JPH07290641A

JPH07290641A - ポリエチレン被覆鋼材

Info

Publication number: JPH07290641A
Application number: JP8306494A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Sato; 佐藤弘隆; Yoshihisa Kayazono; 義久仮屋園; Yoshihiro Miyajima; 宮嶋義洋; Nobuki Yoshizaki; 吉崎信樹; Hiroyuki Mimura; 三村博幸
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-04-21
Filing date: 1994-04-21
Publication date: 1995-11-07

Abstract

(57)【要約】（修正有）【構成】下地処理を施した鋼材の表面に、変性ポリエ
チレン層を介して、密度が０．９２０〜０．９５５の範
囲でかつメルトインデックスが０．１０〜０．８０の範
囲である無色ポリエチレン層と密度が０．９３０〜０．
９４０の範囲でメルトインデックスが０．１０〜０．４
０の範囲でかつ顔料を０．１〜７重量％の範囲で含有す
る着色ポリエチレン層を順次積層被覆したことを特徴と
する極低温での耐衝撃性が優れかつ被覆の残留歪みが小
さいポリエチレン被覆鋼材。【効果】ポリエチレン被覆鋼材はパイプラインの建設
工事に用いると−６０℃の極低温で優れた耐衝撃性を発
現し、又パイプラインを高温操業する場合でも耐疵性も
優れるため、従来にない優れた防食性を発揮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鋼材の表面にポリエチレ
ン被覆を施した鋼材に関し、さらに詳しくは極低温の耐
衝撃性が優れかつ被覆の残留歪みが小さいポリエチレン
被覆鋼材、および高温の耐疵性が優れかつ被覆の残留歪
みが小さいポリエチレン被覆鋼材に関する。

【０００２】

【従来の技術】天然ガスや原油のパイプラインの建設に
ポリエチレンで被覆し防食したポリエチレン被覆鋼管を
用いることがある。ポリエチレン被覆鋼管としては、下
地処理を施した鋼管の外面に、変性ポリエチレンを介し
てポリエチレンを積層した鋼管が多用されている。この
ポリエチレン被覆鋼管には、最近特に次の点が重要であ
る。まず、パイプラインの建設工事では、ポリエチレン
被覆鋼管が建設機材や他のポリエチレン被覆鋼管にぶつ
かりが疵が入ることがある。このようなとき、ポリエチ
レン被覆の残留歪みが大きいと疵部からの剥離が促進さ
れ防食性が損なわれることがあり、ポリエチレン被覆の
残留歪みの低減が最も重要である。天然ガスや原油の開
発地域が極寒冷地化し、例えば−６０℃以下の極低温で
工事が行われる状況になった。このような極低温ではポ
リエチレン被覆の残留歪みの低減に加えて、極低温の耐
衝撃性が重要な課題である。採取される原油が次第に重
質油化してきたため、原油を高温で輸送するパイプライ
ンが必要になっている。このような高温操業のパイプラ
インでは、ポリエチレン被覆の残留歪みの低減に加え
て、埋設使用では土壌中の小石などに対する高温での耐
疵性の向上が重要である。また、港湾工事に使用される
ポリエチレン被覆鋼矢板の使用環境も、最近は極寒冷地
化し、極低温での被覆の耐衝撃性が重要である。

【０００３】ポリエチレンはその密度によって性質が異
なる。密度が小さい低密度ポリエチレンは軟らかく、低
温時の耐脆化性が良く、被覆の残留歪みも小さいが、高
温では耐疵性が劣る。密度が大きい高密度ポリエチレン
は硬く、低温時の耐脆化性が悪く、被覆の残留歪みも大
きいが、高温の耐疵性は良い。従来は、これらの密度の
異なるポリエチレンを用途によって選択し、下地処理を
施した鋼材の表面に単層で被覆しているのが現状であ
る。例えば寒冷地用では低密度ポリエチレンを単独で被
覆した鋼管を用いると、被覆の残留歪みは小さくなり、
−４５℃までの低温での耐衝撃性は優れる。しかし、−
６０℃以下の極低温での衝撃では被覆に割れが入り、耐
衝撃性が不足し、施工時の耐疵性も不十分である。原油
の高温輸送のパイプラインのために高密度ポリエチレン
を単独で被覆した鋼管を用いると、８０℃までの耐疵性
は優れる。しかし、被覆の残留歪みが非常に大きくな
り、−６０℃の極低温で衝撃が加わると被覆が割れ、耐
衝撃性が不足する。

