WO2006054350A1 - 溶射金属めっき鋼管の製造方法 - Google Patents

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Shinichiro Nakamura
Tadayoshi Tamamura
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Daiwa Steel Tube Industries Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a metal-plated steel pipe having a thermal spraying process on the inner surface or the outer surface of the steel pipe.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 5-148607
  • thermal spraying is exclusively used for repair applications.
  • partially spraying metal onto a metal tube for the non-plated part in order to block the non-plated part and the like from the external atmosphere.
  • spraying is used to modify the entire plating layer and that a metal layer is formed not only on specific parts but also on the entire tube.
  • the present invention has been proposed in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for producing a sprayed metal plated steel pipe having a substantially uniform and good metal layer over the entire surface with high productivity. And An object of the present invention is to form a metal layer having sufficient bonding strength with a metal layer of a plating layer by a thermal spraying process.
  • the method for producing a sprayed metal plating comprises a step of continuously spraying a steel plate, a step of continuously forming a steel pipe, and a steel plate formed into a tubular shape.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a metal tube in which a metal plate made of a first composition component is continuously formed into a tubular shape and a welded end is continuously welded to form a metal tube before continuous welding.
  • a metal tube manufacturing method in which a metal layer composed of a second composition component different from the first composition component having no discontinuity in the circumferential direction and the longitudinal direction is formed on at least one surface of the metal plate by thermal spraying. Is.
  • the invention of the present application is different from the first composition component in the same method for manufacturing a metal tube, in which there is no discontinuity in the circumferential direction and the longitudinal direction directly on the surface of the metal tube after continuous welding.
  • This is a method for manufacturing a metal tube, in which a metal layer comprising the second composition component is formed by thermal spraying.
  • the present invention relates to a similar method for manufacturing a metal tube, in a circumferential direction through a metal layer made of a composition component different from the first composition component on the surface of the metal tube after continuous welding.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a metal tube, in which a metal layer having no discontinuity in the longitudinal direction is formed by thermal spraying.
  • the metal layer is formed by thermal spraying preferably on the inner surface before continuous welding and on the tube surface after continuous welding, but these may be used in combination.
  • the first metal tube portion also has the first composition component force, and at least a part of the cross section of the first metal tube portion has a longitudinal direction.
  • the first metal tube portion having a continuous melt-bonded portion, and the first metal tube portion! /, Either on the surface of the first metal tube portion, or composed of a composition component different from the first composition component
  • a second metal layer formed through a metal layer, the second metal layer being continuously formed in a cross-sectional direction, and a second metal layer formed by a thermal spraying process is manufactured. be able to.
  • the present invention provides a sufficient bonding force with the metal layer constituting the plating layer by performing thermal spraying in a state where the surface of the plating layer is not completely cooled, preferably in a semi-molten state. It may be a feature.
  • the semi-molten state refers to a state where the melting point is in the process of solidification at a temperature of about 80% of the melting point. For example, when the plating layer is zinc, the temperature range is from the melting point to 400 ° C.
  • the metal layer having the first component is scattered in the shape of islands in the metal having the first component, and the metal having the first component is scattered in the metal having the first component.
  • the metal having the second component is distributed in layers.
  • the metal used for the thermal spraying 'molten metal plating is preferably zinc.
  • other metals such as an alloy containing aluminum or other metals in zinc, tin, or the like may be used.
  • thermal spraying is based on a general definition based on well-known metal processing.
  • thermal spraying is a process in which a thermal spray material is heated by using combustion or electrical energy, melted or close to it, and particles are sprayed on the substrate to form a coating. (See JIS Handbook Metal Surface Treatment H8200).
  • the metal layer is formed on the inner surface or the outer surface of the metal tube by thermal spraying which is not performed in the conventional plating process such as fusion welding, so that installation / management of the plating layer which requires a large amount of money is not required.
  • various metal layers can be formed by cheap capital investment, and the design flexibility of metal pipes can be increased.
  • the metal layer continuous in the cross-sectional direction or the circumferential direction is formed by thermal spraying, such as the entire surface of the metal tube, which is not the local repair of the metal tube by conventional thermal spraying.
  • thermal spraying is not common to those skilled in the art, not local repair.
  • the thermal spraying metal layer having excellent corrosion resistance and high anti-fouling effect.
  • a steel pipe can be obtained.
  • the positional relationship (distribution relationship) between the base metal and the sprayed metal can be controlled.
  • the manufacturing method of the thermal spray metal steel pipe of this embodiment is comprised by the manufacturing line shown in FIG.
  • This production line includes an uncoiler 2 that continuously supplies a long steel sheet wound around a coil 1, a forming device 5 that continuously forms the steel sheet supplied from the uncoiler 2 into a tubular shape, and a steel sheet.
  • the desired metal is sprayed onto the steel plate immediately before continuously forming the tube.
  • the inner surface thermal spraying device4, the welding device 7 that continuously welds the longitudinal end surface joints of the spliced steel plate formed into a tubular shape to form a tubular body, and the weld bead portion formed on the outer surface of the tubular body.
  • the outer surface sprayed after the hot dip galvanizing device 11 and after the hot dip galvanizing device instead.
  • a thermal spraying device 12 can be provided as required.
  • both the inner surface spraying device 4 and the outer surface spraying device 12 can be provided during the manufacturing process. These depend on the specifications of the steel pipe to be manufactured.
  • the outer surface of the tubular body is continuously applied with a flux liquid for cleaning and preventing oxidation, and the preheating for drying the outer surface of the tubular body and preheating the tubular body
  • a device 10 may be provided.
  • a sizing device 13 for forming the hot-dip galvanized steel pipe manufactured as described above into a standard size and a cutting device 14 for cutting the hot-dip galvanized steel pipe into a predetermined length may be provided.
  • a steel sheet wound in a coil shape is continuously supplied from the uncoiler 2 toward the downstream of the line.
  • the supplied steel sheet is drawn into the forming device 5 and sprayed by the thermal spraying device 4 to be cold formed into a tubular shape. It is preferable that the thermal spraying is performed on one surface of the steel plate.
