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(zhao)和36年),日(ri)本為了(le)緩(huan)解船(chuan)只(zhi)擁擠問(wen)題制定(ding)了(le)港口(kou)修配緊急措(cuo)施法,開始了(le)5年計劃。該5年計劃以后(hou)連(lian)續進行過6次,日(ri)本的(de)(de)港口(kou)設(she)施的(de)(de)儲備從1965年(昭(zhao)和40年)之后(hou)的(de)(de)20年間增大了(le)3.5倍,所以說鋼(gang)鐵廠(chang)家對耐蝕(shi)鋼(gang)如(ru)此感(gan)興趣是(shi)理所當然的(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,日本幾家公(gong)司開發了主要(yao)提(ti)高飛(fei)濺帶耐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)的(de)鋼管(guan)樁、鋼板(ban)樁.例如NKK公(gong)司于1967年(昭和42年)把標稱組成0.3%Cu-0.6%Cr-0.1%P系的(de)NK瑪(ma)林鋼推向(xiang)市場。這是(shi)490 MPa(50kg)級的(de)高強度鋼,主要(yao)把提(ti)高飛(fei)濺帶的(de)耐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)作為自的(de)。由于含有(you)Cr,這種鋼在(zai)海水中、在(zai)一定程(cheng)度上比碳(tan)素鋼腐蝕(shi)(shi)(shi)小(xiao),局部腐蝕(shi)(shi)(shi)也(ye)小(xiao),焊接性(xing)(xing)、焊接部的(de)耐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)也(ye)良好。
這(zhe)些用日本(ben)技術生產的(de)耐(nai)(nai)海(hai)(hai)水(shui)鋼是Cu-Cr-P系、Cu-Cr-Al-P系、Cu-Cr-Mo系等,其特征是主要元素不含(han)有Ni,為(wei)了提(ti)高耐(nai)(nai)蝕性(xing)而含(han)有Cr。這(zhe)和(he)U.S.Steel公(gong)司積極(ji)地把Cr除外大不相同。然而,各公(gong)司在(zai)實(shi)際環(huan)境(jing)下(xia)的(de)腐(fu)蝕試驗(yan)結(jie)果表(biao)明,這(zhe)些含(han)鉻(ge)的(de)低(di)合金鋼在(zai)海(hai)(hai)水(shui)飛濺帶的(de)耐(nai)(nai)蝕性(xing)良好。這(zhe)一(yi)結(jie)果在(zai)下(xia)面(mian)所敘述的(de)耐(nai)(nai)海(hai)(hai)水(shui)鋼耐(nai)(nai)蝕性(xing)調查委員(yuan)會的(de)試驗(yan)中(zhong)也得(de)到了證實(shi)。
該委員會由運輸省(sheng)港(gang)(gang)口(kou)局、運輸省(sheng)港(gang)(gang)口(kou)技(ji)術研究所、各鋼鐵廠(chang)家(jia)組(zu)成(cheng),為了(le)研究耐海水鋼的(de)(de)耐蝕(shi)性,從1965年起6~8年間,各公司(si)的(de)(de)材料·用加工成(cheng)H型鋼的(de)(de)形狀的(de)(de)試驗(yan)材,在(zai)新瀉港(gang)(gang)及(ji)京濱地區的(de)(de)海域進(jin)行了(le)腐(fu)蝕(shi)試驗(yan)。該報告書雖(sui)然沒有公開發表,可是(shi)在(zai)運輸省(sheng)港(gang)(gang)口(kou)局主(zhu)編的(de)(de)“港(gang)(gang)口(kou)設施的(de)(de)技(ji)術基準·同解(jie)說(shuo)(shuo)”(1979年刊)被(bei)引(yin)用。在(zai)附(fu)加的(de)(de)解(jie)說(shuo)(shuo)中說(shuo)(shuo)“在(zai)飛濺帶(dai)的(de)(de)耐蝕(shi)鋼(耐海水試制(zhi)鋼)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)速度,耐蝕(shi)性好(hao)的(de)(de)鋼是(shi)碳素鋼的(de)(de)1/2,它是(shi)Cu含(han)(han)量(liang)0.3%、Cr含(han)(han)量(liang)約0.6%、P含(han)(han)量(liang)約0.1%的(de)(de)含(han)(han)銅鋼。”并規定了(le)“腐(fu)蝕(shi)率足夠(gou)的(de)(de)場合,可以不采用防蝕(shi)法”,Cu-Cr-P系在(zai)飛濺帶(dai)良好(hao)的(de)(de)耐蝕(shi)性已被(bei)第三者承認。這(zhe)種成(cheng)分的(de)(de)鋼可以說(shuo)(shuo)是(shi)用鉻取代(dai)了(le)MARINER鋼中的(de)(de)鎳的(de)(de)化學組(zu)成(cheng),鞏固了(le)在(zai)鉻耐海水鋼中的(de)(de)地位。
20世紀(ji)60年代后半期(昭和(he)40年代前半期)世界上(shang)對海(hai)(hai)洋(yang)(yang)的開發重視起來。這(zhe)時海(hai)(hai)洋(yang)(yang)開發的實(shi)體雖然(ran)還不一定明確,可是為(wei)尋求海(hai)(hai)洋(yang)(yang)資源(yuan)或(huo)海(hai)(hai)洋(yang)(yang)空(kong)間(jian),以石油(you)挖掘裝置(zhi)、海(hai)(hai)中(zhong)作業基(ji)地(di)、海(hai)(hai)洋(yang)(yang)發電廠、人(ren)工島(dao)、浮標等為(wei)代表(biao),來自重工業對耐蝕(shi)鋼(gang)的期待已寄(ji)托于鋼(gang)鐵(tie)廠家,而且港口、碼頭也(ye)顯(xian)示出(chu)大型化的傾向,這(zhe)對鋼(gang)材的力學性能、焊接性、耐蝕(shi)性也(ye)有了(le)更高的要求。
