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)(昭(zhao)和36年(nian)),日本為了(le)緩解船只擁(yong)擠問題制定(ding)了(le)港口(kou)修配緊急措(cuo)施(shi)法(fa),開始了(le)5年(nian)計(ji)劃(hua)。該5年(nian)計(ji)劃(hua)以后(hou)連續進行過(guo)6次,日本的(de)港口(kou)設施(shi)的(de)儲備從1965年(nian)(昭(zhao)和40年(nian))之(zhi)后(hou)的(de)20年(nian)間增大(da)了(le)3.5倍,所(suo)以說鋼(gang)鐵廠家對(dui)耐蝕鋼(gang)如此感興趣是理所(suo)當(dang)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)本幾家公(gong)司開發了主(zhu)要提(ti)高飛濺帶耐蝕性(xing)的(de)鋼(gang)管(guan)樁、鋼(gang)板樁.例如NKK公(gong)司于1967年(昭和(he)42年)把標稱組(zu)成0.3%Cu-0.6%Cr-0.1%P系的(de)NK瑪林鋼(gang)推向市場。這是490 MPa(50kg)級的(de)高強度(du)鋼(gang),主(zhu)要把提(ti)高飛濺帶的(de)耐蝕性(xing)作為自的(de)。由于含有(you)Cr,這種鋼(gang)在海水中(zhong)、在一定程度(du)上比碳素鋼(gang)腐蝕小,局部(bu)腐蝕也(ye)小,焊接(jie)性(xing)、焊接(jie)部(bu)的(de)耐蝕性(xing)也(ye)良(liang)好。
這些用(yong)日本(ben)技(ji)術(shu)生產的(de)耐(nai)(nai)海(hai)水鋼是(shi)Cu-Cr-P系、Cu-Cr-Al-P系、Cu-Cr-Mo系等,其特征是(shi)主要元素不含(han)有(you)Ni,為了(le)提高(gao)耐(nai)(nai)蝕性(xing)(xing)而(er)含(han)有(you)Cr。這和(he)U.S.Steel公(gong)司積極地把Cr除(chu)外(wai)大不相同。然而(er),各公(gong)司在實際環(huan)境(jing)下的(de)腐蝕試驗結果表明,這些含(han)鉻的(de)低(di)合(he)金鋼在海(hai)水飛(fei)濺帶(dai)的(de)耐(nai)(nai)蝕性(xing)(xing)良好。這一結果在下面所敘述的(de)耐(nai)(nai)海(hai)水鋼耐(nai)(nai)蝕性(xing)(xing)調查委員會的(de)試驗中也得到了(le)證實。
該委(wei)員會由運(yun)輸省(sheng)港(gang)口局、運(yun)輸省(sheng)港(gang)口技術研究(jiu)所、各鋼(gang)(gang)鐵廠家組(zu)成(cheng),為(wei)了(le)研究(jiu)耐(nai)(nai)海水(shui)鋼(gang)(gang)的(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing),從(cong)1965年(nian)起6~8年(nian)間,各公(gong)司的(de)材料·用(yong)加工(gong)成(cheng)H型(xing)鋼(gang)(gang)的(de)形(xing)狀的(de)試(shi)驗材,在(zai)(zai)新瀉港(gang)及京(jing)濱地區的(de)海域進(jin)行了(le)腐(fu)蝕(shi)試(shi)驗。該報告書雖然沒(mei)有(you)公(gong)開發(fa)表,可是(shi)在(zai)(zai)運(yun)輸省(sheng)港(gang)口局主(zhu)編的(de)“港(gang)口設施(shi)的(de)技術基準·同解說(shuo)”(1979年(nian)刊)被引用(yong)。在(zai)(zai)附加的(de)解說(shuo)中(zhong)說(shuo)“在(zai)(zai)飛(fei)(fei)濺(jian)帶的(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)鋼(gang)(gang)(耐(nai)(nai)海水(shui)試(shi)制鋼(gang)(gang))的(de)腐(fu)蝕(shi)速度,耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)好(hao)的(de)鋼(gang)(gang)是(shi)碳素鋼(gang)(gang)的(de)1/2,它是(shi)Cu含(han)量(liang)0.3%、Cr含(han)量(liang)約0.6%、P含(han)量(liang)約0.1%的(de)含(han)銅鋼(gang)(gang)。”并規(gui)定了(le)“腐(fu)蝕(shi)率(lv)足夠的(de)場合(he),可以不采用(yong)防蝕(shi)法”,Cu-Cr-P系在(zai)(zai)飛(fei)(fei)濺(jian)帶良好(hao)的(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)已被第三(san)者承認。