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(he)(he)工業用水以(yi)及各(ge)種水的(de)(de)管道中，焊(han)縫部位迅速腐(fu)蝕(shi)成溝(gou)狀(zhuang)的(de)(de)事例從1965年(nian)（昭(zhao)和(he)(he)40年(nian)）起已經引(yin)人注目。這種腐(fu)蝕(shi)被(bei)稱為電(dian)焊(han)鋼管溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)或者簡稱為溝(gou)蝕(shi)。圖5-1中給出(chu)了溝(gou)蝕(shi)的(de)(de)照片。
這種(zhong)溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕的報導在日(ri)本(ben)以(yi)外(wai)(wai)幾(ji)乎沒有(you)(you)發表過，給人的印象好像(xiang)是(shi)(shi)日(ri)本(ben)特有(you)(you)的腐(fu)蝕，可實際決非如(ru)此。但是(shi)(shi)，可以(yi)認為(wei)日(ri)本(ben)以(yi)外(wai)(wai)的許多地區由于淡水的硬度(du)高，飽和指數是(shi)(shi)正值在管(guan)內表面上生成(cheng)了(le)包覆層，由水引起的腐(fu)蝕與日(ri)本(ben)相比(bi)不嚴重，或者在海水管(guan)道上使用電焊鋼管(guan)（黑管(guan)、鍍(du)鋅(xin)鋼管(guan)）的比(bi)率(lv)低，可能因為(wei)這些原(yuan)因溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕的發生頻度(du)比(bi)日(ri)本(ben)低。
1983年(nian)（昭和(he)58年(nian)）美國 Heitmann(Inland Steel 公司(si)）等在ASM主辦的(de)(de)關于(yu)高強度(du)鋼(gang)技術和(he)應(ying)用國際(ji)會議上(shang)，根據把電焊(han)鋼(gang)管作為(wei)原油或天然氣配管在海(hai)上(shang)設備或收集系統上(shang)使用時出現(xian)的(de)(de)問題，提出了溝狀腐蝕(shi)，并論述(shu)了其原因和(he)可選擇的(de)(de)相(xiang)應(ying)鋼(gang)種，在其緒言(yan)中敘(xu)述(shu)的(de)(de)溝狀腐蝕(shi)的(de)(de)研(yan)究幾乎都是(shi)在日本進(jin)行的(de)(de)。
因為(wei)(wei)和(he)電(dian)焊鋼管沒有關(guan)系(xi)也存在(zai)著由于各種原因使腐(fu)蝕(shi)形狀(zhuang)成為(wei)(wei)溝(gou)狀(zhuang)的腐(fu)蝕(shi)，所(suo)以(yi)把(ba)本書使用的溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)稱為(wei)(wei)電(dian)焊鋼管焊縫部(bu)的溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)是(shi)正確的，以(yi)下簡稱為(wei)(wei)溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)。雖然日本進行過很(hen)多研究，可是(shi)有關(guan)這方面的日本以(yi)外(wai)的報道卻很(hen)少。
就(jiu)筆者所(suo)知(zhi)，關于電焊鋼(gang)管溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)最初歸(gui)納的(de)(de)(de)(de)(de)文(wen)獻是由新日鐵公司的(de)(de)(de)(de)(de)門智等完成的(de)(de)(de)(de)(de)［1973年(nian)（昭(zhao)和48年(nian)）］。該(gai)文(wen)敘述了(le)腐(fu)蝕(shi)事(shi)例和他們開發的(de)(de)(de)(de)(de)Cu-Ti系(xi)及Cu-Ti-Cr 系(xi)相應鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)優秀特性(xing).當(dang)時已經(jing)推測到，在鋼(gang)管焊縫部位(wei)由于焊接時的(de)(de)(de)(de)(de)滾壓，在鋼(gang)管內(nei)外所(suo)發生的(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)屬塑性(xing)變(bian)形，為了(le)精(jing)加工通過切削除去(qu)焊道，使(shi)沿著(zhu)塑性(xing)變(bian)形區存在的(de)(de)(de)(de)(de)非(fei)金(jin)屬夾雜(za)物露在表面，由于急冷變(bian)成不(bu)穩(wen)定或呈活(huo)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)MnS而成為孔蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)起點，開始溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)。
