自從1885年曼內斯曼兄弟發明斜軋穿孔工藝以來的18年間,四位軋管工藝發明家又先后發明了周期軋管機(1892年)、斯蒂弗爾穿孔機(1898年)、頂管機(1899年)和自動軋管機(1903年)等四種軋管機組,這些工藝具有工業生產的成熟性,在新建的鋼管廠中獲得了廣泛應用,從而開創了無縫鋼管生產這一嶄新的冶金行業,通常將包括曼氏穿孔工藝在內的五項軋管工藝稱為經典軋管工藝,它們是由四位天才的軋管工藝發明家所發明的。



1. Reinhard Mannesmann


  Reinhard Mannesmann 1856年5月13日生于德國的Remscheid.1873年在Düsseldorf高級中學畢業后,進入漢諾威綜合技術大學專攻機械設計,后又進入柏林工業大學研究工程學和冶金學。


  1877年取得礦冶專業的學位。論文題目是,“較高溫度下純碳和純鐵的比例關系”。1878年7月3日他和兄弟們一起取得關于電話揚聲器的德國第一個專利。但是曼內斯曼兄弟真正感興趣的是物理學問題。由此產生聞名于世的關于無縫鋼管的發明,它起源于以下的理論分析:當一個圓柱形物體或圓棒從兩個相反方向承受相等的壓力時,這些壓力在圓棒的中心相遇,互相抵消,假如承壓的圓棒圍繞其軸線旋轉,則理論上講,在其中心必然要產生孔腔。因此在這種狀態下,假如熾熱的鐵棒或圓坯同時被推向或拉向前進,則其結果必然是形成中孔,從而生成管子。為了將這些結論證諸實際結果,他和弟弟Alfred與Carl一起進行了一年的實驗,終于發明了斜軋工藝。


  可稱為無縫鋼管生產鼻祖的34617號專利是以曼氏兄弟的表兄Fritz K?gel博士的名義提出申請的,專利局于1886年3月15日予以批準,但受專利保護的日期從1885年1月27日算起,這一專利的標題是“斜軋工藝以及與之有關的軋機”。這一專利說明書及其所附斜軋穿孔機的結構簡圖如圖2-3和圖2-4所示。


  1892年曼內斯曼兄弟對一種新的被稱為周期軋管工藝或稱為分段軋管工藝進行了試驗,并取得了成功,與以前曾經試驗過的軋管工藝相比較,周期軋管工藝可以生產相當長的管子,可以更加可靠、經濟地進行商業生產,當Reinhard 消除了斜軋穿孔工藝的一些早期缺陷并和Max一起完善了所謂周期軋管工藝后,這就可能軋制較長的薄壁管,從此開始了無縫鋼管在世界范圍內勝利的進程,1893年愛迪生參觀芝加哥世界博覽會時,當有人問他對博覽會那些展出最感興趣時,他簡潔明了地回答道:“曼內斯曼鋼管”。嗣后,在1906~1914年期間,Reinhard Mannes-mann兄弟賣掉了他們鋼管廠的部分股票,先是在Morocco Riffian礦區投資,接著在漢堡成立Morocco Mannesmann 公司(廠)操縱了Morocco商貿的很大一部分,一戰前由于法律事務關系導致在Morocco事業的失敗。


  當正忙于新計劃辦新企業時,不知疲倦的 Reinhard 病倒了,1922年2月20日因患肺炎醫治無效去世,人們失去了一位在各個技術領域領先的先驅者。為確認他的科技成就阿享理工學院授予他博士學位。



2. Max Mannesmann


  Max Mannesmann1857年12月30日生于德國Remscheid,他在Remscheid 上完初中后去 Düsseldorf上高中,Charlottenburg理工學院念大學,中度曾輟學,后進人波恩大學主攻物理學,大學畢業后進入他父親開設在Remscheid的銼刀廠工作。


