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，在海水和工業(ye)用(yong)水以及(ji)各種水的管道中，焊縫部位(wei)迅速腐蝕(shi)(shi)成溝狀的事(shi)例從1965年（昭和40年）起已經引人注目(mu)。這種腐蝕(shi)(shi)被稱為電焊鋼(gang)管溝狀腐蝕(shi)(shi)或(huo)者簡稱為溝蝕(shi)(shi)。圖5-1中給出了溝蝕(shi)(shi)的照片。
這種(zhong)溝(gou)狀腐蝕(shi)的(de)(de)報導在(zai)(zai)日(ri)(ri)本(ben)以外幾乎沒有發(fa)表(biao)(biao)過，給人的(de)(de)印(yin)象好(hao)像(xiang)是日(ri)(ri)本(ben)特(te)有的(de)(de)腐蝕(shi)，可實際決非如此。但是，可以認為(wei)日(ri)(ri)本(ben)以外的(de)(de)許多地區由于淡水的(de)(de)硬度高(gao)，飽和指數(shu)是正值(zhi)在(zai)(zai)管(guan)(guan)內表(biao)(biao)面上(shang)生成了包覆層，由水引起的(de)(de)腐蝕(shi)與(yu)日(ri)(ri)本(ben)相比不嚴重，或(huo)者在(zai)(zai)海水管(guan)(guan)道上(shang)使(shi)用電焊鋼(gang)管(guan)(guan)（黑管(guan)(guan)、鍍鋅鋼(gang)管(guan)(guan)）的(de)(de)比率(lv)低，可能因為(wei)這些原(yuan)因溝(gou)狀腐蝕(shi)的(de)(de)發(fa)生頻(pin)度比日(ri)(ri)本(ben)低。
1983年(nian)（昭(zhao)和(he)58年(nian)）美國 Heitmann(Inland Steel 公司）等在(zai)ASM主辦的關于高強度鋼(gang)技術和(he)應(ying)用國際會議上(shang)，根據把電焊鋼(gang)管作為(wei)原油或(huo)天然氣配(pei)管在(zai)海上(shang)設備(bei)或(huo)收集系統上(shang)使用時出現的問題，提出了(le)溝狀(zhuang)腐蝕，并論述了(le)其原因和(he)可選(xuan)擇的相(xiang)應(ying)鋼(gang)種，在(zai)其緒言中敘述的溝狀(zhuang)腐蝕的研究幾(ji)乎都是在(zai)日本進(jin)行的。
因為(wei)和電焊(han)鋼(gang)管沒有關(guan)系也(ye)存在著由于各種原因使腐(fu)蝕(shi)(shi)形狀(zhuang)成為(wei)溝(gou)狀(zhuang)的腐(fu)蝕(shi)(shi)，所(suo)以把本(ben)書使用的溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)稱為(wei)電焊(han)鋼(gang)管焊(han)縫部的溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)是正(zheng)確的，以下(xia)簡稱為(wei)溝(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)。雖(sui)然日(ri)本(ben)進(jin)行(xing)過很(hen)多研究，可是有關(guan)這方面的日(ri)本(ben)以外的報道卻很(hen)少。
就筆(bi)者所(suo)知，關于(yu)電焊鋼(gang)管(guan)(guan)溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐蝕的(de)(de)最初歸納的(de)(de)文獻是由新日鐵公司的(de)(de)門(men)智(zhi)等完成(cheng)的(de)(de)［1973年(nian)（昭(zhao)和48年(nian)）］。該(gai)文敘述了腐蝕事例(li)和他(ta)們(men)開發(fa)的(de)(de)Cu-Ti系(xi)及Cu-Ti-Cr 系(xi)相(xiang)應(ying)鋼(gang)的(de)(de)優秀特性(xing).當時已經推測(ce)到，在鋼(gang)管(guan)(guan)焊縫部位由于(yu)焊接(jie)時的(de)(de)滾壓(ya)，在鋼(gang)管(guan)(guan)內外所(suo)發(fa)生(sheng)的(de)(de)金屬塑性(xing)變(bian)(bian)形(xing)，為了精加工通過(guo)切削除(chu)去焊道，使沿著(zhu)塑性(xing)變(bian)(bian)形(xing)區存在的(de)(de)非金屬夾(jia)雜(za)物露(lu)在表面，由于(yu)急冷變(bian)(bian)成(cheng)不穩定或呈活性(xing)的(de)(de)MnS而成(cheng)為孔蝕的(de)(de)起點，開始溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐蝕。
