CN104334951B - 具有改进的高扭矩组装特性的管状螺纹接头 - Google Patents

Abstract

在由均具有接触面的销(1)和箱(2)组成的管状螺纹接头中，接触面包括螺纹部和无螺纹金属接触部，无螺纹金属接触部包括密封部和肩部，具有相对高的努氏硬度的固体润滑覆膜(10)形成在销和箱中的至少一方的接触面的包括肩部的部分(诸如包括肩部和密封部的无螺纹金属接触部)，而具有相对低的努氏硬度的固体润滑覆膜(11)至少形成在接触面的剩余部分(诸如螺纹部)。管状螺纹接头具有优异的耐磨损性、气密性和防锈特性，且由于该管状螺纹接头具有大的△T，因此即使在以高扭矩组装该管状螺纹接头的情况下肩部也不容易产生屈服，由此可以以稳定的方式进行组装。

Description

具有改进的高扭矩组装特性的管状螺纹接头

技术领域

本发明涉及一种在连接钢管、特别是在连接石油工业管状物时使用的管状螺纹接头。根据本发明的管状螺纹接头可以可靠地具有优异的耐磨损性，而不用涂布以前在组装石油工业管状物时涂布到螺纹接头的诸如合成油脂等的润滑油脂。结果，根据本发明的管状螺纹接头能够避免合成油脂对全球环境和人类的有害影响。另外，即使当以高扭矩组装接头的情况下接头也不容易屈服(yielding)，使得能够在具有足够余量(margin)的情况下实现稳定的金属与金属的密封。

背景技术

利用管状螺纹接头使得用于挖掘原油或柴油的油井的诸如管道和套管等的石油工业管状物被典型地彼此连接。过去，油井的深度为至多2000米-3000米，但是诸如在近海油田等的近来的深井中有时达到8000米-10000米。石油工业管状物的长度典型地在10几米，并且供诸如原油等流体流经的管道的周围由多个套管包围。因此，由螺纹接头连接的石油工业管状物的数量达到了巨大的数量。

用于石油工业管状物的管状螺纹接头在它们使用的环境中承受由石油工业管状物和接头本身的质量产生的呈现轴向张力形式的负荷、承受诸如内压和外压等的复合压力且承受地热。因此，必须使螺纹接头即使在这种严酷的环境中也维持气密性而不会受到损坏。

用于连接石油工业管状物的典型的管状螺纹接头(还被称为专用螺纹接头)具有销-箱结构。作为具有公螺纹的接头部件的销典型地形成在石油工业管状物的两端，作为具有与公螺纹进行螺纹接合的母螺纹的、配合接头部件的箱典型地形成在作为单独构件的联接件的两侧的内表面。如图1所示，密封部在比公螺纹更靠近销的端部侧设置在端面附近的外周面上，并且密封部设置在箱的母螺纹的基部的内周面上，而肩部(也称为扭矩肩部)设置在销的端部的端面上且在箱的对应的最远部上。销和箱的密封部和肩部构成管状螺纹接头的无螺纹金属接触部，而销和箱的无螺纹金属接触部和螺纹部构成管状螺纹接头的接触面。以下列出的专利文献1示出了这种专用螺纹接头的示例。

当对这种管状螺纹接头进行组装时，将石油工业管状物(销)的一端插入联接件(箱)中，使公螺纹和母螺纹拧紧直到销和箱的肩部彼此接触且以适当的扭矩干涉。结果，销和箱的密封部彼此紧密地接触并形成金属与金属的密封，由此确保了螺纹接头的气密性。

由于在将管道或套管降入油井中时的各种问题，之前组装的管接头有时会脱离，将接头从油井升起，重新组装该接头，然后将接头再次降入井中。API(美国石油协会)要求即使在对管道的接头进行10次组装和拆开和对套管的接头进行3次组装和拆开的情况下也维持耐磨损性和气密性，使得不会发生被称作磨损的不可再维修的严重的咬合问题。

为了提高耐磨损性和气密性，每次进行组装之前事先将包含重金属粉末的且被称为合成油脂的粘性液体润滑剂(润滑油脂)涂布到螺纹接头的接触面。由APIBUL5A2规定这种合成油脂。

为了提高合成油脂的保持性且改善其滑动特性的目的，已经提出了使螺纹接头的接触面经受诸如氮化处理、诸如锌镀或复合镀等的各种镀覆、以及磷酸盐化学转化处理等的各种表面处理以在接触面上形成一个或多个层。然而，如下所述，合成油脂的使用增加了对环境和人类的有害影响的关心。

合成油脂包含诸如锌粉末、铅粉末或铜粉末等的大量重金属粉末。在螺纹接头组装时，涂布的油脂被洗掉或挤出到外表面，尤其是由于诸如铅等的有害重金属，存在对环境的有害影响、特别是对海洋生命的有害影响的可能性。另外，涂布合成油脂的过程使得操作环境和操作效率恶化，可能导致对人类的危害。

作为1998年制定的以防止东北大西洋的海洋污染为目标的OSPAR公约(奥斯陆-巴黎公约)的结果，近年来，在全球范围内制定了严格的环境限制，并且在一些区域中，已经控制合成油脂的使用。因此，为了避免在挖掘气井和油井过程中对环境和人类的有害影响，发展出对不使用合成油脂就能够具有优异的耐磨损性的螺纹接头的需要。

作为不涂布合成油脂的能够用于连接石油工业管状物的螺纹接头，本申请人在以下列出的专利文献2中提出了其上形成有粘性液体或半固体润滑覆膜的用于钢管的螺纹接头，并且在以下列出的专利文献3中，提出了其上形成有固体润滑覆膜的用于钢管的螺纹接头。

以下列出的专利文献4公开了在销和箱的整个接触面上形成高摩擦润滑层并且在销和箱的接触面的特定部分上形成低摩擦润滑层(当低摩擦层和高摩擦层被布置成一个在另一个上方的情况下，低摩擦层为上层)。形成低摩擦润滑层的特定部分具体是金属与金属的密封部以及螺纹冠部和螺纹根部，在该文献中说明了仅高摩擦润滑层优选地保留在肩部和螺纹承载面(threadloadflank)上。然而，非常难以仅在螺纹部的螺纹冠部、螺纹根部和螺纹牙面(stabflank)上形成低摩擦润滑层而不在螺纹承载面上形成该层。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：EP0488912A2

专利文献2：EP1350834A1

专利文献3：EP2216576A1

专利文献4：WO2007/063079

发明内容

利用类似在图1中示出的具有密封部和肩部的螺纹接头的专用螺纹接头，通过在组装时在销和箱的密封部之间形成金属与金属密封来确保气密性。

图2示出了组装时这种螺纹接头的扭矩图表(纵坐标：扭矩，横坐标：转数)。如该图所示，随着发生转动，销和箱的螺纹部开始接触并且扭矩逐渐增大。随后，销和箱的密封部彼此接触，扭矩的增大的比率增大。最终，在销的端部的肩部和箱的肩部彼此接触并且开始干涉时(在这种干涉开始时的扭矩被称为台肩扭矩并被表示为Ts)，扭矩急剧增大。在扭矩达到预定的组装扭矩时完成组装。在图2中的最优扭矩表示用于完成组装以实现足够确保销和箱之间密封部中的气密性的接触压力的最优扭矩。基于接头的内径和种类事先设定了最优扭矩的适当的规定值。

当在施加了压缩应力和弯折应力的非常深的井中使用专用螺纹接头的情况下，有时可以以比通常的最优扭矩高的扭矩来进行组装使得确保不会发生松动。在这种情况下，可能发生在销的端面上的肩部和与销的肩部接触的箱的肩部中的任一方或两方的屈服(当屈服发生时的扭矩被称为屈服扭矩Ty)，并且如图2所示，肩部(在示出的情况下销的肩部)塑性变形。当这种屈服发生时，扭矩的增大的比率大幅降低了。

在是待以高扭矩组装的螺纹接头的情况下，有利地使Ty和Ts之间的差或[Ty-Ts](＝△T：肩部抵抗扭矩)大。然而，利用在专利文献2或专利文献3中说明的具有粘性液体或半固体润滑覆膜或固体润滑覆膜的管状螺纹接头，与涂布传统的合成油脂的情况相比Ty减小了。结果，△T变小，在低组装扭矩状态下肩部最终发生屈服，由此有时不可以以高扭矩进行组装。

