JP2002054766A - 高耐食性金属被覆鋼管およびその製造方法 - Google Patents

高耐食性金属被覆鋼管およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】高耐食性金属層と樹脂層からなる複合被覆鋼管
において、防食性、耐衝撃性、密着性を兼ね備えた樹脂
層を形成してその耐久性を大幅に高め、かつ複合被覆の
施工を効率良く行い得る手段を提供する。 【解決手段】下地処理された鋼管表面に、ポリエチレン
樹脂又はポリウレタン樹脂からなる重防食層が形成さ
れ、その表面に外力に対する緩衝層及び接着層としての
機能を有する中間樹脂層が形成され、さらにその表面に
高耐食性金属薄板を被覆してなる高耐食性金属被覆鋼
管。また、中間樹脂層をポリウレタン樹脂又はエポキシ
樹脂で形成し、その厚みを0.1〜10mmとする。さ
らに、重防食層形成ステップと中間樹脂層形成ステップ
と中間樹脂層の養生硬化ステップと金属被覆ステップと
金属被覆の重ね継手を抵抗溶接するステップとを有する
高耐食性金属被覆鋼管の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、港湾・河川岸壁の
鋼管杭や、海洋パイプラインの配管として用いられる、
耐久性の優れた高耐食性金属被覆鋼管とその製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】近年、港湾・河川の鋼製構造物やパイプ
ライン等において、ポリエチレンやポリウレタン等の有
機物を被覆した、樹脂被覆鋼材が多用されるようになっ
てきた。この樹脂被覆鋼材は、防食性、耐水性に優れる
が、被膜が損傷を受け易いという問題がある。例えば、
波浪が激しい場合には、流木の衝突や船体の接触により
損傷し、また増水時の河川では、漂流物や土石流により
損傷を受ける。
【0003】そのため、ポリウレタン等の樹脂層の上
に、ガラス繊維等で強化した繊維クロスを被覆した高強
度の樹脂被覆鋼材も実用化されるようになってきた(例
えば、特開平7−68699号公報など)。
【0004】一方、海洋構造物の干満飛沫帯は、厳しい
腐食環境下にあり、かつきわめて長い期間(例えば40
年以上)の耐久性が要求されるため、チタンや耐海水ス
テンレス鋼等の薄板を被覆した高耐食性金属被覆鋼材も
実用化されている。この金属被覆鋼材は、通常、基材の
鋼管と被覆金属板との間に、接着層及び絶縁層としての
役割を担う樹脂層を有しており、このような複合被覆構
造体を如何にして効率良く製造するかが課題となってい
る。
【0005】そのため、被覆の施工方法について種々の
提案がなされており、例えば、予め筒状に成形された高
耐食性金属薄板の鞘管を、鋼管の外側に同心円状に配
し、両者の間隙に接着性樹脂を注入する方法(特開平9
−273697号公報など)や、予め樹脂を含浸させた
帯状シートと高耐食性金属薄板とをスパイラル状に共巻
に巻き付ける方法(特開平10−58030号公報な
ど)等が開示されている。また、既設の鋼製構造物の干
満飛沫帯に、現地にて高耐食性金属板を被覆する施工方
法について種々の提案がなされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前述した繊維強化樹脂
による高強度被覆鋼材は、高い耐衝撃性を有することが
知られているが、極めて長期間の寿命が期待される構造
物においては、より耐久性に優れかつ水や酸素を遮断
し、それらを防食層に到達させないような複合被覆が望
まれている。そして、チタン等の高耐食性金属で最外層
を被覆した複合被覆鋼材は、上記の要求を十分満たして
いるといえるが、その被覆の施工を効率良く行う手段を
提供することが望まれている。とくに長期間の耐久性が
要求される海洋構造物用の鋼管杭や海洋パイプライン用
の配管において、このような要請が大きい。
【0007】鋼管に該複合被覆を形成する方法として、
前述のような方法が提案されているが、高耐食性金属薄
