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(昭和(he)36年),日(ri)本(ben)為了(le)緩(huan)解船只(zhi)擁擠問題制定了(le)港口修(xiu)配緊急措施(shi)法,開(kai)始(shi)了(le)5年計(ji)劃。該(gai)5年計(ji)劃以后連續進行(xing)過6次,日(ri)本(ben)的(de)港口設(she)施(shi)的(de)儲備從(cong)1965年(昭和(he)40年)之后的(de)20年間增大了(le)3.5倍,所以說鋼鐵(tie)廠(chang)家對耐蝕(shi)鋼如此感(gan)興趣是理所當然的(de)。
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(ri)本幾家公司(si)開發(fa)了主(zhu)要(yao)提高(gao)飛濺帶耐蝕(shi)性(xing)(xing)的(de)(de)鋼管樁、鋼板(ban)樁.例(li)如NKK公司(si)于1967年(nian)(昭和(he)42年(nian))把(ba)標稱組成0.3%Cu-0.6%Cr-0.1%P系的(de)(de)NK瑪林鋼推向市場。這是490 MPa(50kg)級的(de)(de)高(gao)強度鋼,主(zhu)要(yao)把(ba)提高(gao)飛濺帶的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)作為自的(de)(de)。由于含有Cr,這種鋼在(zai)海水(shui)中、在(zai)一定程度上(shang)比碳素鋼腐蝕(shi)小,局部(bu)腐蝕(shi)也(ye)小,焊接(jie)性(xing)(xing)、焊接(jie)部(bu)的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)也(ye)良(liang)好(hao)。
這(zhe)些用日(ri)本技術生(sheng)產的(de)耐(nai)海(hai)水(shui)鋼(gang)是Cu-Cr-P系、Cu-Cr-Al-P系、Cu-Cr-Mo系等(deng),其特征是主要元素(su)不含(han)有Ni,為了提(ti)高(gao)耐(nai)蝕性(xing)(xing)而含(han)有Cr。這(zhe)和U.S.Steel公司積極地把Cr除外大不相同(tong)。然而,各公司在(zai)(zai)實(shi)際環境下(xia)的(de)腐蝕試(shi)驗結果(guo)表明(ming),這(zhe)些含(han)鉻的(de)低合金鋼(gang)在(zai)(zai)海(hai)水(shui)飛濺(jian)帶的(de)耐(nai)蝕性(xing)(xing)良(liang)好。這(zhe)一結果(guo)在(zai)(zai)下(xia)面所敘述的(de)耐(nai)海(hai)水(shui)鋼(gang)耐(nai)蝕性(xing)(xing)調查委員(yuan)會的(de)試(shi)驗中也得到了證(zheng)實(shi)。
該委員會由運(yun)輸省(sheng)(sheng)港(gang)(gang)口局、運(yun)輸省(sheng)(sheng)港(gang)(gang)口技術(shu)研(yan)究所、各(ge)鋼(gang)(gang)鐵廠(chang)家組成,為了研(yan)究耐(nai)海(hai)水(shui)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性,從1965年(nian)起(qi)6~8年(nian)間,各(ge)公司的(de)(de)(de)(de)材料(liao)·用(yong)加工成H型(xing)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)形狀的(de)(de)(de)(de)試驗材,在(zai)(zai)(zai)新瀉港(gang)(gang)及京濱地區的(de)(de)(de)(de)海(hai)域進(jin)行了腐(fu)蝕(shi)試驗。該報(bao)告書(shu)雖然沒有公開(kai)發表,可(ke)是在(zai)(zai)(zai)運(yun)輸省(sheng)(sheng)港(gang)(gang)口局主編的(de)(de)(de)(de)“港(gang)(gang)口設施(shi)的(de)(de)(de)(de)技術(shu)基準(zhun)·同解說”(1979年(nian)刊)被引(yin)用(yong)。在(zai)(zai)(zai)附(fu)加的(de)(de)(de)(de)解說中(zhong)說“在(zai)(zai)(zai)飛(fei)濺帶(dai)(dai)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)鋼(gang)(gang)(耐(nai)海(hai)水(shui)試制鋼(gang)(gang))的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)速度,耐(nai)蝕(shi)性好(hao)的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)是碳素鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)1/2,它(ta)是Cu含(han)量0.3%、Cr含(han)量約0.6%、P含(han)量約0.1%的(de)(de)(de)(de)含(han)銅鋼(gang)(gang)。”