這種(zhong)成(cheng)分的(de)鋼(gang)(gang)可以說(shuo)是(shi)用(yong)鉻取代了(le)MARINER鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)鎳(nie)的(de)化學組(zu)成(cheng),鞏(gong)固了(le)在(zai)(zai)鉻耐(nai)(nai)海水(shui)鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)地位(wei)。
20世紀(ji)60年(nian)代(dai)后半期(昭(zhao)和(he)40年(nian)代(dai)前(qian)半期)世界上對海(hai)洋(yang)(yang)的開發重視起來(lai)。這(zhe)時海(hai)洋(yang)(yang)開發的實體(ti)雖(sui)然還(huan)不一(yi)定明(ming)確(que),可是(shi)為(wei)尋求(qiu)海(hai)洋(yang)(yang)資源或海(hai)洋(yang)(yang)空間,以石(shi)油挖(wa)掘裝置(zhi)、海(hai)中作業基地(di)、海(hai)洋(yang)(yang)發電廠(chang)、人工(gong)島(dao)、浮標等(deng)為(wei)代(dai)表,來(lai)自重工(gong)業對耐蝕(shi)鋼的期待已寄(ji)托于鋼鐵廠(chang)家,而且(qie)港(gang)口(kou)、碼頭也顯示出大(da)型化的傾向,這(zhe)對鋼材的力學性(xing)能、焊接(jie)性(xing)、耐蝕(shi)性(xing)也有(you)了(le)更高的要求(qiu)。
伴隨著這種(zhong)動向,以飛濺帶的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)作(zuo)為中心,以前因(yin)含磷限制了焊接(jie)(jie)性(xing)的(de)(de)(de)耐(nai)海水鋼已不能(neng)滿足需(xu)求(qiu),故現需(xu)要(yao)具有耐(nai)蝕(shi)性(xing)的(de)(de)(de)焊接(jie)(jie)結構用耐(nai)海水鋼。因(yin)此各鋼鐵公司通過降(jiang)低磷提高焊接(jie)(jie)性(xing),添加以鉻(ge)為主的(de)(de)(de)合金(jin)元素開發了在海水中具有耐(nai)蝕(shi)性(xing)的(de)(de)(de)鋼材。
我認為最初市售(shou)的鋼種是NKK的“瑪林50(マリン50)”[1970年(昭和45年)]。這種耐海水(shui)鋼具有0.35%Cu-0.6%Cr-0.45%Al的化學組成,是把前(qian)節所敘述(shu)的Hudson等的試驗(yan)結果中(zhong)Cr+Al對海水(shui)的耐蝕(shi)性(xing)實用化的鋼種。
為(wei)(wei)Hudson等的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)提(ti)供(gong)Cr-Al系(xi)鋼材的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)(shi)法國Pompey公司的(de)(de)(de)(de)E.Herzog,然而NKK于(yu)1965年(昭和40年)與(yu)該公司簽訂了關(guan)于(yu)Cr-Al系(xi)的(de)(de)(de)(de)APS鋼(8種(zhong)鋼)的(de)(de)(de)(de)生產的(de)(de)(de)(de)技術合(he)作。這(zhe)項(xiang)合(he)作的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)不是(shi)(shi)(shi)耐海(hai)(hai)水鋼,而是(shi)(shi)(shi)對不同鋼種(zhong)含(han)有2%~6.5%Cr的(de)(de)(de)(de)低合(he)金不銹鋼的(de)(de)(de)(de)耐硝(xiao)酸鹽(yan)應力腐蝕(shi)(shi)裂紋性(xing)、耐硫(liu)化物應力腐蝕(shi)(shi)裂紋性(xing)、砂糖(tang)設備中的(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)等感興(xing)趣。可是(shi)(shi)(shi)APS鋼中有Cr-AI系(xi)的(de)(de)(de)(de)耐海(hai)(hai)水腐蝕(shi)(shi)鋼,所以對鉻或鋁的(de)(de)(de)(de)效果比較關(guan)心(xin)。可是(shi)(shi)(shi)這(zhe)種(zhong)鋼含(han)4%Cr-0.8%Al(APS25),從成本,焊接性(xing)來看(kan)不適合(he)開發,所以重新開發了更低合(he)金系(xi)的(de)(de)(de)(de)Cu-Cr-A1鋼。