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)(nian)(昭和(he)36年(nian)(nian)),日本(ben)為了(le)緩解(jie)船只擁擠問題(ti)制定了(le)港(gang)口修配緊急措施法,開(kai)始了(le)5年(nian)(nian)計劃(hua)。該(gai)5年(nian)(nian)計劃(hua)以后連續進行(xing)過6次(ci),日本(ben)的港(gang)口設施的儲備從1965年(nian)(nian)(昭和(he)40年(nian)(nian))之(zhi)后的20年(nian)(nian)間增大了(le)3.5倍,所(suo)以說鋼鐵廠家對耐蝕鋼如此感興趣是理(li)所(suo)當然(ran)的。
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(ji)家公司開發了主(zhu)(zhu)要(yao)提高飛(fei)濺(jian)帶(dai)耐蝕性(xing)的(de)鋼(gang)管樁(zhuang)、鋼(gang)板樁(zhuang).例(li)如NKK公司于1967年(昭和(he)42年)把標稱組(zu)成0.3%Cu-0.6%Cr-0.1%P系的(de)NK瑪林鋼(gang)推向市場。這是490 MPa(50kg)級的(de)高強(qiang)度(du)(du)鋼(gang),主(zhu)(zhu)要(yao)把提高飛(fei)濺(jian)帶(dai)的(de)耐蝕性(xing)作為自(zi)的(de)。由于含有(you)Cr,這種鋼(gang)在(zai)海水中、在(zai)一定程(cheng)度(du)(du)上比碳素鋼(gang)腐蝕小,局部腐蝕也小,焊(han)接性(xing)、焊(han)接部的(de)耐蝕性(xing)也良(liang)好(hao)。
這(zhe)些用日本技術生產(chan)的(de)(de)(de)耐(nai)海水(shui)鋼(gang)是(shi)Cu-Cr-P系、Cu-Cr-Al-P系、Cu-Cr-Mo系等,其特征(zheng)是(shi)主要元素不含(han)有(you)Ni,為了(le)提高(gao)耐(nai)蝕性而含(han)有(you)Cr。這(zhe)和U.S.Steel公(gong)司(si)積極地把(ba)Cr除外大不相同。然而,各公(gong)司(si)在(zai)實際環境(jing)下的(de)(de)(de)腐(fu)蝕試(shi)驗結果表明(ming),這(zhe)些含(han)鉻(ge)的(de)(de)(de)低(di)合金鋼(gang)在(zai)海水(shui)飛濺帶的(de)(de)(de)耐(nai)蝕性良好。這(zhe)一結果在(zai)下面所敘述(shu)的(de)(de)(de)耐(nai)海水(shui)鋼(gang)耐(nai)蝕性調(diao)查(cha)委員會的(de)(de)(de)試(shi)驗中也得到了(le)證實。
該委員會(hui)由運(yun)輸省(sheng)港(gang)(gang)(gang)口(kou)局、運(yun)輸省(sheng)港(gang)(gang)(gang)口(kou)技(ji)術(shu)研(yan)究(jiu)所、各鋼(gang)(gang)鐵(tie)廠家(jia)組成(cheng)(cheng),為(wei)了研(yan)究(jiu)耐(nai)(nai)(nai)海水鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing),從1965年起(qi)6~8年間,各公司的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)材料·用加(jia)工(gong)成(cheng)(cheng)H型鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形狀的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)試驗材,在(zai)新瀉港(gang)(gang)(gang)及(ji)京濱地(di)區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)海域(yu)進行(xing)了腐蝕(shi)(shi)試驗。該報(bao)告書雖然沒有公開發表,可是(shi)(shi)在(zai)運(yun)輸省(sheng)港(gang)(gang)(gang)口(kou)局主編的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)“港(gang)(gang)(gang)口(kou)設施的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)術(shu)基準(zhun)·同解說(shuo)”(1979年刊)被(bei)引用。