最近(昭和59年5月1日),耐候鋼的JIS標準按涂漆使用的鋼種和裸露使用的鋼種兩部分進行了修訂。耐候鋼原來是為了使表面生成的銹保護鋼不受大氣腐蝕而生產的,所以裸露使用是既定方針。可是,由于不愿意看到在銹穩定之前的數年間銹的飛散、銹汁所引起的污染及表面色調不均勻等,人們往往在耐候鋼上涂漆。在涂漆和裸露使用上,鋼的化學成分是否相同,這個問題一直在進行討論。然而搞清楚了這一問題對日本約30年的耐候鋼歷史來說的確是劃時代的事件。由于石油危機后經濟不景氣,材料使用者一直在強烈地要求省略結構物的再涂漆,所以耐候鋼的裸露使用今后將會日益普及。在日本這種鋼從誕生前后到成熟的十幾年間是怎樣發展起來的呢?我想通過一企業的經驗進行回顧。我將以自己所在的日本不銹鋼管公司開發耐候鋼的經過為例,來介紹耐候鋼的發展進程,并且忠實于歷史事實,如有不當之處,希望給以諒解。
1. 日(ri)本(ben)耐候鋼誕生前的狀況(kuang)
已經(jing)知道,1900年(nian)德(de)國(guo)(guo)(guo)和英國(guo)(guo)(guo)相繼在(zai)美(mei)(mei)國(guo)(guo)(guo)以后通(tong)過(guo)添加少量的(de)(de)(de)(de)(de)銅(tong)提(ti)高(gao)了鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)氣耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing),1911年(nian)美(mei)(mei)國(guo)(guo)(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)兩個公司開(kai)始生產含銅(tong)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(Cu0.15%~0.30%),并(bing)且認為酸性(xing)轉爐鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)耐(nai)(nai)大(da)氣腐蝕(shi)性(xing)好的(de)(de)(de)(de)(de)原因是由于(yu)磷的(de)(de)(de)(de)(de)緣故。1910~1920年(nian),歐美(mei)(mei)的(de)(de)(de)(de)(de)有關(guan)學(xue)會(hui)協會(hui)組織進(jin)(jin)行了鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)規模(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)氣暴曬(shai)(shai)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan),其中(zhong)德(de)國(guo)(guo)(guo)材料試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)協會(hui)從1914年(nian)起把除了銅(tong)以外,還含有P、暴曬(shai)(shai)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan),指出銅(tong)超過(guo)0.4%則失(shi)去(qu)效果,含0.2%的(de)(de)(de)(de)(de)銅(tong)是足夠的(de)(de)(de)(de)(de),美(mei)(mei)國(guo)(guo)(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)ASTM也用260種(zhong)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)試(shi)(shi)片從1916年(nian)開(kai)始進(jin)(jin)行了6年(nian)半的(de)(de)(de)(de)(de)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)。20世(shi)紀30年(nian)代(dai),歐美(mei)(mei)開(kai)發了各種(zhong)低合金(jin)耐(nai)(nai)候鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),然而美(mei)(mei)國(guo)(guo)(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)COR-TEN鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)最著(zhu)名。這種(zhong)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)發使(shi)用了950種(zhong)3萬個以上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)試(shi)(shi)片約經(jing)過(guo)10年(nian)完成,除了銅(tong)元素以外還含有P、Cr、Ni、Si等(deng)元素的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)候鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),U.S.Steel公司于(yu)1933年(nian)開(kai)始銷售。日(ri)本在(zai)1941年(nian)(昭和16年(nian))開(kai)始著(zhu)手開(kai)發焊接(jie)高(gao)強度鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)時(shi),曾經(jing)參考(kao)過(guo)COR-TEN鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)等(deng),可是當(dang)時(shi)受原料的(de)(de)(de)(de)(de)限制中(zhong)途決定為Si-Mn系,結果在(zai)戰(zhan)前、戰(zhan)中(zhong),日(ri)本耐(nai)(nai)候鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)研究或(huo)者開(kai)發均(jun)沒有進(jin)(jin)行。
2. 在日本開(kai)發耐候鋼的動機(ji)
