CN106461125A - 钢管用螺纹接头 - Google Patents
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Abstract
螺纹接头在外螺纹部(11)的表面包括固体覆膜(30)，该固体覆膜(30)是在涂布时具有流动性并通过在涂布后被施加硬化处理而形成的。在紧固完成了的状态下，互相相对的外螺纹部(11)的螺纹牙顶面(12)和内螺纹部的螺纹槽底面平坦且在该平坦面彼此之间形成有间隙。在外螺纹部(11)的螺纹牙顶面(12)预先设有螺纹升角与螺纹的螺纹升角一致的螺旋状的槽(40)。槽(40)的最大深度为30μm以上且为螺纹高度的1/5以下。该螺纹接头不会损坏强度性能，且在紧固时能够防止粘扣和异常的紧固扭矩的产生。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于连结钢管的螺纹接头。
背景技术
在油井、天然气井等(以下总称为“油井”)中，为了采掘地下资源而使用被称作油井管(OCTG:Oil Country Tublar Goods)的钢管。钢管被依次连结，钢管的连结使用螺纹接头。对于该钢管用螺纹接头，要求具有能够迅速地进行将钢管彼此连结的紧固作业、和将钢管拆开的钢管的解体作业的功能。另外，对于钢管用螺纹接头，还要求在强度和密封性能的方面也具有较高的可靠性。
钢管用螺纹接头的形式大致分为组合型和整体型。在组合型的情况下，在连结对象的一对管材中，一个管材为钢管，另一个管材为管子接头。在该情况下，在钢管的两端部的外周形成有外螺纹部，在管子接头的两端部的内周形成有内螺纹部。然后，将钢管与管子接头连结起来。在整体型的情况下，连结对象的一对管材均为钢管，而不使用另外的管子接头。该情况下，在钢管的一端部的外周形成有外螺纹部，在另一端部的内周形成有内螺纹部。然后，将一个钢管和另一钢管连结起来。
通常，形成有外螺纹部的管端部的接头部分包含可插入于内螺纹部的要素，因此，被称为公扣接头(peen)。另一方面，形成有内螺纹部的管端部的接头部分由于包含可收入外螺纹部的要素，因此，被称为母扣接头(box)。由于该公扣接头和母扣接头为管材的端部，因此，公扣接头和母扣接头均为管状。
作为钢管用螺纹接头，通用包括在API(American Petroleum Institute(美国石油协会))的标准中规定的、由偏梯形螺纹或圆螺纹构成的螺纹部的螺纹接头。
关于API标准的偏梯形螺纹，以最通常的5TPI(每英寸的螺纹牙的数量为五个)的偏梯形螺纹为例，其主要的尺寸和形状如下所述。在紧固完成了的状态下相接触的斜面(以下称为“载荷侧面”或“载荷面”)的齿侧面角相对于与接头轴线(管轴线)垂直的平面成3°。另一方面，与载荷侧面相反的一侧的斜面(以下称为“插入侧面”或“插入面”)的齿侧面角相对于与接头轴线(管轴线)垂直的平面成10°。螺纹牙的螺纹高度为1.575mm。螺纹牙的宽度为大约2.5mm。在紧固完成了的状态下插入面彼此不接触。虽然取决于油井管的尺寸，但在该插入面彼此之间沿管轴线方向可形成大约0.025mm～0.178mm的间隙。
API标准的偏梯形螺纹的载荷面的齿侧面角为3°，载荷面以正角倾斜。因此，若施加非常大的拉伸载荷，则存在产生螺纹滑脱现象、所谓的脱扣的风险。另外，API标准的偏梯形螺纹基本上以在紧固完成了的状态下仅在插入面彼此之间形成螺纹间隙、且形成较窄的螺纹间隙的方式设计。因此，在紧固中，涂布的润滑剂有可能被封入螺纹间隙而暂时成为非常高的高压，导致旋入所需的扭矩变得过高或不稳定。
谋求比近年的API标准螺纹接头提高了强度、密封性能等的特殊螺纹接头具有采用在用于弥补上述问题上下了功夫的修正偏梯形螺纹的倾向。例如，为了防止脱扣，将载荷面的齿侧面角设为负角。另外，为了防止润滑剂的压力上升，设为在紧固完成的状态下在螺纹的螺纹牙顶面和与其相对的螺纹槽底面这些面彼此之间也形成间隙这样的螺纹牙形状。
图1是表示以往的特殊螺纹接头的修正偏梯形螺纹的一例子的纵剖视图。图1中用空心箭头表示公扣接头10相对于母扣接头20的旋入行进方向。
公扣接头10包括外螺纹部11，母扣接头20包括供公扣接头10的外螺纹部11旋入的内螺纹部21。外螺纹部11包括平坦的螺纹牙顶面12、平坦的螺纹槽底面13、插入侧面14以及与该插入侧面相反的一侧的载荷侧面15。另一方面，内螺纹部21包括与外螺纹部11的螺纹槽底面13相对的平坦的螺纹牙顶面22、与外螺纹部11的螺纹牙顶面12相对的平坦的螺纹槽底面23、与外螺纹部11的插入侧面14相对的插入侧面24以及与外螺纹部11的载荷侧面15相对的载荷侧面25。
在紧固完成了的状态下，公扣接头10的外螺纹部11与母扣接头20的内螺纹部21嵌合密合，外螺纹部11的载荷侧面15与内螺纹部21的载荷侧面25彼此相接触，外螺纹部11的螺纹槽底面13与内螺纹部21的螺纹牙顶面22互相接触。但是，在紧固中和紧固完成了的状态的任一状态下，外螺纹部11的螺纹牙顶面12与内螺纹部21的螺纹槽底面23的面均未接触，而形成有间隙。另外，外螺纹部11的插入侧面14、内螺纹部21的插入侧面24在紧固完成了的状态下也未接触，而形成有螺纹间隙。
另外，图1中未图示，公扣接头10和母扣接头20分别包括台肩部(扭矩台肩)。台肩部伴随着公扣接头10的旋入而互相接触并按压，从而起到用于限制公扣接头10的旋入的止挡件的作用。另外，台肩部在紧固完成了的状态下起到对载荷侧面15、25施加所谓的螺纹的紧固轴向力的作用。
图1所示的螺纹除了载荷面15、25的齿侧面角θ为-3°、以及在外螺纹部11的螺纹牙顶面12与内螺纹部21的螺纹槽底面23之间形成有0.2mm左右的螺纹间隙这两个方面以外，与API标准的偏梯形螺纹几乎相同。
通常，在油井的现场，在井口的正上方设有作业区(平台)和高台，在平台例如固定有具有内螺纹部的母扣接头。将作为具有外螺纹部的公扣接头的钢管吊起到固定于该平台的母扣接头的正上方，并一边使其下降一边将其旋入母扣接头。
在公扣接头的螺纹部和母扣接头的螺纹部涂布作为润滑剂的复合润滑脂，利用被称为动力钳的专门的紧固设备将两者紧固起来。
螺纹部被设计为外螺纹部的螺纹槽底面与内螺纹部的螺纹牙顶面随着旋入的行进而互相干涉(接触)，从而紧固扭矩随着旋入的行进而逐渐增大。另外，在台肩部互相抵接时，旋入的旋转阻力急剧增加，紧固扭矩急剧增大。该台肩部抵接的现象被称为抵肩(日文：ショルダリング)，抵肩瞬间的紧固扭矩被称为抵肩扭矩。
