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)(昭和36年(nian)),日(ri)本(ben)為了緩解船只擁擠問題制(zhi)定了港口修配緊急(ji)措施法,開(kai)始了5年(nian)計劃。該5年(nian)計劃以后(hou)連續進行(xing)過6次,日(ri)本(ben)的(de)(de)港口設施的(de)(de)儲(chu)備從1965年(nian)(昭和40年(nian))之(zhi)后(hou)的(de)(de)20年(nian)間(jian)增大了3.5倍,所以說鋼鐵廠家對耐蝕鋼如此感(gan)興(xing)趣是(shi)理所當(dang)然的(de)(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)本幾家公司開(kai)發了(le)主(zhu)要(yao)提高飛(fei)濺帶耐(nai)蝕性的鋼(gang)(gang)管樁、鋼(gang)(gang)板(ban)樁.例如NKK公司于(yu)1967年(昭和42年)把(ba)標稱(cheng)組(zu)成(cheng)0.3%Cu-0.6%Cr-0.1%P系的NK瑪林鋼(gang)(gang)推向市場(chang)。這是490 MPa(50kg)級的高強度鋼(gang)(gang),主(zhu)要(yao)把(ba)提高飛(fei)濺帶的耐(nai)蝕性作為自的。由(you)于(yu)含有(you)Cr,這種鋼(gang)(gang)在海(hai)水中、在一定程度上(shang)比碳素鋼(gang)(gang)腐蝕小,局部(bu)腐蝕也小,焊接(jie)(jie)性、焊接(jie)(jie)部(bu)的耐(nai)蝕性也良好。


 這些用日(ri)本技術生產的(de)(de)(de)耐(nai)海(hai)水鋼是Cu-Cr-P系、Cu-Cr-Al-P系、Cu-Cr-Mo系等,其特征是主(zhu)要(yao)元素不含有(you)Ni,為(wei)了提高耐(nai)蝕(shi)性而含有(you)Cr。這和U.S.Steel公(gong)司積極(ji)地把Cr除外大(da)不相同。然而,各公(gong)司在實(shi)際環境下(xia)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)試驗(yan)結果表明(ming),這些含鉻(ge)的(de)(de)(de)低(di)合金鋼在海(hai)水飛濺(jian)帶的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性良好。這一結果在下(xia)面所敘述的(de)(de)(de)耐(nai)海(hai)水鋼耐(nai)蝕(shi)性調查委員會的(de)(de)(de)試驗(yan)中也得到了證實(shi)。


 該委員會由(you)運輸省(sheng)港(gang)(gang)口(kou)局、運輸省(sheng)港(gang)(gang)口(kou)技(ji)術研(yan)究(jiu)所、各(ge)鋼(gang)(gang)鐵廠家組(zu)成,為了(le)研(yan)究(jiu)耐(nai)海水鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing),從1965年(nian)(nian)起6~8年(nian)(nian)間,各(ge)公(gong)司(si)的(de)(de)(de)材(cai)料·用加工成H型鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)形(xing)狀的(de)(de)(de)試驗材(cai),在(zai)(zai)新瀉港(gang)(gang)及京濱(bin)地區的(de)(de)(de)海域進(jin)行了(le)腐(fu)蝕(shi)(shi)試驗。該報告書雖然沒有(you)公(gong)開發表(biao),可(ke)(ke)是(shi)在(zai)(zai)運輸省(sheng)港(gang)(gang)口(kou)局主(zhu)編的(de)(de)(de)“港(gang)(gang)口(kou)設施的(de)(de)(de)技(ji)術基準·同解(jie)說(shuo)(shuo)”(1979年(nian)(nian)刊)被引用。在(zai)(zai)附加的(de)(de)(de)解(jie)說(shuo)(shuo)中說(shuo)(shuo)“在(zai)(zai)飛濺(jian)帶的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)鋼(gang)(gang)(耐(nai)海水試制鋼(gang)(gang))的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)速度,耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)好(hao)的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)是(shi)碳素(su)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(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)(de)(de)含(han)銅鋼(gang)(gang)。”并(bing)規定了(le)“腐(fu)蝕(shi)(shi)率足夠的(de)(de)(de)場(chang)合,可(ke)(ke)以不采用防蝕(shi)(shi)法”,Cu-Cr-P系(xi)在(zai)(zai)飛濺(jian)帶良好(hao)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)已被第(di)三者(zhe)承認。這(zhe)種(zhong)成分的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)可(ke)(ke)以說(shuo)(shuo)是(shi)用鉻(ge)取代了(le)MARINER鋼(gang)(gang)中的(de)(de)(de)鎳的(de)(de)(de)化學(xue)組(zu)成,鞏固了(le)在(zai)(zai)鉻(ge)耐(nai)海水鋼(gang)(gang)中的(de)(de)(de)地位。


