JP5187455B1 - 多重塗覆装鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼管外側に被覆された防食層の外面に、密着性及び剥離性を有する保護層が被覆された多重塗覆装鋼管の製造方法を提供する。
【解決手段】基材である鋼管１の外側に、ポリエチレン樹脂層からなる防食層３００と、該防食層３００の上層としてポリプロピレン樹脂層からなる保護層４００が被覆された多重塗覆装鋼管１を製造するに際し、前記鋼管１の外側に、ポリエチレン樹脂を被覆したのち、該ポリエチレン樹脂の表面温度を40℃以上70℃以下まで冷却して前記防食層３００を形成し、次いで、該防食層３００の表面に、特定のポリプロピレン樹脂を使用し、該ポリプロピレン樹脂の温度を260℃以上290℃以下として被覆厚みが0.9mm以上1.8mm以下になるように被覆し、153℃/sec以上450℃/sec以下の冷却速度で前記ポリプロピレン樹脂の表面温度を170℃以下になるまで冷却して前記保護層４００を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガス管、ケーブル保護管、水道用配管などの用途に好適な、防食層および保護層を被覆層として有する多重塗覆装鋼管、特に連続ラインのライン速度を高めて製造しても防食層と保護層とが適度な密着性および剥離性を有する、現場での施工性に優れた多重塗覆装鋼管の製造方法に関する。

鋼管に防食層としてポリエチレン樹脂層が被覆された被覆鋼管は、防食性能に優れていることに加えて使用温度範囲が広く、電気絶縁性や耐薬品性にも優れていることから、ガス用や水道用配管、ケーブル保護管などに広く用いられている。また、現地施工に供される場合が多いことに鑑み、この被覆鋼管には、輸送取扱時の機械的外力から防食層（ポリエチレン樹脂層）を保護する目的で、該防食層の表面（外面）にポリプロピレン樹脂層を保護層とし、多重被覆層を設けたものがある。

図１に例示されるように、この多重塗覆装鋼管は、基材である鋼管1の外側表面に、アンダーコート等と呼ばれる粘着剤層2を介して防食層（ポリエチレン樹脂層）3が被覆され、更に防食層（ポリエチレン樹脂層）3の表面（外面）に保護層（ポリプロピレン樹脂層）4を被覆した構成を有する。また、防食性をより一層高める目的で、用途に応じて鋼管の内面側にも被覆する場合もある。

また、通常、このような多重塗覆装鋼管は連続ラインで製造され、防食層および保護層は図２に示すような多重被覆ラインで押出し被覆により形成される。すなわち、ラインの上流側から搬送された基材である鋼管1は、鋼管予熱装置10で40〜80℃程度に予熱され、粘着剤塗布装置20で表面に150〜200℃に加熱された粘着剤（図省略）が塗布される。その後、鋼管1は、防食層押出被覆機30に搬送され、溶融状態（200〜260℃程度）の防食層樹脂300が表面に押出被覆され、防食層冷却機31で冷却され、防食層3となる。次いで、鋼管1は、保護層押出被覆機40に搬送され、溶融状態（260〜270℃程度）の保護層樹脂400が防食層3の表面に押出被覆され、保護層冷却機41で表面が冷却され、保護層4となる。

ところで、塗覆装鋼管をガス用等の配管やケーブル保護管などに適用する場合には、施工時、複数の鋼管の管端同士を溶接などにより接続する。ここで、防食層（ポリエチレン樹脂層）の表面（外面）に保護層（ポリプロピレン樹脂層）を被覆した多重塗覆装鋼管の管端同士を溶接などによって接続するに際しては通常、溶接のし易さ、および溶接後の鋼露出部の補修のし易さを確保するという理由で、図３に示すように多重塗覆装鋼管端部（鋼管端部から100mm〜150mm程度の領域）の防食層3および保護層4を剥離し鋼を露出させ、さらに保護層4aのみを剥離する（防食層端部から100mm〜150mm程度の領域）。そのため、保護層（ポリプロピレン樹脂層）には、溶接施工時、防食層（ポリエチレン樹脂層）から人手によって剥離できる程度の剥離性を有することが要求される。

その一方で、保護層（ポリプロピレン樹脂層）の剥離性が過剰に高くなると、保護層（ポリプロピレン樹脂層）と防食層（ポリエチレン樹脂層）の密着性が著しく低下し、種々の問題を招来する。例えば、上記密着性が低下すると、防食層3から多重塗覆装鋼管端部の保護層4aを剥離するために鋼管端部の保護層4に周状に切れ目5を入れた際、切れ目5周辺の保護層4が防食層3から部分的に浮く場合がある。その結果、保護層4aを防食層3から剥離した後、防食層3上に残っている保護層4bの端部4’が防食層3から浮き、防食層3と保護層4の間に隙間6ができ、外観も悪くなる。また、多重塗覆装鋼管の管端部同士を溶接等によって接続した後、接続部に防食テープを巻き付ける等の補修を行うが、このような保護層の浮きが残存したままでは、補修を行う場合にも問題が発生する。更に、防食層と保護層との密着性が低下すると、何らかの衝撃で層間にエアが入る場合があり、外観が悪くなるという問題もある。

上述したように、防食層と保護層との間には、多重塗覆装鋼管の管端部における保護層を防食層から剥離する場合に、剥離し易く、且つ上記の如き浮きが発生しない程度の密着性を有する必要がある。つまり、防食層と保護層の密着性は大きすぎても小さすぎても好ましくない。任意のポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂をそれぞれ防食層、保護層として用いると、該樹脂の融着等が発生して剥離性が著しく悪化したり、浮きが発生するなど、実用性に欠くこととなる。

そこで、このような多重塗覆装鋼管に関し、防食層のポリエチレン樹脂と保護層のポリプロピレン樹脂との剥離性を確保すべく、現在までに様々な技術が提案されてきている。
例えば、特許文献１には、鋼管外面に押出し被覆した防食層を25℃以下になるまで冷却したのち、保護層をその上に押出し被覆することにより、防食層と保護層の融着を防止して保護層の剥離性を確保する技術が提案されている。そして、係る技術によると、防食層および保護層の皮膜性状を損なうことなく、防食層と保護層の融着を防止することができるとされている。

