鋼管用ねじ継手
【課題】グリーンドープさらにはノンドープ下でも十分な耐漏れ性と耐焼付き性を発揮する油井管用ねじ継手を提供する。
【解決手段】ねじ部（１ａ、２ａ）とねじ無し金属接触部（１ｂ、２ｂ）とを有する接触表面をそれぞれ備えたピン１とボックス２で構成され、ピン１とボックス２の少なくとも一方の接触表面に、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを形成した鋼管用ねじ継手。
【解決手段】ねじ部（１ａ、２ａ）とねじ無し金属接触部（１ｂ、２ｂ）とを有する接触表面をそれぞれ備えたピン１とボックス２で構成され、ピン１とボックス２の少なくとも一方の接触表面に、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを形成した鋼管用ねじ継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐焼付き性を向上させた鋼管用ねじ継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
油田や天然ガス田にて使用する油井管は、その全長が長いものは数千メートルにもなる。この長い油井管は、十数メートルのピンと呼ばれる単位長の炭素鋼、ステンレス鋼、高合金製の鋼管同士を、短いボックスと呼ばれる筒状ねじ継手を使用して多数本継ぎ足して構成される。
【０００３】
図９はピン１とボックス２のそれぞれの一端部を断面で示したもので、ピン１の端部外周面に形成された雄ねじ部１ａを、ボックス２の端部内周面に形成された雄ねじ部２ａに螺合させて両者を結合する。油井管は定期的な検査等のために時々引き上げられて、ピン１がボックス２から外されるため、雄ねじ１ａと雌ねじ２ａの各摺接面や、ピン１の先端のシール部（ねじ無し金属接触部）１ｂとこの先端シール部１ｂが突き当て当接するボックス側のシール部（ねじ無し金属接触部）２ｂは、強い摩擦を繰返し受けることになる。ピン２１とボックス２は何度も締付けと締戻しを繰返すため、十分な耐久性がないと、前記シール部１ｂ、２ｂやねじ部１ａ、２ａで、シール不良（耐漏れ性能不良）やゴーリング（焼付き）といった問題が起こる（特許文献１参照）。
【０００４】
従って、油井管用ねじ継手の機能としては、ａ）接続された管の自重による軸方向の引張り力に耐えることは勿論のこと、ｂ）内外の流体の圧力に耐えることと共に、ｃ）ケーシング（大径サイズ）では４回以上、チュービンク゛（小径サイズ）では１０回以上の繰返し使用によっても良好な耐漏れ性ないし耐焼付き性を維持することが要求される。特に、近年では油井の深さが益々深くなる傾向にあり、また極地等の過酷な環境での使用頻度が増し、要求される品質は益々厳しくなってきている。
【特許文献１】特開２００３−７４７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来は特公平１−１２９９５等で提案されているように、ねじ部１ａ、２ａに銅めっきを施したり、あるいは燐酸塩処理等の表面処理を施すと共に、さらに耐焼付き性を向上させるために締結（メークアップ）時にピン１またはボックス２の継手界面にドープと呼ばれるＰｂなどの重金属入りのコンパウンドグリスを塗布することが行われてきた。
【０００６】
しかし、世界的な環境汚染防止が緊急の課題となりつつある昨今では、Ｐｂ入りのドープは使用が制限されつつある。Ｐｂ，ＺＮ，ＣＵ等の重金属を含有させないドープ（グリーンドープと呼称）も開発、使用されつつあるが、性能不足のため継手の材質によっては焼付きの発生を防止できないという問題がある。
【０００７】
耐漏れ性と耐焼付き性を向上させる他の方法として、１）フッ素樹脂の粉末をめっき層に分散混合する方法、２）スパッタリングにより潤滑性保護皮膜を形成する方法、３）コンパウンドグリスの代わりに固体潤滑皮膜を用いる方法等が提案されているが、どれも十分な耐漏れ性ないし耐焼付き性能を得るには至っていない。
【０００８】
本発明は、グリーンドープさらにはノンドープ下でも十分な耐漏れ性と耐焼付き性を発揮する油井管用ねじ継手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】
前記課題を解決するため、請求項１の発明は、ねじ部とねじ無し金属接触部とを有する接触表面をそれぞれ備えたピンとボックスで構成され、ピンとボックスの少なくとも一方の接触表面に、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを形成したものである。
【００１０】
Ｂｉ（ビスマス）は低摩擦特性を有する材料として知られるが、Ｓｎ（錫）ペストといわれるＳｎの低温脆性を改善する効果があることやＳｎとＢｉの合金めっきとすることで鋼管締結時の耐焼付き性を大幅に向上する効果があることが本発明者らによって初めて見出された。Ｂｉの低温脆性改善効果によりＳｎ−Ｂｉ合金は低温でもＳｎがα変態により粉末化することがない（ペストガード効果）。
【００１１】
請求項２の発明は、ねじ部とねじ無し金属接触部とを有する接触表面をそれぞれ備えたピンとボックスで構成され、ピンとボックスの少なくとも一方の接触表面に、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを形成したものである。
【００１２】
Ｓｎ−Ｃｕ−Ｂｉ合金はＳｎ−Ｂｉ合金に比べてやや硬いが、Ｃｕを加えることにより、ペストガード効果の他に耐摩耗性が高まるという利点が得られる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきの下層に、Ｓｎめっき、Ｃｕめっき又はＮｉめっきを形成したものである。
【００１４】
特に、ステンレス鋼や高合金製油井管では、母材表面にＳｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを直接形成することは結合力が弱いため難しいことがある。Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきをそのような材料に直接めっきしても、簡単に剥離してしまうことがある。そこで、母材と該合金めっきとの間に、Ｓｎめっき、Ｃｕめっき又はＮｉめっきを形成すると、これを媒介として、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきの安定性が向上する。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１から３の発明において、合金めっきの表面に、潤滑被膜を形成したものである。
これにより、耐焼付き性が更に一層向上する。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、潤滑被膜を、粘稠液体又は半固体の潤滑被膜としたものである。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、潤滑被膜を、固体潤滑被膜としたものである。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項４の発明において、潤滑被膜を、下層の固体潤滑被膜と、上層の粘稠液体又は半固体の潤滑被膜としたものである。