日(ri)本的(de)(de)(de)氣候因(yin)(yin)高(gao)溫潮濕,鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)容易(yi)生(sheng)銹。1953年(昭(zhao)(zhao)和28年)日(ri)本財富的(de)(de)(de)損耗(hao)一(yi)年達1000億日(ri)元,令人震驚,特別是車輛因(yin)(yin)為(wei)(wei)使用薄(bo)板損耗(hao)尤為(wei)(wei)嚴重(zhong)。那時(shi)耐(nai)(nai)(nai)候鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)實(shi)用化較(jiao)慢,在出(chu)口(kou)車輛上只不過接受(shou)少(shao)量(liang)的(de)(de)(de)COR-TEN鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)種的(de)(de)(de)定(ding)貨(huo)。因(yin)(yin)為(wei)(wei)從氣象(xiang)來(lai)考(kao)慮耐(nai)(nai)(nai)候鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)有(you)普及的(de)(de)(de)必(bi)然性,技術(shu)上不存在困(kun)難,歐美(mei)也有(you)實(shi)際的(de)(de)(de)業績(ji),所以認為(wei)(wei)開(kai)發(fa)耐(nai)(nai)(nai)候鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)有(you)前途。尤其在東亞地區日(ri)本鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管公司惟一(yi)具(ju)有(you)酸性轉爐,鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)磷自然高(gao),來(lai)自廢鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)銅約(yue)在0.2%以上,并且20t的(de)(de)(de)爐容量(liang)機動靈活而(er)且方便。因(yin)(yin)此,1954年(昭(zhao)(zhao)和29年)在小(xiao)(xiao)滝、寺澤兩位的(de)(de)(de)協助下決定(ding)向開(kai)發(fa)大氣耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)挑戰。那時(shi)(昭(zhao)(zhao)和29年3月12日(ri))與(yu)海(hai)軍一(yi)起開(kai)發(fa)過高(gao)強(qiang)度鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)第(di)二港口(kou)建設局橫濱整備事物所的(de)(de)(de)小(xiao)(xiao)巖健、元枝樹(shu)大佐來(lai)訪,因(yin)(yin)為(wei)(wei)我們的(de)(de)(de)高(gao)強(qiang)度鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)未能同時(shi)提(ti)高(gao)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)性,所以他們提(ti)出(chu)了必(bi)須把“耐(nai)(nai)(nai)候高(gao)強(qiang)度鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)”實(shi)現工業化的(de)(de)(de)要求。恰好車輛用耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)正(zheng)在開(kai)發(fa)之中(zhong),所以與(yu)入技研(yan)究所長商量(liang)后,決定(ding)同時(shi)對一(yi)般的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)結構用耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)進行研(yan)究。
其(qi)他(ta)公(gong)司(si)的(de)情況,森永孝(xiao)三、大竹正、宮野(ye)華太(tai)男等(deng)做了如下(xia)介紹:在(zai)八幡制(zhi)鐵(tie)(tie)公(gong)司(si),小平研(yan)究(jiu)所(suo)(suo)長(chang)從美(mei)國視察[1950年(昭(zhao)(zhao)(zhao)和(he)(he)(he)25年2月(yue))]回來(lai),為(wei)了進(jin)(jin)(jin)行研(yan)究(jiu),把(ba)COR-TEN 鋼(gang)(gang)(gang)的(de)精裝說明書(shu)交給了大竹。他(ta)注(zhu)意(yi)到鈦的(de)晶粒細化(hua)和(he)(he)(he)強(qiang)化(hua)作用(yong)(yong),并擬(ni)定(ding)了開(kai)發(fa)焊接(jie)性優(you)秀的(de)獨創鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)(zhong)的(de)方案,于1955年(昭(zhao)(zhao)(zhao)和(he)(he)(he)30年)和(he)(he)(he)牟田(tian)、財前、西氏等(deng)開(kai)始研(yan)究(jiu),在(zai)1959年(昭(zhao)(zhao)(zhao)和(he)(he)(he)34年)秋(qiu)50 kg/mm2級的(de)p-Cu-Ti系鋼(gang)(gang)(gang)生(sheng)產成功3,并于1961年(昭(zhao)(zhao)(zhao)和(he)(he)(he)36年)命(ming)名為(wei)YAW-TEN鋼(gang)(gang)(gang)開(kai)始市售L4,5J.富士(shi)鐵(tie)(tie)廠森永采納了梅(mei)根的(de)意(yi)見,決定(ding)引進(jin)(jin)(jin)在(zai)國際上(shang)(shang)享有信(xin)譽(yu)的(de)COR-TEN鋼(gang)(gang)(gang)。 在(zai)權利限制(zhi)范圍(wei),首次付(fu)款15萬美(mei)元(yuan)、專利使用(yong)(yong)費為(wei)銷售價的(de)1.5%等(deng)條件下(xia),得到了“商標(biao)”和(he)(he)(he)詳細的(de)技(ji)(ji)術資料,所(suo)(suo)以(yi)我(wo)認(ren)為(wei)這比自已公(gong)司(si)開(kai)發(fa)高明。1957年(昭(zhao)(zhao)(zhao)和(he)(he)(he)32年)富士(shi)鐵(tie)(tie)廠與U.S.Steel 公(gong)司(si)簽(qian)訂了合同并向政府提(ti)出了申(shen)請L6,1959年(昭(zhao)(zhao)(zhao)和(he)(he)(he)34年)被批準,從1960年(昭(zhao)(zhao)(zhao)和(he)(he)(he)35年)開(kai)始進(jin)(jin)(jin)行大量生(sheng)產。 