しかしながら、特許文献１で提案された技術では、防食層を25℃以下に冷却するために冷却時間を長くすることが必要となる。それゆえ、製造時の冷却ラインを長くする、もしくはライン速度を遅くする等、冷却時間を確保するための制約が発生し、工業的に不利になる。先述のとおり、防食層の被覆および保護層の被覆は１つの連続ラインで行うのが通常であるが、近年ライン速度は生産性向上のため高速になる傾向にあり、従来の方法では適度な融着性を確保するのが困難である。

また、特許文献２には、酸化カルシウムなどの無機粉末を防食層と保護層の間に散布することにより、両層の融着を防止する技術が提案されている。そして、係る技術によると、溶接施工の際に接合部の保護層が剥離し易いうえ、環境温度の変化に起因する保護層の伸縮を防止し得る被覆鋼管が得られるとされている。しかしながら、特許文献２で提案された技術は、粉体を散布する設備が必要であるうえ、製造所内での粉体の扱いも煩雑なため、やはり工業的に不利なものである。

また、特許文献３には酸化防止剤や造核剤を、特許文献４には滑剤や無機フィラーを、特許文献５には帯電防止剤を、防食層もしくは保護層に添加する技術が提案されている。そして、これらの技術によると、各種添加剤によって樹脂間の融着を防ぎ、防食層と保護層の剥離性が大きく改善するとされている。しかしながら、特許文献３〜５で提案された技術では、各種添加剤の添加量が微量である場合、連続ラインのライン速度を上げると樹脂間の融着を防止する効果が不十分となる。一方、各種添加剤の添加量を多くすると、樹脂の物性が期待していたものと異なったものになったり、コストが高くなるなどの不利な点がある。

これらの技術に対し、特許文献６には、防食層と保護層のいずれか一層をポリエチレン単独とし、他の一層をポリエチレン20〜40重量％（27.3〜50モル％）、ポリプロピレン60〜80重量％（50〜72.7モル％）の配合によりなる共重合体またはブレンド樹脂とする技術が提案されている。そして、係る技術によると、溶着防止剤を用いることなく、連続的に二重押出被覆を行っても防食層と保護層とが融着することのない被覆鋼管が得られるとされている。

特開昭４９−１３０９５６号公報 特開昭５０−１３９４２２号公報 特開平１０−７６６０１号公報 特開平１０−７６６０２号公報 特開平１０−７６６０３号公報 特開昭５４−１５８７２０号公報

しかしながら、特許文献６で提案された技術では、保護層の硬さを十分に確保することができない。多重塗覆装鋼管の保護層は、その目的からは耐疵付き性が高いほど好ましいことから、保護層用の樹脂にはある程度の硬さが必要となる。そのため、多重塗覆装鋼管では通常、防食層をポリエチレン樹脂、保護層をポリプロピレン樹脂で形成するが、上記の如く保護層の樹脂のエチレン成分を20〜40重量％（27.3〜50モル％）と多くすると樹脂が柔らかくなる結果、保護層が疵付き易くなりその機能を果たさなくなる。本発明者らの検討によれば、輸送および施工現場での衝撃等を考慮した場合、通常、保護層の硬さはASTM D2240（D型）に規定された試験方法による測定値で70以上であることが好ましい。

また、特許文献６で提案された技術では、多重塗覆装鋼管の製造時に連続ラインのライン速度を高めた場合、防食層と保護層の融着を抑制することができない。先述のとおり、多重塗覆装鋼管を製造するに際しては通常、図２に示すように鋼管1の予熱以降、保護層4の冷却までは連続ラインで行われる。そして、防食層3と保護層4の融着性は溶融した保護層4を防食層3の外面に被覆する時の両層の温度に依存し、これらの温度が高いほど融着し易く、これらの温度が低いほど融着し難い。一方、生産性の観点からするとライン速度は速い方が好ましい。そして、ライン速度を速くした場合には、樹脂（防食層樹脂300および保護層樹脂400）の押出し吐出量も多くしなければならず、その結果、押出された樹脂の温度が押出し時の剪断発熱などにより高くなるのが常である。

そのため、例えばライン速度を約10m/min以上まで高めた場合、防食層押出被覆機30で溶融状態の防食層樹脂（ポリエチレン，融点：120℃以上）300を押出被覆すると、押出し時の防食層3の樹脂温度は230〜280℃にも達する。また、防食層3を被覆した後、工業的に合理的な冷却方法である水冷によって防食層樹脂を冷却した場合であっても、連続ラインの現実的な水冷効率を考慮すると、JIS G 3452(2010)に規定の呼び径100A以上の大径管においては保護層4を被覆する時点での防食層3の表面温度を40〜70℃程度にまでしか下げられない。

以上のように、ライン速度を高速化した場合には、防食層と保護層とが高温になり易く、非常に融着し易い状態となっている。しかしながら、特許文献６で提案された技術では、ライン速度を高速化した場合については何ら検討されていない。そのため、特許文献６で提案された技術では、生産性向上を目的としてライン速度を高速化すると、防食層と保護層の融着が発生し、良好な剥離性が得られないという問題がある。
更に、特許文献６で提案された技術では、ライン速度を高速化した場合における保護層樹脂の押出し性や、保護層樹脂の強度について全く考慮されていない。押出し性が低下すると、押出し機の負荷が高くなり、ポリプロピレン樹脂の押出し吐出量が維持できなくなる。また、保護層樹脂の強度が低下すると、製品とした後に、衝撃が加わると保護層を貫通して鋼管の防食のための要である防食層に傷が入ってしまうという支障をきたす。よって、特許文献６で提案された技術では、高品質の多重塗覆装鋼管を高い生産効率をもって安定的に提供することができない。