本发明的目的在于提供一种即使以高扭矩进行组装其肩部也不容易发生屈服且具有不包含有害的重金属的润滑覆膜的管状螺纹接头，其具有优异的耐磨损性、气密性和防锈特性，并且其可以确保大的△T。

已知，即使使润滑覆膜的组分变化以改变润滑覆膜的摩擦系数，但是由于Ts和Ty通常以相同的方式变化，所以△T也不会大幅地改变。例如，如果润滑覆膜的摩擦系数增大了，Ty增大，但是Ts也增大了(该现象被称为高台肩)。结果，在最坏的情况下，在规定的组装扭矩条件下肩部不彼此接触，并且发生未完成组装的被称为无台肩(no-shouldering)的状态。

本发明人发现，利用具有不包含对全球环境造成负担的有害的重金属的固体润滑覆膜的管状螺纹接头，通过在销和箱中的至少一方的接触面(螺纹部和无螺纹金属接触部)的一部分上、具体地在接触面的包括在高压力状态下接触的肩部的部分上且优选地在接触面的包括肩部和密封部的部分上形成第一固体润滑覆膜，并且通过在接触面的其他部分上形成努氏硬度比第一固体润滑覆膜的努氏硬度低的第二固体润滑覆膜，得到了管状螺纹接头，该管状螺纹接头具有充分的耐磨损性、气密性和防锈特性，同时具有大的△T，利用该螺纹接头不存在发生无台肩的危险。

通过第一固体润滑覆膜和第二固体润滑覆膜的努氏硬度的差增大△T的机制通常被认为如下。

作为调查的结果，本发明人发现固体润滑覆膜的硬度越高，则Ty越高，相反地，硬度越低，Ts越低。推测这是因为具有高硬度而因此具有高耐磨耗性的固体润滑覆膜在高压力状态下滑动时不容易变形且不容易排出由于磨损形成的粉末，因此产生了对滑动具有高阻力的滑动面。另一方面，具有低硬度的固体覆膜即使在低压力状态下滑动时也容易变形且容易磨耗，因此滑动面的滑动容易发生。

通常，从诸如金属镀层(高硬度)和橡胶(低硬度)的示例已知存在如下的趋势：具有高硬度的固体润滑覆膜具有低摩擦系数，而具有低硬度的固体润滑覆膜具有高摩擦系数。然而，不能仅通过摩擦系数的大小来解释在管状螺纹接头中在高压或低压状态下具有高硬度或低硬度的固体覆膜的上述表现和作用。据此认为，在接头组装时与Ts和Ty密切相关的因素是在磨耗期间固体覆膜的内部断裂强度(internalfracturestrength)的大小而非在覆膜的表面的摩擦量(滑动的容易性)。

上述专利文献4提出了形成高摩擦润滑覆膜和低摩擦润滑覆膜。然而，固体覆膜的摩擦系数是依赖压力的并且并非总是与覆膜的硬度相关联。在本发明中，不依赖压力的且与固体覆膜的内部断裂强度相关联的硬度被采用来区分第一润滑覆膜和第二润滑覆膜。

通过将销插入箱中、然后转动销或箱来进行管状螺纹接头的组装。最初，仅螺纹部接触以允许螺纹进行螺纹接合，如图2所示，组装扭矩逐渐增大。在组装的最终阶段，密封部和肩部开始接触。当达到了在销和箱之间的密封部中的规定的接触压力(其由诸如最优扭矩等的规定的扭矩表示)时完成了组装。

根据本发明，例如，如图5所示，管状螺纹接头在销和箱的接触面的密封部和肩部上具有第一固体润滑覆膜和在接触面的其它部分(主要是螺纹部)上具有努氏硬度比第一固体润滑覆膜的努氏硬度低的第二固体润滑覆膜。在该螺纹接头中，在密封部和肩部接触之前，由于通过覆盖螺纹部且具有低硬度和低内部断裂强度的第二固体润滑覆膜而发生接触，使得Ts保持小。在组装的最终阶段，当密封部和肩部开始接触时，努氏硬度比第二固体润滑覆膜的努氏硬度高的且涂布密封部和肩部的第一固体润滑覆膜进行接触。因此，覆膜的内部断裂强度高的状态发生，Ty增大。结果，△T增大了。当仅在组装过程中遭受特别高的压力的肩部上形成更硬的第一固体润滑覆膜时，还可以实现由于Ty的增大而使△T增大。

基于以上发现的本发明是C1(略不同)。

努氏硬度(简称为Hk)是一种压痕硬度(indentationhardness)。如以下等式示出的，通过用在压痕硬度试验中得到实验负荷P除以压痕表面面积L²来确定努氏硬度。

Hk＝P/C_p/L²

其中，

Hk：努氏硬度

P：负荷(kgf)

C_p：修正系数(0.070279)，以及

L²：压痕的表面面积(mm²)。

努氏硬度(HK)的值根据硬度而连续地变化，因此通常使用努氏硬度作为能以相对良好的敏感度来测量固体覆膜的表面硬度的硬度定量指标。由努氏硬度试验方法(JISB7734和JISZ2251)规定了测量努氏硬度的方法。例如，使用由岛津制作所(ShimadzuCorporation)制造的型号为HMV-200的微硬度试验机在100克、10秒的条件下测量努氏硬度。在本发明中，采用在这些条件下测量的努氏硬度的值。

接触面的具有上述第一固体润滑覆膜的部分可以仅是肩部，但是优选地是包括密封部和肩部的整个无螺纹金属接触部。

第二固体润滑覆膜可以仅设置在接触面的不具有第一固体润滑覆膜的部分，或者可以设置在包括具有第一固体润滑覆膜的部分的整个接触面上。在后者的情况下，存在形成了第一固体润滑覆膜和第二固体润滑覆膜两者的部分。在这种情况下，将第二固体润滑覆膜制成下层，而将第一固体润滑覆膜制成为上层。

第一固体润滑覆膜和第二固体润滑覆膜的厚度均优选地在10μm-150μm的范围。然而，在具有第一固体润滑覆膜和第二固体润滑覆膜两者的部分中，覆膜的总厚度优选地为至多200μm。

当销和箱中仅一方的接触面具有第一固体润滑覆膜和第二固体润滑覆膜的情况下，不存在对另一构件的接触面的特别限制，而可以不对另一构件的接触面做处理(例如，其可以处于下述的预备表面处理之后的状态)。然而，从防锈特性和润滑特性的角度出发，优选地另一构件的接触面的至少一部分、优选地另一构件的整个接触面上具有如下的表面处理覆膜中的任意一个：

1)液体润滑覆膜(包括粘性液体润滑覆膜和半固体润滑覆膜)；

2)固体润滑覆膜(包括上述第一固体润滑覆膜或第二固体润滑覆膜)；

3)固体防腐覆膜；或

4)组合以上覆膜中的至少两种的多层覆膜。

固体防腐覆膜优选地是基于可UV固化树脂的固体覆膜。

为了增加形成在螺纹接头上的覆膜的附着力或保持性和/或增加螺纹接头的耐磨损性，可以事先通过从喷砂、酸洗、磷酸盐化学转化处理、草酸盐化学转化处理、硼酸盐化学转化处理、电镀、冲击镀以及这些方法组合中选择的一种或多种方法使销和箱中的至少一方、优选地是两者的接触面经受表面处理。

根据本发明的管状螺纹接头的接触面上具有如下的表面处理覆膜：其展示出与由诸如包含有害重金属的传统合成油脂等的润滑油脂形成的覆膜的△T相等或比其大的△T。因此，即使以高扭矩进行组装时也可以在不使肩部发生屈服或产生磨损的情况下进行组装操作。另外，覆膜能够抑制诸如在海洋中的不稳定钻井操作等的严酷的条件下发生磨损。与合成油脂相比，表面处理覆膜基本不包含诸如铅等的有害的重金属，因此其几乎不会给全球环境带来负担。根据本发明的管状螺纹接头抑制了生锈，并且该管状螺纹接头即使在反复组装和拆开的情况下也能继续展示润滑性能，同时在组装之后确保了气密性。