另一(yi)方面,日本(ben)制(zhi)鋼(gang)(gang)(gang)所(suo)(suo)按(an)照(zhao)擴大鋼(gang)(gang)(gang)板品種(zhong)(zhong)的(de)方針(zhen),下(xia)田(tian)研(yan)究(jiu)所(suo)(suo)長(chang)注(zhu)意(yi)到了耐候鋼(gang)(gang)(gang),認(ren)為(wei)與其(qi)引進(jin)(jin)(jin)COR-TEN鋼(gang)(gang)(gang)不如自己(ji)公(gong)司(si)開(kai)發(fa)有利,從1959年(昭(zhao)(zhao)(zhao)和(he)(he)(he)34年)起得到了宮野(ye)、石冢等(deng)的(de)協(xie)助,開(kai)發(fa)了用(yong)(yong)鋯細化(hua)晶粒和(he)(he)(he)強(qiang)化(hua)的(de)新鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)(zhong),命(ming)名為(wei)ZIRTEN鋼(gang)(gang)(gang)。雖然YAW-TEN 鋼(gang)(gang)(gang)和(he)(he)(he)ZIRTEN鋼(gang)(gang)(gang)于1963年(昭(zhao)(zhao)(zhao)和(he)(he)(he)38年)發(fa)表了專利公(gong)告,可(ke)是在(zai)銷售方面都趕不上(shang)(shang)技(ji)(ji)術引進(jin)(jin)(jin)的(de)COR-TEN鋼(gang)(gang)(gang)。 以(yi)后,川崎制(zhi)鐵(tie)(tie)、神戶制(zhi)鋼(gang)(gang)(gang)、住友金屬等(deng)公(gong)司(si)都相繼在(zai)本(ben)公(gong)司(si)進(jin)(jin)(jin)行了開(kai)發(fa)。
3. 耐(nai)候鋼的誕生(sheng)
a. 車輛薄(bo)板(ban)的研制
1955年(nian)(nian)(昭(zhao)和(he)(he)30年(nian)(nian))在(zai)日本鋼管公(gong)司,薄(bo)(bo)(bo)鋼板(ban)(ban)的(de)(de)生產采用(yong)(yong)川崎的(de)(de)轉爐熔(rong)煉(lian),在(zai)大(da)(da)型工(gong)(gong)廠把(ba)用(yong)(yong)下鑄法澆注(zhu)的(de)(de)1噸鋼錠(ding)加工(gong)(gong)成薄(bo)(bo)(bo)板(ban)(ban)坯后,在(zai)鶴見軋(ya)制成薄(bo)(bo)(bo)板(ban)(ban)。用(yong)(yong)這(zhe)種方(fang)式試(shi)(shi)制了(le)車輛用(yong)(yong)厚度(du)1.2 mm及1.6mm的(de)(de)耐(nai)候(hou)鋼薄(bo)(bo)(bo)板(ban)(ban)。 為(wei)(wei)了(le)低廉(lian)和(he)(he)發揮酸(suan)性(xing)轉爐的(de)(de)特(te)征(zheng),把(ba)化(hua)學成分定為(wei)(wei)Cu-P系,根據文獻(xian)確定成分含量(表10)于(yu)1955年(nian)(nian)(昭(zhao)和(he)(he)30年(nian)(nian)4月(yue))制成鋼材。鎳是(shi)為(wei)(wei)了(le)防止(zhi)銅(tong)引起表面缺陷而加入的(de)(de)。薄(bo)(bo)(bo)板(ban)(ban)的(de)(de)力(li)學性(xing)能和(he)(he)碳素鋼相比沒(mei)有變(bian)化(hua)。 把(ba)薄(bo)(bo)(bo)板(ban)(ban)坯正火處理后檢驗了(le)力(li)學性(xing)能和(he)(he)焊接性(xing),腐蝕試(shi)(shi)驗進行了(le)酸(suan)、自(zi)來水(shui)及食鹽水(shui)的(de)(de)浸泡試(shi)(shi)驗和(he)(he)人工(gong)(gong)海水(shui)的(de)(de)干濕交替(ti)試(shi)(shi)驗。于(yu)1955年(nian)(nian)(昭(zhao)和(he)(he)30年(nian)(nian))在(zai)技(ji)術研究所的(de)(de)屋頂上(工(gong)(gong)廠大(da)(da)氣)和(he)(he)新成寮的(de)(de)院子里(郊外大(da)(da)氣)進行了(le)6個月(yue)的(de)(de)暴曬(shai)試(shi)(shi)驗,結果證明比碳素鋼優秀,在(zai)工(gong)(gong)廠大(da)(da)氣中是(shi)14%~22%,在(zai)郊外大(da)(da)氣中是(shi)5%。
b. 耐蝕鋼的(de)基礎研究(第一(yi)次(ci)研究)
同(tong)樣在(zai)1955年(昭和30年)稍晚于上述研究(jiu),開(kai)始了(le)“耐蝕(shi)鋼(gang)(gang)的基礎研究(jiu)”。目的是為了(le)開(kai)發(fa)在(zai)大氣、水(shui)、海水(shui)等普(pu)通(tong)環境(jing)下耐蝕(shi)性優秀的鋼(gang)(gang)。把向(xiang)低(di)碳(tan)鎮靜鋼(gang)(gang)中(zhong)單獨(du)或者組合添加了(le)Si(0.5~1.8)、Mn(0.8~1.2)、Cu(0.4)、P(0.08~0.16)、Cr(1.0)、Ni(0.5)(各為%)等20種鋼(gang)(gang)作(zuo)為試料。研究(jiu)結果簡述如下。
①. 耐(nai)候性
在工(gong)廠大氣中[1963年(nian)(昭(zhao)和(he)38年(nian)8月(yue)6日(ri)開始)]的腐蝕(shi)(shi)是(shi)郊(jiao)外(wai)大氣[1955年(nian)(昭(zhao)和(he)30年(nian)10月(yue)10日(ri)開始)]的一倍以上,化學成分的影(ying)響明顯地(di)顯現出來,P、Cu、Cr有(you)(you)效,Cu-P系(xi)(xi)Mn-Cu-P系(xi)(xi)、Si-Cu-P-Cr-Ni系(xi)(xi)鋼的腐蝕(shi)(shi)是(shi)普(pu)通鋼的75%~60%(圖1)。約1%的錳有(you)(you)害,鎳(nie)長期有(you)(you)效,硅(gui)在郊(jiao)外(wai)大氣中特別有(you)(you)效。
②. 耐酸性
在(zai)(zai)硫酸(suan)、鹽(yan)酸(suan)中磷非常有害(hai),在(zai)(zai)硝酸(suan)中硅稍微有效。
③. 對3%食鹽水、自來水、人工海水的耐蝕性
