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(qie)，在海水和工業用水以(yi)及各種(zhong)水的(de)管道中(zhong)，焊縫部位迅(xun)速腐蝕(shi)(shi)成溝狀(zhuang)的(de)事例(li)從1965年(nian)（昭(zhao)和40年(nian)）起已經(jing)引人注(zhu)目。這(zhe)種(zhong)腐蝕(shi)(shi)被稱為(wei)電焊鋼(gang)管溝狀(zhuang)腐蝕(shi)(shi)或者(zhe)簡稱為(wei)溝蝕(shi)(shi)。圖5-1中(zhong)給出了溝蝕(shi)(shi)的(de)照片。
這種溝狀腐蝕(shi)的(de)(de)報導在日(ri)本以外(wai)幾(ji)乎沒有發(fa)表過(guo)，給人的(de)(de)印象好像是日(ri)本特有的(de)(de)腐蝕(shi)，可實際決非如此。但是，可以認為日(ri)本以外(wai)的(de)(de)許多(duo)地區由(you)于(yu)淡(dan)水的(de)(de)硬度(du)高，飽和指數是正值(zhi)在管(guan)內表面上生成了包覆層，由(you)水引起(qi)的(de)(de)腐蝕(shi)與(yu)日(ri)本相比不嚴重，或者在海水管(guan)道上使(shi)用電焊鋼管(guan)（黑管(guan)、鍍鋅鋼管(guan)）的(de)(de)比率低，可能(neng)因為這些原(yuan)因溝狀腐蝕(shi)的(de)(de)發(fa)生頻度(du)比日(ri)本低。
1983年（昭和58年）美國(guo) Heitmann(Inland Steel 公司）等在ASM主(zhu)辦(ban)的(de)(de)(de)(de)關于高強度鋼技術和應用(yong)國(guo)際會議上，根(gen)據把電焊鋼管作(zuo)為原油或天然氣(qi)配管在海上設備或收集系統(tong)上使用(yong)時(shi)出現的(de)(de)(de)(de)問題，提(ti)出了(le)溝(gou)狀腐蝕，并論述了(le)其原因和可(ke)選擇的(de)(de)(de)(de)相應鋼種，在其緒言中敘述的(de)(de)(de)(de)溝(gou)狀腐蝕的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)幾乎都是(shi)在日本(ben)進(jin)行的(de)(de)(de)(de)。
因為(wei)(wei)和電焊鋼(gang)管(guan)沒有(you)關(guan)系也存在著由(you)于各種原因使腐(fu)(fu)蝕(shi)形狀成(cheng)為(wei)(wei)溝(gou)狀的腐(fu)(fu)蝕(shi)，所以把本書(shu)使用的溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)稱為(wei)(wei)電焊鋼(gang)管(guan)焊縫部(bu)的溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)是(shi)正(zheng)確的，以下簡稱為(wei)(wei)溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)。雖然日本進行(xing)過(guo)很(hen)多研究，可是(shi)有(you)關(guan)這方面的日本以外的報道卻很(hen)少。
就筆者所(suo)知，關(guan)于電焊鋼管(guan)溝(gou)狀腐蝕的(de)(de)最初歸納(na)的(de)(de)文獻是由新日(ri)鐵公司的(de)(de)門(men)智(zhi)等(deng)完成(cheng)的(de)(de)［1973年（昭和(he)48年）］。該文敘述了腐蝕事例和(he)他們開(kai)發(fa)的(de)(de)Cu-Ti系及(ji)Cu-Ti-Cr 系相應鋼的(de)(de)優秀特(te)性(xing).當時已經推測到，在鋼管(guan)焊縫部(bu)位由于焊接時的(de)(de)滾(gun)壓，在鋼管(guan)內外所(suo)發(fa)生的(de)(de)金(jin)(jin)屬塑性(xing)變(bian)形，為了精加工通過切削除去焊道，使沿著塑性(xing)變(bian)形區存在的(de)(de)非(fei)金(jin)(jin)屬夾雜物露(lu)在表面，由于急冷變(bian)成(cheng)不(bu)穩定或呈活性(xing)的(de)(de)MnS而成(cheng)為孔蝕的(de)(de)起點，開(kai)始(shi)溝(gou)狀腐蝕。
第2年(nian)(nian)即1974年(nian)(nian)（昭和(he)49年(nian)(nian)），加藤、乙黑及(ji)門通過(guo)MnS附近發生腐(fu)蝕的(de)(de)顯微觀察，證實(shi)了(le)焊縫(feng)部(bu)(bu)位的(de)(de)MnS對溝狀(zhuang)腐(fu)蝕的(de)(de)破壞(huai)作用是因為焊縫(feng)焊接急冷(leng)時在(zai)(zai)MnS的(de)(de)周(zhou)圍同時產生了(le)容易形成陽極的(de)(de)硫的(de)(de)偏(pian)聚區(qu)。他們(men)于1976年(nian)(nian)試(shi)驗片所研究的(de)(de)急熱、急冷(leng)處(chu)理對MnS的(de)(de)局部(bu)(bu)腐(fu)蝕影(ying)響(xiang)的(de)(de)結果。實(shi)驗證明了(le)在(zai)(zai)高溫(wen)，特別是在(zai)(zai)1400℃以(yi)上急熱、急冷(leng)的(de)(de)鋼的(de)(de)MnS在(zai)(zai)其周(zhou)圍有硫的(de)(de)偏(pian)聚區(qu)，這樣的(de)(de)偏(pian)聚區(qu)變成為陽極，開始局部(bu)(bu)腐(fu)蝕。