板と鋼管との間隙に接着性樹脂を注入する方法において
は、作業能率が低いという問題を、樹脂含浸シートと高
耐食性金属薄板とを共巻きに巻き付ける方法において
は、薄板同士の重ね継手部を溶接接合することができな
いため、水や酸素に対する遮断性が低下するという問題
を、それぞれ包含している。
【0008】また、複合被覆鋼管の製造においては、そ
の施工を簡便にするため、鋼管の外周にまず樹脂層を形
成し、その後樹脂層の外周を金属薄板で被覆することが
望ましいが、この場合、金属薄板の端部同士の接合を如
何にして行うかが課題となる。すなわち、端部同士の接
合法として最も簡便かつ確実なのは、抵抗溶接による方
法であるが、溶接時の熱影響による樹脂層の劣化を如何
にして軽減するかについては、適切な手段が得られてい
ない。
【0009】そこで本発明は、鋼管の表面に樹脂層とそ
の外側に金属被覆を有する高耐食性金属被覆鋼管におい
て、防食性、耐衝撃性、密着性を兼ね備えた樹脂層を形
成して、該鋼管の耐久性を大幅に高め得る手段を提供す
ることを目的とする。
【0010】また本発明は、上記のような特性を有する
鋼管を簡便かつ効率良く製造する手段を提供することを
目的とする。さらに本発明は、上記鋼管の高耐食性金属
被覆の端部同士を溶接接合するに際して、その熱影響に
よる樹脂層の防食性能の低下を極力防止し得る手段を提
供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の樹
脂層を、下側の重防食層と、その上側の外力に対する緩
衝層及び接着層として機能する中間樹脂層との2層構造
にすることにより、上記課題の解決が可能なことを着想
した。またこの中間樹脂層は、金属被覆に加えられた衝
撃や圧縮等の外力が、下層の重防食層に伝達されるのを
緩和することによって、重防食層の損傷を軽減する効果
が大きいことを見出した。さらにこの中間樹脂層は、溶
接による熱影響を遮断して、重防食層の剥離や膨れ等の
発生を防止するため、防食性能の低下を回避する効果が
大きいことを見出した。
【0012】本発明はこれらの知見に基いてなされたも
のであって、本発明の高耐食性金属被覆鋼管は、下地処
理された鋼管表面に、ポリエチレン樹脂又はポリウレタ
ン樹脂からなる重防食層が形成され、その表面に外力に
対する緩衝層及び接着層としての機能を有する中間樹脂
層が形成され、さらにその表面に高耐食性金属薄板を被
覆してなる高耐食性金属被覆鋼管である。
【0013】また、前記中間樹脂層が、ポリウレタン樹
脂又はエポキシ樹脂からなり、その厚みが0.1〜10
mmである上記の高耐食性金属被覆鋼管である。
【0014】本発明の高耐食性金属鋼管の製造方法は、
上記の高耐食性金属被覆鋼管の製造方法であって、下地
処理された鋼管の表面に前記重防食層の樹脂被膜を形成
する第一ステップと、該第一ステップで形成された樹脂
被膜が硬化した後、その表面に前記中間樹脂層の塗膜を
形成する第二ステップと、該第二ステップで形成された
塗膜が未硬化のうちに、その表面に高耐食性金属薄板
を、その継目部に所定幅の重ね継手が形成されるように
被覆する第三ステップと、該高耐食性金属薄板を仮止め
した状態で、中間樹脂層の塗膜を養生硬化させる第四ス
テップと、その後前記重ね継手をシーム抵抗溶接により
接合する第五ステップとを有することを特徴とする製造
方法である。
【0015】また、前記第五ステップにおけるシーム抵
抗溶接を、電流が断続する通電方式により行うことを特
徴とする上記の製造方法である。
【0016】また、前記第五ステップにおけるシーム抵
抗溶接において、溶接点近傍を水冷しつつ溶接を行うこ
とを特徴とする上記のいずれかの製造方法である。
【0017】さらに、前記第三ステップにおいて、前記
高耐食性金属薄板の表面のうち前記中間樹脂層と対面す
る側に、予め中間樹脂層の樹脂塗料の一部を塗布するこ
とを特徴とする上記のいずれかの製造方法である。
【0018】
【発明の実施の形態】まず、本発明の高耐食性金属被覆