【０００４】上記の不具合を改善するために、例えば鋼
管の外面被覆では、特公昭５９−４９１７９号公報に提
案されているように、２種類のポリエチレンを積層被覆
する方法が考えられる。例えば、特公昭５９−４１７９
号公報に説明されているように、下層に低密度ポリエチ
レンを、上層に高密度ポリエチレンを積層被覆すること
によって、施工時の耐疵性が改善され、−４５℃までの
低温での耐衝撃性が向上する。しかし、ただ単に低密度
ポリエチレンと高密度ポリエチレンを積層被覆しただけ
では、−６０℃の極低温での耐衝撃性が十分でなく、か
つ被覆の残留歪みの低減が困難である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、従来技術で
は、被覆の残留歪みが小さくかつ−６０℃の耐衝撃性も
優れたポリエチレン被覆鋼材や、被覆の残留歪みが小さ
くかつ８０℃での被覆の耐疵性も優れた被覆鋼材の実現
が難しかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の問
題点を解決すべく、特公昭５９−４９１７９号公報の上
層と下層のポリエチレンの構成、特にポリエチレンの物
性に最も影響するＡＳＴＭＤ１５０５で規定された
密度とＡＳＴＭＤ１２３８で規定されたメルトイン
デックス（メルトインデックスの対数は分子量にほぼ反
比例する）について鋭意検討した。その結果、図１に示
す如く、下地処理を施した鋼材１の表面に、変性ポリエ
チレン層４を介して、密度が０．９２０〜０．９５５の
範囲でかつメルトインデックスが０．１０〜０．８０の
範囲である無色ポリエチレン層５の上に密度が０．９３
０〜０．９４０の範囲でメルトインデックスが０．１０
〜０．４０の範囲でかつ顔料を０．１〜７重量％の範囲
で含有する着色ポリエチレン層６を積層する場合だけ、
被覆の残留歪みの低減に加えて、−６０℃の耐衝撃性も
向上することを見出した。図中２はクロメート被覆、３
はプライマー被覆を示す。さらに、図２に示す如く、下
地処理を施した鋼材１の表面に、変性ポリエチレン層４
を介して、密度が０．９２０〜０．９４５の範囲でかつ
メルトインデックスが０．１０〜０．８０の範囲である
無色ポリエチレン層５の上に密度が０．９４１〜０．９
５０の範囲でメルトインデックスが０．１０〜０．４０
の範囲でかつ顔料を０．１〜７重量％の範囲で含有する
着色ポリエチレン層７を積層する場合だけ、被覆の残留
歪みの低減に加えて、−８０℃の耐疵性も優れることを
見出し、本発明に至った。図中２はクロメート被覆、３
はプライマー被覆を示す。

【０００７】以下に、本発明につき詳細に説明する。

【０００８】本発明に使用する鋼材とは、炭素鋼あるい
はステンレス鋼などの合金鋼でできた鋼管や鋼矢板など
である。また、炭素鋼管の内面、外面や鋼矢板の山面や
谷面に、ステンレス鋼やチタン、アルミニウム、ニッケ
ル、銅などの金属あるいはニッケル−クロム−モリブデ
ン合金、ニッケル−クロム−モリブデン−タングステン
合金などの合金鋼を積層したクラッド鋼材も使用でき
る。また、炭素鋼管の内面、外面や鋼矢板の山面や谷面
に亜鉛、アルミニウム、クロムなどの金属めっき、亜鉛
−アルミニウム、亜鉛−ニッケル、亜鉛−ニッケル、亜
鉛−ニッケル−クロムなどの合金めっき、これらの金属
めっきや合金めっきにシリカや酸化チタンなどの分散材
を分散した分散めっきを施しためっき鋼材なども使用で
きる。

