
1889年,Max 在 Westfalen 旅行时产生了将穿孔坯分段延伸的想法,1890年2月在他由 Komotau 致 Reinhard 和Carl兄弟的信中讲到关于采用“香肠轧制”(Wurstwalze)在Komotau的棒材轧机上做试验的问题,并称壁厚可以轧得很薄,但不够均匀,轧薄壁管时,在管子的某些部位出现撕裂现象;此外,信中还提到轧辊孔型问题。
1890年3月Max请设计师 Bungeroth 来 Komotou.Max 向他讲述了关于新轧管工艺的设想以及轧机的构造,基本设想是:短的厚壁空心坯套在芯棒上,在一对具有特殊孔型的圆形轧辊上分段轧成薄壁管,因为这一轧制过程不同于一般袭用的工艺,故需作试验以弄清楚这一轧制工艺的各个环节,从而完成孔型设计,1890年4月Max委托他的律师提出发明专利申请,并在1891年2月获得专利(专利号DRP58762).
1906~1910年他和兄弟们在Morocco 经营矿山开采,1910年以后,他专心致志地经营在阿享的曼内斯曼卡车生产业务。一战爆发后,他制造一种救护车拖车,当他使用这种车辆在前线活动时,Max Mannesmsnn 患了伤寒、肺炎并发症。1915年3月2日于阿享医院逝世。
3. R.C Stiefel
斯蒂弗尔在世界无缝钢管发展史中的地位仅次于曼氏兄弟,他的一生努力都与无缝钢管的发展有关。
R.C Stiefel.1862年2月17日生于瑞士靠近苏黎世的奥利康市。他在奥利康机械制造厂接受了技术训练,1881年毕业于苏黎世技术大学,起初在瑞士缫丝厂工作,后受雇于一家法国公司担任制图员。1888年回苏黎世在Esher Wyss公司任制图员,其后由于Pfau的推荐,Stiefel去德国曼内斯曼钢管厂工作,先在Remscheid 钢管厂工作一年半,又在Komotau钢管厂短时间工作过,他在Komotau遇见了瑞士同胞 Aloys Fassl(Fassel 轧机的发明者),最后于1889年10月去英国Landore钢管厂,在Pfau领导下,任设计科科长。Stiefel于1894年夏访问美国,遇见了Lozier,后者答应帮他在不久的将来重返美国,当时Stiefel就有一个想法,即对另一种斜轧穿孔工艺申请专利,以打破曼氏兄弟的垄断。Lozier对这一设想的重要意义反应敏捷,他安排Stiefel返回英国威尔士,结束在Landore的业务,并尽快返回美国。Stiefel设计了一台盘式辊穿孔机,并申请了专利,1895年获准,并指定给予 Ellwood Weldless Tube 公司(厂)。设计制造工作始于1894年11月,穿轧第一根管坯是在1895年6月。斯蒂弗尔对斜轧穿孔的各种可能性进行了认真的研究,除了他著名的23702号专利以外,对穿孔这一专题又提出了多项专利申请,其中有公布于1897年30449号专利,包括可能是第一台真正的锥辊式穿孔机。
Lozier的自行车制造业务在1894年相当兴旺发达,他处理了他在Shelby钢管公司的股权,于1894年10月10日和 Stiefel等人购入了 Ellwood Shafting and Tube 公司(厂),并将它易名为llwood Weldless Tube 公司(厂),由Stiefel任该钢管厂的厂长。1897年Ellwood Weldless 被 Shelby Steel Tube 公司(厂)兼并时,Stiefel在新成立公司的设计处工作,1898年Poensgn 在美国认识了Stiefel,促使了Stiefel斜轧技术方面的突破与Heer 对两重轧管机所作的改进结合起来,在Shelby Morse-Wilkstrom 小组试验的基础上,发展了现代Stiefel轧管机-自动轧管机组,美国的两重式轧管机诞生于1903年,他又作了一些重大改进,使上轧辊和回送辊快速调整,由于它的机械化水平比较高,因而得到了“自动轧管机”的称号。他在1899年辞去在Shelby的工作,和J.H.Nicholson 一起组建了 Standard Seamles Tube 公司(厂),他一直在该公司工作到1912年。
1902年秋,他在Pa,Elwood city 组建了Standard Eng 公司(厂)以制造无缝轧管设备,进一步完善了Stiefel mill,使之成为现代化的轧管机。这个公司于1926年和 Ohio,Warren的 Aet-na Foundry&Machine 公司(厂)合并成立 Aetna Standard公司,他任副总裁,直到1932年退休,1938年3月15日在佛罗里达州的彼得斯堡的“冬屋”(Winter house)逝世。
Pfeiffer博士认为,在上一个世纪之交,曼氏兄弟、R.CStiefel 和 Ehrhardt四人的共同努力,对于无缝钢管工业的发展起了决定性的作用。
4. Ehrhardt Heinrich
通常所讲的“艾哈德工艺”(Ehrhardt Process)由水压冲孔和顶管延伸两道工序组成,早在1891年Ehrhardt就发明了水压冲孔工艺,1893年初艾哈德在德文《钢与铁》杂志上发表文章称水压冲孔工艺为生产无缝空心坯的新工艺,以表明这种工艺是与斜轧穿孔工艺截然不同的生产空心坯的新的方法,而采用顶管环轧制无缝钢管的工艺则要发明得晚一些,这要从德国海军部1898年2月的大批量的无缝钢管订货说起,由于数量大、时间紧,因此海军部明确表示曼内斯曼和艾哈德都要参与生产。因此1899年艾哈德在Düsseldorf 的 Reisholz 建立 Rheinmetall 工厂采用顶管环以延伸冲孔坯,由此正式诞生了艾哈德工艺,即顶管工艺,该工艺生产方法简单,对管坯的技术要求比斜轧法要低一些,但成品较短,因此在大直径罐状容器的生产中得以应用,可以扬长避短,这就是通常所讲的“大顶管工艺”,艾哈德在1902年的德国钢铁工程师年会上发表论文阐述艾哈德工艺的技术内涵,并在英美两国申请专利,获准的共有11项之多。
当圆钢斜轧时不少人发现由于工作中心撕裂而产生孔腔的现象,但是大多数人对此现象不假思索地把它搁置一旁,不作进一步的探究。《曼内斯曼(公司)100年》一书列举了具有代表性的两位钢管界知名人士:一位是在Düsseldorf Benrath 开有工厂的巴尔克,他在1888年《工程师》杂志上著文称:“看到了圆钢斜轧时出现孔腔的现象,但没有想到生产无缝钢管的事情。”另一位是当时 Düsseldorf的工厂主,后来发明顶管工艺的艾哈德先生。由于他对这一现象不够敏感,另辟蹊径,发展水压冲孔工艺,因此他的空心坯生产工艺方面的发明比曼内斯曼兄弟的发明晚了6年。
艾哈德轧管工艺经历了环式孔型、辊式孔型以及CPE工艺等发展阶段,而艾哈德所建立的 Rheinmetall 厂被Thyssen 所兼并,改称Reisholz钢管厂,20世纪70年代由于连轧管工艺的兴起,该厂于1977年9月停产关闭。
有关无缝钢管生产技术发展史的德文资料称 HeinrichEhrhardt为发明家,与曼内斯曼兄弟和斯蒂弗尔并例。