在(zai)附加(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)解說(shuo)中說(shuo)“在(zai)飛(fei)濺(jian)帶(dai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)鋼(gang)(gang)(耐(nai)(nai)(nai)海水試制鋼(gang)(gang))的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)速度,耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)是(shi)(shi)碳素(su)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)1/2,它是(shi)(shi)Cu含量(liang)0.3%、Cr含量(liang)約0.6%、P含量(liang)約0.1%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含銅(tong)鋼(gang)(gang)。”并規定(ding)了“腐蝕(shi)(shi)率(lv)足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)場合,可以(yi)不采用防蝕(shi)(shi)法(fa)”,Cu-Cr-P系在(zai)飛(fei)濺(jian)帶(dai)良好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)已被(bei)第三者承(cheng)認(ren)。這種成(cheng)(cheng)分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)可以(yi)說(shuo)是(shi)(shi)用鉻(ge)取代(dai)了MARINER鋼(gang)(gang)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鎳的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)化學組成(cheng)(cheng),鞏固了在(zai)鉻(ge)耐(nai)(nai)(nai)海水鋼(gang)(gang)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)地(di)位(wei)。
20世紀60年代(dai)(dai)后半(ban)期(qi)(qi)(昭(zhao)和40年代(dai)(dai)前(qian)半(ban)期(qi)(qi))世界上對(dui)海(hai)洋(yang)的(de)開(kai)發(fa)(fa)重視起來(lai)。這時海(hai)洋(yang)開(kai)發(fa)(fa)的(de)實體雖然還不一定明確(que),可是(shi)為尋求海(hai)洋(yang)資源(yuan)或海(hai)洋(yang)空間,以石油挖掘裝置、海(hai)中(zhong)作業基地、海(hai)洋(yang)發(fa)(fa)電(dian)廠(chang)、人(ren)工島、浮標等為代(dai)(dai)表,來(lai)自(zi)重工業對(dui)耐蝕鋼(gang)的(de)期(qi)(qi)待已寄托(tuo)于(yu)鋼(gang)鐵廠(chang)家,而(er)且港(gang)口(kou)、碼頭也顯示出大型(xing)化的(de)傾向,這對(dui)鋼(gang)材的(de)力學性能(neng)、焊(han)接性、耐蝕性也有了更高的(de)要求。
伴隨著這種動向,以(yi)飛濺帶的(de)耐(nai)蝕性(xing)作(zuo)為中心,以(yi)前因(yin)含磷(lin)限制了焊接(jie)性(xing)的(de)耐(nai)海水鋼(gang)已不能滿(man)足需(xu)求(qiu),故現需(xu)要具有耐(nai)蝕性(xing)的(de)焊接(jie)結構用耐(nai)海水鋼(gang)。因(yin)此(ci)各鋼(gang)鐵公司通過降低(di)磷(lin)提(ti)高焊接(jie)性(xing),添加(jia)以(yi)鉻為主的(de)合金元素開發了在(zai)海水中具有耐(nai)蝕性(xing)的(de)鋼(gang)材。
我認為最初市售的(de)(de)鋼(gang)種是NKK的(de)(de)“瑪林(lin)50(マリン50)”[1970年(昭和45年)]。這種耐(nai)海水(shui)鋼(gang)具有(you)0.35%Cu-0.6%Cr-0.45%Al的(de)(de)化學(xue)組成,是把前節(jie)所敘述的(de)(de)Hudson等(deng)的(de)(de)試驗結果中Cr+Al對海水(shui)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性實用化的(de)(de)鋼(gang)種。