【００１９】
請求項８の発明は、請求項６又は７の発明において、固体潤滑被膜が、固体粉末含有するものである。
【００２０】
固体粉末としては潤滑効果を発揮する公知の物質であれば特に限定されるものではないが、黒鉛、ＭｏＳ2（二硫化モリブデン）、ＷＳ2（二硫化タングステン）、ＢＮ（ボロンナイトライト）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＣＦ（フッ化炭素）、ＣａＣＯ3（炭酸カルシウム）などが好ましい。とりわけ黒鉛、ＭｏＳ2がより好ましい。つまり、面内結合強度が高く面間結合強度が弱いので面間剥離を生じやすく、耐焼付き性の向上に好都合である。固体粉末とエポキシ樹脂等のバインダとを混合分散し、塗布し、被膜化する。好ましくは、約１５０℃〜２５０℃の温度で焼成する。
【００２１】
油井管の締付け（メイクアップ）および締戻し（ブレークアウト）を繰り返すと、固体粉末がＳｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきに押し込まれる。この押し込まれる量は、面圧やメイクアップおよびブレークアウトの回数に比例して多くなる。固体潤滑被膜を母材表面に直接焼付けた場合は、メイクアップおよびブレークアウトの際に、母材が硬すぎて固体粉末が母材に押し込まれずに剥離脱落する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る鋼管用ねじ継手を用いると、グリーンドープを使用しても、あるいはノンドープであっても、従来より耐漏れ性が良好で、且つ焼付き発生を有効に抑制することができる。しかし、環境面からは重金属を含有しないド−プを使用するのが好ましく。本発明に係るめっきであればそのようなド−プを使用しても十分な耐漏れ性と耐焼付き性を発揮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明中、各めっきは電気めっきその他の方法により形成するものとする。図１は、油井管用ねじ継手のピン又はボックスの母材５の表面に、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき６を単層で形成したものである。母材は、例えばステンレスに通常のニッケルストライク下地処理を施したものである。めっき６の厚みは、通常、３〜３０μｍが好ましい。
【００２４】
Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき層の形成には、例えば、アルカリめっき方法や酸性めっき方法を採用することができる。これらめっき方法でＳｎにＢｉを添加することにより、Ｓｎ層６の場合に比べて被膜硬度が大幅に増大する。例えば０．５〜１０％のＢｉをＳｎに共析させることにより、被膜硬度は、純Ｓｎ（Ｈｖ８〜１０）に比べ２〜３倍に増大する。
【００２５】
アルカリめっき方法のめっき条件は、例えば、Ｓｎ酸カリ：１００〜１１０（ｇ／Ｌ）、苛性カリ：３５〜６０（ｇ／Ｌ）、Ｂｉ：０．５〜１．５（ｇ／Ｌ）、浴温度：７５〜８５（℃）、電流密度：０．５〜３（Ａ／ｄｍ2）である。
【００２６】
また、酸性めっき方法のめっき条件は、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきについては、例えば、有機酸：１３０（ｇ／Ｌ）、Ｓｎ金属：１０（ｇ／Ｌ）、Ｂｉ金属：３（ｇ／Ｌ）、浴温度：３０〜４０（℃）、電流密度：０．３〜３．５（Ａ／ｄｍ2）である。
同じく、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきについては、めっき条件は、例えば、有機酸：１３０〜１８０（ｇ／Ｌ）、Ｃｕ金属：１（ｇ／Ｌ）、Ｓｎ金属：１５（ｇ／Ｌ）、Ｂｉ金属：１．５（ｇ／Ｌ）、浴温度：１５〜３０（℃）、電流密度：０．５〜３．５（Ａ／ｄｍ2）である。
【００２７】
図２は、母材５の表面に、Ｓｎめっき、Ｃｕめっき又はＮｉめっき７を形成し、このめっき７の上に、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき６を形成したものである。
【００２８】
Ｓｎめっき６の形成には、例えば、ホウフッ化第一スズを２００ｇ／Ｌ，ホウフッ化水素酸を１２５ｇ／Ｌ，ホウ酸を２５ｇ／Ｌ，ゼラチンを２ｇ／Ｌ，ベータナフトールを１ｇ／Ｌとして脱イオン水に溶解した水溶液をめっき浴とし、浴温２０〜２５℃、電流密度１〜５Ａ／ｄｍ2でめっきを行い、必要膜厚を確保する。Ｓｎめっきではこのホウフッ化浴が一般的であるが、廃水処理のし易さを考慮して市販の有機スルフォン酸ベースのＳｎめっき浴を利用してもよい。
【００２９】
図３は、図１又は図２において、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき６の上を、潤滑被膜８で覆ったものである。潤滑被膜としては、例えば、特開２００１−６５７５１号公報、特開２００２−２２１２８８号公報、特開２００２−３２７８７５号公報、特開２００２−３４８５８７号公報等に記載の固体潤滑被膜、特開２００２−１７３６９２号公報、特開２００４−５３０１３号公報等に記載の粘稠液体または半固体状被膜を使用することができる。
【００３０】
図４は、図３において、潤滑被膜８を上下二層としたもので、固体潤滑被膜８ａを下層に形成し、粘稠液体又は半固体の潤滑被膜８ｂを上層に形成したものである。
【００３１】
図５は、母材５の表面に、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき６を形成し、その上に、ＭｏＳ2含有固体潤滑層８ａ１を形成したものである。ＭｏＳ2含有固体潤滑層８ａ１は焼付けにより形成する。各層の厚みは、通常、めっき６が３〜３０μｍ厚、ＭｏＳ2含有固体潤滑層８ａ１が５〜３０μｍ厚程度であり、全体として１０〜４５μｍ厚が好ましい。
【００３２】
図６は、母材５の表面に、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき６を形成し、その上に、黒鉛含有固体潤滑層８ａ２を形成したものである。黒鉛含有固体潤滑層８ａ２は焼付けにより形成する。各層の厚みは、通常、めっき６が３〜３０μｍ厚、黒鉛含有固体潤滑層８ａ２が５〜３０μｍ厚程度であり、全体として１０〜４５μｍ厚が好ましい。
【００３３】
ＭｏＳ2含有固体潤滑層８ａ１や黒鉛含有固体潤滑層８ａ２の焼付けは、ＭｏＳ2や黒鉛の微粒粉末をエポキシ樹脂に混練し、これをめっき６の上に塗布した後、約１５０℃〜２５０℃の温度で焼成する。図５および図６において、母材５とめっき６との間に、Ｃｕストライクめっき層を１〜２μｍ厚で施しておくとよい。これにより、ＭｏＳ2含有固体潤滑層８ａ１や黒鉛含有固体潤滑層８ａ２を１５０〜２５０℃に加熱する際の熱で、めっき６と、母材５との間に、緩やかな濃度カーブのＣｕ−Ｓｎ金属間化合物層を約１μｍ厚で形成することができ、両者の密着強度を向上させることができる。
【００３４】
めっき６をねじ継手の表面、すなわち、図９の継手の雄ねじ部１ａ、雌ねじ部２ａ及びメタル−メタルシール部（ねじ無し金属接触部）１ｂ、２ｂの表面に形成するには、電気めっきの他に、無電解めっきや気相めっき等によっても形成することができる。ただし、電気めっきが効率的且つ経済的であるので好ましい。
