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)水和工業用水以及各種水的(de)管道(dao)中，焊(han)縫部位迅速腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)成溝狀(zhuang)的(de)事(shi)例從(cong)1965年（昭和40年）起已經(jing)引(yin)人(ren)注目。這(zhe)種腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)被稱(cheng)為電焊(han)鋼(gang)管溝狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)或者簡稱(cheng)為溝蝕(shi)(shi)(shi)。圖5-1中給出了溝蝕(shi)(shi)(shi)的(de)照片。
這(zhe)種溝(gou)狀腐蝕的(de)(de)報導在日(ri)(ri)(ri)(ri)(ri)本(ben)以外幾乎沒有發(fa)表(biao)過，給(gei)人(ren)的(de)(de)印象好像是(shi)日(ri)(ri)(ri)(ri)(ri)本(ben)特有的(de)(de)腐蝕，可實(shi)際決(jue)非(fei)如此。但是(shi)，可以認為日(ri)(ri)(ri)(ri)(ri)本(ben)以外的(de)(de)許多地區由(you)于淡水(shui)的(de)(de)硬(ying)度高，飽和指(zhi)數(shu)是(shi)正值在管(guan)(guan)(guan)(guan)內表(biao)面上生(sheng)成(cheng)了包覆層，由(you)水(shui)引起(qi)的(de)(de)腐蝕與(yu)日(ri)(ri)(ri)(ri)(ri)本(ben)相(xiang)比(bi)不嚴重，或者在海水(shui)管(guan)(guan)(guan)(guan)道上使用電焊(han)鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)（黑管(guan)(guan)(guan)(guan)、鍍鋅鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)）的(de)(de)比(bi)率(lv)低，可能因為這(zhe)些原因溝(gou)狀腐蝕的(de)(de)發(fa)生(sheng)頻度比(bi)日(ri)(ri)(ri)(ri)(ri)本(ben)低。
1983年（昭和58年）美國 Heitmann(Inland Steel 公司）等(deng)在ASM主辦的(de)關于高強度鋼(gang)技(ji)術和應(ying)(ying)用國際會議上(shang)，根據把電焊(han)鋼(gang)管作為(wei)原油或天(tian)然氣配管在海(hai)上(shang)設備或收集系統上(shang)使(shi)用時出現的(de)問題(ti)，提出了溝狀(zhuang)腐蝕，并論述(shu)了其(qi)原因(yin)和可(ke)選(xuan)擇的(de)相應(ying)(ying)鋼(gang)種，在其(qi)緒言中敘述(shu)的(de)溝狀(zhuang)腐蝕的(de)研究幾乎都是在日本進行的(de)。
因為和(he)電(dian)焊(han)鋼(gang)管沒有關系也存(cun)在著由(you)于各種(zhong)原因使腐(fu)蝕形狀(zhuang)成為溝(gou)狀(zhuang)的(de)(de)腐(fu)蝕，所以把(ba)本(ben)(ben)書使用的(de)(de)溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕稱為電(dian)焊(han)鋼(gang)管焊(han)縫部(bu)的(de)(de)溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕是(shi)正(zheng)確的(de)(de)，以下簡稱為溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕。雖然日本(ben)(ben)進行過很(hen)(hen)多研究(jiu)，可(ke)是(shi)有關這方面(mian)的(de)(de)日本(ben)(ben)以外(wai)的(de)(de)報道卻很(hen)(hen)少。
就筆者所知，關于電(dian)焊鋼管(guan)溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)最(zui)初歸納的(de)文獻是由(you)新日鐵公司的(de)門智(zhi)等(deng)完成的(de)［1973年(nian)（昭和48年(nian)）］。該文敘述(shu)了(le)腐(fu)(fu)蝕(shi)事例和他們開(kai)發的(de)Cu-Ti系及Cu-Ti-Cr 系相應(ying)鋼的(de)優秀(xiu)特性(xing).當(dang)時(shi)已經推測到，在(zai)(zai)鋼管(guan)焊縫部位由(you)于焊接時(shi)的(de)滾壓，在(zai)(zai)鋼管(guan)內外所發生(sheng)的(de)金屬塑(su)性(xing)變形，為了(le)精(jing)加工(gong)通過(guo)切削除去焊道，使沿著塑(su)性(xing)變形區存在(zai)(zai)的(de)非金屬夾(jia)雜物露在(zai)(zai)表面(mian)，由(you)于急冷變成不(bu)穩定或(huo)呈(cheng)活性(xing)的(de)MnS而成為孔蝕(shi)的(de)起點，開(kai)始溝(gou)狀腐(fu)(fu)蝕(shi)。