  • the thermal sprayed surface is preferably an inner surface of a formed tube. Further, the thermal spraying may be performed before the forming is started or after the forming is started. Subsequently, the welding device 7 continuously welds the longitudinal end surface joining portions of the steel plates to form one continuous tubular body 6.
  • the tubular body 6 is sent to a cutting device 8 to which a blade having a shape along the outer surface of the tubular body 6 is attached. Then, the weld bead portion formed on the outer surface of the tubular body 6 is scraped off by the cutter of the cutting device 8, and the outer surface of the tubular body 6 is formed smoothly.
  • the tubular body is sent to the flux applying device 9, and a flux liquid for cleaning and oxidation prevention is applied to the outer surface of the tubular body.
  • the tubular body 6 is sent to the preheating device 10 to be preheated, and its outer surface is dried.
  • the tubular body is sent to the hot dip galvanizing apparatus 11.
  • the tubular body 6 is immersed in a hot dip galvanizing apparatus 11 in an upper tub filled with molten zinc that has been pumped up, and is squeezed over the entire outer surface.
  • the tubular body 6 immersed in the upper plating tank is formed with a molten zinc plated layer having a healthy alloy layer, and becomes a molten zinc plated steel pipe.
  • the outer surface spraying device 12 becomes a sprayed metal plated steel pipe 40. Then it is cooled.
  • the thermal spraying by the outer surface spraying device 12 needs to be performed at a time when the surface temperature of the molten zinc plating layer is not cooled to the ambient temperature.
  • a sprayed metal layer formed on a cooled metal surface is formed all over the unevenness of the metal surface, thereby ensuring a bonding force only by the anchor effect due to the unevenness.
  • the thermal spraying is performed in a state where the surface temperature of the molten zinc plating layer is higher than the ambient temperature. More preferably, the surface of the molten zinc plating layer is preferably in a semi-molten state. In the semi-molten state, when the metal layer that has a solid-liquid coexistence region is used for the metal layer that acts on the plating layer, the temperature of the solid-liquid coexistence region is several tens of degrees Celsius, and about 100 ° C at maximum Refers to the lowered temperature. When pure metal is a plating layer
  • the solid-liquid coexistence region temperature does not exist, but in this case, it may be considered almost the same.
  • the temperature at which the semi-molten state suitable for the present invention varies varies depending on the combination of the plating layer and the sprayed metal layer. In general, it is applicable to the object of the present invention as long as the bonding force can be obtained by a mechanism different from the element diffusion and alloying between the plating layer and the sprayed layer and other anchor effects. .
  • the metal layer by thermal spraying needs to be formed on the entire surface in the circumferential direction of the tube. Therefore, in this embodiment, the outer surface spraying apparatus is sprayed from three directions separated by 120 °. A spray nozzle is provided and metal spraying is performed. Although it is possible to form a sprayed metal layer by spraying from two directions separated by 180 °, it is desirable to form a sprayed metal layer by providing a spray nozzle on three or more sides.
  • the sprayed metal plated steel pipe 40 is cold rolled in the sizing device 13 in order to set the outer shape to the standard dimension.
  • the cold roll force is a process necessary to make the sprayed layer have a relatively uniform thickness in the circumferential direction.
  • the sprayed metal layer is formed through a subsequent process such as a cold roll carriage. A relatively uniform thickness can be achieved.
  • sizing processing such as cold roll processing is performed, and the sprayed metal layers formed by spraying are compared. It is desirable to adopt a process of making the thickness uniform (a process of making the thickness distribution more uniform than immediately after forming the sprayed metal layer).
  • the sprayed metal plated steel pipe is cut into a predetermined length by the cutting device 14 to become a steel pipe product 15.
  • the sprayed metal layer M is formed on the inner surface of the tubular body 6 on which the molten zinc plated layer is formed.
  • the sprayed metal layer 0 is formed on its outer surface, it is possible to continuously obtain a thermally sprayed metal steel pipe having excellent corrosion resistance and a high fouling effect.
  • a sprayed metal layer 0 is formed on the outer periphery of the zinc plating layer N.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment.
  • the sprayed metal layer is formed on both the inner and outer surfaces by a spraying device, but the sprayed metal layer by the spraying device may be provided only on the inner surface or the outer surface.
  • a sprayed metal layer is provided only on the outer surface, if a double-sided steel plate is used, a steel pipe with a plated layer on the inner surface and a double metal layer (plated layer + sprayed metal layer) on the outer surface is manufactured. Is possible.
  • a thermal spray metal layer is formed only on the surface where the plating layer is not provided by a thermal spraying device, and a metal layer is provided on both the inner and outer surfaces of the pipe. It is also possible to increase the anticorrosion effect.
  • the upper surface of the sprayed metal layer may be covered with a protective film made of synthetic resin or the like! In this way, the fouling effect of the sprayed metal steel pipe can be further improved.
  • another metal may be applied according to need as the force to which molten zinc is applied as the plating applied to the steel pipe.
  • the description has been made on the assumption that a steel plate is used.
  • the present invention may be based on the use of another metal plate. Examples of such a metal plate include, but are not limited to, copper tape and aluminum tape.
  • the surface treatment method according to the present invention can be applied not only to a metal pipe but also to any metal member.
  • a metal member is formed, for example, by applying a molten metal squeeze to the metal surface having a first component to form a first metal layer, and the second component on the surface of the first metal layer.
  • the surface layer is formed by thermal spraying a metal having a metal surface, and the surface layer has a metal surface characterized in that the metal having the first and second components is naturally integrated. .
  • Aluminum is used as the spray metal.
  • the inner surface is sprayed with a thermal spraying device.
  • a metal layer was formed.
  • aluminum was sprayed with an outer surface spraying apparatus.
  • conditions such as the zinc surface temperature during spraying (normal temperature of 1450 ° C.), the line speed (0-400 m / min), the spray angle (0-90 °) can be appropriately combined.
  • the bond concentration and distribution of aluminum can be adjusted by adjusting the amount of sprayed aluminum.
  • Fig. 5 shows a comparison in appearance between the steel pipe manufactured according to Example 1 and the steel pipe manufactured by the conventional melt plating method.
