(57)【要約】【課題】外面軸方向にビードを有する鋼管を用いた３層ポリオレフィン樹脂被覆鋼管の製造方法において、鋼管搬送時の周速が高速化した場合であっても、ビード部と母材部の膜厚を均一化させることができるポリオレフィン樹脂被覆鋼管の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明はビード部のポリオレフィン樹脂の膜厚が薄くなることを防ぐために、ポリオレフィン樹脂が供給されるＴダイス８の直前にインジェクション６を増設することで、回転する鋼管１に対して一定の周期で検知されるビード部に対して、その部位に被覆されるポリオレフィン樹脂の膜厚が厚くなるようにインジェクション６を用いてポリオレフィン樹脂を瞬間的に注入し、ビード部と母材部の膜厚を均一化する被覆方法である。【選択図】図３
2019055540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面の軸方向にビードを有する鋼管にポリオレフィン樹脂を連続的に供給することによって被覆鋼管を製造する被覆鋼管の製造法であって、ポリオレフィン樹脂を連続的に供給するＴダイスにインジェクションを増設し、ビード部が通過するタイミングに合わせてインジェクションによってポリオレフィン樹脂の供給量をビード部に対して瞬間的に増加させることで、ポリオレフィン樹脂層の膜厚を均一化させることを特徴とするポリオレフィン樹脂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、石油・ガス等のエネルギー輸送に用いられる外面軸方向に溶接ビードを有するポリオレフィン樹脂被覆鋼管の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石油・ガス等のエネルギー輸送に用いられる外面ポリオレフィン樹脂被覆鋼管において、長期の防食性と施工時の耐疵性が要求される場合には３層被覆鋼管が用いられる。その構成は下層から順に防食性の高いエポキシ樹脂プライマー層、接着剤層、ポリオレフィン樹脂層からなる３層構造である。被覆されるポリオレフィン樹脂には、ポリエチレン樹脂とポリプロピレン樹脂があるが、安価で信頼性が高いことから、一般的にはポリエチレン樹脂が、高温用や耐疵性が要求される場合にはポリプロピレン樹脂が使用される。
【０００３】
ポリオレフィン樹脂被覆鋼管の素材となる鋼管が、ＵＯ鋼管のようなストレートシームを有する溶接鋼管である場合、鋼管の外面には、その軸方向全長の外面側に盛り上がった溶接余盛部（ビード）が存在する。ビードの形状は主に図１に示す形状がある。理想的な図１(a)の形状の場合、ポリオレフィン樹脂はビード両端部に空隙が生じることなく被覆される。一方、通常は図１(b)に示す形状のビードが多いため、溶融状態のポリオレフィン樹脂を被覆した直後にシリコン等の弾力性を有すローラーで圧着することで空隙の形成を抑制している。この空隙の形成を抑制することで水分等の腐食性因子の侵入を防ぎ、耐食性を向上させることができる。しかしながら、ローラーでポリオレフィン樹脂を圧着する場合、ビード上で点接触となることから、ビード部にかかる圧力が大きくなるため、ローラーによって押さえつけられビード上のポリオレフィン樹脂の膜厚が薄くなる。さらに、被覆後溶融状態のポリオレフィン樹脂が冷却されると、ポリオレフィン樹脂が１０〜１５％収縮するため、ビード部に被覆されたポリオレフィン樹脂の張力が特に増加し、結果的に、ビード部に被覆されたポリオレフィン樹脂が延ばされてさらに薄くなる。以上のことから、鋼管の外面に被覆されたポリオレフィン樹脂層のビード部における膜厚の低下によって製品に要求される膜厚仕様を満足しない場合がある。
【０００４】
ポリオレフィン樹脂の膜厚が最も薄くなるビード部においても要求される膜厚仕様を満足させるためには、被覆するポリオレフィン樹脂の膜厚を、ビード部における膜厚の低下分だけ、ビード部を含めた鋼管の全周において増加すればよいが、これでは、ビード部以外の一般部（母材部）におけるポリオレフィン樹脂の膜厚がその分だけ過剰となり無駄に厚くなるので、ポリオレフィン樹脂被覆鋼管の製造コストが大幅に上昇してしまう。
【０００５】