鋼管について説明する。図1は、この鋼管の被覆構造を
示す断面概要図である。この鋼管は、鋼管1の下地処理
された表面に、重防食層2、中間樹脂層3及び高耐食性
金属被覆(以下、単に金属被覆という)4が順次積層さ
れてなるものである。
【0019】重防食層2の樹脂には、ポリエチレン又は
ポリウレタンを用いる。これらの樹脂は、膜厚が均一で
欠陥のない被膜の形成が容易であり、従来から重防食樹
脂被覆鋼材に多用されて、その耐食性や耐久性に実績が
あるためである。重防食層2の厚みは、従来の重防食樹
脂被覆鋼管と同程度、例えば2〜3mm程度にすればよ
い。
【0020】中間樹脂層3の樹脂は、金属被覆4に加え
られた外力が重防食層2に伝達されるのを緩和する緩衝
機能と、金属被覆4を重防食層2に接着する機能とを有
するものであればよいが、施工性の点から架橋硬化型の
樹脂を用いることが好ましく、とくに接着性に優れたポ
リウレタン樹脂又はエポキシ樹脂を用いることが好まし
い。
【0021】中間樹脂層3の厚みは、0.1〜10mm
にすることが好ましい。これが0.1mm未満では、上
記の緩衝機能が不十分であり、10mmを越えてもそれ
以上緩衝機能は向上せず、経済的でないからである。
【0022】金属被覆4には、チタンや耐海水ステンレ
ス鋼(例えばSUS316、SUS317、SUS31
7にCu、N等を添加して耐孔食性等を改善したステン
レス鋼など)を用いることができ、とくに耐久性の点か
らチタンが好適である。金属被覆4の厚みは、従来と同
様に、0.3〜2.0mm程度とすればよい。
【0023】基材となる鋼管1は、パイプライン用鋼管
や鋼管杭に用いられる従来の炭素鋼等の鋼管のいずれで
あってもよく、その径も限定を要しない。また、重防食
層2の被覆を行う前の鋼管表面の下地処理は、従来のポ
リエチレンやポリウレタンによる重防食被覆の下地処理
と同様に行えばよい。なお、図1は、鋼管の外側を被覆
する場合を示しているが、本発明の被覆構造は、鋼管の
内側を被覆する場合にも適用することができる。
【0024】本発明の高耐食金属被覆鋼管は、上述のよ
うに、樹脂層を重防食層2と中間樹脂層3との2層構造
にしたことが特徴である。これにより、重防食層2とし
て、ピンホール等の欠陥が無く、基材との密着性の優れ
た被膜を容易に形成することができる。また、中間樹脂
層3を設けることにより、衝撃や圧縮等の外力の伝達を
緩和することによって、重防食層2の損傷を軽減するこ
とができる。さらに、中間樹脂層3により溶接時の熱影
響を遮断して、重防食層2の劣化を回避することができ
る。そのため、重防食層2は長期間にわたって健全な状
態を維持することができ、その耐久性を大幅に向上させ
ることができる。
【0025】次に、本発明の高耐食性金属鋼管の製造方
法(以下、本製造方法という)について説明する。本製
造方法は、重防食層2を形成する第一ステップと、中間
樹脂層3の塗膜を形成する第二ステップと、該塗膜が未
硬化のうちに、その表面に金属被覆4を形成する第三ス
テップと、金属被覆4を仮止めした状態で、中間樹脂層
3の塗膜を養生硬化させる第四ステップと、その後金属
被覆4の重ね継手をシーム抵抗溶接により接合する第五
ステップとを有することを特徴とする。
【0026】第一ステップにおける重防食層2の形成
は、従来の重防食樹脂被覆鋼管の場合と同様に行えばよ
い。すなわち、鋼管1の表面をブラスト処理して、プラ
イマーを塗付するなどの下地処理をした後、その表面に
重防食層2の樹脂被覆を行う。樹脂被覆の方法はとくに
限定を要しないが、従来ポリエチレン被覆の場合は押出
し法が、ポリウレタン被覆の場合はスプレー法やカーテ
ンフロー式の塗装法が多用されているので、これらの従
来の方法によればよい。
【0027】第二ステップにおける中間樹脂層3の形成
は、重防食層被膜の硬化後に行う。重防食層2の厚みの
均一性を確保し、重防食層と中間樹脂層との間に混合層
を形成させないためである。中間樹脂層塗膜の形成方法