另外,不管(guan)Cr-Al系(xi)有促進局部腐蝕(shi)(shi)作用的(de)(de)(de)(de) Hudson的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)結(jie)(jie)果,Pompey 公司在Kure Beach進行了46個月的(de)(de)(de)(de)海(hai)(hai)水浸(jin)泡試驗,其結(jie)(jie)果表明,單(dan)純3.5%Cr鋼與(yu)碳(tan)素鋼相比,最大腐蝕(shi)(shi)深度(du)相同,平均孔蝕(shi)(shi)深度(du)是(shi)(shi)(shi)1.65倍,相反APS 25最大腐蝕(shi)(shi)深度(du)是(shi)(shi)(shi)1/3弱,平均孔蝕(shi)(shi)深度(du)是(shi)(shi)(shi)1/2弱。平均腐蝕(shi)(shi)率約為(wei)(wei)碳(tan)素鋼的(de)(de)(de)(de)43%.
在(zai)(zai)開發更(geng)低合金的(de)鉻系(xi)耐(nai)海水(shui)鋼(gang)(gang)時,當然,減小(xiao)局部腐(fu)蝕(shi)(孔蝕(shi))的(de)敏感性是(shi)一個開發目(mu)的(de),并且(qie),為了(le)(le)應付焊(han)接(jie)部的(de)電位腐(fu)蝕(shi),慎重(zhong)地研究了(le)(le)焊(han)接(jie)材料,進行了(le)(le)實(shi)際海水(shui)中(zhong)的(de)試驗。在(zai)(zai)1970年(昭(zhao)和45年)銷售開始時的(de)技術資料上給出了(le)(le)靜岡縣清水(shui)造船廠岸壁上長尺材的(de)3年的(de)結果。這種鋼(gang)(gang)與碳素(su)鋼(gang)(gang)相比,耐(nai)蝕(shi)性在(zai)(zai)海水(shui)飛濺(jian)帶是(shi)2~3倍(bei),在(zai)(zai)全(quan)浸帶是(shi)1.7~2倍(bei)。
當然,各(ge)鋼(gang)(gang)鐵公司都開(kai)發了(le)(le)具有(you)海(hai)水中(zhong)耐蝕性(xing)和焊(han)接性(xing)的(de)耐海(hai)水鋼(gang)(gang)。在這些鋼(gang)(gang)中(zhong),既有(you)海(hai)中(zhong)用(yong)的(de)也(ye)有(you)海(hai)中(zhong)和飛(fei)濺帶兩(liang)用(yong)的(de)。把磷降低到(dao)和通常(chang)焊(han)接結(jie)構(gou)鋼(gang)(gang)的(de)同等程度,海(hai)中(zhong)和飛(fei)濺帶兩(liang)用(yong)的(de)鋼(gang)(gang)加(jia)入(ru)銅和1%Cr,海(hai)中(zhong)用(yong)的(de)鋼(gang)(gang)多數定為1%Cr。因鋼(gang)(gang)種(zhong)而(er)異最大是(shi)3%Cr,并且為了(le)(le)抑制局部(bu)腐(fu)蝕有(you)添加(jia)了(le)(le)少量鉬或鎳的(de)鋼(gang)(gang)種(zhong),或者(zhe)為了(le)(le)提(ti)高耐蝕性(xing)也(ye)有(you)加(jia)人了(le)(le)其他的(de)合金元素的(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)。
這(zhe)些鋼(gang)種(zhong)的(de)(de)開(kai)發,到1970年代初期(昭和46~47年)基(ji)本(ben)結束,各公(gong)(gong)司開(kai)始生(sheng)產銷售。表(biao)3-2示出了(le)日(ri)本(ben)現(xian)在(zai)正(zheng)在(zai)生(sheng)產的(de)(de)耐(nai)海水鋼(gang)。1973年出版的(de)(de)鋼(gang)材(cai)俱樂部(bu)的(de)(de)“關于鋼(gang)材(cai)的(de)(de)腐(fu)蝕防蝕的(de)(de)資(zi)料”中,用表(biao)給(gei)出的(de)(de)“日(ri)本(ben)國內各鋼(gang)鐵公(gong)(gong)司的(de)(de)耐(nai)海水鋼(gang)的(de)(de)規格”常(chang)常(chang)被(bei)引(yin)用,表(biao)3-2是以此為基(ji)礎(chu)參考(kao)文獻追加了(le)以后(hou)的(de)(de)鋼(gang)種(zhong)制(zhi)成(cheng)的(de)(de)。與(yu)耐(nai)候鋼(gang)不同成(cheng)分系(xi)相當多,還(huan)沒有成(cheng)為JIS標準(zhun)。
