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36年),日本為了緩解船只擁擠問題制定了港口修配緊急措施法,開始了5年計劃。該5年計劃以后連續進行過6次,日本的港口設施的儲備從1965年(昭和40年)之后的20年間增大了3.5倍,所以說鋼鐵廠家對耐蝕鋼如此感興趣是理所當然的。
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,日本幾家公司開發了主要提高飛濺帶耐蝕性的鋼管樁、鋼板樁.例如NKK公司于1967年(昭和42年)把標稱組成0.3%Cu-0.6%Cr-0.1%P系的NK瑪林鋼推向市場。這是490 MPa(50kg)級的高強度鋼,主要把提高飛濺帶的耐蝕性作為自的。由于含有Cr,這種鋼在海水中、在一定程度上比碳素鋼腐蝕小,局部腐蝕也小,焊接性、焊接部的耐蝕性也良好。
這些用日本技術生產的耐海水鋼是Cu-Cr-P系、Cu-Cr-Al-P系、Cu-Cr-Mo系等,其特征是主要元素不含有Ni,為了提高耐蝕性而含有Cr。這和U.S.Steel公司積極地把Cr除外大不相同。然而,各公司在實際環境下的腐蝕試驗結果表明,這些含鉻的低合金鋼在海水飛濺帶的耐蝕性良好。這一結果在下面所敘述的耐海水鋼耐蝕性調查委員會的試驗中也得到了證實。
該委員會由運輸省港口局、運輸省港口技術研究所、各鋼鐵廠家組成,為了研究耐海水鋼的耐蝕性,從1965年起6~8年間,各公司的材料·用加工成H型鋼的形狀的試驗材,在新瀉港及京濱地區的海域進行了腐蝕試驗。該報告書雖然沒有公開發表,可是在運輸省港口局主編的“港口設施的技術基準·同解說”(1979年刊)被引用。在附加的解說中說“在飛濺帶的耐蝕鋼(耐海水試制鋼)的腐蝕速度,耐蝕性好的鋼是碳素鋼的1/2,它是Cu含量0.3%、Cr含量約0.6%、P含量約0.1%的含銅鋼。”并規定了“腐蝕率足夠的場合,可以不采用防蝕法”,Cu-Cr-P系在飛濺帶良好的耐蝕性已被第三者承認。這種成分的鋼可以說是用鉻取代了MARINER鋼中的鎳的化學組成,鞏固了在鉻耐海水鋼中的地位。
20世紀60年代后半期(昭和40年代前半期)世界上對海洋的開發重視起來。這時海洋開發的實體雖然還不一定明確,可是為尋求海洋資源或海洋空間,以石油挖掘裝置、海中作業基地、海洋發電廠、人工島、浮標等為代表,來自重工業對耐蝕鋼的期待已寄托于鋼鐵廠家,而且港口、碼頭也顯示出大型化的傾向,這對鋼材的力學性能、焊接性、耐蝕性也有了更高的要求。
伴隨著這種動向,以飛濺帶的耐蝕性作為中心,以前因含磷限制了焊接性的耐海水鋼已不能滿足需求,故現需要具有耐蝕性的焊接結構用耐海水鋼。因此各鋼鐵公司通過降低磷提高焊接性,添加以鉻為主的合金元素開發了在海水中具有耐蝕性的鋼材。
我認為最初市售的鋼種是NKK的“瑪林50(マリン50)”[1970年(昭和45年)]。這種耐海水鋼具有0.35%Cu-0.6%Cr-0.45%Al的化學組成,是把前節所敘述的Hudson等的試驗結果中Cr+Al對海水的耐蝕性實用化的鋼種。
為Hudson等的研究提供Cr-Al系鋼材的是法國Pompey公司的E.Herzog,然而NKK于1965年(昭和40年)與該公司簽訂了關于Cr-Al系的APS鋼(8種鋼)的生產的技術合作。這項合作的目的不是耐海水鋼,而是對不同鋼種含有2%~6.5%Cr的低合金不銹鋼的耐硝酸鹽應力腐蝕裂紋性、耐硫化物應力腐蝕裂紋性、砂糖設備中的耐蝕性等感興趣。可是APS鋼中有Cr-AI系的耐海水腐蝕鋼,所以對鉻或鋁的效果比較關心。可是這種鋼含4%Cr-0.8%Al(APS25),從成本,焊接性來看不適合開發,所以重新開發了更低合金系的Cu-Cr-A1鋼。另外,不管Cr-Al系有促進局部腐蝕作用的 Hudson的研究結果,Pompey 公司在Kure Beach進行了46個月的海水浸泡試驗,其結果表明,單純3.5%Cr鋼與碳素鋼相比,最大腐蝕深度相同,平均孔蝕深度是1.65倍,相反APS 25最大腐蝕深度是1/3弱,平均孔蝕深度是1/2弱。平均腐蝕率約為碳素鋼的43%.