はとくに限定を要しないが、均一膜厚の塗膜を効率よく
形成させるという観点から、被塗鋼管を回転させつつ一
方向に移動させて、スプレーノズル又はスリットノズル
から樹脂塗料を被塗物表面に供給するような塗布方式に
よることが好ましい。この方式は、ポリウレタン樹脂系
やエポキシ樹脂系塗料に好適であり、任意膜厚の塗膜を
容易に形成させることができる。
【0028】第三ステップにおいて、金属被覆4は中間
樹脂層3の塗膜の未硬化のうちに形成する。この塗膜と
金属被覆4との接着性を確保するためである。高耐食性
金属薄板を被覆する方法はとくに限定を要しないが、一
般に、比較的径の小さい管の場合は、図2(a)に示すよ
うに、継手が管軸に平行になるように被覆し、比較的径
が大きい管の場合には、図2(b)に示すように、スパイ
ラル状に被覆する方法がとられている。いずれの場合に
も、継目部(金属薄板の隣接する端部)に所定幅の重ね
継手5(図2の斜線部)が形成されるように被覆する。
重ね継手の幅は、10〜30mm程度にすれば良い。
【0029】なお、上記の金属被覆は、中間樹脂層の塗
膜が硬化し始めてある程度の変形抵抗を有し、かつ接着
性を失わない状態で行うことが好ましい。例えば常温型
ポリウレタン樹脂塗料の場合、完全に硬化する迄の時間
は0.3〜2時間程度であるが、タックフリー迄に金属
被覆を行うことが好ましい。さらに、第三ステップにお
いて、金属薄板の表面のうち中間樹脂層と対面する側
に、予め中間樹脂層の樹脂塗料の一部を塗布しておいて
もよい。金属被覆4と中間樹脂層3の馴染をよくし、そ
の密着性を高めるためである。
【0030】第四ステップは、金属被覆4を仮止めした
状態で、中間樹脂層3の塗膜を完全に養生硬化させる工
程である。仮止めの方法はとくに限定を要しないが、例
えば重ね継手の部分を両面テープで接着し、かつ必要に
応じて、適当な間隔で周方向の係止バンドを用いて、係
止状態を維持するような方法によればよい。なお、第四
ステップで塗膜を完全に硬化させる理由は、次の第五ス
テップでのハンドリングにおいて、金属被覆に外力が加
わって、中間樹脂層が変形するのを防止するためであ
る。
【0031】第五ステップは、中間樹脂層3の塗膜を養
生硬化させた後、金属被覆4の重ね継手を接合する工程
であり、本製造方法においては、シーム抵抗溶接により
これを行う。重ね継手の接合を、はぜ折り等の機械的な
接合方法により行うのは施工が面倒であり、接着剤を用
いるのでは、長時間の耐久性を保証しえない。また、シ
ーム抵抗溶接は、少ない溶融金属量で接合が可能なた
め、厚さ1mm程度の金属薄板の重ね接合に最適なこと
が知られているため、本発明においてもこれを用いる。
【0032】シーム抵抗溶接の電極配置には種々の方式
があるが、例えば一対の電極ローラを用いたインダイレ
クト・シーム抵抗溶接法によればよい。すなわち、平行
に配された一対の電極ローラを用い、その一方を重ね継
手の上を、他方を下側金属薄板の表面を走行させ、両電
極ローラ間に通電して重ね継手側の電極ローラ直下で、
金属薄板の界面を溶融させて接合する方式である。
【0033】第五ステップの溶接工程において最も重要
なことは、如何にして熱影響による下側樹脂層のダメー
ジを軽減するかということである。そのためには、溶接
条件、とくに電流(すなわち電圧)条件を適正に選択す
ることが重要である。
【0034】また、本製造方法おいては、電流が断続す
る通電方式によりシーム抵抗溶接を行うことが好まし
い。電流断続の周期は毎秒5〜20サイクル程度とす
る。このような電流断続方式によれば、より確実に樹脂
層の損傷を軽減しうるとともに、連続通電方式よりも溶
融ムラを少くして、同一入熱レベルでも確実に接合を行
うことができるためである。
【0035】さらに、第五ステップの抵抗溶接において
は、溶接点近傍を水冷しつつ溶接を行うこと好ましい。
中間樹脂層に対する熱影響をより軽減するためである。
水冷の方法はとくに限定を要せず、間接冷却方式でも直