第2年即(ji)1974年（昭和49年），加(jia)藤、乙黑及(ji)門通過MnS附近發(fa)生腐(fu)蝕的(de)顯微(wei)觀察，證實了焊(han)(han)縫(feng)部(bu)位的(de)MnS對溝狀腐(fu)蝕的(de)破壞(huai)作用(yong)是因(yin)為焊(han)(han)縫(feng)焊(han)(han)接急(ji)(ji)冷時在(zai)(zai)MnS的(de)周圍同時產生了容易形成(cheng)陽極的(de)硫的(de)偏(pian)聚區(qu)。他們于(yu)1976年試(shi)驗片所(suo)研究的(de)急(ji)(ji)熱、急(ji)(ji)冷處理對MnS的(de)局(ju)部(bu)腐(fu)蝕影響的(de)結(jie)果。實驗證明了在(zai)(zai)高溫(wen)，特(te)別是在(zai)(zai)1400℃以上(shang)急(ji)(ji)熱、急(ji)(ji)冷的(de)鋼的(de)MnS在(zai)(zai)其(qi)周圍有硫的(de)偏(pian)聚區(qu)，這樣的(de)偏(pian)聚區(qu)變成(cheng)為陽極，開始局(ju)部(bu)腐(fu)蝕。
有關MnS腐蝕研究的歷(li)史或加藤(teng)等的上述(shu)研究的詳細內容，將在5.2.1節進行敘述(shu)。然而通過(guo)加藤(teng)等的研究搞(gao)清楚(chu)了電焊(han)鋼管的溝狀腐蝕起因(yin)于MnS的理由。
作為(wei)耐溝狀腐(fu)蝕電(dian)焊鋼管低合金(jin)鋼的添加元(yuan)素，在他們所注意的元(yuan)素之(zhi)中(zhong)，效果大的元(yuan)素是(shi)(shi)與(yu)(yu)銅(tong)共(gong)存(cun)的Sb、Ti、Cr;有(you)(you)效果的元(yuan)素是(shi)(shi)銅(tong)和與(yu)(yu)銅(tong)共(gong)存(cun)的Zr;Nb、Sn、As即(ji)使與(yu)(yu)銅(tong)共(gong)存(cun)也沒有(you)(you)效果。硫是(shi)(shi)有(you)(you)害的元(yuan)素，特別是(shi)(shi)銅(tong)含(han)量小于0.2%的鋼中(zhong)，隨著硫含(han)量增加影(ying)(ying)響(xiang)增大；可是(shi)(shi)當加入(ru)0.3%Cu時，硫含(han)量小于0.03%時，硫不產生(sheng)影(ying)(ying)響(xiang)。
考慮添加(jia)銅(tong)是(shi)因為注意到銅(tong)在大氣(qi)腐蝕條件下(xia)能夠消除硫(liu)對(dui)腐蝕惡劣影(ying)響的Larrabee 學說或加(jia)藤研究組以(yi)前研究的銅(tong)對(dui)耐(nai)硫(liu)酸(suan)(suan)性的效(xiao)果。并且，與銅(tong)共存(cun)的銻(ti)也能提(ti)高耐(nai)硫(liu)酸(suan)(suan)鋼的性能。鉻在海水環境中的使用(yong)，一般是(shi)為了提(ti)高耐(nai)蝕性。
Zr、Nb、Ti是(shi)(shi)和鋼(gang)(gang)(gang)中的(de)(de)硫(liu)(liu)形成硫(liu)(liu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)傾(qing)向(xiang)很強的(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)，是(shi)(shi)為(wei)了(le)取代(dai)Mn以形成穩(wen)定的(de)(de)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)而(er)加(jia)入(ru)的(de)(de)。1963年金(jin)(jin)子等曾經發(fa)表過形成硫(liu)(liu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)傾(qing)向(xiang)元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)順序是(shi)(shi)：Zr>Ti>Mn>Nb>V>Cr>Al>Mo>W>Fe>Ni>Co>Si.并(bing)且，在20世紀60年代(dai)前期（昭和30年代(dai)后(hou)期），人們把(ba)提高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)鐵各種(zhong)性能作為(wei)目的(de)(de)而(er)進行過添加(jia)各種(zhong)合金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)素(su)(su)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)開發(fa)，那時曾經使用已(yi)經普(pu)及的(de)(de)EPMA進行了(le)低合金(jin)(jin)成分系(xi)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)非(fei)金(jin)(jin)屬夾雜物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)鑒定，白巖等試驗向(xiang)0.3%C-0.1%Mn-0.3%Si為(wei)基體的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)中分別添加(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(bing)確認了(le)取代(dai)MnS生(sheng)成各添加(jia)元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)。
