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(er)且，在海水和工業(ye)用水以及各種水的管(guan)道(dao)中，焊縫(feng)部位迅速腐蝕成(cheng)溝(gou)狀(zhuang)的事例從(cong)1965年（昭和40年）起已經引(yin)人注目。這種腐蝕被稱為電焊鋼管(guan)溝(gou)狀(zhuang)腐蝕或者(zhe)簡(jian)稱為溝(gou)蝕。圖5-1中給出了溝(gou)蝕的照片(pian)。
這種溝狀腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)報導(dao)在(zai)日本以(yi)外幾乎沒(mei)有發表(biao)過，給人的(de)(de)印象好像(xiang)是日本特有的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕，可(ke)實際決非(fei)如此。但是，可(ke)以(yi)認為(wei)(wei)日本以(yi)外的(de)(de)許(xu)多(duo)地(di)區由于淡水的(de)(de)硬度高，飽和指數是正值在(zai)管內表(biao)面上生成了包(bao)覆層，由水引起(qi)的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕與(yu)日本相(xiang)比不嚴(yan)重，或者在(zai)海水管道上使用電(dian)焊(han)鋼管（黑管、鍍鋅鋼管）的(de)(de)比率低，可(ke)能因為(wei)(wei)這些原因溝狀腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)發生頻度比日本低。
1983年(nian)（昭和(he)58年(nian)）美(mei)國(guo) Heitmann(Inland Steel 公(gong)司）等(deng)在(zai)ASM主辦的(de)關于高(gao)強度鋼(gang)技術和(he)應用國(guo)際會議上，根據把電焊鋼(gang)管作(zuo)為原油或天然氣配管在(zai)海上設備或收集系(xi)統(tong)上使用時出現的(de)問題(ti)，提出了溝狀(zhuang)腐(fu)蝕，并論述(shu)了其原因(yin)和(he)可(ke)選(xuan)擇的(de)相應鋼(gang)種(zhong)，在(zai)其緒言中(zhong)敘述(shu)的(de)溝狀(zhuang)腐(fu)蝕的(de)研究幾乎都是(shi)在(zai)日本進行的(de)。
因(yin)為和電焊鋼管沒有關系也存在著由(you)于各種原因(yin)使腐(fu)蝕(shi)(shi)形(xing)狀(zhuang)成為溝(gou)狀(zhuang)的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)，所以把本(ben)(ben)(ben)書使用的(de)溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)稱為電焊鋼管焊縫(feng)部的(de)溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)是正確(que)的(de)，以下(xia)簡稱為溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)。雖然日(ri)本(ben)(ben)(ben)進行過很多研究(jiu)，可是有關這方面的(de)日(ri)本(ben)(ben)(ben)以外(wai)的(de)報道卻很少。
就筆者所(suo)知，關于電焊(han)鋼(gang)管溝狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)的最初歸納的文(wen)獻是(shi)由新(xin)日鐵公司(si)的門(men)智等(deng)完成的［1973年(nian)(nian)（昭(zhao)和(he)48年(nian)(nian)）］。該文(wen)敘述了(le)腐(fu)蝕(shi)事(shi)例(li)和(he)他們開(kai)發(fa)的Cu-Ti系及Cu-Ti-Cr 系相應鋼(gang)的優秀特(te)性(xing).當時(shi)已經推測到，在(zai)(zai)(zai)鋼(gang)管焊(han)縫部位由于焊(han)接時(shi)的滾壓，在(zai)(zai)(zai)鋼(gang)管內外所(suo)發(fa)生的金(jin)屬塑性(xing)變(bian)(bian)形，為(wei)了(le)精加工(gong)通過切削(xue)除去焊(han)道，使沿(yan)著塑性(xing)變(bian)(bian)形區存在(zai)(zai)(zai)的非金(jin)屬夾雜物露(lu)在(zai)(zai)(zai)表面，由于急(ji)冷(leng)變(bian)(bian)成不穩(wen)定或(huo)呈活性(xing)的MnS而成為(wei)孔蝕(shi)的起點，開(kai)始溝狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)。