為Hudson等的(de)(de)(de)研究提(ti)供Cr-Al系(xi)鋼(gang)材(cai)的(de)(de)(de)是(shi)(shi)法國Pompey公司的(de)(de)(de)E.Herzog,然(ran)而NKK于1965年(nian)(昭和40年(nian))與該公司簽(qian)訂了關(guan)于Cr-Al系(xi)的(de)(de)(de)APS鋼(gang)(8種鋼(gang))的(de)(de)(de)生產(chan)的(de)(de)(de)技(ji)術合(he)(he)(he)作(zuo)。這項合(he)(he)(he)作(zuo)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)不(bu)是(shi)(shi)耐(nai)海(hai)水(shui)(shui)鋼(gang),而是(shi)(shi)對(dui)不(bu)同(tong)鋼(gang)種含(han)(han)有2%~6.5%Cr的(de)(de)(de)低(di)合(he)(he)(he)金不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)硝酸(suan)鹽應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)裂紋性(xing)、耐(nai)硫化(hua)物(wu)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)裂紋性(xing)、砂糖設備(bei)中的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)等感興趣。可(ke)是(shi)(shi)APS鋼(gang)中有Cr-AI系(xi)的(de)(de)(de)耐(nai)海(hai)水(shui)(shui)腐(fu)蝕(shi)(shi)鋼(gang),所以對(dui)鉻或鋁的(de)(de)(de)效(xiao)果(guo)比較關(guan)心。可(ke)是(shi)(shi)這種鋼(gang)含(han)(han)4%Cr-0.8%Al(APS25),從成本,焊接性(xing)來看不(bu)適合(he)(he)(he)開(kai)發,所以重(zhong)新開(kai)發了更低(di)合(he)(he)(he)金系(xi)的(de)(de)(de)Cu-Cr-A1鋼(gang)。另外,不(bu)管Cr-Al系(xi)有促進局部腐(fu)蝕(shi)(shi)作(zuo)用的(de)(de)(de) Hudson的(de)(de)(de)研究結果(guo),Pompey 公司在(zai)Kure Beach進行了46個月的(de)(de)(de)海(hai)水(shui)(shui)浸泡試驗,其結果(guo)表明,單純3.5%Cr鋼(gang)與碳(tan)素鋼(gang)相比,最大腐(fu)蝕(shi)(shi)深(shen)(shen)度(du)相同(tong),平(ping)均孔蝕(shi)(shi)深(shen)(shen)度(du)是(shi)(shi)1.65倍,相反APS 25最大腐(fu)蝕(shi)(shi)深(shen)(shen)度(du)是(shi)(shi)1/3弱,平(ping)均孔蝕(shi)(shi)深(shen)(shen)度(du)是(shi)(shi)1/2弱。平(ping)均腐(fu)蝕(shi)(shi)率約為碳(tan)素鋼(gang)的(de)(de)(de)43%.
在開發更(geng)低合金的鉻系耐(nai)海水(shui)鋼時,當(dang)然,減小局部腐(fu)蝕(shi)(孔(kong)蝕(shi))的敏感性(xing)(xing)是(shi)一個(ge)開發目(mu)的,并且,為(wei)了應付焊接部的電(dian)位(wei)腐(fu)蝕(shi),慎重地研究(jiu)了焊接材料,進(jin)行了實際(ji)海水(shui)中的試(shi)驗。在1970年(昭和45年)銷售開始時的技術資料上給出了靜(jing)岡縣清水(shui)造(zao)船廠岸壁上長(chang)尺材的3年的結(jie)果。這種鋼與碳素(su)鋼相比(bi),耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)在海水(shui)飛濺帶是(shi)2~3倍(bei),在全浸帶是(shi)1.7~2倍(bei)。
當然,各鋼(gang)(gang)鐵公司都開發了(le)(le)具有(you)(you)(you)海(hai)(hai)水(shui)中(zhong)耐(nai)蝕(shi)性和焊接性的(de)(de)耐(nai)海(hai)(hai)水(shui)鋼(gang)(gang)。在(zai)這(zhe)些鋼(gang)(gang)中(zhong),既有(you)(you)(you)海(hai)(hai)中(zhong)用(yong)的(de)(de)也有(you)(you)(you)海(hai)(hai)中(zhong)和飛濺帶兩(liang)用(yong)的(de)(de)。把磷降低(di)到和通常焊接結構鋼(gang)(gang)的(de)(de)同等程度,海(hai)(hai)中(zhong)和飛濺帶兩(liang)用(yong)的(de)(de)鋼(gang)(gang)加(jia)入銅和1%Cr,海(hai)(hai)中(zhong)用(yong)的(de)(de)鋼(gang)(gang)多數定為(wei)1%Cr。因鋼(gang)(gang)種(zhong)而(er)異最大是3%Cr,并且(qie)為(wei)了(le)(le)抑制(zhi)局部(bu)腐蝕(shi)有(you)(you)(you)添加(jia)了(le)(le)少量鉬或(huo)鎳的(de)(de)鋼(gang)(gang)種(zhong),或(huo)者(zhe)為(wei)了(le)(le)提(ti)高(gao)耐(nai)蝕(shi)性也有(you)(you)(you)加(jia)人了(le)(le)其他的(de)(de)合金(jin)元素(su)的(de)(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)。