若在抵肩后仍继续旋入，则台肩部塑性变形，紧固扭矩无法进一步增大，或急剧下降。在该现象发生的瞬间产生的紧固扭矩被称为过扭矩(日文：オーバートルク)。若以抵肩扭矩与过扭矩之间的紧固扭矩完成紧固，则特殊螺纹接头以最佳的状态被连结起来。即，在螺纹接头内部产生适当的紧固轴向力，螺纹的啮合变得牢固而不会轻易地松弛。另外，在公扣接头和母扣接头具有金属接触密封部(日文：メタルタッチシール部)的情况下，该密封部按照设计的那样相互干涉并发挥密封性能。由此，油井的现场的螺纹紧固作业将紧固扭矩的目标扭矩适当设定在抵肩扭矩与过扭矩之间，并一边监视紧固扭矩一边进行作业。
若因某种理由导致实际上虽然是在产生抵肩前但紧固扭矩却异常上升而到达目标扭矩，则虽然为所谓的紧固不足的状态但是紧固完成。这样的现象被称为超抵肩(日文：ハイショルダリング)(抵肩扭矩变得高于目标扭矩的不良状况)。
除了以上这样的钢管用螺纹接头的强度、密封性能等的改进技术以外，为了应对近年的环境限制、紧固作业效率化的要求，代替复合润滑脂，而提案了使用固体或半固体的润滑覆膜、固体防腐覆膜的技术。
国际公开WO2007/042231号公报(专利文献1)公开了一种在公扣接头的螺纹部和母扣接头的螺纹部形成有不发粘的较薄的润滑覆膜的螺纹接头。该润滑覆膜是通过使固体润滑剂的粒子在显示出塑性型或粘塑性型的流变特性(流动特性)的固体粘合料中分散而成的。粘合料优选的是熔点在80℃～320℃的范围内，利用熔融状态下的喷涂(热熔喷涂法)、使用了粉末的喷镀、或水性乳胶的喷涂，形成为覆膜。例如，在热熔法所使用的覆膜的组合物中，作为热塑性聚合物而含有聚乙烯，作为润滑成分而含有蜡(例：巴西棕榈蜡)和金属皂(例：硬脂酸锌)，作为腐蚀抑制剂而含有磺酸钙。
国际公开WO2009/072486号公报(专利文献2)公开了一种在公扣接头的螺纹部和母扣接头的螺纹部形成有相互不同的固体覆膜的钢管用螺纹接头。公扣接头的覆膜为以紫外线硬化树脂为主要成分的固体防腐覆膜，优选为透明。另一方面，母扣接头的覆膜优选为包括含有热塑性聚合物、蜡、金属皂、腐蚀抑制剂、水不溶性液状树脂以及固体润滑剂的组合物、利用热熔法形成的、显示出塑性型或粘塑性型的流变特性的固体润滑覆膜。
这些固体润滑覆膜和固体防腐覆膜在涂布时均为具有塑性型或粘塑性型的流动性的半固体状，并使用刷子、喷射器等以使膜厚尽可能地均匀的方式将这些固体润滑覆膜和固体防腐覆膜涂布于螺纹接头。涂布的润滑剂被施加与各自的覆膜的特性相匹配的硬化处理(冷却、紫外线照射等)并固化，而成为固体覆膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开WO2007/042231号公报
专利文献2：国际公开WO2009/072486号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，像根据后述的本发明人的调查和观察结果所明确的那样，上述覆膜实际上在从涂布于螺纹部开始到固化为止的过程中产生不均匀的膜厚分布。具体而言，在螺纹牙的角部，膜厚变薄，在螺纹槽底的拐角部，膜厚变厚。另外，在具有平坦的螺纹牙顶面和平坦的螺纹槽底面的偏梯形螺纹中，螺纹牙顶面的中央部的膜厚变得特别厚，螺纹槽底面的中央部的膜厚虽然不及螺纹牙顶面的中央部的程度，但也变得较厚。这样的覆膜的膜厚分布在固化后仍被维持，而使固体覆膜的膜厚变得不均匀。
若固体覆膜过薄，则在螺纹接头的紧固过程中由于滑动而导致螺纹部的基体金属露出并粘扣(日文：焼き付く)。即，过薄的固体覆膜无法发挥作为润滑覆膜的作用。因此，固体覆膜需要一定程度以上的膜厚。但是，若欲以能够充分地确保覆膜厚度最薄的螺纹牙角部处的膜厚的方式涂布润滑剂，则在其他的区域、特别是螺纹牙顶面的中央部，膜厚变得过厚。固化后的非常厚的固体覆膜容易剥离，而使覆膜的密合性和耐久性较低。
另外，在外螺纹部的螺纹牙顶面和与其相对的内螺纹部的螺纹槽底面这些面彼此之间形成有螺纹间隙的修正偏梯形螺纹的情况下，形成于外螺纹部的螺纹牙顶面的过剩的固体覆膜填补该间隙。这样的情况在紧固时阻碍顺畅的旋入的旋转，成为紧固扭矩-圈线图(日文：トルクーターン線図)的紊乱(凹凸不平、平直(日文：プラトー))的原因，或导致抵肩扭矩的异常增大，并引起超抵肩。另外，紧固扭矩-圈线图是将纵轴设为紧固扭矩、将横轴设为紧固圈数的、表示紧固过程的扭矩反作用力的图。该线图还被称为扭矩图。
如上所述，若固体覆膜的膜厚不均匀，则会产生较多的不良状况。但是，所述专利文献1和专利文献2均完全未提及由固体覆膜的不均匀的膜厚导致的不利影响，且完全未着眼于固体覆膜的均匀化。另外，除所述专利文献1和专利文献2以外还存在大量的与钢管用螺纹接头的固体覆膜相关的技术，但是，在这些技术中也均完全没有讨论用于解决由不均匀的膜厚引起的上述问题的方法。
本发明的目的在于提供一种即使在螺纹部具有固体覆膜也能在紧固过程中防止粘扣和异常的紧固扭矩的产生的钢管用螺纹接头。
用于解决问题的方案
在本发明的一实施方式的钢管用螺纹接头中，该钢管用螺纹接头包括具有锥形螺纹的外螺纹部的管状的公扣接头、和具有锥形螺纹的内螺纹部的管状的母扣接头，通过将所述外螺纹部旋入到所述内螺纹部从而紧固所述公扣接头和所述母扣接头。
在该钢管用螺纹接头中，
在所述外螺纹部和所述内螺纹部中的至少一者的表面包括固体覆膜，该固体覆膜是在涂布时具有流动性且在涂布后通过被施加硬化处理而形成的，
在紧固完成了的状态下，成为以下所述的任一结构：
互相相对的所述外螺纹部的螺纹牙顶面和所述内螺纹部的螺纹槽底面平坦且在该平坦面彼此之间形成有间隙；
互相相对的所述外螺纹部的螺纹槽底面和所述内螺纹部的螺纹牙顶面平坦且在该平坦面彼此之间形成有间隙；或者
互相相对的所述外螺纹部的螺纹牙顶面和所述内螺纹部的螺纹槽底面平坦且在该平坦面彼此之间形成有间隙，且互相相对的所述外螺纹部的螺纹槽底面和所述内螺纹部的螺纹牙顶面平坦且在该平坦面彼此之间形成有间隙。
在要形成所述间隙的所述各个平坦面中的要形成所述固体覆膜的平坦面上预先设有一条或多条螺纹升角与螺纹的螺纹升角一致的螺旋状的槽。
所述槽的最大深度为30μm以上且为螺纹高度的1/5以下。
上述的螺纹接头能够采用以下的结构。
所述外螺纹部和所述内螺纹部分别包括螺纹牙顶面、螺纹槽底面、插入侧面以及载荷侧面。
上述的螺纹接头能够采用以下的结构。
所述固体覆膜形成于所述外螺纹部，所述间隙形成于所述外螺纹部的所述螺纹牙顶面与所述内螺纹部的所述螺纹槽底面这些平坦面彼此之间，
在所述外螺纹部的所述螺纹牙顶面设有所述槽。
代替于此，上述的螺纹接头能够采用以下的结构。
