CN101627246A - 钢管用螺纹接头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢管用螺纹接头。该钢管用螺纹接头改善了包括具有螺纹部和无螺纹金属接触部的接触表面(30)的销/套型钢管用螺纹接头的耐泄漏性、耐磨损性以及特别是相对于间隙腐蚀的耐腐蚀性。销与套中的至少一方的接触表面被由Cu－Zn合金及Cu－Zn－M1合金(M1是从Sn、Bi及In中选出的1种或2种以上)构成的第1镀层(34)覆盖。也可以在第1镀层之下及之上形成由Ni镀层(32a)和/或Cu镀层(32b)中的一方或两方构成的下层(32)、以及由Sn－M2合金(M2是从Bi、In、Ni、Zn及Cu选出的1种或2种以上元素)镀层(36)构成的上层。在镀层上，能够作为润滑被膜(38)而形成固体润滑被膜(38a)和粘稠液体或半固体润滑被膜(38b)。

Description

钢管用螺纹接头

技术领域

本发明涉及一种改善了耐磨损性及耐腐蚀性的钢管用螺纹接头。本发明的钢管用螺纹接头特别适合油井管的连结。

背景技术

为了在油田、天然气田中进行采掘而被打入的油井管(OCTG)在较长的情况下其全长达到几千米。典型的该较长的油井管通过借助较短的筒状的管接头(coupling)连结几十米单位长的钢管而依次将其接上而构成。钢管及管接头的材质根据使用环境为碳素钢、不锈钢或者高合金钢。

这些钢管的连结通过在外周面具有外螺纹部的销与在内周面具有内螺纹部的套(box)螺纹配合来进行。典型地说，销形成在钢管的两端，套形成在较短的管接头的内部。由这样的销与套构成的连结部是钢管用螺纹接头。

在要求高气密性的钢管用螺纹接头中，在销的外螺纹的顶端与套的内螺纹的基部分别形成有无螺纹金属接触部。将钢管的一端插入到管接头，紧固销的外螺纹和套的内螺纹而销与套的无螺纹金属接触部相互间以规定的干涉量抵接时，通过形成金属密封(metal-to-metal seal)来提高接头的气密性。

为了对油井管进行定期检查等而将其提起，进行松动螺纹接头的螺纹而将各个钢管自管接头分开的油井管拆下(breakout)，在检查等结束后，再次紧固螺纹部而进行油井管组装(make-up)，再次使用。在油井管组装和拆下时，销与套的螺纹部的滑接面以及无螺纹金属接触部会反复受到较强的摩擦。因而，螺纹接头若对于磨擦而不具有充分耐久性，则在反复进行组装和拆下时，在螺纹部、特别是无螺纹金属接触部产生密封不良(耐泄漏性不良)、磨损(galling)(不可修复的重度划痕)。

因此，要起到油井管用螺纹接头的作用，要求：a)不言而喻要经得起由连接的管的自重而产生的轴线方向上的拉伸力，b)要经得住内外的流体压力，并且，c)即使套管(大径尺寸)反复使用4次以上、管道(小径尺寸)反复使用10次以上，也不会产生密封不良、磨损，维持良好的耐泄漏性及耐磨损性。特别是，近年来存在油井的深度越来越深的倾向，而且，在极地等严酷的环境下的使用频率有所增加，钢管用螺纹接头所要求的质量越来越严格。

以往，像下述专利文献1等中提出的那样地进行这样的操作，即，对销、套的螺纹部等的接触表面实施镀铜或磷酸盐处理等表面处理，并为了进一步提高耐磨损性，每当组装时，都对销或套的接头界面涂敷被称作涂料的、加入有Pb等重金属的复合润滑脂。

但是，在防止世界环境污染成为紧急课题的今天，加入有Pb的涂料的使用正受到限制。也开发并使用了一种不含有Pb、Zn、Cu等重金属的涂料(称作绿色涂料)。但是，由于绿色涂料的性能不是很高，因此，根据接头的材质无法防止产生磨损。

