(57)【要約】【課題】耐剥離性に優れたポリオレフィン被覆鋼管を提供する。【解決手段】鋼材表面に形状の異なる二種類の研掃材を用いてブラスト処理を施す。１回目のブラスト処理にはショット形状の研掃材を用い、２回目のブラスト処理にはグリット形状の研掃材を用いる。これらの処理により、鋼材表面の錆割合が１０％以下かつ、へげ割合が３０％以下とする。これにより残存錆やへげといった密着阻害要因を除去することで、陰極剥離や繰り返し応力に対する耐剥離性に優れたポリオレフィン被覆鋼管が得られる。【選択図】図３
2018001548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予熱された鋼管表面にプライマー層、変性ポリオレフィン層、ポリオレフィン層を順次積層していく外面ポリオレフィン被覆鋼管において、鋼管表面のへげ割合が３０％以下かつ鋼管表面の錆割合が１０％以下であるブラスト処理を施したことを特徴とする耐剥離性に優れたポリオレフィン被覆鋼管。
【請求項２】
ブラスト処理を２段階に施し、１回目の処理にショット形状、２回目の処理にグリット形状の研掃材を用いることを特徴とする請求項１記載のポリオレフィン被覆鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプラインや土木用途等に使用される表面処理層、プライマー層、変性ポリオレフィン樹脂層、ポリオレフィン樹脂層から構成される耐剥離性に優れたポリオレフィン被覆鋼管およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポリオレフィン被覆鋼材は、長期の防食性が優れていることから、鋼管、鋼管杭、鋼矢板等に利用されている。また、海底、極寒冷地、熱帯での使用を前提とした原油、重質油、天然ガスを輸送するパイプラインにも、ポリオレフィン被覆鋼管が使われている。塗膜の耐剥離性能には鋼材とプライマーの接着耐久性が影響するため、被覆する際の鋼材表面状態が重要となる。通常、被覆前の前処理としてブラスト処理を行い、鋼材表面に凹凸を形成させアンカー効果によるプライマーの接着力を向上させる。また鋼材のスケールを落とすことで清浄な鋼材表面を得ている。
【０００３】
ブラスト処理においては、使用する研掃材の形状による鋼材表面状態への影響が大きいが、被覆鋼材の前処理として多く使用される研掃材の形状はショットとグリットである。
ショットは球状の粒であり、鋼材の錆除去効果が高い。しかしインペラーブラストを使用する場合や対象物が鋼管の様に曲率をもつ場合等は研掃材が角度をもって衝突する。対象物に対して角度をもって衝突すると、「へげ」と呼ばれるかさぶたの様な薄片部分が形成される。このへげは昼夜の冷熱繰り返しの様に繰り返し応力がかかる環境では容易に剥離し、ひいては塗膜の剥離につながる。
対してグリットは角を有する非球状の粒であり、その形状から掘削力が大きいため、粗面形成能力が高く、薄片状のへげを容易に除去できる。しかし、衝突面積が小さいため処理の効率が悪く、操業上の負担となる。また錆除去のために長時間の処理を行った場合、ショットと同様にへげが発生する。このようにショット単体、グリット単体でのブラスト処理では錆除去とへげの抑制を両立させた鋼材表面を形成することは困難である。
【０００４】
従って、適切な研掃材を選択することが耐剥離性に優れた被覆鋼材を得るために重要である。特許文献１では第一のブラストで平均粒径０．４〜１．０ｍｍの投射粒子を使用し、第二のブラストで第一のブラストで使用した投射粒子の１／２以下の平均粒径を有する投射粒子を用いることで鋼材表面が塗膜密着性向上に有効な表面になるとしている。
