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(han)(han)縫部位(wei)迅速(su)腐蝕成(cheng)溝(gou)(gou)狀的(de)事(shi)例從1965年(nian)(nian)（昭和40年(nian)(nian)）起已(yi)經引人注目。這種腐蝕被稱(cheng)為電(dian)焊(han)(han)鋼管溝(gou)(gou)狀腐蝕或者簡(jian)稱(cheng)為溝(gou)(gou)蝕。圖5-1中給(gei)出了溝(gou)(gou)蝕的(de)照片。
這(zhe)種溝狀腐(fu)蝕的(de)(de)(de)報導(dao)在(zai)日本(ben)以(yi)外幾(ji)乎沒(mei)有發表過，給(gei)人的(de)(de)(de)印象好像是(shi)日本(ben)特有的(de)(de)(de)腐(fu)蝕，可實際決非如此。但是(shi)，可以(yi)認為日本(ben)以(yi)外的(de)(de)(de)許多(duo)地(di)區由于淡水的(de)(de)(de)硬度高，飽和指數(shu)是(shi)正(zheng)值在(zai)管(guan)內表面上生成了包覆層，由水引起的(de)(de)(de)腐(fu)蝕與日本(ben)相比(bi)不嚴(yan)重，或者在(zai)海(hai)水管(guan)道上使用電焊鋼管(guan)（黑(hei)管(guan)、鍍(du)鋅鋼管(guan)）的(de)(de)(de)比(bi)率低(di)，可能因為這(zhe)些原因溝狀腐(fu)蝕的(de)(de)(de)發生頻度比(bi)日本(ben)低(di)。
1983年（昭和58年）美國 Heitmann(Inland Steel 公司）等在ASM主辦的(de)關于高強度鋼(gang)技(ji)術和應(ying)用國際會議(yi)上，根據(ju)把電焊鋼(gang)管作為原油或天(tian)然氣(qi)配管在海上設備(bei)或收集系統上使用時出現的(de)問題，提出了溝狀腐(fu)蝕，并論述(shu)了其原因和可選(xuan)擇的(de)相應(ying)鋼(gang)種(zhong)，在其緒言(yan)中敘述(shu)的(de)溝狀腐(fu)蝕的(de)研究幾乎都是(shi)在日本進(jin)行的(de)。
因為(wei)和電(dian)焊(han)鋼管沒有關系也存在著由于各(ge)種原(yuan)因使(shi)腐蝕(shi)形狀(zhuang)成(cheng)為(wei)溝狀(zhuang)的(de)腐蝕(shi)，所以(yi)把本(ben)(ben)書使(shi)用的(de)溝狀(zhuang)腐蝕(shi)稱(cheng)為(wei)電(dian)焊(han)鋼管焊(han)縫(feng)部的(de)溝狀(zhuang)腐蝕(shi)是正確(que)的(de)，以(yi)下簡稱(cheng)為(wei)溝狀(zhuang)腐蝕(shi)。雖然日本(ben)(ben)進(jin)行過(guo)很(hen)多研(yan)究(jiu)，可(ke)是有關這(zhe)方面的(de)日本(ben)(ben)以(yi)外的(de)報道卻很(hen)少。
就筆(bi)者(zhe)所知，關于(yu)電焊(han)鋼管(guan)溝狀(zhuang)(zhuang)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)最初歸納(na)的(de)(de)(de)文(wen)獻(xian)是由新日鐵(tie)公司的(de)(de)(de)門智等完(wan)成的(de)(de)(de)［1973年（昭和48年）］。該文(wen)敘(xu)述了腐蝕(shi)(shi)事(shi)例和他(ta)們開(kai)(kai)發的(de)(de)(de)Cu-Ti系(xi)及Cu-Ti-Cr 系(xi)相應鋼的(de)(de)(de)優(you)秀特性(xing).當時(shi)已經推測到(dao)，在鋼管(guan)焊(han)縫部位由于(yu)焊(han)接時(shi)的(de)(de)(de)滾壓，在鋼管(guan)內(nei)外所發生(sheng)的(de)(de)(de)金屬塑(su)(su)性(xing)變形(xing)，為了精(jing)加工通過切削(xue)除去焊(han)道，使沿著塑(su)(su)性(xing)變形(xing)區存在的(de)(de)(de)非金屬夾雜物露在表(biao)面，由于(yu)急(ji)冷(leng)變成不穩定或呈活性(xing)的(de)(de)(de)MnS而(er)成為孔蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)起點，開(kai)(kai)始溝狀(zhuang)(zhuang)腐蝕(shi)(shi)。
