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(qie)，在海水(shui)和(he)(he)工業用水(shui)以(yi)及各種水(shui)的(de)管道中，焊(han)縫(feng)部位迅速腐(fu)蝕(shi)(shi)成(cheng)溝狀的(de)事例從1965年(nian)(nian)（昭和(he)(he)40年(nian)(nian)）起已(yi)經(jing)引人注目。這種腐(fu)蝕(shi)(shi)被稱為電焊(han)鋼管溝狀腐(fu)蝕(shi)(shi)或者簡稱為溝蝕(shi)(shi)。圖5-1中給出了溝蝕(shi)(shi)的(de)照片。
這種溝(gou)(gou)狀腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)報導在日(ri)本(ben)以(yi)外(wai)幾乎沒有發(fa)表過，給人的(de)(de)印象好像是(shi)日(ri)本(ben)特有的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)，可(ke)實際決非如此。但(dan)是(shi)，可(ke)以(yi)認為日(ri)本(ben)以(yi)外(wai)的(de)(de)許多(duo)地區由于淡水(shui)的(de)(de)硬度(du)高，飽和指數(shu)是(shi)正值在管內表面上(shang)生成了包覆層，由水(shui)引起的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)與日(ri)本(ben)相比(bi)(bi)不(bu)嚴重，或者在海水(shui)管道(dao)上(shang)使用電焊鋼管（黑管、鍍鋅(xin)鋼管）的(de)(de)比(bi)(bi)率低，可(ke)能因(yin)為這些原因(yin)溝(gou)(gou)狀腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)發(fa)生頻度(du)比(bi)(bi)日(ri)本(ben)低。
1983年（昭和58年）美國(guo) Heitmann(Inland Steel 公司）等在(zai)(zai)ASM主辦的(de)關于高強度鋼技術和應(ying)用國(guo)際會議上(shang)(shang)，根據把電焊鋼管作為原油或天(tian)然氣配管在(zai)(zai)海上(shang)(shang)設(she)備或收集(ji)系統上(shang)(shang)使用時出(chu)現(xian)的(de)問題，提出(chu)了溝(gou)狀(zhuang)腐蝕(shi)，并(bing)論述了其原因(yin)和可選擇的(de)相(xiang)應(ying)鋼種，在(zai)(zai)其緒(xu)言中敘述的(de)溝(gou)狀(zhuang)腐蝕(shi)的(de)研究幾乎都是(shi)在(zai)(zai)日(ri)本進行的(de)。
因(yin)為(wei)和電焊鋼(gang)管(guan)沒有關(guan)系也(ye)存在著由于各種原因(yin)使腐(fu)蝕形狀(zhuang)(zhuang)成為(wei)溝狀(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕，所(suo)以把本(ben)書使用的(de)(de)(de)(de)溝狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕稱為(wei)電焊鋼(gang)管(guan)焊縫部的(de)(de)(de)(de)溝狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕是正確(que)的(de)(de)(de)(de)，以下簡稱為(wei)溝狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕。雖然日本(ben)進行過很多研究，可是有關(guan)這方(fang)面的(de)(de)(de)(de)日本(ben)以外的(de)(de)(de)(de)報道卻很少(shao)。
就筆(bi)者所知，關(guan)于電焊(han)鋼管溝狀(zhuang)腐蝕(shi)的(de)(de)最初(chu)歸(gui)納的(de)(de)文獻是由(you)(you)新日鐵公司的(de)(de)門智(zhi)等完成(cheng)的(de)(de)［1973年(nian)（昭和(he)(he)48年(nian)）］。該文敘述了(le)腐蝕(shi)事(shi)例和(he)(he)他(ta)們開發(fa)的(de)(de)Cu-Ti系及Cu-Ti-Cr 系相應鋼的(de)(de)優秀(xiu)特性.當時已經推測到，在(zai)鋼管焊(han)縫(feng)部(bu)位(wei)由(you)(you)于焊(han)接時的(de)(de)滾(gun)壓，在(zai)鋼管內外所發(fa)生的(de)(de)金屬塑(su)性變形(xing)，為了(le)精加工通過切削除去焊(han)道，使(shi)沿著塑(su)性變形(xing)區存在(zai)的(de)(de)非金屬夾雜物露在(zai)表面，由(you)(you)于急冷變成(cheng)不穩(wen)定或呈(cheng)活性的(de)(de)MnS而成(cheng)為孔蝕(shi)的(de)(de)起點，開始溝狀(zhuang)腐蝕(shi)。