【実施例】
【００３５】
以下、表１〜３に示すように、本発明の実施例を比較例と共に挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【表１】
【表２】
【表３】
【００３６】
図９に示す雄ねじ１ａ及びメタル−メタルシール部１ｂを一端に設けた外径２４４．５ｍｍ，肉厚１３．８４ｍｍで長さ１２００ｍｍの継目無鋼管からなるピン１を多数本製造した。一方、このピン１を挿入し接続するために、内面の両端に図９に示すような雌ねじ２ａ及びメタル−メタルシール部２ｂを設けたボックス２も多数製造した。そして、このボックス２の内面上に前記した手法で本発明に係るめっきを施し、その上に潤滑被膜を形成した後、表面をグラスビーズでブラストした前記ピン１で締結する試験を行った。なお、ピン１及びボックス２は、いずれもＣｒ１３質量％―Ｎｉ―Ｍｏを含有する鋼種である。
【００３７】
試験は、常温で、４９３５１．８Ｎ・ｍ（３６４００ｆｔ・ｌｂｓ）のトルクで締付け、さらに取り外した後、潤滑被膜を溶剤洗浄により除去して焼付きの発生状況を目視観察することにより行った。この作業を１０回まで繰り返し、焼付きが初めて発生する回数を試験結果とした。
【００３８】
（実施例１）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを１５μｍ厚で形成してグリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、８回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００３９】
（実施例２）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｓｎめっきを５μｍ厚で形成し、さらにその上にＳｎ−Ｂｉ合金めっきを１２μｍ厚で形成してグリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、１０回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４０】
（実施例３）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｃｕめっきを３μｍ厚で形成し、さらにその上にＳｎ−Ｂｉ合金めっきを１４μｍ厚で形成してグリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、１０回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４１】
（実施例４）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｎｉめっきを１μｍ厚で形成し、さらにその上にＳｎ−Ｂｉ合金めっきを２５μｍ厚で形成してグリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、１０回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４２】
（実施例５）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを１２μｍ厚で形成してグリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、８回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４３】
（実施例６）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｓｎめっきを１０μｍ厚で形成し、さらにその上にＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを１０μｍ厚で形成してグリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、１０回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４４】
（実施例７）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｃｕめっきを５μｍ厚で形成し、さらにその上にＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを１５μｍ厚で形成してグリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、１０回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４５】
（実施例８）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｎｉめっきを５μｍ厚で形成し、さらにその上にＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを１５μｍ厚で形成してグリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、１０回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４６】
（実施例９）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを５μｍ厚で形成し、さらにその上に黒鉛含有固体潤滑層を３０μｍ厚で焼付け形成して前記焼付き試験に供した。その結果、８回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４７】
（実施例１０）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｓｎめっきを３μｍ厚で形成し、さらにその上にＳｎ−Ｂｉ合金めっきを１１μｍ厚で形成し、さらにその上に黒鉛含有固体潤滑層を３０μｍ厚で焼付け形成して前記焼付き試験に供した。その結果、８回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４８】
（実施例１１）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを１０μｍ厚で形成した。さらにその上に潤滑被膜としてまず黒鉛含有固体潤滑層を１０μｍ厚で焼付け形成し、さらにワックス、高塩基性Ｃａ塩からなる粘稠液体の潤滑被膜を形成して、前記焼付き試験に供した。前記焼付き試験に供した。その結果、１０回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４９】
（実施例１２）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｓｎめっきを５μｍ厚で形成し、さらにその上にＳｎ−Ｂｉ合金めっきを１０μｍ厚で形成した。さらにその上に潤滑被膜としてまず黒鉛含有固体潤滑層を１０μｍ厚で焼付け形成し、さらにワックス、高塩基性Ｃａ塩からなる粘稠液体の潤滑被膜を形成して、前記焼付き試験に供した。前記焼付き試験に供した。その結果、１０回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００５０】