第2年即(ji)1974年（昭和49年），加藤、乙黑及門通過MnS附近發生腐蝕(shi)的(de)(de)顯微觀察(cha)，證(zheng)實(shi)了焊(han)(han)縫(feng)部(bu)(bu)位的(de)(de)MnS對溝(gou)狀(zhuang)腐蝕(shi)的(de)(de)破(po)壞(huai)作用是因為(wei)焊(han)(han)縫(feng)焊(han)(han)接急(ji)冷時在MnS的(de)(de)周(zhou)圍同時產生了容易形(xing)成(cheng)陽極的(de)(de)硫(liu)的(de)(de)偏(pian)聚(ju)區(qu)。他(ta)們于1976年試驗片所(suo)研究的(de)(de)急(ji)熱(re)、急(ji)冷處(chu)理對MnS的(de)(de)局部(bu)(bu)腐蝕(shi)影響的(de)(de)結果。實(shi)驗證(zheng)明了在高溫，特別是在1400℃以上急(ji)熱(re)、急(ji)冷的(de)(de)鋼的(de)(de)MnS在其周(zhou)圍有硫(liu)的(de)(de)偏(pian)聚(ju)區(qu)，這樣的(de)(de)偏(pian)聚(ju)區(qu)變(bian)成(cheng)為(wei)陽極，開始局部(bu)(bu)腐蝕(shi)。
有(you)關MnS腐蝕(shi)(shi)研(yan)究的(de)(de)歷史或加藤(teng)等的(de)(de)上述(shu)研(yan)究的(de)(de)詳細內容，將在5.2.1節進行(xing)敘述(shu)。然(ran)而通過加藤(teng)等的(de)(de)研(yan)究搞清楚了電焊鋼管(guan)的(de)(de)溝狀腐蝕(shi)(shi)起因于MnS的(de)(de)理由。
作(zuo)為(wei)耐溝狀腐蝕(shi)電焊鋼管低(di)合金鋼的(de)添加(jia)元(yuan)(yuan)素，在他們所(suo)注意的(de)元(yuan)(yuan)素之中(zhong)，效果(guo)大(da)的(de)元(yuan)(yuan)素是(shi)與銅共存的(de)Sb、Ti、Cr;有效果(guo)的(de)元(yuan)(yuan)素是(shi)銅和與銅共存的(de)Zr;Nb、Sn、As即使與銅共存也(ye)沒有效果(guo)。硫(liu)是(shi)有害的(de)元(yuan)(yuan)素，特別是(shi)銅含(han)量小于(yu)0.2%的(de)鋼中(zhong)，隨(sui)著硫(liu)含(han)量增(zeng)加(jia)影(ying)響增(zeng)大(da)；可是(shi)當(dang)加(jia)入0.3%Cu時，硫(liu)含(han)量小于(yu)0.03%時，硫(liu)不產生影(ying)響。
考(kao)慮添加(jia)銅是因為注意到銅在(zai)大(da)氣腐蝕條件下能夠消除硫(liu)對腐蝕惡劣影響的(de)(de)(de)Larrabee 學(xue)說或加(jia)藤研究組以前(qian)研究的(de)(de)(de)銅對耐(nai)硫(liu)酸性的(de)(de)(de)效果。并(bing)且，與銅共(gong)存(cun)的(de)(de)(de)銻也能提(ti)高(gao)耐(nai)硫(liu)酸鋼的(de)(de)(de)性能。鉻在(zai)海水環境中的(de)(de)(de)使用，一般是為了提(ti)高(gao)耐(nai)蝕性。
Zr、Nb、Ti是(shi)(shi)和鋼(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)硫形(xing)成硫化(hua)(hua)物(wu)傾向(xiang)很強的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)，是(shi)(shi)為(wei)(wei)了取(qu)代(dai)Mn以形(xing)成穩定的(de)(de)(de)硫化(hua)(hua)物(wu)而加(jia)入的(de)(de)(de)。1963年金(jin)子等曾經發表過形(xing)成硫化(hua)(hua)物(wu)傾向(xiang)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)順(shun)序是(shi)(shi)：Zr>Ti>Mn>Nb>V>Cr>Al>Mo>W>Fe>Ni>Co>Si.并且，在20世紀60年代(dai)前期（昭(zhao)和30年代(dai)后期），人(ren)們把提高(gao)鋼(gang)鐵各種性能(neng)作為(wei)(wei)目的(de)(de)(de)而進行過添(tian)(tian)加(jia)各種合金(jin)元(yuan)素(su)鋼(gang)的(de)(de)(de)開發，那(nei)時(shi)曾經使用已經普及的(de)(de)(de)EPMA進行了低合金(jin)成分系鋼(gang)的(de)(de)(de)非金(jin)屬夾雜物(wu)的(de)(de)(de)鑒定，白(bai)巖等試(shi)驗向(xiang)0.3%C-0.1%Mn-0.3%Si為(wei)(wei)基體的(de)(de)(de)鋼(gang)中(zhong)(zhong)分別添(tian)(tian)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，并確認(ren)了取(qu)代(dai)MnS生成各添(tian)(tian)加(jia)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)硫化(hua)(hua)物(wu)。