有關(guan)MnS腐蝕研究的(de)(de)歷史或加藤等的(de)(de)上(shang)述研究的(de)(de)詳細(xi)內容(rong)，將在5.2.1節進行敘述。然而通過(guo)加藤等的(de)(de)研究搞清楚了電焊鋼(gang)管(guan)的(de)(de)溝(gou)狀腐蝕起因于MnS的(de)(de)理由。
作為耐溝狀腐蝕電焊鋼管(guan)低(di)合金(jin)鋼的(de)添加(jia)元(yuan)素(su)，在他們所注意的(de)元(yuan)素(su)之中，效果(guo)(guo)大的(de)元(yuan)素(su)是(shi)與(yu)(yu)銅(tong)(tong)共存的(de)Sb、Ti、Cr;有效果(guo)(guo)的(de)元(yuan)素(su)是(shi)銅(tong)(tong)和與(yu)(yu)銅(tong)(tong)共存的(de)Zr;Nb、Sn、As即使(shi)與(yu)(yu)銅(tong)(tong)共存也沒有效果(guo)(guo)。硫(liu)是(shi)有害的(de)元(yuan)素(su)，特別(bie)是(shi)銅(tong)(tong)含量小于0.2%的(de)鋼中，隨著硫(liu)含量增加(jia)影響增大；可是(shi)當(dang)加(jia)入0.3%Cu時(shi)，硫(liu)含量小于0.03%時(shi)，硫(liu)不產生影響。
考慮添(tian)加(jia)(jia)銅是(shi)因(yin)為注意(yi)到(dao)銅在大氣腐蝕條件(jian)下(xia)能(neng)(neng)夠(gou)消(xiao)除硫對腐蝕惡劣(lie)影(ying)響(xiang)的(de)(de)Larrabee 學說或(huo)加(jia)(jia)藤研究組(zu)以前研究的(de)(de)銅對耐(nai)硫酸(suan)性的(de)(de)效果(guo)。并(bing)且，與銅共(gong)存的(de)(de)銻也能(neng)(neng)提(ti)高(gao)耐(nai)硫酸(suan)鋼的(de)(de)性能(neng)(neng)。鉻在海(hai)水環境中的(de)(de)使用(yong)，一般是(shi)為了提(ti)高(gao)耐(nai)蝕性。
Zr、Nb、Ti是和鋼中的(de)(de)硫(liu)(liu)形成(cheng)硫(liu)(liu)化物傾(qing)向很強的(de)(de)元素(su)，是為了(le)取代(dai)Mn以形成(cheng)穩定的(de)(de)硫(liu)(liu)化物而加入的(de)(de)。1963年金子等曾(ceng)經發(fa)表過(guo)形成(cheng)硫(liu)(liu)化物傾(qing)向元素(su)的(de)(de)順序(xu)是：Zr>Ti>Mn>Nb>V>Cr>Al>Mo>W>Fe>Ni>Co>Si.并(bing)且，在(zai)20世(shi)紀(ji)60年代(dai)前期（昭和30年代(dai)后期），人(ren)們把提高鋼鐵(tie)各種(zhong)(zhong)性能作為目(mu)的(de)(de)而進行(xing)過(guo)添(tian)加各種(zhong)(zhong)合(he)金元素(su)鋼的(de)(de)開發(fa)，那(nei)時曾(ceng)經使(shi)用已(yi)經普(pu)及的(de)(de)EPMA進行(xing)了(le)低合(he)金成(cheng)分系(xi)鋼的(de)(de)非金屬夾雜(za)物的(de)(de)鑒定，白巖等試驗向0.3%C-0.1%Mn-0.3%Si為基體的(de)(de)鋼中分別添(tian)加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(le)取代(dai)MnS生成(cheng)各添(tian)加元素(su)的(de)(de)硫(liu)(liu)化物。
為了防止MnS成(cheng)為孔蝕的起點，需要(yao)控制錳(meng)含量，或者添加其他的合金元(yuan)素降(jiang)低硫化(hua)物中的錳(meng)含量，或者轉變成(cheng)比MnS穩定的其他硫化(hua)物，這些方法(fa)已經在具有耐酸(suan)(suan)性的易切削(xue)不銹鋼上得到應用。Carpenter公司(si)通過降(jiang)低錳(meng)含量生(sheng)成(cheng)含鉻高的（Cr、Mn)S,Sandvik公司(si)通過加入鈦生(sheng)成(cheng)TiS的方法(fa)提高了耐酸(suan)(suan)性。
