JP5644546B2 - 水配管用内面被覆鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管とその内面に形成される被覆層との密着性に優れ、防食性を向上した水配管用内面被覆鋼管の製造方法に関するものである。

給排水用配管等の水配管として用いられる鋼管は、その内面に防食性を付与するために、鋼管の内面を樹脂で被覆したものが使用される。たとえば鋼管の内面に塩化ビニル樹脂を貼り付けたもの（いわゆる内面硬質塩ビ被覆鋼管）は、一般に広く使用されているが、配管工事現場にて寒冷な屋外に長時間保管されたり、寒冷地にて使用される場合に、低温での耐衝撃性が低いため塩化ビニル樹脂がダメージを受け、防食性を維持することが難しくなることがある。さらに、内面硬質塩ビ被覆鋼管を使用した後で廃却する際に、塩化ビニル樹脂から有害物質が発生しないように、鋼管と塩化ビニル樹脂を分離してそれぞれ個別に廃棄処理を行なう必要があるので、その負荷が大きくなる。

そこで塩化ビニル樹脂を使用せず、鋼管の内面を被覆する技術が検討されている。
たとえば特許文献１には、架橋ポリエチレン管に形状復元性を付与し、鋼管内で加熱復元することによって拡径して、鋼管内面を被覆する技術が開示されている。この技術では、水配管として、使用前に管内面の湯洗を長時間行なわないと架橋剤からの溶出成分が水中に混入するので、飲料水等の配管に使用するものとするためには、かなり生産性の低いものとなる。

特許文献２には、ポリエチレン管に形状復元性を付与して、鋼管内面を被覆する技術が開示されている。この技術では、ポリエチレン管を製作し、さらに形状復元性を付与する必要があるので、内面を被覆した鋼管（以下、内面被覆鋼管という）の製造コストが上昇する。しかも、鋼管内面を均一に被覆するのは難しい。
また、上記の問題点がないものとして鋼管の内側にポリエチレン系樹脂からなる層を粉体融着塗装により形成したものも市販されているが、水配管として使用中に管端部が水と接触することによって、被覆層が管端から剥離し易いという問題がある。

特開2001-9912号公報 特開2002-257265号公報

水配管として用いられる内面被覆鋼管（以下、水配管用内面被覆鋼管という）は、鋼管とその内面の被覆層との界面が露出する管端から腐食が進行し易いので、配管工事の際には、防食性を有する継手（いわゆる管端防食継手）が使用される。しかし管端防食継手を使用しても、配管工事の際に生じた不具合や長期間の使用が原因となって、水配管用内面被覆鋼管の管端が水と接触するようになる。また、その使用環境に応じて低温から高温まで幅広い温度領域に曝されるので、被覆層の劣化が進行して、被覆層が剥離し易くなる。

水配管用内面被覆鋼管の被覆層が剥離すると、母材である鋼管が露出し、水と接触して錆が生じる。その錆が成長すると、水配管用内面被覆鋼管の破断や水漏れが生じるばかりでなく、錆が水中に混入して赤水等の問題が生じる。
本発明は、被覆層として環境負荷が大きく、低温での耐衝撃性の低い塩化ビニル樹脂を使用せず、長期間にわたって幅広い温度領域にて被覆層の耐剥離性を高めた水配管用内面被覆鋼管の製造方法を提供し、従来の水配管用内面被覆鋼管の問題を解決することを目的とする。

発明者らは、鋼管の内側にポリエチレン系樹脂からなる層を有する水配管用内面被覆鋼管を、母材である鋼管から製造する過程に存在する腐食因子とその影響について精査した。通常、鋼管の内側にポリエチレン系樹脂からなる層を有する水配管用内面被覆鋼管の製造においては、図４に示すような、鋼管（母材）→酸洗→水洗→化成処理→水洗あるいは湯洗→プライマー処理→ポリエチレン処理→水配管用内面被覆鋼管の順で行なわれる製造工程が採用される。このように、プライマー処理によってプライマー層を形成する前に化成処理層表面を洗浄（水洗あるいは湯洗）するが、この洗浄水（以下、最終洗浄水という）に混入する塩化物イオンの濃度が被覆層の耐剥離性に多大な影響を及ぼすことが分かった。例えば、酸洗の後で行なう水洗が不十分であった場合などに塩化物イオンの混入が大きくなる。最終洗浄水の塩化物イオン濃度を制御することで被覆層の耐剥離性を高めることができ、ひいては水配管用内面被覆鋼管の防食性を向上できることを見出した。

