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。
而且，在海(hai)水和(he)工業用水以及各種水的管道中，焊(han)(han)縫部位(wei)迅速(su)腐蝕(shi)成溝狀(zhuang)的事例從(cong)1965年（昭和(he)40年）起已經引人(ren)注目。這種腐蝕(shi)被稱為電焊(han)(han)鋼管溝狀(zhuang)腐蝕(shi)或(huo)者簡稱為溝蝕(shi)。圖5-1中給(gei)出了溝蝕(shi)的照片。
這(zhe)種溝狀腐(fu)蝕的(de)(de)報導在日本(ben)(ben)以外幾乎沒有發表過，給(gei)人(ren)的(de)(de)印象好像是(shi)日本(ben)(ben)特有的(de)(de)腐(fu)蝕，可實際決非如此。但(dan)是(shi)，可以認為(wei)日本(ben)(ben)以外的(de)(de)許多(duo)地區由(you)于淡水的(de)(de)硬度高，飽(bao)和指(zhi)數是(shi)正值在管(guan)內(nei)表面上生成了包覆層(ceng)，由(you)水引(yin)起的(de)(de)腐(fu)蝕與日本(ben)(ben)相比不(bu)嚴(yan)重，或者(zhe)在海(hai)水管(guan)道上使用電焊鋼(gang)管(guan)（黑管(guan)、鍍鋅鋼(gang)管(guan)）的(de)(de)比率低(di)，可能因為(wei)這(zhe)些原因溝狀腐(fu)蝕的(de)(de)發生頻度比日本(ben)(ben)低(di)。
1983年(nian)（昭和(he)58年(nian)）美(mei)國(guo) Heitmann(Inland Steel 公司）等在(zai)(zai)ASM主辦的(de)(de)關于高(gao)強度鋼技術和(he)應用(yong)國(guo)際會議上，根據把電焊鋼管作(zuo)為原油或(huo)天然氣配管在(zai)(zai)海(hai)上設備或(huo)收集系統(tong)上使用(yong)時出現的(de)(de)問題(ti)，提出了溝狀腐(fu)蝕，并論述(shu)了其原因和(he)可選擇(ze)的(de)(de)相應鋼種(zhong)，在(zai)(zai)其緒言中敘述(shu)的(de)(de)溝狀腐(fu)蝕的(de)(de)研(yan)究幾(ji)乎都是在(zai)(zai)日本進行的(de)(de)。
因(yin)為(wei)(wei)和電焊(han)(han)鋼管(guan)沒有關(guan)系也存在(zai)著由于各(ge)種原(yuan)因(yin)使腐(fu)(fu)蝕(shi)形(xing)狀(zhuang)(zhuang)成(cheng)為(wei)(wei)溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)，所以(yi)把本書使用(yong)的(de)溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕(shi)稱為(wei)(wei)電焊(han)(han)鋼管(guan)焊(han)(han)縫部的(de)溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕(shi)是(shi)正確(que)的(de)，以(yi)下簡稱為(wei)(wei)溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕(shi)。雖然日本進行過很多研究，可是(shi)有關(guan)這方面的(de)日本以(yi)外的(de)報道卻很少。
就筆者(zhe)所知，關于(yu)電焊(han)(han)鋼(gang)(gang)管溝(gou)狀腐(fu)蝕的(de)(de)(de)最初歸納的(de)(de)(de)文獻是(shi)由(you)新日鐵公司的(de)(de)(de)門智等(deng)完成(cheng)的(de)(de)(de)［1973年（昭和(he)48年）］。該文敘(xu)述了(le)腐(fu)蝕事例和(he)他們(men)開發的(de)(de)(de)Cu-Ti系(xi)及(ji)Cu-Ti-Cr 系(xi)相應鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)優秀特性.當時已經(jing)推測(ce)到，在(zai)鋼(gang)(gang)管焊(han)(han)縫(feng)部位由(you)于(yu)焊(han)(han)接時的(de)(de)(de)滾壓，在(zai)鋼(gang)(gang)管內外所發生的(de)(de)(de)金(jin)屬塑性變(bian)(bian)(bian)形(xing)，為了(le)精(jing)加工通過切削除(chu)去(qu)焊(han)(han)道，使沿著(zhu)塑性變(bian)(bian)(bian)形(xing)區存(cun)在(zai)的(de)(de)(de)非金(jin)屬夾雜物(wu)露在(zai)表面(mian)，由(you)于(yu)急冷變(bian)(bian)(bian)成(cheng)不穩定(ding)或呈(cheng)活性的(de)(de)(de)MnS而成(cheng)為孔蝕的(de)(de)(de)起點，開始溝(gou)狀腐(fu)蝕。
