JP5408390B2 - 高トルク締付け特性に優れた管ねじ継手 - Google Patents
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Description
潤滑被膜の形成中に、共重合体粒子は、潤滑被膜形成中に表面張力の作用や共重合体を構成する低摩擦性樹脂と熱可塑性樹脂との間で基剤との親和性が相違する(シリコーン樹脂またはフッ素樹脂より熱可塑性樹脂の方が高粘性基剤との親和性が高い)ことから、共重合体粒子は、そのシリコーンまたはフッ素樹脂部分が外部を向くように潤滑被膜の表面から突出し、図3(a)に模式的に示す被膜構造をとる。その結果、上述したように、低面圧では被膜表面から突出した低摩擦性の共重合体粒子と相手側の表面との接触が主体であるために摩擦係数が低いため、Tsは低くなる。一方、高面圧では、突出した共重合体粒子が主に弾塑性変形により被膜内に埋没するため、被膜マトリックスである高粘性基剤も相手側の表面と接触し、被膜全体の摩擦係数が高くなり、Tyが高くなるので、大きなΔTが得られる。
潤滑被膜は摩擦調整剤としての黒鉛をさらに含有していてもよい。潤滑被膜の膜厚は好ましくは10〜500μmである。
本発明はまた、上記管ねじ継手を用いて、グリス潤滑油を塗布せずに複数の油井管を接続する方法にも関する。
図4は、出荷時の油井管用鋼管とカップリングの状態を模式的に示す。鋼管Aの両端には外面に雄ねじ部3aを有するピン1が形成され、カップリングBの両側には、内面に雌ねじ部3bを有するボックス2が形成されている。ピンとは雄ねじを有する方のねじ継手の部材を、ボックスとは雌ねじを有する方のねじ継手の部材をそれぞれ意味する。鋼管Aの一端には予めカップリングBが締付けられている。図示していないが、締付けられていない方の鋼管AのピンとカップリングBのボックスには、それぞれのねじ部の保護のためのプロテクターが出荷前に装着され、これらのプロテクターはねじ継手の使用前に取り外される。
ねじ継手による鋼管同士の締結の際の焼付きを防止し、かつ保管時の発錆を防止するため、ねじ継手のピンとボックスの少なくとも一方の接触表面に潤滑被膜を形成する。本発明では、ΔTが大きく、高い締結トルクで締付けた場合でもショルダー部が降伏することがなく、かつ焼付きと保管時の発錆を防止することができる潤滑被膜を形成するために、潤滑被膜は高粘性基剤中に特定の低摩擦共重合体粒子を分散状態で含有する構造とする。
ホスファイト:(R3O)(R4O)P(OR5)
チオホスフェート:(R3O)(R4O)P(=S)(OR5)
ジチオリン酸金属塩:[(R3O)(R6O)P(=S)−S]2−M
式中、R3、R6は炭素数24までのアルキル基、シクロアルキル基、アルキルシクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基、またはアリールアルキル基を、R4、R5は水素原子または炭素数24までのアルキル基、シクロアルキル基、アルキルシクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基を、Mはモリブデン(Mo)、亜鉛(Zn)またはバリウム(Ba)をそれぞれ意味する。
本発明に従ってピンおよび/またはボックスの接触表面に潤滑被膜を設けた管ねじ継手は、これらの被膜で被覆されている接触表面に、粗面化のための下地処理を施して、切削加工後の表面粗さである3〜5μmより表面粗さが大きくなるようにすると、耐焼付き性が向上することが多い。したがって、潤滑被膜を形成する前に、その接触表面を下地処理して粗面化しておくことが好ましい。
別の下地処理として、粗面化効果はほとんどないが、特定の単層または複層電気めっきを施すと、潤滑被膜と下地との密着性がよくなり、管ねじ継手の耐焼付き性が改善されることがある。
[上層乾燥被膜]