為(wei)了防止(zhi)MnS成(cheng)為(wei)孔蝕的(de)起點，需(xu)要控制錳含量，或者添加(jia)其他的(de)合金元(yuan)素降(jiang)低硫化物中(zhong)的(de)錳含量，或者轉變(bian)成(cheng)比(bi)MnS穩定的(de)其他硫化物，這些方(fang)法(fa)已經在具有耐酸性的(de)易切削不銹鋼上得到(dao)應用。Carpenter公司通過降(jiang)低錳含量生(sheng)成(cheng)含鉻高的(de)（Cr、Mn)S,Sandvik公司通過加(jia)入鈦生(sheng)成(cheng)TiS的(de)方(fang)法(fa)提高了耐酸性。
把上述方(fang)法(fa)最初(chu)利用到提高電焊鋼管(guan)(guan)的(de)(de)(de)耐溝狀(zhuang)腐蝕性上的(de)(de)(de)是加(jia)藤等，據(ju)報告，Cu-Ti、Cu-Cr-Ti、Cu-Sb系的(de)(de)(de)低硫材(cai)料的(de)(de)(de)耐溝狀(zhuang)腐蝕性是通常電焊鋼管(guan)(guan)的(de)(de)(de)6~7倍。其(qi)中，低S-Cu-Ti系的(de)(de)(de)鋼種以后作為新日鐵公司的(de)(de)(de)耐溝狀(zhuang)腐蝕鋼管(guan)(guan)實現了產品化。
進入20世紀(ji)70年代（昭和50年代）后，溝狀(zhuang)腐蝕(shi)(shi)(shi)發生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)頻繁程度越來越引(yin)起人(ren)們的(de)(de)關(guan)注，各鋼(gang)鐵公司進行了事(shi)例(li)調查、發生(sheng)(sheng)(sheng)原(yuan)因的(de)(de)研討和對策鋼(gang)的(de)(de)開發等。腐蝕(shi)(shi)(shi)率非常大是溝狀(zhuang)腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)一個特征，根(gen)據事(shi)例(li)的(de)(de)總(zong)結(jie)(jie)報告(gao),有的(de)(de)例(li)子是10mm/a或(huo)者更高(gao)，13mm/a的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)率非常普(pu)遍。產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)環境(jing)也涉及海水(shui)(shui)(shui)(shui)、鹽水(shui)(shui)(shui)(shui)、循(xun)環冷卻水(shui)(shui)(shui)(shui)、工業用水(shui)(shui)(shui)(shui)、地下(xia)水(shui)(shui)(shui)(shui)、自來水(shui)(shui)(shui)(shui)等管道的(de)(de)內面(mian)、土(tu)壤埋設管道的(de)(de)外面(mian)、纏(chan)繞(rao)防(fang)露材的(de)(de)水(shui)(shui)(shui)(shui)管道的(de)(de)外面(mian)（由于(yu)滲人(ren)的(de)(de)結(jie)(jie)露水(shui)(shui)(shui)(shui)而(er)潤(run)濕）等許(xu)多(duo)方面(mian)，而(er)且仍(reng)然處(chu)在產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)溝狀(zhuang)腐蝕(shi)(shi)(shi)環境(jing)的(de)(de)特異性不能定(ding)義，容易產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)溝狀(zhuang)腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)環境(jing)不能夠(gou)預(yu)知，不能夠(gou)制定(ding)相應對策的(de)(de)狀(zhuang)況。
如(ru)圖5-1所示，溝狀腐(fu)蝕(shi)(shi)一(yi)(yi)種是沿(yan)著焊縫線呈一(yi)(yi)直線生成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)類型，另(ling)一(yi)(yi)種是銹瘤(liu)(liu)在(zai)焊縫的(de)(de)(de)位置形(xing)成(cheng)(cheng)在(zai)其(qi)下(xia)面被侵蝕(shi)(shi)時，由(you)于(yu)焊縫部侵蝕(shi)(shi)特(te)別(bie)深，沿(yan)著銹瘤(liu)(liu)分(fen)布(bu)不連續生成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)類型。不管哪(na)一(yi)(yi)種類型都反映出(chu)是宏觀電池引(yin)起的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)，已經證明(ming)在(zai)像(xiang)海(hai)水或(huo)(huo)鹽水那樣電導率(lv)高的(de)(de)(de)環境中侵蝕(shi)(shi)加(jia)快，在(zai)工業用水或(huo)(huo)自來水等電導率(lv)低(di)的(de)(de)(de)環境中侵蝕(shi)(shi)減慢。即使(shi)在(zai)后者的(de)(de)(de)場合，由(you)于(yu)腐(fu)蝕(shi)(shi)率(lv)只能上升到1mm/a程度(du)或(huo)(huo)者以上，所以也不一(yi)(yi)定是電導率(lv)越低(di)越好。