第2年(nian)即1974年(nian)（昭(zhao)和49年(nian)），加(jia)藤、乙(yi)黑及(ji)門通過MnS附近(jin)發生腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)顯(xian)微觀察，證實了焊(han)縫部位的(de)(de)(de)MnS對(dui)溝狀腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)破(po)壞作用是(shi)因為焊(han)縫焊(han)接急(ji)(ji)(ji)冷時(shi)在MnS的(de)(de)(de)周圍同時(shi)產(chan)生了容易形成(cheng)陽極(ji)的(de)(de)(de)硫(liu)的(de)(de)(de)偏聚區(qu)。他們于1976年(nian)試驗片所(suo)研究的(de)(de)(de)急(ji)(ji)(ji)熱(re)、急(ji)(ji)(ji)冷處理對(dui)MnS的(de)(de)(de)局部腐(fu)蝕(shi)影響(xiang)的(de)(de)(de)結(jie)果(guo)。實驗證明了在高溫(wen)，特別(bie)是(shi)在1400℃以上急(ji)(ji)(ji)熱(re)、急(ji)(ji)(ji)冷的(de)(de)(de)鋼的(de)(de)(de)MnS在其周圍有硫(liu)的(de)(de)(de)偏聚區(qu)，這樣的(de)(de)(de)偏聚區(qu)變成(cheng)為陽極(ji)，開(kai)始局部腐(fu)蝕(shi)。
有關MnS腐蝕研究的(de)(de)歷史或加(jia)藤等(deng)的(de)(de)上述研究的(de)(de)詳細內容，將在5.2.1節進行敘述。然而通(tong)過加(jia)藤等(deng)的(de)(de)研究搞清楚了電(dian)焊鋼管的(de)(de)溝狀(zhuang)腐蝕起(qi)因于(yu)MnS的(de)(de)理由(you)。
作為(wei)耐溝狀腐蝕(shi)電焊鋼(gang)管低合金鋼(gang)的添加(jia)元素(su)(su)(su)，在(zai)他們所注意的元素(su)(su)(su)之中，效(xiao)果大(da)的元素(su)(su)(su)是(shi)與(yu)銅(tong)共(gong)(gong)存的Sb、Ti、Cr;有效(xiao)果的元素(su)(su)(su)是(shi)銅(tong)和與(yu)銅(tong)共(gong)(gong)存的Zr;Nb、Sn、As即使與(yu)銅(tong)共(gong)(gong)存也(ye)沒有效(xiao)果。硫是(shi)有害(hai)的元素(su)(su)(su)，特別(bie)是(shi)銅(tong)含(han)(han)(han)量小(xiao)于(yu)0.2%的鋼(gang)中，隨著硫含(han)(han)(han)量增加(jia)影響增大(da)；可是(shi)當加(jia)入0.3%Cu時，硫含(han)(han)(han)量小(xiao)于(yu)0.03%時，硫不產(chan)生影響。
考慮(lv)添加銅是(shi)因為注意(yi)到銅在大(da)氣腐蝕(shi)條件下能(neng)(neng)夠消(xiao)除硫對腐蝕(shi)惡劣影響(xiang)的Larrabee 學說或加藤研(yan)究(jiu)組以(yi)前(qian)研(yan)究(jiu)的銅對耐(nai)硫酸性(xing)的效果。并且，與(yu)銅共(gong)存的銻(ti)也能(neng)(neng)提高耐(nai)硫酸鋼的性(xing)能(neng)(neng)。鉻在海水環境中的使用，一(yi)般是(shi)為了提高耐(nai)蝕(shi)性(xing)。
Zr、Nb、Ti是(shi)(shi)和鋼(gang)中的硫(liu)(liu)形(xing)(xing)成(cheng)硫(liu)(liu)化物(wu)(wu)傾(qing)向(xiang)很強的元(yuan)素，是(shi)(shi)為(wei)了(le)取代Mn以形(xing)(xing)成(cheng)穩(wen)定的硫(liu)(liu)化物(wu)(wu)而加(jia)(jia)入的。1963年金子等曾(ceng)經發表過形(xing)(xing)成(cheng)硫(liu)(liu)化物(wu)(wu)傾(qing)向(xiang)元(yuan)素的順序是(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(qi)（昭和30年代后期(qi)），人們把提高(gao)鋼(gang)鐵各種性能作為(wei)目的而進行過添加(jia)(jia)各種合金元(yuan)素鋼(gang)的開(kai)發，那時曾(ceng)經使(shi)用(yong)已(yi)經普及的EPMA進行了(le)低合金成(cheng)分系(xi)鋼(gang)的非金屬夾雜物(wu)(wu)的鑒(jian)定，白巖等試驗向(xiang)0.3%C-0.1%Mn-0.3%Si為(wei)基體的鋼(gang)中分別添加(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(ren)了(le)取代MnS生成(cheng)各添加(jia)(jia)元(yuan)素的硫(liu)(liu)化物(wu)(wu)。