在浸泡試驗(yan)中(zhong)各(ge)鋼種沒有差別,在干濕(shi)交替(ti)試驗(yan)中(zhong)食(shi)鹽水和海水中(zhong)結(jie)果不一致(zhi),可是Ni系(xi)(xi)、Cu-P系(xi)(xi)、Mn-Cu系(xi)(xi)及Mn-Cu-P-Cr系(xi)(xi)對于(yu)二者來說對比結(jie)果良好。
④. 力學性能和焊接性:
磷(lin)和硫有降低韌(ren)性的(de)傾向,可是(shi)轉爐(lu)生(sheng)產(chan)的(de)8mm鋼板、平(ping)爐(lu)生(sheng)產(chan)的(de)25mm鋼板良好,焊接如果使用低氫系的(de)焊條則沒有問(wen)題。
c. 造船(chuan)耐蝕鋼的(de)批量生(sheng)產研究
1955年(nian)(nian)(nian)(昭和30年(nian)(nian)(nian)2月(yue)(yue)12日)小巖(yan)來訪,因(yin)為(wei)(wei)(wei)(wei)他(ta)想(xiang)在(zai)(zai)第二港口(kou)建設局橫濱(bin)整(zheng)備事務所(suo)直接(jie)(jie)經營建造(zao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)挖(wa)泥運土船上(shang)試用(yong)耐蝕(shi)鋼(gang),所(suo)以(yi)提(ti)出(chu)(chu)了(le)(le)(le)生(sheng)產(chan)約50t8mm厚(hou)(hou)鋼(gang)板的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)要求。那時(shi)上(shang)述的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基礎研究早已(yi)開始,雖然(ran)因(yin)大氣暴曬的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)數據不全(quan)而感到(dao)為(wei)(wei)(wei)(wei)難,但是(shi)(shi)(shi)因(yin)為(wei)(wei)(wei)(wei)是(shi)(shi)(shi)難得的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)良機,所(suo)以(yi)接(jie)(jie)受了(le)(le)(le)。由于政府機關預算(suan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)關系希望以(yi)普通鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)價格進行(xing)(xing)購入,也(ye)考(kao)慮到(dao)焊(han)接(jie)(jie)作業把(ba)強(qiang)度定(ding)(ding)為(wei)(wei)(wei)(wei)與(yu)普通鋼(gang)相(xiang)同。在(zai)(zai)所(suo)進行(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)“耐蝕(shi)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究”中(zhong)選擇了(le)(le)(le)經過(guo)約1個月(yue)(yue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)人工(gong)海(hai)水(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)干濕(shi)交替試驗(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結果比(bi)普通鋼(gang)好30%~50%、不含有(you)(you)高成(cheng)本鎳或鉻等成(cheng)分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Mn-Cu-P系,考(kao)慮韌性(xing)和焊(han)接(jie)(jie)性(xing)后(hou)(hou)將銅和磷定(ding)(ding)為(wei)(wei)(wei)(wei)下(xia)限確定(ding)(ding)了(le)(le)(le)表1的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)(mu)標值。因(yin)為(wei)(wei)(wei)(wei)沒(mei)有(you)(you)用(yong)轉(zhuan)爐(lu)批量生(sheng)產(chan)高級(ji)鎮靜鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)經驗(yan),所(suo)以(yi)從(cong)1955年(nian)(nian)(nian)(昭和30年(nian)(nian)(nian))的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)夏(xia)季(ji)(ji)到(dao)秋季(ji)(ji)研究了(le)(le)(le)煉鋼(gang)軋制作業,先后(hou)(hou)進行(xing)(xing)了(le)(le)(le)3次。從(cong)各爐(lu)次取出(chu)(chu)2根(gen)6t鋼(gang)錠開坯到(dao)156~160mm厚(hou)(hou),在(zai)(zai)鶴見的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)厚(hou)(hou)板廠軋制成(cheng)8mmx5'x20'.雖然(ran)因(yin)表面氣泡多(duo)次發生(sheng)橫裂,可是(shi)(shi)(shi)最終(zhong)實現(xian)了(le)(le)(le)批量生(sheng)產(chan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)(mu)標。強(qiang)度分(fen)別(bie)(bie)是(shi)(shi)(shi)屈(qu)服強(qiang)度329~368 MPa(33.5~37.5kg/m㎡),抗(kang)拉強(qiang)度461~490 MPa(47~50kg/m㎡),伸長率(lv)26%~28%.V形缺口(kou)沖擊值P高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)爐(lu)次Tr15(吸(xi)收功15ft-lb時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫度)是(shi)(shi)(shi)-20℃,而大半是(shi)(shi)(shi)-40℃以(yi)下(xia),焊(han)接(jie)(jie)性(xing)與(yu)普通鋼(gang)沒(mei)有(you)(you)多(duo)大差(cha)(cha)別(bie)(bie)。