ポリオレフィン樹脂の膜厚がビード部において薄くなることを、製造コストの上昇を抑制しながら防止するために、特許文献１では、図２に示すように減加速テンションローラー１１の回転数を制御することで、ポリオレフィン樹脂シートの膜厚を制御したものである。これは、減加速テンションローラー１１の回転数を小さくすることで一時的にポリオレフィン樹脂シートの膜厚を厚くすることが出来るが、元に戻す時に減加速テンションローラー１１から鋼管までのポリオレフィンシートが薄く引き延ばされ、部分的に薄膜化となる。従って、ビード部を含めた鋼管全体の膜厚を均一化することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５７−１３３０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
軸方向にビードを有する鋼管にポリオレフィン樹脂を被覆する際、従来はテンションローラーの回転数を制御することでポリオレフィン樹脂シートを厚膜化し、ビード部の薄膜化を抑制していた。しかしながらその一方で、テンションローラーを制御することにより、ビード部以外に被覆されるポリオレフィン樹脂シートの膜厚が部分的に薄くなるため、ビードを含む鋼管の膜厚の均一化ができない欠点がある。従って、ポリオレフィン樹脂の供給速度は原則一定で、一部分のみ瞬間的に増加させ、ビード部のみの膜厚を増やすことができる被覆方法が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
外面の軸方向にビードを有する鋼管にポリオレフィン樹脂を連続的に供給することによって被覆鋼管を製造する被覆鋼管の製造法であって、ポリオレフィン樹脂を連続的に供給するＴダイスにインジェクションを増設し、ビード部が通過するタイミングに合わせてインジェクションによってポリオレフィン樹脂の供給量をビード部に対して瞬間的に増加させることで、ポリオレフィン樹脂層の膜厚を均一化させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、溶接ビードを有する鋼管（ＵＯ鋼管等）に対して、ポリオレフィン樹脂被覆を実施する被覆鋼管の製造方法であって、ビード部にポリオレフィン樹脂を被覆する際に、瞬間的にポリオレフィン樹脂の供給量を増やすことで、ビード部の膜厚が確保される。これにより、ポリオレフィン樹脂の膜厚をビード部とビードのない母材部とを均一化することができ、製造コストの上昇を防止することが可能なポリオレフィン樹脂被覆鋼管の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】溶接部を有する鋼管（ＵＯ鋼管等）の一般的なビード形状の断面図である。
【図２】減加速テンションローラー１１を減加速させて膜厚を制御する方法の概略図である。
【図３】本発明の被覆方法の一態様を説明するための概略図である。
【図４】実施例１の鋼管周方向の膜厚分布図である。
【図５】比較例１の鋼管周方向の膜厚分布図である。
【図６】比較例２の鋼管周方向の膜厚分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ビード部に被覆されるポリオレフィン樹脂の膜厚のみを厚くするために、ポリオレフィン樹脂の供給速度を瞬間的に制御できる方法を検討した結果、ポリオレフィン樹脂が供給されるダイス８にポリオレフィン樹脂を瞬時に注入するインジェクション６を増設することで、ポリオレフィン樹脂の供給を瞬間的に増加させることが可能であることを見出した。概略を図３に示す。
インジェクション６とは、押出機９からＴダイス８の間を流れるポリオレフィン樹脂にポリオレフィン樹脂を短時間に一定量追加供給することで、Ｔダイス８から押し出されるポリオレフィン樹脂シートの量を一時的に増加することのできる供給装置である。このインジェクション６は押出機９とＴダイス８を繋ぐ配管７の分岐に設置し、インジェクション６に搭載された油圧式プランジャーポンプ等により、ポリオレフィン樹脂を一定量供給することができる。
インジェクション６によってポリオレフィン樹脂を注入し、樹脂の供給を瞬時に増加させるタイミングの設定は次の様に行うことができる。