所述固体覆膜形成于所述外螺纹部，所述间隙形成于所述外螺纹部的所述螺纹槽底面与所述内螺纹部的所述螺纹牙顶面这些平坦面彼此之间，
在所述外螺纹部的所述螺纹槽底面设有所述槽。
代替于此，上述的螺纹接头能够采用以下的结构。
所述固体覆膜形成于所述外螺纹部，所述间隙形成于所述外螺纹部的所述螺纹牙顶面与所述内螺纹部的所述螺纹槽底面这些平坦面彼此之间、和所述外螺纹部的所述螺纹槽底面与所述内螺纹部的所述螺纹牙顶面这些平坦面彼此之间，
在所述外螺纹部的所述螺纹牙顶面和所述螺纹槽底面设有所述槽。
代替于此，上述的螺纹接头能够采用以下的结构。
所述固体覆膜形成于所述内螺纹部，所述间隙形成于所述外螺纹部的所述螺纹牙顶面与所述内螺纹部的所述螺纹槽底面这些平坦面彼此之间，
在所述内螺纹部的所述螺纹槽底面设有所述槽。
代替于此，上述的螺纹接头能够采用以下的结构。
所述固体覆膜形成于所述内螺纹部，所述间隙形成于所述外螺纹部的所述螺纹槽底面与所述内螺纹部的所述螺纹牙顶面这些平坦面彼此之间，
在所述内螺纹部的所述螺纹牙顶面设有所述槽。
代替于此，上述的螺纹接头能够采用以下的结构。
所述固体覆膜形成于所述内螺纹部，所述间隙形成于所述外螺纹部的所述螺纹牙顶面与所述内螺纹部的所述螺纹槽底面这些平坦面彼此之间、和所述外螺纹部的所述螺纹槽底面与所述内螺纹部的所述螺纹牙顶面这些平坦面彼此之间，
在所述内螺纹部的所述螺纹槽底面和所述螺纹牙顶面设有所述槽。
另外，上述的螺纹接头能够采用以下的结构。
在紧固完成了的状态下互相相对的所述外螺纹部的插入侧面与所述内螺纹部的插入侧面不接触。
另外，上述的螺纹接头能够采用以下的结构。
所述槽的截面形状为梯形形状、矩形形状、三角形形状、圆弧形状、或椭圆圆弧形状。
上述的螺纹接头能够采用以下的结构。
所述槽的截面的两端的圆倒角角部的倒角R尺寸小于所述螺纹牙顶面与载荷侧面之间的圆倒角角部的倒角R尺寸。
上述的螺纹接头优选采用以下的结构。
在设有所述槽的所述平坦面上，所述槽的宽度的合计为该平坦面的整个宽度的1/3以上。
上述的螺纹接头能够采用以下的结构。
所述公扣接头和所述母扣接头分别在一个部位或两个部位包括在旋入过程中互相接触的台肩部。
另外，上述的螺纹接头能够采用以下的结构。
所述公扣接头和所述母扣接头分别在一个部位或两个部位包括在紧固完成了的状态下互相接触的密封部。
另外，上述的螺纹接头能够采用以下的结构。
所述公扣接头的所述外螺纹部和所述母扣接头的所述内螺纹部分别为沿管轴线方向被分割为两份的两段螺纹或分割为三份而成的三段螺纹。
发明的效果
本发明的钢管用螺纹接头具有即使在螺纹部具有固体覆膜也能够在紧固过程中防止粘扣和异常的紧固扭矩的产生的效果。
附图说明
图1是表示以往的特殊螺纹接头的螺纹部所采用的修正偏梯形螺纹的一例子的纵剖视图。
图2是表示在公扣接头的外螺纹部的修正偏梯形螺纹上形成有覆膜的情况的纵剖视图。
图3是表示在本发明的第1实施方式的螺纹接头中在公扣接头的外螺纹部形成有覆膜的情况的纵剖视图。
图4是表示在本发明的第2实施方式的螺纹接头中在公扣接头的外螺纹部形成有覆膜的情况的纵剖视图。
图5是表示在本发明的第3实施方式的螺纹接头中在公扣接头的外螺纹部形成有覆膜的情况的纵剖视图。
图6是表示在本发明的第4实施方式的螺纹接头中在公扣接头的外螺纹部形成有覆膜的情况的纵剖视图。
图7是表示在本发明的第5实施方式的螺纹接头中在母扣接头的内螺纹部形成有覆膜的情况的纵剖视图。
图8是表示在本发明的第6实施方式的螺纹接头中在母扣接头的内螺纹部形成有覆膜的情况的纵剖视图。
图9是表示在本发明的第7实施方式的螺纹接头中在公扣接头的外螺纹部形成有覆膜的情况的纵剖视图。
图10是表示采用了高扭矩螺纹的本发明的第8实施方式的螺纹接头的螺纹部的一例子的纵剖视图。
图11是表示在采用了高扭矩螺纹的以往的螺纹接头中在公扣接头的外螺纹部形成有覆膜的情况的纵剖视图。
图12是表示在采用了高扭矩螺纹的本发明的第8实施方式的螺纹接头中在公扣接头的外螺纹部形成有覆膜的情况的纵剖视图。
图13是表示本发明的螺纹接头的一例子的纵剖视图。
图14是表示本发明的螺纹接头的一例子的纵剖视图。
具体实施方式
本发明人首先着眼于为了形成固体覆膜而涂布于螺纹部的固化前的覆膜并实施详细的调查和观察，查明了产生覆膜的不均匀的膜厚分布的机理、及该膜厚分布的倾向。
图2是表示在以往的特殊螺纹接头所采用的修正偏梯形螺纹表面形成有覆膜的情况的纵剖视图。图2所示的公扣接头10的外螺纹部11为所述图1所示的以往的螺纹接头所采用的外螺纹部，与母扣接头的内螺纹部成对。在紧固完成了的状态下，在外螺纹部11的螺纹牙顶面12与内螺纹部的螺纹槽底面这些面彼此之间形成有间隙，在外螺纹部11的插入面14与内螺纹部的插入面这些面彼此之间形成有间隙。另一方面，外螺纹部11的螺纹槽底面13与内螺纹部的螺纹牙顶面相接触(干涉)。外螺纹部11的载荷面15与内螺纹部的载荷面这些面彼此在紧固轴向力的作用下相接触。螺纹牙顶面12和螺纹槽底面13为平坦面。
通过在这样的公扣接头10的外螺纹部11涂布上述的具有流动性的覆膜，并对该覆膜施加硬化处理，从而形成固体覆膜30。如图2所示，固体覆膜30的膜厚最薄的部位为螺纹牙的角部、即连接螺纹牙顶面12和载荷面15的圆倒角角部12a、和连接螺纹牙顶面12和插入面14的圆倒角角部12b。固体覆膜30的膜厚最厚的部位为螺纹槽底的拐角部、即连接螺纹槽底面13和载荷面15的圆倒角拐角部13a、和连接螺纹槽底面13和插入面14的圆倒角拐角部13b。固体覆膜30的膜厚次薄的部位为载荷面15和插入面14。固体覆膜30的膜厚次厚的部位为螺纹牙顶面12的中央部。螺纹槽底面13的中央部的膜厚虽然不及螺纹牙顶面12的中央部的膜厚但仍较厚。
这样的固体覆膜的不均匀的膜厚分布由于以下的理由而产生。固化前的覆膜为具有流动性的半固体状态，因此，在表面张力的作用下流动。表面张力向减小被暴露于大气中的覆膜的界面的自由能的方向对半固体状态下的覆膜发挥作用。换言之，表面张力向尽可能地减小覆膜的自由表面的表面积的方向发挥作用。另一方面，要被涂布覆膜的螺纹部的表面为螺纹这样的凹凸面。因此，涂布于螺纹部的半固体状态的覆膜即使利用刷子、喷射器等尽可能地被均匀地涂布，在螺纹牙的角部和螺纹槽底的拐角部这样的具有曲率的表面的部位，在表面张力的作用下，在固化前也会以覆膜的表面积减小的方式流动。另外，在涂布于螺纹部的半固体状态的覆膜上还稍微作用有重力。由于这些影响，而产生覆膜的不均匀的膜厚分布。