為了(le)防止(zhi)MnS成為孔蝕的(de)起點，需要控制錳含(han)量，或(huo)者(zhe)(zhe)添加(jia)其他的(de)合金元素降低硫(liu)化(hua)(hua)物(wu)中(zhong)的(de)錳含(han)量，或(huo)者(zhe)(zhe)轉變成比MnS穩(wen)定的(de)其他硫(liu)化(hua)(hua)物(wu)，這些方法已經在具有耐(nai)酸性(xing)(xing)的(de)易切削不銹(xiu)鋼上得到應用(yong)。Carpenter公司(si)通(tong)(tong)過降低錳含(han)量生(sheng)成含(han)鉻高(gao)的(de)（Cr、Mn)S,Sandvik公司(si)通(tong)(tong)過加(jia)入鈦生(sheng)成TiS的(de)方法提(ti)高(gao)了(le)耐(nai)酸性(xing)(xing)。
把上(shang)述方法最(zui)初利用(yong)到提高(gao)電焊鋼管(guan)(guan)的(de)(de)(de)耐溝狀腐蝕性上(shang)的(de)(de)(de)是(shi)加藤等，據報告，Cu-Ti、Cu-Cr-Ti、Cu-Sb系(xi)的(de)(de)(de)低硫材料的(de)(de)(de)耐溝狀腐蝕性是(shi)通常電焊鋼管(guan)(guan)的(de)(de)(de)6~7倍。其中，低S-Cu-Ti系(xi)的(de)(de)(de)鋼種(zhong)以后作(zuo)為新日鐵公司的(de)(de)(de)耐溝狀腐蝕鋼管(guan)(guan)實現了產品化。
進入20世紀70年(nian)代（昭和(he)(he)50年(nian)代）后，溝(gou)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)發生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)頻繁程度(du)越來(lai)越引(yin)起(qi)人們的(de)(de)(de)關(guan)注，各鋼鐵公司進行了事例調查(cha)、發生(sheng)(sheng)(sheng)原因的(de)(de)(de)研討(tao)和(he)(he)對(dui)(dui)策鋼的(de)(de)(de)開(kai)發等(deng)(deng)。腐(fu)蝕(shi)率非常(chang)大是溝(gou)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)一個特征，根據事例的(de)(de)(de)總結報告(gao),有的(de)(de)(de)例子是10mm/a或者更高，13mm/a的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)率非常(chang)普遍。產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)環(huan)境(jing)也涉及(ji)海水(shui)、鹽水(shui)、循環(huan)冷(leng)卻水(shui)、工業(ye)用(yong)水(shui)、地(di)下水(shui)、自來(lai)水(shui)等(deng)(deng)管(guan)道的(de)(de)(de)內面、土壤埋設(she)管(guan)道的(de)(de)(de)外面、纏繞防(fang)露材(cai)的(de)(de)(de)水(shui)管(guan)道的(de)(de)(de)外面（由于滲人的(de)(de)(de)結露水(shui)而(er)潤濕）等(deng)(deng)許多方面，而(er)且仍然處在產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)溝(gou)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)環(huan)境(jing)的(de)(de)(de)特異性不能(neng)定(ding)義，容易產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)溝(gou)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)環(huan)境(jing)不能(neng)夠預知，不能(neng)夠制定(ding)相應對(dui)(dui)策的(de)(de)(de)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)況。
