JP5020948B2 - 耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管及びその製造方法 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、内面と外面に亜鉛めっきを施した鋼管の内面にポリオレフィン管を被覆した内面ポリオレフィン被覆鋼管とその製造方法、及び、それに使用する内面ポリオレフィン被覆鋼管用の亜鉛めっき鋼管とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、上・下水道用の鋼管として、管内を通過する水が、直接、鋼管に触れて、鋼管が腐食しないように、鋼管の内面にポリ塩化ビニル管やポリエチレン管などの樹脂管を被覆した内面樹脂被覆鋼管が用いられている。
【０００３】
そして、これまで、その製造方法が幾つか開示されている（特開昭５５−４１２４６号公報、特開平５−２４１１０号公報、特開平６−２８５９８０号公報、特開２００３−９４５２２号公報、及び、特開２００３−２８５３７２号公報、参照）。
【０００４】
特開昭５５−４１２４６号公報には、鋼管の内面と、鋼管の内径より僅かに小さい外径のポリ塩化ビニル管の外面に接着剤を塗布し、該ポリ塩化ビニル管を鋼管の内面に挿入し、全体を加熱炉の中で９０〜１３０℃に加熱してポリ塩化ビニル管を十分に軟化・膨張させ、ポリ塩化ビニル管の両端を密閉して、管内へ、５〜１０ｋｇ／ｍ²の空気を数秒〜数１０秒間圧入してポリ塩化ビニル管を鋼管内面へ圧着させ、その後、冷却する内面ポリ塩化ビニル被覆鋼管の製造方法が開示されている。
この製造方法によれば、ポリ塩化ビニル管を、鋼管の内面に強固に接着することができる。
【０００５】
特開平５−２４１１０号公報には、接着剤を塗布したポリ塩化ビニル管を加熱、加圧し、鋼管の内面に接着させる際に、接着剤として、線膨張係数が鋼管の線膨張係数の２倍以下のものを使用する製造方法が開示されている。
この製造方法によれば、内面被覆の衝撃強度と８５℃の剪断接着強度が向上する。
【０００６】
特開平６−２８５９８０号公報には、ポリ塩化ビニル管や架橋ポリエチレン管などを縮径加工して得た熱膨張性合成樹脂管の外面にホットメルト型接着剤を塗布して、鋼管内面に挿入し、遠赤外線ヒーターで加熱して膨張させて、鋼管内面に接着させ、熱膨張性合成樹脂管内に加圧流体を圧入して、鋼管内面に圧着しつつ冷却する製造方法が開示されている。
この製造方法によれば、加熱炉に流入する外気の影響を受けずに、金属管を、長手方向にわたる所定の温度勾配の下で加熱することができるので、金属管の内両面と合成樹脂管との間に気泡を介在させることなく、金属管と合成樹脂間を強固に接着することができる。
【０００７】
しかし、内面をポリ塩化ビニル管で被覆した廃棄鋼管を、鉄資源としてリサイクルする場合、ポリ塩化ビニルは、燃焼時にダイオキシンなどの有害物質を発生して環境問題を引き起こす場合があるので、廃棄鋼管のリサイクルに、燃焼工程を含むリサイクルシステムを採用することはできない。
【０００８】
廃棄鋼管をリサイクルするため、廃棄鋼管を加熱して、ポリ塩化ビニル管の接着力を低減し、鋼管がまだ高温状態にある時に、ポリ塩化ビニル管を引き抜いて分離し、分離後、鋼管とポリ塩化ビニル管を、それぞれのリサイクルシステムで処理する方法がある。しかし、高温状態にある鋼管とポリ塩化ビニル管を分離する作業は、作業者にとって高負荷の作業である。
【０００９】
そこで、廃棄鋼管のリサイクルに際し、ダイオキシンが発生する懸念のないポリオレフィン管を、内面に被覆する樹脂管として利用する内面ポリオレフィン被覆鋼管が開発された。
【００１０】
特開２００３−９４５２２号公報には、外面にホットメルト型接着剤を積層したポリオレフィン管を鋼管内に挿入して、ポリオレフィンの結晶化温度以上で、かつ、ホットメルト型接着剤の融点以上に加熱し、ポリオレフィン管内を加圧して鋼管内面に圧着させ、続く冷却工程でも、ポリオレフィン管の温度が結晶化温度未満になるまで、管内を加圧状態に保持する製造方法が開示されている。
【００１１】
この製造方法において、加熱温度は、（ポリオレフィンの結晶化温度＋３０）℃程度で、かつ、接着剤の融点以上が好ましく、加圧圧力は、０．０５〜０．５ＭＰａが好ましい。低密度ポリエチレン管及び変性ポリエチレン系接着剤を使った実施例では、結晶化温度１２０℃に対して、加熱温度を１５０℃とし、加圧圧力を０．２ＭＰａとし、冷却途上のポリエチレンの温度が１００℃に達するまで、加圧状態を保持している。
そして、上記製造方法によれば、８５℃の熱水に１ケ月浸漬しても、ポリオレフィン層は、鋼管から剥離しない。
【００１２】
特開２００３−２８５３７２号公報には、外面にホットメルト型接着剤を積層したポリオレフィン管を鋼管内に挿入して、ポリオレフィン管の融点以下の温度で、管内面を加圧膨張させ、その後、ポリオレフィン管の融点以上で、かつ、接着剤の活性化温度以上に加熱して、ポリオレフィン管を鋼管内面に圧着し、続く冷却工程でも、ポリオレフィン管の温度が結晶化温度未満になるまで、管内を加圧状態に保持する製造方法が開示されている。
【００１３】
低密度ポリエチレン管（融点１２０℃）及び変性ポリエチレン系接着剤（活性化温度１４０℃）を使った実施例では、常温で５ＭＰａに加圧し、その後、１５０℃に加熱し、次いで、冷却途上のポリエチレンの温度が１００℃以下になるまで、加圧状態を保持している。
【００１４】
低密度ポリエチレン管（融点１２０℃）及び変性ポリエチレン系接着剤（活性化温度１４０℃）を使った実施例では、６０℃で４ＭＰａに加圧し、その後、１５０℃に加熱し、次いで、冷却途上のポリエチレンの温度が１００℃以下になるまで、加圧状態を保持している。