 20世紀60年(nian)代(dai)后(hou)半(ban)期(昭和40年(nian)代(dai)前半(ban)期)世界上對海(hai)洋的開發(fa)重(zhong)視起來。這時海(hai)洋開發(fa)的實體雖(sui)然還不一定明確,可(ke)是為尋求海(hai)洋資源或海(hai)洋空(kong)間,以石油挖掘(jue)裝(zhuang)置、海(hai)中作業基地、海(hai)洋發(fa)電廠(chang)、人(ren)工(gong)島、浮標等(deng)為代(dai)表,來自重(zhong)工(gong)業對耐蝕鋼(gang)(gang)的期待已寄(ji)托于鋼(gang)(gang)鐵廠(chang)家,而且港口、碼頭也顯示出大(da)型化的傾向,這對鋼(gang)(gang)材(cai)的力學性能、焊接性、耐蝕性也有(you)了更高的要求。


 伴隨著這(zhe)種動向,以(yi)(yi)飛濺帶的(de)耐蝕(shi)(shi)性作為(wei)中心,以(yi)(yi)前(qian)因(yin)(yin)含磷(lin)限制了(le)焊(han)接性的(de)耐海水鋼(gang)已不能滿足(zu)需求,故現需要(yao)具有(you)耐蝕(shi)(shi)性的(de)焊(han)接結構用耐海水鋼(gang)。因(yin)(yin)此各鋼(gang)鐵公司通過降低磷(lin)提高(gao)焊(han)接性,添加(jia)以(yi)(yi)鉻為(wei)主的(de)合金元素開發了(le)在(zai)海水中具有(you)耐蝕(shi)(shi)性的(de)鋼(gang)材。


 我(wo)認為最初市(shi)售(shou)的(de)(de)(de)鋼種是NKK的(de)(de)(de)“瑪林50(マリン50)”[1970年(nian)(昭和45年(nian))]。這種耐(nai)海水(shui)鋼具有(you)0.35%Cu-0.6%Cr-0.45%Al的(de)(de)(de)化學組成,是把前節所敘述的(de)(de)(de)Hudson等的(de)(de)(de)試驗結果中Cr+Al對海水(shui)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕性實(shi)用化的(de)(de)(de)鋼種。


