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)海水和工業用水以及各種水的管道中，焊(han)(han)縫部位迅速腐(fu)蝕(shi)(shi)成溝狀的事(shi)例從1965年（昭和40年）起已經(jing)引(yin)人注(zhu)目(mu)。這(zhe)種腐(fu)蝕(shi)(shi)被稱(cheng)為電焊(han)(han)鋼管溝狀腐(fu)蝕(shi)(shi)或者簡稱(cheng)為溝蝕(shi)(shi)。圖5-1中給出(chu)了(le)溝蝕(shi)(shi)的照片。
這種(zhong)溝狀腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)報導(dao)在(zai)日(ri)(ri)本以外(wai)幾(ji)乎沒(mei)有發表(biao)過，給人的(de)印(yin)象好像是日(ri)(ri)本特(te)有的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)，可(ke)實(shi)際決非如此。但(dan)是，可(ke)以認為(wei)日(ri)(ri)本以外(wai)的(de)許多(duo)地區(qu)由(you)于淡水的(de)硬度高，飽和指數是正(zheng)值在(zai)管(guan)內(nei)表(biao)面上生(sheng)成(cheng)了包覆(fu)層(ceng)，由(you)水引起的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)與日(ri)(ri)本相比(bi)(bi)不(bu)嚴重，或者(zhe)在(zai)海水管(guan)道上使(shi)用電焊鋼管(guan)（黑管(guan)、鍍鋅鋼管(guan)）的(de)比(bi)(bi)率低(di)，可(ke)能因(yin)為(wei)這些原因(yin)溝狀腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)發生(sheng)頻度比(bi)(bi)日(ri)(ri)本低(di)。
1983年（昭和58年）美(mei)國(guo) Heitmann(Inland Steel 公司）等(deng)在ASM主辦的(de)(de)關于高(gao)強度鋼(gang)技術(shu)和應(ying)用國(guo)際會議上(shang)，根據把電焊鋼(gang)管作(zuo)為(wei)原油或天(tian)然氣配管在海上(shang)設備或收集系統(tong)上(shang)使(shi)用時出(chu)(chu)現的(de)(de)問題，提出(chu)(chu)了(le)(le)溝狀腐(fu)(fu)蝕，并論述(shu)了(le)(le)其原因和可選擇的(de)(de)相(xiang)應(ying)鋼(gang)種，在其緒(xu)言中敘述(shu)的(de)(de)溝狀腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)研究幾乎都是在日(ri)本(ben)進行的(de)(de)。
因(yin)為和電焊鋼(gang)管(guan)沒有關系也(ye)存(cun)在著由于各種(zhong)原因(yin)使腐蝕(shi)形狀成為溝(gou)(gou)狀的(de)(de)腐蝕(shi)，所以把本(ben)書使用(yong)的(de)(de)溝(gou)(gou)狀腐蝕(shi)稱為電焊鋼(gang)管(guan)焊縫部的(de)(de)溝(gou)(gou)狀腐蝕(shi)是正確的(de)(de)，以下簡(jian)稱為溝(gou)(gou)狀腐蝕(shi)。雖(sui)然(ran)日本(ben)進行過很(hen)(hen)多研究，可是有關這方面的(de)(de)日本(ben)以外的(de)(de)報道卻很(hen)(hen)少。
就筆者所(suo)知，關于電焊鋼(gang)管溝(gou)狀腐蝕(shi)的(de)(de)最初歸納的(de)(de)文獻(xian)是由新(xin)日鐵公(gong)司的(de)(de)門智等完成(cheng)的(de)(de)［1973年(nian)（昭和(he)48年(nian)）］。該文敘述了腐蝕(shi)事例和(he)他們(men)開發的(de)(de)Cu-Ti系(xi)及(ji)Cu-Ti-Cr 系(xi)相應鋼(gang)的(de)(de)優秀特性.當時(shi)已經推(tui)測到(dao)，在鋼(gang)管焊縫部位由于焊接時(shi)的(de)(de)滾壓，在鋼(gang)管內外所(suo)發生(sheng)的(de)(de)金屬塑(su)性變(bian)(bian)形，為(wei)了精加(jia)工(gong)通過切(qie)削除去(qu)焊道，使沿著塑(su)性變(bian)(bian)形區(qu)存在的(de)(de)非金屬夾雜物(wu)露在表面(mian)，由于急冷變(bian)(bian)成(cheng)不穩(wen)定(ding)或呈活(huo)性的(de)(de)MnS而成(cheng)為(wei)孔蝕(shi)的(de)(de)起點，開始溝(gou)狀腐蝕(shi)。
