(57)【要約】【課題】耐管端剥離性に優れ、管端部のめっき剥離を防止できる、厚目付溶融亜鉛めっき鋼管を提供する。【解決手段】溶融亜鉛めっき層組成の亜鉛付着量ｗＺｎ（ｇ／ｍ２）と、鉄析出量ｗＦｅ（ｇ／ｍ２）とが、式（１）および式（２）の関係を満たすようにする。ｗＦｅ≦０．１３×ｗＺｎ０．８２（１）。ｗＺｎ＋ｗＦｅ≧５５０（２）。これにより、耐管端剥離性に優れ、管端部でのめっき剥離を防止できる厚目付溶融亜鉛めっき鋼管が提供できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融亜鉛めっき層組成の亜鉛付着量ｗＺｎ（ｇ／ｍ２）と、鉄析出量ｗＦｅ（ｇ／ｍ２）とが、下記式（１）および式（２）の関係を満たすことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼管。
ｗＦｅ≦０．１３×ｗＺｎ０．８２  ・・・  （１）
ｗＺｎ＋ｗＦｅ≧５５０  ・・・  （２）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融亜鉛めっき鋼管に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融亜鉛めっき鋼管の管端剥離は、製造プロセスや搬送時の取り扱い時に、管端に衝撃が印加され、管端部を起点にめっきが剥離する現象である。図１に、管端剥離の実例を示す。
【０００３】
溶融亜鉛めっき鋼管の製造においては、例えば、鋼管の搬送中に、搬送方向を変えるために鋼管の軸方向に進行中の鋼管の管端部をストッパに衝突させて、搬送速度を停止し、鋼管円周方向に搬送させるときなどに、鋼管の管端部に衝撃が加わることがある。そして、このような場合に、衝撃により管端部を起点にめっきが剥離するという現象が起こり得る。
【０００４】
溶融亜鉛めっき鋼管における溶融亜鉛めっき層の剥離を防止するための対策として、例えば、特許文献１には、５５０〜１２００ｇ／ｍ２のめっき付着量を有する厚目付仕様溶融亜鉛めっき鋼管においてＦｅ−Ｚｎ合金析出層を構成するδ層の厚みを９μｍ以下とする事で鋼管の曲げ加工におけるめっき層の剥離を抑制することが可能となることが記載されている。しかし、これは、曲げ加工をしたときの鋼管の湾曲させた部分におけるめっき層の剥離（曲げ加工性）について考慮したものであって、溶融亜鉛めっき鋼管の管端部におけるめっき層の剥離について考慮したものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１００５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、鋼管の製造において、次工程で、ネジ切り加工等、管端部の加工が行われる場合等には、管端剥離が問題とならないこともあるが、例えば、樹脂ライニング等を行う場合等には、管端品質を問われることもあり、このような場合には、管端剥離が問題となる。また、管端剥離が起こった場合に、優先的にネジきり加工等を行う管種に振り分けることも考えられるが、無駄な作業が増加してしまうという問題がある。
【０００７】
また、めっき付着量として５５０ｇ／ｍ２以上が必要な厚目付仕様溶融亜鉛めっき鋼管（ＪＩＳ  Ｇ３４４２）では、特に管端剥離が発生し易いという問題がある。これは、規定のめっき付着量を確保するための通常のプロセスは、めっき浴浸漬時間とともに鋼管基材表面に発達するＦｅ−Ｚｎ合金層析出量をコントロールする事により実施されるが、めっき付着量確保のために発達させるＦｅ−Ｚｎ合金層が脆弱であるため、鋼管に応力が生じた場合のめっき剥離起点となってしまうからである。