接冷却方式でもよい。
【0036】本製造方法においては、上記の第一ステッ
プに代えて、ポリエチレン又はポリウレタンを被覆し
た、従来の重防食樹脂被覆鋼管をそのまま適用すること
もできる。また、第二ステップの塗装工程、第三ステッ
プの被覆工程及び第五ステップの溶接工程は、いずれも
被覆長さ3mの鋼管1本当り5〜30分程度の時間内に
作業を行うことができる。
【0037】第二ステップと第三ステップの間及び第四
ステップには、所定の待ち時間を必要とするが、この待
ち時間を確保しつつ、全工程を流れ作業的に構成するこ
とにより、少ない作業人員で効果良く本発明の高耐食性
金属被覆鋼管を量産することができる。
【0038】
【実施例】樹脂層を2層構造とした本発明のチタン被覆
鋼管と、樹脂層が1層の従来のチタン被覆鋼管につい
て、実際の海洋環境下で被覆の耐用性を調査した。供試
鋼管は、外径400mm×長さ6mの鋼管杭(JIS A552
5)である。本発明の実施例における被覆の手順は、以下
の通りである。供試鋼管をブラスト処理で除錆した後、
ポリウレタン樹脂系プライマーをスプレー塗装機で約3
0μmの厚みに塗布し、その表面に重防食層として厚さ
約3mmのポリウレタン樹脂被膜をスプレー塗装機で形
成させた後、5日間自然硬化させた。
【0039】中間樹脂層としては、二液混合常温硬化型
ポリウレタン樹脂塗料を用い、被塗鋼管を回転させつつ
一方向に移動させて、スプレー塗装法により膜厚約1m
mに塗布した。塗布後約4時間放置してから、その表面
に厚さ0.5mmのチタン薄板を、図2(a)に示すよう
に継手が管軸に平行になるように巻き付けた。重ね継手
の幅は約20mmとし、チタン薄板の端部(継手部)に
予め貼布した両面接着テープと、約50cm間隔で配し
た周回ゴムバンドにより仮止めした。
【0040】仮止め状態で、中間樹脂層のポリウレタン
塗膜を1日間養生硬化させた後、重ね継手部を、一対の
電極ローラを用いたインダイレクト・シーム抵抗溶接に
より接合した。電流をオン・オフする断続通電方式によ
って溶接を行い、溶接速度は20〜50cm/minで
あった。
【0041】一方比較例として、実施例と同様の塗装方
法と塗装仕様でプライマーと防食層を形成させた後、実
施例と同じポリウレタン樹脂塗料で、膜厚0.05mm
の樹脂被膜を形成させた。この塗装方法は、実施例の中
間樹脂層の塗装方法と同じにした。また、実施例と同様
の養生硬化条件で、実施例と同様にチタン薄板を被覆・
溶接した。チタンの板厚、仮止め方法、溶接条件等も実
施例と同一にした。
【0042】このようにして製作した実施例、比較例の
チタン被覆鋼管を、漂流物が多く波浪のある海岸岸壁に
約1年間曝露した後、これを回収して調査材を採取し、
チタン被覆を除去して目視観察による樹脂層被膜の損傷
の評価を行った。実施例、比較例ともに各10個の調査
材について上記の調査を行った結果を表1に示す。
【0043】
【表1】
【0044】表1に見られるように、実施例のチタン被
覆鋼管では、漂流物の衝突で中間樹脂層が損傷しても重
防食層は健全であった。これに対して比較例では、中間
層の厚みが薄過ぎるために、損傷が防食層にまで及んで
いた。
【0045】
【発明の効果】本発明の高耐食性金属被覆鋼管は、樹脂
層を2層構造にしたため、樹脂層全体での防食性、耐衝
撃性、耐浸水性、耐熱性等を顕著に改善することがで
き、これにより、該鋼管の耐久性を大幅に向上させるこ
とが可能になった。また、本発明の高耐食性金属被覆鋼
管の製造方法により、上記の被覆鋼管を簡便かつ効率良
く製造することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高耐食性金属被覆鋼管の被覆構造を示
す断面概要図である。
【図2】本発明における高耐食性金属薄板の被覆方法の
例を示す説明図である。
【符号の説明】
1 鋼管 2 重防食層 3 中間樹脂層 4 高耐食性金属被覆 5 重ね継手