作为提高钢管用螺纹接头的耐泄漏性和耐磨损性的另一种方法，提出了如下方法等：

1)将氟树脂的粉末分散混合于镀层的方法，

2)通过溅射形成润滑性保护被膜的方法，

3)替代复合润滑脂而采用固体润滑被膜的方法，

但均无法获得充分的耐泄漏性及耐磨损性能。

在下记专利文献2中提出了一种在构成接头的管接头的内螺纹部和无螺纹金属接触部(金属密封部)形成有Cu-Sn合金镀层的、Cr含有量为9质量％以上的高Cr钢制油井管用螺纹接头。但是，本发明人基于对该螺纹接头进行研究的结果，判明存在易于在销与套的界面产生腐蚀这样的问题。该腐蚀是所谓的间隙腐蚀，特别是在紧固时作为润滑剂而涂敷绿色涂料、或者在镀层上形成固体润滑被膜、其他润滑被膜的情况下，腐蚀显著。在螺纹接头处产生该腐蚀时，由于产生的锈降低接头的耐泄漏性、耐磨损性。

专利文献1：日本特公平1-12995号公报

专利文献2：日本特开2003-74763号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种这样的钢管用螺纹接头，即，即使在涂敷绿色涂料的情况下、甚至是无涂料的情况下，也显示充分的耐泄漏性和耐磨损性，并且耐腐蚀性也很优异，即使在镀层上存在绿色涂料、润滑被膜，也可防止产生间隙腐蚀。

本发明人对钢管用螺纹接头组装和拆下时的磨损现象的机械原理进行了考察。一般认为，磨损现象是通过以金属与金属接触的状态滑动的情况下由变形阻力导致发热，局部温度上升至熔点以上而金属熔化所产生的。因而，得出了由变形阻力较小、即高硬度且熔点较高的材料特性可获得良好的耐划痕性这样的结论。

在上述专利文献2中，说明了在此提出的Cu-Sn合金镀层通过强度较低的(剪切破坏应力较小)Sn的润滑性与Cu的高强度的相互作用而发挥耐磨损性的改善效果。相对于此，本发明人发现，对于镀层的材料，选择产生高硬度的金属间化合物这样的适当的合金组成、且该合金含有高熔点的构成元素时，难以发生上述熔化，可获得良好的耐划痕性。由该观点，Cu基的合金镀层较为适合。

另一方面，如上所述，在专利文献2中提出的Cu-Sn合金镀层中，存在易于产生间隙腐蚀这样的问题。一般认为，该间隙腐蚀的原因基本上在于在不易氧化金属的Cu与所接触的易氧化金属的钢材之间形成微型原电池。因此可知，为了解决该问题，比Cu易氧化的金属、尤其是易氧化的程度(离子化倾向)较高的Zn、或者将Zn和从作为其他易氧化金属的Sn、Bi、In选出的1种以上与Cu合金化而成的Cu-Zn类合金镀层最适合。

在Cu-Sn合金的情况下，Sn是比Cu易氧化的金属，但在仅将Sn与Cu合金化的情况下，虽原因不明，但一般认为，由于Sn钝化，无法抑制微型原电池的形成，因此，产生间隙腐蚀而耐腐蚀性降低。

在此，本发明是一种钢管用螺纹接头，该钢管用螺纹接头由分别设有具有螺纹部和无螺纹金属接触部的接触表面的销和套构成，其特征在于，销与套中的至少一方的接触表面具有由Cu-Zn合金或Cu-Zn-M1合金(M1是从Sn、Bi及In中选出的1种或2种以上元素)构成的第1镀层。

在该第1镀层的上下能够存在下层的第2镀层和上层的第3镀层中的一个或两个。下层的第2镀层是从镀Cu及镀Ni中选出的至少1个镀层。另一方面，上层的第3镀层是由Sn-M2合金(M2是从Bi、In、Ni、Zn及Cu选出的1种或2种以上元素)构成的镀层。

下层的第2镀层能够起到提高第1镀层对于作为被电镀基材的螺纹接头的接触表面的贴紧性的作用。只要螺纹接头的材质为碳素钢，第1镀层的贴紧性就通常没有问题，在材质为不锈钢或高合金钢时，第1镀层的贴紧性有时不足。在贴紧性降低时，第1镀层无法发挥作为目的的效果。在这种情况下，通过预先在接触表面如上所述地形成第2镀层作为基底，能够确保第1镀层的贴紧性。为此而做成的镀层适合镀Cu或镀Ni，也可以做成Cu镀层和Ni镀层这两者。该下层的第2镀层通过触击电镀而成为非常薄即可。