（実施例１３）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｎｉめっきを１μｍ厚で形成し、その上にＣｕめっきを５μｍ厚で形成し、さらにその上にＳｎ−Ｂｉ合金めっきを１０μｍ厚で形成した。さらにその上に潤滑被膜としてまず黒鉛含有固体潤滑層を１０μｍ厚で焼付け形成し、さらにワックス、高塩基性Ｃａ塩からなる粘稠液体の潤滑被膜を形成して、前記焼付き試験に供した。前記焼付き試験に供した。その結果、１０回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００５１】
（比較例１）ボックスの内周を対象として、Ｎｉめっきを１μｍ厚で形成し、その上にＣｕめっきを１０μｍ厚で形成し、グリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、４回で焼付きが発生した。
【００５２】
（比較例２）ボックスの内周を対象として、Ｎｉめっきを１μｍ厚で形成し、その上にＣｕめっきを１０μｍ厚で形成した後，その上層に黒鉛含有固体潤滑層を２５μｍ厚で焼付け形成し、グリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、４回で焼付きが発生した。
【００５３】
（比較例３）ボックスの内周を対象として、Ｎｉめっきを１μｍ厚で形成し、その上にＣｕめっきを１０μｍ厚で形成した後，その上層にＭｏＳ2含有固体潤滑層を２５μｍ厚で焼付け形成し、グリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、４回で焼付きが発生した。
【００５４】
（比較例４）ボックスの内周を対象として、Ｃｕ−Ｓｎめっきを１０μｍ厚で形成した後、グリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、６回で焼付きが発生した。
【００５５】
（比較例５）ボックスの内周を対象として、Ｎｉめっきを１μｍ厚で形成し、その上にＣｕめっきを８μｍ厚で形成して、前記焼付き試験に供した。その結果、２回で焼付きが発生した。
【００５６】
（比較例６）ボックスの内周を対象として、Ｎｉめっきを１μｍ厚で形成し、その上にＣｕめっきを８μｍ厚で形成した後，その上層に黒鉛含有固体潤滑層を２５μｍ厚で焼付け形成して、前記焼付き試験に供した。その結果、２回で焼付きが発生した。
【００５７】
（比較例７）ボックスの内周を対象として、Ｎｉめっきを１μｍ厚で形成し、その上にＣｕめっきを９μｍ厚で形成した後，その上層にＭｏＳ2含有固体潤滑層を２５μｍ厚で焼付け形成して、前記焼付き試験に供した。その結果、２回で焼付きが発生した。
【００５８】
（比較例８）ボックスの内周を対象として、Ｃｕ−Ｓｎめっきを１２μｍ厚で形成した後，その上層に黒鉛含有固体潤滑層を２５μｍ厚で焼付け形成し、前記焼付き試験に供した。その結果、３回で焼付きが発生した。
【００５９】
また、同様の試験をグリーンドープを塗らないで、すなわち潤滑被膜なしでも行ったが、実施例１では６回まで、実施例２では８回まで、それぞれ焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。これに対して、潤滑被膜なしで試験した比較例１と２は１回で焼付きが発生した。
【００６０】
以上の実施例及び比較例の結果より、本発明に係る油井鋼管用ねじ継手は、比較例に比べて明らかに焼付きの抑制効果が大きいことがわかる。
【００６１】
（なじみ性の差）
次に、Ｃｕめっき被膜と、Ｓｎ又はＳｎ合金めっき被膜とのなじみ性（濡れ性）の差について検証する。図７、８（写真）は、めっき被膜表面に液体を一滴ずつ乗せて濡れ性の大きさを比較したものである。Ｃｕめっき被膜と、Ｓｎ又はＳｎ−Ｂｉ合金めっき被膜では、後者の方が濡れ性が小さいことが分かる（なじみ性大）。実際に、Ｃｕめっき被膜及びＳｎ−Ｂｉ合金めっき被膜に黒鉛含有潤滑被膜を焼付け形成したピンないしボックスの耐焼付き性は、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき被膜の方が圧倒的に優れていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る鋼管用ねじ継手の接触表面の断面図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る鋼管用ねじ継手の接触表面の断面図。
【図３】本発明の第３実施形態に係る鋼管用ねじ継手の接触表面の断面図。
【図４】本発明の第４実施形態に係る鋼管用ねじ継手の接触表面の断面図。
【図５】本発明の第５実施形態に係る鋼管用ねじ継手の接触表面の断面図。
【図６】本発明の第６実施形態に係る鋼管用ねじ継手の接触表面の断面図。
【図７】Ｃｕめっき被膜の濡れ性の大きさを示す写真。
【図８】Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき被膜の濡れ性の大きさを示す写真。
【図９】一般的な油井管用ねじ継手のピンとボックスの断面図。
【符号の説明】
【００６３】
１ ピン
１ａ 雄ねじ部
１ｂ メタル−メタルシール部
２ ボックス
２ａ 雌ねじ部
２ｂ メタル−メタルシール部
５ 母材
６ Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき
７ ＭｏＳ2含有固体潤滑被膜層
８ 潤滑被膜
８ａ 固体潤滑被膜
８ａ１ ＭｏＳ2含有固体潤滑被膜層
８ａ２ 黒鉛含有固体潤滑被膜
８ｂ 粘稠液体又は半固体の潤滑被膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐焼付き性を向上させた鋼管用ねじ継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
油田や天然ガス田にて使用する油井管は、その全長が長いものは数千メートルにもなる。この長い油井管は、十数メートルのピンと呼ばれる単位長の炭素鋼、ステンレス鋼、高合金製の鋼管同士を、短いボックスと呼ばれる筒状ねじ継手を使用して多数本継ぎ足して構成される。
【０００３】
図９はピン１とボックス２のそれぞれの一端部を断面で示したもので、ピン１の端部外周面に形成された雄ねじ部１ａを、ボックス２の端部内周面に形成された雄ねじ部２ａに螺合させて両者を結合する。油井管は定期的な検査等のために時々引き上げられて、ピン１がボックス２から外されるため、雄ねじ１ａと雌ねじ２ａの各摺接面や、ピン１の先端のシール部（ねじ無し金属接触部）１ｂとこの先端シール部１ｂが突き当て当接するボックス側のシール部（ねじ無し金属接触部）２ｂは、強い摩擦を繰返し受けることになる。ピン２１とボックス２は何度も締付けと締戻しを繰返すため、十分な耐久性がないと、前記シール部１ｂ、２ｂやねじ部１ａ、２ａで、シール不良（耐漏れ性能不良）やゴーリング（焼付き）といった問題が起こる（特許文献１参照）。
【０００４】