【０００８】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、耐管端剥離性に優れ、管端部のめっき剥離を防止できる、厚目付溶融亜鉛めっき鋼管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の溶融亜鉛めっき鋼管は、溶融亜鉛めっき層組成の亜鉛付着量ｗＺｎ（ｇ／ｍ２）と、鉄析出量ｗＦｅ（ｇ／ｍ２）とが、下記式（１）および式（２）の関係を満たすことを特徴とする。
【００１０】
【数１】
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【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、耐管端剥離性に優れ、管端部でのめっき剥離を防止できる厚目付溶融亜鉛めっき鋼管が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】管端剥離の実例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態を示すもので、溶融亜鉛めっき層構造マトリックス（縦軸ＷFe／横軸ＷＺｎ）における等管端剥離発生確率曲線を示す図である。
【図３】本発明に係る管端剥離再現試験を説明するためのもので、サンプルの調製方法を示す図である。
【図４】同、サンプルの吊り方を示す図である。
【図５】同、浸漬処理について説明するための図である。
【図６】同、サンプルの形状出しについて説明するための図である。
【図７】同、管端剥離再現試験機を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の発明者は、厚目付溶融亜鉛めっき鋼管の耐管端剥離性を向上させるために、めっき層に着目した。
厚目付溶融亜鉛めっき鋼管のＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｇ３４４２）では、めっき付着量最小値が５５０ｇ／ｍ２であることが決められている。めっき層は、下層としてＦｅ−Ｚｎ合金層（主にζ相）と、上層としてＺｎ層（η相）とを備える。Ｆｅ−Ｚｎ合金層は、硬く脆い一方、Ｚｎ層は柔らかく延性が高い。このため、管端剥離要因としては、Ｆｅ−Ｚｎ合金層が、脆弱層として破壊及び破壊の伝播に寄与し、Ｚｎ層は衝突衝撃の緩和に寄与すると考えられる。したがって、Ｚｎ層を一定量確保することにより衝撃を緩和できれば、管端の剥離を減少させることができる。
【００１４】
鋼管へのめっき層の形成は、めっき浴浸漬、引き上げ、ワイピング冷却の３段階を通して行われる。Ｆｅ−Ｚｎ合金層は、めっき浴浸漬中に析出するのに対し、Ｚｎ層はワイピングで絞りとられない亜鉛浴からの持ち上げられたＺｎにより形成される。よって、ワイピングにより必要以上にＺｎを絞らないようにすればよい。
そこで、めっき層のＦｅ量とＺｎ量に着目し、めっき層の剥離現象について再度思念した。
【００１５】
管端の剥離量は、衝突時の衝撃度合いによる。衝突速度が小さければ剥離は発生しにくく、大きければ発生しやすい。衝突速度を徐々に大きくすると、ある衝突速度で一部のめっき層が剥離を始め、ある衝突速度以上では、管端のすべてのめっき層が剥離する。このことから、発明者は、衝突速度に対する剥離率（管端のめっき面積に対する剥離面積）を統計学的に求められると考えた。
【００１６】