  • the surface shows a unique pattern (spangle) reflecting the grain boundaries (Fig. 5 (a)), whereas the steel pipe manufactured by thermal spraying in Example 1 has a surface.
  • the surface is rough and granular (Fig. 5 (b)).
  • Mecky steel pipes with rough grained surfaces are not known at the time of this application. It is estimated that it was produced by the method of Ming
  • the appearance of the steel pipe manufactured in Example 1 polished with sandpaper is shown (Fig. 5 (c)).
  • the one polished with sandpaper has point-like depressions or holes peculiar to the thermal spraying having a metallic luster, and the one having a strong appearance is presumed to have been produced by the method of the present invention.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of the A1 element distribution result of the product manufactured in Example 1.
  • the island-like distribution and the layer-like distribution are one of the features when the manufacturing method according to the present invention is used. Features can be lost. It can be presumed that the nailing layer having such characteristics is manufactured according to the present invention.
  • a metal different from the metal base metal by physical force is used in the manufacturing method according to the present invention as compared with the conventional multiple fusion welding.
  • the thermal spraying method is used, so at least the temperature of the plating base metal during spraying (which affects the hardness of the surface, etc.) and the temperature of the sprayed metal during spraying (which affects the hardness of the sprayed metal) This is because the distribution state of the plating base metal and the sprayed metal depends on the speed (kinetic energy) at which the sprayed metal reaches the plating base metal. Due to these factors, the distribution shown in Fig. 3 is formed under conditions where the sprayed metal convects relatively near the surface. On the other hand, if the conditions are such that the sprayed metal reaches the vicinity of the surface of the steel wire (St), the distribution shown in Fig. 4 can be formed.
  • aluminum-um as the sprayed metal, it is rolled long with a thickness of 1.2mm and a width of 59.5mm.
  • a steel plate was set on the production line shown in Fig. 1, and shot blasting was performed on the inner surface using shot brass and equipment, and then a sprayed metal layer was formed on the inner surface using a thermal spraying device.
  • aluminum was sprayed with an external surface spraying device.
  • Fig. 6 (a) shows an appearance photograph of the obtained cross section
  • Fig. 6 (b) shows a chart measured by EPMA for the element distribution of the cross section.
  • the thermal spray metal was scattered in the form of islands in the base metal. It can be seen that the whitish zinc base is interspersed with vigorous blackish aluminum.
  • zinc and aluminum were distributed at a relatively uniform concentration in the steel pipe manufactured according to this example.
  • shot blasting is performed on the inner surface with shot brass and equipment.
  • a sprayed metal layer was formed on the inner surface by a spraying device.
  • the aluminum surface was sprayed by an external surface spraying device.
  • the zinc plating surface temperature was set to about 400 ° C, and aluminum was sprayed at 15g / min at a spraying angle of 90 ° during low-speed production of about 20m / min.
  • the contact area between the zinc and the sprayed aluminum melts and promotes bonding with the aluminum, and the distribution of the aluminum layer on the surface, the zinc-aluminum layer in the middle, and the zinc layer on the inner layer can be obtained.
  • This structure can be realized in medium to high speed production by a series of correlations such as line speed, zinc plating surface temperature, and aluminum spraying amount.
  • Fig. 7 (a) shows the obtained cross section
  • Fig. 7 (b) shows a chart of the element distribution in the cross section measured by EPMA.
  • aluminum (black portion) was unevenly distributed on the surface
  • zinc (white portion) was present at the interface with the steel core.
  • a more detailed elemental analysis of the elemental distribution showed that the surface formed a nearly pure aluminum layer as shown in Fig. 7, and that the concentrations of aluminum and zinc were gradually reversed.
  • the reason for this element distribution is not clear, but it depends on the melting temperature of aluminum during spraying, the temperature of zinc as the sprayed metal layer, the initial velocity (kinetic energy) of the sprayed metal particles, etc. This is thought to be due to the change in the depth of aluminum in the zinc. This is optional by adjusting these parameters This suggests the possibility of controlling the element distribution in the metal layer.
  • the present embodiment is composed of an aluminum layer having a purity of almost 100% up to a surface force depth of about 50 ⁇ m, and the deeper part is an aluminum′zinc alloy layer.
  • pure aluminum has high corrosion resistance, so that the elemental distribution of this kind has high corrosion resistance as a S-Seki steel pipe.
  • the reason for the increased corrosion resistance is that even if there are fine defects (pinholes) in the aluminum layer, the zinc layer exhibits a sacrificial anticorrosive action and shares the anticorrosion function with a function different from that of aluminum. .
  • the pure aluminum layer preferably has a thickness of 30% or more, preferably 50% or more of the thickness of the thickening layer. Further, it is not always necessary that the aluminum layer on the surface is an aluminum layer having a purity of 100%. It is sufficient if the aluminum layer has corrosion resistance substantially equivalent to 100% aluminum. From the standpoint of strength, the inclusion of about 15% zinc or other elements is acceptable.
  • zinc has been described as an example of a metal used for molten metal plating
  • the present invention is not limited to this.
  • other metals such as an alloy containing zinc and aluminum or other metals, or tin may be used.
  • aluminum has been described as an example of the metal to be sprayed, it is not limited to this.
  • zinc, magnesium, and other metals may be used.
  • the invention of the present application includes an invention that is effective for the manufacturing method, and at least the invention of the manufacturing method does not ask for the type of metal alloy.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a production line according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a thermal spray metal plating manufactured by the manufacturing method of the present embodiment.
  • FIG. 5 shows the appearance of a metal tube manufactured according to Example 1.
  • FIG. 6 is a line analysis result of the surface treatment layer of the metal tube manufactured in Example 2.
  • FIG. 7 is a line analysis result of the surface treatment layer of the metal tube manufactured according to Example 3.