第2年即1974年（昭(zhao)和49年），加藤、乙黑及門通過(guo)MnS附近發(fa)生腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)顯微觀察，證實(shi)(shi)了(le)(le)焊(han)縫部(bu)位的(de)(de)(de)(de)(de)MnS對溝狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)破壞(huai)作用是因為焊(han)縫焊(han)接(jie)急(ji)冷時在(zai)MnS的(de)(de)(de)(de)(de)周(zhou)圍同時產生了(le)(le)容(rong)易形成陽極的(de)(de)(de)(de)(de)硫的(de)(de)(de)(de)(de)偏(pian)聚區。他(ta)們于1976年試驗(yan)(yan)片(pian)所研究(jiu)的(de)(de)(de)(de)(de)急(ji)熱(re)、急(ji)冷處理對MnS的(de)(de)(de)(de)(de)局(ju)部(bu)腐(fu)蝕(shi)影響的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)果(guo)。實(shi)(shi)驗(yan)(yan)證明(ming)了(le)(le)在(zai)高溫，特別(bie)是在(zai)1400℃以上急(ji)熱(re)、急(ji)冷的(de)(de)(de)(de)(de)鋼的(de)(de)(de)(de)(de)MnS在(zai)其周(zhou)圍有硫的(de)(de)(de)(de)(de)偏(pian)聚區，這樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)偏(pian)聚區變成為陽極，開始局(ju)部(bu)腐(fu)蝕(shi)。
有關MnS腐蝕研究的歷(li)史或加藤等的上述研究的詳細內容，將在5.2.1節(jie)進(jin)行敘(xu)述。然而通過加藤等的研究搞清楚了(le)電(dian)焊鋼管的溝狀(zhuang)腐蝕起因于MnS的理由。
作(zuo)為耐溝狀腐蝕電焊鋼(gang)管低(di)合金鋼(gang)的(de)(de)添加元(yuan)素(su)，在他們所注意的(de)(de)元(yuan)素(su)之中(zhong)(zhong)，效果(guo)大的(de)(de)元(yuan)素(su)是與(yu)銅(tong)共存(cun)的(de)(de)Sb、Ti、Cr;有效果(guo)的(de)(de)元(yuan)素(su)是銅(tong)和與(yu)銅(tong)共存(cun)的(de)(de)Zr;Nb、Sn、As即使與(yu)銅(tong)共存(cun)也沒有效果(guo)。硫是有害的(de)(de)元(yuan)素(su)，特(te)別(bie)是銅(tong)含(han)量(liang)小于0.2%的(de)(de)鋼(gang)中(zhong)(zhong)，隨著(zhu)硫含(han)量(liang)增加影(ying)響增大；可是當加入0.3%Cu時，硫含(han)量(liang)小于0.03%時，硫不產(chan)生影(ying)響。
考慮添加銅(tong)是因為注意到銅(tong)在大氣(qi)腐(fu)蝕(shi)條(tiao)件下能(neng)(neng)夠消除硫(liu)對(dui)腐(fu)蝕(shi)惡劣(lie)影(ying)響的(de)Larrabee 學說或加藤研究組以(yi)前研究的(de)銅(tong)對(dui)耐(nai)硫(liu)酸(suan)性(xing)的(de)效果。并(bing)且，與銅(tong)共存的(de)銻也(ye)能(neng)(neng)提高耐(nai)硫(liu)酸(suan)鋼的(de)性(xing)能(neng)(neng)。鉻在海水環境中的(de)使用，一般(ban)是為了提高耐(nai)蝕(shi)性(xing)。
Zr、Nb、Ti是(shi)(shi)和鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)硫(liu)形(xing)(xing)成(cheng)硫(liu)化物(wu)傾向(xiang)(xiang)很強的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)，是(shi)(shi)為了取代Mn以(yi)形(xing)(xing)成(cheng)穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)硫(liu)化物(wu)而(er)(er)加(jia)入的(de)(de)(de)(de)(de)。1963年金(jin)子等曾經發表過形(xing)(xing)成(cheng)硫(liu)化物(wu)傾向(xiang)(xiang)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)順(shun)序是(shi)(shi)：Zr>Ti>Mn>Nb>V>Cr>Al>Mo>W>Fe>Ni>Co>Si.