第2年即1974年（昭和49年），加(jia)藤、乙黑及門通(tong)過MnS附近發生腐蝕的(de)(de)(de)(de)顯微(wei)觀察，證實(shi)(shi)了焊縫(feng)部(bu)位的(de)(de)(de)(de)MnS對溝狀腐蝕的(de)(de)(de)(de)破壞作用是(shi)因(yin)為焊縫(feng)焊接急(ji)(ji)冷(leng)時(shi)在MnS的(de)(de)(de)(de)周圍同時(shi)產生了容易形成陽極(ji)的(de)(de)(de)(de)硫的(de)(de)(de)(de)偏(pian)(pian)(pian)聚(ju)區。他們于1976年試驗片所(suo)研究的(de)(de)(de)(de)急(ji)(ji)熱、急(ji)(ji)冷(leng)處理(li)對MnS的(de)(de)(de)(de)局部(bu)腐蝕影響的(de)(de)(de)(de)結果。實(shi)(shi)驗證明了在高溫，特別是(shi)在1400℃以上急(ji)(ji)熱、急(ji)(ji)冷(leng)的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)MnS在其周圍有(you)硫的(de)(de)(de)(de)偏(pian)(pian)(pian)聚(ju)區，這樣的(de)(de)(de)(de)偏(pian)(pian)(pian)聚(ju)區變成為陽極(ji)，開(kai)始局部(bu)腐蝕。
有關MnS腐(fu)蝕(shi)(shi)研究的(de)(de)歷史或加藤等的(de)(de)上述研究的(de)(de)詳(xiang)細內(nei)容，將在5.2.1節進行敘(xu)述。然(ran)而(er)通過加藤等的(de)(de)研究搞清楚了(le)電焊鋼(gang)管的(de)(de)溝狀腐(fu)蝕(shi)(shi)起因于MnS的(de)(de)理由。
作為耐溝狀腐蝕電焊鋼(gang)(gang)管低合金鋼(gang)(gang)的(de)(de)添(tian)加元(yuan)(yuan)素(su)，在他們(men)所注意的(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)之(zhi)中(zhong)，效果(guo)大(da)(da)的(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)是(shi)與銅共存(cun)(cun)的(de)(de)Sb、Ti、Cr;有(you)效果(guo)的(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)是(shi)銅和與銅共存(cun)(cun)的(de)(de)Zr;Nb、Sn、As即使與銅共存(cun)(cun)也沒有(you)效果(guo)。硫(liu)是(shi)有(you)害的(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)，特(te)別是(shi)銅含(han)量(liang)小(xiao)于(yu)0.2%的(de)(de)鋼(gang)(gang)中(zhong)，隨著(zhu)硫(liu)含(han)量(liang)增加影(ying)響增大(da)(da)；可是(shi)當加入0.3%Cu時，硫(liu)含(han)量(liang)小(xiao)于(yu)0.03%時，硫(liu)不產生影(ying)響。
考慮添加(jia)銅(tong)是因(yin)為注意到銅(tong)在大氣腐蝕條件下能夠消除硫對(dui)(dui)腐蝕惡(e)劣影響的Larrabee 學說(shuo)或加(jia)藤研究組以前研究的銅(tong)對(dui)(dui)耐硫酸性的效果(guo)。并(bing)且，與(yu)銅(tong)共存的銻也能提高耐硫酸鋼的性能。鉻在海水環境(jing)中的使(shi)用，一般是為了(le)提高耐蝕性。
Zr、Nb、Ti是和(he)鋼中的(de)硫形(xing)成(cheng)硫化(hua)(hua)物(wu)(wu)傾向很(hen)強(qiang)的(de)元(yuan)(yuan)素(su)，是為了取代(dai)Mn以形(xing)成(cheng)穩定的(de)硫化(hua)(hua)物(wu)(wu)而加(jia)入(ru)的(de)。1963年金(jin)子等(deng)曾經(jing)發(fa)表過(guo)形(xing)成(cheng)硫化(hua)(hua)物(wu)(wu)傾向元(yuan)(yuan)素(su)的(de)順序是：Zr>Ti>Mn>Nb>V>Cr>Al>Mo>W>Fe>Ni>Co>Si.并且，在20世紀(ji)60年代(dai)前期(qi)（昭和(he)30年代(dai)后期(qi)），人(ren)們把提高鋼鐵各(ge)種性能作為目的(de)而進行過(guo)添加(jia)各(ge)種合(he)金(jin)元(yuan)(yuan)素(su)鋼的(de)開發(fa)，那時曾經(jing)使用已經(jing)普及(ji)的(de)EPMA進行了低合(he)金(jin)成(cheng)分系鋼的(de)非金(jin)屬夾雜物(wu)(wu)的(de)鑒定，白巖等(deng)試驗向0.3%C-0.1%Mn-0.3%Si為基體(ti)的(de)鋼中分別添加(jia)Zr(0.04%)、Ti（0.03%)、La-Ce(0.02%)、Ca(0.02%)、V(0.03%)、Cr(0.1%)、Y（0.02%)等(deng)，并確(que)認了取代(dai)MnS生成(cheng)各(ge)添加(jia)元(yuan)(yuan)素(su)的(de)硫化(hua)(hua)物(wu)(wu)。