在第1镀层的上层形成第3镀层时，能够进一步提高钢管用螺纹接头的耐划痕性。出于该目的，具有自身润滑性的软质的镀层较为适合。自身润滑性是指通过材料其自身磨损而显示出的润滑性。显示自身润滑性的镀层除基于自身磨损的滑动性之外，产生的粉也会相应地与涂料所含有的Pb粉等同样地对润滑性发挥效果，从而发挥较高的润滑性。该种代表性的金属镀是镀Sn，但由于镀Sn存在在极低的温度下由β相相变为α相而变脆、被称作锡瘟的问题，因此，在钢管用螺纹接头这样的严格的使用环境下，很有可能无法充分地发挥自身润滑效果。

本发明人发现，形成在Sn中含有从Bi、In、Ni、Zn及Cu中选出的1种以上元素的Sn合金镀层时，成为在避免锡瘟问题的同时、能够发挥自身润滑性的镀层。通过形成该上层的第3镀层，能够进一步改善钢管用螺纹接头的耐划痕性。

本发明中利用的镀层通常均通过电气电镀而形成。在原理上，也能够应用气相电镀、无电解电镀等其他的电镀方法(特别是相对于较薄的第2镀层)，但由于是在钢管端部形成有被电镀物的螺纹接头，因此，难以应用除电气电镀之外的电镀方法。

在最上层的镀层(在形成上层的第3镀层的情况下为该第3镀层，在未形成上层的第3镀层的情况下为第1镀层)的表面形成至少1层润滑被膜，能够进一步提高钢管用螺纹接头的耐磨损性。

在本发明的钢管用螺纹接头中，并不一定需要这样的润滑被膜。特别是在组装之前涂敷绿色涂料的情况下是这样。但是，在螺纹接头的材质为易于产生磨损的不锈钢或高合金钢的情况下，通过在上层形成润滑被膜，能够进一步改善耐磨损性，不使用绿色涂料就能够进行组装，可改善油井管的组装作业的效率。

该润滑被膜能够做成从粘稠液体润滑被膜、半固体润滑被膜及固体润滑被膜中选出的1层润滑被膜。由于粘稠液体润滑被膜及半固体润滑被膜具有流动性，因此，通过在产生磨损这样的高表面压力条件下渗出，能够将润滑成分高效率地供给到螺纹接头的接触表面之间的间隙中，从而能够发挥特别高的防止磨损效果。使用的润滑被膜优选实质上不含有害的重金属粉。另一方面，固体润滑被膜优选为在适当的有机或无机粘合剂基质中含有润滑性粉末的被膜。通过在组装、拆下时的高表面压力下被膜的一部分磨损，放出润滑性粉末，发挥润滑作用。

润滑被膜也能够形成2层。在这种情况下，从耐磨损性的改善效果的方面考虑，优选将下层做成固体润滑被膜，上层做成粘稠液体润滑被膜或半固体润滑被膜。

在上述专利文献2中提出的Cu-Sn合金镀层的情况下存在这样的问题，即，在其上涂敷绿色涂料、或者用固体润滑被膜等润滑被膜覆盖时，因间隙腐蚀而易于在销与套的界面中显著地产生腐蚀，但采用本发明，通过将镀层做成Cu-Zn类合金电镀，能够完全地防止该腐蚀，从而避免由腐蚀导致耐泄漏性、耐磨损性降低。因而，通过在电镀上形成1层或2层以上润滑被膜，能够不产生间隙腐蚀而进一步改善钢管用螺纹接头的耐磨损性。

本发明的钢管用螺纹接头即使无涂料也显示优异的耐泄漏性和耐磨损性，可用于连结在严格的环境下使用的油井管。另外，为了进一步改善耐磨损性，即使在镀层上形成润滑被膜、或涂敷绿色涂料来使用，也不会由间隙腐蚀导致耐腐蚀性降低。因此，根据需要，能够利用润滑被膜、绿色涂料而谋求进一步提高耐磨损性。