第2年即1974年（昭和49年），加藤、乙(yi)黑(hei)及(ji)門(men)通(tong)過(guo)MnS附(fu)近發生(sheng)腐蝕(shi)的顯微(wei)觀察，證實了(le)焊縫(feng)部位的MnS對溝狀腐蝕(shi)的破壞作用是因為(wei)焊縫(feng)焊接急冷時(shi)在(zai)(zai)MnS的周(zhou)圍(wei)同(tong)時(shi)產生(sheng)了(le)容易形成陽極(ji)(ji)的硫(liu)的偏(pian)(pian)聚(ju)區。他們于1976年試驗片所研究的急熱(re)、急冷處理對MnS的局部腐蝕(shi)影響的結果。實驗證明了(le)在(zai)(zai)高溫，特別是在(zai)(zai)1400℃以上急熱(re)、急冷的鋼的MnS在(zai)(zai)其周(zhou)圍(wei)有硫(liu)的偏(pian)(pian)聚(ju)區，這樣(yang)的偏(pian)(pian)聚(ju)區變成為(wei)陽極(ji)(ji)，開始局部腐蝕(shi)。
有關MnS腐蝕(shi)研(yan)(yan)究(jiu)的歷史或(huo)加藤等(deng)的上述研(yan)(yan)究(jiu)的詳細內容，將在5.2.1節進行敘述。然而通過加藤等(deng)的研(yan)(yan)究(jiu)搞清楚了電焊鋼(gang)管(guan)的溝(gou)狀(zhuang)腐蝕(shi)起因于MnS的理由(you)。
作為耐溝狀腐蝕(shi)電焊鋼管低合金鋼的(de)添(tian)加(jia)(jia)元(yuan)(yuan)素(su)(su)，在(zai)他(ta)們所注意(yi)的(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)之(zhi)中(zhong)，效(xiao)果大的(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)是與(yu)(yu)銅(tong)(tong)共(gong)存(cun)的(de)Sb、Ti、Cr;有(you)效(xiao)果的(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)是銅(tong)(tong)和與(yu)(yu)銅(tong)(tong)共(gong)存(cun)的(de)Zr;Nb、Sn、As即使與(yu)(yu)銅(tong)(tong)共(gong)存(cun)也沒有(you)效(xiao)果。硫(liu)(liu)(liu)是有(you)害的(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)，特別是銅(tong)(tong)含(han)量小(xiao)于0.2%的(de)鋼中(zhong)，隨著(zhu)硫(liu)(liu)(liu)含(han)量增加(jia)(jia)影(ying)響增大；可是當(dang)加(jia)(jia)入0.3%Cu時，硫(liu)(liu)(liu)含(han)量小(xiao)于0.03%時，硫(liu)(liu)(liu)不產(chan)生影(ying)響。
考慮添加銅(tong)是因為注意到銅(tong)在大氣腐蝕(shi)條件(jian)下(xia)能(neng)(neng)夠消除(chu)硫對腐蝕(shi)惡劣影響的(de)Larrabee 學(xue)說或加藤研(yan)究組以前研(yan)究的(de)銅(tong)對耐硫酸(suan)性的(de)效(xiao)果。并(bing)且，與銅(tong)共存的(de)銻也(ye)能(neng)(neng)提高(gao)耐硫酸(suan)鋼的(de)性能(neng)(neng)。鉻在海水(shui)環(huan)境中的(de)使用(yong)，一般是為了提高(gao)耐蝕(shi)性。
Zr、Nb、Ti是(shi)和(he)鋼(gang)(gang)中的(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)(liu)形(xing)成硫(liu)(liu)(liu)(liu)化物(wu)(wu)(wu)傾向很強的(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)，是(shi)為了(le)取代(dai)(dai)Mn以形(xing)成穩(wen)定的(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)(liu)化物(wu)(wu)(wu)而加(jia)入的(de)(de)。1963年金子等(deng)(deng)曾經發表過(guo)形(xing)成硫(liu)(liu)(liu)(liu)化物(wu)(wu)(wu)傾向元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)順序是(shi)：Zr>Ti>Mn>Nb>V>Cr>Al>Mo>W>Fe>Ni>Co>Si.并(bing)且，在(zai)20世紀60年代(dai)(dai)前期(qi)（昭(zhao)和(he)30年代(dai)(dai)后期(qi)），人(ren)們把提高鋼(gang)(gang)鐵各(ge)種性能作為目的(de)(de)而進(jin)行過(guo)添(tian)(tian)加(jia)各(ge)種合金元(yuan)(yuan)素(su)(su)鋼(gang)(gang)的(de)(de)開(kai)發，那時(shi)曾經使用已經普及的(de)(de)EPMA進(jin)行了(le)低(di)合金成分(fen)系(xi)鋼(gang)(gang)的(de)(de)非金屬(shu)夾雜物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)鑒定，白巖等(deng)(deng)試驗向0.3%C-0.1%Mn-0.3%Si為基體(ti)的(de)(de)鋼(gang)(gang)中分(fen)別(bie)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(deng)(deng)，并(bing)確認了(le)取代(dai)(dai)MnS生成各(ge)添(tian)(tian)加(jia)元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)(liu)化物(wu)(wu)(wu)。