最终的膜厚分布由上述的表面张力和重力、与半固体状态的覆膜的流动性(粘性)和润湿性之间的平衡来决定。另外，在一边使公扣接头旋转一边进行覆膜的涂布的情况下，离心力等也会对膜厚分布产生影响。螺纹牙顶面和螺纹槽底面均为平坦面，但是，在螺纹牙顶面的中央部，由于自螺纹牙的两端的角部被挤出的覆膜累积，因此，膜厚变得非常厚。另一方面，在螺纹槽底面的中央部，由于覆膜被螺纹槽底的两端的拐角部吸取，因此，膜厚不会变得像螺纹牙顶面的中央部那样厚。这样的情况在母扣接头的内螺纹部也相同。
根据被涂布的覆膜的半固体状态的性状不同，膜厚分布较大程度地不同。例如在采用与所述专利文献1所公开的覆膜的性状接近的性状的覆膜的情况下，若为了避免螺纹接头紧固过程中的粘扣等而欲将螺纹牙的具有膜厚变得最薄的倾向的角部的膜厚最低确保在10μm～20μm左右，则螺纹牙顶面的中央部的膜厚超过100μm。
本发明人尝试了调整决定半固体状态的覆膜的流动性和润湿性的覆膜的性状，并降低覆膜的不均匀的膜厚分布。但是，得到了以下的结论：仅通过调整覆膜性状，无法有效地减少不均匀的膜厚分布，而存在限度。
于是，本发明人根据上述的膜厚分布的产生机理，着眼于引起不均匀的膜厚分布的主要原因为表面张力的情况，并得到了以下的见解。表面张力使界面产生与界面的曲率成正比(与曲率半径成反比)的压差。该压差成为使覆膜流动的驱动力。然后，半固体状态的覆膜流动，直到该驱动力与重力等物体力平衡为止，其结果，产生不均匀的膜厚分布。换言之，产生覆膜的不均匀的膜厚分布的驱动力很大程度上取决于界面的曲率、即欲被涂布覆膜的表面的形状。由此，可以说，若将欲被涂布覆膜的表面设为适当的形状，则能够控制固体覆膜的膜厚分布。
本发明人根据以上的见解想到：积极地利用作用于涂布于螺纹部的覆膜的表面张力，由此，能够降低不均匀的膜厚分布。例如，对以下的情况进行了研究：如所述图2所示，在公扣接头10的外螺纹部11形成有固体覆膜30，在紧固完成了的状态下相互平坦的螺纹牙顶面12与内螺纹部的螺纹槽底面这些面彼此之间形成有间隙。该情况下，若在平坦的螺纹牙顶面12的中央部预先设有较浅的槽，则该螺纹牙顶面12的半固体状态的覆膜向膜厚变薄的方向扩展，并变薄。该槽为螺纹升角与外螺纹部11的螺纹的螺纹升角一致的螺旋状的槽。如上所述，在螺纹牙顶面12为平坦面时，螺纹牙顶面12处的固体覆膜的膜厚具有变厚的倾向。该膜厚若过厚，则不仅对覆膜的密合性和耐久性产生不良影响，还会对螺纹接头紧固过程中的紧固扭矩产生不良影响。因此，使螺纹牙顶面12处的固体覆膜的膜厚变薄是极为有用的。
另外，对以下的情况进行了研究：同样地在公扣接头的外螺纹部形成有固体覆膜，在紧固完成了的状态下相互平坦的螺纹槽底面与内螺纹部的螺纹牙顶面这些面彼此之间形成有间隙。该情况下，若螺纹槽底面处的固体覆膜的膜厚过厚，则不仅对覆膜的密合性和耐久性产生不良影响，还会对螺纹接头紧固时的紧固扭矩产生不良影响。若螺纹槽底面为平坦面，则如上所述，螺纹槽底面处的固体覆膜的膜厚虽然不及螺纹牙顶面那样的程度，但是也具有变厚的倾向。但是，若在螺纹槽底面的中央部预先设有较浅的槽，则半固体状态的覆膜向膜厚变薄的方向扩展，并变薄。该槽也为螺纹升角与外螺纹部11的螺纹的螺纹升角一致的螺旋状的槽。
这些情况于在母扣接头的内螺纹部形成有固体覆膜的情况下也相同。即，在内螺纹部上形成有固体覆膜并在紧固完成了的状态下在互相平坦的外螺纹部的螺纹牙顶面与内螺纹部的螺纹槽底面这些面彼此之间形成有间隙的情况下，在内螺纹部的平坦的螺纹槽底面的中央部预先设有较浅的槽即可。在同样地在内螺纹部上形成有固体覆膜并在紧固完成了的状态下在互相平坦的外螺纹部的螺纹槽底面与内螺纹部的螺纹牙顶面这些面彼此之间形成有间隙的情况下，在内螺纹部的平坦的螺纹牙顶面的中央部预先设有较浅的槽即可。这些槽为螺纹升角与内螺纹部的螺纹的螺纹升角一致的螺旋状的槽。
在此，考虑了上述的槽的形状、宽度、深度等各种因素。首先，对以下的情况进行了研究：要形成固体覆膜的对象为外螺纹部，要在紧固完成了的状态下形成间隙的对象为外螺纹部的螺纹牙顶面与内螺纹部的螺纹槽底面这些面彼此之间，在外螺纹部的螺纹牙顶面上设有槽。该情况下的螺纹接头为采用了修正偏梯形螺纹的特殊螺纹接头。在紧固完成了的状态下，外螺纹部的螺纹槽底面与内螺纹部的螺纹牙顶面相接触(干涉)，且相互的载荷面彼此在紧固轴向力的作用下相接触，在相互的插入面彼此之间形成间隙。
若在外螺纹部的螺纹牙顶面设置很深的槽，则导致螺纹牙自身的刚性明显下降，而不可避免地导致螺纹接头的强度性能的下降。另外，很深的槽使螺纹切削加工的工时变多，使螺纹接头的生产率下降。另外，若槽很深，则被引入槽的半固体状态的覆膜变多，而使槽周围的覆膜的量不足。该情况下，无法获得期望的膜厚，容易产生粘扣等。另外，充满于槽的浪费的覆膜的量变多，并不经济。
另外，作为单纯的构想，考虑有：不在螺纹牙顶面设置槽，而将螺纹牙顶面处的间隙扩大到非常厚的覆膜的膜厚以上。通过扩大间隙，使该间隙不会被非常厚的覆膜填埋。因此，能够期待防止上述的扭矩图的紊乱、超抵肩等不良情况的产生。
但是，在钢管用螺纹接头中，对尺寸的限制较明显，且要求在被限制的尺寸的范围内进行设计。因此，扩大螺纹牙顶面处的间隙会产生另外的尺寸变更。由此，新的问题则明显化。例如，随着将外螺纹部的螺纹高度变低，则螺纹的啮合强度下降。与此相反，随着将内螺纹部的螺纹高度变高，则母扣接头的危险截面部的截面积变小。由此，螺纹接头所能承受的拉伸载荷下降，螺纹接头的强度性能下降。在此，母扣接头的危险截面部的截面积为螺纹的啮合端部的螺纹槽底处的截面积。螺纹接头所能承受的拉伸载荷的大小由该截面积的大小来决定。
另外，仅通过简单地扩大螺纹牙顶面处的间隙，则覆膜的不均匀的膜厚分布自身会不受任何限制就产生。因此，完全没有消除覆膜容易剥离这样的问题。
根据这些情况，本发明人反复进行了深入研究。其结果得知：虽然取决于要被涂布的覆膜的半固体状态的性状，但是，在外螺纹部的螺纹牙顶面上设置槽的情况下的槽的深度至少不需要大于螺纹牙顶面处的间隙。若形成于螺纹牙顶面的槽的深度为覆膜所需的最小膜厚的几倍至20倍左右，则螺纹牙顶面的半固体状态的覆膜在表面张力的作用下向膜厚变薄的方向扩展，并变薄。更具体而言，形成于螺纹牙顶面的槽的深度为30μm以上即可。另一方面，槽的深度的上限为螺纹高度的1/5以下即可。这是因为能够确保螺纹牙自身的刚性。而且，这是因为，若槽周围的膜厚不变得过薄，则能够抑制耐粘扣性的降低。另外，这是因为能够防止覆膜的浪费。