しかしながら、特許文献１に記載された技術は、繰り返し応力がかかる環境で重要となるへげ形成に対する考慮がなされておらず、へげが多く形成された場合は塗膜の剥離につながるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６３３３９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明では上記従来技術の問題を解決し、耐剥離性に優れたポリオレフィン被覆鋼管およびその製造方法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】
【０００７】
本発明者らは上記目的を達成するために、耐剥離性に及ぼす鋼材表面の各種要因について調査した。その結果、鋼材表面のへげ割合が３０％以下であり、かつ錆割合が１０％以下の時、耐剥離性に優れたポリオレフィン被覆鋼材が得られることを見出した。ここで言うへげ割合とは、ブラスト後の鋼材の断面を２００倍で観察し、断面方向に連続して３視野中に存在する１０μｍ以上のへげの長さの合計を３視野の断面方向の長さで除し百分率としたものである。また、錆割合とは、ブラスト後の鋼材の断面を２００倍で観察し、断面方向に連続して３視野中に存在する１０μｍ以上の錆の長さの合計を３視野の断面方向の長さで除し百分率としたものである。
【０００８】
へげ割合が３０％を超える場合は容易に剥離するへげが多く存在するために、冷熱繰り返し（冷熱サイクル試験）による繰り返し応力による剥離が大きくなる。また錆割合が１０％を超える時は鋼材表面とプライマーとの密着が阻害され、陰極剥離が大きくなる。
上記鋼材表面を実現する方法として研掃材の形状に着目した。１回目のブラストではショット形状の研掃材を使用することで錆の除去を行い、２回目のブラストではグリット形状の研掃材を使用することで１回目のブラストで生じたへげの除去と粗面形成を行うことで効率よく上記鋼材表面が得られることを見出した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によって残存錆やへげといった密着阻害要因を除去することで耐剥離性に優れたポリオレフィン被覆鋼管を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のポリオレフィン被覆鋼管の被膜構成断面図である。
【図２】代表的なブラスト後のポリオレフィン被覆鋼管の残存錆の断面写真である。
【図３】代表的なブラスト後のポリオレフィン被覆鋼管のへげの断面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明につき詳細に説明を行なう。図１は、本発明の一つの実施態様を示すポリオレフィン被覆鋼管の被覆構成断面図である。
本発明に使用する鋼材としては普通鋼、あるいは高合金鋼などどのような鋼種でも適用可能である。なお、従来重防食被覆が適用されていた鋼管、また、海洋構造物等で使用される鋼管杭、鋼管矢板等にも適用可能である。
【００１２】
本発明では異なる研掃材を用いて２回ブラスト処理を行う。
各ブラスト処理における研掃材の投射方法は羽根車の遠心力によるインペラーブラスト法、圧縮空気を用いるエアーブラスト法、水圧によるウェットブラスト法等が挙げられる。特にインペラーブラスト法は鋼管に対する処理効率が高いため好ましい。投射角度は鋼面に対して６０度〜９０度であることが好ましい。６０度未満の角度からの投射ではショットが衝突した際に鋼材表面を引き延ばすように変形させ、へげの長さが大きくなる。
【００１３】
１回目のブラスト処理ではショット形状の研掃材を使用する。研掃材の材質については特に指定はないが、ＪＩＳ  Ｚ  ３０１１に規定される「ブラスト処理用金属系研削材」を用いることが望ましい。粒径については特に指定はないが、１．０ｍｍ以上であれば錆やスケールの除去を効率よく行うことができるため好ましい。また研掃材の硬度は対象鋼材よりも硬いものとすることで錆やスケールの除去を効率よく行うことができるため好ましい。
【００１４】
１回目のブラスト処理後の外観はＩＳＯ８５０１の除錆度レベルＳａ２．５以上とする。Ｓａ２．５未満では防食性が低下する。