外面に軸方向のビードを有する鋼管１を回転させながら、軸方向に鋼管は進行する。ポリオレフィン樹脂は鋼管１の外面に設置したＴダイス８を介してシートとなって被覆される。このＴダイス８の手前にビード検出器５を設置することで、搬送中の鋼管１のビードを連続的に検出することができる。鋼管１の搬送周速が一定である限り、一定周期でビードが検出されることから、Ｔダイス８から押し出される樹脂シートの量も一定周期で増加することが出来る。検出器５からＴダイス８までの距離に応じて、ビードで検出されたタイミングと樹脂シートが押し出されるタイミングにずれが生じることから、応答時間を調整することで、膜厚が増加したポリオレフィン樹脂シートを瞬間的にビード部に被覆することが可能となる。
【００１２】
ビードの高さ等の形状に伴って、インジェクション６による樹脂の注入量を変更するには、インジェクション６のストロークの長さと速さを変更することで、容易に可能となる。また、鋼管の外径と周速によって、ビード部に供給する必要のあるポリオレフィン樹脂の量が変わるため、インジェクション６のストロークの長さを変えることで、ポリオレフィン樹脂の供給量を増やすことが可能となる。この結果、ビード部と母材部のポリオレフィン樹脂層の厚みの差を０．２ｍｍ以下とすることが可能となる。
【００１３】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の３層ポリオレフィン樹脂被覆鋼管本体部分の被覆は既存の方法によって鋼管の外面にプライマー、接着剤、ポリオレフィン樹脂の順に３層に形成される。
被覆に使用する鋼管は通常ＵＯ鋼管である。一方、サイズ、厚みの制約は設備に起因するのみである。鋼管は油等の付着がある場合は事前に除去した後に鋼管表面の錆や汚れを除去し、接着に必要な粗度を確保するためにブラスト処理を行う。ブラスト処理に用いる研掃材としては、一般的には鋼製グリッド・ショット粒を用いる。更に清浄な表面が要求される場合には、アルミナ等のセラミック素材を用いても良い。ブラスト処理後の表面に、鉄粉等の汚れが付着している場合、ブラシ、吸引、液体による洗浄等の処理を行うことができる。
次に、洗浄処理、あるいは化成処理を行う。化成処理はリン酸やその他の処理を使用することが出来るが、特に高い防食性能が要求される場合には、例えば日本パーカーライジング社製のパルクロム１００などを用いて塗布型クロメート処理を行っても良い。
【００１４】
プライマー層には耐熱性に優れ、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。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。
プライマー層に使用する材料の成分としては、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できる。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。
なお、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℃より低いとパイプラインの操業温度が高温である時に耐食性が低下する。
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。
【００１５】
粉体エポキシ樹脂プライマー層を形成後に、変性ポリオレフィン樹脂接着剤を介してポリオレフィン樹脂被膜を積層する。変性ポリオレフィン接着剤は、ポリオレフィン樹脂を無水マレイン酸で変性したもの、あるいはポリオレフィンと無水マレイン酸との共重合体、ポリオレフィンとアクリル酸エステルと、無水マレイン酸との共重合体を用いることができる。
変性ポリオレフィン樹脂接着剤は、粉体あるいはペレットで供給される。ポリエチレン樹脂被覆に使用する接着剤としては、例えば三井化学社製のＮＥ０６０、ＮＥ０６５、ＮＥ０８０，ＢＯＲＥＡＬＩＳ社製のＢｏｒｃｏａｔ  ＭＥ０４２０、ＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌ社製のＬｕｃａｌｅｎ  Ｇ３７１０Ｅ等が使用できる。ポリプロピレン樹脂被覆に使用する接着剤としては、例えば三井化学社製のＭＯＤＩＣ−ＡＰＰ５０１，ＢＯＲＥＡＬＩＳ社製のＢｏｒｃｏａｔ  ＢＢ１２７Ｅ、ＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌ社製のＭｏｐｌｅｎＣｏａｔ ＥＰ／６０ ＢＩＡＮＣＯ等が使用できる。ペレットの場合、接着剤押出機を用いて加熱溶融した樹脂を、Ｔダイス４を用いてプライマー塗布後の鋼管外面に被覆する。その他の方法としては、変性ポリオレフィン樹脂接着剤を粉砕して粉体化し、この粉体を塗布する方法もある。これらの方法により、０．１〜０．４ｍｍの接着剤層を形成する。