伴(ban)隨(sui)著這種動向,以飛濺帶的(de)耐(nai)蝕(shi)性作(zuo)為中(zhong)心(xin),以前(qian)因(yin)含磷限制了焊(han)接(jie)性的(de)耐(nai)海水(shui)鋼(gang)已不能滿足需(xu)(xu)求(qiu),故現(xian)需(xu)(xu)要具(ju)有(you)耐(nai)蝕(shi)性的(de)焊(han)接(jie)結構用(yong)耐(nai)海水(shui)鋼(gang)。因(yin)此各鋼(gang)鐵公(gong)司通過降低磷提高焊(han)接(jie)性,添加以鉻為主的(de)合金元素開(kai)發了在(zai)海水(shui)中(zhong)具(ju)有(you)耐(nai)蝕(shi)性的(de)鋼(gang)材。
我(wo)認為(wei)最初市售的(de)鋼種(zhong)是NKK的(de)“瑪林50(マリン50)”[1970年(昭(zhao)和(he)45年)]。這種(zhong)耐海水鋼具有0.35%Cu-0.6%Cr-0.45%Al的(de)化學組成,是把前節所(suo)敘述的(de)Hudson等的(de)試(shi)驗結果(guo)中Cr+Al對海水的(de)耐蝕(shi)性實用化的(de)鋼種(zhong)。
為Hudson等的(de)(de)(de)(de)(de)研究提供Cr-Al系(xi)(xi)鋼(gang)(gang)材(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)是法國Pompey公司的(de)(de)(de)(de)(de)E.Herzog,然而NKK于1965年(nian)(昭和40年(nian))與該公司簽(qian)訂了(le)(le)關于Cr-Al系(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)APS鋼(gang)(gang)(8種鋼(gang)(gang))的(de)(de)(de)(de)(de)生產的(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)術(shu)合(he)作。這(zhe)項合(he)作的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)不是耐海水鋼(gang)(gang),而是對不同鋼(gang)(gang)種含(han)(han)有2%~6.5%Cr的(de)(de)(de)(de)(de)低合(he)金(jin)不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐硝酸鹽應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)裂(lie)(lie)紋性(xing)、耐硫(liu)化物應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)裂(lie)(lie)紋性(xing)、砂糖(tang)設備中的(de)(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)等感興(xing)趣。可(ke)(ke)是APS鋼(gang)(gang)中有Cr-AI系(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)耐海水腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)鋼(gang)(gang),所(suo)(suo)以對鉻或鋁的(de)(de)(de)(de)(de)效果(guo)(guo)比較關心。可(ke)(ke)是這(zhe)種鋼(gang)(gang)含(han)(han)4%Cr-0.8%Al(APS25),從成(cheng)本,焊接性(xing)來看不適合(he)開(kai)發(fa),所(suo)(suo)以重新開(kai)發(fa)了(le)(le)更低合(he)金(jin)系(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)Cu-Cr-A1鋼(gang)(gang)。另(ling)外(wai),不管(guan)Cr-Al系(xi)(xi)有促進(jin)局部腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)作用的(de)(de)(de)(de)(de) Hudson的(de)(de)(de)(de)(de)研究結果(guo)(guo),Pompey 公司在Kure Beach進(jin)行了(le)(le)46個月的(de)(de)(de)(de)(de)海水浸泡試驗,其結果(guo)(guo)表明(ming),單純(chun)3.5%Cr鋼(gang)(gang)與碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)相(xiang)比,最大腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)深度(du)(du)相(xiang)同,平均(jun)孔蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)深度(du)(du)是1.65倍,相(xiang)反APS 25最大腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)深度(du)(du)是1/3弱,平均(jun)孔蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)深度(du)(du)是1/2弱。平均(jun)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)率約為碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)43%.