為了防止MnS成(cheng)(cheng)(cheng)為孔蝕(shi)的(de)(de)起點，需要(yao)控制(zhi)錳(meng)含(han)(han)量，或(huo)者添加其(qi)他(ta)(ta)的(de)(de)合金(jin)元素降(jiang)低硫(liu)化物中的(de)(de)錳(meng)含(han)(han)量，或(huo)者轉變(bian)成(cheng)(cheng)(cheng)比MnS穩(wen)定(ding)的(de)(de)其(qi)他(ta)(ta)硫(liu)化物，這些方(fang)法已經(jing)在(zai)具有(you)耐(nai)酸性的(de)(de)易(yi)切削不(bu)銹鋼(gang)上得到(dao)應(ying)用。Carpenter公司通過(guo)降(jiang)低錳(meng)含(han)(han)量生成(cheng)(cheng)(cheng)含(han)(han)鉻高的(de)(de)（Cr、Mn)S,Sandvik公司通過(guo)加入(ru)鈦生成(cheng)(cheng)(cheng)TiS的(de)(de)方(fang)法提高了耐(nai)酸性。
把上述方法最(zui)初(chu)利用到提高電(dian)焊(han)鋼管(guan)的耐溝狀腐(fu)(fu)蝕(shi)性上的是(shi)加(jia)藤(teng)等(deng)，據(ju)報告，Cu-Ti、Cu-Cr-Ti、Cu-Sb系的低硫材料的耐溝狀腐(fu)(fu)蝕(shi)性是(shi)通常(chang)電(dian)焊(han)鋼管(guan)的6~7倍。其中，低S-Cu-Ti系的鋼種(zhong)以(yi)后作為新日鐵公司的耐溝狀腐(fu)(fu)蝕(shi)鋼管(guan)實現(xian)了產品化。
進入20世紀70年(nian)代(dai)(dai)（昭(zhao)和(he)50年(nian)代(dai)(dai)）后，溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕發生(sheng)的(de)(de)(de)頻繁程度越來越引起人(ren)們(men)的(de)(de)(de)關(guan)注(zhu)，各鋼鐵公司進行了事例(li)調查、發生(sheng)原因(yin)的(de)(de)(de)研討和(he)對策鋼的(de)(de)(de)開發等。腐(fu)(fu)蝕率(lv)非常大(da)是(shi)溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)一個特征，根據事例(li)的(de)(de)(de)總結報(bao)告(gao),有的(de)(de)(de)例(li)子是(shi)10mm/a或者(zhe)更高，13mm/a的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕率(lv)非常普遍。產(chan)(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)環(huan)(huan)境(jing)也涉及(ji)海水、鹽水、循環(huan)(huan)冷卻水、工(gong)業用水、地下水、自來水等管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)內面、土壤埋設管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)外面、纏繞防露材的(de)(de)(de)水管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)外面（由(you)于滲人(ren)的(de)(de)(de)結露水而潤(run)濕）等許多方面，而且(qie)仍然處在(zai)產(chan)(chan)(chan)生(sheng)溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕環(huan)(huan)境(jing)的(de)(de)(de)特異性(xing)不能(neng)定義，容易產(chan)(chan)(chan)生(sheng)溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)環(huan)(huan)境(jing)不能(neng)夠(gou)預知，不能(neng)夠(gou)制(zhi)定相應對策的(de)(de)(de)狀況。
如圖5-1所示，溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)一(yi)種是(shi)沿著(zhu)焊縫線呈一(yi)直線生成的(de)類(lei)型，另一(yi)種是(shi)銹(xiu)瘤在(zai)(zai)焊縫的(de)位置形成在(zai)(zai)其下面(mian)被(bei)侵蝕(shi)時(shi)，由于(yu)焊縫部侵蝕(shi)特別深，沿著(zhu)銹(xiu)瘤分布不連續生成的(de)類(lei)型。不管哪一(yi)種類(lei)型都反(fan)映出是(shi)宏(hong)觀電(dian)池(chi)引(yin)起的(de)腐(fu)蝕(shi)，已經證(zheng)明在(zai)(zai)像(xiang)海水(shui)或鹽水(shui)那樣電(dian)導率(lv)高(gao)的(de)環(huan)境中侵蝕(shi)加(jia)快(kuai)，在(zai)(zai)工業用水(shui)或自來(lai)水(shui)等電(dian)導率(lv)低的(de)環(huan)境中侵蝕(shi)減慢。即使在(zai)(zai)后(hou)者(zhe)的(de)場(chang)合(he)，由于(yu)腐(fu)蝕(shi)率(lv)只能(neng)上升(sheng)到(dao)1mm/a程度或者(zhe)以上，所以也不一(yi)定是(shi)電(dian)導率(lv)越低越好。
