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(昭和36年),日本為了(le)緩解船只擁擠問題制定了(le)港口修配緊(jin)急措施法,開始了(le)5年計(ji)劃。該5年計(ji)劃以(yi)(yi)后(hou)(hou)連續進行過(guo)6次,日本的(de)港口設(she)施的(de)儲備從1965年(昭和40年)之(zhi)后(hou)(hou)的(de)20年間增大了(le)3.5倍,所以(yi)(yi)說鋼鐵廠家對耐(nai)蝕(shi)鋼如此感興趣是理所當然(ran)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)家公司開發了(le)主(zhu)要提高飛濺帶耐(nai)(nai)蝕(shi)性的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)管樁、鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)樁.例如NKK公司于(yu)1967年(昭和42年)把(ba)標稱組成0.3%Cu-0.6%Cr-0.1%P系(xi)的(de)(de)NK瑪(ma)林鋼(gang)(gang)(gang)推(tui)向(xiang)市(shi)場。這(zhe)是490 MPa(50kg)級的(de)(de)高強度鋼(gang)(gang)(gang),主(zhu)要把(ba)提高飛濺帶的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性作為自的(de)(de)。由于(yu)含有Cr,這(zhe)種鋼(gang)(gang)(gang)在海水中、在一定程度上比碳素鋼(gang)(gang)(gang)腐蝕(shi)小,局部(bu)腐蝕(shi)也(ye)小,焊(han)接性、焊(han)接部(bu)的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性也(ye)良好。
這(zhe)些用日本技術生產的(de)(de)耐(nai)海水鋼是(shi)Cu-Cr-P系、Cu-Cr-Al-P系、Cu-Cr-Mo系等(deng),其(qi)特征是(shi)主要元(yuan)素(su)不含(han)有Ni,為了提高耐(nai)蝕性而(er)含(han)有Cr。這(zhe)和U.S.Steel公司積(ji)極地(di)把Cr除(chu)外大(da)不相同(tong)。然而(er),各公司在(zai)實際環境下的(de)(de)腐蝕試驗結果表明,這(zhe)些含(han)鉻的(de)(de)低合金鋼在(zai)海水飛濺帶的(de)(de)耐(nai)蝕性良(liang)好。這(zhe)一結果在(zai)下面所敘述的(de)(de)耐(nai)海水鋼耐(nai)蝕性調查委(wei)員(yuan)會的(de)(de)試驗中(zhong)也得(de)到(dao)了證實。
該(gai)委員會由運輸省港(gang)(gang)(gang)口(kou)局(ju)、運輸省港(gang)(gang)(gang)口(kou)技術研究所、各鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵廠家(jia)組(zu)成,為了(le)研究耐海水(shui)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性,從1965年(nian)(nian)起(qi)6~8年(nian)(nian)間,各公(gong)(gong)司(si)的(de)(de)(de)材料·用加工成H型鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)形(xing)狀的(de)(de)(de)試(shi)驗材,在(zai)新瀉港(gang)(gang)(gang)及(ji)京濱(bin)地(di)區的(de)(de)(de)海域進行了(le)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)試(shi)驗。該(gai)報告書雖然沒有公(gong)(gong)開(kai)發表,可是在(zai)運輸省港(gang)(gang)(gang)口(kou)局(ju)主編的(de)(de)(de)“港(gang)(gang)(gang)口(kou)設(she)施的(de)(de)(de)技術基準·同解(jie)(jie)說(shuo)”(1979年(nian)(nian)刊)被(bei)(bei)引用。在(zai)附(fu)加的(de)(de)(de)解(jie)(jie)說(shuo)中(zhong)說(shuo)“在(zai)飛濺帶的(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(耐海水(shui)試(shi)制鋼(gang)(gang)(gang)(gang))的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速度,耐蝕(shi)(shi)性好的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)是碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)1/2,它是Cu含(han)量0.3%、Cr含(han)量約0.6%、P含(han)量約0.1%的(de)(de)(de)含(han)銅(tong)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。”并規定了(le)“腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)率足夠(gou)的(de)(de)(de)場合,可以(yi)不采用防(fang)蝕(shi)(shi)法”,Cu-Cr-P系在(zai)飛濺帶良好的(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性已被(bei)(bei)第三者承認。這種成分的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)可以(yi)說(shuo)是用鉻(ge)取代了(le)MARINER鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)鎳的(de)(de)(de)化學組(zu)成,鞏(gong)固了(le)在(zai)鉻(ge)耐海水(shui)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)地(di)位。