１回目のブラスト処理における投射条件としては、投射量１５００ｋｇ/ｍｉｎ以上、投射密度１５０ｋｇ/ｍ２以上とすることが好ましい。投射量が１５００ｋｇ／ｍｉｎ未満ではブラスト処理効率が悪化する。投射密度１５０ｋｇ/ｍ２未満でも同様にブラスト処理効率が悪化する。
【００１５】
２回目のブラスト処理ではグリット形状の研掃材を使用する。研掃材の材質については特に指定はないが、ＪＩＳ  Ｚ  ３０１１に規定される「ブラスト処理用金属系研削材」を用いることが望ましい。粒径については特に指定はないが、０．５ｍｍ以上の大きさであれば粗面形成能力が高く、プライマー層との密着が良好な鋼材表面が得られる。また研掃材の硬度は対象鋼材よりも硬いものとすることで、へげの除去を効率よく行うことができるため好ましい。
【００１６】
２回目のブラスト処理が終了した後の鋼材の断面形状中の錆割合が１０％以下、へげ割合が３０％以下とする。錆割合が１０％を超える場合、鋼材表面とその上層である粉体エポキシプライマーとの密着が阻害され、陰極剥離が大きくなる。へげ割合が３０％を超える場合は容易に剥離するへげが多く存在するために、冷熱繰り返し（冷熱サイクル試験）による繰り返し応力による剥離が大きくなる。
２回目のブラスト処理における投射条件としては、１回目のブラストと同様に投射量１５００ｋｇ／ｍｉｎ以上、投射密度１５０ｋｇ/ｍ２以上とすることが好ましい。投射量が１５００ｋｇ／ｍｉｎ未満ではブラスト処理効率が悪化する。投射密度１５０ｋｇ/ｍ２未満でも同様にブラスト処理効率が悪化する。
【００１７】
錆割合は、ブラスト後の鋼材の断面を２００倍で観察することで得られる。図２に代表的なブラスト後のポリオレフィン被覆鋼材の残存錆の断面写真を示す。錆割合は、断面方向に連続して３視野中に存在する１０μｍ以上の錆の長さの合計をそれぞれ３視野の断面方向の長さで除し百分率として得る。例えば図２における錆割合は９．９％である。
錆割合が１０％を超える場合、鋼材表面とプライマーとの密着が阻害され、陰極剥離が大きくなる。
【００１８】
へげ割合は、ブラスト後の鋼材の断面を２００倍で観察することで得られる。図３に代表的なブラスト後のポリオレフィン被覆鋼材のへげの断面写真を示す。へげ割合は、断面方向に連続して３視野中に存在するへげの長さの合計をそれぞれ３視野の断面方向の長さで除し百分率として得る。例えば図３におけるへげ割合は１３％である。
へげ割合が３０％を超える場合は、容易に剥離するへげが多く存在するために、繰り返し応力による剥離が大きくなる。
【００１９】
プライマーの塗装前に、下地処理として表面処理層２を形成させると、より優れた防食性が得られるため望ましい。表面処理の例としてはクロメート処理、リン酸処理等が挙げられる。
【００２０】
プライマー層３には耐熱性に優れ、高温環境でも高い防食性を発揮する粉体エポキシ樹脂プライマーを使用するのが好ましい。
粉体エポキシ樹脂プライマーの塗布前に鋼材を加熱する必要があるが、加熱温度範囲は１６０〜２６０℃である。１６０℃未満では粉体エポキシ樹脂プライマーの硬化反応が不十分となり、プライマー層自体の破壊が起きる可能性がある。加熱温度が２６０℃を超える場合は、形成されたプライマー層の劣化が始まり密着性、防食性が低下する。鋼材の加熱方法は高周波誘導加熱、遠赤外加熱、ガス直火加熱などの方式を適用することができる。
【００２１】
プライマー層３に使用する粉体エポキシ樹脂プライマーの材料成分としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等を単独、もしくは混合して使用する。更に高温特性が要求される場合、多官能性のフェノールノボラック型エポキシ樹脂やハロゲン化樹脂を上記のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂あるいは、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂と組み合わせて用いることが出来る。エポキシ樹脂硬化剤はジシアンアミド系、芳香族ポリアミン系、フェノール系硬化剤等が使用でき、中でもフェノール系硬化剤が好ましい。フェノール系硬化剤を用いることで低温衝撃性に優れた塗膜が得られる。また、硬化促進剤、レベリング剤、流動化助剤、脱気剤等の添加剤や助剤を含有してもよい。
