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)工業(ye)用水以及各種水的管道中(zhong)，焊(han)縫部位迅(xun)速腐(fu)蝕(shi)成溝(gou)狀的事例從1965年(nian)（昭和(he)40年(nian)）起(qi)已經引(yin)人(ren)注目(mu)。這(zhe)種腐(fu)蝕(shi)被稱為電焊(han)鋼管溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)或(huo)者簡(jian)稱為溝(gou)蝕(shi)。圖(tu)5-1中(zhong)給出了(le)溝(gou)蝕(shi)的照片。
這種溝(gou)狀腐蝕(shi)的報導在日本以外幾乎(hu)沒有發表過，給(gei)人的印象(xiang)好像(xiang)是日本特有的腐蝕(shi)，可(ke)實(shi)際決非如此。但是，可(ke)以認為日本以外的許多(duo)地區由于淡水的硬度高，飽(bao)和指數是正值在管內表面(mian)上(shang)生成了包覆層，由水引(yin)起的腐蝕(shi)與(yu)日本相比(bi)(bi)不嚴(yan)重，或者在海水管道上(shang)使(shi)用電(dian)焊鋼管（黑管、鍍鋅鋼管）的比(bi)(bi)率低，可(ke)能(neng)因為這些原因溝(gou)狀腐蝕(shi)的發生頻度比(bi)(bi)日本低。
1983年（昭和58年）美國 Heitmann(Inland Steel 公司）等在(zai)ASM主辦的(de)(de)關(guan)于高強度鋼技(ji)術和應用(yong)國際(ji)會議上，根據把電焊鋼管作為原油或天然氣(qi)配管在(zai)海上設備或收集系統上使用(yong)時出現(xian)的(de)(de)問題(ti)，提出了溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)，并(bing)論述了其原因和可選擇的(de)(de)相應鋼種，在(zai)其緒(xu)言(yan)中敘述的(de)(de)溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)研究幾乎都(dou)是(shi)在(zai)日本進行的(de)(de)。
因(yin)為(wei)和電焊鋼管沒有(you)(you)關系也存在著由于各種原因(yin)使(shi)(shi)腐(fu)蝕(shi)形(xing)狀(zhuang)成為(wei)溝(gou)狀(zhuang)的(de)腐(fu)蝕(shi)，所以把(ba)本書使(shi)(shi)用的(de)溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)稱(cheng)為(wei)電焊鋼管焊縫(feng)部的(de)溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)是正(zheng)確的(de)，以下簡稱(cheng)為(wei)溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)。雖然日本進(jin)行過很多研(yan)究，可(ke)是有(you)(you)關這方面的(de)日本以外的(de)報道卻很少。
就筆者所知，關于電焊鋼管溝狀(zhuang)腐蝕的(de)最初歸(gui)納的(de)文(wen)獻(xian)是由新日鐵公(gong)司的(de)門智(zhi)等(deng)完成(cheng)(cheng)的(de)［1973年（昭和48年）］。該文(wen)敘述了腐蝕事例和他們開(kai)發的(de)Cu-Ti系(xi)及(ji)Cu-Ti-Cr 系(xi)相(xiang)應鋼的(de)優秀特性.當時(shi)已經推測到(dao)，在鋼管焊縫部位由于焊接時(shi)的(de)滾壓，在鋼管內外所發生的(de)金屬(shu)塑(su)性變(bian)形，為(wei)了精加工(gong)通過切削除去焊道，使沿著塑(su)性變(bian)形區存在的(de)非金屬(shu)夾(jia)雜(za)物露在表(biao)面，由于急冷變(bian)成(cheng)(cheng)不穩(wen)定或呈活性的(de)MnS而成(cheng)(cheng)為(wei)孔蝕的(de)起點，開(kai)始溝狀(zhuang)腐蝕。
第2年(nian)(nian)即1974年(nian)(nian)（昭和49年(nian)(nian)），加藤、乙黑及門通過MnS附近發生腐蝕(shi)的(de)顯微觀察，證實了(le)焊縫部(bu)位(wei)的(de)MnS對溝狀腐蝕(shi)的(de)破(po)壞作用是因為(wei)焊縫焊接急冷(leng)時(shi)在(zai)MnS的(de)周圍同時(shi)產生了(le)容易形成陽(yang)極(ji)的(de)硫的(de)偏(pian)聚區(qu)。他們于1976年(nian)(nian)試驗片所研究(jiu)的(de)急熱、急冷(leng)處(chu)理對MnS的(de)局(ju)部(bu)腐蝕(shi)影響的(de)結果。實驗證明了(le)在(zai)高(gao)溫，特別是在(zai)1400℃以上急熱、急冷(leng)的(de)鋼(gang)的(de)MnS在(zai)其(qi)周圍有硫的(de)偏(pian)聚區(qu)，這樣(yang)的(de)偏(pian)聚區(qu)變成為(wei)陽(yang)極(ji)，開始局(ju)部(bu)腐蝕(shi)。