【００１５】
そして、上記製造方法によれば、ポリオレフィン管の内面の加圧膨張を、ポリオレフィンの融点以下の温度で行うので、内面被覆における偏肉度を小さくすることができる。
しかし、上記従来方法で製造した内面ポリオレフィン被覆鋼管は、水道管の凍結・融解が繰り返し起きる寒冷地において、鋼管の内面に被覆したポリオレフィン管が、鋼管から剥離することがある。
【００１６】
また、鋼管外面を防食する必要がある場合、鋼管として、内・外面を溶融亜鉛めっきした亜鉛めっき鋼管を使用すると、鋼管内部に温水が充満した状態においては、ポリオレフィン管と亜鉛めっきとの間の耐水密着性が劣化することが知られている。
【００１７】
それ故、鋼管内面に被覆する樹脂管としてポリオレフィン管を用いる場合、耐剥離性及び耐水密着性を改善し、鋼管の耐久性を高めることが求められている。
【００１８】
耐久性のよい内面ポリオレフィン被覆鋼管用の溶融亜鉛めっき鋼管を提供する方法としては、塗膜密着性が優れている自動車用鋼板として広く普及している合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）を電気抵抗溶接法で溶接して、溶融亜鉛めっき鋼管を製造することが考えられる。
【００１９】
しかし、この場合、鋼管外面の最表層に、鉄−亜鉛合金層が露出して、最表層の光沢が、純亜鉛層を有する溶融亜鉛めっき鋼管の最表層の光沢に比較して、著しく劣るという課題がある。さらに、電気抵抗溶接法で溶接した溶接部の内外面において、めっき層が消失するという課題がある。
【００２０】
したがって、内面ポリオレフィン被覆鋼管用の溶融亜鉛めっき鋼管には、鋼管外面のめっき面として、全面的に均一で、美麗で、かつ、光沢のあるめっき面が求められ、鋼管内面のめっき面として、全面的に均一で、かつ、塗膜密着性が優れているめっき面が求められている。
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】
特開昭５５−４１２４６号公報
【特許文献２】
特開平５−２４１１０号公報
【特許文献３】
特開平６−２８５９８０号公報
【特許文献４】
特開２００３−９４５２２号公報
【特許文献５】
特開２００３−２８５３７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は、上記従来技術における問題点を解決するため、凍結・融解が繰り返し起きる環境や、常時、温水が充満している状態においても、ポリオレフィン管の剥離が起こり難く、かつ、耐水密着性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管とその製造方法、及び、それに使用する亜鉛めっき鋼管とその製造方法を提供することを目的とする。
【００２３】
亜鉛めっき鋼管の内面にポリオレフィン管を被覆する場合、亜鉛めっき層とポリオレフィン管との界面で高い接着力を確保することが重要である。そこで、本発明者は、ポリオレフィン管の剥離形態から、その原因を調査した。
【００２４】
その結果、本発明者は、従来技術では、接着力が、凍結・融解現象の繰り返しでポリオレフィン管に発生する収縮応力に抗し得る程度に、充分に大きくなく、その結果、剥離が発生し易いとの発想に至った。
【００２５】
また、加えて、本発明者は、ポリオレフィン管は、ポリ塩化ビニル管に比較して、収縮・膨張が大きいので、加熱圧着前後に、ポリオレフィン管の内部に残留応力が残存し、その結果、接着力が低下し、凍結・融解の繰り返しで剥離が起きるとの発想に至った。
【００２６】
本発明者は、上記発想の下において、上記従来技術の問題点の解決策について鋭意検討した。その結果、次の知見を得るに至った。
（ｘ）亜鉛めっき鋼管の亜鉛めっき層に、Ａｌを０．０１〜６０質量％添加すると、亜鉛めっき層とポリオレフィン管との界面における接着力を高めることができる。
（ｙ）ポリオレフィン管を、加熱・加圧して、亜鉛めっき鋼管の内面に被覆する際、封入空気（又は、非酸化性ガス）を抜く温度を適正化すると、ポリオレフィン管の内部に残留する応力を、大幅に低減することができる。
（ｚ）（ｘ）及び（ｙ）の相乗作用で、凍結・融解が繰り返し起きる環境でも、また、温水に長時間接触している状態でも、ポリオレフィン管が剥離しない。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００２８】
（１） 内面及び外面に、Ａｌを０．０１〜６０質量％含有する亜鉛めっきを施した鋼管であって、かつ、内面のめっき最表層が、Ｆｅを６質量％以上含有する鉄−亜鉛合金層が４０％以上を占めるめっき層であり、該鋼管の内面に、接着剤を介して、ポリオレフィン管を被覆したことを特徴とする耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管。
【００２９】
（２） 前記鋼管の内面が、下地処理を施した内面であることを特徴とする前記（１）に記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管。
【００３０】
（３） 前記下地処理が、エポキシプライマーを塗布する処理であることを特徴とする前記（２）に記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管。
【００３１】
（４） 前記鋼管が、Ｓｉキルド鋼管又はＳｉ−Ａｌキルド鋼管であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管。
【００３２】
