20世紀60年代前期（昭和30年代后期），隨著日本經濟的高速發展，鋼鐵產量迅速上升，鋼管也不例外。其中電焊鋼管的發展在鋼管之中最快，例如，在1971年（昭和46年），電焊鋼管的產量占鋼管總產量的43.8%.特別在鍛接鋼管中不能生產的125A以上或者即使在它以下，在比鍛接鋼管生產成本有利的尺寸（直徑）范圍內，電焊鋼管是管道的主要材料。
而且，在(zai)海水(shui)和(he)(he)工(gong)業用水(shui)以及(ji)各(ge)種(zhong)水(shui)的管(guan)道中，焊縫部位迅速腐(fu)蝕(shi)成溝狀的事例從1965年(nian)（昭(zhao)和(he)(he)40年(nian)）起已(yi)經引(yin)人注目。這種(zhong)腐(fu)蝕(shi)被稱為電焊鋼管(guan)溝狀腐(fu)蝕(shi)或者簡稱為溝蝕(shi)。圖5-1中給(gei)出了溝蝕(shi)的照(zhao)片(pian)。
這種溝(gou)狀腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)報導在日本(ben)以(yi)外幾乎沒有發(fa)表(biao)過，給人(ren)的(de)(de)印象好像是(shi)(shi)日本(ben)特有的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)，可實際(ji)決(jue)非如(ru)此。但是(shi)(shi)，可以(yi)認為日本(ben)以(yi)外的(de)(de)許(xu)多地(di)區由于淡水的(de)(de)硬度高，飽和(he)指數是(shi)(shi)正(zheng)值在管(guan)內表(biao)面上生(sheng)成了包(bao)覆層，由水引起的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)與(yu)日本(ben)相比(bi)不嚴重(zhong)，或者(zhe)在海(hai)水管(guan)道上使用電(dian)焊鋼(gang)管(guan)（黑管(guan)、鍍鋅鋼(gang)管(guan)）的(de)(de)比(bi)率低(di)，可能因為這些原因溝(gou)狀腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)發(fa)生(sheng)頻(pin)度比(bi)日本(ben)低(di)。
1983年(nian)（昭和(he)(he)58年(nian)）美國(guo) Heitmann(Inland Steel 公司）等在ASM主辦的(de)關于(yu)高強度(du)鋼(gang)技術和(he)(he)應(ying)用國(guo)際(ji)會(hui)議上，根據把電(dian)焊鋼(gang)管作為原油或天然氣配管在海上設備或收集系統上使用時出現的(de)問(wen)題(ti)，提(ti)出了溝狀腐蝕，并論(lun)述了其原因和(he)(he)可選擇的(de)相應(ying)鋼(gang)種，在其緒言(yan)中敘述的(de)溝狀腐蝕的(de)研(yan)究(jiu)幾乎都是在日本(ben)進行的(de)。
因(yin)為和電(dian)焊(han)(han)鋼(gang)管(guan)沒有關系(xi)也存在著由于各種原因(yin)使腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)形狀(zhuang)(zhuang)成(cheng)為溝(gou)狀(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)，所以把本書使用的(de)(de)(de)溝(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)稱為電(dian)焊(han)(han)鋼(gang)管(guan)焊(han)(han)縫部(bu)的(de)(de)(de)溝(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)是(shi)(shi)正(zheng)確的(de)(de)(de)，以下簡稱為溝(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。雖然日(ri)本進行過(guo)很(hen)多研究，可是(shi)(shi)有關這(zhe)方面的(de)(de)(de)日(ri)本以外的(de)(de)(de)報道卻很(hen)少。
就(jiu)筆者所知，關于電焊鋼管(guan)溝狀腐蝕的(de)最初歸(gui)納(na)的(de)文(wen)獻是由新(xin)日鐵公(gong)司的(de)門智等完成(cheng)的(de)［1973年(nian)（昭和(he)48年(nian)）］。該文(wen)敘(xu)述了腐蝕事例和(he)他(ta)們開(kai)發(fa)的(de)Cu-Ti系及Cu-Ti-Cr 系相應鋼的(de)優秀特性(xing).當時(shi)已經推測到(dao)，在鋼管(guan)焊縫(feng)部位由于焊接時(shi)的(de)滾壓，在鋼管(guan)內外所發(fa)生的(de)金(jin)屬塑性(xing)變形，為了精加工通(tong)過切削除去焊道，使沿著塑性(xing)變形區存在的(de)非金(jin)屬夾雜物露在表面，由于急冷變成(cheng)不穩(wen)定或呈活性(xing)的(de)MnS而成(cheng)為孔蝕的(de)起(qi)點(dian)，開(kai)始溝狀腐蝕。
