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，在海水和工業用水以及各(ge)種水的(de)管道中，焊(han)縫部位迅速腐蝕成(cheng)溝狀(zhuang)的(de)事(shi)例(li)從(cong)1965年（昭(zhao)和40年）起(qi)已(yi)經(jing)引人注(zhu)目(mu)。這種腐蝕被稱為電焊(han)鋼管溝狀(zhuang)腐蝕或者簡稱為溝蝕。圖5-1中給出了溝蝕的(de)照片(pian)。
這種溝(gou)(gou)狀腐(fu)蝕(shi)的(de)報導(dao)在(zai)日(ri)(ri)本(ben)(ben)以(yi)外幾乎沒(mei)有(you)發表過，給人的(de)印象好像(xiang)是(shi)日(ri)(ri)本(ben)(ben)特有(you)的(de)腐(fu)蝕(shi)，可(ke)實際決非(fei)如此。但是(shi)，可(ke)以(yi)認為日(ri)(ri)本(ben)(ben)以(yi)外的(de)許多地(di)區由于淡水(shui)的(de)硬度(du)高(gao)，飽(bao)和(he)指數是(shi)正值在(zai)管(guan)(guan)內表面上(shang)生成了包覆層，由水(shui)引起的(de)腐(fu)蝕(shi)與日(ri)(ri)本(ben)(ben)相比(bi)不嚴重，或者(zhe)在(zai)海(hai)水(shui)管(guan)(guan)道上(shang)使(shi)用(yong)電(dian)焊鋼管(guan)(guan)（黑管(guan)(guan)、鍍(du)鋅鋼管(guan)(guan)）的(de)比(bi)率低，可(ke)能因為這些原因溝(gou)(gou)狀腐(fu)蝕(shi)的(de)發生頻(pin)度(du)比(bi)日(ri)(ri)本(ben)(ben)低。
1983年（昭和58年）美國 Heitmann(Inland Steel 公司）等(deng)在ASM主辦的(de)關(guan)于高強度鋼技術和應用國際會議(yi)上，根據把電焊鋼管(guan)作為原油或天(tian)然氣配管(guan)在海(hai)上設備或收集系(xi)統上使用時出(chu)現的(de)問題，提出(chu)了(le)溝狀腐(fu)蝕，并(bing)論述(shu)了(le)其原因和可選擇(ze)的(de)相應鋼種，在其緒言中敘述(shu)的(de)溝狀腐(fu)蝕的(de)研(yan)究幾乎(hu)都是在日本進(jin)行的(de)。
因為和(he)電(dian)焊鋼管沒有(you)關系也(ye)存在(zai)著由于各種原因使腐(fu)蝕(shi)形狀(zhuang)(zhuang)成為溝狀(zhuang)(zhuang)的(de)腐(fu)蝕(shi)，所以(yi)把本(ben)書使用的(de)溝狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)稱為電(dian)焊鋼管焊縫部的(de)溝狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)是(shi)正確的(de)，以(yi)下簡稱為溝狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)。雖然日(ri)本(ben)進(jin)行過(guo)很多研究，可是(shi)有(you)關這方面(mian)的(de)日(ri)本(ben)以(yi)外(wai)的(de)報道卻很少。
就筆者所知(zhi)，關于(yu)電(dian)焊鋼(gang)(gang)管溝狀腐(fu)蝕的(de)最初歸納(na)的(de)文獻是由新日(ri)鐵公司的(de)門(men)智(zhi)等完成(cheng)(cheng)的(de)［1973年（昭和(he)48年）］。該文敘(xu)述了(le)腐(fu)蝕事(shi)例和(he)他們開發的(de)Cu-Ti系及Cu-Ti-Cr 系相應鋼(gang)(gang)的(de)優(you)秀特性.當時(shi)已經推測到(dao)，在鋼(gang)(gang)管焊縫部位(wei)由于(yu)焊接時(shi)的(de)滾壓，在鋼(gang)(gang)管內外所發生的(de)金(jin)屬塑性變(bian)形，為了(le)精(jing)加工通過(guo)切削除去焊道，使(shi)沿著塑性變(bian)形區(qu)存在的(de)非金(jin)屬夾雜物露在表面，由于(yu)急冷變(bian)成(cheng)(cheng)不穩定或呈活性的(de)MnS而(er)成(cheng)(cheng)為孔蝕的(de)起點(dian)，開始(shi)溝狀腐(fu)蝕。