（５） 前記鋼管が、Ｓｉキルド鋼管又はＳｉ−Ａｌキルド鋼管の外面に、Ａｌを０．０１〜０．３質量％含有する亜鉛めっきを施した鋼管であることを特徴とする前記（４）に記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管。
【００３３】
（６）前記ポリオレフィン管が、ポリエチレン管であって、かつ、前記接着剤が、無水マレイン酸変性ポリエチレン、又は、エチレン−無水マレイン酸−アクリル酸エステル三元共重合体であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管。
【００３４】
（７） （ａ）鋼管の内面及び外面にＡｌを０．０１〜６０質量％含有する亜鉛めっきを施し、その後、該鋼管内面のめっき最表層を、ワイヤーブラシ等で除去し、Ｆｅを６質量％以上含有する鉄−亜鉛合金層が４０％以上を占めるめっき層を露出させ、該鋼管の内部に、外面に接着剤を積層したポリオレフィン管を挿入し、
（ｂ）上記ポリオレフィン管の内部に、空気又は非酸化性ガスを加圧して封入し、
（ｃ）上記鋼管の全体を、最終的に、ポリオレフィンの融点以上に加熱し、その後、
（ｄ）上記鋼管の温度が、ポリオレフィンの融点から５５℃以上低下した時、封入した空気又は非酸化性ガスを抜くことを特徴とする耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管の製造方法。
【００３５】
（８） 前記鋼管が、内面に下地処理を施したことを特徴とする前記（７）に記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管の製造方法。
【００３６】
（９） 前記下地処理が、エポキシプライマーを塗布する処理であることを特徴とする前記（８）に記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管の製造方法。
【００３７】
（１０） 前記鋼管が、Ｓｉキルド鋼管又はＳｉ−Ａｌキルド鋼管であることを特徴とする前記（７）〜（９）のいずれかに記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管の製造方法。
【００３８】
（１１） 前記鋼管が、Ｓｉキルド鋼管又はＳｉ−Ａｌキルド鋼管の外面に、Ａｌを０．０１〜０．３質量％含有する亜鉛めっきを施した鋼管であることを特徴とする前記（１０）に記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管の製造方法。
【００３９】
（１２） 前記ポリオレフィン管が、ポリエチレン管であって、かつ、前記接着剤が、無水マレイン酸変性ポリエチレン、又は、エチレン−無水マレイン酸−アクリル酸エステル三元共重合体であることを特徴とする前記（７）〜（１１）のいずれかに記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管の製造方法。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、凍結・融解が繰り返し起きる環境や、温水に長時間接触している状態においても、内面に被覆したポリオレフィン管の剥離が起こり難い。したがって、本発明は、寒冷地における長期の使用にも耐える耐久性を備えた内面ポリオレフィン被覆鋼管を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明を、図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２に、本発明の内面ポリオレフィン被覆鋼管（本発明鋼管）の断面構造を示す。
図１には、鋼管１の内面及び外面にＡｌを０．０１〜６０質量％含有する亜鉛めっき２を施した亜鉛めっき鋼管の内面２ａに、接着剤３を介して、ポリオレフィン管４を被覆した断面構造を示す。
【００４２】
図２には、鋼管１の内面及び外面にＡｌを０．０１〜６０質量％含有する亜鉛めっき２を施した亜鉛めっき鋼管の内面２ａに、エポキシプライマー５を塗布して硬化させ、接着剤３を介して、ポリオレフィン管４を被覆した断面構造を示す。
【００４３】
本発明鋼管において、亜鉛めっきを施す鋼管１として、通常の炭素鋼を用いて製造した一般の鋼管を使用することができるが、亜鉛めっき自体の鋼管からの耐剥離性を確保することを考慮すると、亜鉛めっきを施す鋼管は、Ｓｉキルド鋼又はＳｉ−Ａｌキルド鋼が望ましい。
【００４４】
鋼管１の内面及び外面に施す亜鉛めっきは、Ａｌを０．０１〜６０質量％含有する必要がある。亜鉛めっき中のＡｌが０．０１質量％未満であると、凍結・融解の繰り返しや、温水充満状態で、ポリオレフィン管が剥離し易くなるので、Ａｌの下限を０．０１質量％とする。
【００４５】
亜鉛めっき中のＡｌは、鋼管の耐食性を高める点で、多い方が好ましいが、Ａｌが６０質量％を超えると、凍結・融解の繰り返しや、温水充満状態で、ポリオレフィン管が剥離し易くなるので、Ａｌの上限を６０質量％とする。
【００４６】
なお、Ｓｉキルド鋼管又はＳｉ−Ａｌキルド鋼管を用いる場合、その外面に、Ａｌを０．０１〜０．３質量％含有する亜鉛めっきを施すことが好ましい。
【００４７】
亜鉛めっき鋼管については、その使用に先立ち、ポリオレフィン管と亜鉛めっきの密着性を阻害する白錆などの錆が発生していないかどうかを、確認する必要がある。
【００４８】
亜鉛めっき鋼管の内面に、白錆などの錆が発生している場合は、ポリオレフィン管との密着性を確保するため、該錆を、ワイヤーブラシなどで除去し、亜鉛めっきの表面を清浄化する必要がある。
【００４９】