在(zai)開(kai)發更低合金的(de)(de)(de)鉻系耐海水(shui)鋼(gang)時,當然,減小局部腐(fu)蝕(孔蝕)的(de)(de)(de)敏(min)感性(xing)是一個開(kai)發目的(de)(de)(de),并且,為了(le)應付(fu)焊接部的(de)(de)(de)電(dian)位腐(fu)蝕,慎重(zhong)地研究了(le)焊接材料(liao),進行了(le)實際(ji)海水(shui)中的(de)(de)(de)試驗。在(zai)1970年(昭和45年)銷售(shou)開(kai)始時的(de)(de)(de)技術資(zi)料(liao)上給(gei)出了(le)靜岡(gang)縣清水(shui)造船廠岸壁(bi)上長(chang)尺材的(de)(de)(de)3年的(de)(de)(de)結果(guo)。這(zhe)種(zhong)鋼(gang)與碳(tan)素鋼(gang)相比,耐蝕性(xing)在(zai)海水(shui)飛濺帶(dai)是2~3倍(bei),在(zai)全浸帶(dai)是1.7~2倍(bei)。
當然,各(ge)鋼(gang)鐵公司(si)都(dou)開發了具有海水中(zhong)(zhong)(zhong)耐(nai)(nai)蝕性(xing)和(he)焊(han)接性(xing)的(de)(de)耐(nai)(nai)海水鋼(gang)。在這些鋼(gang)中(zhong)(zhong)(zhong),既(ji)有海中(zhong)(zhong)(zhong)用(yong)的(de)(de)也有海中(zhong)(zhong)(zhong)和(he)飛(fei)濺帶兩(liang)(liang)用(yong)的(de)(de)。把磷(lin)降低到(dao)和(he)通常焊(han)接結(jie)構鋼(gang)的(de)(de)同(tong)等(deng)程度,海中(zhong)(zhong)(zhong)和(he)飛(fei)濺帶兩(liang)(liang)用(yong)的(de)(de)鋼(gang)加入(ru)銅和(he)1%Cr,海中(zhong)(zhong)(zhong)用(yong)的(de)(de)鋼(gang)多數定為1%Cr。因鋼(gang)種而異最大是3%Cr,并(bing)且為了抑(yi)制局部腐蝕有添(tian)加了少量鉬(mu)或(huo)(huo)鎳的(de)(de)鋼(gang)種,或(huo)(huo)者為了提(ti)高耐(nai)(nai)蝕性(xing)也有加人了其他的(de)(de)合金元素的(de)(de)鋼(gang)種。
這些鋼(gang)(gang)種(zhong)的(de)(de)開(kai)發(fa),到1970年(nian)代初期(昭和46~47年(nian))基本(ben)(ben)結束,各公(gong)司開(kai)始生(sheng)產銷(xiao)售。表(biao)3-2示(shi)出了日本(ben)(ben)現在正在生(sheng)產的(de)(de)耐海(hai)水鋼(gang)(gang)。1973年(nian)出版的(de)(de)鋼(gang)(gang)材俱樂部的(de)(de)“關于(yu)鋼(gang)(gang)材的(de)(de)腐(fu)蝕防蝕的(de)(de)資(zi)料”中,用表(biao)給出的(de)(de)“日本(ben)(ben)國內(nei)各鋼(gang)(gang)鐵公(gong)司的(de)(de)耐海(hai)水鋼(gang)(gang)的(de)(de)規格”常常被引用,表(biao)3-2是以此為(wei)基礎參考文獻(xian)追加了以后(hou)的(de)(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)制(zhi)成(cheng)的(de)(de)。與耐候鋼(gang)(gang)不同成(cheng)分系(xi)相當多(duo),還沒有成(cheng)為(wei)JIS標準。