這(zhe)些(xie)鋼(gang)種(zhong)的(de)(de)(de)開發(fa),到1970年代初期(昭和(he)46~47年)基本結(jie)束,各公司開始生(sheng)產銷售(shou)。表3-2示(shi)出了日本現在(zai)(zai)正在(zai)(zai)生(sheng)產的(de)(de)(de)耐海水鋼(gang)。1973年出版(ban)的(de)(de)(de)鋼(gang)材俱樂部的(de)(de)(de)“關于(yu)鋼(gang)材的(de)(de)(de)腐蝕(shi)防(fang)蝕(shi)的(de)(de)(de)資料(liao)”中,用(yong)表給(gei)出的(de)(de)(de)“日本國內(nei)各鋼(gang)鐵(tie)公司的(de)(de)(de)耐海水鋼(gang)的(de)(de)(de)規格(ge)”常(chang)常(chang)被引用(yong),表3-2是以此為(wei)基礎參考(kao)文獻(xian)追加了以后的(de)(de)(de)鋼(gang)種(zhong)制成(cheng)的(de)(de)(de)。與耐候鋼(gang)不同(tong)成(cheng)分系相當多,還沒有成(cheng)為(wei)JIS標準。
圖3-1及(ji)圖3-2示出(chu)了從1976年(nian)(昭和(he)51年(nian))到最近(jin)日本(ben)(ben)耐海水鋼的(de)(de)(de)生產量、日本(ben)(ben)國(guo)內(nei)(nei)使用(yong)量使用(yong)用(yong)途的(de)(de)(de)預測。這期間的(de)(de)(de)生產量平(ping)(ping)均(jun)是(shi)7178t,日本(ben)(ben)國(guo)內(nei)(nei)使用(yong)量平(ping)(ping)均(jun)是(shi)2382t.日本(ben)(ben)國(guo)內(nei)(nei)消耗(hao)量土木用(yong)量1992年(nian)(平(ping)(ping)成(cheng)4年(nian))是(shi)2905t,1986年(nian)(昭和(he)61年(nian))是(shi)1652t,1978年(nian)是(shi)1340t,雖(sui)然超過了1000t,可是(shi)17年(nian)的(de)(de)(de)平(ping)(ping)均(jun)值只不過515t/年(nian),生產量、使用(yong)量都(dou)非常少。500t的(de)(de)(de)重量相當于長(chang)20m的(de)(de)(de)鋼板(ban)樁約100根,換算成(cheng)岸壁長(chang)度(du)僅有數(shu)100m以下的(de)(de)(de)工程(cheng)量。
盡管(guan)港口維修及在臨(lin)海(hai)地帶填(tian)海(hai)造地盛(sheng)行,可(ke)(ke)是(shi)(shi)作為護岸用的鋼樁(zhuang)幾(ji)乎不(bu)(bu)采用耐海(hai)水鋼。其理由雖然不(bu)(bu)清楚,然而(er)可(ke)(ke)能是(shi)(shi)因(yin)為對防(fang)蝕不(bu)(bu)太關心沒有(you)(you)采取任何防(fang)蝕措施的占(zhan)多數,即(ji)使關心也(ye)可(ke)(ke)能是(shi)(shi)飛濺帶的耐蝕性只是(shi)(shi)碳素鋼2倍的性能沒有(you)(you)吸引力等原因(yin)。
由于(yu)(yu)港口(kou)(kou)設(she)(she)施(shi)處于(yu)(yu)劇烈(lie)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)環(huan)境,如果(guo)防(fang)(fang)(fang)(fang)蝕(shi)不(bu)充分的(de)(de)(de)(de)話則腐(fu)蝕(shi)嚴(yan)重。在1986年(nian)(昭和61年(nian)),運輸省港口(kou)(kou)局歸納的(de)(de)(de)(de)港口(kou)(kou)設(she)(she)施(shi)的(de)(de)(de)(de)劣化狀況調查結果(guo)示于(yu)(yu)表3-3。