 為(wei)Hudson等(deng)的(de)(de)(de)研究提(ti)供Cr-Al系(xi)鋼(gang)(gang)材的(de)(de)(de)是(shi)(shi)(shi)法國Pompey公(gong)司(si)的(de)(de)(de)E.Herzog,然而(er)(er)NKK于(yu)1965年(昭和40年)與(yu)該(gai)公(gong)司(si)簽訂(ding)了(le)關于(yu)Cr-Al系(xi)的(de)(de)(de)APS鋼(gang)(gang)(8種(zhong)鋼(gang)(gang))的(de)(de)(de)生產的(de)(de)(de)技術合(he)(he)作。這項(xiang)合(he)(he)作的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)是(shi)(shi)(shi)耐(nai)海水(shui)(shui)鋼(gang)(gang),而(er)(er)是(shi)(shi)(shi)對不(bu)(bu)(bu)同鋼(gang)(gang)種(zhong)含有2%~6.5%Cr的(de)(de)(de)低合(he)(he)金(jin)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)硝酸鹽(yan)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)裂(lie)紋(wen)性、耐(nai)硫(liu)化物應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)裂(lie)紋(wen)性、砂糖設備中的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性等(deng)感興趣。可(ke)(ke)是(shi)(shi)(shi)APS鋼(gang)(gang)中有Cr-AI系(xi)的(de)(de)(de)耐(nai)海水(shui)(shui)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)鋼(gang)(gang),所以對鉻(ge)或鋁的(de)(de)(de)效(xiao)果比較關心。可(ke)(ke)是(shi)(shi)(shi)這種(zhong)鋼(gang)(gang)含4%Cr-0.8%Al(APS25),從成(cheng)本,焊接性來看不(bu)(bu)(bu)適合(he)(he)開(kai)(kai)發,所以重新開(kai)(kai)發了(le)更(geng)低合(he)(he)金(jin)系(xi)的(de)(de)(de)Cu-Cr-A1鋼(gang)(gang)。另(ling)外,不(bu)(bu)(bu)管(guan)Cr-Al系(xi)有促進(jin)局(ju)部腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)作用的(de)(de)(de) Hudson的(de)(de)(de)研究結果,Pompey 公(gong)司(si)在(zai)Kure Beach進(jin)行了(le)46個月的(de)(de)(de)海水(shui)(shui)浸泡試驗,其結果表明,單純3.5%Cr鋼(gang)(gang)與(yu)碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)相(xiang)(xiang)比,最大腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)深(shen)(shen)度相(xiang)(xiang)同,平(ping)均孔蝕(shi)(shi)(shi)深(shen)(shen)度是(shi)(shi)(shi)1.65倍(bei),相(xiang)(xiang)反APS 25最大腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)深(shen)(shen)度是(shi)(shi)(shi)1/3弱,平(ping)均孔蝕(shi)(shi)(shi)深(shen)(shen)度是(shi)(shi)(shi)1/2弱。平(ping)均腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)率約為(wei)碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)43%.


 在(zai)開發更(geng)低合金的鉻系(xi)耐海水鋼(gang)時,當然,減小局部腐蝕(孔蝕)的敏感性是(shi)(shi)一個開發目的,并(bing)且,為了應付焊(han)接部的電位(wei)腐蝕,慎重(zhong)地研究了焊(han)接材料,進行(xing)了實際海水中的試驗。在(zai)1970年(昭和(he)45年)銷售開始時的技術資料上(shang)(shang)給出了靜岡(gang)縣清水造船(chuan)廠岸壁上(shang)(shang)長尺材的3年的結果。這(zhe)種鋼(gang)與碳素鋼(gang)相比,耐蝕性在(zai)海水飛(fei)濺帶是(shi)(shi)2~3倍,在(zai)全浸帶是(shi)(shi)1.7~2倍。


 當然,各鋼(gang)(gang)鐵公司都開(kai)發了(le)具有海水(shui)中(zhong)耐蝕性和焊接(jie)性的(de)耐海水(shui)鋼(gang)(gang)。在這些(xie)鋼(gang)(gang)中(zhong),既有海中(zhong)用(yong)的(de)也(ye)有海中(zhong)和飛濺帶兩用(yong)的(de)。把磷降低到和通(tong)常(chang)焊接(jie)結構(gou)鋼(gang)(gang)的(de)同等程度,海中(zhong)和飛濺帶兩用(yong)的(de)鋼(gang)(gang)加(jia)入銅和1%Cr,海中(zhong)用(yong)的(de)鋼(gang)(gang)多數定為(wei)1%Cr。因鋼(gang)(gang)種而(er)異(yi)最大(da)是(shi)3%Cr,并且為(wei)了(le)抑制局部腐蝕有添加(jia)了(le)少量鉬(mu)或(huo)鎳的(de)鋼(gang)(gang)種,或(huo)者為(wei)了(le)提高耐蝕性也(ye)有加(jia)人了(le)其(qi)他的(de)合(he)金元素的(de)鋼(gang)(gang)種。