本発明は、最終洗浄水の塩化物イオン濃度を制御することで被覆層の耐剥離性を高めることができ、ひいては水配管用内面被覆鋼管の防食性を向上することができるという知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、鋼管の内面に化成処理皮膜層を有し、化成処理皮膜層の上面にプライマー層を有し、プライマー層の上面に変性ポリエチレン樹脂層を有する水配管用内面被覆鋼管の製造方法において、プライマー層を形成する前に化成処理皮膜層の上面を洗浄するために循環使用される最終洗浄水の塩化物イオン濃度を50mg／Ｌ以下とする水配管用内面被覆鋼管の製造方法である。ここではリットルをＬと記す。

本発明の水配管用内面被覆鋼管の製造方法においては、最終洗浄水に塩化物イオン除去処理，希釈処理のうちの１種または２種を施すことによって、最終洗浄水の塩化物イオン濃度を50mg／Ｌ以下とすることが好ましい。また、塩化物イオン除去処理にて、イオン交換処理および沈殿除去処理のうちの１種または２種を行なうことが好ましい。

本発明によれば、耐剥離性の高い水配管用内面被覆鋼管を安定して得ることができる。本発明を適用して得た水配管用内面被覆鋼管は、鋼管とその内面の被覆層との密着性に優れ、管端部においても長期間にわたって幅広い温度域で耐剥離性を維持できる。

本発明を適用して水配管用内面被覆鋼管を得る製造工程の例を示すフロー図である。 本発明を適用して得られる水配管用内面被覆鋼管の例を模式的に示す断面図である。 図２の水配管用内面被覆鋼管を部分的に拡大して示す断面図である。 従来の水配管用内面被覆鋼管を得る製造工程を示すフロー図である。

図１(a)(b)は、本発明を適用して水配管用内面被覆鋼管を得る製造工程の例を示すフロー図である。また図２は、本発明を適用して得られる水配管用内面被覆鋼管の例を模式的に示す断面図であり、水配管用内面被覆鋼管１は、鋼管６と、その内面に形成される被覆層５とを有する。その被覆層５を詳細に示すために、水配管用内面被覆鋼管１を部分的に拡大して図３に断面図として示す。

鋼管６の寸法は、特に限定しないが、外径10〜170mm，肉厚1.0〜6.0mm，長さ4000〜6000mm程度が好ましい。鋼管６の表面には、その製造工程で生じた酸化物や粉塵等が付着しているので、酸洗を行なって、それらの付着物を除去する。
酸洗の条件は、特に限定せず、従来と同様に行なう。ただし、酸洗液は塩酸水溶液が好ましい。その理由は、鋼管６の表面を過剰に侵食せず、後述する化成処理皮膜層を安定して形成することが可能となるからである。

酸洗を施した後で、鋼管６を水洗して酸洗液を洗い流す。水洗の条件も特に限定せず、従来と同様に行なう。
次いで、鋼管６の内面に化成処理皮膜層２を形成するために化成処理を施す。その際、リン酸亜鉛，リン酸亜鉛カルシウム等のリン酸塩系の化成処理を、併用しても良いし、あるいは、いずれかを単独で行なっても良い。化成処理では、処理液を鋼管６の内面に吹き付ける、または流し込むことによって、鋼管６の内面に化成処理皮膜層２を形成することができる。あるいは、処理液の浴中に鋼管６を浸漬しても良い。処理液の温度を80〜85℃に保持して化成処理を行なうと、化成処理皮膜層２を安定して形成できるので好ましい。また、処理液に、適宜、促進剤を添加しても良い。

化成処理を施した後で、水洗あるいは湯洗による洗浄（以下、最終洗浄という）を行ない、処理液を洗い流す。この時、酸洗の後の水洗が不十分な場合は、鋼管の内面に酸洗液中の塩化物イオンが残留しているため、この塩化物イオンが最終洗浄によって最終洗浄水に混入する。工業的には、この最終洗浄水は循環使用されるのが通常であり、そのため、循環使用する最終洗浄水には、上記したような塩化物イオンが徐々に蓄積されていき、その濃度が上昇する。そして新たに洗浄処理しようとする鋼管内面の化成処理皮膜層２の表面に付着する。