為了(le)(le)防止MnS成為孔蝕的起點(dian)，需(xu)要控制錳(meng)(meng)含(han)(han)量(liang)(liang)，或(huo)者添(tian)加其他(ta)的合金元素(su)降低硫化物中的錳(meng)(meng)含(han)(han)量(liang)(liang)，或(huo)者轉變成比MnS穩定的其他(ta)硫化物，這些(xie)方(fang)法已經在具有(you)耐酸(suan)性的易切削不(bu)銹鋼上得到應用。Carpenter公(gong)司通(tong)過降低錳(meng)(meng)含(han)(han)量(liang)(liang)生(sheng)成含(han)(han)鉻高(gao)的（Cr、Mn)S,Sandvik公(gong)司通(tong)過加入鈦(tai)生(sheng)成TiS的方(fang)法提高(gao)了(le)(le)耐酸(suan)性。
把(ba)上述方法最初利用到提高電焊鋼管(guan)的(de)(de)耐(nai)(nai)溝狀腐(fu)蝕性上的(de)(de)是加(jia)藤等，據報(bao)告，Cu-Ti、Cu-Cr-Ti、Cu-Sb系的(de)(de)低硫材(cai)料的(de)(de)耐(nai)(nai)溝狀腐(fu)蝕性是通常電焊鋼管(guan)的(de)(de)6~7倍。其中，低S-Cu-Ti系的(de)(de)鋼種以后(hou)作為新日鐵公(gong)司(si)的(de)(de)耐(nai)(nai)溝狀腐(fu)蝕鋼管(guan)實現了產品化。
進(jin)入(ru)20世紀70年代（昭和50年代）后，溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)發生的(de)(de)頻繁程度越(yue)來(lai)越(yue)引起人們的(de)(de)關注，各鋼鐵(tie)公(gong)司進(jin)行了事(shi)例(li)調查(cha)、發生原因(yin)的(de)(de)研討和對策(ce)鋼的(de)(de)開(kai)發等(deng)。腐(fu)蝕(shi)率(lv)非(fei)常(chang)(chang)大(da)是溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)一個特征，根據事(shi)例(li)的(de)(de)總結(jie)報告(gao),有的(de)(de)例(li)子是10mm/a或者更(geng)高，13mm/a的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)率(lv)非(fei)常(chang)(chang)普遍。產生的(de)(de)環(huan)(huan)境(jing)也涉及海水(shui)、鹽(yan)水(shui)、循環(huan)(huan)冷卻水(shui)、工業用水(shui)、地下水(shui)、自來(lai)水(shui)等(deng)管(guan)道的(de)(de)內面(mian)(mian)、土壤埋設管(guan)道的(de)(de)外面(mian)(mian)、纏繞(rao)防露材的(de)(de)水(shui)管(guan)道的(de)(de)外面(mian)(mian)（由于滲人的(de)(de)結(jie)露水(shui)而潤(run)濕(shi)）等(deng)許多(duo)方面(mian)(mian)，而且仍然(ran)處在產生溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)環(huan)(huan)境(jing)的(de)(de)特異性不(bu)(bu)能定(ding)義，容易產生溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)環(huan)(huan)境(jing)不(bu)(bu)能夠(gou)預知，不(bu)(bu)能夠(gou)制定(ding)相應對策(ce)的(de)(de)狀(zhuang)(zhuang)況。
如圖5-1所示，溝狀腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)一(yi)種(zhong)是(shi)(shi)沿著(zhu)焊(han)縫線呈(cheng)一(yi)直線生成的(de)(de)類型，另一(yi)種(zhong)是(shi)(shi)銹瘤(liu)在(zai)焊(han)縫的(de)(de)位(wei)置形(xing)成在(zai)其(qi)下面被侵蝕(shi)(shi)時，由于(yu)焊(han)縫部侵蝕(shi)(shi)特別深(shen)，沿著(zhu)銹瘤(liu)分布(bu)不(bu)連續(xu)生成的(de)(de)類型。