圖3-1及圖3-2示出了從1976年(nian)(nian)(nian)(昭(zhao)和51年(nian)(nian)(nian))到最近日(ri)(ri)本耐海水鋼的生(sheng)產量(liang)、日(ri)(ri)本國(guo)內(nei)使(shi)用(yong)量(liang)使(shi)用(yong)用(yong)途的預測。這期間的生(sheng)產量(liang)平(ping)均是(shi)7178t,日(ri)(ri)本國(guo)內(nei)使(shi)用(yong)量(liang)平(ping)均是(shi)2382t.日(ri)(ri)本國(guo)內(nei)消耗量(liang)土木用(yong)量(liang)1992年(nian)(nian)(nian)(平(ping)成(cheng)4年(nian)(nian)(nian))是(shi)2905t,1986年(nian)(nian)(nian)(昭(zhao)和61年(nian)(nian)(nian))是(shi)1652t,1978年(nian)(nian)(nian)是(shi)1340t,雖(sui)然超(chao)過了1000t,可是(shi)17年(nian)(nian)(nian)的平(ping)均值只不(bu)過515t/年(nian)(nian)(nian),生(sheng)產量(liang)、使(shi)用(yong)量(liang)都非常少。500t的重(zhong)量(liang)相當于長20m的鋼板樁約100根(gen),換(huan)算成(cheng)岸壁長度(du)僅(jin)有(you)數100m以(yi)下的工程量(liang)。
盡管港口維修及在臨(lin)海(hai)地(di)帶填海(hai)造(zao)地(di)盛行,可(ke)是(shi)(shi)作為(wei)護(hu)岸(an)用(yong)的(de)鋼樁幾乎不采用(yong)耐海(hai)水鋼。其理由雖然不清(qing)楚(chu),然而可(ke)能是(shi)(shi)因為(wei)對防(fang)蝕(shi)(shi)不太關(guan)心(xin)沒有采取任何防(fang)蝕(shi)(shi)措施的(de)占多(duo)數,即使關(guan)心(xin)也(ye)可(ke)能是(shi)(shi)飛(fei)濺帶的(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)只是(shi)(shi)碳(tan)素(su)鋼2倍(bei)的(de)性(xing)能沒有吸(xi)引力等原因。
由于(yu)(yu)港(gang)口(kou)設(she)施(shi)處于(yu)(yu)劇烈的(de)(de)(de)腐(fu)蝕環境,如果(guo)防蝕不充分的(de)(de)(de)話則腐(fu)蝕嚴重。在1986年(nian)(昭(zhao)和(he)61年(nian)),運輸省(sheng)港(gang)口(kou)局(ju)歸納的(de)(de)(de)港(gang)口(kou)設(she)施(shi)的(de)(de)(de)劣化狀況調查結果(guo)示于(yu)(yu)表(biao)3-3。就是說,在5年(nian)之內(nei)需要進行維修作業的(de)(de)(de)設(she)施(shi)數,鋼結構(gou)體有642個設(she)施(shi)(占(zhan)全(quan)體的(de)(de)(de)17.9%),混(hun)凝(ning)土結構(gou)體有245個設(she)施(shi)(占(zhan)全(quan)體的(de)(de)(de)35%)。在6~10該(gai)表(biao)中記(ji)有“防蝕”的(de)(de)(de)設(she)施(shi),如果(guo)設(she)施(shi)適當地進行防蝕就能夠很好(hao)地保存(cun)下來。設(she)施(shi)需要“全(quan)面改(gai)修”、“加固”的(de)(de)(de)原因(yin),不一定全(quan)是腐(fu)蝕造(zao)成的(de)(de)(de),然(ran)而腐(fu)蝕卻(que)是最(zui)大的(de)(de)(de)因(yin)素,如果(guo)放置(zhi)下去(qu),隨著(zhu)時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)增(zeng)長只用防蝕也不能解(jie)決(jue)問題,所(suo)以(yi)防蝕的(de)(de)(de)對象將會減少,而全(quan)面改(gai)修或加固的(de)(de)(de)對象數將會增(zeng)加。
