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(qie)，在海水(shui)和工業用(yong)水(shui)以及各種水(shui)的(de)管道中，焊縫(feng)部(bu)位迅速腐(fu)蝕(shi)(shi)成溝(gou)狀(zhuang)的(de)事例從(cong)1965年(nian)（昭和40年(nian)）起已經引(yin)人(ren)注目(mu)。這種腐(fu)蝕(shi)(shi)被稱為(wei)(wei)電焊鋼管溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)或者簡稱為(wei)(wei)溝(gou)蝕(shi)(shi)。圖5-1中給出了溝(gou)蝕(shi)(shi)的(de)照片。
這(zhe)種溝狀(zhuang)腐蝕的(de)報導在(zai)日(ri)(ri)本(ben)以(yi)外(wai)幾乎沒有發(fa)表過，給人(ren)的(de)印象好像是日(ri)(ri)本(ben)特(te)有的(de)腐蝕，可實際決非如此(ci)。但(dan)是，可以(yi)認為(wei)日(ri)(ri)本(ben)以(yi)外(wai)的(de)許(xu)多地區由于淡水(shui)的(de)硬度高(gao)，飽和指數是正值在(zai)管內表面上(shang)生(sheng)成了包覆層，由水(shui)引起的(de)腐蝕與日(ri)(ri)本(ben)相比(bi)不(bu)嚴重，或者在(zai)海水(shui)管道上(shang)使用電焊鋼管（黑(hei)管、鍍鋅鋼管）的(de)比(bi)率低(di)，可能因(yin)為(wei)這(zhe)些原因(yin)溝狀(zhuang)腐蝕的(de)發(fa)生(sheng)頻(pin)度比(bi)日(ri)(ri)本(ben)低(di)。
1983年（昭(zhao)和58年）美國 Heitmann(Inland Steel 公司）等在ASM主辦的關于高強(qiang)度(du)鋼技(ji)術(shu)和應用國際會議(yi)上(shang)，根據把(ba)電焊鋼管(guan)作為原油或天然氣配(pei)管(guan)在海上(shang)設備或收(shou)集系(xi)統上(shang)使用時出(chu)現的問題，提出(chu)了(le)溝(gou)狀(zhuang)腐蝕，并(bing)論述了(le)其原因(yin)和可選擇的相應鋼種(zhong)，在其緒言(yan)中敘述的溝(gou)狀(zhuang)腐蝕的研究幾乎都是在日本(ben)進行(xing)的。
因(yin)為(wei)和電(dian)焊鋼管沒有關系也存(cun)在(zai)著由于各種原(yuan)因(yin)使腐(fu)(fu)蝕形狀(zhuang)成為(wei)溝(gou)(gou)狀(zhuang)的(de)腐(fu)(fu)蝕，所以把本(ben)書使用的(de)溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)(fu)蝕稱(cheng)為(wei)電(dian)焊鋼管焊縫部(bu)的(de)溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)(fu)蝕是正(zheng)確(que)的(de)，以下簡稱(cheng)為(wei)溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)(fu)蝕。雖(sui)然日本(ben)進(jin)行過很多(duo)研(yan)究，可是有關這方面的(de)日本(ben)以外的(de)報(bao)道卻很少。
就筆者所知，關(guan)于(yu)(yu)電(dian)焊鋼管溝狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)最(zui)初歸納的(de)(de)(de)文(wen)獻是由新日鐵公司的(de)(de)(de)門智等完成的(de)(de)(de)［1973年（昭和48年）］。該文(wen)敘述了(le)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)事(shi)例和他們開(kai)發(fa)(fa)的(de)(de)(de)Cu-Ti系(xi)及Cu-Ti-Cr 系(xi)相應鋼的(de)(de)(de)優秀特性.當時已經推(tui)測到，在鋼管焊縫部(bu)位(wei)由于(yu)(yu)焊接時的(de)(de)(de)滾壓(ya)，在鋼管內外(wai)所發(fa)(fa)生的(de)(de)(de)金屬塑(su)性變(bian)形，為了(le)精加工(gong)通過切削(xue)除去焊道，使沿著塑(su)性變(bian)形區存(cun)在的(de)(de)(de)非金屬夾(jia)雜物露在表面，由于(yu)(yu)急冷變(bian)成不穩定或(huo)呈(cheng)活性的(de)(de)(de)MnS而成為孔蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)起點，開(kai)始溝狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。
