JP6950717B2 - 金属めっき鋼管の製造方法および鋼管の溶融金属めっき装置 - Google Patents

Description

本発明は、水、ガス、油等の配管用途に適用される金属めっき鋼管の製造方法および装置に係り、より詳しくは鋼管を溶融金属めっき浴中に浸漬し引揚げて鋼管の内外面に金属めっきを施す方法および装置に関する。

金属めっき鋼管、例えば亜鉛めっき鋼管は、前処理（脱脂、酸洗および化成処理）を施された鋼管を溶融亜鉛めっき浴に一定時間浸漬して製造する。その後、該めっき浴から引揚げた鋼管の内外面に空気または蒸気を吹き付けて、鋼管に過剰に付着した溶融亜鉛を吹き飛ばし、溶融亜鉛のたれを切った後、該鋼管は水冷槽に浸漬され冷却処理が施される。従来から溶融亜鉛めっき浴内から引揚げられた鋼管の内外面の余剰亜鉛を除去する方法については品質を確保しつつ効率的な方法が数多く提案されている。

例えば、特許文献１には、引揚げ中の鋼管が外面ブロー装置内を通過する間に、該鋼管内にマンドレル棒を貫通させ、噴射ノズルから圧縮ガスを噴射して鋼管内面の余剰亜鉛を鋼管外に吹き出す方法で、めっき厚さを均一にすることができる技術が開示されている。

また、特許文献２に開示の技術では、製造コスト低減の観点から、鋼管を溶融亜鉛浴中に浸漬した後、溶融亜鉛浴中から鋼管を長手方向に引揚げる過程で圧縮ガスにより鋼管外面の余剰亜鉛を除去し、続いて圧縮ガスにより鋼管内面の余剰亜鉛を除去する方法において、溶融亜鉛浴を低温に設定し、該溶融亜鉛浴中から鋼管を長手方向に引揚げる過程で圧縮ガスにより鋼管外面の余剰亜鉛を除去した後、当該鋼管を前記溶融亜鉛浴温度より高温に加熱し、圧縮ガスにより鋼管内面余剰亜鉛を除去する方法が提案されている。

更に、生産性向上の観点から特許文献３には、鋼管を１００〜６００℃に予熱した後、４３０〜４８０℃の溶融金属めっき浴中に２０〜１００秒浸漬してめっきを施し、次いで、溶融亜鉛めっき浴中のめっき鋼管を引揚げ、めっき鋼管の外面めっき付着量を制御する方法が開示されている。鋼管を予熱することでめっき槽内の浴温維持に必要な熱量を低減できるとしている。

特開２０１１− ６３８４４号公報 特開平 ５−１４０７２２号公報 特開平１１−２４６９５９号公報

しかしながら、上記従来の技術には、未だ解決すべき以下のような問題があった。上記従来技術には、亜鉛めっき鋼管の製造方法として、品質面、生産性に関する様々な技術が開示されているが、鋼管を金属めっき浴に浸漬する際の生産性に関して重要な課題となる操業安定性の詳細については開示されていない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、鋼管を金属めっき浴に浸漬する際に金属めっき鋼管を安定して製造する方法を提案し、その方法に適した鋼管の溶融金属めっき装置を提供することにある。

発明者らは、上記に記した課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、金属めっき鋼管の操業安定方法およびその方法に適した装置を見出した。上記課題を解決し、上記の目的を実現するため開発した本発明は、下記の要旨構成に示すとおりである。即ち、本発明は、第一に、鋼管を溶融金属めっき浴に一定時間浸漬し、その後該めっき浴から引揚げて、金属めっき鋼管を製造する方法において、回転軸に螺旋面を有するスクリューを用いて上記鋼管を溶融金属めっき浴内に下降搬送し浸漬させる際に、上記鋼管の一端が他端より先にめっき浴に浸漬するように上記鋼管を傾けることを特徴とする金属めっき鋼管の製造方法を提案する。