當(dang)然(ran)，溝(gou)(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)并不(bu)(bu)一(yi)定會發生。溝(gou)(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)到底是(shi)發生在環境(jing)條(tiao)(tiao)件(jian)強的(de)(de)(de)(de)場合，還是(shi)由于微妙的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同條(tiao)(tiao)件(jian)發生在材(cai)(cai)料(liao)(liao)敏(min)感性(xing)大的(de)(de)(de)(de)場合，尚(shang)不(bu)(bu)清楚(chu)。正(zheng)村等通過恒(heng)電(dian)(dian)位電(dian)(dian)解的(de)(de)(de)(de)方(fang)法，確(que)立了用(yong)1周(zhou)時間(jian)能夠(gou)再現溝(gou)(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)試驗(yan)方(fang)法,就是(shi)把焊縫部(bu)的(de)(de)(de)(de)侵(qin)(qin)蝕(shi)深度和(he)周(zhou)圍母材(cai)(cai)的(de)(de)(de)(de)侵(qin)(qin)蝕(shi)深度的(de)(de)(de)(de)比(bi)設定為溝(gou)(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)系(xi)數(shu)α,將該(gai)方(fang)法用(yong)于硫(liu)含量(liang)、制管(guan)機和(he)有無在線退火裝(zhuang)置等不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)生產條(tiao)(tiao)件(jian)下，每種條(tiao)(tiao)件(jian)下采用(yong)50批以(yi)上(shang)的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)，α是(shi)1.1~1.4,結果是(shi)所(suo)有的(de)(de)(de)(de)試驗(yan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)或多或少都存(cun)在溝(gou)(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)敏(min)感性(xing)。就是(shi)說，在當(dang)時的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)焊鋼管(guan)的(de)(de)(de)(de)生產條(tiao)(tiao)件(jian)范圍內即使(shi)控制條(tiao)(tiao)件(jian)也不(bu)(bu)能避免(mian)溝(gou)(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)。
溝狀(zhuang)(zhuang)腐蝕發生(sheng)的起因是(shi)由于急冷MnS沒能充分析出和長大(da)，所以熱(re)處(chu)理（退(tui)火(huo)、正火(huo)）應該是(shi)有效的。事(shi)實上(shang)(shang)，如果在900℃以上(shang)(shang)經30min熱(re)處(chu)理進行空冷，就不會產(chan)生(sheng)溝狀(zhuang)(zhuang)腐蝕，或者即(ji)便(bian)處(chu)理時間比這短(duan)，也能降低(di)敏感(gan)性(xing)，其效果是(shi)硫含量(liang)越(yue)低(di)則越(yue)大(da)，可是(shi)由于設置(zhi)在電焊鋼(gang)管生(sheng)產(chan)設備(bei)上(shang)(shang)的后置(zhi)退(tui)火(huo)裝置(zhi)（焊縫(feng)退(tui)火(huo)裝置(zhi)）加熱(re)時間短(duan)，雖然有效果但(dan)不明顯(xian)。