20世紀60年(nian)代(dai)后(hou)半期(昭和40年(nian)代(dai)前半期)世界上對海(hai)洋(yang)(yang)的(de)開發(fa)(fa)重視起來。這時海(hai)洋(yang)(yang)開發(fa)(fa)的(de)實體(ti)雖然還不一定明(ming)確,可是為尋求海(hai)洋(yang)(yang)資源或海(hai)洋(yang)(yang)空間,以(yi)石油挖掘裝置、海(hai)中作業(ye)基地、海(hai)洋(yang)(yang)發(fa)(fa)電廠、人工島(dao)、浮標(biao)等為代(dai)表(biao),來自(zi)重工業(ye)對耐蝕(shi)鋼(gang)的(de)期待已寄托(tuo)于鋼(gang)鐵廠家(jia),而且港口、碼頭也顯示出大型化的(de)傾向(xiang),這對鋼(gang)材的(de)力學性(xing)能、焊接性(xing)、耐蝕(shi)性(xing)也有了更高(gao)的(de)要求。
伴隨著(zhu)這種(zhong)動向,以(yi)飛濺帶(dai)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)作為中心,以(yi)前因(yin)含磷限(xian)制了焊(han)接(jie)(jie)性(xing)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)海水鋼已不能滿足需求,故現需要具(ju)有(you)耐(nai)蝕(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)結(jie)構用耐(nai)海水鋼。因(yin)此(ci)各鋼鐵公司通過降低(di)磷提高焊(han)接(jie)(jie)性(xing),添加以(yi)鉻為主(zhu)的(de)(de)(de)(de)合(he)金(jin)元素開發了在(zai)海水中具(ju)有(you)耐(nai)蝕(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)鋼材。
我認為最(zui)初市售的(de)(de)鋼種(zhong)(zhong)是NKK的(de)(de)“瑪林50(マリン50)”[1970年(昭和45年)]。這種(zhong)(zhong)耐(nai)海水鋼具(ju)有0.35%Cu-0.6%Cr-0.45%Al的(de)(de)化學(xue)組成,是把前節所敘述的(de)(de)Hudson等的(de)(de)試驗(yan)結(jie)果中Cr+Al對海水的(de)(de)耐(nai)蝕性實用化的(de)(de)鋼種(zhong)(zhong)。
為Hudson等(deng)的(de)研(yan)究提供Cr-Al系鋼(gang)材的(de)是(shi)(shi)法國Pompey公(gong)司的(de)E.Herzog,然而NKK于(yu)1965年(昭和40年)與該公(gong)司簽訂了關于(yu)Cr-Al系的(de)APS鋼(gang)(8種鋼(gang))的(de)生產的(de)技術合作。這項合作的(de)目的(de)不(bu)是(shi)(shi)耐(nai)(nai)海水鋼(gang),而是(shi)(shi)對不(bu)同(tong)鋼(gang)種含(han)有2%~6.5%Cr的(de)低合金(jin)不(bu)銹鋼(gang)的(de)耐(nai)(nai)硝酸(suan)鹽(yan)應力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)裂紋(wen)性(xing)(xing)、耐(nai)(nai)硫(liu)化物應力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)裂紋(wen)性(xing)(xing)、砂糖設(she)備(bei)中(zhong)的(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)等(deng)感興趣。可是(shi)(shi)APS鋼(gang)中(zhong)有Cr-AI系的(de)耐(nai)(nai)海水腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)鋼(gang),所以(yi)對鉻或鋁的(de)效果比較(jiao)關心。可是(shi)(shi)這種鋼(gang)含(han)4%Cr-0.8%Al(APS25),從成(cheng)本,焊(han)接性(xing)(xing)來看不(bu)適合開發(fa)(fa),所以(yi)重新開發(fa)(fa)了更(geng)低合金(jin)系的(de)Cu-Cr-A1鋼(gang)。另外,不(bu)管Cr-Al系有促進(jin)局部(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)作用的(de) Hudson的(de)研(yan)究結(jie)(jie)果,Pompey 公(gong)司在Kure Beach進(jin)行了46個月的(de)海水浸(jin)泡試驗,其結(jie)(jie)果表明,單純(chun)3.5%Cr鋼(gang)與碳(tan)素鋼(gang)相(xiang)比,最(zui)大腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)深(shen)度相(xiang)同(tong),平均(jun)孔(kong)(kong)蝕(shi)深(shen)度是(shi)(shi)1.65倍,相(xiang)反APS 25最(zui)大腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)深(shen)度是(shi)(shi)1/3弱(ruo),平均(jun)孔(kong)(kong)蝕(shi)深(shen)度是(shi)(shi)1/2弱(ruo)。平均(jun)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)率(lv)約為碳(tan)素鋼(gang)的(de)43%.
