(57)【要約】      （修正有）【課題】生産性の向上された、耐食性に優れた、耐食層を外面に有する鋳鉄管を提供する。【解決手段】焼鈍により生成される酸化皮膜層２およびその外面の亜鉛系溶射皮膜層３からなる耐食層を外面に有する鋳鉄管、ならびに、酸化皮膜層およびその外面の亜鉛系溶射皮膜層からなる耐食層を外面に有する鋳鉄管の製造方法であって、鋳造した鋳鉄管を焼鈍し、表面に酸化皮膜の層を形成する工程、および前記酸化皮膜層の外面に亜鉛系溶射を行い亜鉛系溶射皮膜層を形成する工程を含む鋳鉄管の製造方法。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼鈍により生成される酸化皮膜層およびその外面の亜鉛系溶射皮膜層からなる耐食層を外面に有する鋳鉄管。
【請求項２】
前記酸化皮膜層が、少なくとも鋳鉄表面のケイ素を含む緻密な層を含む請求項１記載の鋳鉄管。
【請求項３】
酸化皮膜層およびその外面の亜鉛系溶射皮膜層からなる耐食層を外面に有する鋳鉄管の製造方法であって、
鋳造した鋳鉄管を焼鈍し、表面に酸化皮膜の層を生成する工程、および
前記酸化皮膜層の外面に亜鉛系溶射を行い亜鉛系溶射皮膜層を形成する工程
を含む鋳鉄管の製造方法。
【請求項４】
亜鉛系溶射皮膜層を形成する工程の前に、得られた酸化皮膜層の空隙率の高い表層部分を除去する工程を含む請求項３記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳鉄管およびその製造方法に関し、とりわけ、製造が容易でコストのかからない耐食性に優れた耐食層を有する鋳鉄管およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から上下水道管などに用いられる鋳鉄管は、一般的には、金型遠心鋳造などの方法で鋳造され、その後、組織改善のために約８００〜１０００℃の焼鈍炉に入れられて１〜２時間程度焼鈍処理が施される。焼鈍処理は酸素雰囲気下で行われるため、外周面が酸化されて空隙を有する厚い酸化皮膜（酸化スケールとも呼ばれる）が生成される。その後、生成した酸化鉄皮膜をショットブラスト処理などによりすべて除去し、耐食用のジンクリッチペイントや耐食用の塗装等が施されている。
【０００３】
一方、ショットブラスト処理に関連した手間と時間を削減するため、酸化鉄皮膜の発生を防止する目的で、焼鈍処理前に鋳鉄管の外周面にアルミニウムまたはアルミニウム合金皮膜を被着させ、焼鈍熱処理を行うことにより、外周面に酸化アルミニウム皮膜を形成する方法も開示されている（特許文献１）。
【０００４】
また、鋳物砂や酸化スケールなど、鋳鉄管の表面に付着している異物を除去するためにショットブラスト処理を行い、その後、亜鉛系金属を溶融して鋳鉄管の表面に吹き付け、続いて、ジンクリッチペイントを上塗りして鋳鉄管の表面に亜鉛系の防食層を形成する鋳鉄管の防食方法も開示されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−１５０３４３号公報
【特許文献２】特開２０１５−７８３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２の方法では、酸化皮膜を除去するには手間と時間がかかり、さらに酸化皮膜を除去することにより、さらなる防食層が必要となりコスト高となるためさらに改善の余地がある。
【０００７】
また、特許文献１の方法では、得られる防食皮膜の膜厚が薄く耐食性が十分とは言えない。
【０００８】
そこで、本発明は、生産性の向上された耐食性に優れた耐食層を外面に有する鋳鉄管を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、焼鈍処理により得られる酸化皮膜を耐食層の一部として利用し、亜鉛系溶射皮膜と組み合わせることにより、ショットブラスト処理時間の短縮、溶射量および溶射時間の短縮が可能となり、生産性の向上された耐食性に優れた耐食層を有する鋳鉄管が得られることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
すなわち、本発明は、
［１］焼鈍により生成される酸化皮膜層およびその外面の亜鉛系溶射皮膜層からなる耐食層を外面に有する鋳鉄管、
［２］前記酸化皮膜層が、少なくとも鋳鉄表面のケイ素を含む緻密な層を含む上記［１］記載の鋳鉄管、
