コーティング材料の目的
鋼管の外面をコーティングすることは、錆びを防ぐために非常に重要です。鋼管の表面に錆びが発生すると、その機能性、品質、外観に重大な影響を及ぼします。したがって、コーティング工程は鋼管製品全体の品質に大きな影響を与えます。
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コーティング材料の要件
米国石油協会（API）が定める基準によれば、鋼管は少なくとも3ヶ月間は腐食に耐える必要がある。しかし、近年ではより長い防錆期間への需要が高まっており、多くのユーザーが屋外保管条件下で3～6ヶ月間の耐食性を求めている。耐久性の要件に加え、ユーザーはコーティングが滑らかな表面を維持し、防錆剤がムラなく均一に塗布され、塗装のムラや垂れがなく、外観を損なうことも期待している。
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コーティング材の種類とその長所と短所
都市部の地下パイプネットワークでは、鋼管ガス、石油、水などの輸送に、パイプはますます広く利用されるようになっている。これらのパイプのコーティングは、従来のアスファルト系材料からポリエチレン樹脂やエポキシ樹脂系材料へと進化してきた。ポリエチレン樹脂コーティングの使用は1980年代に始まり、用途の多様化に伴い、構成要素やコーティングプロセスも徐々に改良されてきた。
3.1 石油アスファルトコーティング
石油アスファルトコーティングは、従来の防錆層として用いられており、石油アスファルト層をグラスファイバークロスで補強し、外側にポリ塩化ビニル製の保護フィルムを貼付した構造になっています。優れた防水性、様々な表面への良好な密着性、そしてコスト効率の良さが特長です。しかしながら、温度変化に弱く、低温下で脆くなりやすく、特に岩盤地帯では経年劣化やひび割れが生じやすいといった欠点があり、追加の保護対策やコスト増が必要となる場合があります。
3.2 コールタールエポキシコーティング
コールタールエポキシは、エポキシ樹脂とコールタールアスファルトから作られ、優れた耐水性、耐薬品性、耐腐食性、良好な接着性、機械的強度、および絶縁性を備えています。しかし、塗布後の硬化時間が長いため、この期間中は天候の影響を受けやすいという欠点があります。さらに、このコーティングシステムで使用される様々な成分は特殊な保管場所を必要とするため、コストが高くなります。
3.3 エポキシ粉体塗装
1960年代に導入されたエポキシ粉体塗装は、前処理および予熱したパイプ表面に粉末を静電的に噴霧し、緻密な防食層を形成する技術です。その利点としては、広い使用温度範囲（-60℃～100℃）、強力な密着性、陰極剥離、衝撃、柔軟性、溶接損傷に対する優れた耐性などが挙げられます。しかし、塗膜が薄いため損傷を受けやすく、高度な製造技術と設備が必要となるため、現場での施工には課題があります。多くの点で優れているものの、耐熱性や総合的な防食性においてはポリエチレンに劣ります。
3.4 ポリエチレン防錆コーティング
ポリエチレンは、優れた耐衝撃性と高い硬度に加え、幅広い温度範囲に対応します。特に低温環境下において、その優れた柔軟性と耐衝撃性から、ロシアや西ヨーロッパなどの寒冷地ではパイプライン用途に広く利用されています。しかしながら、大口径パイプへの適用においては、応力亀裂の発生や、コーティング下への水の浸入による腐食といった課題が残されており、材料および施工技術のさらなる研究と改良が求められています。
3.5 強力な防錆コーティング
重厚な防食コーティングは、標準的なコーティングに比べて大幅に優れた耐食性を発揮します。過酷な環境下でも長期にわたり効果を発揮し、化学薬品、海洋、溶剤環境下では10～15年以上、酸性、アルカリ性、塩水環境下では5年以上の耐用年数を誇ります。これらのコーティングは、乾燥膜厚が通常200μm～2000μmで、優れた保護性能と耐久性を実現します。海洋構造物、化学機器、貯蔵タンク、パイプラインなどに幅広く使用されています。
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コーティング材料に関する一般的な問題点
塗料に関する一般的な問題点としては、塗布ムラ、防錆剤の垂れ、気泡の発生などが挙げられる。
（１）不均一なコーティング：パイプ表面への防錆剤の分布が不均一なため、コーティングが厚すぎる部分が生じ、無駄が生じる一方、コーティングが薄い部分やコーティングされていない部分はパイプの防錆能力を低下させます。
（２）防錆剤の滴下：防錆剤がパイプ表面に滴状に固まる現象で、耐食性には直接影響しないものの、美観に影響を及ぼします。
（３）気泡の発生：防錆剤塗布時に内部に閉じ込められた空気がパイプの表面に気泡を発生させ、外観とコーティング効果の両方に影響を与えます。
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コーティング品質問題の分析
あらゆる問題はさまざまな原因から生じ、さまざまな要因によって引き起こされます。品質問題が顕著な鋼管の束も、複数の要因が組み合わさったものである可能性があります。不均一なコーティングの原因は、大きく分けて2種類あります。1つは、鋼管がコーティングボックスに入った後にスプレー処理されることで生じる不均一現象、もう1つは、スプレー処理が行われないことで生じる不均一現象です。
最初の現象の原因は明らかで、鋼管が塗装ボックスに入ると、塗装装置では周囲360°に合計6つのガン（ケーシングラインには12個のガンがある）からスプレーされます。各ガンから噴射される流量が異なると、鋼管のさまざまな表面への防錆剤の分布が不均一になります。
2つ目の理由は、噴霧要因以外にも、塗膜のムラが生じる原因があるということです。鋼管に錆や粗さがあると塗膜が均一に分布しにくくなるなど、様々な要因が考えられます。また、鋼管表面に水圧測定で残った乳剤が塗膜と接触すると、防腐剤が鋼管表面に付着しにくくなり、塗膜が付着しない部分が生じ、結果として鋼管全体の塗膜が均一にならないということもあります。
（１）防錆剤の垂れ下がりの原因。鋼管の断面は円形であるため、鋼管表面に防錆剤を噴霧するたびに、重力の影響で上部と端部の防錆剤が下部に流れ落ち、垂れ下がり現象が発生します。幸いなことに、鋼管工場の塗装生産ラインにはオーブン設備があり、鋼管表面に噴霧された防錆剤を適時に加熱・固化させて防錆剤の流動性を低下させることができます。しかし、防錆剤の粘度が低い場合、噴霧後に適時に加熱しない場合、加熱温度が低い場合、ノズルが良好な状態で動作していない場合などは、防錆剤の垂れ下がりにつながります。
（２）防錆剤の発泡の原因。作業現場の空気湿度環境により、塗料の分散が過剰になり、分散工程の温度低下により防錆剤の泡立ち現象が発生します。空気湿度環境、低温条件では、噴霧された防錆剤が微細な液滴に分散され、温度低下につながります。温度低下後の高湿度の空気中の水分が凝縮して微細な水滴を形成し、防錆剤と混ざり合い、最終的に塗膜内部に入り込み、塗膜の膨れ現象を引き起こします。
投稿日時：2023年12月15日