そこで、製造した厚目付溶融亜鉛めっき鋼管のサンプルに対し、ハンマーを自由落下させ、任意の速度でサンプルに衝撃を与えるとともに、その速度での剥離率を測定する実験をしたところ、剥離率ＰＤ．Ｌ．（％）は下記式（３）で表される衝突速度ｖの累積分布関数で表すことができることを知得し、実験結果として、得られた剥離が最も起こりうる衝突速度￣ｖＤ．Ｌ．（以下、最頻衝突速度という）（なお、式中のｖの上に￣が付された文字を、本明細書では、￣ｖと表すものとする。）とその標準偏差σｖＤ．Ｌ．とを求めることができた。
【００１７】
そして、様々な条件で製造した異なるＦｅ量（ＷFe）およびＺｎ量（ＷＺｎ）のめっき層を有する一連のサンプルについて、最頻衝突速度￣ｖＤ．Ｌ．とその標準偏差σｖＤ．Ｌ．とを求め、非線形重回帰計算から、最頻衝突速度￣ｖＤ．Ｌ．とめっき層のＦｅ量（ＷＦｅ）およびＺｎ量（ＷＺｎ）との間に式（４）の関係を知得した。同様に標準偏差σｖＤ．Ｌ．とめっき層のＦｅ量（ＷＦｅ）およびＺｎ量（ＷＺｎ）との間に式（５）の関係を知得した。
式（３），式（４）及び式（５）を合わせることにより、式（６）に示すように、めっき層のＦｅ量（ＷＦｅ）およびＺｎ量（ＷＺｎ）からある衝突速度（ｖ）における剥離率P D.Lを求めることができる。
【００１８】
【数２】
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【００１９】
実際の厚目付溶融亜鉛めっき鋼管の製造では、めっき後、コンベアで鋼管が搬送される。このとき、最大でもその搬送速度は２．０ｍ／ｓであり、管端が壁面などに衝突するとすれば、最大でも衝突速度は、２．０ｍ／ｓとなる。
【００２０】
したがって、式（６）のｖに２．０ｍ／ｓを代入し、剥離率ＰＤ．Ｌ．をゼロとすれば、統計学上剥離は起こらない。ただし、これはあくまでも統計上の剥離率の話であり、衝突速度は常に２．０ｍ／ｓとなることはないため、剥離率ＰＤ．Ｌ．はゼロとしなくてもよい。例えば、剥離率ＰＤ．Ｌ．を数％に設定しても、製造上の剥離率ＰＤ．Ｌ．はほぼゼロとなる。
【００２１】
本発明者は、実際に量産材のめっき層のＦｅ量（ＷＦｅ）およびＺｎ量（ＷＺｎ）を調査し、縦軸をＦｅ量（ｗＦｅ（ｇ／ｍ２））、横軸をＺｎ量（ｗＺｎ（ｇ／ｍ２））としてプロットするとともに、衝突速度ｖを２．０ｍ／ｓと設定し、剥離率ＰＤ．Ｌ．別に、式（６）に基づき等剥離発生確率曲線Ｌ１を描いた。これを図２に示す。
【００２２】
図２に示すように、厚目付溶融亜鉛めっき鋼管のＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｇ３４４２）で規定するめっき付着量が、５５０ｇ／ｍ２以上の領域（図１に示す縦線Ｌ２より右側の領域）では、剥離率ＰＤ．Ｌ．が２％以下の場合、剥離が発生しないことが確認できた。これより、衝突速度ｖを２．０ｍ／ｓ、剥離率ＰＤ．Ｌ．を２％として式（６）を展開すれば、管端部の剥離が起こらないめっき層のＦｅ量（ＷＦｅ）およびＺｎ量（ＷＺｎ）の関係式を導くことができる。すなわち、溶融亜鉛めっき鋼管のめっき層構造が、以下の（上述した）式（１）および式（２）を満たすようにすることで、搬送速度ｖ＝２．０ｍ／ｓにおける剥離発生確率を２％以下にすることができる。
【００２３】
【数３】
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【００２４】
なお、鉄析出量ＷＦｅの下限値は規定しないが、鉄は通常めっき層中に少なくとも５ｇ／ｍ２析出する。また、亜鉛付着量ＷＺｎも特に規定しないが、鋼管をめっき浴に浸漬し持ち上げられる亜鉛量は限られることから、亜鉛付着量ＷＺｎは最大でも１３００ｇ／ｍ２程度である。
【実施例１】
【００２５】