従って、油井管用ねじ継手の機能としては、ａ）接続された管の自重による軸方向の引張り力に耐えることは勿論のこと、ｂ）内外の流体の圧力に耐えることと共に、ｃ）ケーシング（大径サイズ）では４回以上、チュービンク゛（小径サイズ）では１０回以上の繰返し使用によっても良好な耐漏れ性ないし耐焼付き性を維持することが要求される。特に、近年では油井の深さが益々深くなる傾向にあり、また極地等の過酷な環境での使用頻度が増し、要求される品質は益々厳しくなってきている。
【特許文献１】特開２００３−７４７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来は特公平１−１２９９５等で提案されているように、ねじ部１ａ、２ａに銅めっきを施したり、あるいは燐酸塩処理等の表面処理を施すと共に、さらに耐焼付き性を向上させるために締結（メークアップ）時にピン１またはボックス２の継手界面にドープと呼ばれるＰｂなどの重金属入りのコンパウンドグリスを塗布することが行われてきた。
【０００６】
しかし、世界的な環境汚染防止が緊急の課題となりつつある昨今では、Ｐｂ入りのドープは使用が制限されつつある。Ｐｂ，ＺＮ，ＣＵ等の重金属を含有させないドープ（グリーンドープと呼称）も開発、使用されつつあるが、性能不足のため継手の材質によっては焼付きの発生を防止できないという問題がある。
【０００７】
耐漏れ性と耐焼付き性を向上させる他の方法として、１）フッ素樹脂の粉末をめっき層に分散混合する方法、２）スパッタリングにより潤滑性保護皮膜を形成する方法、３）コンパウンドグリスの代わりに固体潤滑皮膜を用いる方法等が提案されているが、どれも十分な耐漏れ性ないし耐焼付き性能を得るには至っていない。
【０００８】
本発明は、グリーンドープさらにはノンドープ下でも十分な耐漏れ性と耐焼付き性を発揮する油井管用ねじ継手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】
前記課題を解決するため、請求項１の発明は、ねじ部とねじ無し金属接触部とを有する接触表面をそれぞれ備えたピンとボックスで構成され、ピンとボックスの少なくとも一方の接触表面に、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを形成したものである。
【００１０】
Ｂｉ（ビスマス）は低摩擦特性を有する材料として知られるが、Ｓｎ（錫）ペストといわれるＳｎの低温脆性を改善する効果があることやＳｎとＢｉの合金めっきとすることで鋼管締結時の耐焼付き性を大幅に向上する効果があることが本発明者らによって初めて見出された。Ｂｉの低温脆性改善効果によりＳｎ−Ｂｉ合金は低温でもＳｎがα変態により粉末化することがない（ペストガード効果）。
【００１１】
請求項２の発明は、ねじ部とねじ無し金属接触部とを有する接触表面をそれぞれ備えたピンとボックスで構成され、ピンとボックスの少なくとも一方の接触表面に、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを形成したものである。
【００１２】
Ｓｎ−Ｃｕ−Ｂｉ合金はＳｎ−Ｂｉ合金に比べてやや硬いが、Ｃｕを加えることにより、ペストガード効果の他に耐摩耗性が高まるという利点が得られる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきの下層に、Ｓｎめっき、Ｃｕめっき又はＮｉめっきを形成したものである。
【００１４】
特に、ステンレス鋼や高合金製油井管では、母材表面にＳｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを直接形成することは結合力が弱いため難しいことがある。Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきをそのような材料に直接めっきしても、簡単に剥離してしまうことがある。そこで、母材と該合金めっきとの間に、Ｓｎめっき、Ｃｕめっき又はＮｉめっきを形成すると、これを媒介として、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきの安定性が向上する。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１から３の発明において、合金めっきの表面に、潤滑被膜を形成したものである。
これにより、耐焼付き性が更に一層向上する。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、潤滑被膜を、粘稠液体又は半固体の潤滑被膜としたものである。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、潤滑被膜を、固体潤滑被膜としたものである。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項４の発明において、潤滑被膜を、下層の固体潤滑被膜と、上層の粘稠液体又は半固体の潤滑被膜としたものである。
【００１９】
請求項８の発明は、請求項６又は７の発明において、固体潤滑被膜が、固体粉末含有するものである。
【００２０】
固体粉末としては潤滑効果を発揮する公知の物質であれば特に限定されるものではないが、黒鉛、ＭｏＳ2（二硫化モリブデン）、ＷＳ2（二硫化タングステン）、ＢＮ（ボロンナイトライト）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＣＦ（フッ化炭素）、ＣａＣＯ3（炭酸カルシウム）などが好ましい。とりわけ黒鉛、ＭｏＳ2がより好ましい。つまり、面内結合強度が高く面間結合強度が弱いので面間剥離を生じやすく、耐焼付き性の向上に好都合である。固体粉末とエポキシ樹脂等のバインダとを混合分散し、塗布し、被膜化する。好ましくは、約１５０℃〜２５０℃の温度で焼成する。
【００２１】
油井管の締付け（メイクアップ）および締戻し（ブレークアウト）を繰り返すと、固体粉末がＳｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきに押し込まれる。この押し込まれる量は、面圧やメイクアップおよびブレークアウトの回数に比例して多くなる。固体潤滑被膜を母材表面に直接焼付けた場合は、メイクアップおよびブレークアウトの際に、母材が硬すぎて固体粉末が母材に押し込まれずに剥離脱落する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る鋼管用ねじ継手を用いると、グリーンドープを使用しても、あるいはノンドープであっても、従来より耐漏れ性が良好で、且つ焼付き発生を有効に抑制することができる。しかし、環境面からは重金属を含有しないド−プを使用するのが好ましく。本発明に係るめっきであればそのようなド−プを使用しても十分な耐漏れ性と耐焼付き性を発揮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明中、各めっきは電気めっきその他の方法により形成するものとする。図１は、油井管用ねじ継手のピン又はボックスの母材５の表面に、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき６を単層で形成したものである。母材は、例えばステンレスに通常のニッケルストライク下地処理を施したものである。めっき６の厚みは、通常、３〜３０μｍが好ましい。