第2年(nian)即1974年(nian)（昭(zhao)和49年(nian)），加(jia)藤、乙(yi)黑及(ji)門(men)通過(guo)MnS附近發生腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)顯微觀(guan)察(cha)，證(zheng)實(shi)了焊縫部位的(de)(de)(de)(de)MnS對溝狀腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)破壞作(zuo)用是(shi)因為焊縫焊接急冷時(shi)在(zai)MnS的(de)(de)(de)(de)周圍(wei)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)聚區。他們(men)于(yu)1976年(nian)試(shi)驗(yan)片所研究的(de)(de)(de)(de)急熱、急冷處(chu)理(li)對MnS的(de)(de)(de)(de)局部腐(fu)蝕(shi)影響的(de)(de)(de)(de)結(jie)果。實(shi)驗(yan)證(zheng)明(ming)了在(zai)高溫(wen)，特(te)別是(shi)在(zai)1400℃以(yi)上急熱、急冷的(de)(de)(de)(de)鋼的(de)(de)(de)(de)MnS在(zai)其周圍(wei)有硫的(de)(de)(de)(de)偏(pian)聚區，這樣的(de)(de)(de)(de)偏(pian)聚區變成為陽極(ji)，開(kai)始局部腐(fu)蝕(shi)。
有(you)關MnS腐(fu)蝕研(yan)究的(de)歷史或加(jia)藤等的(de)上述研(yan)究的(de)詳細內容，將在5.2.1節(jie)進行敘述。然而(er)通過加(jia)藤等的(de)研(yan)究搞(gao)清楚了電焊(han)鋼管的(de)溝(gou)狀腐(fu)蝕起因于MnS的(de)理由。
作為耐(nai)溝狀腐蝕電焊鋼管低(di)合金鋼的(de)(de)(de)添加(jia)元(yuan)素(su)(su)，在(zai)他(ta)們所注意(yi)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)之中，效(xiao)(xiao)果大的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)是與銅共(gong)存(cun)的(de)(de)(de)Sb、Ti、Cr;有(you)效(xiao)(xiao)果的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)是銅和與銅共(gong)存(cun)的(de)(de)(de)Zr;Nb、Sn、As即使與銅共(gong)存(cun)也沒有(you)效(xiao)(xiao)果。硫(liu)(liu)是有(you)害的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)，特別是銅含量小于0.2%的(de)(de)(de)鋼中，隨著硫(liu)(liu)含量增(zeng)加(jia)影(ying)響(xiang)增(zeng)大；可是當(dang)加(jia)入0.3%Cu時，硫(liu)(liu)含量小于0.03%時，硫(liu)(liu)不產生影(ying)響(xiang)。
考慮添加銅是因為注意(yi)到銅在大氣腐蝕(shi)條件(jian)下能夠(gou)消除硫對(dui)腐蝕(shi)惡劣影響的(de)Larrabee 學(xue)說或加藤研究組(zu)以(yi)前研究的(de)銅對(dui)耐硫酸(suan)性(xing)的(de)效果。并且(qie)，與銅共(gong)存的(de)銻也能提高耐硫酸(suan)鋼的(de)性(xing)能。鉻在海水環境中的(de)使用，一般是為了提高耐蝕(shi)性(xing)。
Zr、Nb、Ti是(shi)和(he)鋼中的(de)(de)硫(liu)(liu)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)硫(liu)(liu)化(hua)物(wu)傾向(xiang)很強的(de)(de)元(yuan)素(su)(su)，是(shi)為了(le)取代(dai)(dai)Mn以形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)穩定的(de)(de)硫(liu)(liu)化(hua)物(wu)而加入的(de)(de)。1963年(nian)金(jin)(jin)子等(deng)曾經發表(biao)過形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)硫(liu)(liu)化(hua)物(wu)傾向(xiang)元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)順(shun)序是(shi)：Zr>Ti>Mn>Nb>V>Cr>Al>Mo>W>Fe>Ni>Co>Si.并且，在(zai)20世(shi)紀60年(nian)代(dai)(dai)前期（昭和(he)30年(nian)代(dai)(dai)后期），人(ren)們把提(ti)高(gao)鋼鐵各(ge)種性(xing)能作(zuo)為目的(de)(de)而進(jin)行(xing)過添加各(ge)種合金(jin)(jin)元(yuan)素(su)(su)鋼的(de)(de)開發，那時曾經使(shi)用(yong)已(yi)經普及的(de)(de)EPMA進(jin)行(xing)了(le)低合金(jin)(jin)成(cheng)(cheng)分系鋼的(de)(de)非金(jin)(jin)屬夾雜物(wu)的(de)(de)鑒定，白巖(yan)等(deng)試驗向(xiang)0.3%C-0.1%Mn-0.3%Si為基體的(de)(de)鋼中分別添加Zr(0.04%)、Ti（0.03%)、La-Ce(0.02%)、Ca(0.02%)、V(0.03%)、Cr(0.1%)、Y（0.02%)等(deng)，并確認了(le)取代(dai)(dai)MnS生成(cheng)(cheng)各(ge)添加元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)硫(liu)(liu)化(hua)物(wu)。