附图说明

图1示意地表示钢管出货时的钢管与管接头的组装结构。

图2示意地表示螺纹接头的紧固部。

图3是表示形成在本发明的螺纹接头的接触表面的被膜结构的说明图。

附图标记说明

A、钢管；B、管接头；1、销；2、套；3a、外螺纹部；3b、内螺纹部；4a、4b、无螺纹金属接触部；5、肩部；30、钢表面；32、下层第2镀层；32a、Ni镀层；32b、Cu镀层；34、Cu-Zn类合金镀层(第1镀层)；36、上层Sn合金镀层(第3镀层)；38、润滑被膜；38a、固体润滑被膜；38b、半固体或粘稠液体润滑被膜。

具体实施方式

下面，更详细地说明本发明的实施方式。另外，在以下说明中，只要未特别指定，％就是指质量％的意思。

图1示意地表示典型的螺纹接头的组装结构，该接头的组装结构表示出货时的油井管用钢管和管接头的状态。在钢管A的两端形成有在外表面具有外螺纹部3a的销1，在管接头B的两侧形成有在内表面具有内螺纹部3b的套2。销是指具有外螺纹的螺纹接头部分的意思，套是指具有内螺纹的螺纹接头部分的意思。在钢管A的一端预先紧固有管接头B。虽未图示，但在出货前，在未紧固的钢管A的销与管接头B的套上安装有用于保护各个螺纹部的保护罩，它们在螺纹接头使用之前拆除。

典型地说，如图所示，销形成在钢管的两端外表面，套形成在作为其他零件的管接头的内表面。但反之，在原理上，也可以将钢管两端的内表面做成套，管接头的外表面做成销。另外，也存在不利用管接头而将钢管的一端做成销、其另一端做成套的整体方式的螺纹接头。本发明可以用于这些所有的螺纹接头。

图2示意地表示代表性的钢管用螺纹接头(以下简称作“螺纹接头”)的结构。螺纹接头由形成在钢管A的端部外表面的销1、和形成在管接头B的内表面的套2构成。销1包括外螺纹部3a、位于钢管顶端的无螺纹金属接触部4a和端面肩部5。与其相对应，套2包括内螺纹部3b和其内侧的无螺纹金属接触部4b。

销1及套2的各自螺纹部3a、3b和无螺纹金属接触部4a、4b构成螺纹接头的接触表面，该接触表面要求耐磨损性、气密性(耐泄漏性)、耐腐蚀性。因此，以往普遍在组装之前涂敷含有重金属粉的、被称作复合润滑脂的涂料，但现在，这样的涂料的使用正受到限制。

在本发明的螺纹接头中，如图3对无螺纹金属接触部所示，在销和套的至少一个构件的接触表面，在钢30的表面上自下方依次形成有由下层Ni镀层32a和上层Cu镀层32b构成的第2镀层32、由Cu-Zn合金或Cu-Zn-M1合金(M1是从Sn、Bi及In选出的1种或2种以上元素)构成的第1镀层34、Sn-M2合金(M2是从Bi、In、Ni、Zn及Cu选出的1种或2种以上元素)构成的第3镀层36、由下层固体润滑被膜38a和上层粘稠液体或半固体润滑被膜38b构成的润滑被膜38。

在本发明中，仅有由Cu-Zn合金或Cu-Zn-M1合金(以下将它们统称作Cu-Zn类合金)构成的第1镀层34是必需的，仅靠该第1镀层就能够根据螺纹接头的材质(例如碳素钢的情况)、使用环境而充分地发挥耐泄漏性和耐磨损性的提高效果。剩余的第2及第3镀层、润滑被膜根据状况而依据需要应用即可。下面，也包括这些任意的镀层、润滑被膜在内依次进行说明。

母材钢管

用本发明的螺纹接头连结的钢管优选为油井管。由于本发明的螺纹接头的耐磨损性非常优异，因此，即使在应用于易于产生磨损的高合金钢制的油井管用螺纹接头的情况下，也能够防止反复进行组装和拆下时的磨损。

因而，由于在防止磨损的方面对母材钢管(构成螺纹接头的钢)的钢种没有限制，因此，钢种可以是碳素钢、不锈钢及高合金钢中的任一种。从耐腐蚀性的方面考虑，优选含有Cr3％以上的高合金钢。在例示这样的钢时，能够列举Cr含有量为5％、13％及25％的钢。