第2年即1974年（昭和49年），加藤、乙黑(hei)及門通過MnS附近(jin)發生腐蝕的(de)(de)(de)顯微觀察(cha)，證(zheng)實了(le)焊(han)(han)縫部(bu)位的(de)(de)(de)MnS對溝狀腐蝕的(de)(de)(de)破壞作用是因為焊(han)(han)縫焊(han)(han)接急(ji)(ji)(ji)冷時在MnS的(de)(de)(de)周圍(wei)同時產(chan)生了(le)容易形成(cheng)陽極的(de)(de)(de)硫的(de)(de)(de)偏聚區。他們于1976年試驗片(pian)所研究(jiu)的(de)(de)(de)急(ji)(ji)(ji)熱(re)、急(ji)(ji)(ji)冷處理對MnS的(de)(de)(de)局(ju)部(bu)腐蝕影響(xiang)的(de)(de)(de)結果。實驗證(zheng)明了(le)在高溫，特(te)別是在1400℃以(yi)上急(ji)(ji)(ji)熱(re)、急(ji)(ji)(ji)冷的(de)(de)(de)鋼的(de)(de)(de)MnS在其(qi)周圍(wei)有硫的(de)(de)(de)偏聚區，這樣的(de)(de)(de)偏聚區變成(cheng)為陽極，開(kai)始(shi)局(ju)部(bu)腐蝕。
有關MnS腐蝕研究(jiu)的(de)(de)歷史或加藤等(deng)的(de)(de)上述研究(jiu)的(de)(de)詳細(xi)內容，將在5.2.1節進(jin)行(xing)敘述。然而通(tong)過(guo)加藤等(deng)的(de)(de)研究(jiu)搞清(qing)楚(chu)了電焊鋼管的(de)(de)溝狀腐蝕起因于MnS的(de)(de)理由(you)。
作為耐溝狀腐(fu)蝕電焊(han)鋼管低合金(jin)鋼的(de)(de)(de)添加(jia)元素，在他(ta)們所注意的(de)(de)(de)元素之中，效果(guo)大(da)的(de)(de)(de)元素是與銅共(gong)存(cun)(cun)的(de)(de)(de)Sb、Ti、Cr;有效果(guo)的(de)(de)(de)元素是銅和與銅共(gong)存(cun)(cun)的(de)(de)(de)Zr;Nb、Sn、As即使與銅共(gong)存(cun)(cun)也沒(mei)有效果(guo)。硫(liu)是有害(hai)的(de)(de)(de)元素，特(te)別(bie)是銅含量小于0.2%的(de)(de)(de)鋼中，隨著硫(liu)含量增(zeng)加(jia)影響增(zeng)大(da)；可是當加(jia)入0.3%Cu時，硫(liu)含量小于0.03%時，硫(liu)不(bu)產(chan)生影響。
考(kao)慮添加(jia)銅(tong)是(shi)因為注意到銅(tong)在大氣腐(fu)蝕(shi)條件(jian)下(xia)能(neng)夠消除硫(liu)對腐(fu)蝕(shi)惡劣影響的(de)(de)Larrabee 學(xue)說或加(jia)藤研(yan)究(jiu)組以前研(yan)究(jiu)的(de)(de)銅(tong)對耐(nai)(nai)(nai)硫(liu)酸(suan)性(xing)的(de)(de)效果(guo)。并且，與銅(tong)共存的(de)(de)銻(ti)也能(neng)提(ti)高(gao)耐(nai)(nai)(nai)硫(liu)酸(suan)鋼的(de)(de)性(xing)能(neng)。鉻(ge)在海水環境中的(de)(de)使用，一般是(shi)為了(le)提(ti)高(gao)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)。
Zr、Nb、Ti是(shi)和鋼(gang)(gang)中的(de)硫(liu)形成硫(liu)化(hua)物(wu)傾(qing)向(xiang)很強的(de)元(yuan)素(su)(su)，是(shi)為(wei)了(le)取代(dai)(dai)Mn以形成穩定的(de)硫(liu)化(hua)物(wu)而加(jia)(jia)入的(de)。1963年(nian)(nian)金(jin)子等曾經(jing)發表(biao)過形成硫(liu)化(hua)物(wu)傾(qing)向(xiang)元(yuan)素(su)(su)的(de)順(shun)序是(shi)：Zr>Ti>Mn>Nb>V>Cr>Al>Mo>W>Fe>Ni>Co>Si.并且，在20世紀60年(nian)(nian)代(dai)(dai)前(qian)期（昭和30年(nian)(nian)代(dai)(dai)后(hou)期），人們(men)把提(ti)高鋼(gang)(gang)鐵各(ge)種(zhong)性(xing)能(neng)作為(wei)目的(de)而進行過添(tian)(tian)加(jia)(jia)各(ge)種(zhong)合金(jin)元(yuan)素(su)(su)鋼(gang)(gang)的(de)開發，那時(shi)曾經(jing)使(shi)用已(yi)經(jing)普及的(de)EPMA進行了(le)低合金(jin)成分(fen)系鋼(gang)(gang)的(de)非金(jin)屬夾(jia)雜物(wu)的(de)鑒定，白巖等試驗向(xiang)0.3%C-0.1%Mn-0.3%Si為(wei)基體的(de)鋼(gang)(gang)中分(fen)別添(tian)(tian)加(jia)(jia)Zr(0.04%)、Ti（0.03%)、La-Ce(0.02%)、Ca(0.02%)、V(0.03%)、Cr(0.1%)、Y（0.02%)等，并確認了(le)取代(dai)(dai)MnS生成各(ge)添(tian)(tian)加(jia)(jia)元(yuan)素(su)(su)的(de)硫(liu)化(hua)物(wu)。