就(jiu)是說,在5年(nian)之內需(xu)要進行(xing)維(wei)修(xiu)作業的(de)(de)(de)(de)設(she)(she)施(shi)數(shu),鋼結構體(ti)有642個設(she)(she)施(shi)(占全(quan)體(ti)的(de)(de)(de)(de)17.9%),混(hun)凝土結構體(ti)有245個設(she)(she)施(shi)(占全(quan)體(ti)的(de)(de)(de)(de)35%)。在6~10該(gai)表中記有“防(fang)(fang)(fang)(fang)蝕(shi)”的(de)(de)(de)(de)設(she)(she)施(shi),如果(guo)設(she)(she)施(shi)適當地(di)進行(xing)防(fang)(fang)(fang)(fang)蝕(shi)就(jiu)能(neng)夠(gou)很好地(di)保存下來。設(she)(she)施(shi)需(xu)要“全(quan)面(mian)改(gai)修(xiu)”、“加固”的(de)(de)(de)(de)原(yuan)因,不(bu)一定全(quan)是腐(fu)蝕(shi)造成的(de)(de)(de)(de),然(ran)而(er)腐(fu)蝕(shi)卻是最大的(de)(de)(de)(de)因素(su),如果(guo)放置下去,隨(sui)著時間的(de)(de)(de)(de)增(zeng)長只(zhi)用防(fang)(fang)(fang)(fang)蝕(shi)也不(bu)能(neng)解決問題,所以防(fang)(fang)(fang)(fang)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)對(dui)象將會減少,而(er)全(quan)面(mian)改(gai)修(xiu)或加固的(de)(de)(de)(de)對(dui)象數(shu)將會增(zeng)加。
道路、港(gang)口、橋梁這一類的(de)(de)公共設施是一國活力的(de)(de)基礎,它的(de)(de)建(jian)設和維護管理,對保(bao)持活躍的(de)(de)經濟活動和富裕社會(hui)的(de)(de)延續、發展是不可缺少的(de)(de)。如果忽視了這一問題,將(jiang)會(hui)招(zhao)來前(qian)述(2.2.3節)的(de)(de)《荒(huang)廢中的(de)(de)美國》一書中所介(jie)紹(shao)的(de)(de)那樣的(de)(de)后(hou)果。日(ri)本的(de)(de)公共設施配(pei)備正規化(hua)的(de)(de)時間(jian)是在1950年(nian)(nian)代(dai)后(hou)期(qi)(昭和30年(nian)(nian)代(dai)前(qian)期(qi)),與美國等國家相(xiang)比,由于相(xiang)關(guan)的(de)(de)結構體使用年(nian)(nian)限比較短(duan),由腐蝕等引(yin)起的(de)(de)損傷還不明(ming)顯,港(gang)口設施的(de)(de)老(lao)化(hua)需(xu)經過25年(nian)(nian)才(cai)開始顯現出(chu)來。
直到港口設施的(de)防(fang)蝕強化成為最關注的(de)問題,耐海水(shui)鋼才(cai)會有應(ying)用(yong)(yong)發(fa)展(zhan)的(de)機會,可是現在還沒(mei)有實現。綜(zong)合防(fang)蝕的(de)重要性(xing)和(he)經(jing)濟(ji)性(xing)的(de)結論是耐海水(shui)鋼不(bu)僅防(fang)蝕性(xing)能(neng)而且使用(yong)(yong)壽命不(bu)夠,所(suo)以采用(yong)(yong)了鋼鐵公司用(yong)(yong)另一種途徑開發(fa)的(de)包(bao)覆聚乙(yi)烯(xi)或聚氨酯的(de)具有數十年壽命的(de)防(fang)蝕樁或板(ban)樁。還開發(fa)了在現場施工的(de)石蠟油或環氧樹(shu)脂(zhi)包(bao)覆的(de)加(jia)工法,已(yi)在新(xin)設或原有的(de)鋼板(ban)樁或鋼管樁的(de)防(fang)蝕上應(ying)用(yong)(yong)。
耐(nai)候鋼在橋(qiao)梁上的裸露使用技術,在經濟低迷期來臨后,因為經濟上的原因而被引(yin)進(jin),最近(jin)為了解(jie)決由(you)于維護費(fei)用的削減以及高齡化和回避3K(臟、累、危險(xian))風潮所引(yin)起涂漆(qi)技術工(gong)人的不(bu)足,耐(nai)候鋼再次得到擴大(da)應用的機會,這和耐(nai)海水鋼大(da)不(bu)一樣。
最近東(dong)京(jing)灣橫跨道路橋、關西機(ji)場聯(lian)絡橋等重要結(jie)構(gou)體已考慮100年的(de)長壽命和徹底地省去維護的(de)目(mu)標,與此相對應在橋墩的(de)海水飛濺部也分別采用了鈦包層和復合涂層。
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(jin)耐蝕鋼(gang)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。