附图说明

图1示意性地示出了专用螺纹接头的无螺纹金属接触部(肩部和密封部)。

图2是组装时的专用螺纹接头的典型的扭矩图表。

图3示意性地示出了在钢管的货运时钢管和联接件的装配结构。

图4示意性地示出了专用螺纹接头的截面。

图5示出了在根据本发明的管状螺纹接头上的覆膜的结构的示例。

图6的(A)和图6的(B)示出了在根据本发明的管状螺纹接头上的覆膜的结构的其它示例。

具体实施方式

以下，将借助于示例详细地说明根据本发明的管状螺纹接头的实施方式。在以下的说明中，除非另有说明，否则百分数表示质量百分数。

图3示意性地示出了典型的管状螺纹接头在货运时的状态。在外表面具有公螺纹部3a的销1形成在钢管A的两端上，在内表面具有母螺纹部3b的箱2形成在联接件B的两侧。事先将联接件B连接到钢管A的一端。尽管在附图中未示出，但是在货运之前，用于保护螺纹部的保护件被安装在钢管A的销和联接件B的箱上，而钢管A的销和联接件B的箱未与其它构件连接。这些保护件在使用螺纹接头之前被移除。

如图所示，对于典型的管状螺纹接头，销形成在钢管的两端的外表面上，箱形成在联接件的内表面上，连接件是单独的构件。还存在不使用连接件的一体的管状螺纹接头，在该一体的管状螺纹接头中钢管的一端被制成销而另一端被制成箱。根据本发明的管状螺纹接头能够采用任意类型。

图4示意性地示出了专用螺纹接头(以下被简称为螺纹接头)的结构，该专用螺纹接头是用于连接石油工业管状物的典型的管状螺纹接头。该螺纹接头包括形成在钢管A的端部的外表面上的销1和形成在联接件B的内表面上的箱2。该销1具有公螺纹部3a、被定位在钢管的端部附近的密封部4a和在销1的端面上的肩部5a。相应地，箱2具有母螺纹部3b、密封部4b和在母螺纹部3b的内侧的肩部5b。

销1和箱2的密封部和肩部构成无螺纹金属接触部，该螺纹接头的无螺纹金属接触部(即，密封部和肩部)和螺纹部构成了螺纹接头的接触面。这些接触面被要求具有耐磨损性、气密性和防锈特性。过去，为了此目的，包含重金属粉末的合成油脂被涂布到接触面，或者在接触面上形成粘性液体、半固体或固体润滑覆膜。然而，如上所述，前者对人类和环境具有有害影响，后者具有如下问题：△T小，因此存在当以高扭矩执行组装的情况下在完成组装之前肩部会屈服的可能性。

在根据本发明的螺纹接头中，销和箱中的至少一方在其接触面的至少包括肩部的部分上具有第一固体润滑覆膜并至少在接触面的不具有第一固体润滑覆膜的部分上具有第二固体润滑覆膜，第一固体润滑覆膜是具有比第二固体润滑覆膜的努氏硬度(knoophardness)高的努氏硬度的覆膜。

以下，将第一固体润滑覆膜称为高硬度固体润滑覆膜，而将第二固体润滑覆膜称为低硬度固体润滑覆膜。

然而，为了释放在螺纹接头组装时被挤出的润滑剂成分的目的，通常在螺纹接头的螺纹部和密封部之间的靠近螺纹部的位置处，设置即使当螺纹接头处于组装状态下销和箱也不彼此接触的部分。在一些螺纹接头中，有意地例如在密封部和肩部之间的位置处设置销和箱不接触的非接触区域。当螺纹接头处于组装状态下时销和箱不接触的部分不包括在接触面中，并且根据本发明的覆膜可以设置在该部分上或者可以不设置在该部分上。

仅在销和箱中的一方或两方的接触面的包括肩部的部分上形成高硬度固体润滑覆膜。接触面的具有高硬度固体润滑覆膜的部分可以仅是肩部，而接触面的具有高硬度固体润滑覆膜的部分优选地是包括密封部和肩部的整个无螺纹金属接触部。即，高硬度固体润滑覆膜优选地形成在接触面的密封部和肩部上。第二固体润滑覆膜或低硬度固体润滑覆膜至少形成在接触面的不具有高硬度固体润滑覆膜的部分上。第二固体润滑覆膜或低硬度固体润滑覆膜可以形成在整个接触面上。在这种情况下，一部分接触面具有两种固体润滑覆膜，并且低硬度固体润滑覆膜被定位在高硬度固体润滑覆膜的下方。还可以仅在未形成高硬度固体润滑覆膜的部分上形成低硬度固体润滑覆膜(诸如仅在螺纹部上形成低硬度固体润滑覆膜)。

当销和箱中的仅一方的一部分接触面具有高硬度固体润滑覆膜和低硬度固体润滑覆膜的情况下，对另一构件的接触面的表面处理没有特别的限制。例如，可以在另一构件的接触面的至少一部分上、优选地在另一构件的整个接触面上形成与用作在构件中的所述一方的接触面上形成的低硬度固体润滑覆膜或高硬度固体润滑覆膜相同种类或不同种类的固体润滑覆膜、液体润滑覆膜、固体防腐覆膜或作为这些覆膜中的两个或更多个覆膜的组合的多层覆膜。液体润滑覆膜包含润滑油的覆膜和粘性液体或半固体的润滑覆膜。可选地，可以使另一构件的接触面未经处理，或者可以使另一构件仅经受以下说明的用于表面粗糙化的预备表面处理(诸如磷酸盐化学转化处理)。

图5以及图6的(A)和图6的(B)示出了在销和箱的接触面上形成的覆膜的结构的各种可能的实施方式。在这些图中，在销1的螺纹部上形成的公螺纹之中，在靠近密封部的最末端处的螺纹3a’被示出为在螺纹切削开始处观察到的不完全的螺纹。通过使得在销的最末端处的螺纹为不完全的螺纹，销的插入变得更容易，并且在销插入时箱的螺纹部损坏的可能性减小。

图5示出了销和箱两者的接触面的无螺纹金属接触部(密封部和肩部)具有高硬度固体润滑覆膜10、而销和箱的接触面的主要是螺纹部的剩余部分具有低硬度固体润滑覆膜11的实施方式。

图6的(A)示出了使销或箱中的一方(图中的销)采用与图5同样的方式具有覆盖无螺纹金属接触部的高硬度固体润滑覆膜10和覆盖接触面的剩余部分的低硬度固体润滑覆膜11、而另一构件(图中的箱)的整个接触面被低硬度固体润滑覆膜11覆盖的实施方式。

图6的(B)示出了使销或箱中的一方(图中的箱)采用与图5同样的方式具有覆盖无螺纹金属接触部的高硬度固体润滑覆膜10和覆盖接触面的剩余部分的低硬度固体润滑覆膜11、而另一构件(图中的销)的整个接触面被固体防腐覆膜12覆盖的实施方式。

如本领域技术人员理解的那样，根据本发明的管状螺纹接头可以具有除了上述那些覆膜之外的覆膜的组合。例如，在图5以及图6的(A)和图6的(B)中示出的实施方式中的任意一个实施方式中，低硬度固体润滑覆膜11还可以存在于高硬度固体润滑覆膜10的下方。即，销和/或箱的包括密封部和肩部的无螺纹金属接触部被由下侧低硬度固体润滑覆膜11和上侧高硬度固体润滑覆膜10组成的两层所覆盖。在这种情况下，可以在整个接触面上形成低硬度固体润滑覆膜11，但是也可以在一部分接触面上形成这种覆膜11。例如，低硬度固体润滑覆膜11可以被形成为从螺纹部覆盖到密封部，由此仅使密封部被上述两层10和11覆盖，而肩部仅由高硬度固体润滑覆膜10覆盖。此外，高硬度固体润滑覆膜10可以仅形成在肩部上。

接下来，将说明能够覆盖根据本发明的管状螺纹接头的接触面的各种类型的覆膜。除非另有说明，关于覆膜的成分的含量的百分数表示质量百分数。该含量与基于用于形成润滑覆膜的覆膜组合物中总固体含量(非易挥发性成分的总含量)的含量大致相同。

[高硬度固体润滑覆膜和低硬度固体润滑覆膜]

高硬度固体润滑覆膜是具有与低硬度固体润滑覆膜的努氏硬度相比具有相对高的努氏硬度的固体润滑覆膜。该高硬度固体润滑覆膜提供了在螺纹接头组装的最终阶段(从销和箱的肩部开始接触直到密封部以预定干涉量(interference)紧密接触)的防滑性。该高硬度固体润滑覆膜具有使得即使在以高扭矩执行组装时肩部也难以发生屈服的效果。