為了(le)防止MnS成為孔(kong)蝕的(de)(de)起點，需要控制錳(meng)含(han)量(liang)，或(huo)者添加其他的(de)(de)合金(jin)元(yuan)素降低硫(liu)化(hua)物(wu)中的(de)(de)錳(meng)含(han)量(liang)，或(huo)者轉(zhuan)變成比MnS穩定(ding)的(de)(de)其他硫(liu)化(hua)物(wu)，這些方法已經(jing)在(zai)具有(you)耐酸(suan)(suan)性的(de)(de)易切削不銹鋼上得到應用(yong)。Carpenter公司通(tong)過降低錳(meng)含(han)量(liang)生(sheng)成含(han)鉻高的(de)(de)（Cr、Mn)S,Sandvik公司通(tong)過加入鈦生(sheng)成TiS的(de)(de)方法提高了(le)耐酸(suan)(suan)性。
把上(shang)述(shu)方法最初利用(yong)到提(ti)高電焊(han)鋼管(guan)的(de)(de)(de)耐溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)性上(shang)的(de)(de)(de)是加藤等(deng)，據報(bao)告，Cu-Ti、Cu-Cr-Ti、Cu-Sb系的(de)(de)(de)低(di)硫材料的(de)(de)(de)耐溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)性是通常電焊(han)鋼管(guan)的(de)(de)(de)6~7倍。其中，低(di)S-Cu-Ti系的(de)(de)(de)鋼種以后作為(wei)新日(ri)鐵公司的(de)(de)(de)耐溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)鋼管(guan)實現了產(chan)品化。
進(jin)入(ru)20世紀70年(nian)代（昭和50年(nian)代）后，溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)發生的(de)頻繁(fan)程度(du)越來越引(yin)起人們的(de)關(guan)注，各鋼鐵公(gong)司進(jin)行(xing)了(le)事(shi)例(li)調查、發生原因的(de)研討和對(dui)策鋼的(de)開發等(deng)。腐(fu)蝕(shi)率非常(chang)大是溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)的(de)一個特征(zheng)，根據事(shi)例(li)的(de)總結報告,有的(de)例(li)子是10mm/a或者更(geng)高，13mm/a的(de)腐(fu)蝕(shi)率非常(chang)普遍。產(chan)生的(de)環(huan)(huan)境也涉及海水(shui)(shui)、鹽水(shui)(shui)、循環(huan)(huan)冷卻水(shui)(shui)、工業用水(shui)(shui)、地下水(shui)(shui)、自來水(shui)(shui)等(deng)管道的(de)內面(mian)(mian)、土壤埋設管道的(de)外面(mian)(mian)、纏繞防露材的(de)水(shui)(shui)管道的(de)外面(mian)(mian)（由于滲人的(de)結露水(shui)(shui)而潤濕(shi)）等(deng)許多方面(mian)(mian)，而且仍然處在產(chan)生溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)環(huan)(huan)境的(de)特異性不能(neng)定義，容易產(chan)生溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)的(de)環(huan)(huan)境不能(neng)夠預知，不能(neng)夠制(zhi)定相(xiang)應對(dui)策的(de)狀(zhuang)況。
如圖5-1所示(shi)，溝狀腐(fu)蝕一(yi)種是(shi)沿著焊(han)(han)縫線呈一(yi)直線生成的(de)類(lei)型，另一(yi)種是(shi)銹瘤在(zai)(zai)焊(han)(han)縫的(de)位(wei)置形(xing)成在(zai)(zai)其(qi)下面被(bei)侵(qin)蝕時，由于焊(han)(han)縫部侵(qin)蝕特別(bie)深，沿著銹瘤分布不(bu)(bu)連(lian)續(xu)生成的(de)類(lei)型。不(bu)(bu)管哪一(yi)種類(lei)型都反映出(chu)是(shi)宏觀電(dian)池引起(qi)的(de)腐(fu)蝕，已經證明(ming)在(zai)(zai)像海(hai)水或鹽水那樣電(dian)導率(lv)高的(de)環(huan)境中侵(qin)蝕加(jia)快，在(zai)(zai)工業用(yong)水或自來水等電(dian)導率(lv)低的(de)環(huan)境中侵(qin)蝕減(jian)慢。即使在(zai)(zai)后者的(de)場合，由于腐(fu)蝕率(lv)只能(neng)上(shang)升到1mm/a程度或者以上(shang)，所以也不(bu)(bu)一(yi)定是(shi)電(dian)導率(lv)越(yue)低越(yue)好。