在開發更低(di)合金的鉻系(xi)耐(nai)海(hai)水鋼(gang)時,當然,減小局(ju)部腐蝕(孔蝕)的敏感性(xing)是(shi)(shi)一個開發目的,并(bing)且(qie),為(wei)了應付焊接部的電位腐蝕,慎重地研究了焊接材(cai)料,進(jin)行了實際海(hai)水中的試驗(yan)。在1970年(昭(zhao)和45年)銷售開始時的技(ji)術資料上(shang)給出了靜(jing)岡(gang)縣(xian)清水造船廠岸(an)壁(bi)上(shang)長尺(chi)材(cai)的3年的結果。這種鋼(gang)與碳(tan)素鋼(gang)相比,耐(nai)蝕性(xing)在海(hai)水飛濺帶是(shi)(shi)2~3倍,在全浸帶是(shi)(shi)1.7~2倍。
當(dang)然,各鋼(gang)(gang)鐵公司都開(kai)發了(le)具有海(hai)(hai)水中(zhong)(zhong)耐(nai)蝕性和(he)(he)焊接(jie)性的(de)耐(nai)海(hai)(hai)水鋼(gang)(gang)。在這些鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong),既有海(hai)(hai)中(zhong)(zhong)用的(de)也有海(hai)(hai)中(zhong)(zhong)和(he)(he)飛濺帶兩用的(de)。把磷降低(di)到和(he)(he)通常(chang)焊接(jie)結構鋼(gang)(gang)的(de)同等(deng)程(cheng)度,海(hai)(hai)中(zhong)(zhong)和(he)(he)飛濺帶兩用的(de)鋼(gang)(gang)加入銅(tong)和(he)(he)1%Cr,海(hai)(hai)中(zhong)(zhong)用的(de)鋼(gang)(gang)多數定為(wei)1%Cr。因鋼(gang)(gang)種而(er)異最大是3%Cr,并且為(wei)了(le)抑制局部腐蝕有添加了(le)少量(liang)鉬(mu)或鎳的(de)鋼(gang)(gang)種,或者為(wei)了(le)提高(gao)耐(nai)蝕性也有加人(ren)了(le)其(qi)他的(de)合金元素的(de)鋼(gang)(gang)種。
這些鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)種(zhong)的(de)開發,到(dao)1970年代初期(昭和46~47年)基本結束,各(ge)公(gong)司開始生(sheng)產銷售。表(biao)(biao)3-2示出(chu)了日(ri)本現在(zai)正(zheng)在(zai)生(sheng)產的(de)耐海水鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。1973年出(chu)版的(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)材俱樂(le)部的(de)“關(guan)于鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)材的(de)腐蝕防蝕的(de)資料(liao)”中,用表(biao)(biao)給(gei)出(chu)的(de)“日(ri)本國內(nei)各(ge)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)鐵公(gong)司的(de)耐海水鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)規(gui)格”常(chang)常(chang)被引用,表(biao)(biao)3-2是以此(ci)為基礎參(can)考(kao)文獻追加(jia)了以后的(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)種(zhong)制(zhi)成的(de)。與(yu)耐候鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)不(bu)同成分系相當多,還沒有成為JIS標準。