第2年即1974年（昭和49年），加藤、乙黑及門通過MnS附近發(fa)生腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)顯微(wei)觀察，證實了焊縫(feng)部位的(de)(de)(de)(de)MnS對溝狀腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)破壞作用(yong)是因(yin)為(wei)焊縫(feng)焊接(jie)急冷時(shi)在(zai)(zai)MnS的(de)(de)(de)(de)周(zhou)圍同時(shi)產(chan)生了容易形成陽(yang)極的(de)(de)(de)(de)硫(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)偏(pian)聚(ju)區。他們(men)于1976年試驗片所研(yan)究的(de)(de)(de)(de)急熱、急冷處(chu)理(li)對MnS的(de)(de)(de)(de)局(ju)(ju)部腐(fu)蝕影(ying)響(xiang)的(de)(de)(de)(de)結果。實驗證明(ming)了在(zai)(zai)高溫，特別(bie)是在(zai)(zai)1400℃以(yi)上急熱、急冷的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)MnS在(zai)(zai)其(qi)周(zhou)圍有硫(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)偏(pian)聚(ju)區，這樣(yang)的(de)(de)(de)(de)偏(pian)聚(ju)區變(bian)成為(wei)陽(yang)極，開始(shi)局(ju)(ju)部腐(fu)蝕。
有(you)關MnS腐蝕研(yan)究的(de)(de)歷史或(huo)加藤(teng)等(deng)的(de)(de)上(shang)述研(yan)究的(de)(de)詳(xiang)細(xi)內(nei)容，將在5.2.1節(jie)進(jin)行敘述。然(ran)而通過(guo)加藤(teng)等(deng)的(de)(de)研(yan)究搞清楚了電焊(han)鋼(gang)管(guan)的(de)(de)溝狀(zhuang)腐蝕起因于(yu)MnS的(de)(de)理由(you)。
作(zuo)為耐溝狀腐蝕電焊(han)鋼管(guan)低(di)合金(jin)鋼的添加(jia)元(yuan)(yuan)素，在他(ta)們所注意的元(yuan)(yuan)素之中(zhong)，效(xiao)(xiao)果大的元(yuan)(yuan)素是(shi)與銅(tong)(tong)共(gong)(gong)存(cun)的Sb、Ti、Cr;有效(xiao)(xiao)果的元(yuan)(yuan)素是(shi)銅(tong)(tong)和與銅(tong)(tong)共(gong)(gong)存(cun)的Zr;Nb、Sn、As即使(shi)與銅(tong)(tong)共(gong)(gong)存(cun)也沒有效(xiao)(xiao)果。硫是(shi)有害的元(yuan)(yuan)素，特(te)別(bie)是(shi)銅(tong)(tong)含量(liang)(liang)小于0.2%的鋼中(zhong)，隨著硫含量(liang)(liang)增(zeng)加(jia)影響增(zeng)大；可是(shi)當加(jia)入0.3%Cu時，硫含量(liang)(liang)小于0.03%時，硫不(bu)產生影響。
考慮添加銅是因為注意到銅在大氣腐(fu)蝕(shi)條件下能(neng)(neng)夠消除硫(liu)對腐(fu)蝕(shi)惡劣影響的Larrabee 學說或加藤研究組(zu)以(yi)前研究的銅對耐硫(liu)酸(suan)性(xing)的效果。并且(qie)，與銅共存的銻也能(neng)(neng)提高(gao)耐硫(liu)酸(suan)鋼(gang)的性(xing)能(neng)(neng)。鉻在海(hai)水環(huan)境中的使(shi)用，一般(ban)是為了提高(gao)耐蝕(shi)性(xing)。
Zr、Nb、Ti是(shi)(shi)和鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)硫形成(cheng)硫化(hua)物傾向很強(qiang)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)，是(shi)(shi)為(wei)(wei)了取代(dai)Mn以形成(cheng)穩定的(de)(de)(de)(de)硫化(hua)物而(er)加(jia)入的(de)(de)(de)(de)。1963年(nian)(nian)金子(zi)等曾經(jing)發表(biao)過(guo)形成(cheng)硫化(hua)物傾向元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)順序(xu)是(shi)(shi)：Zr>Ti>Mn>Nb>V>Cr>Al>Mo>W>Fe>Ni>Co>Si.