本発明は、上記した従来技術が抱える問題を有利に解決するものである。すなわち、本発明は、基材である鋼管の外側に、ポリエチレン樹脂層からなる防食層と、該防食層の上層としてポリプロピレン樹脂層からなる保護層が被覆された多重塗覆装鋼管において、防食層であるポリエチレン樹脂層と保護層であるポリプロピレン樹脂層の剥離性を著しく改良するとともに、防食層と保護層との間で溶接施工時に浮きが発生しない適度な密着性を有し、更に保護層が所望の耐疵付き性を有し、保護層樹脂の押出し性およびウエルド強度にも優れた多重塗覆装鋼管を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明は特に、高速のライン速度で製造した場合や大径管（例えば、JIS G 3452(2010)に規定の呼び径：100A以上）であっても、上記の如き優れた特性を有する多重塗覆装鋼管の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明者らは、基材である鋼管の外側に、ポリエチレン樹脂層からなる防食層と、該防食層の上層としてポリプロピレン樹脂層からなる保護層が被覆された多重塗覆装鋼管について、防食層と保護層の剥離性や密着性等の諸特性に及ぼす各種要因について鋭意検討した。
まず、本発明者らは、特許文献６で提案された技術、すなわち、ポリエチレンとポリプロピレンの配合によりなる共重合体を保護層とする技術において、ライン速度を高速化した連続ラインで多重塗覆装鋼管を製造することを念頭に置き、ポリプロピレン樹脂に含有させるエチレン成分について検討した。

その結果、ライン速度を高速化する場合、特許文献６で提案された技術では、ポリプロピレン樹脂に含まれるエチレン成分量が高すぎ、防食層と保護層の融着が著しくなることを見い出した。そして、ポリプロピレン樹脂に含まれるエチレン成分を所望量に低減することにより、防食層と保護層の融着が大幅に抑制され、適度な剥離性と密着性が得られることを知見した。また、ポリプロピレン樹脂に含まれるエチレン成分を所望量に低減することにより、保護層樹脂の硬さが向上し、所望の耐疵付き性を有する保護層が得られることを知見した。

一方、本発明者らは、ポリプロピレン樹脂に含まれるエチレン成分を調整しただけでは、保護層樹脂の押出し性とウエルド強度が依然として不十分であることを確認した。また、上記エチレン成分を調整しただけでは、適度な剥離性と密着性が得られない場合があることも確認した。そして、更に検討を進めた結果、ポリプロピレン樹脂のメルトフローレイト、および280℃における剪断粘度の適正化を図ったポリプロピレン樹脂を特定の条件で被覆することにより、保護層樹脂の押出し性とウエルド強度が飛躍的に向上するとともに、防食層−保護層間の剥離性および密着性がより一層良好になることを知見した。

本発明は上記の知見に基づき完成されたものであり、その要旨は次のとおりである。
［１］ 基材である鋼管の外側に、ポリエチレン樹脂層からなる防食層と、該防食層の上層としてポリプロピレン樹脂層からなる保護層が被覆された多重塗覆装鋼管を製造するに際し、
前記鋼管の外側に、ポリエチレン樹脂を被覆したのち、該ポリエチレン樹脂の表面温度を40℃以上70℃以下まで冷却して前記防食層を形成し、
次いで、該防食層の表面に、エチレン成分19モル％以上23モル％以下を含む共重合樹脂であり、メルトフローレイトが0.53g/10min以上0.60g/10min以下であり、280℃における剪断粘度が、剪断速度10/secで測定したとき1.7×10³Pa・s以上2.0×10³Pa・s以下であり、剪断速度100/secで測定したとき5.3×10²Pa・s以上6.0×10²Pa・s以下であるポリプロピレン樹脂を使用し、該ポリプロピレン樹脂の温度を260℃以上290℃以下として被覆厚みが0.9mm以上1.8mm以下になるように被覆し、153℃/sec以上450℃/sec以下の冷却速度で前記ポリプロピレン樹脂の表面温度を170℃以下になるまで冷却して前記保護層を形成する
ことを特徴とする多重塗覆装鋼管の製造方法。

［２］ ［１］において、 前記ポリプロピレン樹脂を被覆する際の延伸倍率が5倍以上10倍以下の範囲になるように前記ポリプロピレン樹脂を被覆する
ことを特徴とする多重塗覆装鋼管の製造方法。

本発明によれば、ライン速度を高速化して製造した場合であっても、保護層樹脂の押出し性に優れ、且つ防食層と保護層との適度な密着性と剥離性を有し、溶接施工時、防食層と保護層との間の浮きも抑制され、更に耐疵付き性が良好な保護層を具えた多重塗覆装鋼管を、容易にしかも安価に製造することができる。また本発明は保護層樹脂のウエルド強度も優れるものであるため、製品とした後、特に低温下で保護層のウエルド部に衝撃が加わってもその部分から保護層が割れるということもない。したがって、本発明によれば、高品質の多重塗覆装鋼管を、高い生産効率をもって安定的に生産することが可能となり、産業上格段の効果を奏する。

多重塗覆装鋼管の層構成を模式的に示す図 多重塗覆装鋼管を製造する連続ラインの一部を模式的に示す図 多重塗覆装鋼管の溶接施工時に管端部の保護層を剥離する様子を示す図 実施例の多重塗覆装鋼管における保護層を剥離する様子を示す図

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明は、基材である鋼管の外側に、ポリエチレン樹脂層からなる防食層と、該防食層の上層としてポリプロピレン樹脂層からなる保護層が被覆された多重塗覆装鋼管を、生産効率の観点から連続ラインで製造し、かつ高速に製造するためのものであり、特にライン速度を約10m/min以上とするためのものである。

そして、本発明は、多重塗覆装鋼管を製造するに際し、保護層を形成するポリプロピレン樹脂を、エチレン成分19モル％以上23モル％以下を含む共重合樹脂で、メルトフローレイトが0.53g/10min以上0.60g/10min以下であり、且つ、280℃における剪断粘度が、剪断速度10/secで測定したとき1.7×10³Pa・s以上2.0×10³Pa・s以下であり、剪断速度100/secで測定したとき5.3×10²Pa・s以上6.0×10²Pa・s以下であるポリプロピレン樹脂とすることを特徴とする。

更に、本発明は、基材である鋼管の外側に、ポリエチレン樹脂を被覆した後、該ポリエチレン樹脂の表面温度を40℃以上70℃以下まで冷却して前記防食層を形成したのち、該防食層の表面に、上記した所定の特性を有するポリプロピレン樹脂を使用し、該ポリプロピレン樹脂の温度を260℃以上290℃以下として被覆厚みが0.9mm以上1.8mm以下になるように被覆し、153℃/sec以上450℃/sec以下の冷却速度で前記ポリプロピレン樹脂の表面温度を170℃以下になるまで冷却して前記保護層を形成することで、多重塗覆装鋼管を製造することを特徴とする。