并規定(ding)了“腐(fu)蝕(shi)率足夠的(de)(de)(de)(de)場合,可(ke)以不(bu)采(cai)用(yong)防蝕(shi)法(fa)”,Cu-Cr-P系在(zai)(zai)(zai)飛(fei)濺帶(dai)(dai)良好(hao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性已被第三(san)者承認。這種(zhong)成分的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)可(ke)以說是用(yong)鉻取代了MARINER鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)鎳(nie)的(de)(de)(de)(de)化學組成,鞏固了在(zai)(zai)(zai)鉻耐(nai)海(hai)水(shui)鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)地位。
20世紀60年代(dai)后半期(昭和(he)40年代(dai)前半期)世界上對海(hai)洋(yang)的(de)開發(fa)重(zhong)視起(qi)來。這時海(hai)洋(yang)開發(fa)的(de)實體雖然還(huan)不一定明確(que),可是為尋(xun)求海(hai)洋(yang)資源或海(hai)洋(yang)空間(jian),以(yi)石油(you)挖掘(jue)裝置、海(hai)中作業(ye)基地(di)、海(hai)洋(yang)發(fa)電(dian)廠(chang)、人(ren)工(gong)島、浮標等為代(dai)表,來自重(zhong)工(gong)業(ye)對耐(nai)蝕鋼(gang)的(de)期待已(yi)寄托于鋼(gang)鐵廠(chang)家,而且港口、碼頭(tou)也顯示出(chu)大型(xing)化(hua)的(de)傾向(xiang),這對鋼(gang)材的(de)力學性(xing)能、焊接(jie)性(xing)、耐(nai)蝕性(xing)也有了更高的(de)要求。
伴隨著這種動(dong)向,以飛濺帶的耐(nai)蝕性(xing)作為中心,以前因(yin)含磷限制了(le)焊接性(xing)的耐(nai)海水鋼(gang)已不能滿(man)足需求,故現需要具有耐(nai)蝕性(xing)的焊接結構用(yong)耐(nai)海水鋼(gang)。因(yin)此各鋼(gang)鐵公司通過降低磷提高焊接性(xing),添加(jia)以鉻為主的合金元素開發了(le)在(zai)海水中具有耐(nai)蝕性(xing)的鋼(gang)材。
我(wo)認(ren)為(wei)最初市售(shou)的鋼種是(shi)NKK的“瑪林50(マリン50)”[1970年(昭和(he)45年)]。這種耐海水鋼具有0.35%Cu-0.6%Cr-0.45%Al的化(hua)學組成,是(shi)把前節所敘述的Hudson等(deng)的試驗結果中Cr+Al對(dui)海水的耐蝕性實用化(hua)的鋼種。
為(wei)Hudson等的(de)(de)(de)研(yan)究提供Cr-Al系(xi)鋼(gang)(gang)(gang)材的(de)(de)(de)是(shi)法(fa)國Pompey公(gong)司(si)的(de)(de)(de)E.Herzog,然(ran)而NKK于1965年(昭和40年)與該(gai)公(gong)司(si)簽訂了關于Cr-Al系(xi)的(de)(de)(de)APS鋼(gang)(gang)(gang)(8種鋼(gang)(gang)(gang))的(de)(de)(de)生產(chan)的(de)(de)(de)技(ji)術合(he)作(zuo)(zuo)。這項合(he)作(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)不(bu)(bu)是(shi)耐(nai)海水(shui)鋼(gang)(gang)(gang),而是(shi)對不(bu)(bu)同(tong)鋼(gang)(gang)(gang)種含有(you)(you)2%~6.5%Cr的(de)(de)(de)低合(he)金不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)硝酸鹽應力(li)腐蝕(shi)(shi)(shi)裂紋性(xing)、耐(nai)硫化物應力(li)腐蝕(shi)(shi)(shi)裂紋性(xing)、砂糖設備中(zhong)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)等感(gan)興趣。