有關MnS腐蝕(shi)研(yan)究(jiu)(jiu)的(de)歷(li)史(shi)或加藤等(deng)的(de)上(shang)述(shu)研(yan)究(jiu)(jiu)的(de)詳細內(nei)容，將在5.2.1節進行敘述(shu)。然(ran)而通過加藤等(deng)的(de)研(yan)究(jiu)(jiu)搞清楚了電焊鋼管(guan)的(de)溝狀(zhuang)腐蝕(shi)起因于MnS的(de)理由。
作為耐溝狀腐蝕電(dian)焊鋼管低合金鋼的(de)添加(jia)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)，在他們所注意的(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)之中，效(xiao)果大的(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)是(shi)與(yu)銅共(gong)存的(de)Sb、Ti、Cr;有(you)(you)效(xiao)果的(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)是(shi)銅和與(yu)銅共(gong)存的(de)Zr;Nb、Sn、As即(ji)使與(yu)銅共(gong)存也(ye)沒有(you)(you)效(xiao)果。硫(liu)是(shi)有(you)(you)害的(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)，特別是(shi)銅含(han)量小于(yu)0.2%的(de)鋼中，隨著(zhu)硫(liu)含(han)量增加(jia)影(ying)響增大；可是(shi)當加(jia)入0.3%Cu時，硫(liu)含(han)量小于(yu)0.03%時，硫(liu)不產生影(ying)響。
考慮添加銅(tong)是因為(wei)注意(yi)到(dao)銅(tong)在大(da)氣腐蝕條件(jian)下(xia)能夠消除硫(liu)對(dui)腐蝕惡劣(lie)影響的(de)(de)(de)Larrabee 學(xue)說或加藤研究(jiu)組以前研究(jiu)的(de)(de)(de)銅(tong)對(dui)耐(nai)(nai)硫(liu)酸性(xing)的(de)(de)(de)效果。并且，與銅(tong)共存(cun)的(de)(de)(de)銻也(ye)能提(ti)(ti)高(gao)耐(nai)(nai)硫(liu)酸鋼的(de)(de)(de)性(xing)能。鉻在海水環境中的(de)(de)(de)使(shi)用(yong)，一般是為(wei)了提(ti)(ti)高(gao)耐(nai)(nai)蝕性(xing)。
Zr、Nb、Ti是(shi)(shi)和鋼(gang)(gang)(gang)中的(de)硫(liu)(liu)形成(cheng)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)物(wu)傾向(xiang)很強(qiang)的(de)元(yuan)(yuan)素，是(shi)(shi)為了取代(dai)Mn以形成(cheng)穩定的(de)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)物(wu)而加(jia)入(ru)的(de)。1963年金子等曾經發(fa)表過形成(cheng)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)物(wu)傾向(xiang)元(yuan)(yuan)素的(de)順序是(shi)(shi)：Zr>Ti>Mn>Nb>V>Cr>Al>Mo>W>Fe>Ni>Co>Si.并且，在20世紀(ji)60年代(dai)前期(qi)（昭和30年代(dai)后期(qi)），人們(men)把提高鋼(gang)(gang)(gang)鐵各(ge)種(zhong)性(xing)能作為目的(de)而進行過添(tian)加(jia)各(ge)種(zhong)合金元(yuan)(yuan)素鋼(gang)(gang)(gang)的(de)開發(fa)，那時曾經使(shi)用已經普(pu)及的(de)EPMA進行了低(di)合金成(cheng)分系鋼(gang)(gang)(gang)的(de)非金屬夾雜(za)物(wu)的(de)鑒定，白巖等試驗(yan)向(xiang)0.3%C-0.1%Mn-0.3%Si為基體的(de)鋼(gang)(gang)(gang)中分別添(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，并確認了取代(dai)MnS生成(cheng)各(ge)添(tian)加(jia)元(yuan)(yuan)素的(de)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)物(wu)。