不(bu)管(guan)哪一(yi)種(zhong)類型都反映出是(shi)(shi)宏觀(guan)電(dian)池引(yin)起的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)，已(yi)經(jing)證明在(zai)像(xiang)海(hai)水(shui)或(huo)鹽水(shui)那樣電(dian)導(dao)率(lv)高(gao)的(de)(de)環(huan)境中侵蝕(shi)(shi)加快，在(zai)工業(ye)用水(shui)或(huo)自來水(shui)等電(dian)導(dao)率(lv)低的(de)(de)環(huan)境中侵蝕(shi)(shi)減(jian)慢。即使在(zai)后(hou)者的(de)(de)場合，由于(yu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)率(lv)只能(neng)上(shang)升到1mm/a程度或(huo)者以(yi)(yi)上(shang)，所以(yi)(yi)也不(bu)一(yi)定是(shi)(shi)電(dian)導(dao)率(lv)越低越好。
當然，溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)并不(bu)一定(ding)會發生。溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)到(dao)底是(shi)發生在環境條(tiao)(tiao)件(jian)強的(de)(de)(de)(de)場(chang)合，還是(shi)由于(yu)微(wei)妙的(de)(de)(de)(de)不(bu)同(tong)條(tiao)(tiao)件(jian)發生在材料(liao)敏(min)感性(xing)大(da)的(de)(de)(de)(de)場(chang)合，尚不(bu)清楚。正村(cun)等通過恒電(dian)位電(dian)解的(de)(de)(de)(de)方(fang)法，確立了用(yong)1周時間能夠再現溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)試驗(yan)方(fang)法,就是(shi)把焊縫部(bu)的(de)(de)(de)(de)侵蝕(shi)(shi)深(shen)度和(he)周圍(wei)母材的(de)(de)(de)(de)侵蝕(shi)(shi)深(shen)度的(de)(de)(de)(de)比設定(ding)為(wei)溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)系數(shu)α,將該方(fang)法用(yong)于(yu)硫含量、制(zhi)管(guan)機和(he)有(you)無(wu)在線(xian)退火裝置(zhi)等不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)生產(chan)條(tiao)(tiao)件(jian)下(xia)，每(mei)種條(tiao)(tiao)件(jian)下(xia)采用(yong)50批以上的(de)(de)(de)(de)材料(liao)，α是(shi)1.1~1.4,結果是(shi)所有(you)的(de)(de)(de)(de)試驗(yan)材料(liao)或多或少都存(cun)在溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)敏(min)感性(xing)。就是(shi)說，在當時的(de)(de)(de)(de)電(dian)焊鋼管(guan)的(de)(de)(de)(de)生產(chan)條(tiao)(tiao)件(jian)范圍(wei)內即使控制(zhi)條(tiao)(tiao)件(jian)也不(bu)能避免溝(gou)(gou)狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)。
溝狀腐(fu)蝕發生(sheng)的起因是(shi)由于急冷MnS沒(mei)能充分析(xi)出(chu)和長大，所以熱處(chu)理（退(tui)火、正火）應(ying)該是(shi)有(you)效(xiao)的。事實上，如(ru)果在(zai)900℃以上經30min熱處(chu)理進行空(kong)冷，就不(bu)會產生(sheng)溝狀腐(fu)蝕，或者(zhe)即便(bian)處(chu)理時間比這短，也能降低敏(min)感(gan)性(xing)，其效(xiao)果是(shi)硫含量越低則越大，可(ke)是(shi)由于設(she)置在(zai)電焊鋼管生(sheng)產設(she)備上的后置退(tui)火裝置（焊縫退(tui)火裝置）加熱時間短，雖然有(you)效(xiao)果但不(bu)明顯。