低硬度固体润滑覆膜是具有相对低的努氏硬度的固体润滑覆膜。该低硬度固体润滑覆膜便于在螺纹接头组装的初始阶段(从销和箱的螺纹接触直到销和箱的密封部开始接触)的滑动，并且该低硬度固体润滑覆膜具有降低Ts的效果。

在本发明中，提供了上述效果的高硬度固体润滑覆膜被形成为覆盖销和箱中的至少一方的接触面的包括至少肩部的部分。优选地，包括密封部和肩部的整个无螺纹金属接触部被高硬度固体润滑覆膜覆盖。当螺纹接头具有多个密封部的情况下，优选所有密封部被高硬度固体润滑覆膜覆盖。然而，即使仅密封部中的在螺纹接头组装的最终阶段首先接触的一个密封部涂布有高硬度固体润滑覆膜，也能够实现增大△T的目的。可以根据接头的形状和所需的特性来适当地选择形成高硬度固体润滑覆膜的部分。

本发明适用的固体润滑覆膜的示例是由作为成膜成分(粘合剂(binder))的有机树脂或无机聚合物形成的覆膜。除了成膜成分，固体润滑覆膜可以包含诸如润滑颗粒和防蚀剂(耐腐改性剂)等的各种常见的添加剂。通过改变各成分的组合或各成分的含量，可以形成具有不同努氏硬度的两种类型的固体润滑覆膜，这些覆膜可以用作高硬度固体润滑覆膜和低硬度固体润滑覆膜。

为了增大管状螺纹接头的△T，期望满足以下等式：

(高硬度固体润滑覆膜的努氏硬度)/(低硬度固体润滑覆膜的努氏硬度)≥1.1

该比更优选地为至少1.2、最优选地为至少1.5。该比可以是至少2.0。

可以通过使诸如润滑颗粒等的各种添加剂根据需要在成膜成分的溶液(或分散液(dispersion))中均匀地分散并且根据需要调整粘度以制备覆膜组合物、将该覆膜组合物涂布到螺纹接头的销和箱中的至少一方的接触面、并干燥覆膜来形成高硬度固体润滑覆膜和低硬度固体润滑覆膜两者。可以通过诸如涂刷、浸渍、气喷等的适当的已知方法来涂布覆膜组合物。

润滑颗粒具有改进润滑覆膜的润滑特性并增大耐磨损性的效果。具有这种效果的润滑颗粒的示例为碳酸盐、硅酸盐、氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、氟化物、石墨(包括诸如碳纳米管和纳米碳洋葱等的碳衍生纳米颗粒)、PTFE(聚四氟乙烯)、金属皂等。碳酸盐包括诸如Na₂CO₃、CaCO₃、MgCO₃等的碱金属和碱土金属的碳酸盐。硅酸盐包括M_xO_ySiO₂(其中M是碱金属或碱土金属)。氧化物包括Al₂O₃、TiO₂,、CaO、ZnO、ZrO₂、SiO₂、Fe₂O₃、Fe₃O₄、Y₂O₃等。碳化物包括SiC、TiC等，氮化物包括TiN、BN、AlN、Si₃N₄等，硫化物包括二硫化钼、二硫化钨、PbS等。氟化物包括CaF₂、BaF₂等。可以单独地使用这些物质，或者可以将两种或更多种混合在一起使用。

对润滑颗粒的平均粒径没有特别的限制，但是典型地，优选润滑颗粒的平均粒径在0.5μm-60μm的范围。如果润滑颗粒的平均粒径小于0.5μm，则粉末颗粒容易结块，而变得难以将它们均匀地分散在覆膜中。结果，得到的润滑覆膜的性能可能局部变得不适当。另一方面，如果粒径超过60μm，则不仅覆膜的强度会降低，而且其与基体的附着性也降低，有时不能抑制磨损的发生。

除了润滑颗粒以外，可以在不会使耐磨损性劣化的范围内将包括防蚀剂的各种添加剂添加到固体润滑覆膜。例如，可以添加从锌粉、铬颜料、硅土和铝颜料选择的一种或多种防蚀剂来改善固体润滑覆膜本身的防锈特性。特别优选的防蚀剂是钙离子交换硅胶。固体润滑覆膜可以包含用于调整滑动特性的无机粉末。这种无机粉末的示例是二氧化钛和氧化铋。可以以达到固体润滑覆膜的20％的总量包含这些防蚀剂、无机粉末等(即，除了润滑颗粒以外的粉末成分)。

例如，除了上述成分以外，固体润滑覆膜可以以达到5％的量包含从表面活性剂、染色剂和抗氧化剂等选择的一种或多种少量添加剂。另外，固体润滑覆膜可以包含极小量(最多2％)的极压添加剂、液体润滑剂等。

可以使用有机树脂或无机聚合物(也被称作无机树脂)作为粘合剂(成膜成分)。

优选的有机树脂是具有耐热性、适当的硬度和耐磨耗性的树脂。这种树脂的示例是诸如环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚碳化二亚胺树脂、酚醛树脂、呋喃树脂和硅树脂等的热固性树脂；和诸如聚烯烃、聚苯乙烯、聚氨酯、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、丙烯酸类树脂、热塑性环氧树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚醚醚酮和聚醚砜等的热塑性树脂。使用的树脂可以是两种或更多种树脂的共聚物或共混物。

用于高硬度固体润滑覆膜的优选的粘合剂是聚醚醚酮树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、聚酰胺酰亚胺树脂或环氧树脂。

作为用于有机树脂的溶剂，可以单独的使用或以混合溶剂的方式使用包括水、烃类(诸如甲苯等)、醇类(诸如异丙醇等)、NMP(N-甲基吡咯烷酮)、γ-丁内酯、和二甲亚砜的各种低沸点溶剂。

可以将一种或多种添加剂添加到有机树脂溶液并且使该一种或多种添加剂在有机树脂溶液中均匀地分散以制备覆膜组合物。当使用热固性树脂作为粘合剂的情况下，从覆膜的粘合性和耐磨耗性的角度出发，在将覆膜组合物涂布到螺纹接头的接触面之后，优选加热来固化覆膜。加热温度优选地为至少120℃且更优选地为150℃-380℃。可以基于管状螺纹接头的尺寸来设定加热时间，而且优选地为至少20分钟，更优选地为30分钟-60分钟。

当粘合剂是热塑性树脂的情况下，可以利用使用溶剂的覆膜组合物。然而，还可以通过不使用溶剂的热熔方法来形成热塑性固体润滑覆膜。在热熔方法中，包括热塑性树脂和润滑颗粒的覆膜组合物被加热以使热塑性树脂熔化，并且从具有维持恒定温度(通常在与熔融状态下的组合物的温度相同的温度上下)的温度维持能力的喷枪喷射处于低粘性流体状态的组合物。组合物的加热温度优选地比热塑性树脂的熔点(熔化温度或软化温度)高10℃-50℃。该方法适用于熔点在80℃-320℃、优选地在90℃-200℃的热塑性树脂。

在热熔方法中，被涂布的基体(即，销和/或箱的接触面)优选地被预加热到比热塑性树脂的熔点高的温度。结果，能够获得良好的涂布性。当覆膜组合物包含少量(诸如至多2％)的诸如聚二甲基硅氧烷等的表面活性剂时，即使基体没有被预加热或者即使预加热温度低于热塑性树脂的熔点也能够形成良好的覆膜。在涂布之后，通过空气冷却或自然冷却来冷却基体以使热塑性树脂固化，最终在基体的顶部形成固体润滑覆膜。

可以用作本发明的粘合剂的无机聚合物是具有由诸如Ti-O、Si-O、Zr-O、Mn-O、Ce-O或Ba-O键等的三维交联金属-氧键形成的结构的化合物。这种化合物可以由典型地为金属醇盐的可水解的有机金属化合物的水解和缩合形成(但是还可以使用诸如四氯化钛等的其它可水解的无机化合物)。可用的金属醇盐可以是烷氧基的化合物，该烷氧基是诸如甲氧基、乙氧基、异丙氧基、丙氧基、异丁氧基、丁氧基或叔丁氧基等的低级烷氧基。优选的金属醇盐是钛醇盐或硅醇盐，特别优选的是钛醇盐。这其中，因为异丙醇钛盐的优异的成膜特性而优选的是异丙醇钛盐。