（鋼管）
本発明において、多重塗覆装鋼管の基材となる鋼管の種類は特に限定されず、鍛接鋼管、電縫鋼管等、ガス用や水道用の配管、ケーブル保護管などに用いられている従前公知の鋼種の鋼管がいずれも適用可能である。また、鋼管のサイズは、主にJIS G 3452(2010)に規定される配管用炭素鋼鋼管の呼び径100A以上200A以下のものを対象とする。これは、上記用途に使用される多重塗覆装鋼管が通常JIS G 3452(2010)に規定される配管用炭素鋼鋼管であること、また、上記呼び径より小さいサイズの鋼管は高速で被覆しても特に防食層と保護層との融着や剥離に関してさほど大きな問題が生じないこと、さらに、上記呼び径より大きなサイズの鋼管に関しては、工場設備の関係上、通常、さほど被覆速度を速くできないため、本発明における課題が発生しないためである。

また、基材である鋼管の外表面には、下地処理として公知の酸洗処理やブラスト処理を施すことができる。下地処理に続いて、更に防食層と鋼管との接着性を良くするための公知のプライマー塗装やJIS G 3469(2010)に規定される粘着剤を塗布することができる。なお、鋼管の内面は、そのままでもよく、外面多重被覆の前および後に塗装などを行ってもよい。

（防食層）
防食層に用いられるポリエチレン樹脂は、エチレンの単独重合体あるいはエチレンとα−オレフィン、例えばプロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、４−メチル−１−ペンテン、１−オクテン、１−デセンなどとの共重合体であってエチレンを主体とする重合体である。本発明に好ましいポリエチレン樹脂は、密度：940kg/m³以上950kg/m³以下、ビカット軟化温度：110℃以上130℃以下、引張強さ：30N/mm²（MPa）以上50N/mm²（MPa）以下、引張破壊ひずみ：500％以上900％以下のものであり、防食層の厚みは0.6mm以上1.5mm以下程度が適当である。なお、上記の密度、ビカット軟化温度、引張強さ、引張破壊ひずみは、いずれもJIS G 3469(2010) の規定に従い測定した値を用いるものとする。
また、ポリエチレン樹脂層（防食層）は、これらのポリエチレン樹脂を溶融押出しすることにより鋼管の外側に形成されるが、このポリエチレン樹脂層は単一層のほか、酸変性ポリエチレンとの２層を共押出した複合層としてもよい（鋼管側を酸変性ポリエチレン）。

（保護層）
保護層に用いられるポリプロピレン樹脂は、モノマーのエチレンとプロピレンをチーグラーナッタ系触媒等公知の方法で重合したもの、すなわち工業的に通常言われるところのブロックポリプロピレンであり、ポリプロピレンとポリエチレンとエチレンプロピレンランダム共重合体との混合物である。そして、本発明では、ポリプロピレン樹脂全体に占めるエチレン成分が19モル％以上23モル％以下（13.5質量％以上16.6質量％以下）であることを必須とする。
このエチレン成分の割合は、ポリプロピレン樹脂を溶剤に溶かし樹脂成分の核磁気共鳴分光法などの方法により求めることができる。

上記エチレン成分の割合が19モル％（13.5質量％）未満であると、防食層であるポリエチレン樹脂との親和性（密着性）が低くなりすぎ、前述したように防食層と保護層との間で浮きが発生する等の問題が発生する。一方、上記エチレン成分の割合が23モル％（16.6質量％）を超えると、防食層であるポリエチレン樹脂と融着し易くなり、適度の剥離性が得られなくなる。更に、上記エチレン成分の割合が23モル％（16.6質量％）を超えると、ポリプロピレン樹脂の硬さが低くなり、保護層として疵付き易いものとなってしまう。

また、本発明では、保護層のポリプロピレン樹脂のメルトフローレイトが0.53g/10min以上0.60g/10min以下であることを必須とする。上記メルトフローレイトは、JIS K6921-2(2010)に規定されたメルトマスフローレイト(MFR)であり、JIS K7210(1999)に規定される方法で求めた値である。上記メルトフローレイトが0.53g/10min未満であると、ポリプロピレン樹脂の押出し性が低下するため、押出被覆機の負荷が高くなり、ポリプロピレン樹脂の押出し吐出量が維持できなくなる。このような問題は特に、高速のライン速度で製造しようとする場合、すなわち樹脂の被覆速度を高速化しようとする場合に顕著に現れる。

また、上記メルトフローレイトが0.53g/10min未満であると、ポリプロピレン樹脂を円筒状に押出す際の樹脂のウエルド部の強度が低下してしまう。一方、上記メルトフローレイトが0.60g/10minを超えると、得られた保護層の強度が低下する、押出し特性が低下するなどの問題がある。
以上のように、多重塗覆装鋼管が、ライン速度を高速化した連続ラインで製造されることを念頭に置いた本発明では、保護層のポリプロピレン樹脂のメルトフローレイトを0.53g/10min以上0.60g/10min以下とすることが重要である。

更に、本発明では、ポリプロピレン樹脂の280℃における剪断粘度が、剪断速度10/secで測定したとき1.7×10³Pa・s以上2.0×10³Pa・s以下であり、剪断速度100/secで測定したとき5.3×10²Pa・s以上6.0×10²Pa・s以下であることを必須とする。なお、上記剪断粘度は、JIS K7199(1999)に規定されるキャピラリーレオメータ（毛細管形レオメーターと呼ばれることもある）で測定したものであり、キャピラリー管の内径D、長さLが、L/D＝10/1の条件で測定した値である。

上記剪断粘度が、剪断速度10/secで測定したとき1.7×10³Pa・s未満である場合、または剪断速度100/secで測定したとき5.3×10²Pa・s未満である場合、防食層（ポリエチレン樹脂）と保護層（ポリプロピレン樹脂）との間のピール強度（剥離強度）が高くなり過ぎ、防食層−保護層間で良好な剥離性が得られなくなる等の問題が顕在化する。
一方、上記剪断粘度が、剪断速度10/secで測定したとき2.0×10³Pa・sを超える場合、または剪断速度100/secで測定したとき6.0×10²Pa・sを超える場合、ポリプロピレン樹脂を円筒状に押出す際の樹脂のウエルド部の強度が低下してしまう。また、防食層（ポリエチレン樹脂）と保護層（ポリプロピレン樹脂）との間のピール強度（剥離強度）が低くなり過ぎたり、溶接施工時に防食層−保護層間で浮きが発生し易くなる等、様々な支障をきたす。