亜鉛めっきの表面の錆を落とすだけで、ポリオレフィン管は、凍結・融解の繰り返しや、温水充満の環境下で、剥離し難くなるが、ポリオレフィン管の耐剥離性をより高めるため、亜鉛めっき鋼管の内面（亜鉛めっきの表面）に、下地処理を施すことが好ましい。
【００５０】
下地処理としては、めっき表面の研掃、めっき表面の軽い酸洗などを採用できるが、亜鉛めっき鋼管の内面に、エポキシプライマーを塗布し、加熱硬化させ、その上に、ポリオレフィン管を被覆すると、ポリオレフィン管の耐剥離性は、格段に向上する。
【００５１】
エポキシプライマーとしては、市販の液状エポキシプライマーや、粉体エポキシプライマーを使用することができるが、製造工場における環境衛生面から、粉体エポキシプライマーが好ましい。
【００５２】
塗布厚は、特に制限されないが、液状エポキシプライマーの場合は、３０〜７０μｍが好ましく、粉体エポキシプライマーの場合は、５０〜２５０μｍが好ましい。
【００５３】
本発明鋼管では、ポリオレフィン管として、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンープロピレン共重合体などで製造した管を使用することができるが、本発明鋼管を水道管に供する場合には、経済性の点から、ポリエチレン管が好ましい。
【００５４】
この場合、ポリエチレンとしては、防食性の面から、水蒸気や酸素の透過係数が小さい高密度ポリエチレンが好ましい。
ポリオレフィン管の外面に積層する接着剤としては、無水マレイン酸変性ポリエチレンや、エチレン−無水マレイン酸−アクリル酸エステル三元共重合体などを使用することができる。
【００５５】
これらの接着剤の積層に際しては、接着剤を、予め、丸ダイスなどで、ポリオレフィン管の外面に押出し、被覆して積層する。接着剤の厚みは、特に制限されないが、１００μｍ程度（８０〜１２０μｍ）が好ましい。
【００５６】
次に、本発明鋼管の製造方法（本発明製造方法）について、図面に基づいて説明する。
鋼管１の内面及び外面にＡｌを０．０１〜６０質量％含有する亜鉛めっき２を施した亜鉛めっき鋼管の内部に、外面に接着剤を積層したポリオレフィン管を挿入し、次いで、ポリオレフィン管の内部に、空気又は非酸化性ガスを加圧して封入する。
【００５７】
また、鋼管１の内面及び外面にＡｌを０．０１〜６０質量％含有する亜鉛めっき２を施した亜鉛めっき鋼管の内面に、下地処理を施し、その後、該鋼管の内部に、外面に接着剤を積層したポリオレフィン管を挿入し、次いで、ポリオレフィン管の内部に、空気又は非酸化性ガスを加圧して封入する。
【００５８】
接着剤を積層したポリオレフィン管を、亜鉛めっき鋼管の内部に挿入する場合、挿入作業を円滑に行うため、外径が亜鉛めっき鋼管の内径より小さいポリオレフィン管を使用する。
【００５９】
しかし、亜鉛めっき鋼管の内面とポリオレフィン管との間隙が大き過ぎると、ポリオレフィン管が膨張しても、ポリオレフィン管が亜鉛めっき鋼管の内面に密着しないか、又は、密着しても、剥離し易い被覆となるので、ポリオレフィン管の外径は、亜鉛めっき鋼管の内径、ポリオレフィン管の膨張率、及び、密着後の耐剥離性を考慮して、適宜設定する。
【００６０】
本発明者の試算及び実験結果によれば、ポリオレフィン管の外径は、亜鉛めっき鋼管の内径×（０．９３〜０．９５）が、充分な耐剥離性を確保するうえで好ましい。
図３に、亜鉛めっき鋼管７の内部に、外面に接着剤を積層したポリオレフィン管６を挿入した後、ポリオレフィン管の内部に、空気又は非酸化性ガスを加圧して封入する態様を示す。
【００６１】
図３に示すように、ポリオレフィン管６の両端に蓋８をして、一方の蓋８から、空気又は非酸化性ガス９を圧入した後、蓋８を閉じ、加圧空気又は非酸化性ガスをポリオレフィン管６の内部に封入する。この封入状態で、亜鉛めっき鋼管を加熱炉に入れ、最終的に、該鋼管全体を、ポリオレフィン管６の融点以上に加熱する。
【００６２】
ポリオレフィン管の内部に加圧して封入する非酸化性ガスは、特定のガスに限定されないが、アルゴン、窒素の不活性ガス、炭酸ガス等が好ましい。作業性及び経済性を考慮すると、空気がより好ましい。
【００６３】
封入ガスは、ポリオレフィン管を融点以上に加熱した時、ポリオレフィン管を膨張させ、亜鉛めっき鋼管の内面（めっき面）に密着させる作用を担うので、封入時の圧力は、ポリオレフィン管の融点で、上記作用をなす圧力（後述の図７によれば、少なくとも０．３ＭＰａ）に達し得る圧力であればよく、特定の圧力範囲に限定されない。
【００６４】
なお、本発明者の試算によれば、封入時の圧力は、０．０５ＭＰａ程度で充分である。
封入時の圧力の上限は、特に限定されないが、ポリオレフィン管の融点で、ポリオレフィン管を膨張させ、亜鉛めっき鋼管の内面（めっき面）に密着させる圧力が過大となると、ポリオレフィン管の管端に装着した蓋８が外れるので、実用的には、蓋８が外れない圧力であればよい。
【００６５】
実用的な封入時の圧力は、市販のコンプレッサーで安定な圧力が得られ、かつ、蓋が外れない０．３〜０．６ＭＰａが好ましい。
【００６６】
亜鉛めっき鋼管７全体を、最終的に、ポリオレフィンの融点以上に加熱して、ポリオレフィン管６を膨張させ、亜鉛めっき鋼管７の内壁に圧着させ、その後、内圧を負荷したまま冷却し、亜鉛めっき鋼管の温度がポリオレフィンの融点以下に低下した時、ポリオレフィン管内の空気９又は非酸化性ガスを抜いて、両端の蓋８を外す。
【００６７】
本発明製造方法においては、最終的に、鋼管全体をポリオレフィンの融点以上に加熱することが、ポリオレフィン管を、鋼管内面に、均一厚で密着させるうえで、重要である。なお、常温から最終的な加熱に至るまでの加熱態様は、通常の加熱態様でよい。