 這些鋼(gang)(gang)種的(de)開發,到(dao)1970年代初期(qi)(昭和(he)46~47年)基(ji)本結束,各(ge)公(gong)司(si)開始(shi)生產銷售。表3-2示出了(le)日(ri)本現在正在生產的(de)耐(nai)海(hai)水鋼(gang)(gang)。1973年出版的(de)鋼(gang)(gang)材俱(ju)樂部的(de)“關于(yu)鋼(gang)(gang)材的(de)腐(fu)蝕(shi)防蝕(shi)的(de)資(zi)料(liao)”中,用表給出的(de)“日(ri)本國內各(ge)鋼(gang)(gang)鐵公(gong)司(si)的(de)耐(nai)海(hai)水鋼(gang)(gang)的(de)規格”常常被引用,表3-2是(shi)以(yi)此(ci)為(wei)基(ji)礎參考(kao)文獻(xian)追加(jia)了(le)以(yi)后(hou)的(de)鋼(gang)(gang)種制成(cheng)的(de)。與耐(nai)候鋼(gang)(gang)不(bu)同成(cheng)分系相當多,還沒有成(cheng)為(wei)JIS標準(zhun)。



 圖3-1及圖3-2示(shi)出了(le)從(cong)1976年(nian)(nian)(昭和(he)51年(nian)(nian))到最近日(ri)(ri)(ri)本耐海水鋼的(de)生(sheng)產量(liang)(liang)、日(ri)(ri)(ri)本國內使用量(liang)(liang)使用用途(tu)的(de)預測。這期間的(de)生(sheng)產量(liang)(liang)平均(jun)是7178t,日(ri)(ri)(ri)本國內使用量(liang)(liang)平均(jun)是2382t.日(ri)(ri)(ri)本國內消耗量(liang)(liang)土木(mu)用量(liang)(liang)1992年(nian)(nian)(平成(cheng)(cheng)4年(nian)(nian))是2905t,1986年(nian)(nian)(昭和(he)61年(nian)(nian))是1652t,1978年(nian)(nian)是1340t,雖(sui)然超(chao)過了(le)1000t,可是17年(nian)(nian)的(de)平均(jun)值只(zhi)不過515t/年(nian)(nian),生(sheng)產量(liang)(liang)、使用量(liang)(liang)都(dou)非常少。500t的(de)重(zhong)量(liang)(liang)相(xiang)當于長20m的(de)鋼板樁(zhuang)約(yue)100根,換算成(cheng)(cheng)岸(an)壁(bi)長度僅有數(shu)100m以下的(de)工程(cheng)量(liang)(liang)。


圖 1.jpg



  盡(jin)管港口(kou)維修(xiu)及在臨海地帶填海造(zao)地盛行,可是(shi)作為護(hu)岸用的(de)(de)鋼(gang)樁幾(ji)乎不采用耐海水(shui)鋼(gang)。其理由雖然不清楚,然而可能是(shi)因(yin)為對防蝕(shi)不太關心沒(mei)有采取任何防蝕(shi)措施的(de)(de)占多(duo)數,即使(shi)關心也可能是(shi)飛濺帶的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)只(zhi)是(shi)碳素鋼(gang)2倍的(de)(de)性(xing)能沒(mei)有吸引力(li)等原因(yin)。


 由于(yu)港口(kou)(kou)設(she)施(shi)處于(yu)劇(ju)烈的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)環境(jing),如(ru)果(guo)(guo)防(fang)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)不(bu)充分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)話(hua)則腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)嚴重。在1986年(昭和(he)61年),運輸省港口(kou)(kou)局歸(gui)納的(de)(de)(de)(de)(de)(de)港口(kou)(kou)設(she)施(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)劣化(hua)狀況調(diao)查結果(guo)(guo)示于(yu)表(biao)3-3。就是說(shuo),在5年之內需(xu)要(yao)進行維修作(zuo)業的(de)(de)(de)(de)(de)(de)設(she)施(shi)數,鋼結構體有(you)642個設(she)施(shi)(占(zhan)全(quan)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)17.9%),混凝土結構體有(you)245個設(she)施(shi)(占(zhan)全(quan)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)35%)。在6~10該表(biao)中記有(you)“防(fang)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)”的(de)(de)(de)(de)(de)(de)設(she)施(shi),如(ru)果(guo)(guo)設(she)施(shi)適當地(di)進行防(fang)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)就能夠很(hen)好地(di)保存下(xia)來(lai)。設(she)施(shi)需(xu)要(yao)“全(quan)面改修”、“加(jia)(jia)固”的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原因,不(bu)一定全(quan)是腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)造成的(de)(de)(de)(de)(de)(de),然而腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)卻是最(zui)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)因素,如(ru)果(guo)(guo)放(fang)置下(xia)去,隨著時間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增長(chang)只用防(fang)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)也不(bu)能解決(jue)問(wen)題,所以防(fang)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)對(dui)象(xiang)將會(hui)減少,而全(quan)面改修或加(jia)(jia)固的(de)(de)(de)(de)(de)(de)對(dui)象(xiang)數將會(hui)增加(jia)(jia)。


