U.S.Steel公司開始生產銷售海水飛濺帶耐蝕性優秀的USSMARINER Steel,所謂的MARINER鋼的時間是1964年(昭和39年),日本的鋼鐵生產廠家對此非常關注。這是因為日本四周被海包圍、擁有33,889km海岸線的海洋島國,在海運或漁業上港口的修配非常重要,可以期待作為護岸鋼樁的耐蝕鋼將會有很大的市場。
1961年(nian)(nian)(昭和36年(nian)(nian)),日本為了緩解船(chuan)只擁擠問題制定了港(gang)口修配(pei)緊急(ji)措施法,開始了5年(nian)(nian)計(ji)劃(hua)(hua)。該5年(nian)(nian)計(ji)劃(hua)(hua)以后(hou)連續進行過6次,日本的(de)港(gang)口設施的(de)儲備從1965年(nian)(nian)(昭和40年(nian)(nian))之后(hou)的(de)20年(nian)(nian)間增大了3.5倍,所(suo)以說鋼(gang)鐵廠家對耐(nai)蝕鋼(gang)如(ru)此感興(xing)趣是理(li)所(suo)當然的(de)。
1965年(昭和40年),當時的富士制鐵公司(6月)和八幡制鐵公司(8月),以及1967年(昭和42年)川崎制鐵公司分別引進了MARINER鋼的技術,取得了該商標的使用權形成了生產銷售態勢。“耐海水鋼”這一名詞是誰首創的雖然不清楚,可是它好像是來自于已經在使用的“耐候鋼”的自然表達。而且,這一名字并不一定合適。因為最初的鋼全部用于護岸,以后開發的鋼幾乎作為海洋中的鋼板樁或鋼管樁使用,屬于發揮耐蝕性的材料,而在管道、海水應用機器上的使用,除了特殊的鋼種以外都不適用。對于沒有商品知識的人一談到“耐海水鋼”將會普遍地誤認為在一般的海水環境下都可以使用。
那時,日(ri)本幾(ji)家公司開發(fa)了主要(yao)(yao)提高飛濺帶耐(nai)蝕(shi)性的(de)鋼(gang)管樁、鋼(gang)板樁.例如NKK公司于1967年(昭和42年)把(ba)標稱組成0.3%Cu-0.6%Cr-0.1%P系的(de)NK瑪(ma)林鋼(gang)推向(xiang)市場(chang)。這是490 MPa(50kg)級的(de)高強度鋼(gang),主要(yao)(yao)把(ba)提高飛濺帶的(de)耐(nai)蝕(shi)性作(zuo)為自(zi)的(de)。由(you)于含有(you)Cr,這種鋼(gang)在海水中(zhong)、在一定程度上比碳素鋼(gang)腐(fu)蝕(shi)小,局部腐(fu)蝕(shi)也小,焊(han)接(jie)性、焊(han)接(jie)部的(de)耐(nai)蝕(shi)性也良好。
這(zhe)些用日本技術生產(chan)的耐(nai)海水(shui)鋼是Cu-Cr-P系(xi)、Cu-Cr-Al-P系(xi)、Cu-Cr-Mo系(xi)等,其特征是主要元素不含(han)有(you)Ni,為了(le)提高耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)而(er)含(han)有(you)Cr。這(zhe)和(he)U.S.Steel公司積極地把Cr除外大不相同。然而(er),各公司在(zai)實際(ji)環境下的腐蝕(shi)試(shi)驗(yan)結(jie)果表明,這(zhe)些含(han)鉻(ge)的低合金鋼在(zai)海水(shui)飛濺帶的耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)良好(hao)。這(zhe)一結(jie)果在(zai)下面所敘述的耐(nai)海水(shui)鋼耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)調查委員(yuan)會的試(shi)驗(yan)中也得(de)到了(le)證實。
該委員會(hui)由運輸(shu)省港(gang)口(kou)局(ju)、運輸(shu)省港(gang)口(kou)技(ji)術研究所(suo)、各鋼(gang)鐵(tie)廠家組成(cheng),為了(le)研究耐(nai)(nai)海水(shui)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing),從1965年(nian)起6~8年(nian)間,各公司的(de)(de)(de)(de)材(cai)料·用(yong)(yong)加工(gong)成(cheng)H型鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)形狀的(de)(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)材(cai),在新瀉港(gang)及京濱(bin)地區的(de)(de)(de)(de)海域(yu)進(jin)行了(le)腐蝕(shi)(shi)試(shi)驗(yan)。該報告書雖然沒有公開發表,可是(shi)在運輸(shu)省港(gang)口(kou)局(ju)主編的(de)(de)(de)(de)“港(gang)口(kou)設(she)施的(de)(de)(de)(de)技(ji)術基準·同解說”(1979年(nian)刊)被(bei)引用(yong)(yong)。