另外，本发明人对在外螺纹部的螺纹牙顶面上设置槽的情况下的槽的截面形状反复进行了各种研究。其结果得知：槽的截面形状只要是梯形形状、矩形形状、三角形形状、圆弧形状或椭圆圆弧形状、以及将这些形状组合而成的形状，就能够对螺纹牙顶面的覆膜的薄膜化起到一定的效果。在任一形状中，在槽的截面上的两端均形成有圆倒角角部，该圆倒角角部的倒角R尺寸较小。因此，在螺纹牙顶面的半固体状态的覆膜上，在槽的截面上的两端的圆倒角角部，表面张力以使膜厚变薄的方式较大程度地作用。相伴于此，该较大的表面张力吸引圆倒角角部的周围的覆膜、特别是螺纹牙顶面的中央部的覆膜，并向使膜厚变薄的方向发挥作用。其结果，能够均匀地将螺纹牙顶面的覆膜的膜厚抑制得较薄。与此同时，能够抑制螺纹牙角部、即连接螺纹牙顶面和载荷面的圆倒角角部、和连接螺纹牙顶面和插入面的圆倒角角部处的覆膜的明显的薄膜化。
在槽的截面形状为梯形形状的情况下明显产生这样的作用。其原因在于，在槽的截面形状为梯形形状的情况下，在槽的截面的两端的圆倒角角部，由于其表面形状急剧地进行变化，因此，表面张力特别大程度地发挥作用。
槽的截面的两端的圆倒角角部的倒角R尺寸若过大则难以产生上述的作用，因此，倒角R尺寸越小越好。特别是，为了还能够有效地抑制螺纹牙角部的覆膜的明显的薄膜化，槽两端的圆倒角角部的倒角R尺寸小于该螺纹牙的两个角部(螺纹牙顶面与载荷面之间的圆倒角角部、螺纹牙顶面与插入面之间的圆倒角角部)的倒角R尺寸即可。通常，在螺纹牙的两个角部中，螺纹牙顶面与载荷面之间的圆倒角角部的倒角R尺寸较小，因此，槽两端的圆倒角角部的倒角R尺寸小于螺纹牙顶面与载荷面之间的圆倒角角部的倒角R尺寸即可。但是，很小的倒角R尺寸反而有损制造性，也难以进行质量管理。因此，在现实进行实施时，优选的是，槽两端的圆倒角角部的倒角R尺寸设为与槽的深度大致相同的尺寸。
另外，本发明人对在外螺纹部的螺纹牙顶面上设置槽的情况下的槽的宽度、及槽的条数反复进行了各种研究。其结果得知：在槽的条数为一条的情况下，在螺纹牙顶面中，若槽的宽度为螺纹牙顶面的整个宽度的1/3以上，则对于螺纹牙顶面的覆膜的薄膜化能够获得效果。该情况下，槽的宽度为螺纹牙顶面的整个宽度的2/3以下更好。这是因为不会产生螺纹牙的严重的刚性下降。另外，即使将槽的条数增加为两条、三条，也能够获得相同的效果。该情况下，多条槽的宽度的合计为螺纹牙顶面的整个宽度的1/3以上即可，为2/3以下更好。
接着，本发明人对在要形成固体覆膜的对象为内螺纹部的情况下是否能够实现相同的效果的情况进行了研究。在此，首先，与上述相同地，对采用了修正偏梯形螺纹的特殊螺纹接头进行探讨。在该螺纹接头中，在紧固完成了的状态下，外螺纹部的螺纹槽底面与内螺纹部的螺纹牙顶面相接触(干涉)，且相互的载荷面彼此在紧固轴向力的作用下相接触。于是，在外螺纹部的螺纹牙顶面与内螺纹部的螺纹槽底面这些面彼此之间、以及在相互的插入面彼此之间形成有间隙。
该情况下，内螺纹部的螺纹牙顶面的、覆膜的膜厚变得非常厚的中央部在紧固过程的后半段一边与外螺纹部的螺纹槽底面相接触(干涉)一边滑动。因此，内螺纹部的螺纹牙顶面的固体覆膜即使略微有一些剥离，在紧固的过程中仍留在内螺纹部的螺纹牙顶面与外螺纹部的螺纹槽底面之间，并发挥润滑效果。在紧固时，由于在插入面彼此相接触时在载荷面彼此之间形成间隙，因此，自内螺纹部的螺纹牙顶面剥离了的剩余的固体覆膜的一部分在载荷面彼此之间的间隙、插入面彼此之间的间隙堆积。因此，只要没有非常特殊的情况，固体覆膜就不会填满内螺纹部的螺纹槽底面与外螺纹部的螺纹牙顶面之间的间隙。
也就是说，该情况下，在相接触(干涉)的外螺纹部的螺纹槽底面与内螺纹部的螺纹牙顶面上，即使假设该螺纹牙顶面的固体覆膜的膜厚非常厚，也不会产生像在外螺纹部的螺纹牙顶面上形成有非常厚的固体覆膜时那种程度的不良影响。因此，该情况下，可以说不需要在内螺纹部的螺纹牙顶面上再设置上述槽。
但是，在内螺纹部的螺纹槽底面上，虽然不及螺纹牙顶面的程度，但覆膜的膜厚也比较厚。该情况下，若在内螺纹部的螺纹槽底面预先设有与上述的槽相同的槽，则能够利用上述的机理将该螺纹槽底面的固体覆膜的膜厚抑制得较薄。该槽的形状、宽度、深度等条件与上述的槽相同。
对于上述的螺纹接头而言，在紧固完成了的状态下，相接触(干涉)的对象为外螺纹部的螺纹槽底面和内螺纹部的螺纹牙顶面，形成间隙的对象为外螺纹部的螺纹牙顶面与内螺纹部的螺纹槽底面这些面彼此之间。根据螺纹接头的不同，还可以是与其相反地，在紧固完成了的状态下，相接触(干涉)的对象为外螺纹部的螺纹牙顶面和内螺纹部的螺纹槽底面，形成间隙的对象为外螺纹部的螺纹槽底面与内螺纹部的螺纹牙顶面这些面彼此之间。还存在如下情况：在紧固完成了的状态下，在外螺纹部的螺纹牙顶面与内螺纹部的螺纹槽底面这些面彼此之间、和外螺纹部的螺纹槽底面与内螺纹部的螺纹牙顶面这些面彼此之间均形成有间隙。在这些情况的任一情况下，均是，在要在紧固完成了的状态下互相形成间隙的面、即要形成覆膜的面预先设有上述槽即可。
这样，若在要在紧固完成了的状态下互相形成间隙的面、即要包括在涂布时具有流动性且在涂布后通过被施加硬化处理而形成的固体覆膜(例：固体润滑覆膜、固体防腐覆膜等)的面上预先设有上述的槽，则能够抑制固体覆膜的过剩的厚膜化。由此，固体覆膜的密合性和耐久性优异，在紧固螺纹接头时，能够防止粘扣，并且，能够防止凹凸不平、平直、超抵肩等的产生。
本发明的钢管用螺纹接头即是根据以上的见解而完成的。以下，说明本发明的钢管用螺纹接头的优选的实施方式。
第1实施方式
图3是表示在本发明的第1实施方式的螺纹接头中在公扣接头的外螺纹部形成有覆膜的情况的纵剖视图。图3所示的螺纹接头与所述图2所示的特殊螺纹接头相同，为由以API标准的偏梯形螺纹为基础的修正偏梯形螺纹构成的锥形螺纹的特殊螺纹接头，包括具有外螺纹部11的公扣接头10、和与其成对的具有内螺纹部的母扣接头。在图3中，用空心箭头表示公扣接头10相对于母扣接头的旋入行进方向。
公扣接头10的外螺纹部11包括平坦的螺纹牙顶面12、平坦的螺纹槽底面13、在旋入过程中先行的插入面14以及位于与插入面相反的一侧的载荷面15。另一方面，虽未图示，但是内螺纹部包括与外螺纹部的螺纹槽底面13相对的平坦的螺纹牙顶面、与外螺纹部11的螺纹牙顶面12相对的平坦的螺纹槽底面、与外螺纹部11的插入面14相对的插入面以及与外螺纹部11的载荷面15相对的载荷面。
另外，公扣接头10的外螺纹部11包括连接螺纹牙顶面12和载荷面15的圆倒角角部12a、以及连接螺纹牙顶面12和插入面14的圆倒角角部12b，另外，该外螺纹部11包括连接螺纹槽底面13和载荷面15的圆倒角拐角部13a、以及连接螺纹槽底面13和插入面14的圆倒角拐角部13b。另一方面，虽未图示，但是内螺纹部分别与外螺纹部11的各个圆倒角角部12a、12b相对应地在螺纹槽底的两端包括圆倒角拐角部。另外，该内螺纹部分别与外螺纹部11的各个圆倒角拐角部13a、13b相对应地在螺纹牙的两端部包括圆倒角角部。