作为螺纹接头的接触表面的螺纹部、无螺纹金属接触部通常通过切削加工而形成。该接触表面可以保持被磨削加工后的状态，或者也可以在遵从本发明而形成镀层之前通过喷丸处理而被粗糙化。在进行粗糙化时，特别是在电镀之后形成润滑被膜的情况下，可获得润滑被膜的保持性升高这样的优点。但是，即使不进行粗糙化，也能够利用电镀的布散能力(perturbationof deposition)使电镀后的表面些许粗糙化，因此，能够充分地保持润滑被膜。

仅在销和套中的一个(例如是套)的接触表面遵从本发明而形成镀层、甚至是润滑被膜的情况下，另一个构件(例如是销)的接触表面可以保持磨削加工，或者也可以形成除本发明之外的其他适当的赋予润滑性和/或防腐蚀用的1个或2个以上的层的被膜。在由形成在钢管的端部外表面的销、和形成在管接头内表面的套构成的典型的螺纹接头中，对长度较短的管接头、即套进行本发明的处理易于进行操作。

基底的第2镀层

为了提高由Cu-Zn类合金构成的第1镀层的贴紧性，根据需要，能够在第1镀层的下层形成有由Ni镀层和Cu镀层中的一个或两个构成的第2镀层作为基底电镀。

基底的第2镀层优选为通过通电时间较短的触击电镀而形成的薄镀层。在电镀领域中，公知有Cu及Ni的触击电镀，在本发明中，也能够与以往的触击电镀同样地实施。通常，Ni触击电镀大多采用氯化浴(伍德浴)或硫酸盐浴(瓦特浴)来进行，Cu触击电镀大多采用氰基浴(氰化铜电镀浴)来进行。但是，也能够使用其他的电镀浴。

另外，在进行最初电镀之前，遵从常用方法对被电镀表面进行脱脂、酸洗等通常的前处理。

基底的第2镀层的厚度优选为0.2～2μm的范围，更优选为0.5～1μm。在形成Cu和Ni这两个镀层的情况下，优选2层的合计厚度不超过2μm。

由于Ni镀层的电镀贴紧性的改善效果特别高，因此，在第2镀层仅为1层的情况下优选做成镀Ni。由于镀Cu与第1镀层的结合较佳，因此，在使基底的第2镀层为2层的情况下，优选将下层32a做成镀Ni，上层32b做成镀Cu。

第1镀层

在对螺纹接头赋予耐泄漏性和耐磨损性的同时、为了提高耐磨损性而由绿色涂料、润滑被膜覆盖接触表面的情况下，为了防止发生间隙腐蚀而避免由此导致的耐泄漏性、耐磨损性降低，由Cu-Zn类合金构成的第1镀层在本发明中也是必须的镀层。在未形成上述第2镀层作为基底的情况下，该第1镀层成为最下层电镀。

第1镀层的厚度通常优选为1～40μm，更优选为3～20μm。

在第1镀层为Cu-Zn合金的情况下，合金中的Zn含有量优选为20～90％的范围内，更优选为30～70％。在Zn含有量过低时，镀层的耐腐蚀性降低，无法防止间隙腐蚀。在Zn含有量过高时，耐泄漏性、耐磨损性降低。

在第1镀层为Cu-Zn-M1合金(M1是从Sn、Bi及In中选出的1种或2种以上元素)的情况下，优选的合金组成为Cu：30～60％、Zn：3～30％、M1(2种以上的情况下为合计量)：20～60％。作为M1，特别优选Sn：35％～55％。

上层的第3镀层

第1镀层无论不含有Sn还是含有Sn，其量都较少，因此，通过在其上层形成自身润滑性较高的镀层，能够进一步提高本发明的螺纹接头的耐磨损性。因此，第3镀层做成Sn-M2合金(M2是从Bi、In、Ni、Zn及Cu中选出的1种或2种以上元素)电镀。该第3镀层根据需要形成在第1镀层上即可。

作为M2，特别优选为Bi。第3镀层的厚度通常优选为3～40μm，更优选为5～25μm。在形成第3镀层的情况下，第2镀层与第3镀层的合计厚度优选为40μm以下。Sn-M2合金中的合金元素M2的含有量(2种以上的情况下为其合计量)优选为0.1～50％，更优选为0.1～10％的范围内。在合金元素M2含有量过高时，耐泄漏性、耐磨损性降低，在该含有量过低时，无法防止产生锡瘟。