最終洗浄が終了した後、乾燥して最終洗浄水を除去する。その際、最終洗浄水に混入していた塩化物イオンは、化成処理皮膜層２の表面に付着したまま残留して、錆の発生を助長する。つまり、化成処理皮膜層２の表面に付着した塩化物イオンは、後述するプライマー層や変性ポリエチレン層の密着性を劣化させる原因になる。
最終洗浄水中の塩化物イオンは、乾燥の過程で、最終洗浄水の蒸発が遅れる部分に凝集され、最終洗浄水が全て蒸発した後も、狭い領域に凝集した状態で化成処理皮膜層２の表面に残留する。

最終洗浄水の塩化物イオン濃度が50mg／Ｌを超えた最終洗浄水を使用すると、被覆層の防食性が著しく低下する。したがって、最終洗浄水の塩化物イオン濃度は50mg／Ｌ以下とする必要がある。なお、塩化物イオン濃度が30mg／Ｌを超えると、被覆層の防食性が低下する傾向が認められるので、30mg／Ｌ以下がより好ましい。
最終洗浄水の塩化物イオン濃度を所定の範囲に維持するために、最終洗浄水中の塩化物イオンを除去する処理（以下、塩化物イオン除去処理という）を行なう必要がある。塩化物イオン除去処理は、イオン交換処理、もしくは塩化物イオンと溶解度の低い塩を形成する金属イオンにより塩化物イオンを沈殿させた後で、この沈殿物を分離除去する沈殿除去処理，清浄な水による希釈処理等の従来から知られている技術が使用できる。特に、沈殿除去には、フィルターを用いて沈殿した固形物を分離する、沈殿槽を用いて固形物を沈降分離する、遠心分離装置を用いて沈殿した固形物を遠心分離するなどの方法が使用できる。

また、塩化物イオン除去処理を常時行なうことによって、最終洗浄水の塩化物イオン濃度を所定の範囲に安定して維持できる。
このようにして化成処理皮膜層２の上面の洗浄が終了した後、化成処理皮膜層２の上面にプライマー層３を形成する。図１では、この処理をプライマー処理と記す。プライマー層３の平均厚みが10μｍ未満では、鋼管６の内面の被覆層５の密着性が低下する。一方、50μｍを超えるプライマー層３を形成すると、その塗布および乾燥にかかる所要時間が長くなるので、水配管用内面被覆鋼管１の生産性が低下する。したがって、プライマー層３の平均厚みは10〜50μｍが好ましい。

プライマー層３を形成する工程では、鋼管６内面に形成された化成処理皮膜層２の上面に、エポキシ樹脂と硬化剤とを溶剤で希釈したプライマー液を塗布し、さらに乾燥してプライマー層３を形成する。そのエポキシ樹脂は、ビスフェノール型エポキシ樹脂が好ましい。また硬化剤は、エポキシ樹脂を硬化させるものであり、ジシアンジアミドもしくはその誘導体、あるいは酸無水物系化合物もしくはその誘導体が好ましい。溶剤は、エポキシ樹脂、および硬化剤を溶解できるものであれば、アルコール系溶剤，エーテル系溶剤，エステル系溶剤，セロソルブ系溶剤、炭化水素系溶剤等の通常使用されるものの中から適宜選ぶことができる。

プライマー液に占めるエポキシ樹脂，硬化剤，溶剤の比率は、エポキシ樹脂と硬化剤を合計20〜30質量％、溶剤を70〜80質量％の割合が好ましい。
そのプライマー液を鋼管６内面の化成処理皮膜層２上面に塗布する手段は、特に限定しないが、プライマー液を流し込む、あるいはスプレーする等の手段が使用できる。
また、プライマー液を塗布する前に、鋼管６を加熱しておくと、エポキシ樹脂を迅速に硬化させて、プライマー層３を安定して形成することが可能である。あるいは、プライマー液を塗布した後で、鋼管６を加熱しても同様の効果が得られる。鋼管６を加熱する手段は、熱風，高周波誘導加熱等が好ましい。