  他和哥哥 Reinhard合作,發明了“軟芯鋼”。當他們發現這種軟芯鋼的外層淬硬表面具有不同的深度,這兩位年輕人設計了三輥斜軋軋機,想通過對軟芯的圓鋼進行軋制,以使外層淬硬表面有比較均勻的層深,這些實驗導致斜軋原理的發現,從而有斜軋穿孔工藝的發明,得以在圓棒的中部產生縱向的孔,在歷史上第一次成功地產生了制造無縫鋼管的實際的方法。


  1889年,Max 在 Westfalen 旅行時產生了將穿孔坯分段延伸的想法,1890年2月在他由 Komotau 致 Reinhard 和Carl兄弟的信中講到關于采用“香腸軋制”(Wurstwalze)在Komotau的棒材軋機上做試驗的問題,并稱壁厚可以軋得很薄,但不夠均勻,軋薄壁管時,在管子的某些部位出現撕裂現象;此外,信中還提到軋輥孔型問題。


  1890年3月Max請設計師 Bungeroth 來 Komotou.Max 向他講述了關于新軋管工藝的設想以及軋機的構造,基本設想是:短的厚壁空心坯套在芯棒上,在一對具有特殊孔型的圓形軋輥上分段軋成薄壁管,因為這一軋制過程不同于一般襲用的工藝,故需作試驗以弄清楚這一軋制工藝的各個環節,從而完成孔型設計,1890年4月Max委托他的律師提出發明專利申請,并在1891年2月獲得專利(專利號DRP58762).


  1906~1910年他和兄弟們在Morocco 經營礦山開采,1910年以后,他專心致志地經營在阿享的曼內斯曼卡車生產業務。一戰爆發后,他制造一種救護車拖車,當他使用這種車輛在前線活動時,Max Mannesmsnn 患了傷寒、肺炎并發癥。1915年3月2日于阿享醫院逝世。



3. R.C Stiefel


 斯蒂弗爾在世界無縫鋼管發展史中的地位僅次于曼氏兄弟,他的一生努力都與無縫鋼管的發展有關。


  R.C Stiefel.1862年2月17日生于瑞士靠近蘇黎世的奧利康市。他在奧利康機械制造廠接受了技術訓練,1881年畢業于蘇黎世技術大學,起初在瑞士繅絲廠工作,后受雇于一家法國公司擔任制圖員。1888年回蘇黎世在Esher Wyss公司任制圖員,其后由于Pfau的推薦,Stiefel去德國曼內斯曼鋼管廠工作,先在Remscheid 鋼管廠工作一年半,又在Komotau鋼管廠短時間工作過,他在Komotau遇見了瑞士同胞 Aloys Fassl(Fassel 軋機的發明者),最后于1889年10月去英國Landore鋼管廠,在Pfau領導下,任設計科科長。Stiefel于1894年夏訪問美國,遇見了Lozier,后者答應幫他在不久的將來重返美國,當時Stiefel就有一個想法,即對另一種斜軋穿孔工藝申請專利,以打破曼氏兄弟的壟斷。Lozier對這一設想的重要意義反應敏捷,他安排Stiefel返回英國威爾士,結束在Landore的業務,并盡快返回美國。Stiefel設計了一臺盤式輥穿孔機,并申請了專利,1895年獲準,并指定給予 Ellwood Weldless Tube 公司(廠)。設計制造工作始于1894年11月,穿軋第一根管坯是在1895年6月。斯蒂弗爾對斜軋穿孔的各種可能性進行了認真的研究,除了他著名的23702號專利以外,對穿孔這一專題又提出了多項專利申請,其中有公布于1897年30449號專利,包括可能是第一臺真正的錐輥式穿孔機。