為了防止MnS成為孔蝕的(de)起點(dian)，需要(yao)控制錳(meng)含量，或者(zhe)添加其他(ta)的(de)合金元(yuan)素(su)降(jiang)(jiang)低(di)硫化物中的(de)錳(meng)含量，或者(zhe)轉(zhuan)變成比MnS穩定的(de)其他(ta)硫化物，這些方法已經在具(ju)有(you)耐酸(suan)性的(de)易(yi)切削不銹鋼上(shang)得到應用(yong)。Carpenter公(gong)司通過(guo)降(jiang)(jiang)低(di)錳(meng)含量生成含鉻高的(de)（Cr、Mn)S,Sandvik公(gong)司通過(guo)加入鈦生成TiS的(de)方法提高了耐酸(suan)性。
把(ba)上(shang)述(shu)方法最(zui)初利用到(dao)提高電焊(han)鋼(gang)管(guan)的(de)(de)耐溝(gou)狀腐蝕性(xing)上(shang)的(de)(de)是加藤等，據報告，Cu-Ti、Cu-Cr-Ti、Cu-Sb系(xi)(xi)的(de)(de)低(di)硫材料的(de)(de)耐溝(gou)狀腐蝕性(xing)是通常電焊(han)鋼(gang)管(guan)的(de)(de)6~7倍。其中，低(di)S-Cu-Ti系(xi)(xi)的(de)(de)鋼(gang)種以(yi)后作為新(xin)日鐵公司的(de)(de)耐溝(gou)狀腐蝕鋼(gang)管(guan)實現了(le)產品化。
進(jin)(jin)入20世紀(ji)70年代（昭和50年代）后，溝狀(zhuang)腐(fu)(fu)蝕發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)頻繁程度越來越引起(qi)人們的(de)(de)(de)(de)關注，各鋼(gang)鐵(tie)公司進(jin)(jin)行(xing)了事(shi)例調查、發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)原(yuan)因的(de)(de)(de)(de)研討和對策鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)開發(fa)等。腐(fu)(fu)蝕率非(fei)常大是溝狀(zhuang)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)一(yi)個特征(zheng)，根據(ju)事(shi)例的(de)(de)(de)(de)總結報告,有的(de)(de)(de)(de)例子是10mm/a或者更高，13mm/a的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕率非(fei)常普(pu)遍(bian)。產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)環(huan)境也(ye)涉及海(hai)水(shui)、鹽水(shui)、循環(huan)冷卻水(shui)、工(gong)業(ye)用水(shui)、地下水(shui)、自來水(shui)等管道的(de)(de)(de)(de)內面(mian)、土(tu)壤(rang)埋設(she)管道的(de)(de)(de)(de)外面(mian)、纏(chan)繞防(fang)露(lu)材(cai)的(de)(de)(de)(de)水(shui)管道的(de)(de)(de)(de)外面(mian)（由于滲人的(de)(de)(de)(de)結露(lu)水(shui)而潤濕）等許多(duo)方面(mian)，而且仍然處在產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)溝狀(zhuang)腐(fu)(fu)蝕環(huan)境的(de)(de)(de)(de)特異性不(bu)能定義，容易產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)溝狀(zhuang)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)環(huan)境不(bu)能夠(gou)預(yu)知，不(bu)能夠(gou)制定相(xiang)應(ying)對策的(de)(de)(de)(de)狀(zhuang)況。