圖3-1及圖3-2示出(chu)了從1976年(nian)(nian)(昭(zhao)和51年(nian)(nian))到最(zui)近(jin)日本(ben)耐(nai)海水鋼(gang)的(de)生產(chan)量(liang)、日本(ben)國內使(shi)(shi)用(yong)(yong)量(liang)使(shi)(shi)用(yong)(yong)用(yong)(yong)途的(de)預測(ce)。這期間的(de)生產(chan)量(liang)平均(jun)(jun)是(shi)(shi)(shi)7178t,日本(ben)國內使(shi)(shi)用(yong)(yong)量(liang)平均(jun)(jun)是(shi)(shi)(shi)2382t.日本(ben)國內消耗(hao)量(liang)土木用(yong)(yong)量(liang)1992年(nian)(nian)(平成(cheng)4年(nian)(nian))是(shi)(shi)(shi)2905t,1986年(nian)(nian)(昭(zhao)和61年(nian)(nian))是(shi)(shi)(shi)1652t,1978年(nian)(nian)是(shi)(shi)(shi)1340t,雖(sui)然超過(guo)了1000t,可(ke)是(shi)(shi)(shi)17年(nian)(nian)的(de)平均(jun)(jun)值只不過(guo)515t/年(nian)(nian),生產(chan)量(liang)、使(shi)(shi)用(yong)(yong)量(liang)都非常少。500t的(de)重量(liang)相當于長20m的(de)鋼(gang)板樁約100根,換算成(cheng)岸壁(bi)長度僅有數100m以下的(de)工(gong)程量(liang)。
盡管港口(kou)維修及(ji)在臨海(hai)地(di)帶填海(hai)造地(di)盛行(xing),可是(shi)作(zuo)為(wei)(wei)護岸(an)用(yong)的鋼(gang)(gang)樁幾乎(hu)不(bu)采用(yong)耐海(hai)水(shui)鋼(gang)(gang)。其理(li)由雖然(ran)不(bu)清楚,然(ran)而可能(neng)是(shi)因為(wei)(wei)對防蝕(shi)不(bu)太(tai)關心(xin)(xin)沒有采取任(ren)何防蝕(shi)措施的占多數,即使關心(xin)(xin)也可能(neng)是(shi)飛(fei)濺帶的耐蝕(shi)性只是(shi)碳素鋼(gang)(gang)2倍的性能(neng)沒有吸引(yin)力(li)等(deng)原因。
由于(yu)港口(kou)設(she)施(shi)處于(yu)劇烈的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)環境,如果(guo)防蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)不充分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)話則(ze)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)嚴重(zhong)。在(zai)1986年(nian)(nian)(昭和61年(nian)(nian)),運(yun)輸省港口(kou)局(ju)歸納的(de)(de)(de)(de)(de)(de)港口(kou)設(she)施(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)劣(lie)化狀況(kuang)調查(cha)結(jie)(jie)果(guo)示于(yu)表3-3。就是(shi)說,在(zai)5年(nian)(nian)之內需要進行維(wei)修(xiu)作業(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)設(she)施(shi)數,鋼結(jie)(jie)構體(ti)有642個(ge)設(she)施(shi)(占全(quan)(quan)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)17.9%),混(hun)凝(ning)土結(jie)(jie)構體(ti)有245個(ge)設(she)施(shi)(占全(quan)(quan)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)35%)。在(zai)6~10該表中記有“防蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)”的(de)(de)(de)(de)(de)(de)設(she)施(shi),如果(guo)設(she)施(shi)適當地(di)進行防蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)就能夠很好地(di)保存下(xia)來。