【０００９】本発明に使用する鋼材には、変性ポリエチ
レンを被覆する前に、図１と図２に示す如く下地処理と
しては、クロメート被膜２とエポキシプライマー被膜３
からなる下地処理を施すことが好ましい。まず、ブラス
ト処理や酸洗・脱脂などでスケールなどを除去した鋼材
の表面に、クロメート処理剤をロールや刷毛などで塗布
し加熱・焼き付けして形成する。クロメート処理剤は、
例えば無水クロム酸の水溶液に有機質の還元剤などを添
加して加熱し水溶液中の６価クロムの一部を３価クロム
に部分還元した還元水溶液に、シリカの微粒子を添加・
分散した混合物、あるいは無水クロム酸とリン酸の混合
水溶液に有機質の還元剤などを添加して加熱し水溶液中
の６価クロムの一部を３価クロムに部分還元した還元水
溶液に、シリカの微粒子を添加・分散した混合物などを
用いる。エポキシプライマ−被膜３は、鋼材のクロメー
ト被膜の表面に、エポキシ、顔料と硬化剤の混合物から
なるプライマーをスプレー塗装やしごき塗布などの方法
で塗布し、加熱硬化して形成する。エポキシとしてはビ
スフェノールＡまたはビスフェノールＦのジグリシジル
エーテルの単独、また混合物を使用する。鋼管の使用温
度が８０℃を越える場合は、エポキシプライマー被膜の
ガラス転移温度を上げるために、フェノールノボラック
型エポキシ樹脂を追加混合してもよい。顔料としては、
シリカや酸化チタンなどの無機顔料を用いる。硬化剤と
しては、脂環式アミン、脂肪族アミン、ジシアンジアミ
ド、変性イミダゾールなどを用いる。

【００１０】変性ポリエチレンにはエチレン単独重合
体、またはエチレンと１−ブテン、プロピレン、１−ヘ
キセンまたは１−オクテンなどのα−オレフィンを共重
合したエチレン−α−オレフィン共重合体の単独、また
はこれらの混合物を無水マレイン酸で変性した無水マレ
イン酸変性ポリエチレンを用いる。無水マレイン酸の変
性に関しては、ポリエチレン、エチレン−α−オレフィ
ン共重合体、またはこれらの混合物１ｇに対する無水マ
レイン酸の付加量が１×１０^-6〜１×１０^-4モルの範囲
になるようにする。該付加量が１×１０^-6モル未満およ
び１×１０^-4モル越えでは無色ポリエチレン層とエポキ
シプライマー層の間の接着性が悪くなり耐衝撃性が低下
する。

【００１１】本発明の無色ポリエチレンには、密度が
０．９２０〜０．９５５の範囲でかつメルトインデック
スが０．１０〜０．８０の範囲であるエチレン単独重合
体を用いるが、エチレン単独重合体の代わりにエチレン
と１−ブテン、プロピレン、１−ヘキセンまたは１−オ
クテンなどのα−オレフィンを共重合したエチレン−α
−オレフィン共重合体の単独やエチレン単独重合体とエ
チレン−α−オレフィン共重合体の混合物も密度が０．
９２０〜０．９５５の範囲でかつメルトインデックスが
０．１０〜０．８０の範囲であれば利用できる。無色ポ
リエチレンの密度が０．９２０未満および０．９５５越
え、およびメルトインデックスが０．１０未満および
０．８０越えでは残留歪みが低減できない。