粉体エポキシ樹脂プライマーのガラス転移温度（Ｔg）は８０℃以上、好ましくは１００℃以上である。Ｔgが８０℃より低いと操業温度が高温である時に耐食性が低下する。
【００２２】
粉体エポキシ樹脂プライマーは静電粉体塗装や流動浸漬塗装等の一般的な粉体塗装方法で塗布することができる。膜厚は５０〜１０００μｍの範囲で塗布する。膜厚が５０μｍより薄い場合にはピンホールが多数発生する。一方、１０００μｍを超える厚膜塗装では低温での耐衝撃性等の特性が低下しやすい。
【００２３】
変性ポリオレフィン層４に使用する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等の公知のポリオレフィン樹脂を、酸無水物でグラフト変性したもの、あるいは、その変性物をポリオレフィン樹脂で適宜希釈したものである。中でも無水マレイン酸の変性物が好ましく、プライマーとの接着に優れ、被覆条件に依らず高密着力が得られる。
グラフト変性率は０．１％〜３％である。０．１％より少ない場合はプライマー層との化学結合が少なく、密着力に乏しい。対して３％を超える場合では変性の過程で低分子量成分が増大し、接着界面に拡散し接着力が低下する。グラフト変性率の測定は赤外分光法にて行う。本発明で用いることができる変性ポリオレフィンのメルトフローレート（ＭＦＲ）（ポリエチレン：１９０℃、ポリプロピレン：荷重２．１６ｋｇ）は、０．１〜１０ｇ／１０分、より好ましくは０．１〜２．５ｇ／１０分である。この範囲より多くても少なくても成形性が悪くなる。
【００２４】
接着剤の被覆方法としては、押出機のダイスを用いて加熱溶融した変性ポリオレフィン樹脂で直接鋼材を被覆する押出被覆方法を用いることができる。あるいは加熱した鋼材に予め成形した変性ポリオレフィン樹脂シートを貼り付ける方法、粉砕した変性ポリオレフィン樹脂を粉体塗装して溶融して被膜を形成する方法等がある。これらの方法により、０．０５〜１ｍｍの膜厚を有する変性ポリオレフィン樹脂接着剤層を形成する。膜厚が０．０５ｍｍ未満ではプライマー層との溶融濡れが悪く、接着力が不十分である。また、１ｍｍを越えると経済性の観点から好ましくない。
【００２５】
最外層のポリオレフィン樹脂層５に使用する材料としては、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン−プロピレン共重合体等の従来公知のポリオレフィン樹脂等であっても、またこれらのブレンド樹脂であってもよい。
本発明で用いることができるポリオレフィン樹脂のＭＦＲ（ポリエチレン：１９０℃、ポリプロピレン：荷重２．１６ｋｇ）は、０．１〜５ｇ／１０分、より好ましくは０．１〜２．５ｇ／１０分である。この範囲より多くても少なくても成形性が悪くなる。
最外層のポリオレフィン樹脂層には、ポリオレフィン樹脂以外の成分としては、耐熱性、耐候性対策としてカーボンブラック又はその他の着色顔料、充填強化剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系の耐候剤等を任意の組み合わせで添加することができる。
【００２６】