如圖5-1所(suo)示，溝(gou)狀腐蝕(shi)(shi)(shi)一(yi)(yi)種是沿著焊(han)(han)縫線呈(cheng)一(yi)(yi)直(zhi)線生成(cheng)(cheng)的類型(xing)，另一(yi)(yi)種是銹瘤在(zai)焊(han)(han)縫的位置(zhi)形成(cheng)(cheng)在(zai)其下面被侵蝕(shi)(shi)(shi)時，由于焊(han)(han)縫部侵蝕(shi)(shi)(shi)特別深，沿著銹瘤分布不連續生成(cheng)(cheng)的類型(xing)。不管哪一(yi)(yi)種類型(xing)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)(huo)鹽水那樣電(dian)導(dao)(dao)率(lv)高的環(huan)境中(zhong)侵蝕(shi)(shi)(shi)加快，在(zai)工業用(yong)水或(huo)(huo)自來水等電(dian)導(dao)(dao)率(lv)低的環(huan)境中(zhong)侵蝕(shi)(shi)(shi)減慢。即使在(zai)后者(zhe)的場合，由于腐蝕(shi)(shi)(shi)率(lv)只能上升到1mm/a程度或(huo)(huo)者(zhe)以上，所(suo)以也不一(yi)(yi)定(ding)是電(dian)導(dao)(dao)率(lv)越低越好(hao)。
當(dang)然，溝(gou)狀(zhuang)腐蝕(shi)(shi)(shi)并不(bu)(bu)一(yi)定(ding)會發生。溝(gou)狀(zhuang)腐蝕(shi)(shi)(shi)到底是(shi)(shi)發生在(zai)環境條(tiao)件(jian)強的場(chang)合(he)，還是(shi)(shi)由于(yu)微妙的不(bu)(bu)同條(tiao)件(jian)發生在(zai)材(cai)(cai)料(liao)敏感性大的場(chang)合(he)，尚不(bu)(bu)清楚。正村(cun)等通過(guo)恒電(dian)位電(dian)解的方法(fa)，確立了用1周(zhou)時間(jian)能夠再現溝(gou)狀(zhuang)腐蝕(shi)(shi)(shi)的試驗(yan)方法(fa),就是(shi)(shi)把焊縫(feng)部的侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)深(shen)度和(he)周(zhou)圍(wei)母材(cai)(cai)的侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)深(shen)度的比(bi)設定(ding)為溝(gou)狀(zhuang)腐蝕(shi)(shi)(shi)系(xi)數α,將(jiang)該方法(fa)用于(yu)硫含量、制管機和(he)有無在(zai)線退火(huo)裝置(zhi)等不(bu)(bu)同的生產條(tiao)件(jian)下(xia)(xia)，每種(zhong)條(tiao)件(jian)下(xia)(xia)采用50批以(yi)上的材(cai)(cai)料(liao)，α是(shi)(shi)1.1~1.4,結果是(shi)(shi)所有的試驗(yan)材(cai)(cai)料(liao)或多或少(shao)都存在(zai)溝(gou)狀(zhuang)腐蝕(shi)(shi)(shi)的敏感性。就是(shi)(shi)說，在(zai)當(dang)時的電(dian)焊鋼管的生產條(tiao)件(jian)范圍(wei)內即使控(kong)制條(tiao)件(jian)也不(bu)(bu)能避免溝(gou)狀(zhuang)腐蝕(shi)(shi)(shi)。
溝(gou)狀腐蝕(shi)發生的(de)起因(yin)是(shi)由于(yu)急冷MnS沒能(neng)充(chong)分(fen)析出(chu)和長大(da)，所以(yi)熱處理（退(tui)火(huo)、正火(huo)）應(ying)該(gai)是(shi)有(you)效(xiao)(xiao)的(de)。事實(shi)上，如(ru)果(guo)在900℃以(yi)上經(jing)30min熱處理進行(xing)空冷，就不(bu)會產生溝(gou)狀腐蝕(shi)，或者即便(bian)處理時間(jian)比這短，也能(neng)降低敏感性，其效(xiao)(xiao)果(guo)是(shi)硫含量越(yue)低則越(yue)大(da)，可(ke)是(shi)由于(yu)設置在電(dian)焊鋼管生產設備上的(de)后置退(tui)火(huo)裝(zhuang)置（焊縫(feng)退(tui)火(huo)裝(zhuang)置）加熱時間(jian)短，雖然有(you)效(xiao)(xiao)果(guo)但不(bu)明顯。
還有一種(zhong)在(zai)(zai)高(gao)溫下鍛接(jie)制成的(de)(de)(de)焊接(jie)鋼管(guan)，因(yin)為冷卻(que)速度慢，所(suo)以在(zai)(zai)焊接(jie)部(bu)發生(sheng)的(de)(de)(de)局部(bu)腐(fu)蝕比電焊鋼管(guan)顯(xian)著減輕(qing)，實踐證明，這種(zhong)焊管(guan)在(zai)(zai)實際(ji)應用上幾(ji)乎沒有問(wen)題,因(yin)此推薦使用這種(zhong)鋼管(guan)。可是(shi)由于尺(chi)寸被限制在(zai)(zai)100A以下，而(er)在(zai)(zai)125A以上仍需要電焊鋼管(guan)。鍍(du)鋅鋼管(guan)通過對(dui)鍍(du)層的(de)(de)(de)消(xiao)(xiao)耗可延(yan)長(chang)(chang)使用壽命，然(ran)而(er)在(zai)(zai)日本由于水是(shi)軟質(zhi)的(de)(de)(de)，鍍(du)層消(xiao)(xiao)耗很快，雖(sui)然(ran)能夠延(yan)長(chang)(chang)平均使用壽命，但是(shi)也(ye)有1~3年溝狀腐(fu)蝕穿透(tou)的(de)(de)(de)例子，所(suo)以目前還沒有很好的(de)(de)(de)解決措施(shi)。