なお、本発明において、ポリプロピレン樹脂の280℃における剪断粘度を、２通りの剪断速度（10/sec,100/sec）で測定した場合について規定する理由は、防食層の表面に押出被覆する際のポリプロピレン樹脂（保護層樹脂）の剪断速度を考慮したためである。溶融状態のポリプロピレン樹脂（保護層樹脂）を押出被覆する際の剪断速度を測定することは極めて困難であり、押出被覆条件によって10/secあるいはこれ以下の剪断速度から、100/secあるいはこれ以上の剪断速度となることが想定される。そこで、本発明では、剪断速度が低速度である場合（10/sec）と高速度である場合（100/sec）の２通りについて剪断粘度を規定することとする。

本発明では、上記の如くエチレン成分、メルトフローレイトおよび剪断粘度が所望の値に調製されたポリプロピレン樹脂を用いて保護層を形成することにより、防食層と保護層の良好な融着性および密着性、保護層として十分な硬さ（ASTM D2240に規定のデュロメータ硬さタイプD：70以上）が確保される。また、保護層により一層の機械的強度や耐低温衝撃などが必要とされる場合には、JIS K7162(1994)の規定に準拠して測定した引張り破断点応力が22MPa以上45MPa以下、JIS K7162(1994)の規定に準拠して測定した引張り破断点伸びが600％以上900％以下、JIS K 7110 (1999)の規定に準拠して測定したアイゾット衝撃強度が−20℃で2kJ/m²以上6kJ/m²以下で、通常、JIS K7112(1999)の規定に準拠して測定した密度が905kg/m³以上910kg/m³以下のものを保護層用のポリプロピレン樹脂として用いることができる。

保護層の厚みは、0.9mm以上1.8mm以下の範囲であることが必要である。保護層の厚みが0.9mm未満であると、運搬・施工時などに防食層を疵付きから保護することが困難となる。一方、保護層の厚みが1.8mmを超えると、押出し時のポリプロピレン樹脂（保護層樹脂）の温度を後述する本発明の範囲に制御しても、防食層表面に被覆されるポリプロピレン樹脂の蓄熱量が大きすぎるため、防食層（ポリエチレン樹脂層）との融着が発生し易くなってしまう。

上記の如きポリプロピレン樹脂は、エチレンとプロピレンを主なモノマーとしてチーグラーナッタ系触媒やシングルサイト触媒などを用い付加重合を行ない製造する従前公知の方法により適宜調製し得るが、ポリプロピレン樹脂メーカーでは様々な物性を有する樹脂を幅広く用意しているため、その中から本願発明の物性を満足するものを適宜使用することができる。

なお、本発明の被覆層として用いられるポリエチレン樹脂（防食層）あるいはポリプロピレン樹脂（保護層）中には、樹脂の酸化劣化・光劣化を防ぐための酸化防止剤、紫外線吸収剤、また、顔料などの着色剤、また、成形性を向上させるための造核剤などの添加剤を、本発明の目的を損なわない範囲内で配合してもよい。

（防食層および保護層の形成）
本発明では、鋼管の外側に、ポリエチレン樹脂を被覆して防食層を形成し、該防食層の表面に、上記の如く所定の特性を有するポリプロピレン樹脂を被覆して保護層を形成する。
防食層および保護層を形成するに際しては、連続ライン、例えば先に説明した図２に示すような多重被覆ラインで押出し被覆により形成する。図２の多重被覆ラインでは、基材である鋼管1をラインの上流側から搬送し、鋼管1を必要に応じて鋼管予熱装置10で予熱し、粘着剤塗布装置20で所定温度に加熱された粘着剤（図省略）を鋼管1の表面に塗布する。その後、防食層押出被覆機30で、溶融状態の防食層樹脂300を鋼管1の表面に押出被覆し、防食層冷却機31で冷却して防食層3を形成する。次いで、保護層押出被覆機40で、溶融状態の保護層樹脂400を防食層3の表面に押出被覆し、保護層冷却機41で表面を冷却して保護層4を形成する。

以上のような連続ラインを適用することにより、多重塗覆装鋼管の高速生産が可能となる。生産効率の観点から、ライン速度（鋼管1の搬送速度）は約10m/min以上とすることが好ましい。但し、ライン速度を高速化し過ぎると、所定の厚みの被覆層が形成できなくなるおそれがあるため、ライン速度は約25m/min以下とすることが好ましい。

図２において、まず、基材となる鋼管の外表面にブラスト処理、従前公知の酸洗処理（塩酸や硫酸水溶液、温度：室温〜90℃）などの下地処理を行った後、必要に応じて高周波誘導加熱装置などの鋼管予熱装置10により鋼管1を予熱し、粘着剤塗布装置20でゴム、アスファルト、樹脂などを主体とする粘着剤（図省略）を鋼管1の表面に加熱塗布する。

なお、上記鋼管の予熱温度は、その上層に塗布される粘着剤の塗布性、密着性確保の観点から40℃以上80℃以下とすることが好ましい。また、粘着剤は、JIS G3469(2010)に規定されているゴム、アスファルト、樹脂などを主体としたものを用い、経済面・均一塗布性という観点から粘着剤層の厚さを0.1mm以上1mm以下程度とすることが好ましい。

続いて、溶融状態（230℃以上280℃以下程度）の前記ポリエチレン樹脂（防食層樹脂300）を、防食層押出被覆機30のクロスヘッドダイから円筒状に押出し、粘着剤層の外表面に被覆し、直ちに防食層冷却機31でポリエチレン樹脂の表面温度を40℃以上70℃以下まで冷却して防食層3を形成する。ライン速度を約10m/min以上に高速化する本発明においては、防食層冷却機31での冷却を、冷却効率の高い水冷とすることが好ましい。