次に、プライマー層３の上面に変性ポリエチレン樹脂層４を形成する。図１では、この処理をポリエチレン処理と記す。変性ポリエチレン樹脂は、直鎖状低密度ポリエチレン、もしくは高圧法低密度ポリエチレン、もしくは高密度ポリエチレンを、定法によって無水マレイン酸等の酸無水物によりグラフト変性したものが好ましく、変性量は６質量％以下が好ましい。変性物のメルトインデックスは２〜８の範囲内のものが好ましい。メルトインデックスは、通常、メルトマスフローレイトと呼ばれている値でＪＩＳ規格K6922-1，K7210 に準拠して測定した値である。なお、他の樹脂を添加してもよく、必要に応じて酸化防止剤や顔料を添加しても良い。

変性ポリエチレン樹脂層４は、鋼管６を210℃以上に加熱して、内面のプライマー層３の上面に変性ポリエチレン粉末を粉体塗装、融着することによって形成する。変性ポリエチレン粉末を塗装した後、必要に応じて140℃以上に保熱しても良い。
変性ポリエチレン樹脂層４の平均厚みが0.3mm未満では、配管工事中に疵が生じた場合に変性ポリエチレン樹脂層４が部分的に欠落し、透水性の高いプライマー層３（すなわちエポキシ樹脂）が露出するので、錆が発生し易くなる。一方、1.0mmを超える変性ポリエチレン樹脂層４を形成すると、その所要時間が長くなるので、水配管用内面被覆鋼管１の生産性が低下する。したがって、変性ポリエチレン樹脂層４の平均厚みは0.3〜1.0mmが好ましい。より好ましくは0.5〜0.8mmである。

このようにして変性ポリエチレン樹脂層４を形成した後、さらにその変性ポリエチレン樹脂層４の上面にポリエチレン樹脂層（図示せず）を形成しても良い。その場合、変性ポリエチレン樹脂層とポリエチレン樹脂層の平均厚みは合計0.5〜1.0mmが好ましい。ポリエチレン樹脂層は、変性ポリエチレン樹脂層４の上面に、直鎖状低密度ポリエチレン，高圧法低密度ポリエチレン，高密度ポリエチレン等のポリエチレン粉末を粉体塗装、融着して形成する。なお、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂，エチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂等の、エチレンと不飽和結合を有するモノマーとの共重合樹脂は、その軟化温度が低すぎるので、使用できない。

以上に説明した通り、鋼管６の内面に、化成処理皮膜層２，プライマー層３，変性ポリエチレン樹脂層４からなる被覆層５を密着させて形成することができ、幅広い温度領域にて耐剥離性の高い水配管用内面被覆鋼管１を安定して得ることができる。しかも鋼管６と被覆層５が密着し、かつ被覆層５を形成する化成処理皮膜層２，プライマー層３，変性ポリエチレン樹脂層４も密着しているので、管端部においても長期間にわたって幅広い温度域で耐剥離性を維持できる。

水配管用内面被覆鋼管１は、その内部を水の流路として使用するものであるから、鋼管６の内面に被覆層５を形成したものが広く使用されている。ただし、水配管用内面被覆鋼管１を水中に浸漬して鋼管６の外面も水に接触する状態で使用する場合は、鋼管６の外面にも同様の手順で被覆層５を形成して使用することが好ましい。

図４に示す工程で実験的に最終洗浄水の塩化物イオン濃度を種々変更して、図２に示すような水配管用内面被覆鋼管を製造し、その水配管用内面被覆鋼管から試験片を採取して防食性能を調査した。その手順を以下に説明する。以下は例示のための一例であり、本発明はこれに限られるものではない。
鋼管６（外径48.6mm，肉厚3.5mm，長さ4000mm）の内面を27質量％の塩酸水溶液で酸洗した後、水洗して酸洗液を洗い流した。次に、鋼管６をリン酸亜鉛カルシウム系化成処理液（85℃）に浸漬することによって化成処理を施して化成処理皮膜層２を形成し、さらに鋼管内面の最終洗浄（湯洗80℃）を行なった。この最終洗浄では、80℃に加熱した種々の洗浄度の最終洗浄水を鋼管６内に15秒間流し込んで処理液を洗い流した。その後、管端から高圧エアを吹き込む（いわゆるエアブロー）ことによって最終洗浄水を乾燥させた。その結果を表１に示す。なお、使用した最終洗浄水の塩化物イオン濃度は表１に示す通りである。