由Cu-Zn类合金构成的上述第1镀层与由Sn-M2合金构成的上述第3镀层均能够通过采用公知的硫酸浴、氰基浴、甲磺酸浴、葡糖酸浴、焦磷酸浴、柠檬酸浴、酒石酸浴、磺基琥珀酸浴或硼氟化浴等的电镀而形成。浴温、pH、电流密度等电镀条件只要能获得适当的合金组成的镀层，考虑到浴管理或生产率等来决定即可。像本领域技术人员所公知的那样，除作为析出金属的供给源的化合物之外，电镀浴可含有以光泽剂、pH调整剂等为首的各种添加成分。

更具体地说明，第1镀层中的Cu-Zn合金电镀也被称作黄铜电镀，长久以来用于装饰、出于改善与橡胶的粘接性等目的而利用。作为电镀液，大多使用碱性的氰基化浴，但也可以使用酸性的焦磷酸浴、葡庚糖酸浴等非氰基化浴。本发明中优选氰基浴。

在第1镀层为Cu-Zn-M1合金的情况下，也能够使用使M1金属化合物溶解于Cu-Zn合金用的电镀液而成的电镀浴而同样地进行电镀。特别是由于Cu-Zn-Sn电镀为金色的电镀被膜，因此，长久以来用作镀金的替代品，由于根据Sn含有量而电镀被膜的色调发生变化(Sn含有量增多时为银白色)，因此，组成不同的氰基化浴电镀液有很多在市场上销售。也可以将其保持原样地使用来进行电镀。

用于形成第3镀层的Sn-M2合金电镀能够通过以电气电镀Sn为基准而向电镀浴中除添加Sn化合物之外还添加作为M2元素的供给源的化合物来实施。本发明中特别优选的电镀浴为甲磺酸浴。

润滑被膜

本发明的螺纹接头仅是通过在接触表面具有由上述Sn-Zn类合金构成的第1镀层、和根据情况为下层的第2镀层和/或上层的第3镀层，根据螺纹接头的材质无论在组装之前涂敷绿色涂料还是无涂料，都能发挥充分的耐磨损性、耐泄漏性。但是，在螺纹接头的材质为易于产生磨损的高合金钢等情况下，根据需要，能够在镀层上形成至少1层润滑被膜而进一步提高耐磨损性。

润滑被膜能够做成从粘稠液体润滑被膜、半固体润滑被膜及固体润滑被膜中选出的1层或2层以上。这样的润滑被膜为公知，例如在日本特开2001-65751号公报、日本特开2002-221288号公报、日本特开2002-327875号公报、日本特开2002-348587号公报中记载有由向粘合剂中分散润滑性粉末而成的烧结被膜构成的固体润滑被膜，在日本特开2002-173692号公报、日本特开2004-53013号公报中记载有作为在基础油中含有各种润滑成分的被膜的粘稠液体或半固体润滑被膜。在本发明中，也能够使用这样的公知的润滑被膜。

润滑被膜通常为1层或2层即足够。在做成2层的情况下，将下层做成固体润滑被膜，上层做成粘稠液体润滑被膜或半固体润滑被膜，这样做耐磨损性的改善效果较大，因此较佳。在润滑被膜为2层的情况下，上层的润滑被膜优选为比半固体润滑被膜的流动性更大的粘稠液体润滑被膜。

固体润滑被膜优选为含有润滑性粉末的被膜、即利用适当的无机或有机粘合剂结合润滑性粉末而成的润滑被膜。

作为优选用于固体润滑被膜的润滑性粉末的例子，并不限定于这些，可列举石墨、MoS₂(二硫化钼)、WS₂(二硫化钨)、BN(氮化硼)、PTFE(聚四氟乙烯)、CF_X(氟化石墨)、CaCO₃(碳酸钙)等。其中，更优选石墨、氟化石墨、MoS₂及WS₂。它们是层状结晶构造，其结晶的面内结合强度较高，面间结合强度较弱，因此，易于产生给予滑动效果的面间剥离，有利于提高耐磨损性。

作为固体润滑被膜的粘合剂，能够使用能够形成有机和/或无机的被膜的成分。有机被膜形成成分的例子为环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂等耐热性良好的有机树脂。作为有机被膜形成成分，可列举硅溶胶、烷氧基硅烷、烷氧基钛等能够形成金属氧化物被膜的有机或无机化合物。