并且(qie)，在20世紀60年代前期（昭和30年代后期），人們把提(ti)高鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵各種性能(neng)作為目的(de)(de)(de)(de)(de)而(er)(er)進行過添加(jia)各種合(he)金(jin)元(yuan)素(su)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)開發，那時曾經使用已經普及的(de)(de)(de)(de)(de)EPMA進行了低合(he)金(jin)成(cheng)分系鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)非金(jin)屬夾雜物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)鑒定(ding)，白巖等試驗向(xiang)(xiang)0.3%C-0.1%Mn-0.3%Si為基體的(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)分別(bie)添加(jia)Zr(0.04%)、Ti（0.03%)、La-Ce(0.02%)、Ca(0.02%)、V(0.03%)、Cr(0.1%)、Y（0.02%)等，并確認了取代MnS生成(cheng)各添加(jia)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)硫(liu)化物(wu)。
為了防(fang)止(zhi)MnS成為孔蝕(shi)的(de)起點(dian)，需要(yao)控制(zhi)錳含(han)(han)量(liang)，或(huo)者添加(jia)其他的(de)合(he)金元素降低硫化物中(zhong)的(de)錳含(han)(han)量(liang)，或(huo)者轉變成比MnS穩定的(de)其他硫化物，這些方法已經在具有耐酸性的(de)易切削不銹鋼上得到應(ying)用。Carpenter公(gong)司通過降低錳含(han)(han)量(liang)生(sheng)成含(han)(han)鉻高(gao)的(de)（Cr、Mn)S,Sandvik公(gong)司通過加(jia)入鈦生(sheng)成TiS的(de)方法提高(gao)了耐酸性。
把上(shang)述方法最初利用(yong)到(dao)提高(gao)電(dian)(dian)焊鋼管(guan)的耐溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)性(xing)上(shang)的是加藤等，據(ju)報告(gao)，Cu-Ti、Cu-Cr-Ti、Cu-Sb系的低(di)硫材料的耐溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)性(xing)是通常電(dian)(dian)焊鋼管(guan)的6~7倍。其中，低(di)S-Cu-Ti系的鋼種以(yi)后(hou)作(zuo)為新日鐵公司的耐溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)鋼管(guan)實現了產品化(hua)。
進入20世紀70年(nian)代（昭和(he)(he)50年(nian)代）后，溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕發(fa)生(sheng)(sheng)的(de)頻(pin)繁程(cheng)度越來越引起人們的(de)關注，各鋼(gang)(gang)鐵(tie)公司(si)進行了事例(li)調查、發(fa)生(sheng)(sheng)原因的(de)研(yan)討和(he)(he)對策鋼(gang)(gang)的(de)開發(fa)等(deng)(deng)。腐(fu)蝕率非常(chang)大是溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕的(de)一個(ge)特(te)征，根據事例(li)的(de)總結報告,有(you)的(de)例(li)子是10mm/a或者更(geng)高，13mm/a的(de)腐(fu)蝕率非常(chang)普遍(bian)。產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)環境(jing)也涉及(ji)海水、鹽(yan)水、循環冷(leng)卻水、工(gong)業用水、地下水、自來水等(deng)(deng)管道(dao)(dao)的(de)內(nei)面、土壤埋設管道(dao)(dao)的(de)外面、纏繞防露(lu)(lu)材的(de)水管道(dao)(dao)的(de)外面（由于(yu)滲人的(de)結露(lu)(lu)水而潤濕(shi)）等(deng)(deng)許多方面，而且仍然處(chu)在產(chan)生(sheng)(sheng)溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕環境(jing)的(de)特(te)異性(xing)不能定(ding)義(yi)，容易產(chan)生(sheng)(sheng)溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕的(de)環境(jing)不能夠預知，不能夠制定(ding)相應對策的(de)狀(zhuang)(zhuang)況。