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B23K 11/06 301 B23K 11/06 301 B32B 1/08 B32B 1/08 A 15/08 15/08 T 103 103Z 31/12 31/12 (72)発明者 木下 和宏 東京都千代田区大手町二丁目6番3号 新 日本製鐵株式会社内 (72)発明者 吉田 耕太郎 東京都千代田区岩本町二丁目11番9号 日 鉄防蝕株式会社内 (72)発明者 安藤 豊男 東京都千代田区岩本町二丁目11番9号 日 鉄防蝕株式会社内 (72)発明者 川瀬 義行 東京都千代田区岩本町二丁目11番9号 日 鉄防蝕株式会社内 Fターム(参考) 3H111 AA01 BA02 BA34 CB05 CC13 CC18 DA08 DA26 DB02 DB15 4D075 AE03 CA33 DA15 DB02 DC06 EA05 EB13 EB33 EB38 4F100 AB01D AB03A AB12 AK01C AK04B AK51B AK51C AK53C BA04 BA07 BA10A BA10D BA13 CC10 DA11 EC172 EG002 EH112 EH462 EH512 EJ082 EJ502 EJ65 EJ982 GB07 JB02B JB02D JK06C JK11C JL00 JL02 JL11C YY00C

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下地処理された鋼管表面に、ポリエチレ
    ン樹脂又はポリウレタン樹脂からなる重防食層が形成さ
    れ、その表面に外力に対する緩衝層及び接着層としての
    機能を有する中間樹脂層が形成され、さらにその表面に
    高耐食性金属薄板を被覆してなる高耐食性金属被覆鋼
    管。
  2. 【請求項2】 前記中間樹脂層が、ポリウレタン樹脂又
    はエポキシ樹脂からなり、その厚みが0.1〜10mm
    である請求項1記載の高耐食性金属被覆鋼管。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の高耐食性金属被覆
    鋼管の製造方法であって、下地処理された鋼管の表面に
    前記重防食層の樹脂被膜を形成する第一ステップと、該
    第一ステップで形成された樹脂被膜が硬化した後、その
    表面に前記中間樹脂層の塗膜を形成する第二ステップ
    と、該第二ステップで形成された塗膜が未硬化のうち
    に、その表面に高耐食性金属薄板を、その継目部に所定
    幅の重ね継手が形成されるように被覆する第三ステップ
    と、該高耐食性金属薄板を仮止めした状態で、中間樹脂
    層の塗膜を養生硬化させる第四ステップと、その後前記
    重ね継手をシーム抵抗溶接により接合する第五ステップ
    とを有することを特徴とする製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第五ステップにおけるシーム抵抗溶
    接を、電流が断続する通電方式により行うことを特徴と
    する請求項3記載の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第五ステップにおけるシーム抵抗溶
    接において、溶接点近傍を水冷しつつ溶接を行うことを
    特徴とする請求項3又は4記載の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第三ステップにおいて、前記高耐食
    性金属薄板の表面のうち前記中間樹脂層と対面する側
    に、予め中間樹脂層の樹脂塗料の一部を塗布することを
    特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の製造方法。
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