なお、本発明に係る金属めっき鋼管の製造方法については、
ａ．上記鋼管と水平面のなす角度が２〜５°の範囲にあること、
ｂ．上記鋼管を引揚げる際に、９０〜１３０°の開度角を有するＶ字形の溝部に上記鋼管を支持して引揚げること、
ｃ．上記溶融金属めっき浴が、溶融亜鉛、溶融アルミニウム、溶融亜鉛系合金、溶融アルミニウム系合金および溶融亜鉛−アルミニウム系合金から選ばれる１種からなること、
がより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。

また、本発明は、第二に、溶融金属めっき浴を構成するめっき槽と、該溶融金属めっき浴中に鋼管を下降搬送し、浸漬させる、回転軸に螺旋面を有するスクリューと、該スクリューの螺旋面終端部を通過した前記鋼管を一旦受け止めるためのクレードルと、上記回転軸の螺旋面終端部に設けられた上記鋼管の払出し装置と、該払出し装置によって払い出された上記クレードル上の上記鋼管を引揚げるための引揚げ装置とからなり、上記スクリューが鋼管長手方向に複数設置され、該スクリューの螺旋面に載架された上記鋼管が傾斜するように上記スクリューの高さが順次設定されていることを特徴とする鋼管の溶融金属めっき装置を提供する。

なお、本発明に係る鋼管の溶融金属めっき装置については、
ｄ．上記鋼管と水平面のなす角度が２〜５°の範囲になるように前記スクリューの螺旋面が配置されていること、
ｅ．上記引揚げ装置の前記鋼管を支持する部位が、９０〜１３０°の開度角を有するＶ字形の溝部からなること、
がより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。

以上説明したように、本発明によれば、溶融亜鉛などの金属めっき浴内に鋼管を浸漬させる際に鋼管を傾斜させることで鋼管内部の空気抜きが十分に行われ、鋼管の払い出しや引揚げがスムーズに行われることで不良率を低減することができる。
また、引揚げ装置の支持部を所定の開度のＶ字形とすることで、引揚げ操作がスムーズに行え、不良率を低減することができる。

本発明の一実施形態を示す製造フロー図である。 本発明の一実施形態を示す鋼管の溶融金属めっき装置の上面図である。 本発明の一実施形態を示す鋼管の溶融金属めっき装置のＡ−Ａ’視側面図である。 本発明の一実施形態を示す鋼管を浸漬する際の鋼管の傾斜状態を示す模式図である。 本発明の一実施形態を示す鋼管の引揚げ装置の支持部を示す模式図である。 鋼管の浸漬角度θ（°）と鋼管の引揚げ不良率η（％）の関係を示すグラフである。 鋼管の引揚げ装置の支持部のＶ字形開度角φ（°）と引揚げ不良率の関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら詳細に説明する。本発明はこれに限定されるものでなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
本発明における処理工程の概要として、一実施形態の溶融亜鉛めっき鋼管の製造フローを図１に示す。鋼管は、前処理工程にて脱脂、酸洗、化成処理を施されたのち、乾燥して溶融亜鉛めっき装置のめっき槽内亜鉛めっき浴に一定時間浸漬される。次いで、鋼管は該めっき浴から引揚げられるが、引揚げた際に鋼管の内外面に空気または蒸気が吹き付けられ、過剰に付着した溶融亜鉛を除去してめっき付着量の調整が行われる。その後、鋼管は冷却槽にて冷却処理が施される。最後に亜鉛めっき鋼管は出荷前検査されることになる。ここでは、一例として、亜鉛めっき鋼管を示したが、溶融金属めっきとして、溶融亜鉛や溶融アルミニウム、溶融亜鉛系合金として５％アルミ−亜鉛めっきなど、溶融アルミニウム系合金として５５％アルミ−亜鉛めっきなど、溶融亜鉛−アルミニウム系合金が例示される、なお、溶融金属中にマグネシウムやシリコン、鉄などのほか不可避不純物を含んでいてもよい。