在紧固完成了的状态下，在外螺纹部11的螺纹牙顶面12与内螺纹部的螺纹槽底面这些面彼此之间形成有间隙，在外螺纹部11的插入面14与内螺纹部的插入面这些面彼此之间形成有间隙。另一方面，外螺纹部11的螺纹槽底面13与内螺纹部的螺纹牙顶面相接触(干涉)。外螺纹部11的载荷面15与内螺纹部的载荷面这些面彼此在紧固轴向力的作用下相接触。
另外，在图3中未图示，公扣接头10和母扣接头分别包括对载荷面施加螺纹的紧固轴向力的台肩部。例如，在组合型的螺纹接头的情况下，可以是在一对公扣接头10的顶端分别包括台肩部的结构(参照后述的图13)。该情况下，公扣接头10的台肩部彼此互相抵接，并施加紧固轴向力。
在要在紧固完成了的状态下形成间隙的外螺纹部11的螺纹牙顶面12的中央部预先设有较浅的槽40。该槽40为螺纹升角与外螺纹部11的螺纹的螺纹升角一致的螺旋状的一条槽。第1实施方式中的槽40的截面形状为梯形形状。该槽40的两端利用倒角R尺寸较小的圆倒角角部41与螺纹牙顶面12的平坦面连接起来。由于槽40的截面形状为梯形形状，因此，槽40的底面为平坦面。
在第1实施方式中，在公扣接头10的外螺纹部11形成有固体覆膜30。固体覆膜30在涂布时具有流动性，在涂布后通过被施加硬化处理而硬化、固化。具体而言，固体覆膜30为在涂布时具有塑性型或粘塑性型的流动性的半固体状，能够使用刷子、喷射器等将其涂布于螺纹接头。涂布后的润滑剂被施加与覆膜的特性相匹配的硬化处理(冷却、紫外线照射等)而固化。作为固体覆膜，只要在从涂布开始到固化为止的过程中在表面张力、重力等的作用下流动则包含所有的固体覆膜，其目的(润滑目的、防腐目的、美观目的等)没有特殊要求。相反，不包含像电镀覆膜、压接覆膜等那样的到固化为止不流动的固体覆膜。
在螺纹牙顶面12上包含槽40在内形成有固体覆膜30。在固体覆膜30固化形成之前，涂布于该螺纹牙顶面12的半固体状态的覆膜向膜厚变薄的方向扩展，并变薄。这是因为，由于在螺纹牙顶面12上存在槽40，在该槽40的两端存在倒角R尺寸较小的圆倒角角部41，因此，在螺纹牙顶面12的半固体状态的覆膜以使膜厚变薄的方式较大程度地作用有表面张力。
槽40的深度优选深于固体覆膜30为了发挥其性能而需要的最小膜厚、且浅于螺纹牙顶面12和与其相对的内螺纹部的螺纹槽底面这些面彼此之间的间隙。这是因为，若槽40的深度过浅，则不会充分地表现出对于螺纹牙顶面12的覆膜30的薄膜化的效果。另一方面，若槽40的深度过深，则螺纹牙自身的刚性下降，而导致螺纹接头的强度性能下降。
例如，槽40的深度深于固体覆膜30所需要的最小膜厚的3倍、且浅于螺纹牙顶面12处的间隙的1/2。固体覆膜30的最小膜厚为10μm，若考虑螺纹牙顶面12处的间隙为200μm的情况，则槽40的深度为30μm以上且100μm以下。
更具体而言，槽40的深度优选为30μm以上。另一方面，从确保螺纹牙自身的刚性、并且确保槽周围的膜厚的观点来看，该槽40的深度优选为螺纹高度的1/5以下。
另外，槽40的两端的圆倒角角部41的倒角R尺寸越小越好。这是因为，若该圆倒角角部41的倒角R尺寸过大，则难以表现出对螺纹牙顶面12的覆膜30的薄膜化的效果，另外，无法有效地抑制螺纹牙的两个角部(螺纹牙顶面12与载荷面15之间的圆倒角角部12a、及螺纹牙顶面12与插入面14之间的圆倒角角部12b)处的覆膜的明显的薄膜化。因此，槽40的两端的圆倒角角部41的倒角R尺寸优选为小于螺纹牙的两个角部、特别是螺纹牙顶面12与载荷面15之间的圆倒角角部12a的倒角R尺寸。
另外，槽40的宽度优选为螺纹牙顶面12的整个宽度的1/3以上。这是因为，若槽40的宽度过窄，则不会充分表现出对于螺纹牙顶面12的覆膜30的薄膜化的效果。另一方面，槽40的宽度优选为螺纹牙顶面12的整个宽度的2/3以下。这是因为，若槽40的宽度过宽，则引起螺纹牙的严重的刚性下降。
第2实施方式
图4是表示在本发明的第2实施方式的螺纹接头中、在公扣接头的外螺纹部形成有覆膜的情况的纵剖视图。图4所示的螺纹接头是将所述图3所示的第1实施方式的螺纹接头变形而成的，对与第1实施方式重复的说明适当省略。在后述的第3实施方式～第8实施方式中也相同。
如图4所示，在第2实施方式的螺纹接头中，形成于外螺纹部11的螺纹牙顶面12的槽40的截面形状为三角形形状。该情况下，槽40的深度采用位于最深的最底位置的最大深度。
利用第2实施方式的螺纹接头，虽然不及上述第1实施方式的程度，但也能够起到与其相同倾向的效果。这是因为，由于槽40的截面形状为三角形形状，因此，在槽40的截面的两端的圆倒角角部41处，其表面形状平缓地变化，表面张力的作用不会变得像第1实施方式那样大。
第3实施方式
图5是表示在本发明的第3实施方式的螺纹接头中、在公扣接头的外螺纹部形成有覆膜的情况的纵剖视图。如图5所示，在第3实施方式的螺纹接头中，形成于外螺纹部11的螺纹牙顶面12的槽40的截面形状为圆弧形状。由于槽40的截面形状为圆弧形状，因此，槽40的底面为曲面。该情况下，槽40的深度与上述第2实施方式相同地采用位于最深的最底位置的最大深度。
利用第3实施方式的螺纹接头，虽然不及上述第1实施方式的程度，但是也能起到与其相同的倾向的效果。这是因为，由于槽40的截面形状为圆弧形状，因此，根据与上述第2实施方式相同的理由，表面张力的作用不会变得像第1实施方式那样大。
第4实施方式
图6是表示在本发明的第4实施方式的螺纹接头中、在公扣接头的外螺纹部形成有覆膜的情况的纵剖视图。如图6所示，在第4实施方式的螺纹接头中，形成于外螺纹部11的螺纹牙顶面12的槽40的截面形状与上述第1实施方式相同地为梯形形状，但该槽40的条数为两条。该情况下，槽40相对于螺纹牙顶面12的整个宽度的宽度采用两条槽40各自的宽度的合计。
利用第4实施方式的螺纹接头也能够起到与上述第1实施方式相同的效果。槽40的条数还可以设为三条以上。该情况下，槽40相对于螺纹牙顶面12的整个宽度的宽度采用所形成的条数的各个槽40的宽度的合计。若考虑现实的螺纹切削加工，则槽40的条数优选为最多三条。另外，第4实施方式的槽40的截面形状还能够与上述第2实施方式和第3实施方式相同地变形为三角形形状或圆弧形状。
第5实施方式