上述のように、本発明は、統計学的な観点から厚目付溶融亜鉛めっき鋼管の管端部のめっき剥離を解析するとともに、量産プロセスが確立されている量産材のデータとの対比から剥離の起こらない溶融亜鉛めっき層組成の亜鉛付着量（ｗＺｎ（ｇ／ｍ２））と鉄析出量（ｗＦｅ（ｇ／ｍ２））の関係を明らかにしたものである。
【００２６】
量産プロセスで、本発明の亜鉛付着量および鉄析出量を満足するようにめっき層を作製しようとすると、めっき層のレベリング不良および酸洗液の劣化といった他の問題が生じる。このため、他の理由によりめっき剥離が生じかねないことから、ラボにおいて管端剥離再現試験を行い、管端にめっき剥離が生じないか調査した。
【００２７】
図３に、ラボにおける試験に用いたサンプル１の調製方法を示す。めっき前処理、めっきの各工程は、図４に示すように、サンプル１を、クリップ２ａを加工したハンガー２に固定し、例えば図５に示すように、吊り下げ保持することで実施した。また、めっき前処理を構成する各浴およびめっき浴への浸漬、引上げ動作は全てハンドで実施しており、各浸漬速度及び引上げ速度は特にコントロールしていないが、数１００ｍｍ／ｓ程度である。なお、この方法においてはハンガー２とサンプル１との接触部で融着やめっき浴の垂れによる欠陥が生じるため、図６に示すように、ハンガー２をニッパで切断後、欠陥部（接触部）を凹状に削る事で、管端の衝突に影響を及ぼさないように加工する形状出しを行った。
【００２８】
また、浸漬処理は、図５に示すように、ビーカ３に入れた浸漬用の液体に、サンプル１を浸すことで行った。このとき、サンプル１は、ビーカ３の上部開口部の縁に載架したガラス棒４に、サンプル１に固定したハンガー２を係止することで、ビーカ３の底から浮いた状態で、浸漬用の液体に浸すようにした。また、ビーカ３をウォーターバス５に入れ、浸漬用の液体の温度調整を行った。また、酸洗処理およびフラックス浸漬処理では、スターラ６によって、浸漬用の液体の撹拌を行った。
【００２９】
次に、サンプル１の調製方法について、図３を参照しながら説明する。
基材には、めっきを施していない鋼管（黒管）の量産品を用い、旋盤を用いて切り出しを行い、２０Ａサイズ（外形２７．２ｍｍ）で、長さ１０ｍｍの大きさとした。
【００３０】
この切り出した黒管（サンプル１）に対して、まず、めっき前処理を行った。また、めっき前処理は、水洗（ステップＳ１）、酸洗（ステップＳ２）、水洗（ステップＳ３）、フラックス浸漬（ステップＳ４）そして乾燥（ステップＳ５）の順に行った。
【００３１】
水洗（ステップＳ１、ステップＳ３）には、イオン交換水を用い、サンプル１を浸漬した後流水洗を行った。
また、酸洗（ステップＳ２）は、サンプル１によって条件を変え、表１に示す３つの条件で行った。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
フラックス浸漬（ステップＳ４）は、ＺｎＣｌ２が２．０ｍｏｌ／Ｌ、ＮＨ４Ｃｌが６．０ｍｏｌ／Ｌの浴組成で、浴温が９０℃のフラックスに、１分間浸漬することで行った。
また、乾燥（ステップＳ５）は、サンプル１を１３０℃のオーブンに５分間投入することによって行った。
【００３４】
めっき前処理の次は、めっき処理を行った。また、めっき処理は、めっき浴浸漬（ステップＳ６）をした後、冷却（ステップＳ７）をすることで行い、ワイピングは行わなかった。
【００３５】
めっき浴浸漬（ステップＳ６）には、Ｚｎが９９．５％で、Ａｌが０．０５％のめっき浴を使用し、浴温は、４８０℃とした。また、めっき浴浸漬は、サンプルによってめっき浴浸漬の時間ｔｉを変えて、６０ｓ、１２０ｓ、１８０ｓ、２４０ｓおよび３００ｓの５つの条件で行った。
また、冷却（ステップＳ７）は、放冷により行った。
【００３６】