為(wei)了(le)防止(zhi)MnS成為(wei)孔(kong)蝕的(de)(de)起點，需(xu)要控制錳含量，或(huo)者添加其(qi)他的(de)(de)合金元(yuan)素(su)降(jiang)低(di)硫化(hua)物(wu)中(zhong)的(de)(de)錳含量，或(huo)者轉變成比MnS穩(wen)定(ding)的(de)(de)其(qi)他硫化(hua)物(wu)，這(zhe)些方法已經在具有(you)耐(nai)酸性的(de)(de)易(yi)切削不銹鋼上得到應用(yong)。Carpenter公(gong)司(si)通(tong)過(guo)降(jiang)低(di)錳含量生(sheng)成含鉻高的(de)(de)（Cr、Mn)S,Sandvik公(gong)司(si)通(tong)過(guo)加入鈦生(sheng)成TiS的(de)(de)方法提高了(le)耐(nai)酸性。
把上述方法最初利用(yong)到提(ti)高電焊鋼(gang)管(guan)(guan)的(de)耐溝狀腐(fu)(fu)(fu)蝕性上的(de)是加藤等(deng)，據報告，Cu-Ti、Cu-Cr-Ti、Cu-Sb系(xi)的(de)低硫材料(liao)的(de)耐溝狀腐(fu)(fu)(fu)蝕性是通(tong)常電焊鋼(gang)管(guan)(guan)的(de)6~7倍。其中，低S-Cu-Ti系(xi)的(de)鋼(gang)種以后作(zuo)為新日(ri)鐵公司的(de)耐溝狀腐(fu)(fu)(fu)蝕鋼(gang)管(guan)(guan)實現了產品化。
進(jin)入20世紀(ji)70年代(dai)(dai)（昭和50年代(dai)(dai)）后，溝(gou)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕發(fa)生的(de)(de)(de)(de)頻(pin)繁程(cheng)度越來(lai)(lai)越引起人們的(de)(de)(de)(de)關注，各鋼鐵公司進(jin)行了(le)事(shi)例調查、發(fa)生原因的(de)(de)(de)(de)研討和對(dui)(dui)策(ce)鋼的(de)(de)(de)(de)開發(fa)等。腐(fu)(fu)蝕率非常(chang)大是(shi)溝(gou)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)一個特征，根據事(shi)例的(de)(de)(de)(de)總結(jie)報(bao)告,有的(de)(de)(de)(de)例子(zi)是(shi)10mm/a或(huo)者更高，13mm/a的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕率非常(chang)普遍。產(chan)生的(de)(de)(de)(de)環(huan)境(jing)也(ye)涉(she)及海水、鹽水、循環(huan)冷卻水、工業用水、地下水、自(zi)來(lai)(lai)水等管道(dao)的(de)(de)(de)(de)內面、土壤埋設(she)管道(dao)的(de)(de)(de)(de)外(wai)面、纏(chan)繞防露材的(de)(de)(de)(de)水管道(dao)的(de)(de)(de)(de)外(wai)面（由于滲人的(de)(de)(de)(de)結(jie)露水而潤(run)濕）等許(xu)多方面，而且仍然處(chu)在產(chan)生溝(gou)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕環(huan)境(jing)的(de)(de)(de)(de)特異性(xing)不能(neng)(neng)定義，容易產(chan)生溝(gou)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)環(huan)境(jing)不能(neng)(neng)夠預知，不能(neng)(neng)夠制定相應(ying)對(dui)(dui)策(ce)的(de)(de)(de)(de)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)況。