图7是表示在本发明的第5实施方式的螺纹接头中、在母扣接头的内螺纹部形成有覆膜的情况的纵剖视图。如图7所示，在第5实施方式的螺纹接头中，在公扣接头和母扣接头20中的母扣接头20的内螺纹部21形成有固体覆膜30。该情况下，在要在紧固完成了的状态下形成间隙的内螺纹部21的螺纹槽底面23的中央部与上述第1实施方式相同地预先设有梯形形状的较浅的槽40。
在第5实施方式中，在螺纹槽底面23上包含槽40在内形成有固体覆膜30，但在固体覆膜30固化形成之前，涂布于该螺纹槽底面23的半固体状态的覆膜在与上述第1实施方式相同的表面张力的作用下向膜厚变薄的方向扩展，并变薄。
利用第5实施方式的螺纹接头，也能够起到与上述第1实施方式相同的效果。第5实施方式的槽40的截面形状还能够与上述第2实施方式和第3实施方式相同地变形为三角形形状或圆弧形状。另外，第5实施方式的槽40的条数还能够与上述第4实施方式相同地设为多条。
第6实施方式
图8是表示在本发明的第6实施方式的螺纹接头中、在母扣接头的内螺纹部形成有覆膜的情况的纵剖视图。图8所示的螺纹接头与上述第1实施方式～第5实施方式相反，在紧固完成了的状态下，相接触(干涉)的对象为外螺纹部的螺纹牙顶面与内螺纹部21的螺纹槽底面23，形成间隙的对象为外螺纹部的螺纹槽底面与内螺纹部21的螺纹牙顶面22这些面彼此之间。
如图8所示，在第6实施方式的螺纹接头中，在公扣接头和母扣接头20中的母扣接头20的内螺纹部21形成有固体覆膜30。该情况下，在要在紧固完成了的状态下形成间隙的内螺纹部21的螺纹牙顶面22的中央部与上述第1实施方式相同地预先设有梯形形状的较浅的槽40。
在第6实施方式中，在螺纹牙顶面22上包含槽40在内形成有固体覆膜30。在固体覆膜30固化形成之前，涂布于该螺纹牙顶面22的半固体状态的覆膜在与上述第1实施方式相同的表面张力的作用下向膜厚变薄的方向扩展，并变薄。
利用第6实施方式的螺纹接头也能够起到与上述第1实施方式相同的效果。
第7实施方式
图9是表示在本发明的第7实施方式的螺纹接头中、在公扣接头的外螺纹部形成有覆膜的情况的纵剖视图。第7实施方式的螺纹接头是根据与所述图7所示的第5实施方式相同的观点将所述图8所示的第6实施方式的螺纹接头变形而成的。即，如图9所示，在第7实施方式的螺纹接头中，在公扣接头10和母扣接头中的公扣接头10的外螺纹部11形成有固体覆膜30。该情况下，与上述第5实施方式相同地，在要在紧固完成了的状态下形成间隙的外螺纹部11的螺纹槽底面13的中央部预先设有梯形形状的较浅的槽40。
利用第7实施方式的螺纹接头，也能够起到与上述第1实施方式相同的效果。
第8实施方式
图10是表示采用了高扭矩螺纹的本发明的第8实施方式的螺纹接头的螺纹部的一例子的纵剖视图。图10所示的螺纹接头不包括台肩部，而是采用了螺纹部自身随着公扣接头10和母扣接头20的旋入而锁定并表现出较高的扭矩性能的、所谓的高扭矩螺纹的螺纹接头。在高扭矩螺纹中，外螺纹部的螺纹牙宽度沿着螺纹的螺旋线在右螺纹的行进方向上以顶端变细的方式变窄，相对的内螺纹部的螺纹槽宽度也沿着螺纹的螺旋线在右螺纹的行进方向上以顶端变细的方式变窄。另外，高扭矩螺纹具有在紧固完成了时使螺纹牙不自螺纹槽沿径向排出那样的侧面。最通常的高扭矩螺纹包括载荷面15、25和插入面14、24均具有负的齿侧面角的、燕尾槽型的螺纹牙。在高扭矩螺纹中，即使没有台肩部，也能够通过螺纹牙自身嵌入螺纹槽(将其称作锁定)而完成紧固。
采用了高扭矩螺纹的螺纹接头具有各种方式。一方式为：在紧固完成了的状态下，在互相平坦的外螺纹部11的螺纹牙顶面12与内螺纹部21的螺纹槽底面23这些面彼此之间形成有间隙。另一方式为：在互相平坦的外螺纹部11的螺纹槽底面13与内螺纹部21的螺纹牙顶面22这些面彼此之间形成有间隙。再一方式为：在互相平坦的外螺纹部11的螺纹牙顶面12与内螺纹部21的螺纹槽底面23这些面彼此之间、和互相平坦的外螺纹部11的螺纹槽底面13与内螺纹部21的螺纹牙顶面22这些面彼此之间这双方均形成有间隙。在这样的外螺纹部11和内螺纹部21中的一者、或双方形成有固体覆膜。在图10中例示了在紧固完成了的状态下在互相平坦的外螺纹部11的螺纹牙顶面12与内螺纹部21的螺纹槽底面23这些面彼此之间形成有间隙的例子。
图11是表示在采用了高扭矩螺纹的以往的螺纹接头中在公扣接头的外螺纹部形成有覆膜的情况的纵剖视图。如图11所示，在采用了高扭矩螺纹的以往的螺纹接头的情况下，也产生固体覆膜30的不均匀的膜厚分布。
图12是表示在采用了高扭矩螺纹的本发明的第8实施方式的螺纹接头中在公扣接头的外螺纹部形成有覆膜的情况的纵剖视图。如图12所示，在第8实施方式的螺纹接头中，与上述第1实施方式相同地，在要在紧固完成了的状态下形成间隙的外螺纹部11的螺纹牙顶面12的中央部预先设有梯形形状的较浅的槽40。在第8实施方式中，也是，在螺纹牙顶面12上包含槽40在内形成有固体覆膜30。在固体覆膜30固化形成之前，涂布于该螺纹牙顶面12的半固体状态的覆膜在与上述第1实施方式相同的表面张力的作用下向膜厚变薄的方向扩展，并变薄。
利用第8实施方式的螺纹接头，也能够起到与上述第1实施方式相同的效果。第8实施方式的槽40的截面形状也能够与上述第2实施方式和第3实施方式相同地变形为三角形形状或圆弧形状。另外，第8实施方式的槽40的条数也能够与上述第4实施方式相同地设为多条。另外，第8实施方式的槽40的设置位置也能够如上述第5实施方式～第7实施方式所示地根据要形成固体覆膜的对象、及要在紧固完成了的状态下形成间隙的对象进行变更。
另外，本发明并不限定于上述的实施方式，在不偏离本发明的主旨的范围内，能够进行各种变更。只要在槽40的两端存在倒角R尺寸较小的圆倒角角部41，槽40的截面形状就能够除梯形形状、三角形形状或圆弧形状以外，也可变更为例如矩形形状、椭圆圆弧形状等。也可以是这些截面形状的组合。
另外，槽40还能够应用于在要在紧固完成了的状态下在外螺纹部11的螺纹牙顶面12与内螺纹部21的螺纹槽底面23这些面彼此之间、以及外螺纹部11的螺纹槽底面13与内螺纹部21的螺纹牙顶面22这些面彼此之间这双方均形成有间隙的螺纹接头。该情况下，在要在紧固完成了的状态下互相形成间隙的面、且要形成覆膜的所有的面上预先设有槽40即可。
另外，槽40的应用不受螺纹接头的形式、类型限制。例如，以组合型和整体型为首，槽40还能够应用于细长型、平面型、半平面型的螺纹接头。另外，槽40还能够应用于包括金属接触密封部的螺纹接头，该密封部的设置位置、设置数量等没有限定。另外，台肩部的设置的有无、设置位置、设置数量等没有限定。另外，槽40还能够应用于采用了将螺纹部沿管轴线CL方向分割为两份而成的两段螺纹或分割为三份而成的三段螺纹的螺纹接头。