第2年(nian)即1974年(nian)（昭(zhao)和49年(nian)），加藤、乙黑(hei)及門通(tong)過MnS附近發生(sheng)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)(de)顯微觀察，證實了(le)焊縫部位的(de)(de)(de)(de)(de)MnS對溝狀腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)(de)破壞作用是(shi)因為焊縫焊接急(ji)冷(leng)(leng)時在(zai)(zai)MnS的(de)(de)(de)(de)(de)周圍同時產生(sheng)了(le)容易形成(cheng)陽極的(de)(de)(de)(de)(de)硫的(de)(de)(de)(de)(de)偏(pian)聚(ju)區(qu)。他們于1976年(nian)試驗片所研究(jiu)的(de)(de)(de)(de)(de)急(ji)熱、急(ji)冷(leng)(leng)處理對MnS的(de)(de)(de)(de)(de)局部腐(fu)(fu)蝕影(ying)響(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)結果(guo)。實驗證明了(le)在(zai)(zai)高溫，特別是(shi)在(zai)(zai)1400℃以上急(ji)熱、急(ji)冷(leng)(leng)的(de)(de)(de)(de)(de)鋼的(de)(de)(de)(de)(de)MnS在(zai)(zai)其周圍有硫的(de)(de)(de)(de)(de)偏(pian)聚(ju)區(qu)，這樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)偏(pian)聚(ju)區(qu)變成(cheng)為陽極，開始局部腐(fu)(fu)蝕。
有關MnS腐(fu)蝕(shi)研(yan)究的(de)歷(li)史或加藤(teng)等的(de)上述研(yan)究的(de)詳細內容，將在(zai)5.2.1節進行敘述。然而通過(guo)加藤(teng)等的(de)研(yan)究搞清楚了電焊鋼管的(de)溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)起因于MnS的(de)理由。
作為(wei)耐溝狀腐蝕(shi)電(dian)焊(han)鋼(gang)管低合(he)金鋼(gang)的(de)添加(jia)元素，在他們(men)所注意的(de)元素之中，效(xiao)(xiao)果(guo)大的(de)元素是與(yu)銅共存的(de)Sb、Ti、Cr;有(you)效(xiao)(xiao)果(guo)的(de)元素是銅和與(yu)銅共存的(de)Zr;Nb、Sn、As即使與(yu)銅共存也(ye)沒有(you)效(xiao)(xiao)果(guo)。硫(liu)(liu)是有(you)害的(de)元素，特別(bie)是銅含(han)量小(xiao)于0.2%的(de)鋼(gang)中，隨著硫(liu)(liu)含(han)量增(zeng)加(jia)影(ying)響增(zeng)大；可是當加(jia)入0.3%Cu時，硫(liu)(liu)含(han)量小(xiao)于0.03%時，硫(liu)(liu)不產生影(ying)響。
考慮添加銅是因為注意到銅在大氣腐(fu)蝕條件(jian)下能夠消除硫對腐(fu)蝕惡劣(lie)影(ying)響的Larrabee 學說(shuo)或(huo)加藤研究組(zu)以前研究的銅對耐硫酸性的效果。并且，與銅共存的銻也能提高耐硫酸鋼(gang)的性能。鉻在海水環境中的使(shi)用，一般(ban)是為了提高耐蝕性。
Zr、Nb、Ti是和鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)硫形成(cheng)硫化(hua)物傾向很強的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)，是為(wei)了取代(dai)Mn以形成(cheng)穩定的(de)(de)(de)(de)硫化(hua)物而加入(ru)的(de)(de)(de)(de)。1963年(nian)金(jin)子(zi)等曾經發(fa)表過形成(cheng)硫化(hua)物傾向元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)順序是：Zr>Ti>Mn>Nb>V>Cr>Al>Mo>W>Fe>Ni>Co>Si.并且，在20世紀60年(nian)代(dai)前期（昭和30年(nian)代(dai)后(hou)期），人們(men)把提高鋼(gang)鐵各種性能作為(wei)目的(de)(de)(de)(de)而進(jin)行過添加各種合(he)金(jin)元(yuan)素(su)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)開發(fa)，那時曾經使用已經普及的(de)(de)(de)(de)EPMA進(jin)行了低(di)合(he)金(jin)成(cheng)分系鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)非金(jin)屬夾雜物的(de)(de)(de)(de)鑒定，白巖(yan)等試驗向0.3%C-0.1%Mn-0.3%Si為(wei)基體(ti)的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)中(zhong)分別添加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)各添加元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)硫化(hua)物。