  • Forming device Provides to form steel plate into a tube
  • Hot-dip galvanizing equipment process for continuous staking to the outer surface of steel pipe

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Abstract

【課題】全面にわたってほぼ均一で良好な金属層を備えた溶射金属めっき鋼管を生産性よく製造する方法を提供すること。 【解決手段】第一の組成成分からなる金属板を連続的に管状成形し、付け合わせ端部を連続溶接することによって金属管を形成する金属管の製造方法において、連続溶接後に金属管の表面に直接に、円周方向及び長手方向に不連続がない前記第一の組成成分とは異なる第二の組成成分からなる金属層を溶射により形成する金属管の製造方法。特に、外面に対して溶射金属層を形成後、当該金属層の厚さ分布を均一に近づけるための加工ステップを具備することが望ましい。  

Description

明 細 書
溶射金属めつき鋼管の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、鋼管の内面又は、外面に溶射工程を有する金属めつき鋼管の製造方 法に関するものである。
背景技術
[0002] 金属めつき鋼管の製造方法としては、鋼板の表裏両面に異種金属 (典型的には亜 鉛)をめつきした両面めつき鋼板をロールフォーミングを用いて、連続的に管状成形 する工程と、管状に成形されためつき鋼板端面を付け合わせて連続的に溶接して管 を形成する工程と、この際に鋼管の外面に形成された溶接ビード部を連続的に切削 する工程と、この切削に伴いめつき層の一部が切削されて不めっきになった部位に 対して、溶射工程を適用し、不めっき部位をに対して、前記めつきにかかる金属と同 一または異種金属を被服することが古くから知られて 、る (特許文献 1)。
[0003] このような工程においては、最終の不めっき部位に対する溶射工程を適用する代 わりに、連続的に溶融めつきすることにより代替することも考えられている（出願人によ る特願 2002— 225668号 (未公開） )。
特許文献 1：特開平 5— 148607号公報
[0004] このような技術において、溶射は専ら補修用途に用いられる。つまり、不めっき部分 等を外部雰囲気力 遮断するために、不めっき部分を対象に、部分的に金属管上に 金属を溶射をするという発想は存在する。めっき層全体を改質するために溶射を用 い、特定部位のみならず管全体に金属層を形成するという発想は存在しない。
[0005] 他方、補修ではなぐめっき層全体を改質する目的では、上記の製造工程によって 製造した鋼管について、再度、同種または異種金属による溶融めつきを施す工程が 知られている。例えば、亜鉛めつきにアルミを配合することにより、亜鉛単体では得る ことが出来な 、耐食性を実現することが可能であることは知られて 、る。製品が使用 される環境は年々厳しくなつており、高い耐食性 ·耐用年数の長期化が望まれている ことから新しい合金めつきが必要とされている。このような要求特性としては、耐食性 以外のみならず、耐磨耗性、耐熱、電気絶縁、電磁波シールド、電導性なども考えら れるが、いずれも他の金属、非金属材料を複合的に被覆することにより、実現可能で ある。
[0006] 従来、複数の異種金属を被覆する工程として、亜鉛両面めつき鋼板をロールフォー ミング等で成形し、連続溶接、ビード部除去等を行った後に、亜鉛またはこれと異な る金属（例えばアルミニウム）を溶融めつきすることが行われている。しかし、溶融めつ き槽を既存のライン中に新設することは工程設計や配列の点で難点があり、設備投 資額も少なくはない。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 連続溶射による製造方法で得られた金属めつき鋼管の場合、以下のような問題が ある。すなわち、溶射金属層の鋼管界面での結合力が、溶融めつき層に比べて弱い ため、曲げ加工等を施した場合、溶射金属層の剥がれや割れが発生し、鋼管の耐食 性問題が生ずる恐れがある。また、溶射金属層の微妙な厚みのコントロールが難しく 、均一な溶射金属層を成形することは困難である。
[0008] 本発明は上記問題点に鑑みて提案されたものであって、全面にわたってほぼ均一 で良好な金属層を備えた溶射金属めつき鋼管を生産性よく製造する方法を提供する ことを目的とする。本発明は、溶射工程によって、めっき層の金属層と十分な結合力 を有する金属層を形成することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0009] 以上の目的を達成するために、本発明の溶射金属めつきの製造方法は、鋼板を連 続的に溶射する工程と、鋼管を連続的に成形する工程と、管状に成形された鋼板の 長手方向端面接合部を連続的に溶接して鋼管とする工程と、当該鋼管の外面に、連 続的に溶融めつきする工程と、鋼管の外面に連続的に溶射する工程とを備えている
[0010] 本願発明をより機能的に表現すると、以下のとおりとなる。すなわち、本願発明は、 第一の組成成分からなる金属板を連続的に管状成形し、付け合わせ端部を連続溶 接することによって金属管を形成する金属管の製造方法において、連続溶接前に前 記金属板の少なくとも一面に、周方向及び長手方向に不連続がない第一の組成成 分とは異なる第二の組成成分からなる金属層を溶射により形成する、金属管の製造 方法に力かるものである。
[0011] また、本願発明は、同様な金属管の製造方法において、連続溶接後に金属管の表 面に直接に、円周方向及び長手方向に不連続がない前記第一の組成成分とは異な る第二の組成成分からなる金属層を溶射により形成する、金属管の製造方法にかか るものである。