還有一種(zhong)(zhong)在高溫下鍛接制(zhi)成的焊接鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)，因為(wei)冷卻(que)速(su)度(du)慢，所以(yi)(yi)在焊接部(bu)(bu)發生的局部(bu)(bu)腐蝕比電(dian)焊鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)顯著(zhu)減輕，實踐證明，這種(zhong)(zhong)焊管(guan)(guan)(guan)在實際應用(yong)上幾(ji)乎沒有問題,因此(ci)推薦使用(yong)這種(zhong)(zhong)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)。可是由(you)于尺寸被限制(zhi)在100A以(yi)(yi)下，而(er)在125A以(yi)(yi)上仍(reng)需要電(dian)焊鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)。鍍鋅鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)通過對鍍層(ceng)的消耗(hao)可延(yan)長(chang)(chang)使用(yong)壽(shou)命，然而(er)在日本由(you)于水是軟質的，鍍層(ceng)消耗(hao)很快(kuai)，雖然能夠延(yan)長(chang)(chang)平(ping)均(jun)使用(yong)壽(shou)命，但是也(ye)有1~3年溝(gou)狀(zhuang)腐蝕穿(chuan)透的例子，所以(yi)(yi)目前(qian)還沒有很好的解決措(cuo)施。
因此人們對能夠(gou)降低或者抑制(zhi)溝狀腐蝕敏感(gan)性的低合金成分的組成進行了(le)(le)(le)種(zhong)種(zhong)研究。除了(le)(le)(le)上述加藤等認為有效的元素外，還發表了(le)(le)(le)Nb、Y、Al、Mo、Ni,并且在與銅(tong)共存時，Ni、REM、Ca等是有效元素。
1980~1981年(nian)（昭和55~56年(nian)），4家公司生產的耐溝狀腐(fu)蝕電(dian)焊鋼(gang)管開始銷售。研究思路大體相同，即(ji)降(jiang)低硫含量。但是(shi)只用(yong)這(zhe)些方法是(shi)不充分的，即(ji)使經過(guo)熱處理也殘(can)留敏感(gan)(gan)性(xing)。雖然(ran)加入0.1%~0.3%Cu也是(shi)必需(xu)的，可是(shi)低S-Cu鋼(gang)仍有敏感(gan)(gan)性(xing),需(xu)要進(jin)(jin)一步(bu)進(jin)(jin)行熱處理或(huo)加入另外的合(he)金元素，或(huo)者可以(yi)兩(liang)種方法同時采(cai)用(yong)。
表5-1給出(chu)了(le)各(ge)公司生產(chan)的耐溝狀(zhuang)腐蝕(shi)鋼管的成分(fen)標準表中所列成分(fen)均是根據(ju)上述考慮而設計的。由于產(chan)品不同，可(ke)以進(jin)行熱處理。
產(chan)品列于(yu)JISG 3452(管(guan)(guan)(guan)道(dao)用(yong)碳(tan)素(su)鋼鋼管(guan)(guan)(guan)）的(de)(de)黑管(guan)(guan)(guan)及鍍鋅(xin)鋼管(guan)(guan)(guan)和JIS G 3454(壓(ya)力管(guan)(guan)(guan)道(dao)用(yong)碳(tan)素(su)鋼鋼管(guan)(guan)(guan)）的(de)(de)黑管(guan)(guan)(guan)及鍍鋅(xin)鋼管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)標準(zhun)內，可以提(ti)供的(de)(de)尺寸前者(zhe)是125~500A,后者(zhe)是20~600A(15A、650A根據協商生產(chan)）。前者(zhe)中沒有可以使用(yong)鍛接鋼管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)100A以下的(de)(de)產(chan)品。
從1980年(nian)（昭(zhao)和50年(nian)代的(de)(de)中期）起，水管道用的(de)(de)黑管及鍍鋅鋼(gang)管一般已經(jing)使用了耐溝狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)鋼(gang)管（由于尺寸(cun)所限 使用鍛接鋼(gang)管）。日本水道鋼(gang)管協會認(ren)為，耐溝狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)電焊(han)鋼(gang)管的(de)(de)耐溝狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)性是(shi)(shi)傳(chuan)統電焊(han)鋼(gang)管的(de)(de)10倍(bei)。各(ge)公司就(jiu)耐溝狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)蝕(shi)鋼(gang)的(de)(de)同類產(chan)品在文獻上(shang)發表了各(ge)自的(de)(de)試(shi)驗結果,結論(lun)是(shi)(shi)敏感性為零或者非常小。
這些(xie)產品銷售(shou)以(yi)來，耐溝(gou)狀腐蝕電(dian)焊鋼管的溝(gou)狀腐蝕事例一件也(ye)(ye)沒有報道過，作(zuo)者所知道的情報中也(ye)(ye)沒有。在建設省的機械設備工程施(shi)工管理指(zhi)南（平成元年版）中，也(ye)(ye)記載著耐溝(gou)狀腐蝕電(dian)焊鋼管。