為了防止MnS成為孔蝕的起(qi)點，需要控制錳含量，或(huo)者添加(jia)其(qi)他(ta)的合金元素降(jiang)低硫化物中(zhong)的錳含量，或(huo)者轉變(bian)成比MnS穩定的其(qi)他(ta)硫化物，這(zhe)些(xie)方法已經在(zai)具有(you)耐(nai)酸性(xing)的易切削不銹鋼(gang)上(shang)得到應用。Carpenter公司通過(guo)(guo)降(jiang)低錳含量生成含鉻高的（Cr、Mn)S,Sandvik公司通過(guo)(guo)加(jia)入鈦生成TiS的方法提高了耐(nai)酸性(xing)。
把上述方法最初利用到提(ti)高(gao)電焊鋼管的(de)(de)耐溝狀腐蝕(shi)(shi)性上的(de)(de)是加藤等，據報告，Cu-Ti、Cu-Cr-Ti、Cu-Sb系的(de)(de)低硫材料(liao)的(de)(de)耐溝狀腐蝕(shi)(shi)性是通常電焊鋼管的(de)(de)6~7倍。其中，低S-Cu-Ti系的(de)(de)鋼種以后作為新日鐵(tie)公司的(de)(de)耐溝狀腐蝕(shi)(shi)鋼管實現了產品化。
進(jin)入20世紀70年代(dai)（昭和50年代(dai)）后，溝狀腐(fu)蝕(shi)(shi)發生的(de)頻繁程度越來(lai)越引起人們的(de)關注，各鋼(gang)鐵公司進(jin)行了事例調查、發生原因的(de)研討(tao)和對(dui)策(ce)鋼(gang)的(de)開發等。腐(fu)蝕(shi)(shi)率(lv)非(fei)常大是溝狀腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)一個特征，根據事例的(de)總(zong)結(jie)報告(gao),有的(de)例子(zi)是10mm/a或(huo)者更高，13mm/a的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)率(lv)非(fei)常普(pu)遍(bian)。產生的(de)環(huan)(huan)境也涉及海水(shui)、鹽(yan)水(shui)、循(xun)環(huan)(huan)冷卻水(shui)、工(gong)業用水(shui)、地下水(shui)、自來(lai)水(shui)等管道(dao)的(de)內面(mian)、土壤埋設管道(dao)的(de)外(wai)面(mian)、纏(chan)繞防(fang)露(lu)材的(de)水(shui)管道(dao)的(de)外(wai)面(mian)（由于滲(shen)人的(de)結(jie)露(lu)水(shui)而(er)(er)潤濕）等許多(duo)方(fang)面(mian)，而(er)(er)且(qie)仍然處(chu)在產生溝狀腐(fu)蝕(shi)(shi)環(huan)(huan)境的(de)特異性不(bu)(bu)能定義，容易產生溝狀腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)環(huan)(huan)境不(bu)(bu)能夠(gou)預知，不(bu)(bu)能夠(gou)制定相應對(dui)策(ce)的(de)狀況。
如(ru)圖(tu)5-1所(suo)示(shi)，溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕一種是(shi)沿(yan)著焊縫(feng)線(xian)(xian)呈(cheng)一直線(xian)(xian)生成(cheng)的(de)類(lei)型，另一種是(shi)銹瘤(liu)在(zai)焊縫(feng)的(de)位置形成(cheng)在(zai)其下面被侵蝕時，由(you)于焊縫(feng)部侵蝕特(te)別深(shen)，沿(yan)著銹瘤(liu)分布不連續(xu)生成(cheng)的(de)類(lei)型。不管哪一種類(lei)型都反映出是(shi)宏(hong)觀電池引起的(de)腐(fu)蝕，已經(jing)證(zheng)明在(zai)像海(hai)水或(huo)鹽水那樣(yang)電導(dao)(dao)(dao)率(lv)高的(de)環(huan)境中侵蝕加快(kuai)，在(zai)工(gong)業用水或(huo)自來水等(deng)電導(dao)(dao)(dao)率(lv)低(di)的(de)環(huan)境中侵蝕減慢。即使(shi)在(zai)后者(zhe)的(de)場合，由(you)于腐(fu)蝕率(lv)只(zhi)能(neng)上升到(dao)1mm/a程度或(huo)者(zhe)以(yi)上，所(suo)以(yi)也不一定是(shi)電導(dao)(dao)(dao)率(lv)越低(di)越好。