[0012] また、本願発明は、同様な金属管の製造方法において、連続溶接後に前記金属管 の表面に、第一の組成成分とは異なる組成成分よりなる金属層を介して、円周方向 及び長手方向に不連続がない金属層を溶射により形成する、金属管の製造方法に かかるものである。
[0013] 本願発明において、溶射による金属層の形成は、連続溶接前に好ましくはその内 面に行い、連続溶接後に管表面に行うが、これらを併用しても構わない。
[0014] 本願発明に力かる製造方法によれば、第一の組成成分力もなる第一の金属管部 分であって、この第一の金属管部分の断面の少なくとも一部には長手方向に連続し た溶融接合部分を有する第一の金属管部分と、第一の金属管部分の!/、ずれかの表 面に、直接に、または、第一の組成成分とは異なる組成成分よりなる金属層を介して 形成された第二の金属層であって、第二の金属層が断面方向に連続して溶射工程 によって形成されている第二の金属層とを具備する金属管を製造することができる。 さらに、本願発明は、めっき層の表面が完全に冷却していない状態、好ましくは、半 溶融状態で溶射を行うことによって、めっき層を構成する金属層との十分な結合力を 持たせることを特徴としてもよい。半溶融状態とは、融点から融点の 8割程度の温度 の凝固途上にある状態をいい、例えば、めっき層が亜鉛の場合は、融点から 400°Cま で温度領域である。
本願発明により得られた金属管に力かるめつき層は、第一の成分を有する金属中 に第二の成分を有する金属が島状に点在すること、第一の成分を有する金属中に第 二の成分を有する金属が層状に分布することを特徴とする。
[0015] なお、溶射'溶融金属めつきに使用する金属は、亜鉛であることが好ましいが、例え ば、亜鉛にアルミやその他の金属を含む合金、錫等、他の金属であってもよい。
[0016] 本明細書において、溶射とは周知の金属加工学に基づく一般的な定義による。そ のような定義の一つとして、例えば、溶射とは燃焼又は電気エネルギーを用いて溶射 材料を加熱し、溶融又はそれに近!、状態にした粒子を素地に吹き付けて皮膜を形 成するプロセスを 、う（JISハンドブック金属表面処理 H8200参照）。
発明の効果
[0017] 本願発明によれば、従来の溶融めつき等のめっき工程ではなぐ溶射によって金属 層を金属管の内面または外面に形成するので、多額の費用を要するめっき層の設置 •管理が不要となり、安価な設備投資により多様な金属層を形成することができ、金 属管の設計自由度を増すことが可能となる。
[0018] 本願発明によれば、従来の溶射による金属管の局部的な修復ではなぐ金属管の 表面全部等、断面方向または周方向に連続した金属層を溶射によって形成する。局 部的な修復ではな 、溶射の用い方は当業者には一般的ではな 、。
[0019] 本願発明によれば、溶射装置を用い、アルミニウム層及び亜鉛めつき内にアルミ- ゥムを含有する合金金属を形成することにより、耐食性に優れた防鲭効果の高い溶 射金属めつき鋼管を得ることができる。
本願発明によれば、複数の金属または組成を有する合金でめっき層を構成する場 合に、素地金属と溶射金属との位置関係 (分布関係)を制御することができる。
[0020] なお、本明細書に記載した発明の効果その他本願発明の特徴は、本願発明の権 利範囲を狭めるものであると解釈されてはならない。これらの効果'特徴を一部具備 するが、すべて具備しないものも、我が国法令'実務で確立した権利解釈に基づいて 本願発明の権利範囲に含まれることは言うまでもない。
発明を実施するための最良の形態
[0021] 以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本実施形態の溶射金属鋼管の製造方法は、図 1に示す製造ラインによって構成さ れている。この製造ラインは、コイル 1に巻き取られた長尺の鋼板を連続的に供給す るアンコィラー 2と、アンコィラー 2から供給された鋼板を連続的に管状に成形するフォ 一ミング装置 5と、鋼板を連続的に管状成形する直前に鋼板に所望の金属を溶射す る内面溶射装置 4と、管状に成形されためつき鋼板の長手方向端面接合部を連続的 に溶接して管状体を形成する溶接装置 7と、管状体の外面に成形された溶接ビード 部を連続的に切削する切削装置 8と、管状体の外面に連続的に溶融亜鉛めつきして 溶融亜鉛めつき鋼管を形成する溶融亜鉛めつき装置 11と、を少なくとも含む。
[0022] また、上記構成から、鋼板を連続的に管状成形する直前に設置された内面溶射装 置 4を除き、代わりに溶融亜鉛めつき装置 11の後に、溶融亜鉛めつき装置後に溶射 する外面溶射装置 12を必要に応じて備えることができる。
また、製造工程中に、内面溶射装置 4と外面溶射装置 12をともに設けることもできる 。これらは、製造しょうとする鋼管の仕様による。
[0023] 必要に応じて、管状体の外面の洗浄及び酸化防止用のフラックス液を連続的に塗 布するフラックス塗布装置 9と、管状体の外面を乾燥させるとともに管状体を予備加熱 する予備加熱装置 10を設けてもよい。また、上記のようにして製造された溶融亜鉛め つき鋼管を規格の寸法に成形するサイジング装置 13と、溶融亜鉛めつき鋼管を所定 の長さに切断する切断装置 14とを備えてもよい。
[0024] 次に、上記の製造ラインを用いた本発明の製造方法について説明する。
[0025] まず、コイル状に卷回された鋼板がアンコィラー 2からライン下流に向力つて連続的 に供給される。
供給された鋼板は、フォーミング装置 5に引き込まれるとともに溶射装置 4によって溶 射され管状に冷間成形される。なお、溶射は鋼板の一面に行われることが好ましぐ 溶射された面はフォーミングされた管の内面であることが好ましい。また、溶射はフォ 一ミングの開始前でも、フォーミングが開始された後でも構わない。続いて、溶接装置 7により、鋼板の長手方向端面接合部が連続的に溶接されて、連続する一本の管状 体 6が形成される。
[0026] 次に、管状体 6は、管状体 6の外面に沿う形状の刃物を取付けてなる切削装置 8に 送られる。そして、管状体 6の外面に形成された溶接ビード部が切削装置 8の刃物に よって削り落とされ、管状体 6の外面が滑らかに形成される。