如圖(tu)5-1所(suo)示，溝狀腐(fu)(fu)蝕一(yi)種是沿著焊縫線呈一(yi)直線生成(cheng)的類型(xing)，另一(yi)種是銹瘤在(zai)焊縫的位置(zhi)形成(cheng)在(zai)其下面被侵(qin)(qin)蝕時(shi)，由(you)于(yu)焊縫部侵(qin)(qin)蝕特別(bie)深，沿著銹瘤分布不連續生成(cheng)的類型(xing)。不管哪一(yi)種類型(xing)都反映出是宏觀(guan)電(dian)池引(yin)起的腐(fu)(fu)蝕，已經證明(ming)在(zai)像(xiang)海(hai)水(shui)或鹽水(shui)那樣電(dian)導(dao)率(lv)高的環境中(zhong)侵(qin)(qin)蝕加快，在(zai)工業(ye)用水(shui)或自來水(shui)等(deng)電(dian)導(dao)率(lv)低(di)的環境中(zhong)侵(qin)(qin)蝕減(jian)慢。即(ji)使(shi)在(zai)后者的場合(he)，由(you)于(yu)腐(fu)(fu)蝕率(lv)只能上升到1mm/a程度或者以上，所(suo)以也不一(yi)定是電(dian)導(dao)率(lv)越(yue)低(di)越(yue)好(hao)。
當然，溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)(fu)(fu)蝕并不(bu)一定會發生(sheng)(sheng)。溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)(fu)(fu)蝕到底是(shi)發生(sheng)(sheng)在環境條(tiao)件(jian)(jian)強的(de)(de)場合(he)，還是(shi)由于(yu)微妙的(de)(de)不(bu)同條(tiao)件(jian)(jian)發生(sheng)(sheng)在材料敏(min)感性大的(de)(de)場合(he)，尚不(bu)清楚(chu)。正村等通(tong)過(guo)恒電(dian)位電(dian)解的(de)(de)方法，確立(li)了(le)用(yong)1周時間能夠再現溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)(fu)(fu)蝕的(de)(de)試(shi)驗(yan)方法,就(jiu)是(shi)把焊(han)縫部的(de)(de)侵(qin)蝕深度和周圍母材的(de)(de)侵(qin)蝕深度的(de)(de)比(bi)設(she)定為溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)(fu)(fu)蝕系數α,將該(gai)方法用(yong)于(yu)硫含量、制管機和有(you)無在線退(tui)火裝(zhuang)置等不(bu)同的(de)(de)生(sheng)(sheng)產條(tiao)件(jian)(jian)下(xia)，每種條(tiao)件(jian)(jian)下(xia)采用(yong)50批(pi)以上(shang)的(de)(de)材料，α是(shi)1.1~1.4,結果是(shi)所有(you)的(de)(de)試(shi)驗(yan)材料或多或少(shao)都存在溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)(fu)(fu)蝕的(de)(de)敏(min)感性。就(jiu)是(shi)說，在當時的(de)(de)電(dian)焊(han)鋼(gang)管的(de)(de)生(sheng)(sheng)產條(tiao)件(jian)(jian)范圍內即使(shi)控制條(tiao)件(jian)(jian)也(ye)不(bu)能避免溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)(fu)(fu)蝕。
溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)發生(sheng)(sheng)的(de)(de)起因是(shi)由(you)于急冷MnS沒(mei)能充分析出和長大(da)，所以熱處(chu)(chu)理（退(tui)火、正火）應該是(shi)有效(xiao)的(de)(de)。事(shi)實上，如果在900℃以上經30min熱處(chu)(chu)理進(jin)行(xing)空冷，就(jiu)不(bu)(bu)會產生(sheng)(sheng)溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)，或(huo)者即便處(chu)(chu)理時間(jian)(jian)比這短，也能降低敏感(gan)性，其效(xiao)果是(shi)硫含(han)量越低則(ze)越大(da)，可是(shi)由(you)于設置在電焊(han)鋼(gang)管生(sheng)(sheng)產設備上的(de)(de)后置退(tui)火裝(zhuang)置（焊(han)縫退(tui)火裝(zhuang)置）加熱時間(jian)(jian)短，雖然有效(xiao)果但不(bu)(bu)明顯。
還有(you)一種在高溫下(xia)鍛接(jie)制成(cheng)的(de)(de)焊接(jie)鋼(gang)管(guan)(guan)，因(yin)為冷(leng)卻速(su)度(du)慢(man)，所以在焊接(jie)部發(fa)生的(de)(de)局部腐蝕比(bi)電(dian)焊鋼(gang)管(guan)(guan)顯(xian)著減輕，實踐證明(ming)，這(zhe)種焊管(guan)(guan)在實際應用上幾(ji)乎沒有(you)問題(ti),因(yin)此推(tui)薦使(shi)用這(zhe)種鋼(gang)管(guan)(guan)。可是(shi)由(you)于(yu)尺寸被(bei)限制在100A以下(xia)，而(er)(er)在125A以上仍需要電(dian)焊鋼(gang)管(guan)(guan)。鍍鋅(xin)鋼(gang)管(guan)(guan)通過對鍍層的(de)(de)消(xiao)耗(hao)可延長(chang)使(shi)用壽命，然而(er)(er)在日本由(you)于(yu)水(shui)是(shi)軟質(zhi)的(de)(de)，鍍層消(xiao)耗(hao)很快(kuai)，雖然能(neng)夠延長(chang)平均(jun)使(shi)用壽命，但是(shi)也有(you)1~3年溝狀腐蝕穿透的(de)(de)例子(zi)，所以目前(qian)還沒有(you)很好(hao)的(de)(de)解決措施(shi)。