ポリオレフィン被覆の方法としては、接着剤と同様に押出機のダイスを用いて加熱溶融したポリオレフィン樹脂で直接鋼材を被覆する押出被覆方法を用いることができる。あるいは加熱した鋼材に予め成形したポリオレフィン樹脂シートを貼り付ける方法、粉砕したポリオレフィン樹脂を粉体塗装して溶融して被膜を形成する方法等がある。これらの方法により、１ｍｍ〜６ｍｍの膜厚を有するポリオレフィン樹脂層を形成する。膜厚が１ｍｍより薄いと、防食性、耐衝撃性が劣るため好ましくない。また膜厚が６ｍｍを超えると寒暖差による塗膜の収縮により、端部からポリオレフィン被覆層が剥離しやすいため好ましくない。
【実施例】
【００２７】
〔実施例、比較例の作製方法〕
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
鋼材サンプルとして、９ｍｍ×１００ｍｍ×１５０ｍｍの熱延鋼板を用意した。
実施例１〜３として粒径の異なるスチールショット、スチールグリット（いずれもＩＫＫショット（株）製)を用いて１回目、２回目のブラスト処理を各１５分行った。
また比較例１として、１回目、２回目のブラスト処理をスチールショットで各１５分行った。比較例２として、１回目、２回目のブラスト処理をスチールグリットで各１５分行った。比較例３として、１回目のブラスト処理をスチールグリット、２回目のブラスト処理をスチールショットで各１５分行った。
これら鋼板サンプルにクロメート処理を行い、鋼板を２００℃に加熱し、粉体エポキシ樹脂プライマーを静電粉体塗装で１５０μｍに塗装し、予め２００℃で加熱した厚さ０．２ｍｍの変性ポリエチレン樹脂のシートと厚さ３ｍｍのポリエチレン樹脂のシートを順に被覆し、本発明の実施例、比較例の被覆鋼材サンプルを作製した。
【００２８】
上記実施例および比較例によって得られたポリエチレン被覆鋼材サンプルを下記に従って評価試験を行った。
〔粒径の評価〕
ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１に規定される試験用ふるいを用い、目開きの大きいふるいが上段になるように重ね、最上段のふるいに測定する研掃材を投入し機械振動を与える。各々のふるい上に残った研掃材の重量を量り、粒径の重量分率を算出する。そして重量が５０％となる粒径Ｄ５０を平均粒径とした。
〔錆割合の評価〕
ブラスト後の鋼材の断面を２００倍で観察し、断面方向に連続して３視野中に存在する１０μｍ以上の錆の長さの合計をそれぞれ３視野の断面方向の長さで除し百分率として得た。
〔へげ割合の評価〕
ブラスト後の鋼材の断面を２００倍で観察し、断面方向に連続して３視野中に存在する１０μｍ以上のへげの長さの合計をそれぞれ３視野の断面方向の長さで除し百分率として得た。
〔冷熱サイクル性能の評価〕
ポリエチレン被覆鋼材サンプルにおいて、四辺の外側から１．０ｍｍの被覆を切断・削除して被覆層端部を露出させ、−３０℃で１時間、６０℃で１時間保持を１００回繰り返した後、被覆層をタガネではぎ取り、被覆層端部からの剥離距離を測定した。
〔陰極剥離性能の評価〕
ＩＳＯ２１８０９−１（印加電圧：−１．５Ｖ、試験温度：８０℃、試験期間：２８日間）に準拠し、試験を行った。試験終了後塗膜の剥離半径を測定した。
本発明の実施例及び比較例の結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
2018001548.tif 000003
【００３０】
実施例１〜３は比較例１〜４と比べて陰極剥離距離、冷熱サイクル剥離距離が小さく、耐剥離性に優れたポリエチレン被覆鋼材が得られている。
一方、ショット形状のみを使用した比較例１、グリット形状のみを使用した比較例２、１回目のブラストにグリット形状、２回目のブラストにショット形状を使用した比較例３は錆割合もしくはへげ割合が大きいため、陰極剥離距離、冷熱サイクル剥離距離が大きくなっている。
【符号の説明】
【００３１】
１  鋼材
２  表面処理層
３  プライマー層
４  変性ポリオレフィン層
５  ポリオレフィン層
【図１】
2018001548.tif 000004
【図２】
2018001548.tif 000005
【図３】
2018001548.tif 000006