［３］酸化皮膜層およびその外面の亜鉛系溶射皮膜層からなる耐食層を外面に有する鋳鉄管の製造方法であって、
鋳造した鋳鉄管を焼鈍し、表面に酸化皮膜の層を生成する工程、および
前記酸化皮膜層の外面に亜鉛系溶射を行い亜鉛系溶射皮膜層を形成する工程
を含む鋳鉄管の製造方法、ならびに
［４］亜鉛系溶射皮膜層を形成する工程の前に、得られた酸化皮膜層の空隙率の高い表層部分を除去する工程を含む上記［３］記載の製造方法
に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、焼鈍処理により得られる酸化皮膜を耐食層の一部として利用し、亜鉛系溶射皮膜と組み合わせることにより、ショットブラスト処理時間の短縮と溶射量および溶射時間の短縮が可能となり、生産性の向上された耐食性に優れた耐食層を外面に有する鋳鉄管を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】実施例の試験片の断面ＳＥＭ画像である。
【図１Ｂ】比較例の試験片の断面ＳＥＭ画像である。
【図２】実施例３の鋳鉄管のＥＰＭＡの元素マッピングを示す画像である。
【図３】実施例４の試験片のＥＰＭＡの元素マッピングを示す画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜鋳鉄管＞
本発明の一つの実施態様としては、焼鈍により生成される酸化皮膜層およびその外面の亜鉛系溶射皮膜層からなる耐食層を外面に有することを特徴とする鋳鉄管が提供される。
【００１４】
（焼鈍により生成される酸化皮膜層）
焼鈍により生成される酸化皮膜層は、酸化鉄およびケイ酸化鉄を主成分とし、鋳造した鋳鉄管の組織改善のために焼鈍処理として約８００〜１２００℃で数分から数十分加熱することにより、空気中の酸素により鋳鉄管表面に形成される皮膜によるものである。焼鈍は鋳鉄管の組織改善のために行われる処理であり、セメンタイトの分解およびマトリックスのフェライト化を目的とする。ダクタイル鋳鉄管の焼鈍の場合は、一般的には連続焼鈍炉で行われ、８７０℃以上の温度でセメンタイトを完全に分解し、基地組織のオーステナイト化を行う。セメンタイトの分解は、処理時間と処理温度に依存し、処理温度が高いほど処理時間を短くすることができる一方で、処理温度が低いほど長い処理時間を必要とする。
【００１５】
酸化皮膜層は、焼鈍の条件によっては、鋳鉄管表面近傍では緻密な酸化皮膜となるが、鋳鉄管表面から離れるにしたがって空隙率が高くなる傾向がある。緻密な酸化皮膜と空隙率の高い酸化皮膜との割合は、焼鈍の条件により変動する。焼鈍により生成される酸化皮膜はそのまま使用することができるが、鋳鉄管素地への密着性の観点から、鋳鉄表面近傍の緻密な酸化皮膜層を耐食層に用いることがより好ましい。ここで、図３のＥＰＭＡの組成像（ＣＯＭＰＯ）により酸化皮膜の構成を説明すると、酸化皮膜層２は、大きく分けて、鋳管部１により近い緻密な酸化皮膜層２ａと、表層の空隙率の高い酸化皮膜層２ｂとの二層構造を有する。また図３のＥＰＭＡの元素マッピングの各元素の画像より、鉄管部１により近い緻密な酸化皮膜層２ａがケイ酸化鉄（Ｆｅ2ＳｉＯ4など）を主成分とするケイ素を含む層であり、表層の空隙率の高い酸化皮膜層２ｂが酸化鉄（Ｆｅ3Ｏ4、Ｆｅ2Ｏ3など）を主成分とする層であることがわかる。このため、酸化皮膜のうち空隙率が高すぎる鋳鉄管素地表面からより離れた表層部分は、ショットブラスト、サンドブラスト、高圧水などの高圧流体（エアーを含む）の吹き付け、電気化学的処理、酸などによる化学的処理などにより除去し、酸化皮膜層全体としての空隙率を低下させることができる。
【００１６】
焼鈍処理の方法は、特に限定されるものではないが、電気炉、ガスバーナー炉および連続焼鈍炉などにより熱処理して行われる。通常連続焼鈍炉の場合、焼鈍処理の条件は、８００〜１２００℃で５〜３０分行われる。
【００１７】
（亜鉛系溶射皮膜層）
亜鉛系溶射皮膜層は、鋳鉄管の外面の焼鈍により生成される酸化皮膜の外面に亜鉛系金属を溶射することにより形成される。亜鉛系溶射皮膜としては、亜鉛溶射皮膜、亜鉛−アルミ合金溶射皮膜、亜鉛−アルミ擬合金溶射皮膜、亜鉛−ケイ素含有アルミ擬合金溶射皮膜、亜鉛−ケイ素マンガン含有アルミ擬合金溶射皮膜、亜鉛−スズ合金溶射皮膜などが挙げられる。なお、亜鉛−アルミニウム擬合金とは、溶射された亜鉛とアルミニウムとが不規則に重なり合い、外見的に亜鉛−アルミニウム合金を形成しているものをいう。
【００１８】