防食層3を形成したのち、表面の温度が40℃以上70℃以下である防食層3の表面に、温度が260℃以上290℃以下の前記ポリプロピレン樹脂（保護層樹脂400）を、保護層押出被覆機40のクロスヘッドダイから円筒状に押出し、防食層3の外面に被覆し、保護層冷却機41でポリプロピレン樹脂の表面温度を153℃/sec以上450℃/sec以下の冷却速度で170℃以下になるまで冷却してポリプロピレン樹脂を固化し、保護層4を形成する。冷却効率の観点から、保護層冷却機41での冷却も水冷とすることが好ましい。 なお、防食層3を冷却（水冷）した後に防食層表面に水滴が残り、以後の工程に悪影響を与える場合には、空気で水滴を吹き飛ばす、水滴をふき取る、などの方法を採ることもできる。

防食層冷却機31で冷却した後の防食層3の表面温度（ポリプロピレン樹脂（保護層樹脂400）を被覆する際の防食層の表面温度）が70℃を超えると、他の条件が本発明で規定する条件を満足する場合であっても、防食層3と保護層4との融着の問題が発生してしまう。一方、溶融状態のポリエチレン樹脂（防食層樹脂300）を粘着剤層の外表面に被覆し、図２に示すような冷却ゾーンで水冷して冷却する場合、ポリエチレン樹脂の表面温度は冷却ゾーンの長さとライン速度に依存するが、通常のライン設備で前述した厚みの防食層3を有する前述したサイズの鋼管を冷却した場合、約10m/min以上の高速のライン速度においては40℃未満にはならない。

したがって、本発明では、鋼管の外側に被覆したポリエチレン樹脂（防食層樹脂300）の表面温度を40℃以上70℃以下まで冷却して前記防食層3を形成する。なお、鋼管の外側に被覆したポリエチレン樹脂（防食層樹脂300）を冷却するに際しては、例えば防食層冷却機31での冷却を水冷とし、ポリエチレン樹脂（防食層樹脂300）の表面に流布する水量を調整することで、ポリエチレン樹脂（防食層樹脂300）の表面温度を所望の範囲（40℃以上70℃以下）に冷却することができる。

また、表面の温度が40℃以上70℃以下である防食層3の表面に前記した所定の特性を有するポリプロピレン樹脂（保護層樹脂400）を保護層押出被覆機40により溶融押出す際、前記ポリプロピレン樹脂（保護層樹脂400）の温度が290℃を超えると、他の条件が本発明で規定する条件を満足する場合であっても防食層と保護層との融着の問題が発生してしまい、逆に260℃未満では浮きの問題が発生してしまう。したがって、本発明では、表面の温度が40℃以上70℃以下である防食層3の表面にポリプロピレン樹脂（保護層樹脂400）を被覆する際、ポリプロピレン樹脂（保護層樹脂400）の温度を260℃以上290℃以下にする。

上記において、ポリプロピレン樹脂（保護層樹脂400）の被覆厚みは0.9mm以上1.8mm以下とする。すなわち、保護層4の厚みを0.9mm以上1.8mm以下とすることで、保護層の耐疵付き性を確保するとともに、保護層4と防食層3との融着を抑制することができる。

ポリプロピレン樹脂（保護層樹脂400）を防食層3の外面に被覆したのち保護層冷却機41でポリプロピレン樹脂（保護層樹脂400）を冷却して保護層4を形成するに際し、ポリプロピレン樹脂（保護層樹脂400）の表面温度の冷却速度が450℃/secを超えると、他の条件が本発明で規定する条件を満足する場合であっても、防食層と保護層との浮きの問題が発生してしまい、153℃/sec未満にすると逆に融着の問題が発生してしまう。

上記の如く浮きや融着の問題が発生する理由としては、防食層（ポリエチレン樹脂層）の上に溶融した保護層樹脂（ポリプロピレン樹脂）を被覆する際、それらの間の界面の温度が速く冷えれば２層間での融着はより起こらなくなるので剥離し易くなり、逆に界面の温度の低下が遅くなれば２層間での融着はより起こり易くなるので剥離し難くなるためであると推測される。また、防食層（ポリエチレン樹脂層）と保護層樹脂（ポリプロピレン樹脂）の間の界面の冷却速度を制御することで、前記した浮きや融着が抑制可能であると推測される。しかし、実製造上は、防食層（ポリエチレン樹脂層）と保護層樹脂（ポリプロピレン樹脂）の間の界面の冷却速度を制御することは非常に困難である。

そこで、本発明者らは、上記界面の冷却速度に代えて保護層樹脂（ポリプロピレン樹脂）の表面の温度の冷却速度を制御することで、浮きや融着を抑制することを試みた。その結果、保護層樹脂（ポリプロピレン樹脂）の厚みが本発明で規定した範囲内（0.9mm以上1.8mm以下）であれば、保護層樹脂（ポリプロピレン樹脂）の表面の温度を上記した冷却速度で冷却することが、浮きや融着の抑制に極めて効果的であることを見出した。以上の理由により、本発明では、防食層の外面に260℃以上290℃以下のポリプロピレン樹脂を被覆したのち、ポリプロピレン樹脂の表面温度を153℃/sec以上450℃/sec以下の冷却速度で冷却する。

また、ポリプロピレン樹脂の表面温度を153℃/sec以上450℃/sec以下の冷却速度で冷却するに際し、冷却停止温度がポリプロピレン樹脂の表面温度で170℃超であると、保護層樹脂（ポリプロピレン樹脂）と防食層樹脂（ポリエチレン樹脂）との融着の問題が生じる。したがって、本発明では、ポリプロピレン樹脂の表面温度を、153℃/sec以上450℃/sec以下の冷却速度で170℃以下に冷却してポリプロピレン樹脂を固化し、保護層4を形成する。

上記した条件で、防食層とその上層としての保護層を被覆することにより、ライン速度を高速化して製造した場合であっても、保護層樹脂の押出し性に優れ、且つ防食層と保護層との適度な密着性と剥離性を有し、溶接施工時、防食層と保護層との間の浮きも抑制され、更に耐疵付き性が良好でありかつウエルド強度にも優れた保護層を具えた多重塗覆装鋼管を、容易にしかも安価に製造することができる。また、上記した条件で、防食層とその上層としての保護層を被覆することにより、防食層と保護層との間のピール強度を0.6N/10cm幅以上15N/10cm幅以下、或いは更に1.0N/10cm幅以上10N/10cm幅以下とすることができる。

