JP6295987B2 - ガス用塗覆装鋼管 - Google Patents

Description

本発明は、ガス導管等に用いられるガス用塗覆装鋼管に関する。

鋼管の外面にポリエチレン被覆や塗装等を行ったガス用塗覆装鋼管は、都市ガスなどのガス導管用鋼管として広く使用されている。

鋼管の内面は、無塗装のケースと、エポキシ樹脂塗料などの塗装を行ったケースのそれぞれが知られている。

内面無塗装のケースでは、鋼管製造後、現地で接合するまでの保管期間等に鋼管内面からさびが発生しやすい。また、鋼管の接合後にさびが剥離すると、フィルターや電磁弁などの配管部材に詰まり、動作不良を引き起こすことがある。即ち、鋼管の接合後においてさびの除去が必要となる場合がある。

このような問題の対策として、鋼管の内面に塗装を行う場合がある。内面塗装の目的は、ガス用塗覆装鋼管製造後、現地にて鋼管同士を接合して、ガス導管を完成させるまでの期間のさびを防止することである。

既設の内面塗装膜を有する鋼管に後から枝管や継手等を溶接接合する際には、溶接前に内面塗装膜を剥がすことが困難なため、通常は内面塗装膜を有する状態で溶接を行う。その場合溶接の熱で発生する内面塗装膜の熱分解物(ミスト)はフィルターや電磁弁などの配管部材に詰まり、動作不良を引き起こすことがある。このミスト対策として、特許文献１の技術が開示されている。特許文献１は、外面にポリエチレン樹脂の被覆層を有するポリエチレン被覆鋼管であって、該ポリエチレン被覆鋼管は内面に塗装膜を有し、該塗装膜が、塗料固形分中１００重量部に対し、アルキルシリケートを８０重量部以上９５重量部以下含有する塗料の硬化塗膜であることを特徴とする溶接接合性に優れたポリエチレン被覆鋼管を開示する。

一方、ガス導管の敷設時など鋼管同士を接合する際には、外面の塗覆装および管端部分の内面塗装膜は、一部予め剥がして溶接接合する場合が殆どである。これはミスト発生を防ぐ意味に加え、溶接時に内面塗装膜が原因となって発生するピットやブローホール等の各種溶接欠陥を防止する目的もある。しかし内面塗装膜を剥がすのは極めて煩雑な作業で施工上の負荷が大きく、この問題の解決が望まれている。

特開２０１３−１７３３４０号公報

溶接接合時の内面塗装膜から発生するミストを抑制するとともに、鋼管同士の接合の際、内面塗装膜を除去しなくても溶接可能とし、施工上の負荷を低減したいという要望がある。

一方、配管施工までの間の内面の一次防錆機能は保有し、腐食によるさびの除去対策などの負荷を低減したいという要望もある。しかし、良好な溶接性、良好なミスト発生の抑制、及び良好な耐食性を並立させたガス用塗覆装鋼管は従来提供されていない。

よって、内面塗装膜を除去しなくても良好に溶接でき、溶接熱によるミスト発生を抑制でき、かつ、良好な耐食性を有するガス用塗覆装鋼管を提供することを解決すべき課題とする。

本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、鋼管の内面に塗装される塗料の固形分組成が重要であるとの知見を得るに至った。更に、塗料中のアルキルシリケート及び／又は変性アルキルシリケート、コロイダルシリカ、並びに亜鉛末の含有量を適正範囲に調整し、該塗料の硬化塗膜を鋼管内面に形成させることで上記課題を解決できるとの知見を得た。

本発明は以上の知見に基づき完成された。本発明の要旨は以下の通りである。

［１］塗料固形分としてアルキルシリケート及び／又は変性アルキルシリケートを５〜５０質量％、コロイダルシリカを３〜４０質量％、亜鉛末を３０〜７０質量％含む塗料の硬化塗膜を内面に有するガス用塗覆装鋼管。

［２］前記コロイダルシリカが水性コロイダルシリカである［１］に記載のガス用塗覆装鋼管。

［３］前記変性アルキルシリケートが、アルキルシリケートの初期縮合物である［１］又は［２］に記載のガス用塗覆装鋼管。

本発明のガス用塗覆装鋼管は、内面塗装膜を除去しなくても良好に溶接でき、溶接熱によるミスト発生を抑制でき、かつ、良好な耐食性を有する。

本発明のガス用塗覆装鋼管は、ガス導管敷設までの一次防錆作用を有し、かつ鋼管同士又は鋼管へ継手等を溶接接合する際に、硬化塗膜からのミスト発生を抑制する。また、本発明のガス用塗覆装鋼管は、良好に溶接接合できるので、溶接接合する際に硬化塗膜剥離などの追加作業が不要である。