溶射皮膜の膜厚は、溶射材料の種類、得られる鋳鉄管の用途によって適宜設定することができるが、水道管用の鋳鉄管の場合、例えば、亜鉛溶射皮膜では、日本ダクタイル鉄管協会規格のＪＤＰＡ  Ｚ  ２０１０−２００９「ダクタイル鋳鉄管合成樹脂塗装」に規定されている、１３０ｇ／ｍ2以上の溶射量で十分な効果を得ることができる。また、溶射皮膜の鉄地との密着性を考慮すれば、溶射量の上限は３００ｇ／ｍ2が好ましく、２６０ｇ／ｍ2がより好ましい。本発明においては、酸化皮膜層を耐食層に利用することにより、１００ｇ／ｍ2以上の溶射量で十分な耐食効果を得ることができる。もちろん他の溶射材を用いた場合には、その防食性の観点から溶射量の好ましい値は変動するものである。
【００１９】
溶射方法は特に限定されるものではないが、たとえばガス溶射法やアーク溶射法、プラズマ溶射法があげられる。より具体的には、回転しながら管軸方向に移送される鋳鉄管に、固定した溶射ガンにより亜鉛、亜鉛−アルミニウム擬合金または亜鉛−アルミニウム合金、亜鉛−ケイ素マンガン含有アルミ擬合金を溶射する方法、回転させた鋳鉄管に、溶射ガンを移動させながら亜鉛を溶射する方法があげられる。
【００２０】
＜鋳鉄管の製造方法＞
本発明の別の一実施態様としては、酸化皮膜層およびその外面の亜鉛系溶射皮膜層からなる耐食層を外面に有する鋳鉄管の製造方法であって、
鋳造した鋳鉄管を焼鈍し、表面に酸化皮膜の層を生成する工程、および
前記酸化皮膜層の外面に亜鉛系溶射を行い亜鉛系溶射皮膜層を形成する工程
を含む鋳鉄管の製造方法が提供される。
【００２１】
（焼鈍）
酸化皮膜の層を形成するための焼鈍については、上述の鋳鉄管について説明した内容が適用される。
【００２２】
（酸化皮膜層）
焼鈍により生成される酸化皮膜の層については、上述の鋳鉄管について説明した内容が適用される。
【００２３】
（亜鉛系溶射皮膜層）
亜鉛系溶射皮膜層については、その形成とともに、上述の鋳鉄管について説明した内容が適用される。
【００２４】
また、一実施形態の鋳鉄管の製造方法においては、鋳鉄表面のケイ素を含む緻密な酸化皮膜層を耐食層に使用するために、酸化皮膜のうち空隙率が高すぎる鋳鉄管素地表面からより離れた表層部分を、ショットブラスト、サンドブラスト、高圧流体（エアーを含む）の吹き付け、電気化学的処理、酸などによる化学的処理などにより除去する工程を亜鉛系溶射皮膜を形成する工程の前に含めることが好ましい。これにより耐食性に優れた鋳鉄管を得ることができる。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２６】
実施例１および２
鋳造後の呼び径１００のダクタイル鋳鉄管を、９０ｍｍ×１３０ｍｍ（長径が管軸と平行）の試験片に裁断し、得られた試験片を電気炉（マッフル炉）において１０００℃で１５分加熱処理（焼鈍）した。その後、炉内で室温まで冷却し（８℃／分）、管外面に相当する面に亜鉛溶射を表１に示す溶射量で溶射し、耐食層を形成させ、試験片を得た。
【００２７】
比較例１
亜鉛溶射を行わなかった以外は実施例１と同様にして試験片を得た。
【００２８】
比較例２
加熱処理（焼鈍）後に形成された酸化皮膜を、管外面に鋼製のショット球を高速で投射することにより（ショットブラスト処理）すべて除去してから亜鉛溶射を行った以外は実施例１と同様にして試験片を得た。
【００２９】
比較例３
鋳造後の呼び径１００のダクタイル鋳鉄管を、ガスバーナー炉において９００〜１１００℃で５〜２５分間加熱処理（焼鈍）した。その後、１〜８℃／分で６５０℃まで冷却し、加熱処理（焼鈍）後に形成された皮膜を、管外面に鋼製のショット球を高速で投射することにより（ショットブラスト処理）すべて除去した。管外面に亜鉛溶射を表１に示す溶射量で溶射し、耐食層を形成させた。その後、鋳鉄管を９０ｍｍ×１３０ｍｍ（長径が管軸と平行）の試験片に裁断し、試験片を得た。
【００３０】
評価試験
各実施例および比較例において得られた耐食層を有する試験片について下記（１）〜（４）の評価を行った。結果を表１に示す。
【００３１】
（１）付着性（クロスカット法）
実施例および比較例で得られた試験片の溶射皮膜の付着性について、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−６（塗料一般試験方法−第５部：塗膜の機械的性質−第６節：付着性（クロスカット法））に準拠して付着性評価を行った。具体的には、塗装面にカッターにより２ｍｍ幅で碁盤目の切り込みを入れて２５個のマスをつくり、セロハンテープを用いて剥離試験を行い、残存した碁盤目の状態で次に示す分類に分けた。