因此人(ren)們對能(neng)夠降(jiang)低(di)或者抑制溝狀腐蝕敏感性的(de)低(di)合金成(cheng)分的(de)組成(cheng)進行了(le)種種研究。除了(le)上述(shu)加(jia)藤(teng)等認(ren)為有(you)(you)效的(de)元素外，還發表了(le)Nb、Y、Al、Mo、Ni,并且在(zai)與銅共(gong)存時，Ni、REM、Ca等是有(you)(you)效元素。
1980~1981年(nian)（昭和55~56年(nian)），4家公司生產的耐溝狀腐蝕(shi)電焊(han)鋼(gang)(gang)管開始銷(xiao)售。研究思路大體相同，即降低硫含量。但是(shi)只用這些方法是(shi)不充(chong)分的，即使(shi)經過熱處理(li)也殘留敏(min)感性。雖然加入0.1%~0.3%Cu也是(shi)必需(xu)的，可(ke)是(shi)低S-Cu鋼(gang)(gang)仍有敏(min)感性,需(xu)要進(jin)一步進(jin)行熱處理(li)或加入另外(wai)的合(he)金元素，或者可(ke)以兩種(zhong)方法同時采用。
表5-1給出了各公司生產(chan)的耐溝狀腐蝕(shi)鋼管的成分標準表中所列成分均是(shi)根據(ju)上述考慮而設計的。由于(yu)產(chan)品不(bu)同，可以進行熱處(chu)理。
產(chan)品(pin)列于JISG 3452(管(guan)道用碳素鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)）的黑管(guan)及鍍鋅鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)和(he)JIS G 3454(壓力管(guan)道用碳素鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)）的黑管(guan)及鍍鋅鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)的標(biao)準內(nei)，可(ke)以提供的尺寸前者是125~500A,后者是20~600A(15A、650A根(gen)據協商生產(chan)）。前者中沒有可(ke)以使用鍛接鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)的100A以下的產(chan)品(pin)。
從(cong)1980年（昭和50年代的(de)中(zhong)期(qi)）起，水管(guan)(guan)(guan)道用(yong)的(de)黑管(guan)(guan)(guan)及鍍鋅鋼管(guan)(guan)(guan)一(yi)般已(yi)經使用(yong)了耐(nai)溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)鋼管(guan)(guan)(guan)（由于尺寸(cun)所限(xian) 使用(yong)鍛(duan)接鋼管(guan)(guan)(guan)）。日本水道鋼管(guan)(guan)(guan)協會認為，耐(nai)溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)電焊(han)(han)鋼管(guan)(guan)(guan)的(de)耐(nai)溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)性(xing)是(shi)傳統電焊(han)(han)鋼管(guan)(guan)(guan)的(de)10倍。各(ge)公司就耐(nai)溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)鋼的(de)同類(lei)產品在文獻上發(fa)表了各(ge)自的(de)試驗結(jie)果,結(jie)論是(shi)敏感性(xing)為零(ling)或者非常(chang)小。
這些(xie)產品(pin)銷售以(yi)來，耐溝(gou)狀(zhuang)腐蝕電焊鋼管(guan)的(de)溝(gou)狀(zhuang)腐蝕事(shi)例一件(jian)也沒(mei)有報道(dao)過(guo)，作者(zhe)所知道(dao)的(de)情報中(zhong)也沒(mei)有。在建(jian)設(she)(she)省的(de)機械設(she)(she)備工(gong)程施工(gong)管(guan)理指南（平成元年版(ban)）中(zhong)，也記載(zai)著(zhu)耐溝(gou)狀(zhuang)腐蝕電焊鋼管(guan)。