在(zai)(zai)甲(jia)板和外板上(shang)使(shi)(shi)用(yong)了(le)(le)(le)“耐蝕(shi)鋼(gang)”的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)120m3運土船于1956年(nian)(nian)(nian)(昭和31年(nian)(nian)(nian))下(xia)水(shui)運行(xing)(xing)。在(zai)(zai)船尾上(shang)安裝了(le)(le)(le)10種鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)試片從(cong)1956年(nian)(nian)(nian)(昭和31年(nian)(nian)(nian)3月(yue)(yue))開始觀察了(le)(le)(le)1年(nian)(nian)(nian)半的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)情況,除了(le)(le)(le)在(zai)(zai)鉻鋼(gang)上(shang)看到(dao)孔蝕(shi)以(yi)外,在(zai)(zai)其他(ta)鋼(gang)種之間(jian)沒(mei)有(you)(you)看出(chu)(chu)差(cha)(cha)別(bie)(bie)。然(ran)而在(zai)(zai)從(cong)1956年(nian)(nian)(nian)(昭和31年(nian)(nian)(nian)9月(yue)(yue))開始的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)1年(nian)(nian)(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)暴曬試驗(yan),工(gong)廠和郊外大氣中(zhong)“耐蝕(shi)鋼(gang)”的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)率(lv)分(fen)別(bie)(bie)是(shi)(shi)(shi)普通鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)86%和95%。另外,根(gen)據小巖(yan)連續進行(xing)(xing)約8年(nian)(nian)(nian)觀察和用(yong)試驗(yan)孔測定(ding)(ding)板厚(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)報告,,試制的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Mn-Cu-P系鋼(gang)涂(tu)漆的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)耗、包(bao)括浸水(shui)部的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)孔蝕(shi)或點蝕(shi)、腐(fu)蝕(shi)減量等均少。一般認為(wei)(wei)(wei)(wei)耐候鋼(gang)在(zai)(zai)被水(shui)或海(hai)水(shui)潤濕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)環境中(zhong)不能生(sheng)成(cheng)良好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)銹(xiu)層,可是(shi)(shi)(shi)也(ye)有(you)(you)對腐(fu)蝕(shi)有(you)(you)效的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)事實,經12年(nian)(nian)(nian)使(shi)(shi)用(yong)后(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐候鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)舵板部與(yu)含有(you)(you)0.2%Cu的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)SS41鋼(gang)進行(xing)(xing)比(bi)較(jiao),壽命(ming)相(xiang)當于1.4倍。
d. 耐(nai)候鋼的市場(chang)銷售
日(ri)本不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管公(gong)司實現“耐(nai)蝕(shi)鋼(gang)”工業(ye)化(hua)的(de)(de)目(mu)標(biao)后,從(cong)1957年(nian)(nian)(昭和(he)32年(nian)(nian))開(kai)始市(shi)場銷(xiao)售(shou),把鋼(gang)種名改為“耐(nai)候鋼(gang)”。在(zai)(zai)(zai)此之前(qian)被稱為“高(gao)強(qiang)度耐(nai)蝕(shi)低合金鋼(gang)”、“含銅(tong)(tong)鋼(gang)”、“大氣耐(nai)蝕(shi)鋼(gang)”、“耐(nai)風化(hua)鋼(gang)”等,翻開(kai)鐵連發行的(de)(de)月刊文獻摘錄集“煉鐵技(ji)術總覽”,就可以看到(dao)(dao)作者(zhe)在(zai)(zai)(zai)1958年(nian)(nian)(昭和(he)33年(nian)(nian))的(de)(de)報告(gao)(gao)中提(ti)到(dao)(dao)首先使用(yong)“耐(nai)候鋼(gang)”名稱的(de)(de)是嚆矢(shi),“耐(nai)候鋼(gang)”名稱被普遍使用(yong)是1963年(nian)(nian)(昭和(he)38年(nian)(nian))以后。商品名因(yin)(yin)為是Cu-P系(xi)在(zai)(zai)(zai)前(qian)面加上(shang)“Cup”定為“Cuploy”、“Cupten”鋼(gang)。銅(tong)(tong)和(he)磷(lin)有(you)效(xiao)的(de)(de)問題(ti)雖然已有(you)定論,但是在(zai)(zai)(zai)日(ri)本沒有(you)長期暴曬的(de)(de)數據。因(yin)(yin)此,于1957年(nian)(nian)(昭和(he)32年(nian)(nian))夏季在(zai)(zai)(zai)鐵道技(ji)術研究所偶然看到(dao)(dao)“試驗報告(gao)(gao)”時,我感到(dao)(dao)高(gao)興(xing)。報告(gao)(gao)中敘述(shu)了從(cong)1919年(nian)(nian)(大正(zheng)8年(nian)(nian))經(jing)過(guo)了40年(nian)(nian)的(de)(de)日(ri)豐線川南-高(gao)鍋(guo)間的(de)(de)小丸川橋梁的(de)(de)梁架上(shang),腐(fu)蝕(shi)輕(qing)微的(de)(de)部分銅(tong)(tong)和(he)磷(lin)分別含有(you)0.14%和(he)0.02%,比腐(fu)蝕(shi)嚴重的(de)(de)部分0.008%和(he)0.012%高(gao),這(zhe)是珍貴的(de)(de)證據。