[0027] その後、管状体はフラックス塗布装置 9に送られて、管状体の外面に洗浄化及び酸 化防止用のフラックス液が塗布される。 管状体 6は予備加熱装置 10に送られ余熱され、その外面は乾燥される。
[0028] その後、管状体は溶融亜鉛めつき装置 11に送られる。管状体 6は溶融亜鉛めつき 装置 11において、ポンプアップされた溶融亜鉛が満たされた上部めつき槽内にてド ブ漬けされて、外面全体に溶融亜鉛めつきされる。上部めつき槽内にてドブ漬けされ た管状体 6は健全な合金層を有する溶融亜鉛めつき層が形成されて、溶融亜鉛めつ き鋼管となる。そして、ワイビング装置（図示せず）において余分の溶融亜鉛めつきが 除去された後、外面溶射装置 12によって溶射金属めつき鋼管 40となる。その後、冷 却される。
[0029] このとき、外面溶射装置 12による溶射は、溶融亜鉛めつき層の表面温度が周囲温 度まで冷却しない時期に行うことを要する。一般に、冷却された金属面に形成された 溶射金属層は、金属表面の凹凸にくまなく形成されることによって、その凹凸による アンカー効果のみで結合力を確保する。しかし、本願発明のように、溶融亜鉛めつき 層の表面温度が周囲温度まで低下しない条件で溶射を行うと、溶射金属の一部が 溶融亜鉛めつき層中に入り込んだり、溶融亜鉛めつき層と溶射層との間に合金層を 形成したり、元素拡散層を形成したりし、結合力をアンカー効果以外の要因によって 向上させることが可會となる。
[0030] 本願発明においては、好ましくは、溶融亜鉛めつき層の表面温度が周囲温度よりも 高い状態で溶射を行うことが望ましい。より好ましくは、溶融亜鉛めつき層の表面が、 半溶融状態であることが好ましい。半溶融状態とは、めっき層に力かる金属層が固液 共存領域を有する組成の金属の場合は、かかる固液共存領域温度な ヽしはそこから 数 10°C、最大でも 100°C程度低下した温度のことをいう。純金属がめっき層の場合は
、固液共存領域温度が存在しないが、この場合もほぼ同様に考えてよい。本願発明 に好適な半溶融状態にカゝかる温度は、めっき層と溶射金属層の組合せにより変動す る。一般には、めっき層と溶射層との間の元素拡散や合金化、その他アンカー効果と は異なるメカニズムにより結合力を得ることができる程度の高温であれば、本願発明 の目的には適用可能である。
[0031] 本実施態様において、溶射による金属層は管の周方向に全面に形成される必要が ある。そこで、本実施態様において、外面溶射装置は 120° ずつ隔たった 3方から溶 射ノズルを設け、金属溶射を行う。 180° 隔たった 2方からの溶射でも溶射金属層を 形成することは可能であるが、 3方以上に溶射ノズルを設け、溶射金属層を形成する ことが望ましい。
[0032] そして、溶射金属めつき鋼管 40は、外形を規格寸法とするため、サイジング装置 13 において冷間ロールカ卩ェされる。本実施態様において、冷間ロール力卩ェは溶射層を 周方向に比較的均一な厚さとするためにも必要な工程である。つまり、外面溶射装 置によって形成された直後の溶射金属層は周方向に不均一な厚さを有している場合 でも、その後の冷間ロールカ卩ェ等の工程を経ることにより溶射金属層を比較的均一 な厚さにならすことができる。このように、本願発明の好適な実施態様においては、外 面溶射装置による溶射金属層の形成後に、例えば、冷間ロール加工等のサイジング 加工等を行い、溶射により形成された溶射金属層を比較的均一な厚さにする工程（ 溶射金属層を形成した直後よりも厚さの分布を均一にする工程)が採用されることが 望ましい。
[0033] 溶射金属めつき鋼管は、切断装置 14により、所定の長さに切断され、鋼管製品 15と なる。
[0034] 以上の構成による溶射金属めつき鋼管の製造方法によれば、図 2に示すように、溶 融亜鉛めつき層が形成された管状体 6に、溶射金属層 Mをその内面に、溶射金属層 0をその外面に形成することにより、耐食性に優れた防鲭効果の高い溶射金属鋼管 を連続的に得ることができる。なお、図 2において、亜鉛めつき層 Nの外周に溶射金 属層 0が形成されている。
[0035] なお、本発明は上記の実施形態には限定されない。例えば、本実施の形態では、 内外面両面に溶射装置による溶射金属層を形成したが、内面もしくは外面のみに溶 射装置による溶射金属層を設けても構わない。また、外面のみに溶射金属層を設け る場合、両面めつき鋼板を用いれば、内面にめっき層が設けられ、外面には二重金 属層（めっき層 +溶射金属層）を設けた鋼管を製造することが可能である。さらに、一 面にめっき層が設けられた金属鋼板を利用する場合は、めっき層が設けられていな い面にのみ溶射装置により溶射金属層を形成し、管の内外面ともに金属層を設けて 、防食効果を高めることも可能である。 [0036] また、溶射金属層の上面を合成樹脂等による保護被膜で被覆してもよ!ヽ。このよう にすれば、溶射金属鋼管の防鲭効果をより向上させることができる。
[0037] さらに、本実施形態では、鋼管に施されるめっきとして溶融亜鉛を適用した力 必 要に応じて他の金属を適用してもよい。また、本実施態様では、鋼板を使用すること を前提に説明したが、本願発明は他の金属板を使用することを前提にしても良い。こ のような金属板としては、例えば、銅テープ、アルミテープなどが考えられるがこれに 限定されない。
[0038] 本願発明に力かる表面処理方法は、金属管のみならず、あらゆる金属部材に適用 可能である。そのような金属部材は、例えば、第一の成分を有する金属に力かる溶融 金属めつきを金属表面に施して第一の金属層を形成し、第一の金属層の表面に第 二の成分を有する金属を溶射して表面層を形成し、この表面層において、第一及び 第二の成分を有する金属とが、渾然一体となっていることを特徴とする金属表面を有 するものである。
実施例
[0039] 以下、本発明の溶射金属鋼管を製造する実施例を示す。
(実施例 1)
溶射金属としてアルミニウムを使用。厚さ 1.2mm、幅 59.5mmの長尺の圧延鋼板を、 図 1に示す製造ラインにセットして、ショットブラスト装置により内面にショットブラスとカロ ェを施した後、内面に溶射装置にて溶射金属層を形成した。また、溶融亜鉛めつき 装置後、外面溶射装置にてアルミニウムの溶射を行った。