以下、本発明を詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。

（塗料）
本発明で使用される塗料は、アルキルシリケート及び／又は変性アルキルシリケート、コロイダルシリカ、並びに亜鉛末を特定の比率で含有する。該塗料を鋼管の内面に塗布し、硬化させて硬化塗膜（内面塗装膜）を得る。

塗料を硬化させる手段は特に限定されない。例えば、空気中の水分と接触することで硬化し造膜できる。また、造膜後乾燥炉で加熱してもよい。

本発明において塗料固形分とは、硬化塗膜が形成される際には揮発して大気中などに放散していく２−プロパノール（イソプロパノール）や１−ブタノールなどの塗料溶剤などの溶媒を除き、硬化塗膜を構成するための成分を意味する。

塗料固形分としてアルキルシリケート及び／又は変性アルキルシリケートを５〜５０質量％含む
アルキルシリケート及び変性アルキルシリケートは主に溶接熱によるミスト発生の抑制および硬化塗膜形成に寄与する。好ましくはアルキルシリケートである。含有量が５質量％を下回ると塗膜の硬化性および塗膜強度が低下する。また、場合により硬化塗膜が形成されない場合があり、硬化塗膜が形成されないと良好な耐食性が得られない。含有量が５０質量％を超えると溶接時の溶接欠陥(ピット、ブローホール等)が発生しやすくなる。また、亜鉛含有量の低下により良好な耐食性が得られない。以上より、塗料に含まれるアルキルシリケート及び／又は変性アルキルシリケートの含有量は５〜５０質量％とする。含有量は、好ましくは、１０〜４５質量％である。

アルキルシリケートのアルキル基の炭素数は特に限定されない。該炭素数は１〜３が好ましい。アルキル基の炭素数が小さいほど加水分解反応が早くなり造膜速度が早くなる。より好ましくは該炭素数は２（エチル基）である。塗料としてのハンドリングのし易さの観点（適度な乾燥・造膜速度を持つ）、塗膜の耐久性向上、耐食性の観点等からエチル基がより好適である。メチル基では反応が早すぎ、一方プロピル基以上の分子量の大きなアルキル基では反応速度が遅くなり、ハンドリングに劣る場合がある。

変性アルキルシリケートとは、アルキルシリケートが、他のアルキルシリケート、その他の化合物と縮合反応等の反応を起こして性質が変化したものである。変性アルキルシリケートとして、好ましくは、アルキルシリケートが部分的な縮合により初期縮合物として変性したものである。変性アルキルシリケートはアルキルシリケートより塗膜の乾燥性に優れるため好ましく用いられる。

塗料固形分としてコロイダルシリカを３〜４０質量％含む
コロイダルシリカは主に溶接時の溶接欠陥低減に寄与する。含有量が３質量％未満では溶接欠陥が増加する。含有量が４０質量％を超えると、塗料の硬化性および硬化塗膜強度が低下し、また、耐食性が低下する。以上より、塗料に含まれるコロイダルシリカの含有量は３〜４０質量％とする。含有量は、好ましくは、５〜３０質量％である。

コロイダルシリカとして、例えば、水性（水分散型）コロイダルシリカ、溶剤性コロイダルシリカなどがある。溶接欠陥を低減する観点から、水性コロイダルシリカが好ましい。塗料中での分散性を良好にするため、水性コロイダルシリカでも、特に酸性水溶液で分散した酸性の水性コロイダルシリカが好ましい。

コロイダルシリカの粒径は特に限定されない。塗料中での分散性を良好にするため、粒径４〜１００ｎｍが好ましく、１０〜３０ｎｍがより好ましい。本発明において、コロイダルシリカの粒径はＢＥＴ吸着法による比表面積測定値(ＪＩＳ Ｚ８８３０)等の方法により求める。