Cuploy鋼(gang)除(chu)了(le)用(yong)于(yu)(yu)車輛(liang)和(he)護欄等以外,小名濱(bin)工程事務所于(yu)(yu)1957年(昭和(he)32年3月(yue))建成的50t載重運(yun)貨船(chuan)上也采用(yong)了(le)15tCuploy鋼(gang)。以后(hou)又增(zeng)加(jia)了(le)降低碳(tan)改善加(jia)工性(xing)的容器用(yong)鋼(gang),把磷替“換成鉻提高焊接性(xing)的鋼(gang)種。關于(yu)(yu)以上的“耐(nai)(nai)蝕鋼(gang)的研究和(he)“耐(nai)(nai)候鋼(gang)板的材質”[10]于(yu)(yu)1959年(昭和(he)34年)在鐵鋼(gang)協(xie)會上進行(xing)了(le)介紹,而(er)且八幡制鐵公(gong)司(si)也在第2年表了(le)Cu-P-Ti系(xi)的耐(nai)(nai)候鋼(gang)[19]的研究結果。
4. 耐(nai)候高強度鋼的誕生
a. 第二次耐蝕鋼(gang)的研究
把探求比(bi)Mn-Cu-P系(xi)更(geng)優秀的(de)鋼種作(zuo)為(wei)目標,首先全面地(di)查閱(yue)了50篇以(yi)上的(de)文獻,發(fa)現存(cun)在意見(jian)不一致(zhi)或(huo)數(shu)(shu)(shu)據(ju)短缺的(de)問題,因此無論如何也得靠自己來確定而(er)沒有(you)別的(de)方法,于(yu)是(shi)熔煉了Cu(~0.66)系(xi),在銅(tong)的(de)基礎(chu)上添加(jia)了Mn(~1.5)、Si(~1.6)、P(~0.134)、Cr(~3)、Ni(~2)、Mo(~1)、Ti(~0.5)、Al(~2.2)、Sb(0.55)、Sn(0.52)、As(0.33)、B(0.009)(各(ge)為(wei)%)的(de)二(er)元到六(liu)元系(xi)的(de)鋼,加(jia)上比(bi)較(jiao)材合(he)計117種鋼的(de)試(shi)片按照第(di)一研(yan)究進行(xing)了各(ge)種試(shi)驗。大(da)氣(qi)暴曬試(shi)驗從1957年(nian)(昭和(he)32年(nian)4月)開始,在經過半年(nian)、3年(nian)、8年(nian)(工(gong)廠)、12年(nian)(郊外)試(shi)驗之后,測(ce)定解析了腐蝕量(圖2),作(zuo)為(wei)日(ri)本的(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)來說(shuo),可以(yi)認為(wei)是(shi)試(shi)驗時間最長(chang)而(er)且最詳細的(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)。結果(guo)與第(di)一次研(yan)究非常一致(zhi),合(he)金(jin)元素的(de)效果(guo)在工(gong)廠大(da)氣(qi)中(zhong)(zhong)的(de)順序是(shi)P>Cu>Mo>Si、Cr;郊外大(da)氣(qi)中(zhong)(zhong)的(de)順序是(shi)P>Cu>Si>Cr;含(han)P系(xi)的(de)銹的(de)外觀優秀。As、Sb、Sn是(shi)有(you)效的(de),Mn或(huo)Al、Ti大(da)量添是(shi)有(you)害的(de)。本研(yan)究成為(wei)了開發(fa)“耐(nai)候高強度鋼”的(de)基礎(chu)。
b. 耐候高強度鋼的試制
1959年(昭和(he)34年5月16日)小巖(yan)再次來訪,在(zai)第二年3月預(yu)定竣工(gong)的(de)(de)120㎡3的(de)(de)第72號運土船的(de)(de)外(wai)板(ban)和(he)甲板(ban)的(de)(de)一部分上提(ti)出過減重比(bi)(對(dui)含銅鋼(gang)(gang)(gang))試用(yong)3噸8mm厚(hou)(hou)的(de)(de)耐候鋼(gang)(gang)(gang),并(bing)希望用(yong)含鉻的(de)(de)“耐候高強度(du)鋼(gang)(gang)(gang)”制造(zao).曾(ceng)對(dui)鉻的(de)(de)效(xiao)果(guo)抱有希望,可(ke)是直(zhi)到(dao)1965年(昭和(he)40年)才把“耐海洋環境性(xing)”包括在(zai)耐候性(xing)之中。根(gen)據第二次研究的(de)(de)中間結果(guo)生產了表(biao)1的(de)(de)Cu-P-Cr-Mo系鋼(gang)(gang)(gang),它的(de)(de)力(li)學性(xing)能示(shi)于表(biao)2,并(bing)在(zai)甲板(ban)和(he)外(wai)板(ban)的(de)(de)一部分上使用(yong),4年間的(de)(de)減厚(hou)(hou)量是普(pu)通鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)一半。
因(yin)為(wei)各(ge)種(zhong)結果都滿意,所以(yi)于(yu)1961年(昭和36年5月)開始市售“耐候高強度鋼(gang)Cupten”。“Cuploy”、“Cupten”雖然以(yi)后被改(gai)為(wei)“CUPLOY”、“CUPTEN”,現在大部分鋼(gang)已不含磷成分,但是仍作為(wei)耐候鋼(gang)的商品名在使用著。
c. 鋼(gang)種(zhong)的多樣化
以后,在(zai)第(di)(di)二(er)次(ci)基(ji)礎研(yan)究中追加(jia)了(le)(le)幾項實用(yong)試(shi)驗(yan)。因為一(yi)般認為純凈(jing)鋼(gang)耐(nai)(nai)腐(fu)蝕性(xing)強,所以對轉爐生(sheng)(sheng)產(chan)的(de)(de)(de)低碳原鋼(gang)(表(biao)1)進行了(le)(le)確認。結果(guo)證明(ming)雖然對硫酸、鹽酸耐(nai)(nai)蝕性(xing)強,可是耐(nai)(nai)候性(xing)有問題。1958年(nian)(昭和(he)33年(nian)),用(yong)組合(he)添加(jia)P、Cr、Cu和(he)Al、Mo、Ni、Ti的(de)(de)(de)47種鋼(gang)種開始(shi)進行第(di)(di)三次(ci)暴(bao)(bao)曬試(shi)驗(yan)。