【００１２】本発明の着色ポリエチレンには、極低温
（−６０℃）の耐衝撃性が必要な場合には密度が０．９
３０〜０．９４０の範囲でかつメルトインデックスが
０．１０〜０．４０の範囲でかつ顔料を０．１〜７重量
％の範囲で含有するエチレン単独重合体を用いるが、エ
チレン単独重合体の代わりにエチレンと１−ブテン、プ
ロピレン、１−ヘキサンまたは１−オクテンなどのα−
オレフィンを共重合したエチレン−α−オレフィン共重
合体の単独やエチレン単独重合体とエチレン−α−オレ
フィン共重合体の混合物も密度が０．９３０〜０．９４
０の範囲でかつメルトインデックスが０．１０〜０．４
０の範囲であれば利用できる。着色ポリエチレンの密度
が０．９３０未満および０．９４０を越え、メルトイン
デックスが０．１０未満および０．４０越え、顔料が
０．１重量％未満および７重量％越えでは−６０℃の衝
撃で被覆に割れが発生する。また、高温操業（−８０
℃）が必要な場合には密度が０．９４１〜０．９５０の
範囲でかつメルトインデックスが０．１０〜０．４０の
範囲でかつ顔料を０．１〜７重量％の範囲で含有するエ
チレン単独重合体を用いるが、エチレン単独重合体の代
わりにエチレンと１−ブテン、プロピレン、１−ヘキサ
ンまたは１−オクテンなどのα−オレフィンを共重合し
たエチレン−α−オレフィン共重合体の単独やエチレン
単独重合体とエチレン−α−オレフィン共重合体の混合
物も密度が０．９４１〜０．９５０の範囲でかつメルト
インデックスが０．１０〜０．４０の範囲であれば利用
できる。着色ポリエチレンの密度が０．９４１未満およ
び０．９５０を越え、メルトインデックスが０．１０未
満および０．４０越え、顔料が０．１重量％未満および
７重量％越えでは８０℃の耐疵性が低下する。両者の場
合とも、使用する顔料としては、カーボンブラック
（黒）、フタロシアニングリーン（緑）の他、イソイン
ドリノンイエロー（黄）、キナクリドンレッド（赤）、
ペリノンレッド（赤）、フタロシアニンブルー（青）、
フタロシアニングリーン（緑）などの有機顔料や、酸化
チタン（白）、酸化クロム（緑）、酸化鉄（赤、黄）、
チタンイエロー（黄）、酸化コバルト（青、紫）などの
無機顔料、これらの有機顔料と無機顔料の混合物が利用
できる。

【００１３】変性ポリエチレン、無色ポリエチレンと着
色ポリエチレンの被覆には、変性ポリエチレンと無色ポ
リエチレンを二層一体で二層Ｔダイから押出被覆し次い
で着色ポリエチレンを単層Ｔダイから押出被覆する方
法、変性ポリエチレンと無色ポリエチレンを二層一体で
二層丸ダイから押出被覆し次いで着色ポリエチレンを単
層丸ダイから押出被覆する方法、変性ポリエチレン、無
色ポリエチレンと着色ポリエチレンを三層丸ダイから押
出被覆する方法、変性ポリエチレンは予め静電粉体塗装
し次いで無色と着色のポリエチレンの事前成形シートを
被覆して熱融着する方法などが利用できる。

【００１４】クロメート被膜は加熱・焼き付け後の全ク
ロム付着量換算で１５０〜１０００ｍｇ／ｍ² の厚み、
エポキシプライマー層は３０〜２００μｍの厚み、変性
ポリオレフィン層は８０〜４００μｍの厚み、無色ポリ
エチレン層は１〜５ｍｍの厚みで着色ポリエチレン層は
０．３〜３ｍｍの厚みであると良好な結果が得られる。