【００２４】
Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき層の形成には、例えば、アルカリめっき方法や酸性めっき方法を採用することができる。これらめっき方法でＳｎにＢｉを添加することにより、Ｓｎ層６の場合に比べて被膜硬度が大幅に増大する。例えば０．５〜１０％のＢｉをＳｎに共析させることにより、被膜硬度は、純Ｓｎ（Ｈｖ８〜１０）に比べ２〜３倍に増大する。
【００２５】
アルカリめっき方法のめっき条件は、例えば、Ｓｎ酸カリ：１００〜１１０（ｇ／Ｌ）、苛性カリ：３５〜６０（ｇ／Ｌ）、Ｂｉ：０．５〜１．５（ｇ／Ｌ）、浴温度：７５〜８５（℃）、電流密度：０．５〜３（Ａ／ｄｍ2）である。
【００２６】
また、酸性めっき方法のめっき条件は、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきについては、例えば、有機酸：１３０（ｇ／Ｌ）、Ｓｎ金属：１０（ｇ／Ｌ）、Ｂｉ金属：３（ｇ／Ｌ）、浴温度：３０〜４０（℃）、電流密度：０．３〜３．５（Ａ／ｄｍ2）である。
同じく、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきについては、めっき条件は、例えば、有機酸：１３０〜１８０（ｇ／Ｌ）、Ｃｕ金属：１（ｇ／Ｌ）、Ｓｎ金属：１５（ｇ／Ｌ）、Ｂｉ金属：１．５（ｇ／Ｌ）、浴温度：１５〜３０（℃）、電流密度：０．５〜３．５（Ａ／ｄｍ2）である。
【００２７】
図２は、母材５の表面に、Ｓｎめっき、Ｃｕめっき又はＮｉめっき７を形成し、このめっき７の上に、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき６を形成したものである。
【００２８】
Ｓｎめっき６の形成には、例えば、ホウフッ化第一スズを２００ｇ／Ｌ，ホウフッ化水素酸を１２５ｇ／Ｌ，ホウ酸を２５ｇ／Ｌ，ゼラチンを２ｇ／Ｌ，ベータナフトールを１ｇ／Ｌとして脱イオン水に溶解した水溶液をめっき浴とし、浴温２０〜２５℃、電流密度１〜５Ａ／ｄｍ2でめっきを行い、必要膜厚を確保する。Ｓｎめっきではこのホウフッ化浴が一般的であるが、廃水処理のし易さを考慮して市販の有機スルフォン酸ベースのＳｎめっき浴を利用してもよい。
【００２９】
図３は、図１又は図２において、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき６の上を、潤滑被膜８で覆ったものである。潤滑被膜としては、例えば、特開２００１−６５７５１号公報、特開２００２−２２１２８８号公報、特開２００２−３２７８７５号公報、特開２００２−３４８５８７号公報等に記載の固体潤滑被膜、特開２００２−１７３６９２号公報、特開２００４−５３０１３号公報等に記載の粘稠液体または半固体状被膜を使用することができる。
【００３０】
図４は、図３において、潤滑被膜８を上下二層としたもので、固体潤滑被膜８ａを下層に形成し、粘稠液体又は半固体の潤滑被膜８ｂを上層に形成したものである。
【００３１】
図５は、母材５の表面に、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき６を形成し、その上に、ＭｏＳ2含有固体潤滑層８ａ１を形成したものである。ＭｏＳ2含有固体潤滑層８ａ１は焼付けにより形成する。各層の厚みは、通常、めっき６が３〜３０μｍ厚、ＭｏＳ2含有固体潤滑層８ａ１が５〜３０μｍ厚程度であり、全体として１０〜４５μｍ厚が好ましい。
【００３２】
図６は、母材５の表面に、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき６を形成し、その上に、黒鉛含有固体潤滑層８ａ２を形成したものである。黒鉛含有固体潤滑層８ａ２は焼付けにより形成する。各層の厚みは、通常、めっき６が３〜３０μｍ厚、黒鉛含有固体潤滑層８ａ２が５〜３０μｍ厚程度であり、全体として１０〜４５μｍ厚が好ましい。
【００３３】
ＭｏＳ2含有固体潤滑層８ａ１や黒鉛含有固体潤滑層８ａ２の焼付けは、ＭｏＳ2や黒鉛の微粒粉末をエポキシ樹脂に混練し、これをめっき６の上に塗布した後、約１５０℃〜２５０℃の温度で焼成する。図５および図６において、母材５とめっき６との間に、Ｃｕストライクめっき層を１〜２μｍ厚で施しておくとよい。これにより、ＭｏＳ2含有固体潤滑層８ａ１や黒鉛含有固体潤滑層８ａ２を１５０〜２５０℃に加熱する際の熱で、めっき６と、母材５との間に、緩やかな濃度カーブのＣｕ−Ｓｎ金属間化合物層を約１μｍ厚で形成することができ、両者の密着強度を向上させることができる。
【００３４】
めっき６をねじ継手の表面、すなわち、図９の継手の雄ねじ部１ａ、雌ねじ部２ａ及びメタル−メタルシール部（ねじ無し金属接触部）１ｂ、２ｂの表面に形成するには、電気めっきの他に、無電解めっきや気相めっき等によっても形成することができる。ただし、電気めっきが効率的且つ経済的であるので好ましい。
【実施例】
【００３５】
以下、表１〜３に示すように、本発明の実施例を比較例と共に挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【表１】
【表２】
【表３】
【００３６】
図９に示す雄ねじ１ａ及びメタル−メタルシール部１ｂを一端に設けた外径２４４．５ｍｍ，肉厚１３．８４ｍｍで長さ１２００ｍｍの継目無鋼管からなるピン１を多数本製造した。一方、このピン１を挿入し接続するために、内面の両端に図９に示すような雌ねじ２ａ及びメタル−メタルシール部２ｂを設けたボックス２も多数製造した。そして、このボックス２の内面上に前記した手法で本発明に係るめっきを施し、その上に潤滑被膜を形成した後、表面をグラスビーズでブラストした前記ピン１で締結する試験を行った。なお、ピン１及びボックス２は、いずれもＣｒ１３質量％―Ｎｉ―Ｍｏを含有する鋼種である。
【００３７】
試験は、常温で、４９３５１．８Ｎ・ｍ（３６４００ｆｔ・ｌｂｓ）のトルクで締付け、さらに取り外した後、潤滑被膜を溶剤洗浄により除去して焼付きの発生状況を目視観察することにより行った。この作業を１０回まで繰り返し、焼付きが初めて発生する回数を試験結果とした。
【００３８】
（実施例１）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを１５μｍ厚で形成してグリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、８回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００３９】
（実施例２）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｓｎめっきを５μｍ厚で形成し、さらにその上にＳｎ−Ｂｉ合金めっきを１２μｍ厚で形成してグリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、１０回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４０】