可是(shi)APS鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)有(you)(you)Cr-AI系(xi)的(de)(de)(de)耐(nai)海水(shui)腐蝕(shi)(shi)(shi)鋼(gang)(gang)(gang),所以對鉻或(huo)鋁的(de)(de)(de)效果比較關心。可是(shi)這種鋼(gang)(gang)(gang)含4%Cr-0.8%Al(APS25),從成本,焊接性(xing)來看不(bu)(bu)適合(he)開(kai)發,所以重新開(kai)發了更低合(he)金系(xi)的(de)(de)(de)Cu-Cr-A1鋼(gang)(gang)(gang)。另(ling)外(wai),不(bu)(bu)管Cr-Al系(xi)有(you)(you)促(cu)進局部腐蝕(shi)(shi)(shi)作(zuo)(zuo)用的(de)(de)(de) Hudson的(de)(de)(de)研(yan)究結果,Pompey 公(gong)司(si)在Kure Beach進行了46個(ge)月的(de)(de)(de)海水(shui)浸泡(pao)試驗,其結果表明,單純(chun)3.5%Cr鋼(gang)(gang)(gang)與碳素鋼(gang)(gang)(gang)相(xiang)比,最大腐蝕(shi)(shi)(shi)深度(du)相(xiang)同(tong),平(ping)(ping)均(jun)孔(kong)蝕(shi)(shi)(shi)深度(du)是(shi)1.65倍(bei),相(xiang)反APS 25最大腐蝕(shi)(shi)(shi)深度(du)是(shi)1/3弱(ruo),平(ping)(ping)均(jun)孔(kong)蝕(shi)(shi)(shi)深度(du)是(shi)1/2弱(ruo)。平(ping)(ping)均(jun)腐蝕(shi)(shi)(shi)率約為(wei)碳素鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)43%.
在(zai)開發更低合金的(de)鉻系耐海(hai)水鋼時,當然,減小局(ju)部腐(fu)蝕(shi)(孔蝕(shi))的(de)敏感性是一個開發目(mu)的(de),并且,為了(le)(le)應(ying)付焊接部的(de)電位(wei)腐(fu)蝕(shi),慎重(zhong)地研究(jiu)了(le)(le)焊接材料(liao),進行(xing)了(le)(le)實際海(hai)水中(zhong)的(de)試驗。在(zai)1970年(昭和(he)45年)銷售開始時的(de)技術資(zi)料(liao)上(shang)給出了(le)(le)靜岡縣清(qing)水造(zao)船廠岸壁上(shang)長尺材的(de)3年的(de)結果。這種鋼與(yu)碳素鋼相比(bi),耐蝕(shi)性在(zai)海(hai)水飛濺帶是2~3倍(bei),在(zai)全浸帶是1.7~2倍(bei)。
當然,各鋼(gang)鐵公司都開發了(le)具有(you)(you)海(hai)水中(zhong)耐蝕性和(he)焊接(jie)性的(de)(de)耐海(hai)水鋼(gang)。在這些(xie)鋼(gang)中(zhong),既有(you)(you)海(hai)中(zhong)用(yong)(yong)的(de)(de)也有(you)(you)海(hai)中(zhong)和(he)飛濺帶兩(liang)用(yong)(yong)的(de)(de)。把(ba)磷降低到和(he)通常焊接(jie)結構鋼(gang)的(de)(de)同等程度(du),海(hai)中(zhong)和(he)飛濺帶兩(liang)用(yong)(yong)的(de)(de)鋼(gang)加入銅(tong)和(he)1%Cr,海(hai)中(zhong)用(yong)(yong)的(de)(de)鋼(gang)多數定為1%Cr。因鋼(gang)種而異(yi)最(zui)大是3%Cr,并且為了(le)抑(yi)制(zhi)局部腐(fu)蝕有(you)(you)添加了(le)少量(liang)鉬或(huo)鎳的(de)(de)鋼(gang)種,或(huo)者(zhe)為了(le)提高(gao)耐蝕性也有(you)(you)加人了(le)其他的(de)(de)合金元(yuan)素的(de)(de)鋼(gang)種。
這(zhe)些鋼(gang)(gang)種的(de)(de)開發,到1970年(nian)代初期(昭和46~47年(nian))基本結束,各公司開始生產銷(xiao)售。表(biao)3-2示出(chu)了日本現在(zai)正在(zai)生產的(de)(de)耐(nai)海水鋼(gang)(gang)。1973年(nian)出(chu)版的(de)(de)鋼(gang)(gang)材(cai)俱(ju)樂部的(de)(de)“關于鋼(gang)(gang)材(cai)的(de)(de)腐(fu)蝕防蝕的(de)(de)資料”中,用表(biao)給出(chu)的(de)(de)“日本國內各鋼(gang)(gang)鐵公司的(de)(de)耐(nai)海水鋼(gang)(gang)的(de)(de)規格”常(chang)常(chang)被(bei)引用,表(biao)3-2是(shi)以此為基礎參考文(wen)獻追加(jia)了以后的(de)(de)鋼(gang)(gang)種制成的(de)(de)。與耐(nai)候鋼(gang)(gang)不(bu)同成分系(xi)相當多,還(huan)沒(mei)有(you)成為JIS標準。