如圖(tu)5-1所示(shi)，溝狀腐蝕(shi)一(yi)(yi)種(zhong)是(shi)沿(yan)著(zhu)焊縫線(xian)呈一(yi)(yi)直線(xian)生成的(de)類(lei)型(xing)，另一(yi)(yi)種(zhong)是(shi)銹瘤在(zai)(zai)焊縫的(de)位置(zhi)形成在(zai)(zai)其下面被侵蝕(shi)時，由(you)于(yu)焊縫部侵蝕(shi)特別深，沿(yan)著(zhu)銹瘤分布(bu)不(bu)連續生成的(de)類(lei)型(xing)。不(bu)管哪一(yi)(yi)種(zhong)類(lei)型(xing)都反映出是(shi)宏觀(guan)電池引起(qi)的(de)腐蝕(shi)，已經證明在(zai)(zai)像海水或鹽水那樣電導率高(gao)的(de)環境中(zhong)侵蝕(shi)加快，在(zai)(zai)工(gong)業用(yong)水或自來水等電導率低的(de)環境中(zhong)侵蝕(shi)減慢。即(ji)使在(zai)(zai)后者的(de)場合，由(you)于(yu)腐蝕(shi)率只能上升到(dao)1mm/a程度或者以上，所以也不(bu)一(yi)(yi)定是(shi)電導率越低越好。
當然，溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)并不(bu)(bu)一(yi)定會(hui)發(fa)生(sheng)。溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)到底是(shi)發(fa)生(sheng)在(zai)環(huan)境(jing)條件(jian)強的(de)(de)(de)(de)場合，還是(shi)由于微妙的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)條件(jian)發(fa)生(sheng)在(zai)材(cai)(cai)料(liao)敏(min)感(gan)性大(da)的(de)(de)(de)(de)場合，尚不(bu)(bu)清(qing)楚。正村等通過恒電(dian)位電(dian)解的(de)(de)(de)(de)方法，確立了用1周時(shi)間(jian)能夠再現溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)方法,就(jiu)是(shi)把焊縫部的(de)(de)(de)(de)侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)深度和周圍母材(cai)(cai)的(de)(de)(de)(de)侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)深度的(de)(de)(de)(de)比設(she)定為溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)系數α,將該方法用于硫含量、制管機和有無(wu)在(zai)線(xian)退(tui)火裝置等不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產條件(jian)下，每種條件(jian)下采用50批以(yi)上的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)，α是(shi)1.1~1.4,結果是(shi)所有的(de)(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)材(cai)(cai)料(liao)或多或少都存在(zai)溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)敏(min)感(gan)性。就(jiu)是(shi)說，在(zai)當時(shi)的(de)(de)(de)(de)電(dian)焊鋼管的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產條件(jian)范圍內即使控制條件(jian)也不(bu)(bu)能避免(mian)溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。
溝狀(zhuang)腐蝕發生(sheng)的(de)(de)起(qi)因是由于急(ji)冷MnS沒能充分析出和長(chang)大(da)，所(suo)以(yi)熱處(chu)理（退(tui)火、正火）應(ying)該是有(you)效的(de)(de)。事實上，如果在900℃以(yi)上經(jing)30min熱處(chu)理進行空冷，就不會(hui)產(chan)生(sheng)溝狀(zhuang)腐蝕，或者即便(bian)處(chu)理時(shi)間比這短，也能降(jiang)低敏感性，其效果是硫含量越低則(ze)越大(da)，可是由于設置(zhi)在電焊(han)鋼管生(sheng)產(chan)設備上的(de)(de)后置(zhi)退(tui)火裝(zhuang)置(zhi)（焊(han)縫退(tui)火裝(zhuang)置(zhi)）加熱時(shi)間短，雖(sui)然有(you)效果但不明(ming)顯。