【００６８】
加熱温度は、ポリオレフィン管の融点、及び、加熱時間に達するまでの加熱時間を考慮して、適宜設定する。
例えば、ポリオレフィン管として、密度が０．９４の高密度ポリエチレンの管を使う場合、図４に示すように、ポリエチレンの融点は１２５℃であるので、加熱温度は１２５℃以上でよいが、最終的にポリエチレン管全体を溶融するまでには、長時間を必要とするので、加熱時間を短縮し、生産性や経済性を高めるという点から、好ましくは、１４０〜１７０℃に、より好ましくは、１５５〜１６５℃に、加熱する。
【００６９】
亜鉛めっき鋼管の加熱により、ポリオレフィン管の内部に封入された空気又は非酸化性ガスが膨張し、また、ポリオレフィン管の外面に積層した接着剤が溶融し、ポリオレフィン管が、亜鉛めっき鋼管の内面に強力に圧着される。
【００７０】
ポリオレフィン管が、亜鉛めっき鋼管の内面に強力に圧着された後、亜鉛めっき鋼管の冷却を開始する。そして、亜鉛めっき鋼管の温度が、ポリオレフィン管の融点以下に低下した時、ポリオレフィン管の内部に封入した空気又は非酸化性ガスを抜き、内圧を開放する。
【００７１】
内圧を開放すると、ポリオレフィン管は収縮しようとし、さらに、冷却過程でも収縮しようとするが、ポリオレフィン管は、接着剤で亜鉛めっき鋼管に接着されているので、冷却後、管壁に、ポリオレフィン管を剥離させようとする残留応力が発生する。
【００７２】
亜鉛めっき鋼板の耐久性を高める点て、発生する残留応力は、できるだけ小さい方が好ましく、本発明製造方法においては、残留応力の発生を極力抑制することができる温度で、内圧を開放することが重要である。
【００７３】
例えば、図４に示すように、ポリエチレンは、温度降下とともに体積が収縮し、融点直下から急激に収縮する。それ故、ポリエチレン管の冷却過程で、体積が急激に収縮する温度域で封入空気又は非酸化性ガスを抜くと、内圧が開放されて、ポリエチレン管は収縮しようとする。
【００７４】
一方、ポリエチレン管は、接着剤で亜鉛めっき鋼管に接着されているので、内圧開放後は、管壁に、ポリエチレン管を剥離させようとする残留応力が発生する。
【００７５】
ポリエチレン管は、冷却過程でも収縮するから、内圧を開放する温度は、理想的には、常温（２５℃程度）であるが、管の冷却には時間がかかるので、経済的でない。
【００７６】
冷却時間を短縮するため、亜鉛めっき鋼管の外面を水冷することが考えられるが、亜鉛めっき鋼管の外面に白錆が発生する危険があるので、外面水冷は得策でない。
【００７７】
本発明者が、密度０．９４の高密度ポリエチレン管（融点１２５℃）を用いて行った試験結果によれば、ポリエチレン管の温度が７０℃に降下した時点で、即ち、ポリエチレンの融点（１２５℃）から５５℃低下した時点で、封入空気又は非酸化性ガスを抜いて加圧を終了すると、良好な結果が得られる。
【００７８】
その理由は、次のように推察される。
【００７９】
ポリエチレンの温度降下により発生する収縮応力σは、次式（１）で求めることができる。
【００８０】
【数１】

但し、σ：温度降下によるポリエチレンに発生する収縮応力
Ｔ₁、Ｔ₂：ポリエチレンと鋼管の冷却前後の温度
Ｅ（Ｔ）：ポリエチレンの引張弾性率
α（Ｔ）、αｓ（Ｔ）：ポリエチレンと鋼管の線膨張係数
【００８１】
ここで、ポリエチレンの線膨張係数ａ（Ｔ）は、温度Ｔの関数で、密度が０．９４の高密度ポリエチレンでは、図５に示す通りである。鋼管の線膨張係数αｓ（Ｔ）は、ポリエチレンの線膨張係数の１／３０〜１／５０と十分小さいので、省略することができる。
【００８２】
また、ポリエチレンの引張弾性率Ｅ（Ｔ）も、温度Ｔの関数で、密度が０．９４の高密度ポリエチレンでは、図６に示す通りである。
【００８３】
ポリエチレンの融点直下から各温度に温度降下した時、ポリエチレン管の内圧を開放すると、その各温度から常温までに至る間に、その温度差に相当して、収縮応力が、ポリエチレン管の管壁に発生する。
【００８４】
上記収縮応力は、ポリエチレン管の内圧を開放する時の温度から常温までの温度の階差毎に積算計算する次式（２）で近似的に求めることができる。
【００８５】
【数２】

ポリエチレン管に発生する収縮力Ｐは、次式（３）で求めることができる。
【００８６】
【数３】

ここで、ｔ：ポリエチレン管の肉厚
Ｄ：ポリエチレン管の内圧開放前の外径
【００８７】
密度０．９４の高密度ポリエチレン管について、図５の線膨張係数と図６の引張弾性率から、上式に基づいて、内圧を開放する温度Ｔとポリエチレン管に発生する収縮力Ｐの関係を求めると、図７に示す関係が得られる。
【００８８】
図７に示す関係に基づけば、温度Ｔが融点やその直下の時に、内圧を開放すると、ポリエチレン管には、大きな収縮力Ｐが発生し、ポリエチレン管と亜鉛めっき鋼管との界面における接着力が、その収縮力Ｐに相当する分、小さくなり、その結果、凍結・融解の繰り返しや、温水充満状態で、ポリエチレン管が剥離すると考えられる。
【００８９】
しかし、内圧を開放する温度Ｔが、より低い温度であれば、ポリエチレン管に発生する収縮力Ｐが小さくなり、この収縮力Ｐによるポリエチレン管と亜鉛めっき鋼管との界面における接着力の低下も小さくなるので、凍結・融解の繰り返しや、温水充満状態でも、ポリエチレン管の剥離が起こらないようになると考えられる。
【００９０】
ポリエチレン管の場合、ポリエチレン管の剥離が起こらない収縮力Ｐの臨界値は、図７に示す０．１７ＭＰａ近傍であり、この収縮力Ｐに相当する内圧開放温度Ｔは、７０℃であると推定することができる。
【００９１】