把上述方法最初利(li)用到提高電焊鋼(gang)管的(de)(de)(de)耐溝(gou)狀腐蝕性(xing)上的(de)(de)(de)是(shi)加藤等，據報告，Cu-Ti、Cu-Cr-Ti、Cu-Sb系(xi)的(de)(de)(de)低硫(liu)材料的(de)(de)(de)耐溝(gou)狀腐蝕性(xing)是(shi)通(tong)常電焊鋼(gang)管的(de)(de)(de)6~7倍。其(qi)中，低S-Cu-Ti系(xi)的(de)(de)(de)鋼(gang)種(zhong)以后(hou)作為新日(ri)鐵公司的(de)(de)(de)耐溝(gou)狀腐蝕鋼(gang)管實現了(le)產品化(hua)。
進(jin)(jin)入20世紀70年(nian)(nian)代（昭和50年(nian)(nian)代）后，溝(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕(shi)發生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)頻繁程度越來越引(yin)起人們的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關注，各鋼(gang)(gang)鐵公司進(jin)(jin)行了(le)事例調查、發生(sheng)原因的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研討和對(dui)(dui)策(ce)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)發等。腐(fu)(fu)蝕(shi)率非常大是(shi)溝(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一個特征，根據事例的(de)(de)(de)(de)(de)(de)總結報告,有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)例子是(shi)10mm/a或者更(geng)高，13mm/a的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)率非常普(pu)遍。產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)環(huan)境(jing)也涉及(ji)海水(shui)(shui)、鹽(yan)水(shui)(shui)、循環(huan)冷卻水(shui)(shui)、工業(ye)用水(shui)(shui)、地下水(shui)(shui)、自來水(shui)(shui)等管道(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)內面(mian)、土(tu)壤(rang)埋(mai)設管道(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)外(wai)面(mian)、纏(chan)繞防露(lu)材(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)管道(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)外(wai)面(mian)（由于(yu)滲人的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結露(lu)水(shui)(shui)而潤濕）等許多(duo)方面(mian)，而且仍然處(chu)在產(chan)生(sheng)溝(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕(shi)環(huan)境(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)特異性不能(neng)定(ding)義(yi)，容易產(chan)生(sheng)溝(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)環(huan)境(jing)不能(neng)夠(gou)預知，不能(neng)夠(gou)制定(ding)相應對(dui)(dui)策(ce)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)狀(zhuang)(zhuang)況。
如(ru)圖5-1所示，溝狀腐蝕(shi)一(yi)種是(shi)沿(yan)著焊(han)(han)縫(feng)線呈一(yi)直(zhi)線生(sheng)成的(de)(de)類型，另一(yi)種是(shi)銹(xiu)瘤在(zai)焊(han)(han)縫(feng)的(de)(de)位置形(xing)成在(zai)其下面被(bei)侵蝕(shi)時，由(you)(you)于焊(han)(han)縫(feng)部侵蝕(shi)特別深，沿(yan)著銹(xiu)瘤分(fen)布(bu)不連續生(sheng)成的(de)(de)類型。不管哪一(yi)種類型都反映出是(shi)宏觀電(dian)(dian)池引起(qi)的(de)(de)腐蝕(shi)，已經(jing)證明在(zai)像海水(shui)或(huo)鹽水(shui)那樣電(dian)(dian)導(dao)率高的(de)(de)環境中侵蝕(shi)加快，在(zai)工(gong)業(ye)用(yong)水(shui)或(huo)自來(lai)水(shui)等(deng)電(dian)(dian)導(dao)率低(di)的(de)(de)環境中侵蝕(shi)減慢。即使在(zai)后者(zhe)的(de)(de)場合(he)，由(you)(you)于腐蝕(shi)率只能上(shang)(shang)升到(dao)1mm/a程度或(huo)者(zhe)以(yi)上(shang)(shang)，所以(yi)也不一(yi)定是(shi)電(dian)(dian)導(dao)率越低(di)越好。