還有(you)一種(zhong)(zhong)在(zai)(zai)高溫(wen)下(xia)鍛接(jie)制成的(de)焊(han)接(jie)鋼(gang)管(guan)，因為冷卻(que)速度慢，所(suo)以(yi)在(zai)(zai)焊(han)接(jie)部發生的(de)局部腐(fu)蝕(shi)比(bi)電焊(han)鋼(gang)管(guan)顯著減輕，實(shi)踐證明，這種(zhong)(zhong)焊(han)管(guan)在(zai)(zai)實(shi)際應用上(shang)幾(ji)乎沒(mei)有(you)問題(ti),因此推薦使用這種(zhong)(zhong)鋼(gang)管(guan)。可是由(you)于尺(chi)寸被限制在(zai)(zai)100A以(yi)下(xia)，而(er)在(zai)(zai)125A以(yi)上(shang)仍需要電焊(han)鋼(gang)管(guan)。鍍(du)鋅鋼(gang)管(guan)通過對(dui)鍍(du)層(ceng)的(de)消耗(hao)(hao)可延長(chang)使用壽(shou)(shou)命(ming)，然(ran)而(er)在(zai)(zai)日本由(you)于水是軟質的(de)，鍍(du)層(ceng)消耗(hao)(hao)很快(kuai)，雖然(ran)能(neng)夠延長(chang)平均(jun)使用壽(shou)(shou)命(ming)，但是也(ye)有(you)1~3年溝狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)穿透的(de)例子(zi)，所(suo)以(yi)目前還沒(mei)有(you)很好(hao)的(de)解決(jue)措施。
因(yin)此人們(men)對能夠(gou)降(jiang)低(di)或者抑制(zhi)溝狀(zhuang)腐蝕敏感(gan)性的(de)低(di)合金成(cheng)分的(de)組成(cheng)進行了(le)種(zhong)種(zhong)研(yan)究。除了(le)上述加藤(teng)等認為有(you)效的(de)元素外，還發表了(le)Nb、Y、Al、Mo、Ni,并(bing)且在與(yu)銅共存時，Ni、REM、Ca等是有(you)效元素。
1980~1981年(nian)（昭(zhao)和55~56年(nian)），4家公(gong)司生產的耐(nai)溝(gou)狀腐蝕電焊(han)鋼(gang)管(guan)開始銷售(shou)。研究思路(lu)大體相同，即(ji)降低硫(liu)含(han)量。但是只用這些方(fang)法是不充分(fen)的，即(ji)使經過熱處理(li)(li)也殘留敏感(gan)性。雖然加(jia)入0.1%~0.3%Cu也是必需(xu)的，可是低S-Cu鋼(gang)仍有(you)敏感(gan)性,需(xu)要進(jin)一步進(jin)行熱處理(li)(li)或加(jia)入另外的合金元素，或者可以兩種方(fang)法同時采用。
表5-1給出了各公(gong)司生產的(de)耐溝狀腐(fu)蝕(shi)鋼管的(de)成(cheng)分標準表中所列成(cheng)分均(jun)是根據上(shang)述考慮而設(she)計的(de)。由于產品不(bu)同，可以進行熱處理(li)。
產(chan)品(pin)列于JISG 3452(管道用碳素(su)鋼(gang)鋼(gang)管）的黑(hei)管及(ji)(ji)鍍鋅鋼(gang)管和JIS G 3454(壓力(li)管道用碳素(su)鋼(gang)鋼(gang)管）的黑(hei)管及(ji)(ji)鍍鋅鋼(gang)管的標準內(nei)，可以(yi)提(ti)供的尺寸前(qian)者是(shi)125~500A,后者是(shi)20~600A(15A、650A根據協商生產(chan)）。前(qian)者中沒(mei)有可以(yi)使(shi)用鍛接鋼(gang)管的100A以(yi)下(xia)的產(chan)品(pin)。
從1980年（昭和50年代的(de)(de)中期(qi)）起(qi)，水管(guan)道用(yong)的(de)(de)黑管(guan)及鍍鋅(xin)鋼管(guan)一般已經(jing)使(shi)用(yong)了(le)耐溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)鋼管(guan)（由(you)于尺寸所限 使(shi)用(yong)鍛(duan)接鋼管(guan)）。日(ri)本水道鋼管(guan)協(xie)會認為，耐溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)電焊鋼管(guan)的(de)(de)耐溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)性是傳統電焊鋼管(guan)的(de)(de)10倍。各(ge)公司就耐溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)鋼的(de)(de)同類產品(pin)在文獻上(shang)發(fa)表了(le)各(ge)自(zi)的(de)(de)試驗結果,結論是敏感性為零或(huo)者非常(chang)小。
這些(xie)產品銷售以來，耐溝狀(zhuang)腐(fu)(fu)(fu)蝕電(dian)焊鋼管的(de)溝狀(zhuang)腐(fu)(fu)(fu)蝕事(shi)例一件(jian)也(ye)(ye)沒(mei)有報道過，作者所知道的(de)情報中也(ye)(ye)沒(mei)有。在(zai)建(jian)設(she)省(sheng)的(de)機械(xie)設(she)備工(gong)(gong)程施工(gong)(gong)管理指南（平成元年(nian)版）中，也(ye)(ye)記載著(zhu)耐溝狀(zhuang)腐(fu)(fu)(fu)蝕電(dian)焊鋼管。