次いで、鋼管６内面に形成された化成処理皮膜層２の上面にプライマー液を塗布し、170〜190℃で加熱硬化させてプライマー層３（平均厚み25〜30μｍ）を形成した。プライマー液は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とジシアンジアミド系硬化剤とを、酢酸エチルとメチルエチルケトンからなる溶剤で希釈したものを使用した。希釈の割合は、ビスフェノール型エポキシ樹脂と硬化剤との合計20質量％，溶剤80質量％とした。

次に、230℃に加熱した後、プライマー層３の上面に、直鎖状低密度ポリエチレンを無水マレイン酸で変性した粉状の変性ポリエチレン樹脂（密度0.923，メルトインデックス4.9）を粉体塗装し、さらに180〜220℃の炉内で保熱して、変性ポリエチレン樹脂層４（平均厚み0.6〜0.8mm）を形成した。
このようにして得た試験片（水配管用内面被覆鋼管１）を屋外に30日保管した後、長さ500mmに切断し、試験パイプとした。試験パイプを食塩水（濃度３質量％，温度60℃）に56日浸漬した後、取り出して、管端部の被覆層５の剥離状況を調査した。剥離状況の調査では、各試験パイプの管端部の被覆層５が、管端よりどの程度奥まで鋼管から剥離しているかを調査し、最も深く剥離している部分の剥離深さを測定し、最大剥離深さとした。最大剥離深さは水配管用内面被覆鋼管１の防食性能を示す指標となるものであり、最大剥離深さが浅いほど防食性能が優れており、深いほど防食性能が劣ることを意味する。

そこで各試験片の最大剥離深さを測定し、最大剥離深さが０mm（すなわち剥離が認められないもの）あるいは最大剥離深さが１mm未満の試験片を優（◎），最大剥離深さが１mm以上３mm未満の試験片を良（○），最大剥離深さが３mm以上７mm未満の試験片を可（△），最大剥離深さが７mm以上の試験片を不可（×）として防食性能（耐温水性）を評価した。その結果を表１に示す。なお、最大剥離深さが小さいほど、防食性能が高くなる。

表１中の発明例（試験片No.１〜３）は、最終洗浄水の塩化物イオン濃度が本発明の範囲を満足する例であり、比較例（試験片No.４〜６）は、塩化物イオン濃度が本発明の範囲を外れる例である。
表１から明らかなように、発明例の防食性能は優（◎）または良（○）または可（△）と評価されたが、比較例は全て不可（×）であった。

既に説明した通り、表１に示した試験片は、いずれも、屋外に保管した後、60℃の食塩水に浸漬した水配管用内面被覆鋼管である。試験片の中には、No.１のように防食性能が優（◎）と評価された試験片があり、優れた防食性能が幅広い温度領域で発揮された。

本発明によれば、耐剥離性の高い水配管用内面被覆鋼管を安定して得ることができる。本発明を適用して得た水配管用内面被覆鋼管は、鋼管とその内面の被覆層との密着性に優れ、管端部においても長期間にわたって幅広い温度域で耐剥離性を維持できるので、産業上格段の効果を奏する。

１ 水配管用内面被覆鋼管
２ 化成処理皮膜層
３ プライマー層
４ 変性ポリエチレン樹脂層
５ 被覆層
６ 鋼管

Claims (3)

1. 鋼管の内面に化成処理皮膜層を有し、該化成処理皮膜層の上面にプライマー層を有し、該プライマー層の上面に変性ポリエチレン樹脂層を有する水配管用内面被覆鋼管の製造方法において、前記プライマー層を形成する前に前記化成処理皮膜層の上面を洗浄するために循環使用される最終洗浄水の塩化物イオン濃度を50mg／Ｌ以下とすることを特徴とする水配管用内面被覆鋼管の製造方法。
2. 前記最終洗浄水に塩化物イオン除去処理、希釈処理のうちの１種または２種を施すことによって、前記最終洗浄水の塩化物イオン濃度を50mg／Ｌ以下とすることを特徴とする請求項１に記載の水配管用内面被覆鋼管の製造方法。
3. 前記塩化物イオン除去処理にて、イオン交換処理および沈殿分離処理のうちの１種または２種を行なうことを特徴とする請求項２に記載の水配管用内面被覆鋼管の製造方法。

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