當然，溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐蝕并不一(yi)定會(hui)發(fa)生(sheng)。溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐蝕到底是(shi)(shi)發(fa)生(sheng)在(zai)(zai)(zai)環境條(tiao)(tiao)(tiao)件強(qiang)的場合(he)，還是(shi)(shi)由(you)于微妙的不同條(tiao)(tiao)(tiao)件發(fa)生(sheng)在(zai)(zai)(zai)材(cai)料(liao)(liao)敏感性大的場合(he)，尚(shang)不清楚。正(zheng)村等通過恒電(dian)(dian)位電(dian)(dian)解的方法，確(que)立了用(yong)1周(zhou)時間(jian)能(neng)夠再(zai)現溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐蝕的試驗(yan)方法,就是(shi)(shi)把(ba)焊縫(feng)部的侵蝕深(shen)度和周(zhou)圍(wei)母材(cai)的侵蝕深(shen)度的比設定為溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐蝕系數α,將該(gai)方法用(yong)于硫含量、制(zhi)管(guan)(guan)機和有無在(zai)(zai)(zai)線退火裝置(zhi)等不同的生(sheng)產條(tiao)(tiao)(tiao)件下，每種條(tiao)(tiao)(tiao)件下采用(yong)50批以上的材(cai)料(liao)(liao)，α是(shi)(shi)1.1~1.4,結果是(shi)(shi)所有的試驗(yan)材(cai)料(liao)(liao)或(huo)多(duo)或(huo)少都存在(zai)(zai)(zai)溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐蝕的敏感性。就是(shi)(shi)說，在(zai)(zai)(zai)當時的電(dian)(dian)焊鋼(gang)管(guan)(guan)的生(sheng)產條(tiao)(tiao)(tiao)件范(fan)圍(wei)內即使控(kong)制(zhi)條(tiao)(tiao)(tiao)件也不能(neng)避免溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐蝕。
溝狀(zhuang)腐蝕發生的起因是由于急冷MnS沒能(neng)(neng)充分析出和長大，所(suo)以熱(re)處(chu)理(li)（退(tui)火(huo)、正(zheng)火(huo)）應(ying)該(gai)是有(you)效(xiao)的。事(shi)實上，如果(guo)在900℃以上經30min熱(re)處(chu)理(li)進行(xing)空冷，就(jiu)不(bu)會產生溝狀(zhuang)腐蝕，或者(zhe)即(ji)便處(chu)理(li)時間比這短，也能(neng)(neng)降(jiang)低敏感性，其效(xiao)果(guo)是硫(liu)含量越(yue)低則越(yue)大，可是由于設(she)置(zhi)在電焊(han)(han)鋼管生產設(she)備上的后置(zhi)退(tui)火(huo)裝(zhuang)置(zhi)（焊(han)(han)縫(feng)退(tui)火(huo)裝(zhuang)置(zhi)）加熱(re)時間短，雖(sui)然有(you)效(xiao)果(guo)但(dan)不(bu)明顯。
還(huan)有一種(zhong)在(zai)高(gao)溫下(xia)鍛接制(zhi)成的(de)(de)焊(han)接鋼(gang)管(guan)(guan)，因(yin)為冷(leng)卻速度慢(man)，所(suo)以(yi)(yi)在(zai)焊(han)接部發(fa)生的(de)(de)局(ju)部腐蝕比電焊(han)鋼(gang)管(guan)(guan)顯著減輕(qing)，實踐證明，這(zhe)種(zhong)焊(han)管(guan)(guan)在(zai)實際應用上幾乎沒有問題,因(yin)此推(tui)薦使用這(zhe)種(zhong)鋼(gang)管(guan)(guan)。可是由于(yu)尺寸被限制(zhi)在(zai)100A以(yi)(yi)下(xia)，而在(zai)125A以(yi)(yi)上仍需要電焊(han)鋼(gang)管(guan)(guan)。鍍(du)(du)鋅鋼(gang)管(guan)(guan)通(tong)過(guo)對鍍(du)(du)層的(de)(de)消耗可延(yan)長(chang)使用壽命，然而在(zai)日本由于(yu)水是軟質的(de)(de)，鍍(du)(du)層消耗很快，雖(sui)然能夠(gou)延(yan)長(chang)平均(jun)使用壽命，但(dan)是也有1~3年溝狀腐蝕穿(chuan)透的(de)(de)例子，所(suo)以(yi)(yi)目前還(huan)沒有很好(hao)的(de)(de)解決(jue)措(cuo)施。