上記の潤滑被膜は、表面に多少のべたつきがみられる。その場合、特に油井管を直立させる際に、内面に残留する錆や、錆を除去するために投入したブラスト砥粒などが落下して、これらが潤滑被膜に付着し、潤滑被膜中に埋め込まれてしまう可能性がある。被膜中に埋め込まれた異物はエアーブロー程度では完全には除去できず、潤滑性の低下を生じる。この問題を解消するため、潤滑被膜の上層に薄い乾燥固体被膜を形成してもよい。この乾燥固体被膜は、一般的な樹脂被膜(例、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ビニル樹脂など)でよく、水系組成物と有機溶剤系組成物のいずれからも被膜を形成できる。また、被膜中に少量のワックスを含有させてもよい。
管ねじ継手のピンとボックスの一方の部材(例、ボックス)の接触表面だけに、本発明に従って潤滑被膜を形成した場合、潤滑被膜で被覆されない他方の部材(例、ピン)の接触表面は、未処理のままでもよいが、好ましくは、前述した粗面化のための下地処理を施して、接触表面を粗面化する。すなわち、粗面化は、ブラスト処理;酸洗;リン酸塩、蓚酸塩、硼酸塩などによる化成処理、電気めっき、固体微粒子を含有するめっき被膜を形成する分散めっき、およびそれらの2種以上の組み合わせを採用して実施することができる。こうすると、本発明に従った潤滑被膜で被覆されている相手側部材と締結された時に、潤滑被膜を有していない他方の部材の接触表面が、粗面化によるアンカー効果によって潤滑被膜の良好な保持性を示し、管ねじ継手の耐焼付き性が高まる。
表1に示す組成Aの炭素鋼製の特殊ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3μm)の後、80〜95℃の燐酸マンガン化成処理液中に10分間浸漬して、厚さ15μmの燐酸マンガン被膜(表面粗さ12μm)を形成した。このボックス表面に、表3に示す実施例1の潤滑被膜組成物(表示組成物100に対して有機溶剤30の割合で希釈)をスプレー塗布した。溶剤の揮発後に厚さ50μmの潤滑被膜が形成された。実施例における部は、特に指定しない限り質量部である。
表1に示す組成Cの13%Cr鋼製の特殊ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3μm)後、電気めっきによりまずNiストライクめっき、次にCuめっきを施して、合計12μm厚のめっき被膜を形成した。このボックス表面に、表3に示す実施例2の潤滑被膜形成用組成物(表示組成物100に対して有機溶剤30の割合で希釈)をスプレー塗布した。溶剤の揮発後、厚さ52μmの潤滑被膜が形成された。
表1に示す組成BのCr−Mo鋼製の特殊ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3μm)の後、電気めっきによりまずNiストライクめっき、次にCu−Sn−Zn合金めっきを施して、合計7μm厚のめっき被膜を形成した。このボックス表面に、表3に示す実施例3の潤滑被膜形成用組成物(表示組成物100に対して有機溶剤30の割合で希釈)をスプレー塗布した。溶剤の揮発後、厚さ100μmの潤滑被膜が形成された。
表1に示す組成BのCr−Mo製の特殊ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3μm)の後、電気めっきによりまずNiストライクめっき、次にCu−Sn−Zn合金めっきを施して、合計7μm厚のめっき被膜を形成した。この下地処理を施したボックス表面を、次に誘導加熱により130℃に予熱してから、130℃に加熱された表3に示す実施例4の潤滑被膜形成用組成物を保温機能付きのスプレーガンにより塗布した。冷却後、厚さ50μmの潤滑被膜が形成された。
表1に示す組成Aの炭素鋼製の特殊ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3μm)後、80〜95℃の燐酸マンガン用化成処理液中に10分間浸漬して、厚さ15μmの燐酸マンガン被膜(表面粗さ12μm)を形成した。このボックス表面に、API規格に準拠した、粘稠液体状のコンパウンドグリスを塗布して潤滑被膜を形成した(ピンとボックスの合計の塗布量50g;塗布面積は合計でおよそ1400cm2)。