第2年即1974年（昭和49年），加藤、乙(yi)黑及門(men)通過(guo)MnS附近發生腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)顯微觀察，證(zheng)實(shi)了(le)焊(han)(han)縫部(bu)(bu)位的(de)(de)(de)MnS對溝狀腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)破壞作用是(shi)因為焊(han)(han)縫焊(han)(han)接急冷時在MnS的(de)(de)(de)周圍同(tong)時產生了(le)容易形(xing)成(cheng)陽極的(de)(de)(de)硫的(de)(de)(de)偏聚區(qu)(qu)。他們于1976年試驗片所研(yan)究的(de)(de)(de)急熱(re)、急冷處理對MnS的(de)(de)(de)局部(bu)(bu)腐蝕(shi)(shi)影響(xiang)的(de)(de)(de)結(jie)果。實(shi)驗證(zheng)明了(le)在高溫，特別(bie)是(shi)在1400℃以(yi)上急熱(re)、急冷的(de)(de)(de)鋼(gang)的(de)(de)(de)MnS在其(qi)周圍有硫的(de)(de)(de)偏聚區(qu)(qu)，這樣的(de)(de)(de)偏聚區(qu)(qu)變成(cheng)為陽極，開始局部(bu)(bu)腐蝕(shi)(shi)。
有關(guan)MnS腐蝕研(yan)究(jiu)的歷史或加(jia)藤等(deng)的上述研(yan)究(jiu)的詳細內容，將在5.2.1節進行敘述。然而通(tong)過(guo)加(jia)藤等(deng)的研(yan)究(jiu)搞清楚了(le)電(dian)焊鋼管的溝(gou)狀腐蝕起因于MnS的理(li)由(you)。
作為耐(nai)溝狀腐(fu)蝕(shi)電焊鋼(gang)(gang)管低合(he)金鋼(gang)(gang)的(de)添(tian)加(jia)元(yuan)素，在他們所(suo)注意的(de)元(yuan)素之中，效(xiao)果大的(de)元(yuan)素是(shi)(shi)(shi)與銅(tong)共(gong)存(cun)(cun)的(de)Sb、Ti、Cr;有效(xiao)果的(de)元(yuan)素是(shi)(shi)(shi)銅(tong)和與銅(tong)共(gong)存(cun)(cun)的(de)Zr;Nb、Sn、As即使與銅(tong)共(gong)存(cun)(cun)也沒有效(xiao)果。硫(liu)(liu)是(shi)(shi)(shi)有害的(de)元(yuan)素，特別是(shi)(shi)(shi)銅(tong)含量小(xiao)于0.2%的(de)鋼(gang)(gang)中，隨(sui)著硫(liu)(liu)含量增(zeng)加(jia)影響增(zeng)大；可是(shi)(shi)(shi)當(dang)加(jia)入0.3%Cu時，硫(liu)(liu)含量小(xiao)于0.03%時，硫(liu)(liu)不產生影響。
考慮(lv)添加(jia)(jia)銅(tong)是(shi)因為注意到(dao)銅(tong)在大(da)氣腐蝕條件下能(neng)夠消除(chu)硫(liu)對腐蝕惡劣影響(xiang)的(de)(de)Larrabee 學說或(huo)加(jia)(jia)藤研究組以前研究的(de)(de)銅(tong)對耐硫(liu)酸(suan)性(xing)的(de)(de)效果(guo)。并且，與銅(tong)共(gong)存的(de)(de)銻也能(neng)提高耐硫(liu)酸(suan)鋼的(de)(de)性(xing)能(neng)。鉻在海水環境中(zhong)的(de)(de)使用，一般是(shi)為了提高耐蝕性(xing)。
Zr、Nb、Ti是和鋼中(zhong)的(de)(de)(de)硫(liu)形成(cheng)硫(liu)化(hua)(hua)物傾向很(hen)強的(de)(de)(de)元(yuan)素，是為了(le)取(qu)代(dai)Mn以形成(cheng)穩定(ding)的(de)(de)(de)硫(liu)化(hua)(hua)物而(er)加(jia)入的(de)(de)(de)。1963年金(jin)子(zi)等(deng)(deng)曾(ceng)經發(fa)表過(guo)形成(cheng)硫(liu)化(hua)(hua)物傾向元(yuan)素的(de)(de)(de)順序是：Zr>Ti>Mn>Nb>V>Cr>Al>Mo>W>Fe>Ni>Co>Si.并且(qie)，在20世(shi)紀60年代(dai)前期(qi)（昭(zhao)和30年代(dai)后期(qi)），人們把提高鋼鐵各種性能作為目的(de)(de)(de)而(er)進(jin)行過(guo)添(tian)加(jia)各種合(he)金(jin)元(yuan)素鋼的(de)(de)(de)開發(fa)，那時曾(ceng)經使(shi)用(yong)已經普及的(de)(de)(de)EPMA進(jin)行了(le)低(di)合(he)金(jin)成(cheng)分系鋼的(de)(de)(de)非金(jin)屬夾雜物的(de)(de)(de)鑒定(ding)，白巖等(deng)(deng)試(shi)驗向0.3%C-0.1%Mn-0.3%Si為基(ji)體的(de)(de)(de)鋼中(zhong)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(deng)(deng)，并確(que)認了(le)取(qu)代(dai)MnS生成(cheng)各添(tian)加(jia)元(yuan)素的(de)(de)(de)硫(liu)化(hua)(hua)物。