【００１６】
変性ポリオレフィン樹脂接着剤層の上に被覆するポリオレフィン樹脂は、鋼管被覆用として市販されているものを使用することができる。代表的なポリオレフィン樹脂はポリエチレン樹脂であり、その他には高温用にポリプロピレン樹脂が用いられる。ポリエチレン樹脂としては鋼管被覆用に用いられる銘柄を使用することができる。例えば、国内では日本ポリエチレン社製のＮＯＶＡＴＥＣ  ＥＲ００２Ｓ、海外ではＢＯＲＥＡＬＩＳ社製のＢｏｒｃｏａｔ  ＨＥ３４５０、Ｌｙｏｎｄｅｌｌ  Ｂａｓｅｌｌ社製のＬｕｐｏｌｅｎ４５５２などの鋼管被覆に要求される長期耐久性を有し、カーボンブラックを添加したものが使用可能である。
【００１７】
ポリプロピレン樹脂としては一般的にはホモポリマーよりも低温特性に優れる共重合体が使用され、耐熱性と耐候性対策として、白色顔料、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が添加されたもので、低温靭性と高温使用での耐酸化劣化性を兼ね備えたものであることが好ましい。ポリプロピレン樹脂での着色顔料としてカーボンブラックを用いると、高温で酸化防止剤の効果が消失するため、高性能の被覆鋼管品では用いられない。このため、着色顔料の色としては白色が一般的である。ポリプロピレン樹脂は、例えば国内では日本ポリプロピレンのＴＸ１８４３Ｂ、海外ではＢＯＲＥＡＬＩＳ社製のＢｏｒｃｏａｔ  ＢＢ１０８Ｅ−１１９９、ＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌ社製のＭｏｐｌｅｎ  Ｃｏａｔ  ＥＰ６０Ｒ／ＢＩＡＮＣＯ等の鋼管被覆用の樹脂が使用できる。
ポリオレフィン樹脂被覆層は取り扱い時の疵発生を抑制するため、通常２ｍｍ以上被覆される。ポリオレフィン樹脂層は厚いほど、耐疵性と防食性に優れるが、厚膜になると内
部応力が大きくなるため、６ｍｍ以下が望ましい。
【００１８】
ビードの高さが０．５〜３ｍｍのＵＯ鋼管１にポリオレフィン樹脂を被覆する時に、ビード部に被覆されたポリオレフィン樹脂の厚みが薄くなるのを防ぐため、インジェクション６を用いて瞬間的にビード部の樹脂の供給を増やす。ＵＯ鋼管１のビードはポリオレフィン樹脂を吐出するＴダイス８の直前に設置したビード検出器５を用いて検知する。ビード検出器５の光源は赤外線またはレーザーを用いる。検知されたビードの周期に合わせて、インジェクション６からＴダイス８にポリオレフィン樹脂を瞬間的に追加供給する。ビード検出器５とＴダイス８の距離に応じて、一定周期で検知されるビードのタイミングとインジェクション６からポリオレフィン樹脂が供給されるタイミングに差が生じるため、応答時間を変更することで位相を一致させる。
【００１９】
インジェクション６から所定の周期、量のポリオレフィン樹脂がＴダイス８に追加供給されることで、ビード部に被覆するポリオレフィン樹脂の量を瞬間的に増やし、ビード部と母材部のポリオレフィン樹脂の膜厚を均一化することが可能である。例えば、外径１０６７ｍｍの鋼管に対し、５０ｍ／ｍｉｎの周速でポリオレフィン樹脂を４ｍｍの膜厚で被覆する場合、インジェクション６から供給されるポリオレフィン樹脂の量をストロークの長さを変えて１．１ｋｇに調整する。さらに鋼管１の周速に応じてストロークの移動速度を調整し、インジェクションから供給されるポリオレフィンの供給速度を６１ｋｇ／ｓｅｃに調整することで、母材部と同等の膜厚のポリオレフィン樹脂をビード部に被覆することができる。
【実施例】
【００２０】
〔実施例１〕  
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
本発明の検証として、ＵＯ鋼管（外径１０６７ｍｍ）を用いた。ＵＯ鋼管のビード高さは２．０ｍｍである。鋼管１の周速は５０ｍ／ｍｉｎで搬送した。鋼管外面にＴＧＤ−１００番のグリッドブラスト処理を行って除錆したものを用意した。その後、鋼管の表面洗浄処理を施し、汚れや鉄粉等を除去した。