為了(le)防止MnS成為孔蝕的(de)(de)起點，需要控(kong)制(zhi)錳含量，或(huo)者(zhe)添加其他的(de)(de)合金(jin)元素降低硫化物(wu)中(zhong)的(de)(de)錳含量，或(huo)者(zhe)轉變成比MnS穩定(ding)的(de)(de)其他硫化物(wu)，這(zhe)些方(fang)法已經在具有耐酸(suan)性的(de)(de)易(yi)切削(xue)不銹鋼(gang)上得到應用。Carpenter公司通過降低錳含量生成含鉻高的(de)(de)（Cr、Mn)S,Sandvik公司通過加入鈦生成TiS的(de)(de)方(fang)法提高了(le)耐酸(suan)性。
把上述方法最初利(li)用到提高電焊(han)(han)鋼(gang)(gang)管的耐溝(gou)狀腐蝕性上的是加藤等，據報告，Cu-Ti、Cu-Cr-Ti、Cu-Sb系(xi)的低硫材料(liao)的耐溝(gou)狀腐蝕性是通常電焊(han)(han)鋼(gang)(gang)管的6~7倍。其(qi)中(zhong)，低S-Cu-Ti系(xi)的鋼(gang)(gang)種以后作(zuo)為(wei)新日鐵公司的耐溝(gou)狀腐蝕鋼(gang)(gang)管實現了(le)產(chan)品化。
進入20世紀70年代（昭和50年代）后，溝狀腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)發(fa)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)頻繁程度越(yue)來越(yue)引(yin)起人們的(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)注，各(ge)鋼鐵公(gong)司進行(xing)了事例(li)調查、發(fa)生(sheng)原因的(de)(de)(de)(de)(de)研討和對(dui)策鋼的(de)(de)(de)(de)(de)開發(fa)等。腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)率非常大是溝狀腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)一個特(te)征(zheng)，根(gen)據事例(li)的(de)(de)(de)(de)(de)總結報告,有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)例(li)子是10mm/a或者更高(gao)，13mm/a的(de)(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)率非常普(pu)遍(bian)。產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)環(huan)境也涉及海水(shui)、鹽水(shui)、循(xun)環(huan)冷(leng)卻水(shui)、工業(ye)用水(shui)、地(di)下水(shui)、自來水(shui)等管道的(de)(de)(de)(de)(de)內面、土壤埋設管道的(de)(de)(de)(de)(de)外面、纏繞防露材的(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)管道的(de)(de)(de)(de)(de)外面（由于滲人的(de)(de)(de)(de)(de)結露水(shui)而潤濕）等許多方面，而且仍然(ran)處在產生(sheng)溝狀腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)環(huan)境的(de)(de)(de)(de)(de)特(te)異性不(bu)能定義，容易產生(sheng)溝狀腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)環(huan)境不(bu)能夠預知，不(bu)能夠制定相應對(dui)策的(de)(de)(de)(de)(de)狀況(kuang)。
如圖5-1所示，溝狀腐蝕(shi)(shi)一種(zhong)是沿著焊縫(feng)(feng)線(xian)呈一直線(xian)生(sheng)成(cheng)(cheng)的(de)類(lei)型(xing)，另(ling)一種(zhong)是銹瘤(liu)在(zai)焊縫(feng)(feng)的(de)位置形成(cheng)(cheng)在(zai)其下面被(bei)侵(qin)蝕(shi)(shi)時，由于焊縫(feng)(feng)部侵(qin)蝕(shi)(shi)特(te)別深，沿著銹瘤(liu)分布(bu)不連續生(sheng)成(cheng)(cheng)的(de)類(lei)型(xing)。不管哪一種(zhong)類(lei)型(xing)都反映出是宏(hong)觀電(dian)池引(yin)起的(de)腐蝕(shi)(shi)，已經證明在(zai)像海水(shui)或鹽水(shui)那樣電(dian)導(dao)率(lv)高的(de)環境中侵(qin)蝕(shi)(shi)加快，在(zai)工(gong)業用水(shui)或自來水(shui)等電(dian)導(dao)率(lv)低的(de)環境中侵(qin)蝕(shi)(shi)減慢。即(ji)使在(zai)后者(zhe)的(de)場合，由于腐蝕(shi)(shi)率(lv)只能上(shang)升到1mm/a程度或者(zhe)以(yi)上(shang)，所以(yi)也不一定是電(dian)導(dao)率(lv)越(yue)低越(yue)好。