以上のことから、本発明製造方法においては、ポリオレフィン管の温度が、ポリオレフィンの融点から、少なくとも５５℃以上低下した時点で、封入空気又は非酸化性ガスを抜いて、加圧を終了することが好ましい。
【００９２】
次に、特に、ポリオレフィンと密着耐久性の良い内面ポリオレフィン被覆鋼管用溶融亜鉛めっき鋼管とその製造方法について説明する。
【００９３】
通常、鋼管に溶融亜鉛めっきを施すと、内面の最表層は、亜鉛を主体とするめっき層となり、該めっき層が、前述のように、所要量のＡｌを含んでいると、所要のポリオレフィンとの密着耐久性を得ることができる。
【００９４】
本発明者は、さらに検討した結果、亜鉛主体のめっき層が、Ｆｅを所定量含有していると、さらに、ポリオレフィンとの密着耐久性が向上することを見いだした。
【００９５】
そこで、本発明者は、鋼管内面のめっき層に、意図的に、Ｆｅを存在させるか、又は、露出させることを検討した。
【００９６】
通常、鋼管に溶融亜鉛めっきを施すと、鋼管側からめっき層へ、Ｆｅが拡散するので、めっき層の鋼管側では、Ｆｅ濃度が高くなり、めっき最表層では、Ｆｅ濃度が低くなっている。
【００９７】
本発明者は、めっき層におけるＦｅ濃度分布を利用し、めっき最表層を、ブラシなどで研掃して、Ｆｅを６質量％以上含有するＦｅ−Ｚｎ合金層を露出させた。
【００９８】
そして、本発明者は、この露出により、めっき層とポリオレフィンとの密着耐久性を、さらに高めることに成功した。
【００９９】
Ｆｅ含有量が６質量％未満のＦｅ−Ｚｎ合金層では、所望レベルの密着耐久性を確保することができないので、Ｆｅを６質量％以上含有するＦｅ−Ｚｎ合金層を露出させる必要がある。
【０１００】
Ｆｅ−Ｚｎ合金層を露出させる方法としては、ブラシなどによる研掃方法以外にも、例えば、内面めっき層をある程度高温で所定時間保持して、Ｆｅの熱拡散を促進させ、最表層に、Ｆｅを６質量％以上含有するめっき層を形成する方法も可能である。
【０１０１】
図８及び図９に、本発明の耐久性のよい内面ポリオレフィン被覆鋼管用の溶融亜鉛めっき鋼管に、内面ポリオレフィン被覆を施した鋼管（本発明鋼管）の断面構造を示す。
【０１０２】
図８に、鋼管１の内面及び外面に溶融亜鉛めっき２を施し、Ｆｅを６％質量以上含有するＦｅ−Ｚｎ合金層を露出させた亜鉛めっき鋼管の内面２ｂに、接着剤３を介して、ポリオレフィン管４を被覆した断面構造を示す。
【０１０３】
図９に、鋼管１の内面及び外面に溶融亜鉛めっき２を施し、Ｆｅを６％質量以上含有するＦｅ−Ｚｎ合金層を露出させた亜鉛めっき鋼管の内面２ｂに、エポキシプライマー５を塗布して硬化させ、接着剤３を介して、ポリオレフィン管４を被覆した断面構造を示す。
【０１０４】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【実施例１】
【０１０５】
鋼管（鋼種：Ｓｉキルド鋼、ＳＧＰ１００Ａ Ｘ ６０００ｍｍ長さ）の内面及び外面を溶融亜鉛めっきして、亜鉛めっき鋼管を得た。この時に、亜鉛めっきに含まれるアルミニウムの含有量を、０〜６０質量％の間で変化させた。
【０１０６】
亜鉛めっき鋼管の内面をワイヤーブラシで研掃して、白錆を除去した。次に、この亜鉛めっき鋼管の内径より外径が僅かに小さく、外面に厚さ１００μｍの無水マレイン酸変性ポリエチレンを積層した高密度ポリエチレン管を用意した。
【０１０７】
高密度ポリエチレン管の厚みは２．０ｍｍ、融点は１２５℃である。
高密度ポリエチレン管を亜鉛めっき鋼管の内部に挿入し、図３に示すように、両端に蓋をし、空気を圧入して封入し、次いで、加熱炉で１６０℃に加熱し、高密度ポリエチレン管を溶融し、亜鉛めっき鋼管の内面に圧着させた。
【０１０８】
その後、亜鉛めっき管を加熱炉から取り出して冷却し、温度が７０℃になった時点で、封入空気を抜いて、内面に高密度ポリエチレン管を被覆した亜鉛めっき鋼管（本発明鋼管Ａ）を得た。
【０１０９】
本発明鋼管Ａを切断して、凍結・融解試験と温水浸漬試験を行った。
凍結・融解試験は、１５０ｍｍの長さに切断して得た試験片を、水道水を入れた容器の中に、長さの約１／３が水に漬かる状態にして立て、容器ごと−１０℃の低温槽に入れて２３時間凍結させ、次に、６０℃の高温槽に１時間入れて解氷する凍結・融解作業を１サイクルとして、２０サイクル繰返した。
【０１１０】
温水浸漬試験は、１５０ｍｍの長さに切断して得た試験片を、水道水を入れた容器の中に浸潰し、容器ごと、４０℃の恒温槽に入れて、１ケ月間放置して行った。
凍結・融解試験と温水浸漬試験の後、試験片について、高密度ポリエチレン管の剥離の有無を調査した。その結果を表１に示す。
【０１１１】
表１から、凍結・融解や温水浸漬による高密度ポリエチレン管の剥離を防止するには、亜鉛めっき中に、Ａｌを０．０１〜６０質量％添加する必要があることが解る。
【０１１２】
【表１】

【実施例２】
【０１１３】
鋼管（鋼種：Ｓｉキルド鋼、ＳＧＰ１００Ａ Ｘ ６０００ｍｍ長さ）の内面及び外面を溶融亜鉛めっきして、亜鉛めっき鋼管を得た。この時、亜鉛めっきに含まれるＡｌ量を、０．０１質量％とした。
【０１１４】
この亜鉛めっき鋼管の内面をワイヤーブラシで研掃して、白錆を除去し、その後、下地処理として、粉体エポキシプライマーを、厚みが８０μｍになるように静電塗装し、次いで、加熱して硬化させた。
【０１１５】
この亜鉛めっき鋼管の内径より外径が僅かに小さく、外面に厚さ１００μｍの無水マレイン酸変性ポリエチレンを積層した高密度ポリエチレン管を用意した。高密度ポリエチレン管の厚みは、２．０ｍｍ、融点は、１２５℃である。
【０１１６】
高密度ポリエチレン管を亜鉛めっき鋼管の内部に挿入し、図３に示すように、両端に蓋をして、圧力を変えて空気を封入し、その後、加熱炉で１６０℃に加熱し、高密度ポリエチレン管を溶融し、亜鉛めっき鋼管の内面に圧着させた。