4年(nian)后的(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)結果(guo)證明(ming):P-Cu-Cr系添加(jia)多量的(de)(de)(de)A1(0.3%~1.6%)在(zai)工(gong)廠(chang)大氣中的(de)(de)(de)結果(guo)不(bu)好;Cu-P系酸洗材或(huo)未酸洗材長期沒有看(kan)出差(cha)別;0.095%以下(xia)的(de)(de)(de)磷(lin)或(huo)1.5%以下(xia)的(de)(de)(de)鉻(ge)越(yue)多越(yue)有效,銅和(he)磷(lin)并用(yong)效果(guo)顯著。在(zai)1961年(nian)(昭和(he)36年(nian)),為了(le)(le)與以前的(de)(de)(de)市售鋼(gang)的(de)(de)(de)性(xing)能進行比較,開始(shi)了(le)(le)第(di)(di)四次(ci)暴(bao)(bao)曬試(shi)驗(yan)。為適應1963年(nian)(昭和(he)38年(nian)6月)制定的(de)(de)(de)鐵道車輛(liang)用(yong)國有鐵路的(de)(de)(de)標準,于(yu)1965年(nian)(昭和(he)40年(nian)10月)開發成(cheng)功了(le)(le)含鎳的(de)(de)(de)Cupten R鋼(gang),1966年(nian)(昭和(he)41年(nian)6月)正式在(zai)JRS上登錄,并且為滿足加(jia)工(gong)性(xing)的(de)(de)(de)要求生(sheng)(sheng)產(chan)了(le)(le)降低碳的(de)(de)(de)CuptenR鋼(gang),出自于(yu)對焊接性(xing)的(de)(de)(de)重視生(sheng)(sheng)產(chan)了(le)(le)不(bu)含磷(lin)的(de)(de)(de)Cu-Cr-Mo系鋼(gang)(需要時添加(jia)釩)。
5. 焊(han)接材料和表面處(chu)理的開發以及委托第(di)三者(zhe)進行的暴曬試驗
日本的耐(nai)候(hou)(hou)鋼一直是(shi)把焊(han)接(jie)作為(wei)前提,只要(yao)注意低氫系焊(han)條(tiao)在使用上的幾個(ge)問題,就不會有(you)問題。但是(shi)因為(wei)沒有(you)提高耐(nai)候(hou)(hou)性(xing)的焊(han)條(tiao),所以(yi)委托給了神戶制鋼公司的有(you)川進行研(yan)究。向他提供了12mm和(he)18mm的耐(nai)候(hou)(hou)鋼板,試制了含有(you)Cu、P的兩種Φ4mm的焊(han)條(tiao),檢驗了焊(han)接(jie)時(shi)的裂紋(Fisco法(fa))、焊(han)縫(feng)性(xing)能、焊(han)接(jie)金屬的耐(nai)候(hou)(hou)性(xing)(保(bao)持(chi)30℃、250h)等,成功地開發了能夠(gou)滿足(zu)需要(yao)的焊(han)條(tiao),以(yi)后還協助進行了改進。
因為苛刻的(de)(de)(de)(de)(de)氣候(hou)條件(jian)或(huo)者(zhe)由于(yu)(yu)日(ri)本(ben)(ben)人(ren)潔癖的(de)(de)(de)(de)(de)民(min)族特點,不(bu)(bu)愿意看到色調不(bu)(bu)均勻或(huo)由銹引起(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)污染,裸(luo)露使用(yong)沒有(you)絲(si)毫發展,因此感到有(you)必要進(jin)行某種表(biao)面(mian)處(chu)理,于(yu)(yu)是我于(yu)(yu)1960年(nian)(nian)(昭(zhao)和(he)35年(nian)(nian))夏季訪(fang)問了日(ri)本(ben)(ben)磷(lin)化處(chu)理(パーカライジン)公(gong)司(si)的(de)(de)(de)(de)(de)內野研究(jiu)所所長和(he)德永(yong)氏。前年(nian)(nian)秋天(tian)富士鐵廠的(de)(de)(de)(de)(de)九(jiu)田來(lai)公(gong)司(si)探詢簽訂(ding)了研究(jiu)合同,同年(nian)(nian)春(chun)天(tian)八(ba)幡(fan)制鐵公(gong)司(si)的(de)(de)(de)(de)(de)大竹委托了除去初期銹的(de)(de)(de)(de)(de)研究(jiu)課題。由此可見大家都在考慮同樣的(de)(de)(de)(de)(de)問題。磷(lin)化處(chu)理(パーカライジン)公(gong)司(si)于(yu)(yu)1961年(nian)(nian)(昭(zhao)和(he)36年(nian)(nian))設計(ji)出(chu)了氧化促進(jin)法,1963年(nian)(nian)(昭(zhao)和(he)38年(nian)(nian))以后提(ti)供(gong)實(shi)用(yong),并于(yu)(yu)1965年(nian)(nian)(昭(zhao)和(he)40年(nian)(nian))開發成功(gong)了獨特的(de)(de)(de)(de)(de)處(chu)理技術.我認為這(zhe)對日(ri)本(ben)(ben)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)候(hou)鋼裸(luo)露使用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)普及(ji)做出(chu)了很大貢(gong)獻。
耐(nai)候(hou)鋼(gang)是根據(ju)長期有計劃的試驗所掌(zhang)握的經驗和知識而(er)研(yan)制的鋼(gang)種,如果(guo)能夠(gou)搞清楚銹(xiu)的生成(cheng)和腐蝕機構的話,那么就可以更合理(li)地設計合金成(cheng)分了(le)(le)。因此從(cong)(cong)1965年(昭和40年)開始,松(song)島、上(shang)野兩位推進了(le)(le)銹(xiu)的研(yan)究(jiu)。銹(xiu)的研(yan)究(jiu)從(cong)(cong)1967年(昭和42年)到1968年(昭和43年),下平、增子、岡田、細井、寺前(qian)、小若以及(ji)其他(ta)人也(ye)在與金屬、鋼(gang)鐵(tie)有關的學(xue)會上(shang)發(fa)表了(le)(le)他(ta)們(men)的研(yan)究(jiu)成(cheng)果(guo)。
日本(ben)各公司開發(fa)的(de)(de)(de)鋼缺乏長期的(de)(de)(de)實際的(de)(de)(de)業績(ji),因為(wei)沒(mei)有(you)正確的(de)(de)(de)耐候(hou)性(xing)的(de)(de)(de)促進試(shi)驗(yan)方法,所以(yi)很難獲得需要者的(de)(de)(de)信任。因此委托(tuo)有(you)權威的(de)(de)(de)機關進行了暴曬(shai)試(shi)驗(yan)。