＜試験結果の分類＞
分類０：カットの縁が完全に滑らかで、どの格子の目にもはがれがない。
分類１：カットの交差点における塗膜の小さなはがれ。クロスカット部分で影響を受けるのは、明確に５％を上回ることはない。
分類２：塗膜がカットの縁に沿って、および／または交差点においてはがれている。クロスカット部分で影響を受けるのは、明確に５％を超えるが１５％を上回ることはない。
分類３：塗膜がカットの縁に沿って、部分的または全面的に大はがれを生じており、および／または目のいろいろな部分が、部分的または全面的にはがれている。クロスカット部分で影響を受けるのは、明確に１５％を超えるが３５％を上回ることはない。
分類４：塗膜がカットの縁に沿って、部分的または全面的に大はがれを生じており、および／または数か所の目が、部分的または全面的にはがれている。クロスカット部分で影響を受けるのは、明確に３５％を超えるが６５％を上回ることはない。
分類５：はがれの程度が分類４を超える場合。
【００３２】
（２）付着性（プルオフ試験）
実施例および比較例で得られた試験片の溶射皮膜と酸化皮膜との付着強度について、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−７（塗料一般試験方法−第５部：塗膜の機械的性質−第７節：付着性（プルオフ法））に準拠して試験を行った。
【００３３】
（３）耐食性（耐中性塩水噴霧性）
耐食層の長期耐久性を確認すべく、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−７−１（塗料一般試験方法−第７部：塗膜の長期耐久性−第１節：耐中性塩水噴霧性）に準拠して試験を行った。
【００３４】
実施例および比較例の各試験片に、カッターナイフで素地に達するスクラッチを施し、塩化ナトリウム水溶液（５％）を噴霧して、外観を観察した。赤錆が観察されるまでの日数の平均を比較例１を対照として指数化した。なお、クロスカットの両側それぞれ２ｍｍ以内は観察の対象としなかった。
【００３５】
（４）ＳＥＭ画像
実施例および比較例の各試験片を切断し、断面をＳＥＭで確認した（図１Ａおよび図１Ｂ、３００倍）。このＳＥＭ画像から焼鈍により生成した皮膜層および亜鉛溶射皮膜層の膜厚を測定した。
【００３６】
【表１】
2020152990.tif 000003
【００３７】
表１の評価から明らかなように、実施例１および２の焼鈍により生じた酸化皮膜層および亜鉛溶射皮膜層からなる耐食層は、亜鉛溶射皮膜層のない比較例１と比べて非常に高い耐食性を有し、焼鈍により生じた酸化皮膜層をショットブラスト処理により除去した比較例２および３と比較しても同程度以上の耐食性を示すことがわかる。
【００３８】
実施例３
鋳造後の呼び径１００のダクタイル鋳鉄管を、１３０ｍｍの長さに切断して試験片とし、得られた試験片を電気炉（マッフル炉）において１０００℃で１５分加熱処理（焼鈍）した。その後、炉内で室温まで冷却し（８℃／分）、管外面に相当する面に亜鉛溶射を溶射量１３０ｇ／ｍ2で溶射し、耐食層を形成させ、試験片を得た。その後、試験片を切断し、断面をＥＰＭＡにかけ、元素マッピングを行った（図２）。
【００３９】
実施例４
鋳造後の呼び径１００のダクタイル鋳鉄管を、ガスバーナー炉において９００〜１１００℃で５〜２５分間加熱処理（焼鈍）した。その後、１〜８℃／分で６５０℃まで冷却し、加熱処理（焼鈍）後に形成された皮膜層の管外面側に亜鉛溶射を溶射量１３０ｇ／ｍ2で溶射し、耐食層を形成させた。その後、鋳鉄管を切断し、断面をＥＰＭＡにかけ、元素マッピングを行った（図３）。
【００４０】
図２では図３と比較して酸化皮膜層が薄く、緻密であることが分かる。図３では、酸化皮膜層２が厚く、ケイ素を多く含む緻密な層２ａと、空隙率の高い層２ｂとの二層に分かれていることが分かる。
【符号の説明】
【００４１】
１    鉄管部
２    焼鈍により生成される酸化皮膜層
２ａ  ケイ素を含む緻密な酸化皮膜層
２ｂ  表層の空隙率の高い酸化皮膜層
３    亜鉛溶射皮膜層
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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