在附加的(de)(de)(de)(de)解說中說“在飛(fei)(fei)濺帶(dai)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)鋼(gang)(耐(nai)(nai)海水(shui)試(shi)制鋼(gang))的(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)速度(du),耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)好(hao)的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)是(shi)碳素鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)1/2,它是(shi)Cu含量(liang)(liang)0.3%、Cr含量(liang)(liang)約0.6%、P含量(liang)(liang)約0.1%的(de)(de)(de)(de)含銅鋼(gang)。”并規定了(le)“腐蝕(shi)(shi)率足夠的(de)(de)(de)(de)場(chang)合,可以不(bu)采用(yong)(yong)防蝕(shi)(shi)法(fa)”,Cu-Cr-P系在飛(fei)(fei)濺帶(dai)良好(hao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)已被(bei)第三者承(cheng)認。這種成(cheng)分的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)可以說是(shi)用(yong)(yong)鉻取代(dai)了(le)MARINER鋼(gang)中的(de)(de)(de)(de)鎳的(de)(de)(de)(de)化學(xue)組成(cheng),鞏固(gu)了(le)在鉻耐(nai)(nai)海水(shui)鋼(gang)中的(de)(de)(de)(de)地位。
20世紀(ji)60年代(dai)(dai)后半期(昭和40年代(dai)(dai)前(qian)半期)世界上對海洋的開發(fa)重視起來(lai)。這時海洋開發(fa)的實體雖然還不一定明確(que),可是(shi)為(wei)尋求海洋資源或(huo)海洋空間,以石油挖(wa)掘裝(zhuang)置、海中作業基(ji)地、海洋發(fa)電(dian)廠、人工島(dao)、浮標等為(wei)代(dai)(dai)表,來(lai)自(zi)重工業對耐蝕鋼的期待已寄托于鋼鐵廠家,而且(qie)港口(kou)、碼頭也顯示(shi)出大型化的傾向(xiang),這對鋼材的力學性能、焊(han)接性、耐蝕性也有了更(geng)高的要求。
伴(ban)隨著(zhu)這種動向,以(yi)飛濺帶的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)作(zuo)為(wei)中心,以(yi)前因(yin)含磷限(xian)制(zhi)了焊接(jie)(jie)性(xing)的(de)(de)耐(nai)(nai)海(hai)水(shui)鋼(gang)已不能滿足需(xu)求,故現需(xu)要具有耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)的(de)(de)焊接(jie)(jie)結構用(yong)耐(nai)(nai)海(hai)水(shui)鋼(gang)。因(yin)此各鋼(gang)鐵公司通過降低磷提高焊接(jie)(jie)性(xing),添加(jia)以(yi)鉻為(wei)主的(de)(de)合金元(yuan)素開發了在海(hai)水(shui)中具有耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)的(de)(de)鋼(gang)材。
我認為最初市售(shou)的鋼種(zhong)是NKK的“瑪(ma)林50(マリン50)”[1970年(昭和45年)]。這(zhe)種(zhong)耐(nai)(nai)海(hai)水鋼具有0.35%Cu-0.6%Cr-0.45%Al的化(hua)(hua)學組成,是把前節(jie)所敘述的Hudson等的試驗(yan)結(jie)果中(zhong)Cr+Al對海(hai)水的耐(nai)(nai)蝕(shi)性實用化(hua)(hua)的鋼種(zhong)。
為(wei)Hudson等的(de)(de)(de)研(yan)究提供Cr-Al系(xi)鋼(gang)(gang)材的(de)(de)(de)是法國Pompey公(gong)司的(de)(de)(de)E.Herzog,然而NKK于1965年(昭和40年)與(yu)該公(gong)司簽訂了(le)關于Cr-Al系(xi)的(de)(de)(de)APS鋼(gang)(gang)(8種(zhong)鋼(gang)(gang))的(de)(de)(de)生產(chan)的(de)(de)(de)技術(shu)合(he)(he)作。這(zhe)項合(he)(he)作的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)是耐(nai)海水鋼(gang)(gang),而是對不(bu)(bu)(bu)同鋼(gang)(gang)種(zhong)含有(you)2%~6.5%Cr的(de)(de)(de)低(di)合(he)(he)金不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)硝酸鹽應力腐蝕(shi)裂(lie)紋性(xing)、耐(nai)硫(liu)化物應力腐蝕(shi)裂(lie)紋性(xing)、砂糖(tang)設備中(zhong)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)等感興趣。