本発明においては、溶射時の亜鉛表面温度（常温一 450°C)、ライン速度 (0— 400m/min)、溶射角度（0— 90° )等の条件を適宜組み合わせることができる。これと ともに、溶射アルミの量を調整することでアルミの結合濃度及び分布を調整出来る。
[0040] 図 5に実施例 1によって製造された鋼管と、従来例である溶融メツキ法で製造された 鋼管との外観の比較を示す。従来法である溶融メツキ法によれば、その表面は独特 の結晶粒界を反映した模様 (スパングル)を示すのに対し（図 5(a))、実施例 1の溶射 によって製造された鋼管の表面は粗い粒状である（図 5(b))。荒い粒状の表面を有す るメツキ鋼管は本出願時点で公知ではなぐ力かる表面を有するメツキ鋼管は本願発 明の方法によって生産されたものと推定される。また、実施例 1によって製造された鋼 管をサンドペーパーで研磨したものの外観を示す（図 5(c))。サンドペーパーで研磨 したものは、金属光沢をしている力 溶射特有の点状のくぼみまたは孔を有しており 、力かる外観のものも本願発明の方法によって生産されたものと推定される。
[0041] 図 3に、実施例 1にて製造した製品にかかる A1元素分布結果の模式図を示す。（外 面溶射金属層につ ヽて元素分析の結果、亜鉛層の中に島状に溶射金属 (アルミ）が 点在している様子 20が確認される。また、図 4は、別の条件で溶射を行ったときの A1 元素分析の結果である。図 3とは異なり、 A1は鋼線 (St)の近傍に偏祈し、 Znとは異なつ た位置かつ溶射方向からみて遠い位置である鋼線近傍に層状に分布している。この ように、本願発明にかかる方法で製造しためっき層においては、素地金属中に溶射 金属が島状に点在したり、層状に分布したりすることが一つの特徴である。また、実 施例 1においては、アンカー効果のみでめつき層と溶射層とが結合しているわけでは ないことは明らかである。
[0042] なお、この島状分布、層状分布は本願発明にかかる製造方法を用いたときの特徴 の一つであるが、本願発明にかかる製造方法を適用した後に、熱処理等をすること によるこの特徴が消失することもあり得る。このような特徴を具備するめつき層は、本 願発明により製造されたとの推定は可能である。
[0043] このような分布になる原理の詳細を推測すると、従来の複数回の溶融めつきと比べ 、本願発明に力かる製造方法によればめつき素地金属と異なる金属を物理力によつ て照射する溶射という方式を採用しているので、少なくとも、溶射時のめっき素地金 属の温度 (表面等の硬度に影響する）、溶射時の溶射金属の温度 (溶射金属の硬度 に影響する）、溶射金属がめっき素地金属に達する速度 (運動エネルギー）によって 、めっき素地金属と溶射金属との分布状況が左右されるためである。これらの要因に よって、溶射金属が比較的表面近傍に対流するような条件であると、図 3のような分 布を形成する。他方、溶射金属が鋼線 (St)表面近傍まで達するような条件であると、 図 4のような分布を形成しうる。
[0044] (実施例 2)
溶射金属としてアルミニウム-ゥムを使用し、厚さ 1.2mm、幅 59.5mmの長尺の圧延 鋼板を図 1に示す製造ラインにセットして、ショットブラスと装置により内面にショットブ ラスト加工をした後、内面に溶射装置によって溶射金属層を形成した。また、溶融亜 鉛メツキ後、外面溶射装置によってアルミニウム-ゥムの溶射を行った。
[0045] 得られた断面の外観写真を図 6 (a)、その断面の元素分布につ!、て EPMAで測定 したチャートを図 6 (b)に示す。図 6 (a)に示すとおり、本実施例によるものでも、素地 金属中に溶射金属が細力べ島状に点在するという特徴が見られた。白っぽい亜鉛素 地に細力べ黒っぽいアルミニウムが点在していることがわかる。また、図 6 (b)に示すと おり、本実施例により製造された鋼管においては、亜鉛とアルミニウムは比較的均一 な濃度で分布していた。
[0046] (実施例 3)
溶射金属としてアルミニウム-ゥムを使用し、厚さ 1.2mm、幅 59.5mmの長尺の圧延 鋼板を図 1に示す製造ラインにセットして、ショットブラスと装置により内面にショットブ ラスト加工をした後、内面に溶射装置によって溶射金属層を形成した。また、溶融亜 鉛メツキ装置後、外面溶射装置によってアルミニウム-ゥムの溶射を行った。本実施 例においては、亜鉛メツキ表面温度を約 400°Cにし、 20m/min程度の低速生産中に 溶射角度 90° でアルミを 15g/min溶射をした。亜鉛と溶射アルミの接触部が溶解しァ ルミとの結合を促し、表面にアルミ層、中間に亜鉛-アルミ層、内層に亜鉛層の分布 を得ることができる。この組織はライン速度 ·亜鉛メツキ表面温度 ·アルミ溶射量等の 一連の相関関係により中高速の生産でも実現可能である。
[0047] 得られた断面を図 7 (a)、その断面の元素分布について EPMAで測定したチャート を図 7 (b)に示す。図 7 (a)に示すとおり、本実施例によるものは、表面にアルミニウム (黒っぽい部分）が偏在し、鋼芯との界面に亜鉛（白っぽい部分）が存在していた。元 素分布をより詳細に元素分析してみると、図 7に示すように表面はほぼ純アルミニウム 層を形成しており、漸次アルミニウムと亜鉛の濃度が逆転する分布を示していた。こ のような元素分布になる理由は定かではないが、溶射時のアルミニウムの溶融温度、 被溶射金属層である亜鉛の温度、溶射金属粒の初期速度 (運動エネルギー)などに よって、被溶射金属である亜鉛中にアルミニウムが潜り込む深さが変化することによる ものであると考えられる。このことは、これらのパラメータを調整することによって、任意 に金属層中の元素分布を制御することのできる可能性を示唆する。