圖3-1及圖3-2示(shi)出了從1976年(昭(zhao)和51年)到最近日本(ben)耐(nai)海水鋼的(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)量(liang)(liang)(liang)(liang)、日本(ben)國(guo)(guo)內使(shi)(shi)用(yong)量(liang)(liang)(liang)(liang)使(shi)(shi)用(yong)用(yong)途的(de)預測。這期間的(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)量(liang)(liang)(liang)(liang)平(ping)均(jun)(jun)是7178t,日本(ben)國(guo)(guo)內使(shi)(shi)用(yong)量(liang)(liang)(liang)(liang)平(ping)均(jun)(jun)是2382t.日本(ben)國(guo)(guo)內消耗量(liang)(liang)(liang)(liang)土木用(yong)量(liang)(liang)(liang)(liang)1992年(平(ping)成(cheng)4年)是2905t,1986年(昭(zhao)和61年)是1652t,1978年是1340t,雖然超(chao)過了1000t,可是17年的(de)平(ping)均(jun)(jun)值只不過515t/年,生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)量(liang)(liang)(liang)(liang)、使(shi)(shi)用(yong)量(liang)(liang)(liang)(liang)都非(fei)常少(shao)。500t的(de)重量(liang)(liang)(liang)(liang)相當于長20m的(de)鋼板(ban)樁約100根,換算成(cheng)岸壁長度僅有(you)數100m以下的(de)工程量(liang)(liang)(liang)(liang)。
盡管(guan)港(gang)口(kou)維(wei)修及在臨海地帶(dai)填海造地盛行(xing),可是(shi)作(zuo)為護岸用(yong)的(de)(de)鋼(gang)樁幾(ji)乎不(bu)(bu)采(cai)用(yong)耐海水鋼(gang)。其理由雖(sui)然不(bu)(bu)清楚(chu),然而(er)可能是(shi)因(yin)(yin)為對防(fang)蝕(shi)不(bu)(bu)太關心沒有采(cai)取任何防(fang)蝕(shi)措施的(de)(de)占(zhan)多(duo)數,即(ji)使關心也可能是(shi)飛濺帶(dai)的(de)(de)耐蝕(shi)性只是(shi)碳素鋼(gang)2倍的(de)(de)性能沒有吸引(yin)力等(deng)原因(yin)(yin)。
由(you)于(yu)港口設(she)(she)(she)(she)施處于(yu)劇(ju)烈的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)環境,如(ru)(ru)果(guo)防蝕(shi)(shi)不充分的(de)(de)話則腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)嚴重。在1986年(昭和61年),運輸省(sheng)港口局歸(gui)納的(de)(de)港口設(she)(she)(she)(she)施的(de)(de)劣化狀況調(diao)查(cha)結(jie)(jie)果(guo)示于(yu)表(biao)3-3。就(jiu)(jiu)是說(shuo),在5年之內(nei)需(xu)要進行(xing)維(wei)修(xiu)作業的(de)(de)設(she)(she)(she)(she)施數(shu),鋼(gang)結(jie)(jie)構(gou)體(ti)(ti)(ti)有642個設(she)(she)(she)(she)施(占全(quan)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)17.9%),混(hun)凝土結(jie)(jie)構(gou)體(ti)(ti)(ti)有245個設(she)(she)(she)(she)施(占全(quan)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)35%)。在6~10該表(biao)中記有“防蝕(shi)(shi)”的(de)(de)設(she)(she)(she)(she)施,如(ru)(ru)果(guo)設(she)(she)(she)(she)施適當地進行(xing)防蝕(shi)(shi)就(jiu)(jiu)能(neng)夠很好地保(bao)存下來。設(she)(she)(she)(she)施需(xu)要“全(quan)面改(gai)修(xiu)”、“加(jia)固(gu)”的(de)(de)原因,不一定全(quan)是腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)造(zao)成的(de)(de),然而腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)卻是最(zui)大的(de)(de)因素(su),如(ru)(ru)果(guo)放置下去(qu),隨著時間的(de)(de)增長(chang)只用防蝕(shi)(shi)也不能(neng)解決問題,所(suo)以防蝕(shi)(shi)的(de)(de)對(dui)(dui)象(xiang)(xiang)將(jiang)會減(jian)少,而全(quan)面改(gai)修(xiu)或加(jia)固(gu)的(de)(de)對(dui)(dui)象(xiang)(xiang)數(shu)將(jiang)會增加(jia)。