本発明の一実施形態を示す鋼管の溶融金属めっき装置の上面図およびＡ−Ａ’視側面図をそれぞれ図２および３に示す。図２および３に基づいて、本発明の方法を説明する。前処理後の鋼管２は、めっき槽１のボトム側からトップ側に搬送され、回転軸３１に螺旋面３２を有するスクリュー３の螺旋面３２に載架される。鋼管２はセンターガイド６とサイドガイド９によりスクリュー３の螺旋面３２から外れないように支持されている。鋼管２は同期して回転している複数のスクリュー３の回転によって、めっき槽１下部に下降搬送され、溶融金属めっき浴Ｚに浸漬されて溶融金属めっき処理が施される。鋼管２はスクリュー３の回転によって下降するだけでなく、払出し位置を固定するために、スキッドプレート８により、めっき槽内での浸漬位置を固定されている。スクリュー３の回転によりめっき槽１内の下部にまで下降搬送された鋼管２は、螺旋面終端部に到達後、クレードル４に着地する。その後、鋼管２は、スクリュー３の回転軸３１に設置してある払出し装置１０により、引揚げ装置５が設置してある方向（図２では外側）に順次払い出される。

図２の例では、払出し装置１０が回転することで鋼管２を外側に押し出している。その後、鋼管２は、図５に示す引揚げ装置５の支持部１２に載った後、支持部１２が上昇することでめっき浴Ｚから引揚げられる。図３に示すように、鋼管２はトップ側を低く、ボトム側を高く傾斜させてスクリュー３に保持されており、鋼管２がめっき浴Ｚに浸漬された際、鋼管内の空気を排気することができるようになっている。また、鋼管２の引揚げの際にも複数の引揚げ装置５の支持部１２に載荷されて、鋼管２は傾斜しており、鋼管内の溶融金属の排出が容易になっている。図３では鋼管２のトップ側が先にめっき浴に浸漬する例を示しているが、ボトム側が先にめっき浴に浸漬しても差し支えない。なお、下降および上昇する際の鋼管２の傾斜角度は、同じが好ましいが、異なっていてもよい。

本発明では、スクリュー３の回転軸３１の螺旋面終端部に、鋼管２を引揚げ装置５へ払い出す払出し装置１０が設置されている。払出し装置１０をスクリュー３の回転軸３１に設置することで鋼管２のめっき浴Ｚ内への浸漬と払出しを１つの装置で行うことが可能となりメンテナンス性の面でも優位であり、好ましい。

図２の例では、溶融金属めっき装置は鋼管２を同時に２本ずつめっき槽１内に搬送できる装置を示している。また、図２に示すめっき装置において、スクリュー３の本数は鋼管１本に対して、搬送方向（鋼管の長手方向）に３本ずつ設置されている。鋼管２の姿勢の安定のために、鋼管１本あたり少なくとも２本のスクリューを必要とする。めっき処理を施す鋼管の長さによるが、２本の場合、めっき浴Ｚ投入直後の搬送方向の鋼管２の姿勢が不安定となる可能性が高いこと、および、鋼管２が撓んで十分な空気抜きができないおそれがあるため、鋼管１本に対しスクリューを３本以上設置するのが望ましい。

図４に鋼管２をめっき浴Ｚに浸漬する際の水平面との関係を模式的示す。図４示すように傾斜した鋼管２が水平面１１となす角度を浸漬角度θ（°）とする。図５に引揚げ装置５の支持部１２を拡大して模式的に示す。支持部１２には鋼管２を載荷・支持し引揚げ搬送するためのＶ字形溝部を設けている。Ｖ字形溝部は垂線に対して開いており、その開度角をφ（°）とする。