表1に示す組成BのCr−Mo鋼製の特殊ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3μm)後、80〜95℃の燐酸マンガン用化成処理液中に10分間浸漬して、厚さ12μmの燐酸マンガン被膜(表面粗さ10μm)を形成した。このボックス表面に、アクリル−シリコーン共重合体粒子を配合しない表3の比較例2の潤滑被膜形成用組成物(表示組成物100に対して有機溶剤30の割合で希釈)をスプレー塗布した。溶剤の揮発後、厚さ80μmの潤滑被膜が形成された。
表1に示す組成Aの炭素鋼製の特殊ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3μm)後、80〜95℃の燐酸マンガン用化成処理液中に10分間浸漬して、厚さ15μmの燐酸マンガン被膜(表面粗さ12μm)を形成した。このボックス表面を誘導加熱により130℃に予熱してから、130℃に加熱された表3に示す比較例3の潤滑被膜形成用組成物を保温機能付きのスプレーガンにより塗布した。冷却後、厚さ50μmの潤滑被膜が形成された。
Claims (12)
- ねじ部とねじ無し金属接触部とを含む接触表面をそれぞれ備えたピンとボックスとから構成される管ねじ継手であって、ピンとボックスの少なくとも一方の部材の接触表面が、25℃における複素せん断粘度が3000Pa・s以上である粘性基剤中に、シリコーン樹脂およびフッ素樹脂から選ばれた樹脂と熱可塑性樹脂との共重合体の粒子が分散してなる潤滑被膜を有することを特徴とする、管状管ねじ継手。
- 前記潤滑被膜の圧力1GPaで測定した摩擦係数が圧力0.3GPaで測定した摩擦係数より大きい、請求項1に記載の管ねじ継手。
- 前記潤滑被膜の圧力1GPaで測定した摩擦係数から圧力0.3GPaで測定した摩擦係数を差し引いた差が0.02以上である、請求項2に記載の管ねじ継手。
- 前記共重合体粒子が球状粒子である、請求項1〜3のいずれかに記載の管ねじ継手。
- 前記共重合体粒子は平均粒径10〜50μmのアクリル・シリコーン共重合体粒子であり、その含有量が0.1〜20質量%である、請求項1〜4のいずれかに記載の管ねじ継手。
- 前記粘性基剤が、松脂およびその誘導体を含む松脂系物質、ワックス、金属石鹸、並びに塩基性芳香族有機酸金属塩から選ばれた1種以上からなる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の管ねじ継手。
- 前記潤滑被膜が摩擦調整剤として黒鉛をさらに含有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の管ねじ継手。
- 前記潤滑被膜の膜厚が10〜500μmである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の管ねじ継手。
- 前記潤滑被膜を有するピンとボックスの少なくとも一方の部材の接触表面が、前記潤滑被膜を形成する前に、ブラスト処理、酸洗、リン酸塩化成処理、蓚酸塩化成処理、硼酸塩化成処理、電気めっき、および衝撃めっき、およびそれらの2種以上から選ばれた方法により表面処理されている、請求項1〜8のいずれか1項に記載の管ねじ継手。
- ピンとボックスの一方の部材の接触表面が前記潤滑被膜を有し、ピンとボックスの他方の部材の接触表面が、ブラスト処理、酸洗、リン酸塩化成処理、蓚酸塩化成処理、硼酸塩化成処理、電気めっき、衝撃めっき、およびそれらの2種以上から選ばれた方法により表面処理されている、請求項1〜9のいずれか1項に記載の管ねじ継手。
- 油井管を接続するための請求項1〜10のいずれか1項に記載の管ねじ継手。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の管ねじ継手を用いて、グリス潤滑油を塗布せずに複数の油井管を接続する方法。
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