當然，溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)并不(bu)(bu)一定會發(fa)生。溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)到底(di)是(shi)發(fa)生在(zai)(zai)(zai)環境條(tiao)件(jian)(jian)(jian)強的(de)(de)(de)(de)(de)(de)場合(he)(he)，還是(shi)由于微(wei)妙的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同條(tiao)件(jian)(jian)(jian)發(fa)生在(zai)(zai)(zai)材(cai)(cai)料(liao)敏感(gan)(gan)性大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)場合(he)(he)，尚不(bu)(bu)清楚。正村等(deng)通過恒(heng)電(dian)位電(dian)解的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)法，確立(li)了用(yong)(yong)1周(zhou)時間能夠再現溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)試驗(yan)方(fang)(fang)法,就(jiu)是(shi)把焊縫部的(de)(de)(de)(de)(de)(de)侵(qin)蝕(shi)(shi)深度和(he)周(zhou)圍(wei)母材(cai)(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)侵(qin)蝕(shi)(shi)深度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)比設定為溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)系數α,將該方(fang)(fang)法用(yong)(yong)于硫含量、制(zhi)管機和(he)有(you)(you)無在(zai)(zai)(zai)線退(tui)火裝置等(deng)不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生產條(tiao)件(jian)(jian)(jian)下，每種條(tiao)件(jian)(jian)(jian)下采用(yong)(yong)50批以上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)，α是(shi)1.1~1.4,結果是(shi)所有(you)(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)試驗(yan)材(cai)(cai)料(liao)或多或少都存在(zai)(zai)(zai)溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)敏感(gan)(gan)性。就(jiu)是(shi)說，在(zai)(zai)(zai)當時的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)焊鋼管的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生產條(tiao)件(jian)(jian)(jian)范圍(wei)內即使(shi)控制(zhi)條(tiao)件(jian)(jian)(jian)也不(bu)(bu)能避免溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)。
溝狀腐(fu)蝕發生(sheng)的起因(yin)是由于(yu)急冷MnS沒(mei)能充分析出(chu)和長大，所以熱處理（退火(huo)、正(zheng)火(huo)）應該(gai)是有(you)效(xiao)的。事實上，如果在900℃以上經30min熱處理進行空冷，就不會產(chan)生(sheng)溝狀腐(fu)蝕，或者即便處理時間比這短，也能降(jiang)低敏感性，其(qi)效(xiao)果是硫含量越低則越大，可(ke)是由于(yu)設置在電焊鋼管生(sheng)產(chan)設備上的后(hou)置退火(huo)裝(zhuang)置（焊縫退火(huo)裝(zhuang)置）加熱時間短，雖然有(you)效(xiao)果但不明顯(xian)。
還(huan)有一種(zhong)在(zai)(zai)高(gao)溫(wen)下鍛(duan)接(jie)制(zhi)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)鋼(gang)管(guan)，因為冷卻速度(du)慢，所以在(zai)(zai)焊(han)接(jie)部發生的(de)(de)(de)(de)(de)局部腐(fu)蝕比電焊(han)鋼(gang)管(guan)顯著(zhu)減輕，實踐證明，這種(zhong)焊(han)管(guan)在(zai)(zai)實際應用上幾乎沒有問題(ti),因此推(tui)薦使用這種(zhong)鋼(gang)管(guan)。可(ke)是由于(yu)尺寸被限(xian)制(zhi)在(zai)(zai)100A以下，而在(zai)(zai)125A以上仍需(xu)要電焊(han)鋼(gang)管(guan)。鍍鋅鋼(gang)管(guan)通過對鍍層的(de)(de)(de)(de)(de)消(xiao)耗(hao)可(ke)延(yan)長(chang)使用壽命，然而在(zai)(zai)日本由于(yu)水(shui)是軟質的(de)(de)(de)(de)(de)，鍍層消(xiao)耗(hao)很快(kuai)，雖然能夠延(yan)長(chang)平均使用壽命，但是也有1~3年溝(gou)狀腐(fu)蝕穿透的(de)(de)(de)(de)(de)例子(zi)，所以目前還(huan)沒有很好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)解決措(cuo)施。