【００１５】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。

【００１６】

【実施例】

実施例１鋼管（ＳＧＰ１００Ａ×５５００ｍｍ長さ×５．８ｍｍ
厚み）の外面をグリットブラスト処理して除錆し、クロ
メート処理剤（水溶液中の全クロムに対する３価クロム
の重量比が０．４、シリカの重量比が２．０、リン酸の
重量比が１．０）を刷毛で塗布し乾燥した。クロメート
被膜の全クロム付着量は５００ｍｇ／ｍ² であった。ク
ロメート処理した鋼管の外面に、エポキシプライマー
（ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル１００重量
部、微粒子シリカ３重量部と油化シェルエポキシ社製の
脂環族アミン系硬化剤Ｂ００２Ｗを５０重量部混合した
混合物）をスプレー塗装し、鋼管を高周波誘導加熱で表
面温度が２００℃になるように加熱し硬化させた。エポ
キシプライマー被膜は５０μｍの厚みであった。その表
面に変性ポリエチレン（エチレンの単独重合体を無水マ
レイン酸で変性した変性ポリエチレンで、変性ポリエチ
レン１ｇに対する無水マレイン酸の付加量が１×１０^-6
モル）と無色ポリエチレンを二層一体でＴダイから押出
被覆した。変性ポリエチレンの厚みは２００μｍで、無
色ポリエチレンの厚みは２．０ｍｍであった。次いで、
その表面に別のＴダイから着色ポリエチレンを押出被覆
して冷却し、ポリエチレン被覆鋼管を製造した。着色ポ
リエチレンの厚みは０．５ｍｍであった。該無色ポリエ
チレンと着色ポリエチレンは種類として第２表のＡ〜Ｄ
を用い、密度とメルトインデックスの異なるものを比較
した。無色ポリエチレンと着色ポリエチレンの構成成分
を第２表に示した。これらの被覆鋼管の被覆を周方向に
短冊状（幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍ）に切り取り、２
０℃に保定して長さ（周方向）の収縮量を測定して残留
歪みとした。また、これらの被覆鋼管をＡＳＴＭＧ１
４の規定に従って衝撃試験し、被覆の割れ発生の有無を
観察した。衝撃試験は−６０℃で行った。試験の結果を
第３表に示す。第３表から、下地処理を施した鋼材の表
面に、変性ポリエチレン層を介して、密度が０．９２０
〜０．９５５の範囲でかつメルトインデックスが０．１
０〜０．８０の範囲である無色ポリエチレン層の上に、
密度が０．９３０〜０．９４０の範囲でかつメルトイン
デックスが０．１０〜０．４０の範囲でかつ顔料を０．
１〜７重量％の範囲で含有する着色ポリエチレン層を積
層する場合だけ、被覆の残留歪みが小さくなり、かつ−
６０℃の衝撃で被覆に割れが発生しない。

【００１７】実施例２鋼管（ＳＧＰ１００Ａ×５５００ｍｍ長さ×５．８ｍｍ
厚み）の外面をグリットブラスト処理して除錆し、クロ
メート処理剤（水溶液中の全クロムに対する３価クロム
の重量比が０．４、シリカの重量比が２．０）を刷毛で
塗布し乾燥した。クロメート被膜の全クロム付着量は５
００ｍｇ／ｍ² であった。クロメート処理した鋼管の外
面をガスバーナー炉で表面温度が２００℃になるように
加熱、エポキシプライマー（ビスフェノールＡのジグリ
シジルエーテル１００重量部、微粒子シリカ３重量部と
油化シェルエポキシ社製の脂環族アミン系硬化剤Ｂ００
２Ｗを５０重量部混合した混合物）をスプレー塗装して
加熱し硬化させた。エポキシプライマー被膜は５０μｍ
の厚みであった。その表面に変性ポリエチレン（エチレ
ンの単独重合体を無水マレイン酸で変性した変性ポリエ
チレンで、変性ポリエチレン１ｇに対する無水マレイン
酸の付加量が１×１０^-4モル）と無色ポリエチレンと着
色ポリエチレンを三層丸ダイから押出被覆し、冷却しポ
リエチレン被覆鋼管を製造した。変性ポリエチレンの厚
みは２００μｍで、無色ポリエチレン厚みは１．５ｍｍ
で、着色ポリエチレンの厚みは１ｍｍであった。該無色
ポリエチレンと着色ポリエチレンは種類として第１表の
Ａ〜Ｄを用い、密度とメルトインデックスの異なるもの
を比較した。無色ポリエチレンと着色ポリエチレンの構
成成分を第４表に示した。これらの被覆鋼管の被覆を周
方向に短冊状（幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍ）に切り取
り、２０℃に保定して長さ（周方向）の収縮量を測定し
て残留歪みとした。また、これらの被覆鋼管を短冊状
（５０ｍｍ角）に切り出し、ＤＩＮ３０５７０の規定
に従って押込深さを測定した。押込深さの測定は８０℃
で行った。試験の結果を第５表に示す。第５表から、下
地処理を施した鋼材の表面に、変性ポリエチレン層を介
して、密度が０．９２０〜０．９５５の範囲でかつメル
トインデックスが０．１０〜０．８０の範囲である無色
ポリエチレン層の上に、密度が０．９４１〜０．９５０
の範囲でかつメルトインデックスが０．１０〜０．４０
の範囲でかつ顔料を０．１〜７重量％の範囲で含有する
着色ポリエチレン層を積層する場合だけ、被覆の残留歪
みが小さくなり、かつ８０℃の押込深さが小さくなる。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】