還有一種在(zai)高溫下鍛接制成的(de)(de)焊接鋼(gang)管(guan)，因(yin)為(wei)冷卻速度慢，所(suo)以(yi)在(zai)焊接部(bu)發生(sheng)的(de)(de)局部(bu)腐(fu)蝕(shi)比電(dian)焊鋼(gang)管(guan)顯(xian)著減輕，實踐證明，這(zhe)種焊管(guan)在(zai)實際應(ying)用(yong)(yong)上(shang)幾乎沒有問題,因(yin)此推薦使(shi)用(yong)(yong)這(zhe)種鋼(gang)管(guan)。可是由(you)于(yu)尺(chi)寸被限制在(zai)100A以(yi)下，而在(zai)125A以(yi)上(shang)仍(reng)需(xu)要電(dian)焊鋼(gang)管(guan)。鍍鋅鋼(gang)管(guan)通過對鍍層(ceng)的(de)(de)消(xiao)耗可延長(chang)使(shi)用(yong)(yong)壽命(ming)，然(ran)而在(zai)日本由(you)于(yu)水是軟質的(de)(de)，鍍層(ceng)消(xiao)耗很快，雖然(ran)能夠延長(chang)平(ping)均使(shi)用(yong)(yong)壽命(ming)，但是也有1~3年溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)穿透的(de)(de)例子，所(suo)以(yi)目前(qian)還沒有很好的(de)(de)解(jie)決(jue)措施。
因此人們對能(neng)夠降低或者抑制溝狀腐蝕敏感性的低合金成(cheng)分(fen)的組(zu)成(cheng)進行了種種研究(jiu)。除了上述加藤等(deng)認為有(you)效(xiao)的元(yuan)素外，還發表了Nb、Y、Al、Mo、Ni,并且在與銅共存時(shi)，Ni、REM、Ca等(deng)是有(you)效(xiao)元(yuan)素。
1980~1981年（昭(zhao)和55~56年），4家公司生產(chan)的(de)耐溝狀(zhuang)腐(fu)蝕電(dian)焊鋼管開始銷售(shou)。研(yan)究(jiu)思路大體(ti)相同，即降低硫含量(liang)。但(dan)是只(zhi)用這些方法是不充分的(de)，即使經過(guo)熱處(chu)理(li)也殘留敏感性。雖(sui)然加入0.1%~0.3%Cu也是必(bi)需的(de)，可是低S-Cu鋼仍有敏感性,需要進(jin)一(yi)步進(jin)行(xing)熱處(chu)理(li)或(huo)加入另外(wai)的(de)合金元(yuan)素，或(huo)者可以(yi)兩種方法同時采用。
表(biao)5-1給出了(le)各公(gong)司生產的(de)(de)耐溝狀腐蝕鋼管(guan)的(de)(de)成(cheng)(cheng)分標(biao)準表(biao)中所列成(cheng)(cheng)分均是(shi)根據上述(shu)考慮而設計的(de)(de)。由于產品不(bu)同，可以進行熱處理(li)。
產品(pin)列于JISG 3452(管(guan)道用碳素鋼(gang)鋼(gang)管(guan)）的(de)黑(hei)管(guan)及(ji)鍍鋅鋼(gang)管(guan)和JIS G 3454(壓力管(guan)道用碳素鋼(gang)鋼(gang)管(guan)）的(de)黑(hei)管(guan)及(ji)鍍鋅鋼(gang)管(guan)的(de)標(biao)準內，可(ke)以提供的(de)尺寸前者(zhe)是125~500A,后者(zhe)是20~600A(15A、650A根據協商生產）。前者(zhe)中沒(mei)有可(ke)以使用鍛(duan)接(jie)鋼(gang)管(guan)的(de)100A以下的(de)產品(pin)。
從1980年（昭(zhao)和(he)50年代的中期）起，水管道用的黑管及鍍鋅鋼(gang)(gang)管一(yi)般(ban)已經(jing)使(shi)用了耐(nai)溝(gou)(gou)狀腐蝕(shi)鋼(gang)(gang)管（由于尺(chi)寸所限 使(shi)用鍛接鋼(gang)(gang)管）。日本水道鋼(gang)(gang)管協會認為(wei)，耐(nai)溝(gou)(gou)狀腐蝕(shi)電焊鋼(gang)(gang)管的耐(nai)溝(gou)(gou)狀腐蝕(shi)性是(shi)傳統電焊鋼(gang)(gang)管的10倍(bei)。各公(gong)司就耐(nai)溝(gou)(gou)狀腐蝕(shi)鋼(gang)(gang)的同類產品在文獻上發表了各自的試驗(yan)結果,結論是(shi)敏(min)感性為(wei)零或者非常小。
這些產品(pin)銷售以(yi)來，耐溝狀(zhuang)腐蝕(shi)電焊鋼管的溝狀(zhuang)腐蝕(shi)事例一件也沒有報(bao)道過，作者所知道的情報(bao)中也沒有。在(zai)建設省(sheng)的機(ji)械設備(bei)工程(cheng)施(shi)工管理指南（平成元年版）中，也記載著耐溝狀(zhuang)腐蝕(shi)電焊鋼管。