可是APS鋼(gang)(gang)中(zhong)有(you)Cr-AI系(xi)的(de)(de)(de)耐(nai)海水腐蝕(shi)鋼(gang)(gang),所以(yi)對鉻或(huo)鋁的(de)(de)(de)效果比較關心。可是這(zhe)種(zhong)鋼(gang)(gang)含4%Cr-0.8%Al(APS25),從成本,焊接性(xing)來(lai)看不(bu)(bu)(bu)適合(he)(he)開發(fa),所以(yi)重(zhong)新開發(fa)了(le)更低(di)合(he)(he)金系(xi)的(de)(de)(de)Cu-Cr-A1鋼(gang)(gang)。另(ling)外,不(bu)(bu)(bu)管Cr-Al系(xi)有(you)促進局部腐蝕(shi)作用(yong)的(de)(de)(de) Hudson的(de)(de)(de)研(yan)究結果,Pompey 公(gong)司在Kure Beach進行了(le)46個(ge)月的(de)(de)(de)海水浸泡試(shi)驗,其結果表明,單純3.5%Cr鋼(gang)(gang)與(yu)碳素鋼(gang)(gang)相比,最大(da)腐蝕(shi)深(shen)度相同,平均(jun)(jun)孔蝕(shi)深(shen)度是1.65倍,相反APS 25最大(da)腐蝕(shi)深(shen)度是1/3弱,平均(jun)(jun)孔蝕(shi)深(shen)度是1/2弱。平均(jun)(jun)腐蝕(shi)率約(yue)為(wei)碳素鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)43%.
在(zai)(zai)開發更低合金(jin)的(de)(de)鉻(ge)系耐海水(shui)鋼(gang)時,當然,減小局部腐(fu)蝕(孔蝕)的(de)(de)敏感性(xing)是(shi)一個開發目的(de)(de),并且,為了(le)應付焊接(jie)部的(de)(de)電(dian)位腐(fu)蝕,慎重地(di)研究(jiu)了(le)焊接(jie)材料,進(jin)行了(le)實(shi)際海水(shui)中的(de)(de)試驗(yan)。在(zai)(zai)1970年(nian)(昭和(he)45年(nian))銷售開始(shi)時的(de)(de)技術資料上給出了(le)靜(jing)岡縣(xian)清水(shui)造船廠岸壁上長(chang)尺材的(de)(de)3年(nian)的(de)(de)結果。這種鋼(gang)與碳素鋼(gang)相比(bi),耐蝕性(xing)在(zai)(zai)海水(shui)飛濺帶是(shi)2~3倍(bei),在(zai)(zai)全浸帶是(shi)1.7~2倍(bei)。
當然,各(ge)鋼(gang)(gang)鐵公司都開發了具有海(hai)水中(zhong)耐蝕(shi)性(xing)和焊接性(xing)的(de)(de)耐海(hai)水鋼(gang)(gang)。在這(zhe)些(xie)鋼(gang)(gang)中(zhong),既有海(hai)中(zhong)用(yong)的(de)(de)也(ye)(ye)有海(hai)中(zhong)和飛濺(jian)帶(dai)兩用(yong)的(de)(de)。把磷(lin)降低(di)到(dao)和通常焊接結(jie)構鋼(gang)(gang)的(de)(de)同等(deng)程度,海(hai)中(zhong)和飛濺(jian)帶(dai)兩用(yong)的(de)(de)鋼(gang)(gang)加入銅(tong)和1%Cr,海(hai)中(zhong)用(yong)的(de)(de)鋼(gang)(gang)多數(shu)定為(wei)1%Cr。因鋼(gang)(gang)種而(er)異最大是3%Cr,并且(qie)為(wei)了抑制局部腐(fu)蝕(shi)有添加了少量鉬或(huo)鎳的(de)(de)鋼(gang)(gang)種,或(huo)者(zhe)為(wei)了提高耐蝕(shi)性(xing)也(ye)(ye)有加人了其他的(de)(de)合金(jin)元素的(de)(de)鋼(gang)(gang)種。
這(zhe)些鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)(zhong)的(de)開發,到1970年(nian)代初期(昭和46~47年(nian))基(ji)本結束,各公司(si)開始生產(chan)銷售。表3-2示出了(le)日本現在正在生產(chan)的(de)耐(nai)海水(shui)鋼(gang)(gang)(gang)。1973年(nian)出版的(de)鋼(gang)(gang)(gang)材俱樂部的(de)“關(guan)于鋼(gang)(gang)(gang)材的(de)腐蝕(shi)防蝕(shi)的(de)資料”中,用(yong)表給(gei)出的(de)“日本國內各鋼(gang)(gang)(gang)鐵公司(si)的(de)耐(nai)海水(shui)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)規格”常(chang)常(chang)被引(yin)用(yong),表3-2是以此為(wei)基(ji)礎參考文獻追加(jia)了(le)以后的(de)鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)(zhong)制成的(de)。與耐(nai)候鋼(gang)(gang)(gang)不(bu)同成分(fen)系相當多,還沒(mei)有成為(wei)JIS標準。