如圖5-1所示，溝狀(zhuang)腐蝕(shi)(shi)(shi)一(yi)種(zhong)是沿著焊(han)縫線呈一(yi)直線生(sheng)(sheng)成(cheng)的類型，另(ling)一(yi)種(zhong)是銹(xiu)瘤在(zai)焊(han)縫的位(wei)置(zhi)形成(cheng)在(zai)其(qi)下(xia)面(mian)被侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)時，由于焊(han)縫部侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)特別深，沿著銹(xiu)瘤分布不連續生(sheng)(sheng)成(cheng)的類型。不管哪一(yi)種(zhong)類型都反映出是宏觀電(dian)池引起的腐蝕(shi)(shi)(shi)，已經證明在(zai)像海水或(huo)鹽(yan)水那樣電(dian)導率高的環境(jing)(jing)中侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)加(jia)快(kuai)，在(zai)工業用水或(huo)自來(lai)水等(deng)電(dian)導率低(di)的環境(jing)(jing)中侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)減慢。即使在(zai)后(hou)者的場合，由于腐蝕(shi)(shi)(shi)率只能(neng)上升到1mm/a程度(du)或(huo)者以上，所以也(ye)不一(yi)定是電(dian)導率越(yue)低(di)越(yue)好(hao)。
當(dang)然，溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)并(bing)不(bu)(bu)一(yi)定(ding)會發生(sheng)。溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)到(dao)底(di)是(shi)發生(sheng)在環(huan)境條(tiao)(tiao)件(jian)強的(de)(de)場(chang)合，還(huan)是(shi)由于微妙的(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)條(tiao)(tiao)件(jian)發生(sheng)在材(cai)(cai)(cai)料敏感(gan)性大的(de)(de)場(chang)合，尚不(bu)(bu)清楚。正(zheng)村(cun)等(deng)通過(guo)恒電位電解(jie)的(de)(de)方(fang)法，確立了(le)用(yong)1周(zhou)時間能(neng)夠再現溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)試(shi)驗方(fang)法,就(jiu)是(shi)把(ba)焊縫部的(de)(de)侵蝕(shi)深度和周(zhou)圍母材(cai)(cai)(cai)的(de)(de)侵蝕(shi)深度的(de)(de)比設定(ding)為溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)系數α,將該方(fang)法用(yong)于硫含量(liang)、制管機(ji)和有無在線退火(huo)裝置等(deng)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)生(sheng)產條(tiao)(tiao)件(jian)下，每種(zhong)條(tiao)(tiao)件(jian)下采用(yong)50批以上的(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料，α是(shi)1.1~1.4,結果是(shi)所有的(de)(de)試(shi)驗材(cai)(cai)(cai)料或(huo)多或(huo)少(shao)都(dou)存在溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)敏感(gan)性。就(jiu)是(shi)說，在當(dang)時的(de)(de)電焊鋼管的(de)(de)生(sheng)產條(tiao)(tiao)件(jian)范圍內即使控制條(tiao)(tiao)件(jian)也不(bu)(bu)能(neng)避免溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)。
溝狀(zhuang)腐蝕發(fa)生(sheng)的(de)起因是由(you)(you)于急(ji)冷MnS沒能充(chong)分析出和長(chang)大，所以熱(re)處理(li)(li)（退(tui)火(huo)(huo)、正火(huo)(huo)）應該是有(you)效的(de)。事實(shi)上(shang)，如果(guo)在900℃以上(shang)經30min熱(re)處理(li)(li)進行空冷，就不會產生(sheng)溝狀(zhuang)腐蝕，或者即便處理(li)(li)時間(jian)比這短，也能降低(di)敏感性，其效果(guo)是硫含量越低(di)則越大，可是由(you)(you)于設(she)置(zhi)在電焊鋼管(guan)生(sheng)產設(she)備上(shang)的(de)后(hou)置(zhi)退(tui)火(huo)(huo)裝(zhuang)置(zhi)（焊縫退(tui)火(huo)(huo)裝(zhuang)置(zhi)）加熱(re)時間(jian)短，雖然有(you)效果(guo)但不明顯。