鋼管１を誘導加熱装置で２２０℃に加熱後、粉体エポキシ樹脂プライマー（ＰＥ２８７−６（８）、日本ペイント社製）を２００μｍで塗布した後、接着剤用のＴダイス４を用いて接着剤を０．２ｍｍ被覆した直後に、ポリオレフィン樹脂用のＴダイス８の直前に設置した赤外線を光源としたビード検出器５にてビードを検出した。ポリオレフィン樹脂用Ｔダイス８から押し出されたポリエチレン樹脂シートを鋼管に被覆し、ポリエチレンの樹脂被膜を４ｍｍになるように調整した。この際、ビード部の膜厚を４ｍｍにするために、Ｔダイス８に分岐して接続したインジェクション６を用いて樹脂の供給量を瞬間的に増やした。この時のストロークの長さは樹脂の供給量が１．１ｋｇとなるように調整し、６１ｋｇ／ｓｅｃとなるようにストロークを動かした。被覆後、水冷を施し、３層ポリエチレン樹脂被覆鋼管を製造した。
【００２１】
〔比較例１〕  
以下、インジェクションを用いない場合を比較例によって具体的に説明する。
本発明の検証として、ＵＯ鋼管（外径１０６７ｍｍ）を用いた。ＵＯ鋼管のビード高さは２．０ｍｍである。鋼管の周速は５０ｍ／ｍｉｎで搬送した。鋼管外面にＴＧＤ−１００番のグリッドブラスト処理を行って除錆したものを用意した。その後、鋼管の表面洗浄処理を施し、汚れや鉄粉等を除去した。
鋼管１を誘導加熱装置で２２０℃に加熱後、粉体エポキシ樹脂プライマー（ＰＥ２８７−６（８）、日本ペイント社製）を２００μｍで塗布した後、接着剤用のＴダイス４を用い接着剤を０．２ｍｍ被覆した後に、ポリオレフィン樹脂用Ｔダイス８から押し出されたポリエチレン樹脂シートを鋼管に被覆し、ポリエチレンの樹脂被膜を４ｍｍになるように被覆した。被覆後、水冷を施し、３層ポリエチレン樹脂被覆鋼管を製造した。
【００２２】
〔比較例２〕  
以下、インジェクションを用いず、減加速テンションローラー１１を用いて膜厚制御を行った場合を比較例によって具体的に説明する。
本発明の検証として、ＵＯ鋼管（外径１０６７ｍｍ）を用いた。ＵＯ鋼管のビード高さは２．０ｍｍである。鋼管１の周速は１０ｍ／ｍｉｎで搬送した。鋼管外面にＴＧＤ−１００番のグリッドブラスト処理を行って除錆したものを用意した。その後、鋼管１の表面洗浄処理を施し、汚れや鉄粉等を除去した。
鋼管１を誘導加熱装置で２２０℃に加熱後、粉体エポキシ樹脂プライマー（ＰＥ２８７−６（８）、日本ペイント社製）を２００μｍで塗布した後、接着剤用のＴダイスを用い接着剤を０．２ｍｍ被覆した直後に、ポリオレフィン用のＴダイスの直前に設置した赤外線を光源としたビード検出器５にてビードを検出した。検出した後に図２に示す減加速テンションローラー１１を減速させ、ビード部の膜厚が４ｍｍになるように調整した。さらに、ポリオレフィン樹脂用Ｔダイス８から押し出されたポリエチレン樹脂シートを鋼管に被覆し、ポリエチレンの樹脂被膜を４ｍｍになるように調整した。被覆後、水冷を施し、３層ポリエチレン樹脂被覆鋼管を製造した。
【００２３】
〔膜厚分布の測定〕
上記被覆鋼管の膜厚はビード部を含む鋼管周方向２１点を測定し、その平均値を算出した。得られた膜厚の結果を表１に、実施例１の鋼管周方向の膜厚分布を図４に、比較例１の鋼管周方向の膜厚分布を図５に、比較例２の鋼管周方向の膜厚分布を図６に示す。
インジェクションによる制御が無い比較例１の場合、ビード部とビードのない母材部の膜厚の差が２．２ｍｍである。さらに、減加速テンションローラー１１による膜厚制御がある比較例２の場合、減加速テンションローラー１１が元に戻るビード部後方で膜厚が薄くなり不均一となる。一方、インジジェクションによる制御がある実施例１の場合、ビード部と母材部との膜厚の差は０．１ｍｍとなり、均一に被覆することが可能である。
【００２４】
【表１】
2019055540.tif 000003
【符号の説明】
【００２５】
１  鋼管
２  接着剤
３  ポリオレフィン樹脂
４  接着剤用Ｔダイス
５  ビード検出器
６  インジェクション
７  配管
８  ポリオレフィン樹脂用Ｔダイス
９  押出機
１０  搬送ローラー
１１  減加速テンションローラー
【図１】
2019055540.tif 000004
【図２】
2019055540.tif 000005
【図３】
2019055540.tif 000006
【図４】
2019055540.tif 000007
【図５】
2019055540.tif 000008
【図６】
2019055540.tif 000009