  Lozier的自行車制造業務在1894年相當興旺發達,他處理了他在Shelby鋼管公司的股權,于1894年10月10日和 Stiefel等人購入了 Ellwood Shafting and Tube 公司(廠),并將它易名為llwood Weldless Tube 公司(廠),由Stiefel任該鋼管廠的廠長。1897年Ellwood Weldless 被 Shelby Steel Tube 公司(廠)兼并時,Stiefel在新成立公司的設計處工作,1898年Poensgn 在美國認識了Stiefel,促使了Stiefel斜軋技術方面的突破與Heer 對兩重軋管機所作的改進結合起來,在Shelby Morse-Wilkstrom 小組試驗的基礎上,發展了現代Stiefel軋管機-自動軋管機組,美國的兩重式軋管機誕生于1903年,他又作了一些重大改進,使上軋輥和回送輥快速調整,由于它的機械化水平比較高,因而得到了“自動軋管機”的稱號。他在1899年辭去在Shelby的工作,和J.H.Nicholson 一起組建了 Standard Seamles Tube 公司(廠),他一直在該公司工作到1912年。


  1902年秋,他在Pa,Elwood city 組建了Standard Eng 公司(廠)以制造無縫軋管設備,進一步完善了Stiefel mill,使之成為現代化的軋管機。這個公司于1926年和 Ohio,Warren的 Aet-na Foundry&Machine 公司(廠)合并成立 Aetna Standard公司,他任副總裁,直到1932年退休,1938年3月15日在佛羅里達州的彼得斯堡的“冬屋”(Winter house)逝世。


  Pfeiffer博士認為,在上一個世紀之交,曼氏兄弟、R.CStiefel 和 Ehrhardt四人的共同努力,對于無縫鋼管工業的發展起了決定性的作用。



4. Ehrhardt Heinrich


  通常所講的“艾哈德工藝”(Ehrhardt Process)由水壓沖孔和頂管延伸兩道工序組成,早在1891年Ehrhardt就發明了水壓沖孔工藝,1893年初艾哈德在德文《鋼與鐵》雜志上發表文章稱水壓沖孔工藝為生產無縫空心坯的新工藝,以表明這種工藝是與斜軋穿孔工藝截然不同的生產空心坯的新的方法,而采用頂管環軋制無縫鋼管的工藝則要發明得晚一些,這要從德國海軍部1898年2月的大批量的無縫鋼管訂貨說起,由于數量大、時間緊,因此海軍部明確表示曼內斯曼和艾哈德都要參與生產。因此1899年艾哈德在Düsseldorf 的 Reisholz 建立 Rheinmetall 工廠采用頂管環以延伸沖孔坯,由此正式誕生了艾哈德工藝,即頂管工藝,該工藝生產方法簡單,對管坯的技術要求比斜軋法要低一些,但成品較短,因此在大直徑罐狀容器的生產中得以應用,可以揚長避短,這就是通常所講的“大頂管工藝”,艾哈德在1902年的德國鋼鐵工程師年會上發表論文闡述艾哈德工藝的技術內涵,并在英美兩國申請專利,獲準的共有11項之多。


  當圓鋼斜軋時不少人發現由于工作中心撕裂而產生孔腔的現象,但是大多數人對此現象不假思索地把它擱置一旁,不作進一步的探究。《曼內斯曼(公司)100年》一書列舉了具有代表性的兩位鋼管界知名人士:一位是在Düsseldorf Benrath 開有工廠的巴爾克,他在1888年《工程師》雜志上著文稱:“看到了圓鋼斜軋時出現孔腔的現象,但沒有想到生產無縫鋼管的事情。”另一位是當時 Düsseldorf的工廠主,后來發明頂管工藝的艾哈德先生。由于他對這一現象不夠敏感,另辟蹊徑,發展水壓沖孔工藝,因此他的空心坯生產工藝方面的發明比曼內斯曼兄弟的發明晚了6年。


  艾哈德軋管工藝經歷了環式孔型、輥式孔型以及CPE工藝等發展階段,而艾哈德所建立的 Rheinmetall 廠被Thyssen 所兼并,改稱Reisholz鋼管廠,20世紀70年代由于連軋管工藝的興起,該廠于1977年9月停產關閉。


  有關無縫鋼管生產技術發展史的德文資料稱 HeinrichEhrhardt為發明家,與曼內斯曼兄弟和斯蒂弗爾并例。