還(huan)有(you)(you)一種(zhong)(zhong)在高(gao)溫下鍛接制成的焊(han)接鋼管(guan)，因為冷卻速度慢，所以在焊(han)接部發生的局部腐蝕(shi)比電(dian)焊(han)鋼管(guan)顯著(zhu)減輕，實(shi)踐證(zheng)明(ming)，這種(zhong)(zhong)焊(han)管(guan)在實(shi)際(ji)應用(yong)上幾乎沒有(you)(you)問(wen)題(ti),因此推薦使用(yong)這種(zhong)(zhong)鋼管(guan)。可是由于尺寸(cun)被限制在100A以下，而(er)在125A以上仍需要(yao)電(dian)焊(han)鋼管(guan)。鍍鋅鋼管(guan)通過對鍍層的消耗(hao)可延長(chang)使用(yong)壽命，然而(er)在日本由于水(shui)是軟質(zhi)的，鍍層消耗(hao)很快(kuai)，雖然能夠延長(chang)平均使用(yong)壽命，但是也有(you)(you)1~3年溝(gou)狀腐蝕(shi)穿(chuan)透的例(li)子，所以目前(qian)還(huan)沒有(you)(you)很好的解決措施。
因(yin)此(ci)人們對能夠降(jiang)低或者抑制溝(gou)狀腐(fu)蝕敏感性(xing)的低合(he)金成分的組成進行了種種研(yan)究。除了上述加(jia)藤等(deng)認(ren)為有(you)效的元素外(wai)，還(huan)發(fa)表了Nb、Y、Al、Mo、Ni,并且(qie)在與銅共(gong)存時，Ni、REM、Ca等(deng)是有(you)效元素。
1980~1981年（昭和55~56年），4家公司生產的耐(nai)溝狀腐蝕(shi)電焊鋼(gang)管(guan)開(kai)始銷售。研究思(si)路大體(ti)相同，即降低(di)硫(liu)含量。但(dan)是只用這些(xie)方法是不(bu)充分的，即使經過熱處理(li)也(ye)殘留敏感(gan)性(xing)(xing)。雖然加(jia)入0.1%~0.3%Cu也(ye)是必需(xu)的，可是低(di)S-Cu鋼(gang)仍有(you)敏感(gan)性(xing)(xing),需(xu)要進一步進行熱處理(li)或(huo)加(jia)入另外的合金元素(su)，或(huo)者可以兩(liang)種方法同時(shi)采(cai)用。
表(biao)5-1給出(chu)了各公司生產的耐溝狀腐蝕鋼管的成分標準表(biao)中所列(lie)成分均是根(gen)據上(shang)述考慮而設計(ji)的。由于產品不同(tong)，可(ke)以進行熱(re)處理(li)。
產(chan)品列于JISG 3452(管道用碳素(su)鋼(gang)鋼(gang)管）的(de)黑管及鍍鋅(xin)鋼(gang)管和JIS G 3454(壓(ya)力管道用碳素(su)鋼(gang)鋼(gang)管）的(de)黑管及鍍鋅(xin)鋼(gang)管的(de)標準內，可(ke)以提供的(de)尺寸(cun)前者(zhe)是125~500A,后(hou)者(zhe)是20~600A(15A、650A根據協商(shang)生產(chan)）。前者(zhe)中沒有可(ke)以使用鍛接鋼(gang)管的(de)100A以下的(de)產(chan)品。
從1980年(nian)(nian)（昭(zhao)和(he)50年(nian)(nian)代的(de)中期(qi)）起(qi)，水管(guan)(guan)(guan)道(dao)用(yong)的(de)黑管(guan)(guan)(guan)及鍍鋅鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)一般已(yi)經使(shi)用(yong)了(le)耐(nai)溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)（由于尺寸所(suo)限 使(shi)用(yong)鍛(duan)接(jie)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)）。日本水道(dao)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)協會認為，耐(nai)溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)電(dian)焊鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)的(de)耐(nai)溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)性是傳統電(dian)焊鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)的(de)10倍。各公司(si)就(jiu)耐(nai)溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)鋼(gang)(gang)的(de)同類產品在文獻上發(fa)表了(le)各自的(de)試驗(yan)結果,結論是敏感(gan)性為零或者(zhe)非常(chang)小(xiao)。
這些產品銷(xiao)售以來，耐溝(gou)狀(zhuang)腐蝕(shi)電焊鋼管的溝(gou)狀(zhuang)腐蝕(shi)事例(li)一件(jian)也沒有報道(dao)過，作者所知道(dao)的情報中也沒有。在建(jian)設省的機械設備工(gong)程施(shi)工(gong)管理指南（平成元年版）中，也記載(zai)著耐溝(gou)狀(zhuang)腐蝕(shi)電焊鋼管。