因(yin)此人們對能夠降低或者(zhe)抑制溝狀腐蝕敏感(gan)性的低合金成分的組成進(jin)行了(le)種種研究(jiu)。除了(le)上述加(jia)藤等(deng)認(ren)為有(you)效的元素外，還(huan)發表了(le)Nb、Y、Al、Mo、Ni,并且在與銅共(gong)存時，Ni、REM、Ca等(deng)是(shi)有(you)效元素。
1980~1981年（昭和55~56年），4家(jia)公(gong)司生產的(de)耐溝狀腐蝕電焊鋼管(guan)開始銷售。研究(jiu)思路大體相同，即降(jiang)低硫含量。但是只用這些方法(fa)是不充分的(de)，即使經過熱處理也(ye)殘(can)留敏感性(xing)。雖然加(jia)入0.1%~0.3%Cu也(ye)是必(bi)需的(de)，可是低S-Cu鋼仍有(you)敏感性(xing),需要進一(yi)步進行熱處理或(huo)加(jia)入另外的(de)合金(jin)元素，或(huo)者可以兩種方法(fa)同時(shi)采用。
表5-1給出了各公司(si)生產的(de)耐(nai)溝狀腐蝕(shi)鋼管(guan)的(de)成分(fen)標(biao)準表中所列成分(fen)均是根據上述考慮(lv)而設(she)計的(de)。由(you)于產品不同(tong)，可以進行熱(re)處理。
產品列(lie)于JISG 3452(管(guan)(guan)道用(yong)(yong)碳素(su)鋼(gang)(gang)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)）的(de)黑(hei)管(guan)(guan)及鍍鋅鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)和JIS G 3454(壓力管(guan)(guan)道用(yong)(yong)碳素(su)鋼(gang)(gang)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)）的(de)黑(hei)管(guan)(guan)及鍍鋅鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)的(de)標準內，可以提供(gong)的(de)尺(chi)寸前者是(shi)125~500A,后者是(shi)20~600A(15A、650A根據協(xie)商生產）。前者中沒有可以使用(yong)(yong)鍛接(jie)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)的(de)100A以下的(de)產品。
從1980年（昭和50年代(dai)的(de)中期(qi)）起，水管(guan)(guan)(guan)道用的(de)黑(hei)管(guan)(guan)(guan)及鍍鋅鋼管(guan)(guan)(guan)一般已經使用了耐溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕鋼管(guan)(guan)(guan)（由于尺(chi)寸所限(xian) 使用鍛接鋼管(guan)(guan)(guan)）。日本水道鋼管(guan)(guan)(guan)協(xie)會認為，耐溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕電焊鋼管(guan)(guan)(guan)的(de)耐溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕性(xing)(xing)是(shi)傳統(tong)電焊鋼管(guan)(guan)(guan)的(de)10倍。各公司就耐溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕鋼的(de)同類產(chan)品在文獻上發表了各自的(de)試驗結果,結論(lun)是(shi)敏感性(xing)(xing)為零或者非(fei)常小。
這些產品(pin)銷售(shou)以來(lai)，耐溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐蝕電(dian)焊鋼管(guan)的溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐蝕事例一(yi)件(jian)也(ye)沒有(you)報道過(guo)，作者所知道的情報中也(ye)沒有(you)。在建(jian)設(she)(she)省的機械設(she)(she)備工(gong)程施(shi)工(gong)管(guan)理指南(nan)（平成元年版）中，也(ye)記載著耐溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐蝕電(dian)焊鋼管(guan)。