并(bing)且，在20世紀60年(nian)(nian)代(dai)前期（昭和30年(nian)(nian)代(dai)后期），人們把提高鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵各種(zhong)性能作為(wei)(wei)目(mu)的(de)(de)(de)(de)而(er)進行過(guo)添加(jia)各種(zhong)合金元(yuan)素(su)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)開發，那時曾經(jing)使用已經(jing)普及的(de)(de)(de)(de)EPMA進行了低合金成(cheng)分系鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)非金屬夾雜物的(de)(de)(de)(de)鑒定，白(bai)巖等試驗向0.3%C-0.1%Mn-0.3%Si為(wei)(wei)基體的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)分別添加(jia)Zr(0.04%)、Ti（0.03%)、La-Ce(0.02%)、Ca(0.02%)、V(0.03%)、Cr(0.1%)、Y（0.02%)等，并(bing)確認了取代(dai)MnS生成(cheng)各添加(jia)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)硫化(hua)物。
為(wei)了(le)防止MnS成(cheng)為(wei)孔蝕的(de)(de)(de)起點(dian)，需(xu)要控制錳含(han)(han)量，或者(zhe)添加(jia)其(qi)(qi)他的(de)(de)(de)合金元素降低硫化(hua)物中(zhong)的(de)(de)(de)錳含(han)(han)量，或者(zhe)轉變成(cheng)比MnS穩(wen)定(ding)的(de)(de)(de)其(qi)(qi)他硫化(hua)物，這些方法(fa)已經在具有(you)耐酸性(xing)的(de)(de)(de)易切削不銹鋼(gang)上得到應用。Carpenter公司通過(guo)降低錳含(han)(han)量生成(cheng)含(han)(han)鉻高的(de)(de)(de)（Cr、Mn)S,Sandvik公司通過(guo)加(jia)入鈦(tai)生成(cheng)TiS的(de)(de)(de)方法(fa)提高了(le)耐酸性(xing)。
把上述方法最(zui)初利(li)用到提(ti)高電(dian)焊(han)鋼(gang)管的(de)耐(nai)溝狀腐蝕性(xing)上的(de)是加藤等，據報告，Cu-Ti、Cu-Cr-Ti、Cu-Sb系(xi)(xi)的(de)低硫材(cai)料的(de)耐(nai)溝狀腐蝕性(xing)是通常電(dian)焊(han)鋼(gang)管的(de)6~7倍(bei)。其中，低S-Cu-Ti系(xi)(xi)的(de)鋼(gang)種以后作為新日鐵公司(si)的(de)耐(nai)溝狀腐蝕鋼(gang)管實(shi)現了產品化。
進入20世紀70年代(dai)（昭和(he)50年代(dai)）后，溝狀(zhuang)腐(fu)(fu)蝕(shi)發生(sheng)的(de)(de)頻繁程度越(yue)來越(yue)引起人(ren)(ren)們的(de)(de)關(guan)注，各(ge)鋼鐵公司進行了事例(li)調查、發生(sheng)原因的(de)(de)研討和(he)對(dui)策鋼的(de)(de)開發等。腐(fu)(fu)蝕(shi)率非常大(da)是(shi)(shi)溝狀(zhuang)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)一個(ge)特征，根(gen)據(ju)事例(li)的(de)(de)總結報告(gao),有的(de)(de)例(li)子是(shi)(shi)10mm/a或者更高，13mm/a的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)率非常普遍(bian)。產生(sheng)的(de)(de)環(huan)(huan)境也(ye)涉及(ji)海水(shui)(shui)、鹽水(shui)(shui)、循環(huan)(huan)冷卻水(shui)(shui)、工業用水(shui)(shui)、地下水(shui)(shui)、自來水(shui)(shui)等管道(dao)的(de)(de)內面、土壤(rang)埋設管道(dao)的(de)(de)外面、纏繞防露(lu)材的(de)(de)水(shui)(shui)管道(dao)的(de)(de)外面（由(you)于滲人(ren)(ren)的(de)(de)結露(lu)水(shui)(shui)而(er)潤濕(shi)）等許(xu)多方面，而(er)且仍然處(chu)在產生(sheng)溝狀(zhuang)腐(fu)(fu)蝕(shi)環(huan)(huan)境的(de)(de)特異性(xing)不能定(ding)義，容(rong)易產生(sheng)溝狀(zhuang)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)環(huan)(huan)境不能夠預知，不能夠制定(ding)相應對(dui)策的(de)(de)狀(zhuang)況。