當然，溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)并不(bu)(bu)一定(ding)會發生(sheng)。溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)到底是發生(sheng)在(zai)(zai)環境(jing)條(tiao)(tiao)件(jian)強的(de)(de)(de)場合，還(huan)是由(you)于(yu)微妙的(de)(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)條(tiao)(tiao)件(jian)發生(sheng)在(zai)(zai)材料(liao)敏感性(xing)大的(de)(de)(de)場合，尚(shang)不(bu)(bu)清(qing)楚。正村等通(tong)過恒電位電解(jie)的(de)(de)(de)方法，確立了用(yong)1周時(shi)間(jian)能(neng)夠再現溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)試驗方法,就(jiu)(jiu)是把焊縫(feng)部的(de)(de)(de)侵蝕(shi)(shi)深度(du)和周圍母材的(de)(de)(de)侵蝕(shi)(shi)深度(du)的(de)(de)(de)比設定(ding)為溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)系數(shu)α,將該方法用(yong)于(yu)硫含量、制(zhi)管(guan)機(ji)和有無在(zai)(zai)線(xian)退火裝置等不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)生(sheng)產條(tiao)(tiao)件(jian)下，每種(zhong)條(tiao)(tiao)件(jian)下采用(yong)50批以上的(de)(de)(de)材料(liao)，α是1.1~1.4,結果是所有的(de)(de)(de)試驗材料(liao)或(huo)多或(huo)少都存(cun)在(zai)(zai)溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)敏感性(xing)。就(jiu)(jiu)是說，在(zai)(zai)當時(shi)的(de)(de)(de)電焊鋼管(guan)的(de)(de)(de)生(sheng)產條(tiao)(tiao)件(jian)范圍內(nei)即使控制(zhi)條(tiao)(tiao)件(jian)也不(bu)(bu)能(neng)避免溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。
溝狀(zhuang)腐蝕發(fa)生的(de)起因是(shi)由(you)于急冷(leng)(leng)MnS沒能充分析出和長大(da)，所(suo)以熱(re)處理（退(tui)(tui)火(huo)、正火(huo)）應該是(shi)有效的(de)。事實上(shang)，如果(guo)(guo)在900℃以上(shang)經30min熱(re)處理進行空冷(leng)(leng)，就不(bu)會產生溝狀(zhuang)腐蝕，或者(zhe)即便處理時(shi)間比這(zhe)短，也能降低敏感性，其(qi)效果(guo)(guo)是(shi)硫含量越(yue)低則越(yue)大(da)，可是(shi)由(you)于設置在電(dian)焊鋼管生產設備上(shang)的(de)后(hou)置退(tui)(tui)火(huo)裝置（焊縫退(tui)(tui)火(huo)裝置）加熱(re)時(shi)間短，雖然有效果(guo)(guo)但不(bu)明顯。
還有(you)(you)一種在(zai)高溫(wen)下鍛接制成的(de)焊(han)接鋼(gang)(gang)管(guan)，因(yin)為冷卻速(su)度慢，所以(yi)(yi)在(zai)焊(han)接部(bu)發生(sheng)的(de)局部(bu)腐蝕比電(dian)焊(han)鋼(gang)(gang)管(guan)顯(xian)著減輕，實踐證(zheng)明，這(zhe)種焊(han)管(guan)在(zai)實際(ji)應用(yong)上幾乎沒有(you)(you)問(wen)題,因(yin)此推薦(jian)使(shi)用(yong)這(zhe)種鋼(gang)(gang)管(guan)。可是由于尺寸被限(xian)制在(zai)100A以(yi)(yi)下，而在(zai)125A以(yi)(yi)上仍需要電(dian)焊(han)鋼(gang)(gang)管(guan)。鍍鋅鋼(gang)(gang)管(guan)通過(guo)對(dui)鍍層(ceng)的(de)消(xiao)耗可延長(chang)使(shi)用(yong)壽(shou)命，然而在(zai)日本(ben)由于水是軟質的(de)，鍍層(ceng)消(xiao)耗很(hen)快(kuai)，雖(sui)然能夠延長(chang)平均使(shi)用(yong)壽(shou)命，但是也有(you)(you)1~3年(nian)溝狀(zhuang)腐蝕穿透(tou)的(de)例子，所以(yi)(yi)目前還沒有(you)(you)很(hen)好(hao)的(de)解決措(cuo)施。