當然，溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)(shi)并不(bu)一定會(hui)發(fa)生(sheng)(sheng)。溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)(shi)到底是發(fa)生(sheng)(sheng)在(zai)環境條件強(qiang)的(de)(de)(de)(de)(de)場合，還是由于微妙的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)同條件發(fa)生(sheng)(sheng)在(zai)材料敏感(gan)性大的(de)(de)(de)(de)(de)場合，尚不(bu)清(qing)楚。正(zheng)村等通過(guo)恒(heng)電(dian)位電(dian)解的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法，確立(li)了用(yong)(yong)1周時間能(neng)(neng)夠再現溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)試驗方(fang)法,就(jiu)是把(ba)焊縫部(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)侵(qin)蝕(shi)(shi)深(shen)度和(he)周圍母材的(de)(de)(de)(de)(de)侵(qin)蝕(shi)(shi)深(shen)度的(de)(de)(de)(de)(de)比設定為溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)(shi)系數α,將該方(fang)法用(yong)(yong)于硫含量、制管機和(he)有無在(zai)線退(tui)火裝置等不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產條件下，每種(zhong)條件下采用(yong)(yong)50批以上的(de)(de)(de)(de)(de)材料，α是1.1~1.4,結果是所有的(de)(de)(de)(de)(de)試驗材料或(huo)多或(huo)少都存在(zai)溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)敏感(gan)性。就(jiu)是說，在(zai)當時的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)焊鋼管的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產條件范圍內即使(shi)控制條件也不(bu)能(neng)(neng)避免溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)(shi)。
溝狀腐(fu)蝕發生的(de)(de)起因是由于(yu)急(ji)冷(leng)MnS沒能充分(fen)析出和(he)長大(da)，所(suo)以熱處(chu)理(li)（退火、正火）應該是有(you)效(xiao)的(de)(de)。事實上，如果(guo)(guo)在(zai)(zai)900℃以上經30min熱處(chu)理(li)進(jin)行空冷(leng)，就(jiu)不會產生溝狀腐(fu)蝕，或者即便處(chu)理(li)時(shi)間比這短(duan)，也能降低(di)敏感性，其效(xiao)果(guo)(guo)是硫含量越低(di)則越大(da)，可是由于(yu)設(she)置在(zai)(zai)電焊鋼管(guan)生產設(she)備上的(de)(de)后置退火裝置（焊縫退火裝置）加熱時(shi)間短(duan)，雖(sui)然(ran)有(you)效(xiao)果(guo)(guo)但不明顯。
還有(you)一種在(zai)(zai)高溫下鍛接(jie)(jie)制(zhi)成的焊接(jie)(jie)鋼(gang)管，因(yin)為冷卻(que)速度慢(man)，所以(yi)(yi)在(zai)(zai)焊接(jie)(jie)部發生的局(ju)部腐蝕(shi)比(bi)電焊鋼(gang)管顯著減輕，實踐證明，這(zhe)種焊管在(zai)(zai)實際應(ying)用上幾乎沒(mei)有(you)問題,因(yin)此推薦使用這(zhe)種鋼(gang)管。可(ke)是(shi)由于尺寸被限制(zhi)在(zai)(zai)100A以(yi)(yi)下，而在(zai)(zai)125A以(yi)(yi)上仍(reng)需要電焊鋼(gang)管。鍍鋅鋼(gang)管通(tong)過(guo)對鍍層的消耗可(ke)延長(chang)使用壽(shou)命(ming)，然而在(zai)(zai)日(ri)本由于水是(shi)軟(ruan)質的，鍍層消耗很快，雖(sui)然能夠(gou)延長(chang)平(ping)均使用壽(shou)命(ming)，但是(shi)也有(you)1~3年溝狀腐蝕(shi)穿透(tou)的例子，所以(yi)(yi)目前還沒(mei)有(you)很好的解(jie)決措施。