因此人們對能夠降(jiang)低(di)(di)或者抑制溝狀腐(fu)蝕敏感性的(de)低(di)(di)合金(jin)成分的(de)組成進行了種(zhong)種(zhong)研究(jiu)。除了上(shang)述加藤等認(ren)為(wei)有效(xiao)的(de)元(yuan)素外，還發表了Nb、Y、Al、Mo、Ni,并且(qie)在與銅共存(cun)時(shi)，Ni、REM、Ca等是有效(xiao)元(yuan)素。
1980~1981年（昭和55~56年），4家公司生產的耐溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)電焊鋼(gang)管(guan)開始銷售。研究思路大體(ti)相同(tong)，即降低(di)硫含量。但(dan)是只用(yong)這(zhe)些方法(fa)是不(bu)充(chong)分(fen)的，即使經過熱處(chu)理也(ye)殘留敏感性。雖(sui)然加(jia)入(ru)(ru)0.1%~0.3%Cu也(ye)是必需的，可是低(di)S-Cu鋼(gang)仍(reng)有敏感性,需要進一步(bu)進行熱處(chu)理或(huo)加(jia)入(ru)(ru)另外的合金元(yuan)素，或(huo)者可以(yi)兩(liang)種方法(fa)同(tong)時采用(yong)。
表5-1給出(chu)了各(ge)公司生產的(de)耐溝狀腐(fu)蝕(shi)鋼管的(de)成分標準表中(zhong)所(suo)列(lie)成分均是根據上述考慮而設(she)計的(de)。由(you)于產品不同，可以進(jin)行熱處理(li)。
產品(pin)列于JISG 3452(管(guan)(guan)(guan)道(dao)用碳素鋼(gang)(gang)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)）的(de)(de)(de)黑管(guan)(guan)(guan)及鍍鋅鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)和JIS G 3454(壓力管(guan)(guan)(guan)道(dao)用碳素鋼(gang)(gang)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)）的(de)(de)(de)黑管(guan)(guan)(guan)及鍍鋅鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)標準內，可(ke)以(yi)(yi)提(ti)供的(de)(de)(de)尺寸(cun)前(qian)者是125~500A,后者是20~600A(15A、650A根據(ju)協商生產）。前(qian)者中沒(mei)有可(ke)以(yi)(yi)使用鍛接鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)100A以(yi)(yi)下的(de)(de)(de)產品(pin)。
從1980年(nian)（昭和50年(nian)代的(de)(de)(de)中期）起，水管道用的(de)(de)(de)黑管及(ji)鍍鋅鋼(gang)管一(yi)般(ban)已經(jing)使用了耐溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐蝕鋼(gang)管（由于尺寸所限 使用鍛接鋼(gang)管）。日本水道鋼(gang)管協會認為(wei)，耐溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐蝕電(dian)(dian)焊鋼(gang)管的(de)(de)(de)耐溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐蝕性是傳(chuan)統電(dian)(dian)焊鋼(gang)管的(de)(de)(de)10倍。各公司就耐溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐蝕鋼(gang)的(de)(de)(de)同類產品在文(wen)獻上(shang)發表了各自的(de)(de)(de)試驗(yan)結果,結論是敏感性為(wei)零(ling)或者非常小。
這些產品(pin)銷(xiao)售以來，耐溝(gou)狀腐(fu)蝕電(dian)焊鋼(gang)管的(de)溝(gou)狀腐(fu)蝕事例一件(jian)也沒有(you)報道(dao)過(guo)，作者所知道(dao)的(de)情報中(zhong)也沒有(you)。在建設(she)省的(de)機械設(she)備工(gong)程施工(gong)管理(li)指(zhi)南（平(ping)成元年版）中(zhong)，也記(ji)載著耐溝(gou)狀腐(fu)蝕電(dian)焊鋼(gang)管。