為(wei)了防止MnS成為(wei)孔蝕的(de)(de)起點，需要控制錳含量(liang)(liang)，或者(zhe)添加其他的(de)(de)合(he)金元素降(jiang)低(di)硫化(hua)物中的(de)(de)錳含量(liang)(liang)，或者(zhe)轉變成比MnS穩定(ding)的(de)(de)其他硫化(hua)物，這些方(fang)法已(yi)經(jing)在具有(you)耐酸性的(de)(de)易切削不銹(xiu)鋼(gang)上(shang)得到應用。Carpenter公(gong)(gong)司通過降(jiang)低(di)錳含量(liang)(liang)生成含鉻高(gao)的(de)(de)（Cr、Mn)S,Sandvik公(gong)(gong)司通過加入鈦生成TiS的(de)(de)方(fang)法提高(gao)了耐酸性。
把(ba)上述方法最初利用到提高電焊鋼(gang)(gang)管的(de)耐溝(gou)狀(zhuang)腐蝕性(xing)上的(de)是加藤等，據報告，Cu-Ti、Cu-Cr-Ti、Cu-Sb系的(de)低硫材料的(de)耐溝(gou)狀(zhuang)腐蝕性(xing)是通常電焊鋼(gang)(gang)管的(de)6~7倍。其中，低S-Cu-Ti系的(de)鋼(gang)(gang)種以后(hou)作為新日(ri)鐵(tie)公司(si)的(de)耐溝(gou)狀(zhuang)腐蝕鋼(gang)(gang)管實現了產品化。
進入20世紀(ji)70年代（昭和(he)50年代）后，溝狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕發(fa)生(sheng)的(de)頻繁程度越來越引起人們的(de)關注，各鋼鐵公(gong)司進行了事例調查(cha)、發(fa)生(sheng)原因的(de)研討和(he)對策(ce)鋼的(de)開發(fa)等(deng)。腐(fu)(fu)蝕率(lv)非常大是溝狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕的(de)一個特征(zheng)，根據事例的(de)總結報告,有的(de)例子是10mm/a或者更高，13mm/a的(de)腐(fu)(fu)蝕率(lv)非常普遍。產生(sheng)的(de)環(huan)境(jing)也(ye)涉及海水(shui)、鹽水(shui)、循環(huan)冷卻水(shui)、工(gong)業(ye)用水(shui)、地(di)下水(shui)、自來水(shui)等(deng)管道的(de)內面(mian)、土壤埋設管道的(de)外面(mian)、纏繞防(fang)露材的(de)水(shui)管道的(de)外面(mian)（由于滲人的(de)結露水(shui)而(er)潤濕）等(deng)許多方面(mian)，而(er)且仍(reng)然(ran)處在產生(sheng)溝狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕環(huan)境(jing)的(de)特異性不能(neng)定義，容易(yi)產生(sheng)溝狀(zhuang)(zhuang)腐(fu)(fu)蝕的(de)環(huan)境(jing)不能(neng)夠(gou)(gou)預(yu)知，不能(neng)夠(gou)(gou)制定相(xiang)應對策(ce)的(de)狀(zhuang)(zhuang)況。
如(ru)圖5-1所(suo)示，溝狀腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)一種是(shi)沿(yan)著焊縫(feng)線呈一直線生成(cheng)的(de)(de)類型(xing)，另一種是(shi)銹(xiu)瘤(liu)在(zai)焊縫(feng)的(de)(de)位置形成(cheng)在(zai)其(qi)下(xia)面被侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)時，由(you)于焊縫(feng)部(bu)侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)特別深，沿(yan)著銹(xiu)瘤(liu)分布(bu)不連續生成(cheng)的(de)(de)類型(xing)。