発明者らは、鋼管を金属めっき浴に浸漬する際の傾斜角度が引揚げ不良に与える影響を調査した。調査結果を図６に鋼管の浸漬角度θ（°）と引揚げ不良発生率η（％）のグラフで示す。溶融亜鉛めっき浴を用い、鋼管径Ｄ＝８０Ａおよび引揚げ装置５の支持部１２の開度角φ＝１００°で操業を行った。引揚げ不良発生率η（％）は、鋼管の金属めっき処理を施した際に金属めっき装置から引揚げられた鋼管について、めっき槽内で発生した曲がりやキズ、引揚げトラブルなどの発生本数についてカウントし、総処理本数に対する割合の百分率で算出した。図６から明らかなように、浸漬角度θが２°未満の場合、引揚げ不良率が高い。浸漬角度θが２°未満の場合には、鋼管を浸漬する際に鋼管内部の空気が充分抜け切れなくなり、めっき浴内部で鋼管に浮力が働き浮遊するため、鋼管の払い出しが正常にはできなくなり、払出し不良に基づく、鋼管の曲がりやキズが多発した。浸漬角度θを２°以上とすることで払出し不良が大幅に改善され、引揚げ不良率が低減した。浸漬角度θが５°を超えた場合には、鋼管内部の空気の残存はなくなるが、浸漬の際、鋼管内部の空気抜きが急激となり、めっき浴Ｚからの溶融金属の吹き出しが顕著となって、周辺装置に溶融金属が付着するなどの悪影響が出てしまう。したがって、浸漬角度θとしては２〜５°の範囲とすることが好ましい。なお、鋼管内空気残留によるトラブルは、鋼と溶融金属の比重差の小さい、亜鉛リッチの溶融金属で顕著であった。

次に、発明者らは、引揚げ装置５の支持部１２の形状について検討した。支持部１２に形成したＶ字形の溝部の開度角φ（°）と引揚げ不良発生率η（％）の関係を図７に示す。溶融亜鉛めっき浴を用い、鋼管径Ｄ＝８０Ａおよび浸漬角度θ＝２°で操業を行った。図７から明らかなように、開度角φが１３０°を超えると、引揚げ中の姿勢が不安定となり、引揚げ不良が多くなる傾向にあった。一方、開度角φが９０°未満の場合、曲がりや引揚げトラブルなどの引揚げ不良はほぼ発生しなかったが、パイプ表面に引揚げ装置起因の擦り傷が発生した。以上の結果から、本発明では、引揚げ装置のＶ字形状の開度角φは９０〜１３０°の範囲が好ましい。

本発明の好適な実施形態にかかる装置の構成は、溶融金属めっき浴Ｚを構成するめっき槽１と、該溶融金属めっき浴Ｚ中に鋼管２を下降搬送し、浸漬させるために、回転軸３１に螺旋面３２を有するスクリュー３と、該スクリュー３の螺旋面終端部を通過した前記鋼管２を一旦受け止めるためのクレードル４と、前記回転軸３１の螺旋面終端部に設けられた前記鋼管２の払出し装置１０と、該払出し装置１０によって払い出された前記クレードル４上の前記鋼管２を引揚げるための引揚げ装置５とからなり、前記スクリュー３が鋼管２長手方向で複数設置され、スクリュー３の螺旋面３２に載架された前記鋼管２が傾斜するように前記スクリュー２の高さが順次設定されている溶融金属めっき装置である。

鋼管２と水平面１１のなす角度、つまり、浸漬角度θが２〜５°の範囲になるように前記スクリュー３の螺旋面３２が配置されていること好ましい。また、引揚げ装置５の前記鋼管２を支持する支持部１２が、９０〜１３０°の開度角φを有するＶ字形の溝部からなることが好ましい。理由は前述のとおりである。

図２や３では、一例として金属めっき装置内に設置したスクリューの配置を２列の場合について記載しているが、鋼管のサイズによっては１列の場合や２列以上設置することも可能であり、スクリューの配置列数については特に限定しない。

なお、本発明の方法は、素管として、鍛接鋼管や溶接鋼管に好適に適用できる。鍛接鋼管とは、鋼帯素材、例えば熱延鋼帯全体を加熱後、熱間で成形し、シーム部は鍛接によって接合してパイプに成形した鋼管をいう。溶接鋼管とは、いわゆる、電縫鋼管であり、鋼帯素材、例えば熱延鋼帯を成形機で管状に成形し，高周波溶接機でシームの高速溶接を行う。