當然，溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)并不(bu)一定會發(fa)生(sheng)。溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)到底(di)是(shi)(shi)發(fa)生(sheng)在(zai)(zai)(zai)環境(jing)條(tiao)件(jian)強的(de)(de)(de)(de)場合(he)，還是(shi)(shi)由于微妙(miao)的(de)(de)(de)(de)不(bu)同(tong)條(tiao)件(jian)發(fa)生(sheng)在(zai)(zai)(zai)材(cai)(cai)料敏(min)(min)感性(xing)大的(de)(de)(de)(de)場合(he)，尚不(bu)清楚。正村等通過恒電(dian)位(wei)電(dian)解的(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)，確(que)立(li)了(le)用(yong)1周時間能(neng)夠再現溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)試驗(yan)方(fang)(fang)法(fa),就是(shi)(shi)把焊縫(feng)部的(de)(de)(de)(de)侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)深(shen)度和周圍(wei)母材(cai)(cai)的(de)(de)(de)(de)侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)深(shen)度的(de)(de)(de)(de)比設定為溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)系數(shu)α,將該方(fang)(fang)法(fa)用(yong)于硫含量、制管機和有(you)無在(zai)(zai)(zai)線退火裝(zhuang)置等不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產條(tiao)件(jian)下，每種條(tiao)件(jian)下采用(yong)50批以上的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料，α是(shi)(shi)1.1~1.4,結果是(shi)(shi)所有(you)的(de)(de)(de)(de)試驗(yan)材(cai)(cai)料或(huo)(huo)多(duo)或(huo)(huo)少都存在(zai)(zai)(zai)溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)敏(min)(min)感性(xing)。就是(shi)(shi)說(shuo)，在(zai)(zai)(zai)當時的(de)(de)(de)(de)電(dian)焊鋼管的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產條(tiao)件(jian)范圍(wei)內即(ji)使控(kong)制條(tiao)件(jian)也不(bu)能(neng)避免溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。
溝狀(zhuang)腐(fu)蝕發(fa)生的起因是由(you)于(yu)急冷MnS沒能充分(fen)析出和長(chang)大(da)(da)，所以熱(re)處理(li)(li)（退火(huo)、正火(huo)）應(ying)該是有(you)效的。事實上(shang)，如果在(zai)900℃以上(shang)經30min熱(re)處理(li)(li)進行空冷，就不(bu)會(hui)產生溝狀(zhuang)腐(fu)蝕，或者即便處理(li)(li)時間比這短(duan)，也能降低敏感性，其效果是硫含量越低則越大(da)(da)，可(ke)是由(you)于(yu)設置在(zai)電焊(han)鋼管生產設備上(shang)的后置退火(huo)裝(zhuang)置（焊(han)縫退火(huo)裝(zhuang)置）加熱(re)時間短(duan)，雖(sui)然有(you)效果但不(bu)明顯。
還(huan)(huan)有一種在高溫下(xia)鍛接(jie)(jie)制成(cheng)的(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)鋼(gang)管(guan)(guan)，因為冷(leng)卻速度慢，所以(yi)在焊(han)接(jie)(jie)部發(fa)生的(de)(de)局部腐(fu)蝕(shi)比(bi)電焊(han)鋼(gang)管(guan)(guan)顯(xian)著減輕，實踐證明，這種焊(han)管(guan)(guan)在實際應用上(shang)幾乎沒有問(wen)題,因此推薦(jian)使用這種鋼(gang)管(guan)(guan)。可(ke)是由(you)于尺寸被限制在100A以(yi)下(xia)，而(er)在125A以(yi)上(shang)仍需要電焊(han)鋼(gang)管(guan)(guan)。鍍鋅鋼(gang)管(guan)(guan)通過對鍍層(ceng)(ceng)的(de)(de)消耗(hao)可(ke)延(yan)長使用壽(shou)命，然(ran)而(er)在日本由(you)于水是軟質(zhi)的(de)(de)，鍍層(ceng)(ceng)消耗(hao)很快，雖然(ran)能夠延(yan)長平均使用壽(shou)命，但是也有1~3年溝狀腐(fu)蝕(shi)穿透的(de)(de)例子，所以(yi)目前還(huan)(huan)沒有很好的(de)(de)解決措施。