无机高分子化合物可以包含由诸如胺基或环氧基等的官能团取代的烷基。例如，可以使用类似硅烷偶联剂的有机化合物，其中金属醇盐的烷氧基中的一个或两个被具有官能团的非水解的烷基取代。

当粘合剂是无机高分子化合物的情况下，可以通过在金属醇盐的溶液或其部分水解物中使润滑颗粒分散来形成覆膜组合物，并且将覆膜组合物涂布到销和箱中的至少一方的接触面。在干燥之后，形成了由分散了润滑颗粒的具有金属-氧键的无机高分子化合物制成的固体润滑覆膜。在涂布之后，为了通过水解促进成膜，可以进行加湿处理。可以使覆膜在空气中存放预定长度的时间来进行这种处理，优选地该空气具有至少70％的相对湿度。在加湿处理之后优选地进行加热。作为加热的结果，促进了水解物的水解和缩合以及对作为水解的副产物的醇的去除，可以在短时间内形成干燥的覆膜，并且加强了所形成的覆膜的粘合性，结果提高了耐磨损性。优选地在溶剂蒸发之后进行加热。加热温度优选地在接近作为副产物而形成的醇的沸点的100℃-200℃的范围，并且在加热期间将热空气吹到覆膜上是有效的。

为了形成具有高努氏硬度的固体润滑覆膜，例如，可以选择热固性树脂或无机聚合物作为粘合剂，并且/或者可以增加无机固体成分、特别是润滑颗粒的含量。

在不存在低硬度固体润滑覆膜和高硬度固体润滑覆膜重叠的部分的情况下，如图5所示(例如，当低硬度固体润滑覆膜形成在接触面的螺纹部，而高硬度固体润滑覆膜形成在肩部和密封部上的情况下)，可以首先形成固体润滑覆膜中的任一方。在这种情况下，可以最后在单一步骤中执行用于固化覆膜的加热处理。即，在用于形成低硬度固体润滑覆膜和高硬度固体润滑覆膜的覆膜组合物涂布之后执行加热处理。

当存在低硬度固体润滑覆膜和高硬度固体润滑覆膜重叠的部分的情况下(例如，当在整个接触面上形成低硬度固体润滑覆膜的情况下)，首先形成低硬度固体润滑覆膜，然后形成高硬度固体润滑覆膜，使得低硬度固体润滑覆膜变成下层。

如上所述，低硬度固体润滑覆膜和高硬度固体润滑覆膜中的每一方的厚度优选地在10μm-150μm的范围。然而，当存在具有这两种固体润滑覆膜的部分的情况下，两个覆膜的总厚度优选地为至多200μm。当两个固体润滑覆膜不重叠的情况下，高摩擦固体润滑覆膜的覆膜厚度和低摩擦固体润滑覆膜的覆膜厚度优选地大致相同(诸如在±15μm内)，使得在两种覆膜之间的边界处不形成大的台阶。

[固体防腐覆膜]

如上参照图4所述地，在直到管状螺纹接头被实际使用的期间内，经常在还未用于钢管和联接件的连接的销和箱上安装保护件。必要的是，固体防腐覆膜至少不会被安装保护件时施加的力所破坏、不会在运输或存储期间暴露到由于露点(dewpoint)的作用而使水汽凝结而产生的水的情况下而溶解、并且即使在超过40℃的高温下也不容易软化。可以将满足这些要求的任意覆膜用作固体防腐覆膜。例如，固体防腐覆膜可以是可选地包含防蚀剂的热固性树脂的覆膜。

优选的固体防腐覆膜是基于可UV固化树脂的覆膜。可用的可UV固化的树脂体系包括至少单体、低聚物和光聚合引发剂。

单体的一些非限定性示例包括多元醇与(甲基)丙烯酸的多元酯(二酯、三酯、或多元酯)、各种(甲基)丙烯酸酯化合物、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺和苯乙烯。低聚物的一些非限定性示例包括环氧(甲基)丙烯酸酯、聚氨酯(甲基)丙烯酸酯、聚酯(甲基)丙烯酸酯、聚醚(甲酯)丙烯酸酯和有机硅(甲基)丙烯酸酯。

可用的光聚合引发剂是在260nm-450nm的波长处具有吸收性的化合物，该光聚合引发剂的示例是安息香和其衍生物、苯甲酮和其衍生物、苯乙酮和其衍生物、米氏酮、苯甲醇及其衍生物、四烷基秋兰姆一硫化物和噻噁烷。特别优选地使用噻噁烷。

从覆膜强度和滑动特性的角度出发，由可UV固化的树脂形成的固体防腐覆膜可以包含从润滑剂、纤维填料和防蚀剂选择的添加剂。润滑剂的示例为诸如硬脂酸钙和硬脂酸锌等的金属皂，以及聚四氟乙烯(PTFE)树脂。纤维填料的示例是诸如由MaruoCalciumCo.,Ltd.出售的Whiskal等的针状碳酸钙。可以相对于1质量份的可UV固化的树脂而以0.05-0.35质量份的量添加这些添加剂中的一种或多种。防蚀剂的示例是三聚磷酸铝和亚磷酸铝。可以相对于1质量份的可UV固化的树脂而以大约0.10质量份的最大量添加防蚀剂。

由可UV固化的树脂形成的固体防腐覆膜经常是透明的。为了便于通过所形成的固体防腐覆膜的目视检查或图像处理而进行品质检查(检查是否存在覆膜并且检查覆膜厚度的一致性或不均匀性)，固体防腐覆膜可以包含着色剂。可以从颜料、染料和荧光材料选择所使用的着色剂。

所添加的颜料或染料的量相对于1质量份的可UV固化的树脂而优选地为至多0.05质量份。

荧光材料可以是任意荧光颜料、荧光染料和在荧光涂料中使用的荧光物质。包含荧光材料的固体防腐覆膜在可见光的条件是无色或有色透明的，但是当用不可见光(blacklight)或紫外光照射的情况下，其发射光并且显示颜色，因此可以确定是否存在覆膜并且确定覆膜厚度是否不均匀。另外，由于在可见光条件下覆膜是透明的，所以可以观察基体、即在固体润滑覆膜下方的基体的表面。因此，防腐覆膜不会干扰对螺纹接头的螺纹部的是否损坏的检查。所添加的荧光材料的量相对于1质量份的可UV固化的树脂而优选地为大约至多0.05质量份。

优选的着色剂为荧光材料，而特别优选地为荧光颜料。

在将基于可UV固化的树脂的组合物涂布到螺纹接头的接触面之后，用紫外光照射被涂布的表面以固化覆膜，使得形成基于可UV固化的树脂的固体防腐覆膜。可以使用输出波长在200nm-450nm范围的可在市场上获得的UV照射设备来执行利用紫外光的照射。UV光源的示例为高压水银蒸气灯、超高压水银蒸气灯、氙气灯、碳弧灯、金属卤化物灯和阳光。

固体防腐覆膜的厚度(当其包括两个或更多个可UV固化的树脂层时的总厚度)优选地在5μm-50μm的范围、更优选地在10μm-40μm的范围。如果固体防腐覆膜的厚度太小，则不能充分地起到固体防腐覆膜的作用。另一方面，如果固体防腐覆膜的覆膜厚度太大，则当安装诸如保护件等的保护构件的情况下，固体防腐覆膜可能被用于安装保护件的力所损坏，由此导致防腐性变得不充分。

基于可UV固化的树脂的固体防腐覆膜是透明的覆膜，因此不用去除覆膜就能够观察基体的状态，可以在组装之前从覆膜顶部检查螺纹部。因此，通过将固体防腐覆膜形成于在外表面上形成有螺纹且更容易损坏的销的接触面上，可以在留有覆膜的状态下容易地检查由于通常形成在钢管的端部的外表面上而容易损坏的销的螺纹部的损伤。

为此原因，使该固体防腐覆膜优选地形成在销的接触面上，并且使上述高硬度和低硬度固体润滑覆膜优选地形成在箱的接触面上。

关于固体润滑覆膜如果是上述情况的话，优选地通过喷涂来涂布固体防腐覆膜。喷涂包括热熔涂布。

[预备表面处理]

如果根据本发明的管状螺纹接头的待形成高硬度固体润滑覆膜和低硬度固体润滑覆膜或在一些情况下待形成固体防腐覆膜的接触面经受用于表面粗糙化的预备表面处理以从作为加工之后的表面粗糙度的3μm-5μm增大表面粗糙度，则表面粘合性增大了，存在增强覆膜效果的趋势。因此，优选地在形成覆膜之前执行接触面的预备表面处理以使表面粗糙化。