塗料固形分として亜鉛末を３０〜７０質量％含む
亜鉛末は粉末状の亜鉛である。亜鉛末は塗料中では溶媒中に分散される。亜鉛末は主に塗膜の耐食性向上に寄与する。含有量が３０質量％を下回ると、硬化塗膜の耐食性が劣る。含有量が７０％を超えると、端面の内面塗装を剥離しないと、ブローホールやピットなどの溶接欠陥が出やすくなる。以上より、塗料に含まれる亜鉛末の含有量は３０〜７０質量％とする。含有量は、好ましくは、４０〜６０質量％である。

任意成分
本発明では、塗料固形分として、アルキルシリケート及び／又は変性アルキルシリケート、コロイダルシリカ、亜鉛末を含む。これらの成分の他、任意成分（その他の成分）として、分散剤、レべリング剤、たれ止め剤など硬化塗膜性能の改善のための各種塗料添加剤や顔料も塗料固形分として塗料中に含まれてよい。その他、任意成分としてルチル粉、合成ルチル粉、クロム粉及びジルコン粉などの無機粉末を用いることが出来る。これらの粉末は、結晶水を持たない無水物であることが溶接欠陥を防止する上で好ましい。

塗料の溶媒は特に限定されない。例えば、水、塗料溶剤（２−プロパノール、１−ブタノール、キシレン、エチルベンゼン、メタノールなどを使用できる。

塗料における塗料固形分の濃度は適宜設定可能である。あえて好ましい例を挙げると、塗料における塗料固形分量は４０〜９０質量％である。

塗料を使用して形成する硬化塗膜の膜厚は特に限定されない。耐食性と塗膜耐久性の観点から硬化塗膜の膜厚は１０〜３０μｍが好ましい。

（鋼管）
ガス導管等ガスの輸送に利用可能の公知の鋼管を本発明では適宜使用可能である。例えば、ガス用のポリエチレン被覆鋼管、特にＪＩＳ Ｇ３４６９、またＪＩＳ Ｇ３４７７−１，３４７７−２，３４７７−３に規定のポリエチレン被覆鋼管および外面に常温乾燥型塗料または焼付塗装を行ったガス用の塗装管などを使用可能である。また、ＪＩＳＧ３４５２（ＳＧＰ）、ＪＩＳ Ｇ３４５４（ＳＴＰＧ）も使用可能である。

溶接接合を行うため、予め鋼管の両管端はベベル加工がなされていることが好ましい。

（好ましい製造方法）
以下、本発明のガス用塗覆装鋼管の好ましい製造方法について説明する。

素地調整工程
鋼管の表面に酸洗、ブラスト処理（ショットブラスト、グリットブラストなど）等を行い、鋼管の内外面のさびや汚れ、ミルスケールを除去する工程である。

内面塗装工程
鋼管の内面に本発明の成分組成を有する塗料を塗装する。塗装方法は特に限定されない。例えば、エアレススプレーにより鋼管の内面に塗料の塗装を行うことが好ましい。この場合、塗装方法は、鋼管内側に先端にノズルのついたアームを装入し、鋼管を回転させながらノズル先端から塗料を噴出し、アームを徐々に引き抜きながら鋼管内面全長に塗装を行う方法が一般的である。予め鋼管の外径に応じて引き抜き速度を調整し、適切な膜厚とする。膜厚は電磁膜厚計にて測定できる。塗料は塗装後、空気中の水分と接触することで硬化し造膜する。造膜後乾燥炉で加熱してもよい。

外面化成処理工程
必要により鋼管の外面にクロメート処理、ノンクロメート処理、リン酸塩処理、リン酸処理などの化成処理を行う。

ポリエチレン被覆鋼管の場合、アスファルト系粘着材によるアンダーコート、またはエポキシ樹脂系の接着剤によるプライマーコート、粉体エポキシ樹脂による粉体プライマーコートなどを行う。その後、押出成形機から丸ダイまたはＴダイを介して鋼管表面にポリエチレンを被覆する。接着タイプの外面塗装においては、ポリエチレンとプライマーの間にモディファイドポリエチレンの層を形成するために、共押出により被覆してもよい。またＰ２Ｓタイプの外面塗装などは、防食用のポリエチレンを被覆した後、その上に更にもう一層保護層としてのポリエチレンを被覆する。