【０１１７】
その後、亜鉛めっき鋼管を加熱炉から取り出して冷却し、温度が７０℃になった時点で、封入空気を抜いて、内面高密度ポリエチレン被覆鋼管（本発明鋼管Ｂ）を得た。
【０１１８】
本発明鋼管Ｂを切断して、凍結・融解試験と温水浸漬試験を行った。凍結・融解試験は、１５０ｍｍ長さに切断して得た試験片を、水道水を入れた容器の中に、長さの約１／３が水に漬かる状態にして立て、容器ごと−１０℃の低温槽に入れて２３時間凍結させ、次に、６０℃の高温槽に１時間入れて解氷する凍結・融解作業を１サイクルとし、１００サイクル繰返した。
温水浸漬試験は、１５０ｍｍ長さに切断して得た試験片を、水道水を入れた容器の中に浸漬して、容器ごと４０℃の恒温槽に入れて３ケ月間放置して行った。
【０１１９】
凍結・融解試験と温水浸漬試験の後、試験片について、高密度ポリエチレン管の剥離の有無を調べた。その結果を表２に示す。
表２から、高密度ポリエチレン管の内面に印加する内圧を０．３〜０．６ＭＰａとすれば、凍結・融解や温水浸漬による高密度ポリエチレン管の剥離を防止することができることが解る。
【０１２０】
【表２】

【実施例３】
【０１２１】
鋼管（鋼種：Ｓｉキルド鋼、ＳＧＰ１００Ａ Ｘ ６０００ｍｍ長さ）の内面及び外面を溶融亜鉛めっきして、亜鉛めっき鋼管を得た。この時、亜鉛めっきに含まれるアルミニウムの含有量を０．０１質量％とした。
【０１２２】
この亜鉛めっき鋼管の内面をワイヤーブラシで研掃して、白錆を除去し、下地処理として、粉体エポキシプライマーを、厚みが８０μｍになるように静電塗装し、次いで、加熱し硬化させた。
【０１２３】
この亜鉛めっき鋼管の内径より外径が僅かに小さく、外面に厚さ１００μｍの無水マレイン酸変性ポリエチレンを積層した高密度ポリエチレン管を用意した。高密度ポリエチレン管の厚みは、２．０ｍｍ、融点は、１２５℃である。
【０１２４】
高密度ポリエチレン管を亜鉛めっき鋼管の内部に挿入し、図３に示すように、両端に蓋をして、内圧が０．３ＭＰａになるように空気を封入し、その後、加熱炉で１６０℃に加熱して、高密度ポリエチレン管を溶融し、亜鉛めっき鋼管の内面に圧着させた。
【０１２５】
その後、亜鉛めっき鋼管を加熱炉から取り出して冷却したが、冷却過程で、封入空気を抜く温度を変化させて、内面高密度ポリエチレン被覆鋼管（本発明鋼管Ｃ）を得た。
【０１２６】
本発明鋼管Ｃを切断して、凍結・融解試験と温水浸漬試験を行った。凍結・融解試験は、１５０ｍｍ長さに切断して得た試験片を、水道水を入れた容器の中に、長さの約１／３が水に漬かる状態にして立て、容器ごと−１０℃の低温槽に入れて２３時間凍結させ、次に、６０℃の高温槽に１時間入れて解氷する凍結・融解作業を１サイクルとし、１００サイクル繰返した。
【０１２７】
温水浸漬試験は、１５０ｍｍ長さに切断して得た試験片を、水道水を入れた容器の中に浸漬し、容器ごと４０℃の恒温桶に入れて３ケ月間放置して行った。
【０１２８】
凍結・融解試験と温水浸漬試験の後、試験片について、高密度ポリエチレン管の剥離の有無を調べた。その結果を表３に示す。
【０１２９】
表３から、凍結・融解や温水浸漬による高密度ポリエチレン管の剥離を防止するには、冷却工程で、高密度ポリエチレン管の内部の封入空気を抜く時の温度を、７０℃以下の温度、即ち、融点（１２５℃）から５５℃以上低下した温度にすることが好ましいことが解る。
【０１３０】
【表３】

【実施例４】
【０１３１】
鋼管（鋼種：Ｓｉキルド鋼、ＳＧＰ１００Ａ Ｘ ６０００ｍｍ長さ）の内面及び外面を溶融亜鉛めっきして、亜鉛めっき鋼管を得た。この時、亜鉛めっきに含まれるアルミニウムの含有量を、０．０１質量％とした。
【０１３２】
この亜鉛めっき鋼管の内面をワイヤーブラシで研掃して、白錆のみを除去し、純亜鉛層を露出させためっき鋼管と、純亜鉛層まで除去し、鉄含有量６％以上の鉄−亜鉛合金層を露出させためっき鋼管を用意した。
【０１３３】
次に、この亜鉛めっき鋼管の内径より外径が僅かに小さく、外面に厚さ１００μｍの無水マレイン酸変性ポリエチレンを積層した高密度ポリエチレン管を用意した。高密度ポリエチレン管の厚みは、２．０ｍｍ、融点は、１２５℃である。
【０１３４】
高密度ポリエチレン管を亜鉛めっき鋼管の内部に挿入し、図３に示すように、両端に蓋をし、空気を圧入して封入し、次いで、加熱炉で１６０℃に加熱し、高密度ポリエチレン管を溶融し、亜鉛めっき鋼管の内面に圧着させた。
【０１３５】
その後、亜鉛めっき管を加熱炉から取り出して冷却し、温度が７０℃になった時点で、封入空気を抜いて、内面に高密度ポリエチレン管を被覆した亜鉛めっき鋼管（本発明鋼管Ｄ）を得た。
【０１３６】
本発明鋼管Ｄを切断して、凍結・融解試験と温水浸漬試験を行った。凍結・融解試験は、１５０ｍｍの長さに切断して得た試験片を、水道水を入れた容器の中に、長さの約１／３が水に漬かる状態にして立て、容器ごと−１０℃の低温槽に入れて２３時間凍結させ、次に、６０℃の高温槽に１時間入れて解氷する凍結・融解作業を１サイクルとして、１００サイクル繰返した。
【０１３７】
温水浸漬試験は、１５０ｍｍの長さに切断して得た試験片を、水道水を入れた容器の中に浸潰し、容器ごと、４０℃の恒温槽に入れて、３ケ月間放置して行った。
凍結・融解試験と温水浸漬試験の後、試験片について、高密度ポリエチレン管の剥離の有無を調査した。その結果を表４に示す。
【０１３８】
表４から、凍結・融解や温水浸漬による高密度ポリエチレン管の剥離を防止するには、内面めっきにおいて、鉄含有量６％以上の鉄−亜鉛合金層を露出させることが好ましいことが解る。