（実施例３）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｃｕめっきを３μｍ厚で形成し、さらにその上にＳｎ−Ｂｉ合金めっきを１４μｍ厚で形成してグリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、１０回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４１】
（実施例４）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｎｉめっきを１μｍ厚で形成し、さらにその上にＳｎ−Ｂｉ合金めっきを２５μｍ厚で形成してグリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、１０回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４２】
（実施例５）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを１２μｍ厚で形成してグリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、８回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４３】
（実施例６）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｓｎめっきを１０μｍ厚で形成し、さらにその上にＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを１０μｍ厚で形成してグリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、１０回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４４】
（実施例７）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｃｕめっきを５μｍ厚で形成し、さらにその上にＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを１５μｍ厚で形成してグリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、１０回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４５】
（実施例８）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｎｉめっきを５μｍ厚で形成し、さらにその上にＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを１５μｍ厚で形成してグリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、１０回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４６】
（実施例９）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを５μｍ厚で形成し、さらにその上に黒鉛含有固体潤滑層を３０μｍ厚で焼付け形成して前記焼付き試験に供した。その結果、８回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４７】
（実施例１０）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｓｎめっきを３μｍ厚で形成し、さらにその上にＳｎ−Ｂｉ合金めっきを１１μｍ厚で形成し、さらにその上に黒鉛含有固体潤滑層を３０μｍ厚で焼付け形成して前記焼付き試験に供した。その結果、８回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４８】
（実施例１１）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを１０μｍ厚で形成した。さらにその上に潤滑被膜としてまず黒鉛含有固体潤滑層を１０μｍ厚で焼付け形成し、さらにワックス、高塩基性Ｃａ塩からなる粘稠液体の潤滑被膜を形成して、前記焼付き試験に供した。前記焼付き試験に供した。その結果、１０回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００４９】
（実施例１２）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｓｎめっきを５μｍ厚で形成し、さらにその上にＳｎ−Ｂｉ合金めっきを１０μｍ厚で形成した。さらにその上に潤滑被膜としてまず黒鉛含有固体潤滑層を１０μｍ厚で焼付け形成し、さらにワックス、高塩基性Ｃａ塩からなる粘稠液体の潤滑被膜を形成して、前記焼付き試験に供した。前記焼付き試験に供した。その結果、１０回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００５０】
（実施例１３）ボックスの内周（雌ねじ及びメタル−メタルシールネジ部）を対象として、Ｎｉめっきを１μｍ厚で形成し、その上にＣｕめっきを５μｍ厚で形成し、さらにその上にＳｎ−Ｂｉ合金めっきを１０μｍ厚で形成した。さらにその上に潤滑被膜としてまず黒鉛含有固体潤滑層を１０μｍ厚で焼付け形成し、さらにワックス、高塩基性Ｃａ塩からなる粘稠液体の潤滑被膜を形成して、前記焼付き試験に供した。前記焼付き試験に供した。その結果、１０回まで焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。
【００５１】
（比較例１）ボックスの内周を対象として、Ｎｉめっきを１μｍ厚で形成し、その上にＣｕめっきを１０μｍ厚で形成し、グリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、４回で焼付きが発生した。
【００５２】
（比較例２）ボックスの内周を対象として、Ｎｉめっきを１μｍ厚で形成し、その上にＣｕめっきを１０μｍ厚で形成した後，その上層に黒鉛含有固体潤滑層を２５μｍ厚で焼付け形成し、グリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、４回で焼付きが発生した。
【００５３】
（比較例３）ボックスの内周を対象として、Ｎｉめっきを１μｍ厚で形成し、その上にＣｕめっきを１０μｍ厚で形成した後，その上層にＭｏＳ2含有固体潤滑層を２５μｍ厚で焼付け形成し、グリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、４回で焼付きが発生した。
【００５４】
（比較例４）ボックスの内周を対象として、Ｃｕ−Ｓｎめっきを１０μｍ厚で形成した後、グリ−ンド−プを塗布して、前記焼付き試験に供した。その結果、６回で焼付きが発生した。
【００５５】
（比較例５）ボックスの内周を対象として、Ｎｉめっきを１μｍ厚で形成し、その上にＣｕめっきを８μｍ厚で形成して、前記焼付き試験に供した。その結果、２回で焼付きが発生した。
【００５６】