図１に示す製造フローにて鋼管の亜鉛めっきを行った。めっき槽内の各装置配置については、図２および図３に示す配置で設置した。ここで、めっき槽は、内法で長さ７ｍ×幅２ｍ×深さ５ｍのものを用い、鋼管の長さは５ｍであった。鋼管径５０Ａの場合のスクリュー回転速度は、約９ｒｐｍであり、鋼管のめっき浴への浸漬時間は２〜３分であった。

鋼管の浸漬角度θおよび引揚げ装置の支持部のＶ字形の開度角φを変更して、各種径および管種の鋼管の溶融亜鉛めっきを施した。試験条件および引揚げ不良発生率η（％）の結果を表１に示す。引揚げ不良発生率η（％）は、鋼管の亜鉛めっき処理を施した際に亜鉛めっき装置から引揚げられた鋼管について、めっき槽内で発生した曲がり、キズ、引揚げトラブルなどの発生本数についてカウントし、総処理本数に対する割合の百分率で算出した。

表１に示すように操業条件１〜１０の発明例は、浸漬時の鋼管の傾斜が適切であり、引揚げ不良率が、操業条件１２〜１６の比較例とくらべて、低位であった。引揚げ装置のＶ字形の溝部の開度角が１４０°である操業条件４および７は、同一管径で比較して、好適条件範囲にある操業条件３および６より、引揚げ不良率が高くなった。本発明を適用した処理を行うことにより、鋼管の溶融亜鉛めっき処理における引揚げ不良の発生を大幅に軽減することが明らかとなり、生産性が向上した。

本発明は、鋼管だけでなく、他の金属管などにも適用可能である。また、溶融亜鉛めっきに限らず、各種溶融金属めっきに適用して好適である。

１ めっき槽
２ 鋼管
３ スクリュー
３１ 回転軸
３２ 螺旋面
４ クレードル
５ 引揚げ装置
６ センターガイド
７ ストッパー
８ スキッドプレート
９ サイドガイド
１０ 払出し装置
１１ 水平面
１２ 支持部
Ｚ 溶融金属めっき浴

Claims (6)

1. 鋼管を溶融金属めっき浴に一定時間浸漬し、その後該めっき浴から引揚げて、金属めっき鋼管を製造する方法において、回転軸に螺旋面を有するスクリューを用いて前記鋼管を溶融金属めっき浴内に下降搬送し浸漬させる際に、前記鋼管の一端が他端より先にめっき浴に浸漬するように前記鋼管を傾け、前記鋼管を引揚げる際に、９０〜１３０°の開度角を有するＶ字形の溝部に前記鋼管を支持して引揚げることを特徴とする金属めっき鋼管の製造方法。
2. 前記鋼管と水平面のなす角度が２〜５°の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の金属めっき鋼管の製造方法。
3. 前記溶融金属めっき浴が、溶融亜鉛、溶融アルミニウム、溶融亜鉛系合金、溶融アルミニウム系合金および溶融亜鉛−アルミニウム系合金から選ばれる１種からなることを特徴とする請求項１または２に記載の金属めっき鋼管の製造方法。
4. 溶融金属めっき浴を構成するめっき槽と、
   該溶融金属めっき浴中に鋼管を下降搬送し浸漬させる、回転軸に螺旋面を有するスクリューと、
   該スクリューの螺旋面終端部を通過した前記鋼管を一旦受け止めるためのクレードルと、
   前記回転軸の螺旋面終端部に設けられた前記鋼管の払出し装置と、
   該払出し装置によって払い出された前記クレードル上の前記鋼管を引揚げるための引揚げ装置とからなり、
   前記スクリューが鋼管長手方向に複数設置され、該スクリューの螺旋面に載架された前記鋼管が傾斜するように前記スクリューの高さが順次設定されていることを特徴とする鋼管の溶融金属めっき装置。
5. 前記スクリューの螺旋面に載架された前記鋼管と水平面とのなす角度が２〜５°の範囲になるように前記スクリューの螺旋面が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の鋼管の溶融金属めっき装置。
6. 前記引揚げ装置の前記鋼管を支持する部位が、９０〜１３０°の開度角を有するＶ字形の溝部からなることを特徴とする請求項４または５に記載の鋼管の溶融金属めっき装置。

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