設(she)施(shi)需要“全(quan)(quan)面(mian)改(gai)修(xiu)”、“加固”的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原因,不一定全(quan)(quan)是(shi)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)造成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de),然(ran)而腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)卻是(shi)最大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)因素,如果(guo)放(fang)置下(xia)去,隨著時(shi)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增長只用(yong)防蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)也不能解決問題,所以防蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)對象將會減少,而全(quan)(quan)面(mian)改(gai)修(xiu)或加固的(de)(de)(de)(de)(de)(de)對象數將會增加。
道(dao)路、港口、橋(qiao)梁這一(yi)(yi)類(lei)的(de)(de)公共(gong)設(she)施(shi)是一(yi)(yi)國活力的(de)(de)基礎,它的(de)(de)建(jian)設(she)和維護管理,對保持活躍(yue)的(de)(de)經濟活動(dong)和富裕社會的(de)(de)延(yan)續、發展是不可缺少的(de)(de)。如果(guo)忽視(shi)了這一(yi)(yi)問題(ti),將會招來(lai)前(qian)述(2.2.3節)的(de)(de)《荒廢(fei)中(zhong)的(de)(de)美(mei)國》一(yi)(yi)書(shu)中(zhong)所介紹的(de)(de)那樣的(de)(de)后果(guo)。日本(ben)的(de)(de)公共(gong)設(she)施(shi)配備(bei)正規化(hua)的(de)(de)時間是在1950年(nian)代(dai)后期(qi)(qi)(昭和30年(nian)代(dai)前(qian)期(qi)(qi)),與美(mei)國等(deng)國家相比,由于相關的(de)(de)結構體(ti)使用年(nian)限比較短(duan),由腐蝕(shi)等(deng)引起的(de)(de)損傷(shang)還不明顯,港口設(she)施(shi)的(de)(de)老化(hua)需(xu)經過25年(nian)才開始顯現(xian)出來(lai)。
直到港口設施的(de)防蝕強化成為最(zui)關注的(de)問題,耐海(hai)水鋼(gang)才會有應用(yong)(yong)發展的(de)機會,可(ke)是現在還沒有實現。綜合防蝕的(de)重要性(xing)和經(jing)濟(ji)性(xing)的(de)結論是耐海(hai)水鋼(gang)不僅防蝕性(xing)能而且使用(yong)(yong)壽(shou)(shou)命不夠,所(suo)以采用(yong)(yong)了鋼(gang)鐵公司用(yong)(yong)另一種途徑開(kai)(kai)發的(de)包覆聚乙(yi)烯或(huo)聚氨酯的(de)具有數(shu)十年壽(shou)(shou)命的(de)防蝕樁(zhuang)或(huo)板樁(zhuang)。還開(kai)(kai)發了在現場(chang)施工的(de)石蠟油或(huo)環氧樹(shu)脂包覆的(de)加(jia)工法,已在新設或(huo)原(yuan)有的(de)鋼(gang)板樁(zhuang)或(huo)鋼(gang)管樁(zhuang)的(de)防蝕上應用(yong)(yong)。
耐(nai)候鋼(gang)在(zai)橋梁(liang)上(shang)的(de)裸露使用技術,在(zai)經濟低(di)迷(mi)期來臨后,因為經濟上(shang)的(de)原因而被引進,最近為了解(jie)決由(you)于維護費用的(de)削減以及高齡化(hua)和回避(bi)3K(臟、累、危險)風(feng)潮所引起涂(tu)漆技術工(gong)人的(de)不足,耐(nai)候鋼(gang)再次得到擴大應用的(de)機會,這和耐(nai)海(hai)水鋼(gang)大不一樣(yang)。
最(zui)近東京灣橫跨道路橋、關西(xi)機場聯絡(luo)橋等重要結(jie)構體已考慮100年(nian)的長壽命和徹底地省去維護的目標,與此(ci)相對應在橋墩的海水(shui)飛濺(jian)部也分別采用了鈦(tai)包層(ceng)和復合涂(tu)層(ceng)。
在對社會動向敏感的防蝕技術之中,考慮特別敏感的低(di)合(he)金(jin)耐蝕鋼(gang)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。