如圖(tu)5-1所(suo)示，溝狀腐蝕(shi)一種是(shi)沿(yan)著焊縫線呈一直(zhi)線生成(cheng)的(de)(de)類(lei)型(xing)，另一種是(shi)銹(xiu)瘤在(zai)(zai)(zai)(zai)焊縫的(de)(de)位置形成(cheng)在(zai)(zai)(zai)(zai)其下面被(bei)侵(qin)蝕(shi)時，由于焊縫部侵(qin)蝕(shi)特別深，沿(yan)著銹(xiu)瘤分布不(bu)連續(xu)生成(cheng)的(de)(de)類(lei)型(xing)。不(bu)管哪一種類(lei)型(xing)都反映出是(shi)宏觀電(dian)(dian)(dian)池引(yin)起(qi)的(de)(de)腐蝕(shi)，已(yi)經證明在(zai)(zai)(zai)(zai)像(xiang)海(hai)水(shui)(shui)或(huo)鹽水(shui)(shui)那(nei)樣電(dian)(dian)(dian)導率(lv)高的(de)(de)環(huan)境中侵(qin)蝕(shi)加快，在(zai)(zai)(zai)(zai)工業(ye)用(yong)水(shui)(shui)或(huo)自(zi)來水(shui)(shui)等電(dian)(dian)(dian)導率(lv)低的(de)(de)環(huan)境中侵(qin)蝕(shi)減(jian)慢。即使在(zai)(zai)(zai)(zai)后者(zhe)的(de)(de)場合，由于腐蝕(shi)率(lv)只能上(shang)升到1mm/a程度(du)或(huo)者(zhe)以上(shang)，所(suo)以也(ye)不(bu)一定是(shi)電(dian)(dian)(dian)導率(lv)越(yue)低越(yue)好。
當(dang)然，溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)并不一定會發生(sheng)。溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)到(dao)底是(shi)發生(sheng)在環境條件強的(de)(de)(de)場合，還(huan)是(shi)由于(yu)微妙(miao)的(de)(de)(de)不同(tong)條件發生(sheng)在材(cai)料(liao)敏感(gan)性大的(de)(de)(de)場合，尚不清楚(chu)。正(zheng)村等(deng)通(tong)過恒電(dian)位(wei)電(dian)解(jie)的(de)(de)(de)方法，確立了用1周時間能(neng)夠再現溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)試(shi)驗方法,就是(shi)把焊縫部的(de)(de)(de)侵蝕(shi)(shi)深(shen)度和周圍(wei)母材(cai)的(de)(de)(de)侵蝕(shi)(shi)深(shen)度的(de)(de)(de)比設定為溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)系數α,將(jiang)該方法用于(yu)硫(liu)含量、制管機和有(you)(you)無在線退火(huo)裝置等(deng)不同(tong)的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)條件下，每種條件下采用50批(pi)以(yi)上的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)，α是(shi)1.1~1.4,結果是(shi)所(suo)有(you)(you)的(de)(de)(de)試(shi)驗材(cai)料(liao)或(huo)多或(huo)少(shao)都存(cun)在溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)敏感(gan)性。就是(shi)說，在當(dang)時的(de)(de)(de)電(dian)焊鋼(gang)管的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)條件范圍(wei)內即使控(kong)制條件也不能(neng)避免(mian)溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)。
溝狀(zhuang)腐蝕發生的起因是(shi)由于(yu)急冷MnS沒(mei)能充分(fen)析出和長(chang)大(da)，所以熱(re)處理(li)（退火、正火）應(ying)該(gai)是(shi)有(you)效(xiao)的。事(shi)實上(shang)(shang)，如果(guo)(guo)在900℃以上(shang)(shang)經30min熱(re)處理(li)進行空冷，就不會產(chan)生溝狀(zhuang)腐蝕，或者即便處理(li)時間比這短，也能降(jiang)低(di)敏感(gan)性，其效(xiao)果(guo)(guo)是(shi)硫含(han)量越低(di)則越大(da)，可是(shi)由于(yu)設置(zhi)(zhi)在電焊(han)鋼管生產(chan)設備上(shang)(shang)的后置(zhi)(zhi)退火裝置(zhi)(zhi)（焊(han)縫退火裝置(zhi)(zhi)）加熱(re)時間短，雖(sui)然有(you)效(xiao)果(guo)(guo)但不明顯。