道路、港(gang)口、橋梁(liang)這(zhe)一(yi)類(lei)的(de)(de)(de)公(gong)(gong)共設(she)施是一(yi)國(guo)活(huo)力的(de)(de)(de)基礎,它的(de)(de)(de)建(jian)設(she)和維(wei)護(hu)管理(li),對保持活(huo)躍的(de)(de)(de)經濟活(huo)動和富裕社會的(de)(de)(de)延續、發展是不可缺少的(de)(de)(de)。如果忽視了這(zhe)一(yi)問題,將會招來前述(2.2.3節)的(de)(de)(de)《荒廢中的(de)(de)(de)美國(guo)》一(yi)書中所(suo)介紹的(de)(de)(de)那樣的(de)(de)(de)后果。日本的(de)(de)(de)公(gong)(gong)共設(she)施配(pei)備(bei)正(zheng)規(gui)化的(de)(de)(de)時間是在(zai)1950年代(dai)后期(昭(zhao)和30年代(dai)前期),與美國(guo)等國(guo)家(jia)相比(bi),由于相關的(de)(de)(de)結構體使用年限(xian)比(bi)較短,由腐蝕(shi)等引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)損傷還不明顯(xian),港(gang)口設(she)施的(de)(de)(de)老化需(xu)經過(guo)25年才(cai)開始顯(xian)現出來。
直到港口設施(shi)的(de)(de)(de)(de)防(fang)蝕強(qiang)化成為最關注(zhu)的(de)(de)(de)(de)問題,耐海水鋼才會有(you)應用(yong)發(fa)展的(de)(de)(de)(de)機會,可是(shi)現(xian)(xian)在還沒有(you)實現(xian)(xian)。綜(zong)合防(fang)蝕的(de)(de)(de)(de)重要性和(he)經濟性的(de)(de)(de)(de)結論是(shi)耐海水鋼不(bu)僅防(fang)蝕性能(neng)而且使用(yong)壽(shou)命(ming)不(bu)夠,所以采用(yong)了鋼鐵(tie)公司用(yong)另一種途徑(jing)開(kai)發(fa)的(de)(de)(de)(de)包覆(fu)聚乙烯或(huo)聚氨(an)酯的(de)(de)(de)(de)具(ju)有(you)數(shu)十年壽(shou)命(ming)的(de)(de)(de)(de)防(fang)蝕樁(zhuang)或(huo)板樁(zhuang)。還開(kai)發(fa)了在現(xian)(xian)場施(shi)工(gong)的(de)(de)(de)(de)石蠟油或(huo)環氧樹脂(zhi)包覆(fu)的(de)(de)(de)(de)加工(gong)法,已在新設或(huo)原有(you)的(de)(de)(de)(de)鋼板樁(zhuang)或(huo)鋼管樁(zhuang)的(de)(de)(de)(de)防(fang)蝕上應用(yong)。
耐(nai)(nai)候(hou)鋼在橋(qiao)梁上的(de)(de)裸露使用技術(shu),在經(jing)濟低迷期來臨后(hou),因為(wei)經(jing)濟上的(de)(de)原因而被引進,最近為(wei)了解決(jue)由(you)于維護費用的(de)(de)削(xue)減(jian)以及(ji)高齡化(hua)和回避(bi)3K(臟、累(lei)、危險)風(feng)潮所引起涂漆(qi)技術(shu)工(gong)人的(de)(de)不足,耐(nai)(nai)候(hou)鋼再次得到擴大應用的(de)(de)機(ji)會,這(zhe)和耐(nai)(nai)海水鋼大不一樣。
最近(jin)東京灣(wan)橫跨道路(lu)橋、關西機場聯絡橋等重要(yao)結(jie)構體(ti)已考慮100年(nian)的(de)長壽命和徹底(di)地省去維(wei)護的(de)目(mu)標,與此相對應在橋墩的(de)海水(shui)飛濺部也分(fen)別采(cai)用了鈦包層和復合涂層。
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耐蝕鋼的歷史,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。