當圓鋼斜軋時,不少人發現由于工件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不銹鋼管界知名人士,,一位是在Dusseldorf Benrath 開有工廠的巴爾克,他在1888年《工程師》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不銹鋼管的事情”;另一位是當時 Dussel Dorf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,因此他在 Dusseldorf 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”。
德文資料稱 Heinrich Ehrhardt為發明家,與曼內斯曼兄弟、斯蒂弗爾并列為三,他早在1893年就發表論文,論述用水壓沖孔機生產空心坯的工藝,1899年在Reisholz建立不銹鋼管廠,所建Rheinmetall 廠生產的無縫鋼管可與曼內斯曼建立不銹鋼管公司的產品抗衡。他所發明的頂管工藝是生產無縫不銹鋼管比較簡單的方法,他在英、美兩國申請獲準的關于無縫鋼管生產的專利共有11項之多。
艾哈德于1891年發明方坯沖孔工藝,以繞過斜軋穿孔工藝,沖孔坯通過拔管加以延伸,制成無縫鋼管,圖6-1示出在水壓沖孔機上的變形過程,將加熱至軋制溫度的方坯放在水壓沖孔機的圓形沖孔模中,沖孔模的內徑比方坯的對角線大幾毫米,沖頭在沖模中對方坯沖壓出一個孔,并且使金屬將圓形沖模和方坯截面之間的空隙充滿,這一空隙的面積均等于沖孔頭的截面積(參見圖6-1)。
在沖孔過程終結時,在沖孔模內留有具有一定厚度的沖孔坯杯底,形成一個厚壁的底部封閉的筒狀沖孔坯,在水壓機上可生產φ50~350mm 鋼管所需的空心坯或杯狀體,這種穿孔工藝的一個極限值是L/D≤7(D為空心坯的內徑;L為空心坯的長度)。
最原始的 Ehrhardt 工藝是:沖孔坯在式壓力機中延伸拔制,推桿插入沖孔坯后將后者推向并通過拔管環,拔管模的內徑和沖孔坯延伸后的外徑相等。采用現代化的沖孔壓力機和拔管壓力機,艾哈德工藝可用于壓力容器和大直徑厚壁管的生產,其尺寸為內徑1m,長度8m。
頂管工藝的特征是:“惰輥連軋”,軋制功率來自與工字梁(一般稱為大齒條,即在工字梁上、下兩面所嵌的近百塊齒板)端部相連的推桿,推桿的頭部和芯棒后端的孔穴相配合,以便施以向前的頂推力,推桿前進到一定位置時,芯棒和管件繼續向前,推桿則后退,與芯棒脫開。因此沖孔坯的一端必須封閉,成為杯狀體,其底部(即杯底)承受來自芯棒的頂推力,以使空心坯通過各孔型延伸成管,這個杯底,最后被鋸掉,杯底約重3.5~4.5kg,這是這種工藝的一大缺點,對收得率有不良影響。