（比較例６）ボックスの内周を対象として、Ｎｉめっきを１μｍ厚で形成し、その上にＣｕめっきを８μｍ厚で形成した後，その上層に黒鉛含有固体潤滑層を２５μｍ厚で焼付け形成して、前記焼付き試験に供した。その結果、２回で焼付きが発生した。
【００５７】
（比較例７）ボックスの内周を対象として、Ｎｉめっきを１μｍ厚で形成し、その上にＣｕめっきを９μｍ厚で形成した後，その上層にＭｏＳ2含有固体潤滑層を２５μｍ厚で焼付け形成して、前記焼付き試験に供した。その結果、２回で焼付きが発生した。
【００５８】
（比較例８）ボックスの内周を対象として、Ｃｕ−Ｓｎめっきを１２μｍ厚で形成した後，その上層に黒鉛含有固体潤滑層を２５μｍ厚で焼付け形成し、前記焼付き試験に供した。その結果、３回で焼付きが発生した。
【００５９】
また、同様の試験をグリーンドープを塗らないで、すなわち潤滑被膜なしでも行ったが、実施例１では６回まで、実施例２では８回まで、それぞれ焼付きを起こすことなく、締付け・締戻しを行うことができた。これに対して、潤滑被膜なしで試験した比較例１と２は１回で焼付きが発生した。
【００６０】
以上の実施例及び比較例の結果より、本発明に係る油井鋼管用ねじ継手は、比較例に比べて明らかに焼付きの抑制効果が大きいことがわかる。
【００６１】
（なじみ性の差）
次に、Ｃｕめっき被膜と、Ｓｎ又はＳｎ合金めっき被膜とのなじみ性（濡れ性）の差について検証する。図７、８（写真）は、めっき被膜表面に液体を一滴ずつ乗せて濡れ性の大きさを比較したものである。Ｃｕめっき被膜と、Ｓｎ又はＳｎ−Ｂｉ合金めっき被膜では、後者の方が濡れ性が小さいことが分かる（なじみ性大）。実際に、Ｃｕめっき被膜及びＳｎ−Ｂｉ合金めっき被膜に黒鉛含有潤滑被膜を焼付け形成したピンないしボックスの耐焼付き性は、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき被膜の方が圧倒的に優れていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る鋼管用ねじ継手の接触表面の断面図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る鋼管用ねじ継手の接触表面の断面図。
【図３】本発明の第３実施形態に係る鋼管用ねじ継手の接触表面の断面図。
【図４】本発明の第４実施形態に係る鋼管用ねじ継手の接触表面の断面図。
【図５】本発明の第５実施形態に係る鋼管用ねじ継手の接触表面の断面図。
【図６】本発明の第６実施形態に係る鋼管用ねじ継手の接触表面の断面図。
【図７】Ｃｕめっき被膜の濡れ性の大きさを示す写真。
【図８】Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき被膜の濡れ性の大きさを示す写真。
【図９】一般的な油井管用ねじ継手のピンとボックスの断面図。
【符号の説明】
【００６３】
１ ピン
１ａ 雄ねじ部
１ｂ メタル−メタルシール部
２ ボックス
２ａ 雌ねじ部
２ｂ メタル−メタルシール部
５ 母材
６ Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき
７ ＭｏＳ2含有固体潤滑被膜層
８ 潤滑被膜
８ａ 固体潤滑被膜
８ａ１ ＭｏＳ2含有固体潤滑被膜層
８ａ２ 黒鉛含有固体潤滑被膜
８ｂ 粘稠液体又は半固体の潤滑被膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ部とねじ無し金属接触部とを有する接触表面をそれぞれ備えたピンとボックスで構成され、ピンとボックスの少なくとも一方の接触表面に、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを形成した鋼管用ねじ継手。
【請求項２】
ねじ部とねじ無し金属接触部とを有する接触表面をそれぞれ備えたピンとボックスで構成され、ピンとボックスの少なくとも一方の接触表面に、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを形成した鋼管用ねじ継手。
【請求項３】
Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきの下層に、Ｓｎめっき、Ｃｕめっき又はＮｉめっきを形成した請求項１又は２の鋼管用ねじ継手。
【請求項４】
合金めっきの表面に、潤滑被膜を形成した請求項１から３のいずれかの鋼管用ねじ継手。
【請求項５】
潤滑被膜が、粘稠液体又は半固体の潤滑被膜である請求項４の鋼管用ねじ継手。
【請求項６】
潤滑被膜が、固体潤滑被膜である請求項４の鋼管用ねじ継手。
【請求項７】
潤滑被膜が、下層の固体潤滑被膜と、上層の粘稠液体又は半固体の潤滑被膜である請求項４の鋼管用ねじ継手。
【請求項８】
固体潤滑被膜が、固体粉末を含有する請求項５、請求項６又は７の鋼管用ねじ継手。
【請求項１】
ねじ部とねじ無し金属接触部とを有する接触表面をそれぞれ備えたピンとボックスで構成され、ピンとボックスの少なくとも一方の接触表面に、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを形成した鋼管用ねじ継手。
【請求項２】
ねじ部とねじ無し金属接触部とを有する接触表面をそれぞれ備えたピンとボックスで構成され、ピンとボックスの少なくとも一方の接触表面に、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきを形成した鋼管用ねじ継手。
【請求項３】
Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきの下層に、Ｓｎめっき、Ｃｕめっき又はＮｉめっきを形成した請求項１又は２の鋼管用ねじ継手。
【請求項４】
合金めっきの表面に、潤滑被膜を形成した請求項１から３のいずれかの鋼管用ねじ継手。
【請求項５】
潤滑被膜が、粘稠液体又は半固体の潤滑被膜である請求項４の鋼管用ねじ継手。
【請求項６】
潤滑被膜が、固体潤滑被膜である請求項４の鋼管用ねじ継手。
【請求項７】
潤滑被膜が、下層の固体潤滑被膜と、上層の粘稠液体又は半固体の潤滑被膜である請求項４の鋼管用ねじ継手。
【請求項８】
固体潤滑被膜が、固体粉末を含有する請求項５、請求項６又は７の鋼管用ねじ継手。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−７１２３１（Ｐ２００７−７１２３１Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５５６５７（Ｐ２００５−２５５６５７）
【出願日】平成１７年９月２日（２００５．９．２）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（５０５３３３２０７）関西機化工業株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２日（２００５．９．２）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（５０５３３３２０７）関西機化工業株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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