道(dao)路、港(gang)(gang)口(kou)、橋梁這一類的(de)(de)公(gong)共設(she)施(shi)是(shi)一國活力(li)的(de)(de)基礎,它的(de)(de)建設(she)和維(wei)護管理,對保(bao)持活躍的(de)(de)經濟活動和富裕社會的(de)(de)延續、發(fa)展是(shi)不(bu)可缺少的(de)(de)。如果(guo)忽視了這一問題,將會招來前述(shu)(2.2.3節)的(de)(de)《荒(huang)廢中的(de)(de)美國》一書中所介(jie)紹的(de)(de)那樣的(de)(de)后果(guo)。日(ri)本的(de)(de)公(gong)共設(she)施(shi)配備(bei)正規化的(de)(de)時間是(shi)在1950年代(dai)后期(昭和30年代(dai)前期),與美國等(deng)國家相比(bi),由于相關的(de)(de)結構體使用年限(xian)比(bi)較短,由腐蝕等(deng)引起的(de)(de)損傷(shang)還不(bu)明顯(xian),港(gang)(gang)口(kou)設(she)施(shi)的(de)(de)老化需經過25年才開始顯(xian)現出來。
直到港口設施的(de)(de)防蝕(shi)(shi)強化成為(wei)最關注的(de)(de)問(wen)題,耐(nai)海水鋼(gang)才會有(you)(you)(you)應(ying)用發展(zhan)的(de)(de)機會,可(ke)是(shi)現(xian)(xian)在還(huan)沒有(you)(you)(you)實(shi)現(xian)(xian)。綜合防蝕(shi)(shi)的(de)(de)重要性和經濟(ji)性的(de)(de)結論是(shi)耐(nai)海水鋼(gang)不(bu)僅防蝕(shi)(shi)性能(neng)而且使(shi)用壽命(ming)不(bu)夠(gou),所(suo)以(yi)采用了(le)鋼(gang)鐵(tie)公司用另一種途徑開發的(de)(de)包覆(fu)聚乙烯或(huo)聚氨(an)酯的(de)(de)具有(you)(you)(you)數十年壽命(ming)的(de)(de)防蝕(shi)(shi)樁或(huo)板樁。還(huan)開發了(le)在現(xian)(xian)場施工(gong)的(de)(de)石(shi)蠟油或(huo)環氧樹脂包覆(fu)的(de)(de)加工(gong)法(fa),已在新設或(huo)原有(you)(you)(you)的(de)(de)鋼(gang)板樁或(huo)鋼(gang)管(guan)樁的(de)(de)防蝕(shi)(shi)上應(ying)用。
耐(nai)候鋼在(zai)橋梁上的(de)裸露使用技(ji)術(shu),在(zai)經濟低迷期來臨后,因(yin)為經濟上的(de)原因(yin)而被引(yin)進,最近為了解決由于維護費用的(de)削減以(yi)及(ji)高齡(ling)化和(he)回避3K(臟、累(lei)、危(wei)險)風潮所引(yin)起(qi)涂(tu)漆技(ji)術(shu)工人的(de)不足(zu),耐(nai)候鋼再(zai)次得到擴(kuo)大(da)應(ying)用的(de)機會,這和(he)耐(nai)海水(shui)鋼大(da)不一樣。
最近(jin)東京灣(wan)橫跨道(dao)路橋、關西機(ji)場聯絡橋等重要結構體已考慮100年的(de)長壽(shou)命(ming)和徹底地省去(qu)維護的(de)目標,與此相對應在(zai)橋墩的(de)海(hai)水飛濺部也分別(bie)采用了鈦包層和復(fu)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(di)合金耐蝕(shi)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。