使润滑性粉末与可形成被膜的粘合剂的溶液混合，将获得的涂敷液涂敷在螺纹接头的接触表面，优选在加热而烧结被膜时形成固体润滑被膜。加热温度取决于粘合剂的种类，但在环氧树脂的情况下优选约为150℃～250℃的温度。

优选的固体润滑被膜的膜厚为5～30μm，被膜中的润滑性粉末的含有量为10～50质量％。

粘稠液状或半固体的润滑被膜优选实质上不含有对环境、人体有害的Pb、Zn、Cu等重金属粉末。这样的润滑被膜在基础油(例如矿物油、高级脂肪酸酯、润滑脂)中含有1种或2种以上大量的各种润滑性赋予成分(例如起到极压剂的作用的高碱性磺酸Ca、苯酚Ca、水杨酸Ca、羧酸Ca等高碱性金属盐、石蜡、金属皂)，根据基础油的粘度、固体成分的含有量，其性状为粘稠液体或半固体。也能够利用市场上销售的绿色涂料而形成该润滑被膜。粘稠液体或半固体润滑被膜的优选厚度为10～200μm。

特别是在镀层上形成至少1层润滑被膜的情况下，本发明的螺纹接头能够省略紧固(组装)作业前的绿色涂料涂敷来使用，提高油井管组装作业的效率。但是，根据需要也可以在组装前涂敷绿色涂料。

另外，在本发明的螺纹接头中，即使在最上层的镀层上形成有润滑被膜的情况下也可防止间隙腐蚀，因此，即使在使用之前保管期间较长，也能够防止螺纹接头的接触表面的腐蚀、和由该腐蚀导致易于产生的磨损。

实施例

下面，列举本发明的实施例和比较例来例证本发明的效果。但是，本发明并不限定于这些实施例。

分别配置多个销和套；上述销在由一种高合金钢即Cr13％钢(添加Ni和Mo)构成的外径为244.5mm、壁厚为13.84mm、长度为1200mm的无缝钢管的两端具有通过切削加工形成的外螺纹部、及无螺纹金属接触部(金属密封部)；上述套用于插入该销而连接，在由相同的钢种构成的管接头的内表面两侧具有通过切削加工形成的内螺纹部、及无螺纹金属接触部。

在管接头的整个内周面、即包括具有螺纹部和无螺纹金属接触部的套的接触表面的面上，像表1所示的覆盖构造(以从最上层朝向下层侧的顺序表示)那样地形成电镀及润滑被膜。电镀在用适当的密封材料密封管接头的外表面和端面之后将其脱脂及酸洗，然后利用电镀来实施。另一方面，对于销，除了为了除去氧化皮而在试验之前用玻璃珠(glass beads)进行喷砂(blast)处理之外不进行处理。

对套实施的各处理的概要如下。

基底第2镀层

镀Ni：使用伍德浴；

镀Cu：使用氰基浴；

Cu-Zn类第1镀层

均使用氰基浴。

镀Cu-Zn合金：Zn(含有量)约32％；

镀Cu-Zn-Sn合金：Zn约7％，Sn约40％；

镀Cu-Zn-Bi合金：Zn约30％，Bi约10％；

镀Cu-Zn-In合金：Zn约25％，In约15％。

上层Sn合金第3镀层

均使用甲磺酸浴。

镀Sn-In合金：In约5％；

镀Sn-Cu-Bi合金：Cu约10％，Bi约1％；

镀Sn-Ni合金：Ni约8％；

镀Sn-Bi合金：Bi约1％；

镀Sn-Zn合金：Zn约3％。

比较例

在比较例中使用的镀层中除下述镀层之外，与上述相同。

镀Cu-Sn合金：使用中性浴；Cu约36％，Sn约64％。

润滑被膜

含有石墨的固体润滑被膜：通过使石墨作为润滑性粉末以30％的量分散在环氧树脂中而成的组成物的涂敷和烧结(加热温度约为200℃)而形成的润滑被膜。

含有氟化石墨的固体润滑被膜：通过将作为润滑性粉末的CF_X(氟化石墨)以4％的量、并使石蜡以10％的量分散在聚乙烯树脂中而成的组成物升温至150℃并将其涂敷而形成的润滑被膜。