防食層（ポリエチレン樹脂）と保護層（ポリプロピレン樹脂）との間のピール強度（剥離強度）が0.6N/10cm幅未満であると、防食層から保護層を除去するために保護層にスリットを入れただけで保護層が剥離してしまう、もしくは鋼管端部の保護層のみを剥がした際に、残りの保護層の端部が防食層から浮くなどの問題が発生し易くなる。一方、上記ピール強度が15N/10cm幅を超えると、前述したように、現場での溶接施工時に防食層と保護層との剥離が困難になる、作業性が悪くなるなどの問題が発生し易くなる。

以上の理由により、防食層（ポリエチレン樹脂）と保護層（ポリプロピレン樹脂）との間のピール強度（剥離強度）は、0.6N/10cm幅以上15N/10cm幅以下であることが好ましく、特に、1.0N/10cm幅以上10N/10cm幅以下がより好ましい。本発明によると、防食層と保護層との間のピール強度を0.6N/10cm幅以上15N/10cm幅以下である多重塗覆装鋼管が得られるため、上記した作業性等の問題を解消するうえで極めて効果的である。なお、上記ピール強度は、後述するピール強度試験に準拠して測定されたピール強度である。

上述の本発明範囲において多重塗覆装鋼管を製造するに際し、防食層と保護層との間のピール強度を1.0N/10cm幅以上10N/10cm幅以下とするうえでは、前記ポリプロピレン樹脂を被覆する際の延伸倍率（被覆形成後長さ／押出し時長さ）が5倍以上10倍以下の範囲になるようにポリプロピレン樹脂を被覆することが好ましい。

通常、保護層は押出し機より溶融した状態で円筒状に押出され、それが鋼管進行方向（鋼管軸方向）に引き伸ばされながら鋼管外面の防食層外面に被覆され、その状態で冷却固化される。延伸倍率は、押出し機より吐出された保護層樹脂がどの程度引き伸ばされて鋼管外面に被覆されるかを表し、「被覆形成後長さ」を「押出し時長さ」で除算することによって求められる。

ここで、「押出し時長さ」は、押出された溶融樹脂が円筒体だったと仮定し、押出し機より吐出された溶融樹脂の時間当たりの吐出重量と、樹脂の密度と、押出し機のダイス吐出面における樹脂の断面積より、時間当たり押出された円筒の長さを算出して求める。また、「被覆形成後長さ」は、時間当たりの鋼管の進行速度（被覆速度、すなわちライン速度）に当たる。

この延伸倍率が10倍を超えると、防食層と保護層との間のピール強度が低くなる傾向があり、延伸倍率が10倍を大幅に超えると浮きなどの問題が発生する場合がある。また、通常の押出し機を使用する限り、本発明に規定した鋼管の被覆を上述の速度で行なう場合には、樹脂吐出量とライン速度（被覆速度）の関係上、延伸倍率が5倍未満にはならない。

以上のように、基材となる鋼管が大径である場合や高速のライン速度である場合、保護層被覆時の防食層表面が高温状態となり易い。そのため、保護層樹脂としてのポリプロピレン樹脂や樹脂の被覆条件を本発明範囲外のものにした場合には防食層と保護層との融着が著しく、防食層−保護層間で適度な剥離性および密着性を有する多重塗覆装鋼管を得ることができない。これに対し、保護層樹脂として所定のポリプロピレン樹脂を用い、樹脂の被覆条件を規定した本発明によると、たとえ上記の如く保護層被覆時の防食層表面が高温状態となる場合であっても、防食層と保護層との融着が極めて効果的に制御される。そのため、本発明によると、防食層−保護層間で適度な剥離性および密着性を有する多重塗覆装鋼管を得ることができる。

また、本発明によると、保護層樹脂として所定のポリプロピレン樹脂を用いることにより、所望の耐疵付き性を確保し得る十分な硬さを有する保護層であって、ポリプロピレン樹脂のウエルド強度にも優れた保護層を備えた多重塗覆装鋼管とすることができる。更に、本発明で用いる所定のポリプロピレン樹脂は、ライン速度を高速化した場合であっても優れた押出し性を示すため、本発明によると、高品質の多重塗覆装鋼管を、高効率かつ安定的に生産することが可能となる。

JIS G 3452(2010)に規定された、表１に示す呼び径のSGP鋼管を基材とし、基材の外表面に、ブラスト処理を施したのち、図２に示すような連続ラインにより、表１に示すライン速度で多重塗覆装鋼管を製造した。
ブラスト処理後の鋼管を50℃に予熱し、JIS G3469(2010)に規定された粘着剤を塗布したのち（粘着剤層の厚さ：0.3mm）、密度：950kg/m³、ビカット軟化温度：121℃、引張強さ：41N/mm²（41MPa）、引張破壊ひずみ：600％である市販の高密度ポリエチレン樹脂を押出し被覆機にて溶融し、クロスヘッドダイより粘着剤外表面に円筒状に押出し、鋼管に防食層を被覆した。被覆後、得られたポリエチレン層（防食層）を直ちに水冷して該ポリエチレン層の表面温度を表１に示す温度に冷却し、表１に示す厚さの防食層を得た。

なお、上記の密度、ビカット軟化温度、引張強さ、引張破壊ひずみは、いずれもJIS G 3469(2010)の規定に従い測定したものである。水冷後のポリエチレン層の表面温度（ポリプロピレン樹脂と接触する直前の表面温度）は、接触温度計で測定した。

次いで、表１に示す物性を有する市販のポリプロピレン樹脂を押出し被覆機にて溶融し、クロスヘッドダイより上記ポリエチレン層（防食層）の外面に、表１に示す温度のポリプロピレン樹脂を、表1に示す延伸倍率で押出し被覆した。被覆後、得られたポリプロピレン樹脂層を、表１に示す冷却速度（ポリプロピレン樹脂層表面の冷却速度）で直ちに水冷し、ポリプロピレン樹脂層の表面温度が170℃以下になるまで冷却することにより、表１に示す厚さの保護層を得て、多重塗覆装鋼管とした。