圖3-1及圖3-2示出(chu)了從1976年(nian)(昭和51年(nian))到最近日(ri)本耐海水(shui)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)量(liang)(liang)、日(ri)本國內使(shi)用(yong)量(liang)(liang)使(shi)用(yong)用(yong)途的(de)(de)(de)(de)(de)預測(ce)。這期(qi)間的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)量(liang)(liang)平(ping)均是(shi)(shi)7178t,日(ri)本國內使(shi)用(yong)量(liang)(liang)平(ping)均是(shi)(shi)2382t.日(ri)本國內消耗量(liang)(liang)土木用(yong)量(liang)(liang)1992年(nian)(平(ping)成4年(nian))是(shi)(shi)2905t,1986年(nian)(昭和61年(nian))是(shi)(shi)1652t,1978年(nian)是(shi)(shi)1340t,雖然超過了1000t,可(ke)是(shi)(shi)17年(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)均值只不過515t/年(nian),生產(chan)量(liang)(liang)、使(shi)用(yong)量(liang)(liang)都非常(chang)少。500t的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)量(liang)(liang)相當(dang)于(yu)長20m的(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)板樁約100根,換算成岸壁長度(du)僅有數100m以下的(de)(de)(de)(de)(de)工程量(liang)(liang)。
盡(jin)管港口(kou)維修(xiu)及在(zai)臨海(hai)地帶填海(hai)造地盛行,可是作為護岸用(yong)(yong)的(de)鋼樁(zhuang)幾乎(hu)不(bu)(bu)采用(yong)(yong)耐海(hai)水鋼。其理由雖(sui)然(ran)不(bu)(bu)清楚,然(ran)而可能(neng)是因(yin)(yin)為對(dui)防(fang)蝕(shi)不(bu)(bu)太(tai)關(guan)心(xin)沒有采取任何防(fang)蝕(shi)措(cuo)施的(de)占(zhan)多數(shu),即使關(guan)心(xin)也可能(neng)是飛(fei)濺帶的(de)耐蝕(shi)性(xing)只是碳(tan)素鋼2倍的(de)性(xing)能(neng)沒有吸引(yin)力等(deng)原因(yin)(yin)。
由(you)于(yu)港口(kou)設(she)(she)施(shi)處于(yu)劇烈的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)環境,如(ru)果(guo)防(fang)蝕(shi)(shi)(shi)不(bu)(bu)充分的(de)(de)話則腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)嚴重。在1986年(nian)(nian)(昭和61年(nian)(nian)),運(yun)輸省港口(kou)局歸納的(de)(de)港口(kou)設(she)(she)施(shi)的(de)(de)劣化狀況調查(cha)結果(guo)示于(yu)表3-3。就(jiu)是(shi)(shi)說(shuo),在5年(nian)(nian)之內需要(yao)進行維修作(zuo)業的(de)(de)設(she)(she)施(shi)數(shu),鋼結構(gou)體(ti)有642個設(she)(she)施(shi)(占全(quan)(quan)體(ti)的(de)(de)17.9%),混凝土結構(gou)體(ti)有245個設(she)(she)施(shi)(占全(quan)(quan)體(ti)的(de)(de)35%)。在6~10該表中記有“防(fang)蝕(shi)(shi)(shi)”的(de)(de)設(she)(she)施(shi),如(ru)果(guo)設(she)(she)施(shi)適當地(di)進行防(fang)蝕(shi)(shi)(shi)就(jiu)能夠(gou)很好地(di)保存(cun)下來。設(she)(she)施(shi)需要(yao)“全(quan)(quan)面改(gai)修”、“加固(gu)”的(de)(de)原因(yin),不(bu)(bu)一定(ding)全(quan)(quan)是(shi)(shi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)造成(cheng)的(de)(de),然而腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)卻是(shi)(shi)最大的(de)(de)因(yin)素,如(ru)果(guo)放置下去(qu),隨著時間(jian)的(de)(de)增(zeng)長只用防(fang)蝕(shi)(shi)(shi)也不(bu)(bu)能解決問題,所以(yi)防(fang)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)對象(xiang)(xiang)將會減少,而全(quan)(quan)面改(gai)修或加固(gu)的(de)(de)對象(xiang)(xiang)數(shu)將會增(zeng)加。