因此人們對(dui)能夠降低(di)或者抑(yi)制(zhi)溝狀腐蝕敏感性的低(di)合金成(cheng)(cheng)分的組成(cheng)(cheng)進行了種種研究(jiu)。除了上(shang)述加藤等(deng)認為有效(xiao)的元素外，還發表(biao)了Nb、Y、Al、Mo、Ni,并且在與銅共(gong)存(cun)時(shi)，Ni、REM、Ca等(deng)是有效(xiao)元素。
1980~1981年(nian)（昭和55~56年(nian)），4家公司生產的(de)(de)耐溝狀腐蝕電焊鋼管開始銷售。研(yan)究思路大體相同，即降低硫(liu)含量。但是(shi)只用這些(xie)方(fang)法(fa)是(shi)不充分的(de)(de)，即使經過熱(re)處理也(ye)殘留敏(min)感(gan)性。雖(sui)然加(jia)入(ru)0.1%~0.3%Cu也(ye)是(shi)必(bi)需(xu)的(de)(de)，可(ke)是(shi)低S-Cu鋼仍有敏(min)感(gan)性,需(xu)要進一(yi)步進行熱(re)處理或(huo)加(jia)入(ru)另外的(de)(de)合金元素，或(huo)者可(ke)以兩(liang)種方(fang)法(fa)同時采(cai)用。
表(biao)5-1給(gei)出(chu)了各公(gong)司生(sheng)產(chan)(chan)的(de)耐溝(gou)狀(zhuang)腐蝕(shi)鋼管的(de)成分標準表(biao)中所列成分均是根(gen)據上述(shu)考(kao)慮而設計的(de)。由(you)于產(chan)(chan)品不同，可以進行(xing)熱(re)處理。
產品(pin)列于JISG 3452(管(guan)(guan)(guan)道(dao)用碳(tan)素鋼(gang)(gang)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)）的(de)(de)(de)黑管(guan)(guan)(guan)及(ji)(ji)鍍鋅鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)和JIS G 3454(壓(ya)力(li)管(guan)(guan)(guan)道(dao)用碳(tan)素鋼(gang)(gang)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)）的(de)(de)(de)黑管(guan)(guan)(guan)及(ji)(ji)鍍鋅鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)標準(zhun)內，可以提供的(de)(de)(de)尺寸前者是(shi)(shi)125~500A,后者是(shi)(shi)20~600A(15A、650A根據協商生(sheng)產）。前者中沒有可以使用鍛(duan)接鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)100A以下的(de)(de)(de)產品(pin)。
從1980年（昭和(he)50年代的(de)中期）起，水管道用的(de)黑管及鍍鋅鋼管一般已經使(shi)用了(le)耐(nai)溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)(fu)(fu)蝕鋼管（由于尺寸所限 使(shi)用鍛(duan)接鋼管）。日本水道鋼管協會(hui)認為，耐(nai)溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)(fu)(fu)蝕電焊鋼管的(de)耐(nai)溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)是傳統電焊鋼管的(de)10倍。各(ge)公司就(jiu)耐(nai)溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)(fu)(fu)蝕鋼的(de)同類產品在文獻上發表了(le)各(ge)自的(de)試驗結果,結論是敏感性(xing)為零或(huo)者非常小。
這些產品銷售以來，耐(nai)溝(gou)狀腐蝕(shi)(shi)電焊鋼管的溝(gou)狀腐蝕(shi)(shi)事例一(yi)件也沒有(you)(you)報道過，作(zuo)者所知(zhi)道的情報中(zhong)也沒有(you)(you)。在建設省的機(ji)械設備工(gong)程施工(gong)管理指南（平成元年(nian)版）中(zhong)，也記(ji)載著耐(nai)溝(gou)狀腐蝕(shi)(shi)電焊鋼管。