ここで、表１に示すポリプロピレン樹脂のメルトフローレイトは、JIS K6921-2(2010)に規定されたメルトマスフローレイト(MFR)であり、JIS K7210(1999)に規定される方法にて測定した。280℃における剪断粘度は、JIS K7199(1999) に規定されるキャピラリーレオメータ（毛細管形レオメーターと呼ばれることもある）で測定したものであり、キャピラリー管の内径D、長さLが、L/D＝10/1の条件で測定した値である。密度は、JIS K7112(1999）に規定される方法で測定した。なお、これらの値は、鋼管に被覆する前の樹脂について測定した値であるが、製造された多重塗覆装鋼管の保護層の部分からポリプロピレン樹脂を切り出して測定した値と同じであった。

また、表１に示すポリプロピレン樹脂層（保護層）表面の冷却速度は、被覆した時点の温度（防食層と接触する直前のポリプロピレン樹脂の温度）から、ポリプロピレン樹脂層の表面温度が170℃になるまでの冷却速度である。上記冷却速度、および冷却時のポリプロピレン樹脂層の表面温度は、接触温度計により測定し、求めた。

また、表１に示すポリプロピレン樹脂の延伸倍率は上述の方法で求めた値である。表１に示す防食層および保護層の厚さは、多重塗覆装鋼管の管軸方向に垂直な断面について、円周方向の8箇所で測定した範囲（最大値と最小値）の値である。

以上によって得られた多重塗覆装鋼管について、防食層（ポリエチレン樹脂）と保護層（ポリプロピレン樹脂）の密着性および剥離性、耐浮き性、並びに保護層（ポリプロピレン樹脂）の硬さ、ウエルド強度を評価した。各々の評価方法は以下のとおりである。

(i)密着性および剥離性
得られた各種の多重塗覆装鋼管を、50cm長さに切断し、両管端から20cmの位置における保護層に管周状にスリット（切れ目）を入れ、更に、前記２つのスリットで挟まれた長さ10cmの保護層において管軸方向にスリットを入れ、前記２つのスリットで挟まれた長さ10cmの保護層のみを剥がせるようにした。次いで、図４に示すように、この長さ10cmの保護層を180°方向に50mm/minの速度で半周剥離することで180°ピール強度を測定した。その際、測定された180°ピール強度の最大値が1.0N/10cm幅以上10N/10cm幅以下のものを密着性および剥離性が非常に良好（◎）、ピール強度が0.6N/10cm幅以上1.0N/10cm幅未満のもの、もしくは10N/10cm幅超え15N/10cm幅以下のものを密着性および剥離性が良好（○）、これ以外（0.6N/10cm幅未満、または15N/10cm幅超）のものを密着性および剥離性不良（×）とした。

(ii)耐浮き性
図４に示すように、上記した10cmの保護層を剥離して取り去ったのち、鋼管に残った保護層のスリット部分を目視により観察し、浮きが観察されなかったものを耐浮き性良好（○）、浮きが観察されたものを耐浮き性不良（×）とした。

(iii)保護層（ポリプロピレン樹脂）の硬さ
保護層の硬さを、ASTM D2240（D型）に規定された試験方法に準拠して、デュロメータ硬さタイプDを測定し、70以上であるものを合格（○）、70未満であるものを不合格（×）とした。

(iv)保護層（ポリプロピレン樹脂）のウエルド強度
得られた鋼管（保護層を剥離する前）の保護層のウエルド部にデュポン衝撃試験機の要領で衝撃を加えた。25mmφの鋼球を撃芯として持つ1kgの錘を衝撃面の上500mmより自由落下させ、ウエルド部に衝撃を与えた。これを100回繰り返した後、鋼の露出がないかをホリデーディテクター（ピンホール試験機）12kVで確認した。鋼の露出がなかったものを保護層のウエルド強度良好（○）、鋼管露出が検出されたものを保護層のウエルド強度不良（×）とした。
これらの評価結果を表２に示す。

表２に示すように、本発明例は、密着性および剥離性、耐浮き性、保護層（ポリプロピレン樹脂）の硬さ、および保護層（ポリプロピレン樹脂）のウエルド強度がいずれも良好であった。これに対し、比較例は、いずれも良好な密着性および剥離性が得られなかった。更に、比較例のうち鋼管No.28,29は、ポリプロピレン樹脂のエチレン成分が23モル％を超えているため、保護層（ポリプロピレン樹脂）の硬さが不十分となった。

1 … 鋼管
2 … 粘着剤層
3 … 防食層（ポリエチレン樹脂層）
4 … 保護層（ポリプロピレン樹脂層）
5 … 切れ目（スリット）
6 … 隙間（浮き）
10 … 鋼管予熱装置
20 … 粘着剤塗布装置
30 … 防食層押出被覆機
31 … 防食層冷却機
40 … 保護層押出被覆機
41 … 保護層冷却機
300 … 防食層樹脂（ポリエチレン樹脂）
400 … 保護層樹脂（ポリプロピレン樹脂）

Claims (2)

1. 基材である鋼管の外側に、ポリエチレン樹脂層からなる防食層と、該防食層の上層としてポリプロピレン樹脂層からなる保護層が被覆された多重塗覆装鋼管を製造するに際し、
   前記鋼管の外側に、ポリエチレン樹脂を被覆したのち、該ポリエチレン樹脂の表面温度を40℃以上70℃以下まで冷却して前記防食層を形成し、
   次いで、該防食層の表面に、エチレン成分19モル％以上23モル％以下を含む共重合樹脂であり、メルトフローレイトが0.53g/10min以上0.60g/10min以下であり、280℃における剪断粘度が、剪断速度10/secで測定したとき1.7×10³Pa・s以上2.0×10³Pa・s以下であり、剪断速度100/secで測定したとき5.3×10²Pa・s以上6.0×10²Pa・s以下であるポリプロピレン樹脂を使用し、該ポリプロピレン樹脂の温度を260℃以上290℃以下として被覆厚みが0.9mm以上1.8mm以下になるように被覆し、153℃/sec以上450℃/sec以下の冷却速度で前記ポリプロピレン樹脂の表面温度を170℃以下になるまで冷却して前記保護層を形成する
   ことを特徴とする多重塗覆装鋼管の製造方法。
2. 前記ポリプロピレン樹脂を被覆する際の延伸倍率が5倍以上10倍以下の範囲になるように前記ポリプロピレン樹脂を被覆する
   ことを特徴とする請求項１に記載の多重塗覆装鋼管の製造方法。

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