当将覆膜形成在具有大表面粗糙度的接触面的顶部的情况下，覆膜厚度优选地大于粗糙化的接触面的粗糙度Rmax以便完全覆盖接触面。在接触面是粗糙的情况下的覆膜厚度是整个覆膜的覆膜厚度的平均值，可以从覆膜的面积、质量和密度计算该平均值。

用于表面粗糙化的预备表面处理的示例是通过喷射诸如具有球形形状的球体(shot)或具有带角形状的细沙(grit)等的喷砂材料而进行的喷砂处理、通过在诸如硫酸、盐酸、硝酸或氢氟酸溶液等的强酸溶液中浸渍以便使表皮粗糙化的浸蚀、诸如磷酸盐处理、草酸盐处理和硼酸盐处理等的化学转化处理(典型地针状生长的沉淀结晶，结晶表面的粗糙度提高了)、利用诸如Cu、Fe、Sn或Zn等的金属或者这些金属的合金进行电镀(由于对凸部进行了优先电镀而使得表面可以略微变得更粗糙)以及可以形成多孔的镀层的冲击镀。作为电镀的一个示例，形成在金属中具有分散的微小固体颗粒的镀层的复合镀具有从镀层突出的微小固体颗粒，因此能够用作赋予表面粗糙度的方法。可以组合使用两种或更多种类型的预备表面处理。可以根据已知方法执行处理。

不管使用何种方法用于接触面的预备表面处理，在通过预备表面处理进行表面粗糙化之后的表面粗糙度Rmax优选地为5μm-40μm。如果Rmax小于5μm，则润滑覆膜的粘合性和保持力有时会不足。另一方面，如果Rmax超过40μm，则摩擦增大，润滑覆膜不能承受在其经受高压时的剪切力和压缩力，并且变得更易于对覆膜造成损伤或更容易发生覆膜的剥离。

从润滑覆膜的粘合性的角度出发，能够形成多孔覆膜的预备表面处理、即化学转化处理和冲击镀是优选的，在这种情况下，为了使多孔覆膜的Rmax至少为5μm，则覆膜厚度优选地被制成为至少5μm。不存在对覆膜厚度的特别的上限限制，但是通常覆膜厚度为至多50μm且优选地为至多40μm，这也足够了。通过在由预备表面处理形成的多孔覆膜的顶部形成润滑覆膜，通过所谓的锚固效应(anchoreffect)增大润滑覆膜的粘合性。结果，变得即使在反复组装和拆开的情况下固体润滑覆膜的剥离也更加难以发生，并且有效地防止了直接的金属与金属的接触，使得进一步改善了耐磨损性、气密性和防腐特性。

特别优选的用于形成多孔覆膜的预备表面处理是磷酸盐化学转化处理(利用磷酸锰、磷酸锌、磷酸铁锰或磷酸锌钙的处理)和通过冲击镀而形成锌或锌铁合金覆膜。从粘合性的角度出发，优选的是磷酸锰覆膜，而从防腐的角度出发，优选的是能够预期通过锌提供牺牲防腐作用的锌或锌铁合金覆膜。

可以通过以传统的方式浸渍或喷雾来进行磷酸盐化学转化处理。可以使用用于镀锌材料的典型的酸性磷化溶液作为化学转化处理溶液。例如，可以使用包含1g/L-150g/L的磷酸根离子、3g/L-70g/L的锌离子、1g/L-100g/L的硝酸根离子和0g/L-30g/L的镍离子的锌系磷化溶液。还可以使用通常用于螺纹接头的锰系磷化溶液。该溶液的温度为从室温到100℃，根据期望的覆膜厚度可以使处理时间达到15分钟。为了促进覆膜的形成，可以在磷酸盐处理之前将包含胶体钛的表面改性水溶液(aqueoussurfacemodifyingsolution)供给到被处理的表面。在磷酸盐处理之后，优选地进行用热水或冷水的洗涤接着干燥。

可以通过在转桶内使颗粒和待镀覆的材料彼此冲击的机械镀来执行冲击镀，或者通过利用喷射设备使颗粒向待镀覆的材料喷射的喷射镀覆来执行冲击镀。在本发明中，仅对接触面执行镀覆就足够了，因此优选地采用能够局部镀覆的喷射镀覆。从防腐性和粘合性的角度出发，通过冲击镀形成的锌或锌合金的厚度优选地为5μm-40μm。

例如通过向待涂布的接触面喷射表面涂布有锌或锌合金且具有铁基芯材的颗粒形式的喷射材料来执行喷射镀覆。颗粒中的锌或锌合金的含量优选地在20％-60％的范围，而颗粒的直径优选地在0.2mm-1.5mm的范围。作为冲击的结果，仅作为颗粒的覆膜的锌或锌合金附着到作为基体的接触面，并且由锌或锌合金制成的多孔覆膜形成在接触面的顶部。该喷射镀覆能够形成不论钢的类型都具有与钢面的良好粘合性的多孔金属覆膜。

作为另一种预备表面处理，形成单层或多层的特定的电镀尽管几乎不具有表面粗糙化效果，但是可以提高润滑覆膜和基体之间的粘合性，使得管状螺纹接头的耐磨损性获得改善。

这种用于润滑覆膜的预备表面处理的示例是利用诸如Cu、Sn和Ni或它们的合金进行电镀。镀覆可以是单层镀覆或具有两层或更多层的多层镀覆。这种电镀的具体示例是镀Cu、镀Sn、镀Ni、镀Cu-Sn合金、镀Cu-Sn-Zn合金、利用镀Cu和镀Sn的双层镀覆和利用镀Ni、镀Cu和镀Sn的三层镀覆。特别地，当管状螺纹接头是由Cr含量超过5％的钢制成时，磨损极其容易发生。在这种情况下，优选地通过利用Cu-Sn合金或Cu-Sn-Zn合金的单层镀覆或者利用从这些合金镀以及镀Cu、镀Sn和镀Ni选择的两层或更多层的多层金属镀覆来执行预备表面处理，该多层金属镀覆诸如是利用镀Cu和镀Sn的双层镀覆、利用镀Ni和镀Sn的双层镀覆、利用镀Ni和镀Cu-Sn-Zn合金的双层镀覆以及利用镀Ni、镀Cu和镀Sn的三层镀覆等。

可以通过在JP2003-74763A中阐述的方法来形成这些类型的镀覆。在是多层镀覆的情况下，被称作触击电镀(strikeplating)的最下层镀覆(通常是镀Ni)优选地为厚度至多1μm的极薄的镀层。该镀覆厚度(在多层镀覆的情况下的总厚度)优选地在5μm-15μm的范围。

根据另一种预备表面处理，可以形成固体防腐覆膜。

实施例

将通过下面的实施例和比较例来说明本发明的效果。在以下说明中，销的包括螺纹部和无螺纹金属接触部的接触面将被称为销表面，而箱的包括螺纹部和无螺纹金属接触部的接触面将被称为箱表面。表面粗糙度为Rmax。除非另有说明，否则百分数表示质量百分数。

由具有表1中示出的组分的碳钢制成的VAMTOP专用螺纹接头(外径为17.78cm(7英寸)、壁厚为1.036cm(0.408英寸))的销表面和箱表面经受在表2中示出的预备表面处理。此后，在销表面和箱表面上形成如表3和表4示出的高硬度固体润滑覆膜和低硬度固体润滑覆膜以及在某些情况下的固体防腐覆膜。

以下将详细地说明该处理和覆膜组合物。在表4中，无螺纹金属接触部表示密封部和肩部，而螺纹部表示接触面的除了密封部和肩部以外的部分。当在无螺纹金属接触部和螺纹部上形成不同的覆膜的情况下，首先在无螺纹金属接触部上形成固体润滑覆膜，然后在螺纹部上形成单独的固体润滑覆膜。当在螺纹部上形成固体润滑覆膜的情况下，使用遮蔽板(shieldingplate)执行涂布，使得润滑覆膜不形成在之前形成在无螺纹金属接触部上的固体润滑覆膜的顶部。然而，不需要这两个覆膜之间的界限是明显的，即使在边界处存在大约1mm的重叠区域也能够得到本发明的效果。

利用由岛津制作所制造的型号为HMV-200的微硬度试验机、使用在由相同的材料制成的钢板顶部具有以相同的方式形成的固体润滑覆膜的试样、在100g、10秒的条件下来测量各固体润滑覆膜的努氏硬度Hk。