塗装管を製造する場合、素地調整工程、内面塗装工程の後、エアレススプレー等の公知の外面塗装を行う。塗装の種類は各種一次防錆処理（ウオッシュプライマー、無機ジンクリッチプライマー、有機ジンクリッチプライマー）、各種塗料（合成樹脂調合ペイント、さび止めペイント、フタル酸樹脂塗料、塩化ビニル樹脂塗料、アクリル樹脂塗料、エポキシ樹脂塗装、ウレタン樹脂塗料、合成樹脂エマルション）など、汎用の塗料が用いられる。

以下に、本発明の実施例を説明する。本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されない。

表１「内面塗装用塗料」に示した各発明例、参考例及び比較例（比較例１２を除く。比較例１２は後述の内面塗装を行わなかった。）の組成を有する塗料を作製した。コロイダルシリカの粒子径は１０〜３０ｎｍであった。水性コロイダルシリカは、酸性の水性コロイダルシリカを使用した。変性アルキルシリケートは、アルキルシリケートの初期縮合物を使用した。溶媒には２−プロパノール、１−ブタノールを使用し、塗料における塗料固形分量は６０質量％とした。

鋼管（ＪＩＳ Ｇ３４５２）の内外面を酸洗、ブラスト処理した後、鋼管内側に先端にノズルのついたアームを装入し、鋼管を回転させながらノズル先端から塗料を噴出し、アームを徐々に引き抜きながら鋼管内面全長に塗料を塗装した。更に、一定時間鋼管を回転させて、その後放置することで塗料を硬化させた。鋼管の内面に形成された硬化塗膜の膜厚は１０〜２５μｍの範囲内であった。

以上の工程により製造したガス用塗覆装鋼管について下記の試験を行い、結果は表１に記載した。

（溶接試験）
硬化塗膜（内面塗装膜）を剥がさずに鋼管同士の端部を溶接し、溶接欠陥の有無を放射線透過試験により判定した。なお、溶接方法はティグ溶接で行った。

ＪＩＳ Ｚ３１０４ に従って判定し、きずの分類で１類を◎、２類を○、３類を△４類を×とし、○を合格、◎をより良好とした。結果は表１「溶接部品質」に示した。

なお、ティグ溶接にかえて被覆アーク溶接とした場合でもでもほぼ同等の結果であった。

（ミスト発生抑制試験）
硬化塗膜（内面塗装膜）を剥がさずに鋼管端部同士をティグ溶接にて溶接して、内面塗装膜から発生するミストを捕集し、ミスト量を粉塵計(デジタル粉塵計ＬＤ−５Ｄ)で測定した。測定条件は鋼管内面にファンを設定し、発生するミストを１ｍ^３の箱型のチャンバーに導入し、チャンバー内のミストを粉塵計で測定した。

判定は溶接前後の粉塵計のカウント数の増減で評価し、評価基準は以下の４段階とした。そして、○を合格、◎をより良好とした。結果は表１「ミスト試験」に示した。
◎：溶接後においてカウント数増が５以下
○：溶接後においてカウント数増が６以上１０以下
△：溶接後においてカウント数増が１１以上１００以下
×：溶接後においてカウント数増が１０１以上
（耐食性試験）
製造したガス用塗覆装鋼管を一年間屋外に暴露した時の内面さび状態を目視により調べた。評価基準は以下の４段階とした。そして、○を合格、◎をより良好とした。結果は表１「耐食性」に示した。
◎管内面端部含め管内面にさびの発生無し
○管内面端部に若干の点状さびがあるが、管内面の他の部位はさび発生無し
△管内面端部に赤さびの発生有り
×管内面端部に層状または粒状にはがれるさびの発生有り

なお、表１には備考欄を設けた。亜鉛ヒュームは本発明で抑制すべきミストとは異なるが、亜鉛ヒューム自体ヒューム熱などの毒性が有る場合があり、少ない方が好ましい。

Claims (3)

1. 塗料固形分として変性アルキルシリケートを５〜５０質量％、コロイダルシリカを３〜４０質量％、亜鉛末を３０〜７０質量％含む塗料の硬化塗膜を内面に有するガス用塗覆装鋼管。ただし、前記塗料の硬化塗膜にモリブデン酸化合物を１〜１０質量％を含む場合を除く。
2. 前記コロイダルシリカが水性コロイダルシリカである請求項１に記載のガス用塗覆装鋼管。
3. 前記変性アルキルシリケートが、アルキルシリケートの初期縮合物である請求項１又は２に記載のガス用塗覆装鋼管。