粘稠液体润滑被膜：将矿物油作为基础油，通过含有石蜡及高碱性磺酸钙作为润滑性成分的润滑脂组成物的涂敷而形成。厚度为约100μm。

绿色涂料

绿色涂料使用Bestolife Corporation公司制的Bestolife(注册商标)3010NM SPECIAL。涂敷厚度约为100μm。绿色涂料原本是在现场组装之前涂敷来使用，但在本例子中，为了进行试验，在螺纹接头的覆盖处理中根据情况而在最后涂敷。

通过使用如表1所示地覆盖处理后的套而反复将其与销紧固(组装)和松开(拆下)，来调查耐磨损性。该耐磨损性试验如下这样进行：在常温下以49351.8N·m(36400ft·lbs)的扭矩进行紧固之后，将其松开而拆下销，通过附着于销的润滑被膜溶剂清洗而将其去除，目测观察销的外周面，调查磨损的产生状况。重复进行该作业至10次，将直到产生磨损为止的次数(不产生磨损的紧固·松开次数)作为试验结果。该次数为10次是指直到10次试验中的最后不产生磨损的意思。

在用于调查间隙腐蚀的腐蚀试验中，向与上述相同的钢种(Cr13％钢)的钢板(宽度为12mm、长度为30mm、厚度为3mm)那样地实施与表1所示的内容相同的套用的覆盖处理。使该覆盖钢板的覆盖面朝下而将其放在用玻璃珠进行了喷砂处理后的相同钢种的钢板(宽度为20mm、长度为30mm、厚度为3mm)之上，将用螺栓固定中央部的材料做成试验片。将该试验片在含有20％食盐的沸腾水中浸渍1个月，测定结合部的最大腐蚀深度。由该最大腐蚀深度如下所述地判定耐腐蚀性。

A：小于1μm；

B：1μm以上～小于5μm；

C：5μm以上～小于10μm；

D：10μm以上；

以上试验的结果也一并表示于表1中。

表1-1

表1-2

如表1所示，在本发明的实施例中，钢种是易于产生磨损的高合金钢，无论是否仅在套侧进行处理，在全部例子中都显示良好的耐划痕性和耐腐蚀性。具体地讲，在不进行下层电镀而在螺纹接头表面直接形成Cu-Zn类第1镀层的情况下，直到至少第8次不会产生磨损。另一方面，在进行下层的镀Ni或镀Ni/Cu的情况下，在全部例子中，直到第10次完全不会产生磨损，可获得极高的耐磨损性。对于耐腐蚀性，在全部例子中为A等级，即，可获得试验条件下的最大腐蚀深度小于1μm这样的极高的耐腐蚀性。

另一方面，如比较例所示，在镀Cu、镀Sn及Sn-Bi合金中，即使实施下层电镀，耐磨损性也会降低。镀Cu-Sn的耐磨损性良好，但耐腐蚀性极低。

Claims (7)

1.一种钢管用螺纹接头，该钢管用螺纹接头由销和套构成，该销和套分别包括具有螺纹部和无螺纹金属接触部的接触表面，其特征在于，

销与套中的至少一方的接触表面具有由从Cu-Zn合金及Cu-Zn-M1合金中选出的Cu合金构成的第1镀层，其中M1是从Sn、Bi及In中选出的1种或2种以上元素。

2.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，

上述销和套中的至少一方的接触表面具有从镀Cu及镀Ni中选出的至少1个第2镀层作为上述第1镀层的下层。

3.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，

上述销和套中的至少一方的接触表面具有由Sn-M2合金构成的第3镀层作为上述第1镀层的上层，其中M2是从Bi、In、Ni、Zn及Cu选出的1种或2种以上元素。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，

在最上层的镀层表面具有至少1层润滑被膜。

5.根据权利要求4所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，

润滑被膜是从粘稠液体润滑被膜、半固体润滑被膜及固体润滑被膜中选出的1层润滑被膜。

6.根据权利要求4所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，

润滑被膜是由下层的固体润滑被膜与上层的粘稠液体润滑被膜或半固体润滑被膜构成的2层润滑被膜。

7.根据权利要求5或6所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，

固体润滑被膜含有润滑性粉末。

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