在以上述方式制备的管状螺纹接头上执行以高组装扭矩进行组装的高扭矩组装试验来准备类似图2中示出的扭矩图表，测量扭矩图表中的Ts(台肩扭矩(shoulderingtorque)、Ty(屈服扭矩)和△T(＝Ty-Ts，肩部抵抗扭矩(torqueonshoulderresistance))。

Ts是当肩部开始干涉时的扭矩。具体地，在肩部干涉之后扭矩的变化开始进入线性区域(弹性变形区域)的情况下的扭矩为Ts。Ty为塑性变形开始时的扭矩。具体地，在达到Ts之后、当利用转动使扭矩的变化开始丧失线性且从线性区域分离时的扭矩为Ty。在表5中示出了以表3中的采用传统合成油脂的比较例1的△T被赋予的值为100的情况下的△T(＝Ty-Ts)的相对值。

在各管状螺纹接头上进行反复的组装和拆开试验以评估耐磨损性。在反复的组装和拆开试验中，在组装扭矩为20kN-m、组装速度为10rpm的条件下进行螺纹接头的组装，在拆开之后，调查销表面和箱表面的咬合状态。当由组装产生的咬合刮擦(seizingscratch)轻微且可以在进行修理之后再次组装的情况下，进行修理并且继续进行组装和拆开。进行10次组装。

表1

碳钢的化学组分(％)；其余：铁和杂质

C	Si	Mn	P	S	Cu	Ni	Cr	Mo
									0.24	0.3	1.3	0.02	0.01	0.04	0.07	0.17	0.04

表2

R：表面粗糙度(μm)，t：覆膜厚度(μm)

注意：除了磷酸锌被磷酸锰代替以外，在实施例2中对箱的预备表面处理与上述对销的预备表面处理相同。

表3

表4

Hk：努氏硬度

表5

实施例1

在由具有表1中示出的组分的碳钢制成的专用螺纹接头的销表面和箱表面上进行如下的预备表面处理和覆膜形成，以形成具有图5中示出的结构的覆膜。

[箱表面]

通过机械磨削来对箱表面进行磨光(表面粗糙度为3μm)，然后使箱表面经受均通过电镀执行的Ni触击电镀以及随后的Cu-Sn-Zn合金镀(Cu:56％,Sn:36％,其余的是Zn，以下采用相同的成分)，以得到总厚度为5μm的镀层。在该预备表面处理之后的表面粗糙度为2μm。

在已经经受预备表面处理的箱表面上，在无螺纹金属接触部(密封部和肩部)上形成在表3中示出的固体润滑覆膜1(包含被添加作为润滑颗粒的PTFE的聚醚醚酮(PEEK)树脂、努氏硬度Hk为80且覆膜厚度为大约20μm的覆膜)，然后在螺纹部(除了密封部和肩部以外的部分)上形成在表3中示出的固体润滑覆膜3(努氏硬度Hk为35且覆膜厚度为大约20μm的氟塑料覆膜)。

[销表面]

通过机械磨削对销表面进行磨光(表面粗糙度为3μm)，然后通过在75℃-85℃条件下浸入锌系磷化溶液中6分钟使销表面经受磷酸锌化学转化处理以形成厚度为12μm的磷酸锌覆膜(表面粗糙度为10μm)。

以与箱表面相同的方式使已经经受该预备表面处理的销表面经受覆膜形成。即，在无螺纹金属接触部上形成固体润滑覆膜1，在螺纹部上形成固体润滑覆膜3。各覆膜均具有与箱表面的各覆膜相同的厚度。

如表5中可见，在高扭矩试验中的△T的值为使得当比较例1的△T被赋予100的值的情况下△T的比(以下被称为△T比)为135％。该△T比与比较例2的△T比为48％相比大幅地提高了，其中在比较例2中，在销表面和箱表面的密封部和肩部上形成的固体润滑覆膜以及在销表面和箱表面的螺纹部上形成的固体润滑覆膜与实施例1中的情况相反。

此外，在实施例1中的△T相对于合成油脂(比较例1)的△T增大了35％，其中由于已知比较例1具有令人满意的△T的值，因此使用比较例1作为标准。这证实了，可以利用高扭矩组装实施例1的螺纹接头，而不会在肩部发生屈服。在组装和拆开试验中，组装和拆开10次，而不发生磨损。

实施例2

在由具有表1中示出的组分的碳钢制成的专用螺纹接头的销表面和箱表面上进行下述的预备表面处理和覆膜形成，以形成具有图6的(A)中示出的结构的覆膜。

[箱表面]

通过机械磨削对箱表面进行磨光(表面粗糙度为3μm)，然后通过在90℃-95℃条件下浸入锰系磷化溶液中20分钟使箱表面经受预备表面处理以形成厚度为18μm的磷酸锰覆膜(表面粗糙度为14μm)。

在已经经受该预备表面处理的整个箱表面上，形成固体润滑覆膜3(努氏硬度Hk为35且覆膜厚度为大约20μm的氟塑料)。

[销表面]

使销表面经受与实施例1的销表面完全相同的预备表面处理和覆膜形成。努氏硬度和覆膜厚度与实施例1的完全相同。

如表5所示，在高扭矩试验中的△T比为116％。因而，实施例2的△T与用作标准的合成油脂(比较例1)的△T相比增大了16％。即，证实了可以利用高扭矩组装实施例1的螺纹接头，而不会发生肩部屈服。在组装和拆开试验中，可以执行组装和拆开10次，而不发生磨损。

实施例3

在由具有表1中示出的组分的碳钢制成的专用螺纹接头的销表面和箱表面上进行下述的预备表面处理和覆膜形成，以形成具有图6的(B)中示出的结构的覆膜。

[箱表面]

以与实施例1中的箱表面同样的方式进行箱表面的预备表面处理(磨削、然后进行Ni触击电镀、随后进行Cu-Sn-Zn合金镀)。在已经经受预备表面处理的箱表面上，首先在无螺纹金属接触部上形成在表3中示出的固体润滑覆膜2(包含PTFE和MoS₂作为润滑颗粒的聚酰胺-酰亚胺(PAI)树脂和氟塑料的、努氏硬度Hk为62且覆膜厚度为大约22μm的覆膜)，然后在螺纹部上形成在表3中示出的固体润滑覆膜4(包含作为润滑颗粒的石墨的环氧树脂的、努氏硬度Hk为48且覆膜厚度为大约22μm的覆膜)。

[销表面]

以与实施例1中的销表面相同的方式进行销表面的预备表面处理(磨削，然后进行磷酸锌处理)。以如下的方式在已经经受预备表面处理的整个销表面上形成基于可UV固化的树脂的固体防腐覆膜。

通过将作为防蚀剂的亚磷酸铝和作为润滑剂的聚乙烯蜡添加到由ChugokuMarinePaints,Ltd.制造的市场上可得到的基于环氧丙烯酸树脂的可UV固化的树脂涂料(无溶剂型)(基于总固体含量包含94％的树脂、5％的防蚀剂以及1％的润滑剂)制备所使用的覆膜组合物。在整个销表面上喷涂覆膜组合物，然后利用来自输出为4kW的空气冷却水银蒸气灯的紫外光(波长为260nm)照射覆膜组合物以使覆膜固化。所形成的覆膜具有25μm的厚度，且其是无色和透明的，因此可以从覆膜上方利用裸眼或利用放大镜观察公螺纹部。

在高扭矩试验中，△T比为110％。也存在与比较例3相比△T比增大的明显效果，其中在比较例3中在箱表面的密封部和肩部上形成的固体润滑覆膜和在螺纹部上的固体润滑覆膜与实施例3相反。与使用传统合成油脂的比较例1相比△T比也大。在组装和拆开试验中，可以组装和拆开10次，而不存在任何问题。

比较例1

在具有表1中示出的组分的碳钢制成的专用螺纹接头的销表面和箱表面上进行如下的预备表面处理和润滑处理。

[箱表面]

以与实施例1中的箱表面同样的方式进行箱表面的预备表面处理(磨削、然后进行Ni触击电镀、随后进行Cu-Sn-Zn合金镀)。将粘性液体润滑剂、根据APIBUL5A2的合成油脂涂布到已经经受预备表面处理的整个箱表面，以形成润滑覆膜。在销表面和箱表面上的合成油脂的总涂布重量为50g。总涂布面积为大约1400cm²。