【表４】

【００２２】

【表５】

【００２３】

【表６】

【００２４】

【表７】

【００２５】

【表８】

【００２６】

【表９】

【００２７】

【表１０】

【００２８】

【表１１】

【００２９】

【発明の効果】実施例からも明らかなように、本発明の
ポリエチレン被覆鋼材はパイプラインや港湾の建設工事
に用いると、被覆の残留歪みが小さくかつ−６０℃の極
低温で優れた耐衝撃性を発現し、高温操業のパイプライ
ンの防食に用いると被覆の残留歪みが小さくかつ８０℃
の耐疵性も優れるため、従来にない優れた防食性を発揮
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のポリエチレン被覆鋼材の一部断面を示
す図。

【図２】本発明のポリエチレン被覆鋼材の一部断面を示
す図。

【符号の説明】１…基材、鋼矢板などの鋼材２…クロメート被
膜３…プライマー被膜４…変性ポリエチ
レン層５…密度が０．９２０〜０．９５５の範囲でかつメルト
インデックスが０．１０〜０．８０の範囲である無色ポ
リエチレン層６…密度が０．９３０〜０．９４５の範囲でかつメルト
インデックスが０．１０〜０．４０の範囲でかつ顔料を
０．１〜７重量％の範囲で含有する着色ポリエチレン層７…密度が０．９４１〜０．９５０の範囲でかつメルト
インデックスが０．１０〜０．４０の範囲でかつ顔料を
０．１〜７重量％の範囲で含有する着色ポリエチレン層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉崎信樹君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内 (72)発明者三村博幸君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下地処理を施した鋼材の表面に、変性ポ
リエチレン層を介して、密度が０．９２０〜０．９５５
の範囲でかつメルトインデックスが０．１０〜０．８０
の範囲である無色ポリエチレン層と密度が０．９３０〜
０．９４０の範囲でメルトインデックスが０．１０〜
０．４０の範囲でかつ顔料を０．１〜７重量％の範囲で
含有する着色ポリエチレン層を順次積層被覆したことを
特徴とする極低温での耐衝撃性が優れかつ被覆の残留歪
みが小さいポリエチレン被覆鋼材。
【請求項２】下地処理を施した鋼材の表面に、変性ポ
リエチレン層を介して、密度が０．９２０〜０．９５５
の範囲でかつメルトインデックスが０．１０〜０．８０
の範囲である無色ポリエチレン層と密度が０．９４１〜
０．９５０の範囲でメルトインデックスが０．１０〜
０．４０の範囲でかつ顔料を０．１〜７重量％の範囲で
含有する着色ポリエチレン層を順次積層したことを特徴
とする高温の耐疵性が優れかつ被覆の残留歪みが小さい
ポリエチレン被覆鋼材。