有(you)知名學者參(can)與(yu)的(de)在(zai)日本全國7個地區進行暴曬(shai)試(shi)(shi)驗(yan)的(de)陸上(shang)鐵(tie)骨構造物(wu)防蝕研(yan)究會(陸防研(yan))也與(yu)日本鋼(gang)(gang)管公司有(you)關系,所以讓他們把包括(kuo)含(han)銅鋼(gang)(gang)、高強(qiang)度(du)鋼(gang)(gang)、耐(nai)候(hou)(hou)性高強(qiang)度(du)鋼(gang)(gang)的(de)試(shi)(shi)料(表1),從1960~1961年(nian)(昭和(he)35~36年(nian))進行了5年(nian)的(de)暴曬(shai)試(shi)(shi)驗(yan)。圖3示出結果(guo)(guo)(guo)的(de)一例,該結果(guo)(guo)(guo)常常作(zuo)為貴(gui)重的(de)資料被引用,該研(yan)究獲得了1968年(nian)(昭和(he)43年(nian))學振97委的(de)技(ji)術獎。然后又委托給美國 North Carolina 州(zhou)的(de)位于Kure Beach的(de) Internation-al Nickel Co.(INCO)的(de)試(shi)(shi)驗(yan)場(chang)和(he)英國倫敦的(de)英國鋼(gang)(gang)鐵(tie)研(yan)究所(BISRA)進行了試(shi)(shi)驗(yan)(表1).前(qian)者研(yan)究的(de)是COR-TEN 鋼(gang)(gang)使(shi)用過(guo)的(de)場(chang)所。1967年(nian)4月(yue)14日前(qian)往(wang)現場(chang)進行談判,從1971年(nian)1月(yue)開始進行暴曬(shai)試(shi)(shi)驗(yan)。BISRA于1967年(nian)11月(yue)17日商洽(qia)后,從1968年(nian)初開始試(shi)(shi)驗(yan),1970年(nian)11月(yue)17日曾(ceng)經觀察(cha)過(guo)現場(chang)。KureBeach的(de)試(shi)(shi)驗(yan)結果(guo)(guo)(guo)表明與(yu)距(ju)海岸800ft的(de)場(chang)所相比,80ft的(de)場(chang)所的(de)耐(nai)候(hou)(hou)鋼(gang)(gang)的(de)效果(guo)(guo)(guo)明顯地顯現出來(lai),腐蝕量(liang)約(yue)為碳素(su)鋼(gang)(gang)的(de)60%。
6. 結語
日本(ben)(ben)的(de)(de)(de)(de)(de)氣候容易使(shi)(shi)鋼(gang)生(sheng)銹(xiu),可是(shi)耐候鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)引進(jin)(jin)普及較慢,在(zai)(zai)(zai)20世紀50年代(昭(zhao)和(he)(he)30年代)勉(mian)強開(kai)始了(le)開(kai)發(fa)和(he)(he)生(sheng)產(chan)。然(ran)而所(suo)(suo)(suo)謂的(de)(de)(de)(de)(de)耐候鋼(gang)裸露使(shi)(shi)用(yong)(yong)進(jin)(jin)人(ren)20世紀60年代(昭(zhao)和(he)(he)40年代)后(hou)還是(shi)在(zai)(zai)(zai)緩慢地進(jin)(jin)行嘗試,由(you)于經(jing)濟(ji)不(bu)(bu)景氣引起的(de)(de)(de)(de)(de)節能、省(sheng)力的(de)(de)(de)(de)(de)風潮,使(shi)(shi)耐候鋼(gang)正式地應(ying)用(yong)(yong)于橋(qiao)梁(liang),進(jin)(jin)入20世紀70年代(昭(zhao)和(he)(he)50年代)后(hou)才勉(mian)強走上(shang)(shang)了(le)正軌。本(ben)(ben)公司(si)在(zai)(zai)(zai)開(kai)發(fa)上(shang)(shang)花費(fei)的(de)(de)(de)(de)(de)人(ren)力和(he)(he)財(cai)力長期(qi)得不(bu)(bu)到回報。預想以外的(de)(de)(de)(de)(de)障(zhang)礙是(shi)日本(ben)(ben)人(ren)對沒有(you)實用(yong)(yong)業績的(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)品持拒絕態度(du)、不(bu)(bu)喜歡(huan)看到使(shi)(shi)用(yong)(yong)初期(qi)銹(xiu)的(de)(de)(de)(de)(de)污染和(he)(he)色調不(bu)(bu)均勻的(de)(de)(de)(de)(de)民族特點或者過密(mi)的(de)(de)(de)(de)(de)人(ren)口密(mi)度(du)。像(xiang)耐候鋼(gang)那(nei)樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)一般的(de)(de)(de)(de)(de)結構鋼(gang),即使(shi)(shi)標榜本(ben)(ben)公司(si)的(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)品而長期(qi)沒有(you)充分的(de)(de)(de)(de)(de)實用(yong)(yong)業的(de)(de)(de)(de)(de)話(hua),那(nei)么(me)既不(bu)(bu)會(hui)被(bei)用(yong)(yong)戶(hu)(hu)所(suo)(suo)(suo)接受,還需要在(zai)(zai)(zai)新鋼(gang)種的(de)(de)(de)(de)(de)普及上(shang)(shang)做大(da)量的(de)(de)(de)(de)(de)設(she)計指導工作,所(suo)(suo)(suo)以各公司(si)從最(zui)初開(kai)始,就和(he)(he)知名學(xue)者或用(yong)(yong)戶(hu)(hu)結合共同進(jin)(jin)行了(le)開(kai)發(fa)。不(bu)(bu)管怎么(me)說(shuo),自己生(sheng)產(chan)、命(ming)名、培育的(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)已(yi)經(jing)被(bei)用(yong)(yong)在(zai)(zai)(zai)每天(tian)上(shang)(shang)班的(de)(de)(de)(de)(de)京(jing)濱大(da)廈[1968年(昭(zhao)和(he)(he)43年)建設(she)]等建筑上(shang)(shang),作為(wei)技術人(ren)員感到非常榮幸(xing)。