道路、港口、橋梁這一(yi)類的(de)(de)(de)(de)公(gong)共設(she)(she)(she)施(shi)(shi)是(shi)(shi)一(yi)國(guo)活力(li)的(de)(de)(de)(de)基礎,它的(de)(de)(de)(de)建設(she)(she)(she)和維護(hu)管(guan)理,對(dui)保持活躍的(de)(de)(de)(de)經濟活動(dong)和富裕(yu)社會的(de)(de)(de)(de)延續、發展是(shi)(shi)不可缺少的(de)(de)(de)(de)。如果忽視了(le)這一(yi)問(wen)題,將會招來前述(shu)(2.2.3節(jie))的(de)(de)(de)(de)《荒(huang)廢中(zhong)的(de)(de)(de)(de)美(mei)國(guo)》一(yi)書中(zhong)所介紹的(de)(de)(de)(de)那樣的(de)(de)(de)(de)后果。日本(ben)的(de)(de)(de)(de)公(gong)共設(she)(she)(she)施(shi)(shi)配(pei)備正規化的(de)(de)(de)(de)時間(jian)是(shi)(shi)在1950年(nian)代后期(昭和30年(nian)代前期),與美(mei)國(guo)等國(guo)家(jia)相(xiang)比,由于相(xiang)關的(de)(de)(de)(de)結構(gou)體使用年(nian)限比較短,由腐蝕等引起的(de)(de)(de)(de)損傷(shang)還不明顯,港口設(she)(she)(she)施(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)老化需經過25年(nian)才開始顯現出來。
直到港口設施(shi)的(de)(de)(de)(de)防蝕強(qiang)化(hua)成(cheng)為(wei)最關注的(de)(de)(de)(de)問題,耐(nai)海水鋼(gang)(gang)(gang)才會有(you)(you)(you)應用(yong)發展的(de)(de)(de)(de)機會,可是(shi)現在(zai)還(huan)沒(mei)有(you)(you)(you)實(shi)現。綜合(he)防蝕的(de)(de)(de)(de)重要性(xing)和經濟性(xing)的(de)(de)(de)(de)結(jie)論是(shi)耐(nai)海水鋼(gang)(gang)(gang)不(bu)僅(jin)防蝕性(xing)能而且使(shi)用(yong)壽命不(bu)夠,所以采用(yong)了(le)鋼(gang)(gang)(gang)鐵公司用(yong)另(ling)一種途徑(jing)開發的(de)(de)(de)(de)包覆聚乙(yi)烯或(huo)(huo)(huo)聚氨酯的(de)(de)(de)(de)具有(you)(you)(you)數十(shi)年(nian)壽命的(de)(de)(de)(de)防蝕樁或(huo)(huo)(huo)板樁。還(huan)開發了(le)在(zai)現場施(shi)工的(de)(de)(de)(de)石蠟(la)油或(huo)(huo)(huo)環氧樹脂包覆的(de)(de)(de)(de)加工法(fa),已在(zai)新設或(huo)(huo)(huo)原有(you)(you)(you)的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)板樁或(huo)(huo)(huo)鋼(gang)(gang)(gang)管樁的(de)(de)(de)(de)防蝕上(shang)應用(yong)。
耐(nai)候鋼在(zai)橋梁上(shang)的裸露使用技術,在(zai)經(jing)濟(ji)(ji)低迷期(qi)來臨(lin)后,因為經(jing)濟(ji)(ji)上(shang)的原因而被(bei)引進,最近(jin)為了解(jie)決(jue)由于維護費(fei)用的削減以(yi)及(ji)高齡化(hua)和回避3K(臟、累、危險(xian))風(feng)潮所引起涂漆技術工人的不足,耐(nai)候鋼再次(ci)得到擴大(da)應(ying)用的機會,這和耐(nai)海水鋼大(da)不一樣。
最近東京灣橫跨道(dao)路橋(qiao)、關西(xi)機場聯絡橋(qiao)等重要結構體已考(kao)慮100年的(de)長壽(shou)命和徹底地(di)省去維護的(de)目標,與此相對應(ying)在橋(qiao)墩(dun)的(de)海水飛濺部也分別采(cai)用了鈦包層和復(fu)合(he)涂(tu)層。
在對社會動向敏感的防蝕技術之中,考慮特別敏感的低合金(jin)耐蝕(shi)鋼的歷史,雖然也認為耐海水鋼的命運不好,可是深感有必要充分探討能對將來的發展做出貢獻的方向。