因此(ci)人們對能夠降低或(huo)者(zhe)抑(yi)制溝狀腐蝕敏感性的低合金成分的組成進行了種(zhong)種(zhong)研(yan)究(jiu)。除(chu)了上述加藤等認為有效(xiao)的元(yuan)素外，還發表了Nb、Y、Al、Mo、Ni,并且在與銅共(gong)存時，Ni、REM、Ca等是(shi)有效(xiao)元(yuan)素。
1980~1981年（昭(zhao)和55~56年），4家公(gong)司生產(chan)的耐溝狀(zhuang)腐蝕電焊鋼(gang)管(guan)開始銷售。研究思路大體(ti)相同，即降低(di)硫含量。但是(shi)只用這些(xie)方法是(shi)不(bu)充分的，即使(shi)經(jing)過(guo)熱處理也(ye)殘留敏感性。雖然加入0.1%~0.3%Cu也(ye)是(shi)必(bi)需的，可(ke)是(shi)低(di)S-Cu鋼(gang)仍有敏感性,需要進(jin)一步進(jin)行熱處理或(huo)(huo)加入另(ling)外的合金元素，或(huo)(huo)者可(ke)以兩種(zhong)方法同時采用。
表5-1給出(chu)了各(ge)公司(si)生產(chan)(chan)的耐(nai)溝狀(zhuang)腐(fu)蝕鋼管的成(cheng)分(fen)標準(zhun)表中所列成(cheng)分(fen)均是(shi)根據上述考慮(lv)而(er)設計的。由于產(chan)(chan)品不同(tong)，可以進行熱處(chu)理。
產品列于JISG 3452(管道用(yong)碳(tan)素鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管）的黑管及(ji)(ji)鍍鋅鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管和JIS G 3454(壓力(li)管道用(yong)碳(tan)素鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管）的黑管及(ji)(ji)鍍鋅鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管的標準(zhun)內，可以(yi)提供(gong)的尺寸(cun)前(qian)者是(shi)125~500A,后者是(shi)20~600A(15A、650A根據協(xie)商生產）。前(qian)者中沒有可以(yi)使用(yong)鍛(duan)接鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管的100A以(yi)下的產品。
從1980年(nian)（昭和(he)50年(nian)代的(de)(de)中期）起，水管(guan)道用(yong)(yong)的(de)(de)黑管(guan)及鍍鋅鋼(gang)管(guan)一般已經使用(yong)(yong)了耐(nai)溝狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕鋼(gang)管(guan)（由(you)于(yu)尺寸(cun)所限 使用(yong)(yong)鍛(duan)接鋼(gang)管(guan)）。日(ri)本水道鋼(gang)管(guan)協會認為，耐(nai)溝狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕電(dian)焊鋼(gang)管(guan)的(de)(de)耐(nai)溝狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕性是傳統電(dian)焊鋼(gang)管(guan)的(de)(de)10倍(bei)。各(ge)公司就耐(nai)溝狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕鋼(gang)的(de)(de)同類產(chan)品在文獻上發表了各(ge)自的(de)(de)試驗結果,結論是敏感(gan)性為零或者非常小。
這些產品銷(xiao)售以來，耐(nai)溝狀腐(fu)蝕電(dian)焊鋼管的溝狀腐(fu)蝕事例一(yi)件也(ye)(ye)沒(mei)有報(bao)道過，作者所知道的情報(bao)中(zhong)也(ye)(ye)沒(mei)有。在建設省的機(ji)械設備工程施工管理指南（平成(cheng)元年(nian)版）中(zhong)，也(ye)(ye)記載著耐(nai)溝狀腐(fu)蝕電(dian)焊鋼管。