不管哪一種類型(xing)都反映(ying)出是(shi)宏觀電池引起的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)，已經證明在(zai)像海水(shui)或鹽水(shui)那(nei)樣(yang)電導(dao)率高(gao)的(de)(de)環境中(zhong)侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)加快，在(zai)工業用水(shui)或自(zi)來水(shui)等電導(dao)率低的(de)(de)環境中(zhong)侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)減慢。即(ji)使(shi)在(zai)后(hou)者的(de)(de)場合，由(you)于腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)率只能上(shang)(shang)升到1mm/a程度或者以(yi)(yi)上(shang)(shang)，所(suo)以(yi)(yi)也不一定是(shi)電導(dao)率越低越好。
當然，溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)并不一定(ding)會發(fa)生。溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)到底是發(fa)生在環境條(tiao)件強的(de)(de)場合，還是由于(yu)(yu)微妙的(de)(de)不同(tong)條(tiao)件發(fa)生在材(cai)(cai)料敏感性大的(de)(de)場合，尚不清楚。正村等(deng)通過(guo)恒電位電解的(de)(de)方法(fa)，確立了用1周(zhou)(zhou)時間能夠再現溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)試驗方法(fa),就是把焊縫部的(de)(de)侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)深度和(he)周(zhou)(zhou)圍(wei)母材(cai)(cai)的(de)(de)侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)深度的(de)(de)比(bi)設(she)定(ding)為溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)系(xi)數α,將該方法(fa)用于(yu)(yu)硫含量、制管機和(he)有無在線退火裝置等(deng)不同(tong)的(de)(de)生產條(tiao)件下，每種條(tiao)件下采用50批以上的(de)(de)材(cai)(cai)料，α是1.1~1.4,結果(guo)是所有的(de)(de)試驗材(cai)(cai)料或(huo)多或(huo)少都存在溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)敏感性。就是說，在當時的(de)(de)電焊鋼管的(de)(de)生產條(tiao)件范圍(wei)內(nei)即使控制條(tiao)件也(ye)不能避免溝(gou)(gou)狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。
溝狀腐蝕發生的起因是由于急(ji)冷MnS沒能充分析出和長大(da)，所以(yi)熱處理(li)（退(tui)火(huo)、正火(huo)）應(ying)該是有(you)效的。事實上(shang)，如(ru)果(guo)在900℃以(yi)上(shang)經(jing)30min熱處理(li)進行空冷，就不會產生溝狀腐蝕，或者(zhe)即便(bian)處理(li)時間比這短，也能降低敏感性，其效果(guo)是硫(liu)含量(liang)越低則越大(da)，可是由于設置(zhi)在電(dian)焊鋼管生產設備上(shang)的后置(zhi)退(tui)火(huo)裝置(zhi)（焊縫退(tui)火(huo)裝置(zhi)）加(jia)熱時間短，雖然(ran)有(you)效果(guo)但不明顯(xian)。
還有(you)一種在高溫下鍛接制(zhi)成的(de)焊(han)(han)接鋼(gang)(gang)管，因為(wei)冷(leng)卻速度慢(man)，所(suo)以在焊(han)(han)接部發生的(de)局部腐蝕(shi)比電焊(han)(han)鋼(gang)(gang)管顯著減輕，實(shi)踐(jian)證(zheng)明(ming)，這種焊(han)(han)管在實(shi)際應用(yong)上幾乎沒有(you)問題,因此推薦使用(yong)這種鋼(gang)(gang)管。可是由(you)于尺(chi)寸(cun)被限制(zhi)在100A以下，而在125A以上仍(reng)需要電焊(han)(han)鋼(gang)(gang)管。鍍(du)鋅(xin)鋼(gang)(gang)管通過對鍍(du)層(ceng)的(de)消(xiao)耗可延長(chang)使用(yong)壽(shou)(shou)命，然(ran)而在日本由(you)于水是軟質(zhi)的(de)，鍍(du)層(ceng)消(xiao)耗很快，雖然(ran)能夠延長(chang)平均(jun)使用(yong)壽(shou)(shou)命，但是也有(you)1~3年溝(gou)狀腐蝕(shi)穿透的(de)例子，所(suo)以目前還沒有(you)很好的(de)解決措施。