在開發更低合金的鉻系耐海水鋼時,當然,減小局部腐蝕(孔蝕)的敏感性是一個開發目的,并且,為了應付焊接部的電位腐蝕,慎重地研究了焊接材料,進行了實際海水中的試驗。在1970年(昭和45年)銷售開始時的技術資料上給出了靜岡縣清水造船廠岸壁上長尺材的3年的結果。這種鋼與碳素鋼相比,耐蝕性在海水飛濺帶是2~3倍,在全浸帶是1.7~2倍。
當然,各鋼鐵公司都開發了具有海水中耐蝕性和焊接性的耐海水鋼。在這些鋼中,既有海中用的也有海中和飛濺帶兩用的。把磷降低到和通常焊接結構鋼的同等程度,海中和飛濺帶兩用的鋼加入銅和1%Cr,海中用的鋼多數定為1%Cr。因鋼種而異最大是3%Cr,并且為了抑制局部腐蝕有添加了少量鉬或鎳的鋼種,或者為了提高耐蝕性也有加人了其他的合金元素的鋼種。
這些鋼種的開發,到1970年代初期(昭和46~47年)基本結束,各公司開始生產銷售。表3-2示出了日本現在正在生產的耐海水鋼。1973年出版的鋼材俱樂部的“關于鋼材的腐蝕防蝕的資料”中,用表給出的“日本國內各鋼鐵公司的耐海水鋼的規格”常常被引用,表3-2是以此為基礎參考文獻追加了以后的鋼種制成的。與耐候鋼不同成分系相當多,還沒有成為JIS標準。
圖3-1及圖3-2示出了從1976年(昭和51年)到最近日本耐海水鋼的生產量、日本國內使用量使用用途的預測。這期間的生產量平均是7178t,日本國內使用量平均是2382t.日本國內消耗量土木用量1992年(平成4年)是2905t,1986年(昭和61年)是1652t,1978年是1340t,雖然超過了1000t,可是17年的平均值只不過515t/年,生產量、使用量都非常少。500t的重量相當于長20m的鋼板樁約100根,換算成岸壁長度僅有數100m以下的工程量。
盡管港口維修及在臨海地帶填海造地盛行,可是作為護岸用的鋼樁幾乎不采用耐海水鋼。其理由雖然不清楚,然而可能是因為對防蝕不太關心沒有采取任何防蝕措施的占多數,即使關心也可能是飛濺帶的耐蝕性只是碳素鋼2倍的性能沒有吸引力等原因。
由于港口設施處于劇烈的腐蝕環境,如果防蝕不充分的話則腐蝕嚴重。在1986年(昭和61年),運輸省港口局歸納的港口設施的劣化狀況調查結果示于表3-3。就是說,在5年之內需要進行維修作業的設施數,鋼結構體有642個設施(占全體的17.9%),混凝土結構體有245個設施(占全體的35%)。在6~10該表中記有“防蝕”的設施,如果設施適當地進行防蝕就能夠很好地保存下來。設施需要“全面改修”、“加固”的原因,不一定全是腐蝕造成的,然而腐蝕卻是最大的因素,如果放置下去,隨著時間的增長只用防蝕也不能解決問題,所以防蝕的對象將會減少,而全面改修或加固的對象數將會增加。
道路、港口、橋梁這一類的公共設施是一國活力的基礎,它的建設和維護管理,對保持活躍的經濟活動和富裕社會的延續、發展是不可缺少的。如果忽視了這一問題,將會招來前述(2.2.3節)的《荒廢中的美國》一書中所介紹的那樣的后果。日本的公共設施配備正規化的時間是在1950年代后期(昭和30年代前期),與美國等國家相比,由于相關的結構體使用年限比較短,由腐蝕等引起的損傷還不明顯,港口設施的老化需經過25年才開始顯現出來。
直到港口設施的防蝕強化成為最關注的問題,耐海水鋼才會有應用發展的機會,可是現在還沒有實現。綜合防蝕的重要性和經濟性的結論是耐海水鋼不僅防蝕性能而且使用壽命不夠,所以采用了鋼鐵公司用另一種途徑開發的包覆聚乙烯或聚氨酯的具有數十年壽命的防蝕樁或板樁。還開發了在現場施工的石蠟油或環氧樹脂包覆的加工法,已在新設或原有的鋼板樁或鋼管樁的防蝕上應用。
耐候鋼在橋梁上的裸露使用技術,在經濟低迷期來臨后,因為經濟上的原因而被引進,最近為了解決由于維護費用的削減以及高齡化和回避3K(臟、累、危險)風潮所引起涂漆技術工人的不足,耐候鋼再次得到擴大應用的機會,這和耐海水鋼大不一樣。
最近東京灣橫跨道路橋、關西機場聯絡橋等重要結構體已考慮100年的長壽命和徹底地省去維護的目標,與此相對應在橋墩的海水飛濺部也分別采用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。