圖(tu)(tu)3-1及圖(tu)(tu)3-2示出了(le)(le)從1976年(nian)(昭(zhao)和(he)51年(nian))到最近(jin)日(ri)(ri)本(ben)耐(nai)海(hai)水鋼的生產(chan)(chan)量(liang)(liang)、日(ri)(ri)本(ben)國內(nei)(nei)使(shi)用量(liang)(liang)使(shi)用用途的預測(ce)。這期(qi)間的生產(chan)(chan)量(liang)(liang)平(ping)(ping)均(jun)是(shi)7178t,日(ri)(ri)本(ben)國內(nei)(nei)使(shi)用量(liang)(liang)平(ping)(ping)均(jun)是(shi)2382t.日(ri)(ri)本(ben)國內(nei)(nei)消耗量(liang)(liang)土(tu)木(mu)用量(liang)(liang)1992年(nian)(平(ping)(ping)成4年(nian))是(shi)2905t,1986年(nian)(昭(zhao)和(he)61年(nian))是(shi)1652t,1978年(nian)是(shi)1340t,雖然超過了(le)(le)1000t,可是(shi)17年(nian)的平(ping)(ping)均(jun)值只不過515t/年(nian),生產(chan)(chan)量(liang)(liang)、使(shi)用量(liang)(liang)都非常(chang)少。500t的重量(liang)(liang)相(xiang)當于長20m的鋼板(ban)樁約100根,換算成岸壁長度僅有數100m以下的工程量(liang)(liang)。
盡管(guan)港口維修(xiu)及在臨(lin)海(hai)地帶填(tian)海(hai)造地盛(sheng)行,可是作(zuo)為護岸用的(de)鋼樁幾乎不(bu)采(cai)用耐海(hai)水鋼。其理由雖然不(bu)清楚(chu),然而可能是因為對防(fang)蝕(shi)(shi)不(bu)太關(guan)心沒(mei)有采(cai)取任何防(fang)蝕(shi)(shi)措施的(de)占多數,即使關(guan)心也可能是飛濺帶的(de)耐蝕(shi)(shi)性只是碳素鋼2倍的(de)性能沒(mei)有吸引力等原因。
由于港口(kou)設(she)施(shi)(shi)(shi)處于劇烈的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)環境(jing),如果(guo)(guo)防(fang)(fang)蝕(shi)(shi)(shi)不充分的(de)話則(ze)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)嚴重(zhong)。在1986年(nian)(昭和(he)61年(nian)),運輸省港口(kou)局(ju)歸(gui)納(na)的(de)港口(kou)設(she)施(shi)(shi)(shi)的(de)劣化狀況(kuang)調查結果(guo)(guo)示于表(biao)3-3。就是(shi)(shi)說,在5年(nian)之內需(xu)要進(jin)行維(wei)修(xiu)(xiu)作業的(de)設(she)施(shi)(shi)(shi)數,鋼結構體(ti)(ti)有(you)642個設(she)施(shi)(shi)(shi)(占全(quan)體(ti)(ti)的(de)17.9%),混凝(ning)土結構體(ti)(ti)有(you)245個設(she)施(shi)(shi)(shi)(占全(quan)體(ti)(ti)的(de)35%)。在6~10該(gai)表(biao)中記有(you)“防(fang)(fang)蝕(shi)(shi)(shi)”的(de)設(she)施(shi)(shi)(shi),如果(guo)(guo)設(she)施(shi)(shi)(shi)適當地進(jin)行防(fang)(fang)蝕(shi)(shi)(shi)就能夠很好地保存(cun)下來。設(she)施(shi)(shi)(shi)需(xu)要“全(quan)面(mian)改修(xiu)(xiu)”、“加(jia)固”的(de)原因,不一定全(quan)是(shi)(shi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)造成的(de),然而腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)卻(que)是(shi)(shi)最(zui)大的(de)因素,如果(guo)(guo)放置下去,隨著時間的(de)增長只用防(fang)(fang)蝕(shi)(shi)(shi)也不能解(jie)決(jue)問題,所以防(fang)(fang)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)對象(xiang)將會減少(shao),而全(quan)面(mian)改修(xiu)(xiu)或(huo)加(jia)固的(de)對象(xiang)數將會增加(jia)。