因此人們對能夠降低(di)或者抑(yi)制(zhi)溝狀腐蝕敏(min)感(gan)性的(de)低(di)合金成分的(de)組成進行了種(zhong)種(zhong)研究。除了上(shang)述加藤等認為(wei)有效的(de)元素(su)外，還發(fa)表了Nb、Y、Al、Mo、Ni,并且在與銅共存時，Ni、REM、Ca等是有效元素(su)。
1980~1981年(nian)（昭和55~56年(nian)），4家公司生產的(de)耐溝狀腐(fu)蝕電焊鋼管(guan)開始銷售(shou)。研究思(si)路大體(ti)相(xiang)同，即降低硫含量(liang)。但是只用(yong)這些方法是不(bu)充分的(de)，即使經過熱處理也殘留敏(min)(min)感性。雖然(ran)加入(ru)0.1%~0.3%Cu也是必需的(de)，可是低S-Cu鋼仍有敏(min)(min)感性,需要進一步進行(xing)熱處理或加入(ru)另外的(de)合金元素，或者(zhe)可以兩(liang)種方法同時采用(yong)。
表(biao)5-1給出了(le)各(ge)公司生(sheng)產的(de)(de)耐溝狀腐(fu)蝕鋼管的(de)(de)成(cheng)分標(biao)準表(biao)中所列成(cheng)分均是根據(ju)上述考慮而設計(ji)的(de)(de)。由于產品不同，可(ke)以(yi)進行熱處理。
產(chan)品列(lie)于JISG 3452(管(guan)(guan)道用(yong)碳(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)）的(de)黑管(guan)(guan)及(ji)鍍鋅鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)和JIS G 3454(壓力管(guan)(guan)道用(yong)碳(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)）的(de)黑管(guan)(guan)及(ji)鍍鋅鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)的(de)標(biao)準內(nei)，可以提供(gong)的(de)尺(chi)寸前(qian)者是(shi)125~500A,后者是(shi)20~600A(15A、650A根據協商生產(chan)）。前(qian)者中(zhong)沒有可以使用(yong)鍛(duan)接鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)的(de)100A以下的(de)產(chan)品。
從1980年（昭(zhao)和50年代的(de)(de)(de)(de)中期）起，水(shui)管(guan)道用的(de)(de)(de)(de)黑管(guan)及鍍鋅(xin)鋼(gang)(gang)管(guan)一(yi)般(ban)已經使(shi)用了(le)耐(nai)溝狀腐(fu)蝕鋼(gang)(gang)管(guan)（由于(yu)尺寸(cun)所(suo)限 使(shi)用鍛接鋼(gang)(gang)管(guan)）。日本水(shui)道鋼(gang)(gang)管(guan)協(xie)會認為(wei)，耐(nai)溝狀腐(fu)蝕電焊鋼(gang)(gang)管(guan)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)溝狀腐(fu)蝕性是(shi)傳統電焊鋼(gang)(gang)管(guan)的(de)(de)(de)(de)10倍。各(ge)(ge)公(gong)司就耐(nai)溝狀腐(fu)蝕鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)同類產品在文(wen)獻上發表(biao)了(le)各(ge)(ge)自(zi)的(de)(de)(de)(de)試驗結果,結論(lun)是(shi)敏感(gan)性為(wei)零或者非常小(xiao)。
這些(xie)產品(pin)銷售以來(lai)，耐溝狀(zhuang)(zhuang)腐蝕(shi)電焊(han)鋼(gang)管的溝狀(zhuang)(zhuang)腐蝕(shi)事例(li)一件也(ye)沒(mei)有報道過，作者所知(zhi)道的情報中也(ye)沒(mei)有。在建設省的機械(xie)設備工程施工管理指南（平成元年版）中，也(ye)記載著耐溝狀(zhuang)(zhuang)腐蝕(shi)電焊(han)鋼(gang)管。