 道路、港口(kou)、橋梁(liang)這一類的(de)(de)(de)公共設(she)施是一國(guo)活力的(de)(de)(de)基(ji)礎,它的(de)(de)(de)建設(she)和(he)(he)維護管理,對保持活躍的(de)(de)(de)經濟活動和(he)(he)富裕(yu)社會(hui)的(de)(de)(de)延續、發展是不可(ke)缺少的(de)(de)(de)。如果忽視了這一問題,將會(hui)招來前(qian)述(2.2.3節)的(de)(de)(de)《荒廢中的(de)(de)(de)美(mei)國(guo)》一書中所介紹的(de)(de)(de)那樣的(de)(de)(de)后果。日(ri)本的(de)(de)(de)公共設(she)施配備正規化的(de)(de)(de)時間是在1950年代后期(qi)(昭和(he)(he)30年代前(qian)期(qi)),與(yu)美(mei)國(guo)等國(guo)家相(xiang)比,由于相(xiang)關的(de)(de)(de)結構體使用年限比較短,由腐(fu)蝕(shi)等引起的(de)(de)(de)損(sun)傷還不明顯,港口(kou)設(she)施的(de)(de)(de)老化需經過25年才開(kai)始顯現出來。


 直到(dao)港口設施的(de)防(fang)蝕(shi)強化成為最關注的(de)問題,耐(nai)海水鋼(gang)(gang)(gang)才會有(you)應(ying)用(yong)發(fa)展的(de)機會,可是(shi)現(xian)在還沒有(you)實(shi)現(xian)。綜(zong)合(he)防(fang)蝕(shi)的(de)重要(yao)性(xing)和經濟性(xing)的(de)結論(lun)是(shi)耐(nai)海水鋼(gang)(gang)(gang)不僅(jin)防(fang)蝕(shi)性(xing)能而且使(shi)用(yong)壽命(ming)(ming)不夠(gou),所(suo)以(yi)采用(yong)了鋼(gang)(gang)(gang)鐵公司用(yong)另一(yi)種途徑開發(fa)的(de)包覆(fu)聚乙烯或(huo)聚氨酯的(de)具有(you)數十年壽命(ming)(ming)的(de)防(fang)蝕(shi)樁或(huo)板樁。還開發(fa)了在現(xian)場施工的(de)石蠟油(you)或(huo)環氧樹脂包覆(fu)的(de)加工法,已在新設或(huo)原有(you)的(de)鋼(gang)(gang)(gang)板樁或(huo)鋼(gang)(gang)(gang)管樁的(de)防(fang)蝕(shi)上應(ying)用(yong)。


 耐候(hou)鋼(gang)(gang)在橋梁上的(de)裸露使用技(ji)術,在經(jing)濟低迷期來(lai)臨后,因為(wei)經(jing)濟上的(de)原(yuan)因而被引進,最(zui)近為(wei)了(le)解決(jue)由于維護費用的(de)削(xue)減(jian)以及高齡化和回避3K(臟、累、危險(xian))風潮所引起(qi)涂漆技(ji)術工人的(de)不(bu)足,耐候(hou)鋼(gang)(gang)再次得到擴大應用的(de)機會,這和耐海水鋼(gang)(gang)大不(bu)一樣。


 最近東京灣橫跨(kua)道路(lu)橋、關西機場(chang)聯絡(luo)橋等重(zhong)要(yao)結構體(ti)已考慮100年的長壽命和(he)徹底地省去維護的目標,與此相對應在橋墩的海水(shui)飛濺部也分(fen)別采用了鈦包層和(he)復合涂(tu)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(nai)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。