道路、港(gang)口(kou)、橋梁這(zhe)一(yi)(yi)類的(de)(de)(de)(de)(de)公共設施(shi)是(shi)一(yi)(yi)國(guo)(guo)活(huo)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)基礎,它的(de)(de)(de)(de)(de)建設和(he)維護管理,對保持(chi)活(huo)躍的(de)(de)(de)(de)(de)經濟活(huo)動和(he)富裕社會的(de)(de)(de)(de)(de)延續、發展是(shi)不可缺少(shao)的(de)(de)(de)(de)(de)。如果忽視了(le)這(zhe)一(yi)(yi)問(wen)題,將(jiang)會招來前述(2.2.3節)的(de)(de)(de)(de)(de)《荒廢(fei)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)美(mei)國(guo)(guo)》一(yi)(yi)書中(zhong)所介紹的(de)(de)(de)(de)(de)那(nei)樣的(de)(de)(de)(de)(de)后果。日本的(de)(de)(de)(de)(de)公共設施(shi)配備(bei)正規化的(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)間是(shi)在1950年(nian)代(dai)后期(昭和(he)30年(nian)代(dai)前期),與(yu)美(mei)國(guo)(guo)等國(guo)(guo)家相比,由于相關的(de)(de)(de)(de)(de)結構體使用年(nian)限比較(jiao)短(duan),由腐蝕(shi)等引起(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)損傷還不明顯,港(gang)口(kou)設施(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)老化需經過25年(nian)才開始顯現出來。
直到(dao)港口設施的(de)防(fang)蝕(shi)強(qiang)化成(cheng)為最關注(zhu)的(de)問(wen)題,耐海(hai)水(shui)鋼才會(hui)有(you)應用(yong)發(fa)展的(de)機會(hui),可(ke)是現(xian)在(zai)(zai)還沒有(you)實現(xian)。綜合防(fang)蝕(shi)的(de)重要性(xing)和經濟性(xing)的(de)結論是耐海(hai)水(shui)鋼不僅防(fang)蝕(shi)性(xing)能(neng)而且使(shi)用(yong)壽命不夠(gou),所以(yi)采(cai)用(yong)了鋼鐵(tie)公(gong)司用(yong)另(ling)一種途徑開發(fa)的(de)包覆聚(ju)(ju)乙烯或(huo)(huo)聚(ju)(ju)氨酯的(de)具有(you)數十年(nian)壽命的(de)防(fang)蝕(shi)樁(zhuang)或(huo)(huo)板樁(zhuang)。還開發(fa)了在(zai)(zai)現(xian)場(chang)施工的(de)石蠟油(you)或(huo)(huo)環氧樹(shu)脂包覆的(de)加工法,已在(zai)(zai)新設或(huo)(huo)原有(you)的(de)鋼板樁(zhuang)或(huo)(huo)鋼管樁(zhuang)的(de)防(fang)蝕(shi)上應用(yong)。
耐(nai)候鋼(gang)在橋梁上的(de)裸露使用技術(shu)(shu),在經(jing)濟低迷期(qi)來臨后,因為經(jing)濟上的(de)原因而被引進,最近為了解決由(you)于維護費用的(de)削減以(yi)及高齡化和(he)回避3K(臟(zang)、累、危險(xian))風(feng)潮所引起(qi)涂漆技術(shu)(shu)工人的(de)不(bu)足(zu),耐(nai)候鋼(gang)再次得到擴大應用的(de)機會,這(zhe)和(he)耐(nai)海水鋼(gang)大不(bu)一(yi)樣(yang)。
最近東京灣(wan)橫跨(kua)道路(lu)橋、關西機場聯絡橋等重要結構體已考慮100年的長壽命(ming)和徹底地(di)省去維(wei)護的目標,與此相對應在橋墩的海水(shui)飛(fei)濺部也分別采用(yong)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耐蝕(shi)鋼的歷史,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。