[销表面]

以与实施例1中的销表面相同的方式进行销表面的预备表面处理(磨削，然后进行磷酸锌处理)。将合成油脂涂布到已经经受预备表面处理的整个销表面。

在组装和拆开试验中，在10个组装和拆开周期内，经过第十个周期没有发生磨损。然而，合成油脂包含诸如铅等的重金属，因此对人类和环境有害。

在高扭矩试验中，接头具有使得即使以高扭矩进行组装肩部也不会经受屈服的高Ty，并且该接头具有大△T。对该示例的△T赋予100的值并且使用该△T来计算△T比。

比较例2

在由具有表1中示出的组分的碳钢制成的专用螺纹接头的销表面和箱表面上进行下述的预备表面处理和覆膜形成，以形成具有图5中示出的结构的覆膜。然而，在无螺纹金属接触部和螺纹部上的固体润滑覆膜被形成为与实施例1的相反。即，在无螺纹金属接触部上形成低硬度固体润滑覆膜，在螺纹部上形成高硬度固体润滑覆膜。

[箱表面]

以与实施例1中的箱表面同样的方式进行箱表面的预备表面处理(磨削、然后进行Ni触击电镀、随后进行Cu-Sn-Zn合金镀)。在已经经受预备表面处理的箱表面上，首先在无螺纹金属接触部上形成表3的固体润滑覆膜3(努氏硬度Hk为35且覆膜厚度为大约20μm的氟塑料覆膜)，然后在螺纹部上形成表3中示出的固体润滑覆膜1(包含被添加作为润滑颗粒的PTFE的聚醚醚酮(PEEK)树脂的、努氏硬度Hk为80且覆膜厚度为大约20μm的覆膜)。

[销表面]

以与实施例1中的销表面相同的方式进行销表面的预备表面处理(磨削，然后进行磷酸锌处理)。在已经经过预备表面处理的销表面上进行与箱表面相同的覆膜形成。即，在无螺纹金属接触部上形成固体润滑覆膜3，而在螺纹部上形成固体润滑覆膜1。各覆膜的覆膜厚度与箱表面的各覆膜相同。

在组装和拆开试验中，在10个组装和拆开周期内未发生磨损。然而，在高扭矩试验中，与传统的合成油脂(传统例1)相比，△T比为极低值48％。即，再次证实，如果在密封部和肩部上形成低硬度固体润滑覆膜而在螺纹部上形成高硬度固体润滑覆膜，则△T比大幅降低了。

比较例3

在由具有表1中示出的组分的碳钢制成的专用螺纹接头的销表面和箱表面上进行如下的预备表面处理和覆膜形成，以形成具有图6的(B)中示出的结构的覆膜。然而，以与实施例3相反的方式将固体润滑覆膜形成在箱表面的无螺纹金属接触部和螺纹部。即，在无螺纹金属接触部上形成低硬度固体润滑覆膜，而在箱表面的螺纹部上形成高硬度固体润滑覆膜。

[箱表面]

以与实施例1中的箱表面同样的方式进行箱表面的预备表面处理(磨削、然后进行Ni触击电镀、随后进行Cu-Sn-Zn合金镀)。在已经经受预备表面处理的箱表面上，首先在无螺纹金属接触部上形成在表3中示出的固体润滑覆膜4(包含作为润滑颗粒的石墨的环氧树脂的、努氏硬度Hk为48且覆膜厚度为大约22μm的覆膜)，然后在螺纹部上形成在表3中示出的固体润滑覆膜2(包含PTFE和MoS₂作为润滑颗粒的聚酰胺-酰亚胺树脂和氟塑料的、努氏硬度Hk为62、覆膜厚度为大约22μm的覆膜)。

[销表面]

以与实施例3的销表面完全相同的方式使销表面经受预备表面处理和UV固化固体防腐覆膜的形成。

在组装和拆开试验中，在10个组装和拆开周期内未发生磨损。然而，在高扭矩试验中，△T比与使用传统的合成油脂的比较例1相比为较低的值74％。另外，可以看出，△T比比实施例3的△T比小36％，其中在实施例3中在箱表面的密封部和肩部上形成的固体润滑覆膜和在螺纹部上形成的固体润滑覆膜是相反的。

如上所述，证实了，如果根据本发明在密封部和肩部上形成的固体润滑覆膜的努氏硬度比在螺纹部上形成的固体润滑覆膜的努氏硬度高，则△T比增大了。由于△T高，使得可以进行组装操作而肩部不会产生屈服或甚至在以高扭矩组装时也不会磨损。

为了调查在实施例1-实施例3中制造的管状螺纹接头的防锈特性，在单独制备的试件试样(70mm×150mm×1.0mm厚)上进行如表2所示地对箱的相同的预备表面处理和如表3所示的对箱的润滑覆膜的形成。使试样经受盐水喷雾试验(根据JISZ2371，其与ISO9227对应，温度为35℃且长度为1000小时)和加湿试验(根据JISK5600-7-2，这与ISO6270对应，温度为50℃，相对湿度为98％，长度为200小时)以调查是否生锈。结果，证实了，在实施例1-实施例3的管状螺纹接头的任一试验中均未发生生锈。

当在实施例1-实施例3中的每一个中制备的管状螺纹接头经过气密性试验以及在实际演练设备中的实际使用试验时，均展示了令人满意的特性。△T比使用传统合成油脂的△T高，因此证实了，可以利用高组装扭矩以稳定的方式进行组装。

以上已经参照当前被认为是优选的实施方式说明了本发明，但是本发明不限于上述实施方式。可以在不与从权利要求书和说明书作为整体所领悟的本发明的技术理念相违背的范围内进行修改，并且应当理解，通过这种修改的螺纹接头落入本发明的技术范围内。

Claims (8)

1.一种管状螺纹接头，其由均具有接触面的销和箱构成，所述接触面包括螺纹部和无螺纹金属接触部，所述无螺纹金属接触部包括密封部和肩部，其特征在于，第一固体润滑覆膜存在于所述销和所述箱中的至少一方的接触面的包括所述肩部的部分，第二固体润滑覆膜存在于所述销和所述箱中的所述至少一方的所述接触面的至少不具有所述第一固体润滑覆膜的部分，所述第一固体润滑覆膜的努氏硬度高于所述第二固体润滑覆膜的努氏硬度，当存在所述第一固体润滑覆膜和所述第二固体润滑覆膜两者均存在的部分的情况下，将所述第二固体润滑覆膜定位在所述第一固体润滑覆膜的下方。

2.根据权利要求1所述的管状螺纹接头，其特征在于，所述接触面的包括所述肩部的部分为所述接触面的所述无螺纹金属接触部。

3.根据权利要求2所述的管状螺纹接头，其特征在于，所述销和所述箱中的至少一方的所述无螺纹金属接触部具有所述第一固体润滑覆膜，并且所述销和所述箱中的所述至少一方的所述螺纹部具有所述第二固体润滑覆膜。

4.根据权利要求1所述的管状螺纹接头，其特征在于，所述销和所述箱中的一方的所述接触面在所述接触面的包括所述肩部的部分具有所述第一固体润滑覆膜并且在所述接触面的至少不具有所述第一固体润滑覆膜的部分具有所述第二固体润滑覆膜，所述销和所述箱中的另一方的所述接触面具有固体防腐覆膜。

5.根据权利要求4所述的管状螺纹接头，其特征在于，所述固体防腐覆膜是基于可UV固化的树脂的覆膜。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的管状螺纹接头，其特征在于，所述第一固体润滑覆膜的努氏硬度与所述第二固体润滑覆膜的努氏硬度的比为至少1.1。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的管状螺纹接头，其特征在于，在覆膜形成之前已经通过从喷砂、酸洗、磷酸盐化学转化处理、草酸盐化学转化处理、硼酸盐化学转化处理、电镀、冲击镀以及这些方法中的两种或更多种中选择的方法对所述销和所述箱中的至少一方的所述接触面进行了表面处理。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的管状螺纹接头，其特征在于，所述第一固体润滑覆膜和所述第二固体润滑覆膜中的每一个的覆膜厚度为10μm-150μm，而在存在所述第一固体润滑覆膜和所述第二固体润滑覆膜重叠的部分的情况下，在该部分的所述第一固体润滑覆膜和所述第二固体润滑覆膜的总厚度为至多200μm。