【０１３９】
【表４】

【産業上の利用可能性】
【０１４０】
前述したように、本発明によれば、凍結・融解が繰り返し起きる環境や、温水に長時間接触している状態においても、内面に被覆したポリオレフィン管の剥離が起こり難い。したがって、本発明は、寒冷地における長期の使用にも耐える耐久性を備えた内面ポリオレフィン被覆鋼管を提供することができ、産業上の利用可能性が大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】、本発明の内面ポリオレフィン被覆鋼管の一実施態様を示す図である。
【図２】本発明の内面ポリオレフィン被覆鋼管の別の実施態様を示す図である。
【図３】亜鉛めっき鋼管の内部に、外面に接着剤を積層したポリオレフィン管を挿入し、その後、ポリオレフィン管の内部に、空気又は非酸化性ガスを加圧して封入する態様を示す図である。
【図４】ポリエチレンの温度と比容積の関係の一例を示す図である。
【図５】ポリエチレンの線膨張係数と温度の関係の一例を示す図である。
【図６】ポリエチレンの引張弾性率と温度の関係の一例を示す図である。
【図７】ポリエチレン管の収縮力と内圧開放温度との関係の一例を示す図である。
【図８】本発明の内面ポリオレフィン被覆鋼管の別の実施態様を示す図である。
【図９】本発明の内面ポリオレフィン被覆鋼管のさらに別の実施態様を示す図である。
【符号の説明】
【０１４２】
１ 鋼管
２ 亜鉛めっき
２ａ 亜鉛めっき鋼管の内面
３ 接着剤
４ ポリオレフィン管
５ エポキシプライマー
６ ポリオレフィン管
７ 亜鉛めっき鋼管
８ 蓋
９ 空気又は非酸化性ガスの流れ

Claims (12)

1. 内面及び外面に、Ａｌを０．０１〜６０質量％含有する亜鉛めっきを施した鋼管であって、かつ、内面のめっき最表層が、Ｆｅを６質量％以上含有する鉄−亜鉛合金層が４０％以上を占めるめっき層であり、該鋼管の内面に、接着剤を介して、ポリオレフィン管を被覆したことを特徴とする耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管。
2. 前記鋼管の内面が、下地処理を施した内面であることを特徴とする請求項１に記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管。
3. 前記下地処理が、エポキシプライマーを塗布する処理であることを特徴とする請求項２に記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管。
4. 前記鋼管が、Ｓｉキルド鋼管又はＳｉ−Ａｌキルド鋼管であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管。
5. 前記鋼管が、Ｓｉキルド鋼管又はＳｉ−Ａｌキルド鋼管の外面に、Ａｌを０．０１〜０．３質量％含有する亜鉛めっきを施した鋼管であることを特徴とする請求項４に記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管。
6. 前記ポリオレフィン管が、ポリエチレン管であって、かつ、前記接着剤が、無水マレイン酸変性ポリエチレン、又は、エチレン−無水マレイン酸−アクリル酸エステル三元共重合体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管。
7. （ａ）鋼管の内面及び外面にＡｌを０．０１〜６０質量％含有する亜鉛めっきを施し、その後、該鋼管内面のめっき最表層を、ワイヤ−ブラシ等で除去し、Ｆｅを６質量％以上含有する鉄−亜鉛合金層が４０％以上を占めるめっき層を露出させ、該鋼管の内部に、外面に接着剤を積層したポリオレフィン管を挿入し、
   （ｂ）上記ポリオレフィン管の内部に、空気又は非酸化性ガスを加圧して封入し、
   （ｃ）上記鋼管の全体を、最終的に、ポリオレフィンの融点以上に加熱し、その後、
   （ｄ）上記鋼管の温度が、ポリオレフィンの融点から５５℃以上低下した時、封入した空気又は非酸化性ガスを抜くことを特徴とする耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管の製造方法。
8. 前記鋼管が、内面に下地処理を施したことを特徴とする請求項７に記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管の製造方法。
9. 前記下地処理が、エポキシプライマーを塗布する処理であることを特徴とする請求項８に記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管の製造方法。
10. 前記鋼管が、Ｓｉキルド鋼管又はＳｉ−Ａｌキルド鋼管であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管の製造方法。
11. 前記鋼管が、Ｓｉキルド鋼管又はＳｉ−Ａｌキルド鋼管の外面に、Ａｌを０．０１〜０．３質量％含有する亜鉛めっきを施した鋼管であることを特徴とする請求項１０に記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管の製造方法。
12. 前記ポリオレフィン管が、ポリエチレン管であって、かつ、前記接着剤が、無水マレイン酸変性ポリエチレン、又は、エチレン−無水マレイン酸−アクリル酸エステル三元共重合体であることを特徴とする請求の範囲７〜１１のいずれか１項に記載の耐久性に優れた内面ポリオレフィン被覆鋼管の製造方法。

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