因此人們對能夠降(jiang)低(di)或者抑制溝狀腐蝕敏感性的(de)低(di)合金成(cheng)(cheng)分(fen)的(de)組成(cheng)(cheng)進(jin)行了(le)種(zhong)種(zhong)研究。除了(le)上述加藤(teng)等認為有(you)效(xiao)的(de)元(yuan)素外，還發表了(le)Nb、Y、Al、Mo、Ni,并且在與銅共存時(shi)，Ni、REM、Ca等是(shi)有(you)效(xiao)元(yuan)素。
1980~1981年（昭和55~56年），4家公司生產的(de)(de)耐(nai)溝狀腐蝕電(dian)焊(han)鋼管(guan)開(kai)始(shi)銷售(shou)。研(yan)究(jiu)思路大(da)體相同，即降低(di)(di)硫含量。但是(shi)只(zhi)用(yong)(yong)這些方法是(shi)不充分的(de)(de)，即使經過熱處理也殘留敏感性。雖然加(jia)入0.1%~0.3%Cu也是(shi)必需(xu)的(de)(de)，可(ke)是(shi)低(di)(di)S-Cu鋼仍有敏感性,需(xu)要進一步(bu)進行熱處理或(huo)加(jia)入另(ling)外的(de)(de)合金元素，或(huo)者(zhe)可(ke)以兩(liang)種方法同時(shi)采用(yong)(yong)。
表5-1給(gei)出了各公(gong)司生產的耐溝狀(zhuang)腐蝕鋼管的成(cheng)分標(biao)準表中所列成(cheng)分均(jun)是根據上述考慮而設計的。由于產品不(bu)同(tong)，可以進行(xing)熱處理。
產(chan)品(pin)列于(yu)JISG 3452(管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)用碳(tan)素鋼(gang)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)）的(de)(de)黑(hei)管(guan)(guan)(guan)(guan)及(ji)鍍(du)鋅鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)和JIS G 3454(壓力管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)用碳(tan)素鋼(gang)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)）的(de)(de)黑(hei)管(guan)(guan)(guan)(guan)及(ji)鍍(du)鋅鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)(de)標準內，可以(yi)提(ti)供的(de)(de)尺寸前者(zhe)是(shi)125~500A,后者(zhe)是(shi)20~600A(15A、650A根據協(xie)商生產(chan)）。前者(zhe)中沒有可以(yi)使用鍛接鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)(de)100A以(yi)下的(de)(de)產(chan)品(pin)。
從(cong)1980年(nian)（昭和50年(nian)代的中期）起(qi)，水(shui)管(guan)道用(yong)的黑(hei)管(guan)及鍍鋅鋼(gang)(gang)管(guan)一般已經使(shi)用(yong)了耐(nai)溝(gou)(gou)狀腐(fu)(fu)(fu)蝕鋼(gang)(gang)管(guan)（由于尺寸(cun)所限 使(shi)用(yong)鍛接鋼(gang)(gang)管(guan)）。日本水(shui)道鋼(gang)(gang)管(guan)協會認為，耐(nai)溝(gou)(gou)狀腐(fu)(fu)(fu)蝕電焊鋼(gang)(gang)管(guan)的耐(nai)溝(gou)(gou)狀腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)是傳統電焊鋼(gang)(gang)管(guan)的10倍。各公司就耐(nai)溝(gou)(gou)狀腐(fu)(fu)(fu)蝕鋼(gang)(gang)的同類產(chan)品在(zai)文獻上發表了各自(zi)的試驗結(jie)果,結(jie)論(lun)是敏(min)感性(xing)為零或者非常小。
這些產品(pin)銷售以來(lai)，耐(nai)溝(gou)狀腐蝕(shi)電焊(han)鋼管(guan)的(de)溝(gou)狀腐蝕(shi)事(shi)例一件也(ye)沒有(you)報道(dao)過，作者(zhe)所知道(dao)的(de)情報中(zhong)也(ye)沒有(you)。在建設省的(de)機械設備(bei)工(gong)程施工(gong)管(guan)理指南（平成元年版(ban)）中(zhong)，也(ye)記載著耐(nai)溝(gou)狀腐蝕(shi)電焊(han)鋼管(guan)。