[0048] 本実施例のものは表面力 深さ 50 μ m程度までほぼ純度 100%のアルミニウム層で 構成されており、それよりも深い部分はアルミニウム '亜鉛合金層となっている。一般 に、純アルミニウムは耐食性が高いので、このような元素分布のものの方力 Sメツキ鋼管 としての耐食性が高い。耐食性が高まる原因として、アルミニウム層中に微細な欠陥（ ピンホール)が存在した場合でも、亜鉛層が犠牲防食的な作用を呈し、アルミニウム とは別の機能により耐食機能を分担することにもある。本願発明によれば表面に純ァ ルミ-ゥム層を有し、その内部にアルミニウム '亜鉛合金層ないしは亜鉛層を具備す るものを得ることができる。その場合、純アルミニウム層は、 ^ツキ層の厚さの 30%以 上、好ましくは 50%以上の厚さを有することが好ましい。また、表面のアルミニウム層は 純度 100%のアルミニウム層であることは必ずしも必要ではなぐ 100%アルミニウムと実 質的に同等な耐食性を有せば構わな 、。力かる観点から 1一 5%程度の亜鉛などの他 元素の混入は許容範囲である。
[0049] このことは、本願発明に力かる製造プロセスを採用することにより、めっき層の組成 のみならず、金属分布も制御できることを示す。
[0050] 本明細書において、溶融金属めつきに使用する金属として亜鉛を例に説明したが、 これに限定されない。例えば、亜鉛にアルミやその他の金属を含む合金、錫等、他の 金属であってもよい。また、溶射する金属としてアルミを例に説明したが、これに限定 されない。たとえば、亜鉛、マグネシウム、その他の金属であってもかまわない。本願 発明は、製造方法に力かる発明を含み、少なくとも製造方法の発明においては、金 属 '合金種を問うものではな 、。
図面の簡単な説明
[0051] [図 1]本発明に係る 1実施形態の製造ラインの概略図。
[図 2]本実施形態の製造方法により製造された溶射金属めつきの縦断面図。
[図 3]本実施例により製造された金属管の表面処理層の A1元素にかかる面分析結果
[図 4]本実施例により製造された金属管の表面処理層の A1元素にかかる面分析結果 [図 5]実施例 1により製造された金属管の外観を示す。
[図 6]実施例 2により製造された金属管の表面処理層の線分析結果。
[図 7]実施例 3により製造された金属管の表面処理層の線分析結果。
符号の説明
鋼板
3 ショットブラスト装置
4 内面溶射装置（内面溶射をする工程）
5 フォーミング装置 (鋼板を管状に成形する工程）
6 管状体管
40 溶射金属めつき鋼
7 溶接装置 (鋼板の長手方向端面接合部を溶接して鋼管とする工程)
8 切削装置 (鋼管の外面に形成された溶接ビード部を切削する工程）
11 溶融亜鉛めつき装置 (鋼管の外面に連続的に溶融めつきする工程)
12 外面溶射装置 (外面溶射をする工程）
13 サイジング装置 (外径を規格寸法にする工程）
14 切断装置 (所定の長さに切断する工程）
15 鋼管製品
M 内面溶射金属層
N 溶融亜鉛めつき層
O 外面溶射金属

Claims

請求の範囲
[1] 第一の組成成分力 なる第一の金属管部分であって、該第一の金属管部分の断 面の少なくとも一部には長手方向に連続した溶融接合部分を有する第一の金属管 部分と、前記第一の金属管部分のいずれかの表面に、直接に、または、前記第一の 組成成分とは異なる組成成分よりなる金属層を介して形成された第二の金属層であ つて、当該第二の金属層が周方向及び長手方向に連続して溶射工程によって形成 されている第二の金属層と、を具備する、金属管。
[2] 第一の組成成分からなる金属板を連続的に管状成形し、付け合わせ端部を連続 溶接することによって金属管を形成する金属管の製造方法において、前記連続溶接 前に前記金属板の少なくとも一面に、前記金属板の全幅にわたって前記第一の組 成成分とは異なる第二の組成成分からなる金属層を溶射により形成する、金属管の 製造方法。
[3] 第一の組成成分からなる金属板を連続的に管状成形し、付け合わせ端部を連続 溶接することによって金属管を形成する金属管の製造方法において、前記連続溶接 後に前記金属管の表面に直接に、円周方向及び長手方向に不連続がない前記第 一の組成成分とは異なる第二の組成成分からなる金属層を溶射により形成する、金 属管の製造方法。
[4] 第一の組成成分からなる金属板を連続的に管状成形し、付け合わせ端部を連続 溶接することによって金属管を形成する金属管の製造方法において、前記連続溶接 後に前記金属管の表面に、前記第一の組成成分とは異なる組成成分よりなる金属層 を介して、円周方向及び長手方向に不連続がない金属層を溶射により形成する、金 属管の製造方法。
[5] 前記円周方向及び長手方向に不連続がない金属層を形成した後に、当該金属層 の厚さ分布を均一に近づけるための加工ステップを具備する、請求項 3または請求 項 4の金属管の製造方法。
[6] 金属管の表面に、直接に、または、金属管の組成成分とは異なる組成成分よりなる 金属層を介し、溶融金属めつきにより形成された第一の成分を有する第一の金属層 と、上記第一の金属層の表面に溶射により形成された第二の成分を有する第二の金 属部分とを具備し、上記第一の金属層中に上記第二の金属部分が島状に点在する ことを特徴とする、金属管。
[7] 金属管の表面に、直接に、または、金属管の組成成分とは異なる組成成分よりなる 金属層を介し、溶融金属めつきにより形成された第一の成分を有する第一の金属層 と、上記第一の金属層の表面に溶射により形成された第二の成分を有する第二の金 属部分とを具備し、上記第一の金属層中に上記第二の金属部分が層状に分布する ことを特徴とする、金属管。
[8] 金属管の表面に、直接に、または、金属管の組成成分とは異なる組成成分よりなる 金属層を介し、溶融金属めつきにより形成された亜鉛層と、上記亜鉛層の表面に溶 射により形成されたアルミニウム層を具備し、上記アルミニウム層が上記亜鉛層と上 記アルミニウム層の合計厚さの 30%以上の厚さを有して 、る、金属管。
[9] 表面が荒!、粒状、または、金属光沢かつ点状孔を具備する、請求項 7または請求 項 8の金属管。
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