還有一(yi)種在高溫(wen)下鍛接(jie)制成的(de)焊(han)(han)接(jie)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管，因(yin)為冷卻速度慢(man)，所以(yi)在焊(han)(han)接(jie)部(bu)發生的(de)局(ju)部(bu)腐蝕(shi)比電(dian)(dian)焊(han)(han)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管顯著減(jian)輕，實踐證明，這(zhe)種焊(han)(han)管在實際應(ying)用(yong)上(shang)幾(ji)乎沒(mei)有問題,因(yin)此(ci)推薦使(shi)用(yong)這(zhe)種鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管。可是由于尺寸被限制在100A以(yi)下，而(er)在125A以(yi)上(shang)仍需要電(dian)(dian)焊(han)(han)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管。鍍鋅(xin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管通過對鍍層(ceng)的(de)消耗可延長使(shi)用(yong)壽命(ming)，然而(er)在日本由于水是軟(ruan)質的(de)，鍍層(ceng)消耗很(hen)快(kuai)，雖然能夠延長平均使(shi)用(yong)壽命(ming)，但是也有1~3年溝狀腐蝕(shi)穿透的(de)例子，所以(yi)目前還沒(mei)有很(hen)好的(de)解決措(cuo)施。
因此人們對能夠降低或者抑(yi)制溝(gou)狀腐蝕敏感性的低合金成分(fen)的組成進(jin)行(xing)了種種研究。除了上述加藤等(deng)(deng)認(ren)為有效(xiao)的元素(su)(su)外，還發表了Nb、Y、Al、Mo、Ni,并(bing)且在與銅共(gong)存時，Ni、REM、Ca等(deng)(deng)是有效(xiao)元素(su)(su)。
1980~1981年（昭和55~56年），4家公司生(sheng)產的耐(nai)溝狀(zhuang)腐蝕電焊鋼管(guan)開始銷售。研究思路大(da)體相同(tong)，即(ji)降低硫含量。但是只用這些方法是不充分(fen)的，即(ji)使經過熱(re)處理也殘留敏感性。雖(sui)然(ran)加(jia)入(ru)0.1%~0.3%Cu也是必需(xu)的，可是低S-Cu鋼仍有敏感性,需(xu)要(yao)進(jin)一(yi)步進(jin)行熱(re)處理或(huo)加(jia)入(ru)另外(wai)的合(he)金元素，或(huo)者可以兩(liang)種方法同(tong)時采(cai)用。
表5-1給出了各(ge)公司(si)生產的(de)耐溝狀腐蝕鋼管的(de)成(cheng)分標準(zhun)表中所列成(cheng)分均是根(gen)據上述考慮(lv)而設計的(de)。由于產品不同，可以進行熱處理(li)。
產品列于JISG 3452(管(guan)道(dao)用碳(tan)素鋼(gang)鋼(gang)管(guan)）的黑(hei)管(guan)及鍍鋅(xin)鋼(gang)管(guan)和JIS G 3454(壓(ya)力管(guan)道(dao)用碳(tan)素鋼(gang)鋼(gang)管(guan)）的黑(hei)管(guan)及鍍鋅(xin)鋼(gang)管(guan)的標準內，可以提(ti)供的尺(chi)寸前(qian)者(zhe)是125~500A,后者(zhe)是20~600A(15A、650A根據協商(shang)生產）。前(qian)者(zhe)中(zhong)沒有可以使用鍛接鋼(gang)管(guan)的100A以下的產品。
從1980年（昭(zhao)和50年代的(de)中(zhong)期）起，水(shui)管(guan)(guan)道(dao)用的(de)黑管(guan)(guan)及鍍鋅鋼管(guan)(guan)一般已經使(shi)用了(le)耐溝狀腐(fu)蝕鋼管(guan)(guan)（由于尺寸所限 使(shi)用鍛接鋼管(guan)(guan)）。日本水(shui)道(dao)鋼管(guan)(guan)協會(hui)認為，耐溝狀腐(fu)蝕電(dian)焊鋼管(guan)(guan)的(de)耐溝狀腐(fu)蝕性是(shi)傳(chuan)統電(dian)焊鋼管(guan)(guan)的(de)10倍。各(ge)公司就耐溝狀腐(fu)蝕鋼的(de)同(tong)類(lei)產品在文獻上發表(biao)了(le)各(ge)自的(de)試驗結(jie)(jie)果,結(jie)(jie)論是(shi)敏(min)感性為零或者非常小。
這些產品銷(xiao)售以(yi)來(lai)，耐(nai)溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)電焊(han)鋼管的(de)溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)事例一件也沒有報道過，作者所知道的(de)情報中(zhong)也沒有。在建(jian)設省的(de)機械設備工程施工管理(li)指南（平成元年版）中(zhong)，也記載著(zhu)耐(nai)溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)電焊(han)鋼管。