また、めっき層構造の分析は、酸洗インヒビターを添加した濃度１０％のＨＣｌ溶解液によって、めっき層を溶解し、ＩＣＰ分析を行うことにより行った。
【００３７】
管端剥離再現試験は、図６に示す、管端剥離再現試験機１０を用いて行った。
管端剥離再現試験機１０は、円筒形のスライドハンマー１１と、円柱形の衝撃印加ターゲット１２と、ターゲット面１２ａ（衝撃印加ターゲットの上面）中心から法線方向に向けて延びるようにして設けられた、スライドハンマー１１を導くガイドポスト１３と、を備える。また、スライドハンマー１１の質量は、管端剥離性を調べたい鋼管の、全長分の質量と等しく（本実施例においては、２０Ａサイズ６ｍ長とし、質量を１０ｋｇとした。）、衝撃印加ターゲット１２の質量は、管端剥離性を調べたい鋼管の、全長分の質量の２倍以上である。
【００３８】
管端剥離再現試験では、ターゲット面１２ａ中心に、ガイドポスト１３を通して設置したサンプル１（溶融亜鉛めっき鋼管）に、スライドハンマー１１を落下させることで、管端が壁面に衝突することを模擬している。
本発明は、統計学的な観点から厚目付溶融亜鉛めっき鋼管の管端部のめっき剥離を解析し創作したものである。統計学的な観点からいえば、全く同じ条件で作製したサンプル１でも一様に剥離する／剥離しないに分別されるわけではなく、剥離するもの（剥離しやすいもの）と剥離しないもの（剥離しにくいもの）とがあることから、同じ条件で作製したサンプル１を１００個作製し、管端剥離の有無を調査した。
【００３９】
表２に、調製条件（表１に示す３つの酸洗条件およびめっき浴浸漬時間ｔｉ）毎に分けて、各サンプル１の、めっき層の亜鉛付着量（ｗＺｎ（ｇ／ｍ２）、鉄析出量（ｗＦｅ（ｇ／ｍ２））、目標耐管端剥離性クライテリアとしての、式（１）の値(ｗＦｅ≦０．１３×ｗＺｎ０．８２)、厚目付仕様要件クライテリアとしてのめっき付着量(式（２）の値（ｗＺｎ＋ｗＦｅ≦５５０）および最大衝突速度(ｖ＝２ｍ／ｓ)における管端剥離発生確率(ＰＤ．Ｌ．)を示す。
式（１）と式（２）とを同時に満たすめっき皮膜組成を有するＮｏ１〜Ｎｏ９およびＮｏ１１〜Ｎｏ１３のサンプル１（本発明例）では、１００個のサンプルのいずれも、最大衝突速度(ｖ＝２ｍ／ｓ)において剥離が生じなかった。一方、式（１）の関係を満たせないＮｏ１０およびＮｏ１４、Ｎｏ１５のサンプル１（比較例）では、最大衝突速度(ｖ＝２．０ｍ／ｓ)において剥離が生じたサンプルも見受けられた。
【００４０】
以上のように、本発明によれば、鋼管に適切に厚目の溶融亜鉛めっき層が形成され、耐管端剥離性に優れた厚目付溶融亜鉛めっき鋼管となる。よって、製造中等に、不可避的に鋼管の衝突が起こっても、鋼管の管端部のめっき層が剥離することがない。したがって、厚目付溶融亜鉛めっき鋼管の管端部でめっき剥離が発生するのを防止することができる。
また、管端部でのめっき剥離が発生しないので、めっき剥離が発生した鋼管を仕分けし、優先的にネジきり加工等を行う管種に振り分ける作業を行うこともなくなるので、製造管理等が容易になる。
【表２】
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【符号の説明】
【００４１】
１  サンプル
２  ハンガー
２ａ  クリップ
３  ビーカ
４  ガラス棒
５  ウォーターバス
６  スターラ
１０  管端剥離再現試験機
１１  スライドハンマー
１２  衝撃印加ターゲット
１２ａ  ターゲット面
１３  ガイドポスト
Ｌ１  等剥離発生確率曲線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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