因此人們對能夠降低或(huo)者抑(yi)制(zhi)溝狀腐蝕敏感性(xing)的(de)(de)低合金成分的(de)(de)組成進行了(le)種(zhong)種(zhong)研究。除了(le)上述加藤等認(ren)為有效的(de)(de)元素(su)外，還發表了(le)Nb、Y、Al、Mo、Ni,并且在與銅共存時(shi)，Ni、REM、Ca等是有效元素(su)。
1980~1981年(nian)（昭和55~56年(nian)），4家公(gong)司生產的耐溝狀腐蝕(shi)電焊鋼(gang)管(guan)開始銷售。研(yan)究思路大體相同(tong)，即降低(di)硫含量。但(dan)是(shi)(shi)只(zhi)用這些方法(fa)是(shi)(shi)不充(chong)分的，即使(shi)經過熱(re)處理(li)也殘留敏感(gan)性(xing)(xing)。雖(sui)然加(jia)(jia)入(ru)0.1%~0.3%Cu也是(shi)(shi)必需(xu)的，可是(shi)(shi)低(di)S-Cu鋼(gang)仍有敏感(gan)性(xing)(xing),需(xu)要進一步進行熱(re)處理(li)或加(jia)(jia)入(ru)另外的合金元素，或者可以(yi)兩種(zhong)方法(fa)同(tong)時采用。
表5-1給出(chu)了各公司生產的耐溝狀(zhuang)腐蝕鋼(gang)管的成分標準表中所列成分均是(shi)根據上述(shu)考慮而設計的。由于產品(pin)不同，可以進行熱處理(li)。
產(chan)品列于JISG 3452(管道(dao)(dao)用(yong)碳(tan)素鋼(gang)鋼(gang)管）的(de)黑(hei)管及鍍(du)(du)鋅(xin)鋼(gang)管和JIS G 3454(壓(ya)力管道(dao)(dao)用(yong)碳(tan)素鋼(gang)鋼(gang)管）的(de)黑(hei)管及鍍(du)(du)鋅(xin)鋼(gang)管的(de)標(biao)準內(nei)，可以(yi)(yi)提(ti)供(gong)的(de)尺寸前者是(shi)125~500A,后者是(shi)20~600A(15A、650A根據協商(shang)生產(chan)）。前者中(zhong)沒有可以(yi)(yi)使用(yong)鍛(duan)接(jie)鋼(gang)管的(de)100A以(yi)(yi)下的(de)產(chan)品。
從1980年(nian)（昭和50年(nian)代的中期）起，水管(guan)(guan)(guan)道用(yong)的黑管(guan)(guan)(guan)及鍍鋅鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)一般已(yi)經使用(yong)了(le)耐(nai)溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)（由于尺寸所限 使用(yong)鍛接(jie)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)）。日本水道鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)協(xie)會認(ren)為(wei)，耐(nai)溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕電焊鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)的耐(nai)溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)是傳統電焊鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)的10倍。各公司(si)就耐(nai)溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕鋼(gang)的同類產品在文獻上(shang)發表了(le)各自的試驗結果(guo),結論是敏感性(xing)(xing)為(wei)零(ling)或者非常(chang)小。
這些產(chan)品(pin)銷售以(yi)來，耐(nai)溝(gou)狀(zhuang)腐蝕電焊鋼管的溝(gou)狀(zhuang)腐蝕事例一件也沒有報道過(guo)，作(zuo)者所知(zhi)道的情報中(zhong)也沒有。在建設省的機械(xie)設備工程施(shi)工管理指(zhi)南（平(ping)成元年版）中(zhong)，也記載著耐(nai)溝(gou)狀(zhuang)腐蝕電焊鋼管。