图13和图14是表示本发明的螺纹接头的一例子的纵剖视图。在图13和图14中，表示组合型的螺纹接头的一例子。在图13所示的螺纹接头中，在一对公扣接头10的顶端分别包括台肩部16。该情况下，在公扣接头10的旋入过程中，公扣接头10的台肩部16彼此互相抵接。由此，对螺纹部11、21的载荷面15、25施加螺纹的紧固轴向力。
在图14所示的螺纹接头中，公扣接头10包括台肩部16，母扣接头20即管子接头包括与公扣接头10的台肩部16相对应的台肩部26。该情况下，在公扣接头10的旋入过程中，公扣接头10的台肩部16与母扣接头20的台肩部26抵接。由此，对螺纹部11、21的载荷面15、25施加螺纹的紧固轴向力。图14所示的螺纹接头与台肩部16、26相邻接地包括金属接触密封部17。
另外，即使是要在紧固完成了的状态下互相形成间隙的螺纹部，在像API标准的圆螺纹那样不包括平坦的螺纹牙顶面和螺纹槽底面的螺纹部，也不应用槽40。另外，即使是平坦面，在紧固完成了的状态下在相互的面彼此之间未形成间隙的面上也不需要设置槽40。例如，在紧固时滑动的面上形成有固体覆膜的情况下，即使固体覆膜的膜厚略厚，也不会成为上述那样的超抵肩、扭矩图的紊乱等的原因。即使假设产生了覆膜的剥离，也通过滑动能够连续地补充固体覆膜，因此，本来就难以产生粘扣。另外，若在插入面设有槽40，则在槽40的两端的角部产生线接触，反而成为粘扣的原因。这是因为，插入面在紧固过程的大部分过程中进行滑动。若在载荷面设有槽40，则很有可能导致螺纹接头的拉伸强度的下降。这是因为，载荷面在紧固后在紧固轴向力的作用下相接触，且负担拉伸载荷。原本，只要不产生这些障碍，也可以于在紧固完成了的状态下互相接触的面上设有槽40。
实施例
为了确认本发明的效果，实施利用有限元法进行的数值模拟分析，对涂布于外螺纹部且固化前的覆膜的膜厚分布的情况进行了调查。
试验条件
作为FEM分析的模型，使用了在特殊螺纹接头中通用的修正偏梯形螺纹的外螺纹部。试验No.1的模型为反映了所述图2所示的以往的外螺纹部的比较例，在螺纹牙顶面未设有槽。试验No.2～No.6的模型反映了所述图3所示的第1实施方式的外螺纹部，在螺纹牙顶面设有一条槽。试验No.7～No.11的模型反映了所述图6所示的第4实施方式的外螺纹部，在螺纹牙顶面设有两条槽。在试验No.2～No.11中，对槽的深度进行了各种变更。但是，在试验No.2～No.11的任一者中，槽的宽度的合计均设为大约0.9mm。在此，槽的宽度设为包含槽的两端的圆倒角角部在内的宽度。共同的条件如下所述。
·螺纹高度：1.575mm
·螺距：5TPI(每英寸的螺纹牙的数量为五个)
·螺纹牙宽度：节线上为2.54mm
·螺纹锥度：6.25％(锥角：大约1.8°)
·载荷面的齿侧面角：-3°
·插入面的齿侧面角：10°
·螺纹牙的角部的圆倒角R尺寸：载荷面侧为0.4mm，插入面侧为0.76mm
·螺纹槽底的拐角部的圆倒角R尺寸：载荷面侧为0.4mm、插入面侧为0.2mm
·螺纹牙顶面的平坦面的整个宽度：大约1.4mm
在FEM分析中，使用了将外螺纹部和固化前的覆膜以平面应变要素模型化而成的模型。外螺纹部为弹性体，纵弹性系数为205GPa。固化前的覆膜为具有流动性的粘塑性流体。固化前的覆膜的粘性系数为200厘斯，其质量密度为1.0×10-6kg/mm3，其表面张力为7.3×10-5N/mm。在试验No.1～No.11的任一者中，均喷涂同量的粘塑性流体，并施加设想了紧接着涂布之后的状态的初始膜厚分布。螺纹牙顶面和螺纹槽底面的初始膜厚设为1，螺纹牙的两角部的初始膜厚设为0.7。然后，进行准静态分析，直到表面张力与粘性(流动)平衡并成为平衡状态为止。
评价方法
算出在螺纹牙顶面中未设有槽的部分(以下称为“非槽部分”)处的覆膜的膜厚。另外，算出螺纹牙的两角部(载荷面侧和插入面侧)处的覆膜的膜厚。以螺纹牙的两角部处各自的膜厚除以螺纹牙顶面的非槽部分处的最大膜厚得到的值进行膜厚分布的评价。该值表示将非槽部分处的最大膜厚设为1的情况下的相对值。该值越大(越接近1)，则越能够抑制不均匀的膜厚分布，而可以说是耐久性、耐粘扣性以及扭矩稳定性优异的状态。另外，作为耐粘扣性的指标，还对非槽部分和螺纹牙的两角部处的最小膜厚进行了评价。另外，在所有的情况下，膜厚在载荷面侧的螺纹牙角部最小。结果如下述表1所示。
表1
试验结果
根据上述表1所示的结果，在具有槽、且槽的深度满足本发明中所限定的条件的本发明例的试验No.3～No.5、以及No.8～No.10中，螺纹牙角部处的膜厚的相对值至少在0.15以上，且最小膜厚也在20μm以上。由此可知：根据本实施方式，能够抑制不均匀的膜厚分布，并且，粘扣的产生风险也较低。
产业上的可利用性
本发明的螺纹接头能够有效地应用于以用于开采、生产或利用石油、天然气等这样的地下资源的油井、气井等为首的、温泉或地热发电用井以及用于在地下封入CO2等废弃物的井等中所使用的钢管的连结。除此之外，本发明的螺纹接头还能够应用于用于将海底的甲烷水合物、稀有金属等运输到海上的钢管的连结。特别是，本发明的螺纹接头对在相对于固体润滑覆膜、固体防腐覆膜等的环境限制较严格的地区、以及像极地地区、海洋、沙漠等这样的、要求紧固作业的效率化和减轻对作业人员的负担的地区所使用的钢管的连结是有用的。
附图标记说明
10、公扣接头；11、外螺纹部；
12、外螺纹部的螺纹牙顶面；13、外螺纹部的螺纹槽底面；
14、外螺纹部的插入侧面；15、外螺纹部的载荷侧面；
20、母扣接头；21、内螺纹部；
22、内螺纹部的螺纹牙顶面；23、内螺纹部的螺纹槽底面；
24、内螺纹部的插入侧面；25、内螺纹部的载荷侧面；
30、固体覆膜；40、槽；41、槽的圆倒角角部；
16、26、台肩部；17、金属接触密封部；
θ、齿侧面角；CL、管轴线。
Claims (15)
1.一种钢管用螺纹接头，该钢管用螺纹接头包括具有锥形螺纹的外螺纹部的管状的公扣接头、和具有锥形螺纹的内螺纹部的管状的母扣接头，通过将所述外螺纹部旋入到所述内螺纹部而紧固所述公扣接头和所述母扣接头，其中，
在所述钢管用螺纹接头中，
在所述外螺纹部和所述内螺纹部中的至少一者的表面包括固体覆膜，该固体覆膜是在涂布时具有流动性且在涂布后通过被施加硬化处理而形成的，
在紧固完成了的状态下，成为以下所述的任一结构：互相相对的所述外螺纹部的螺纹牙顶面和所述内螺纹部的螺纹槽底面平坦且在该平坦面彼此之间形成有间隙；互相相对的所述外螺纹部的螺纹槽底面和所述内螺纹部的螺纹牙顶面平坦且在该平坦面彼此之间形成有间隙；或者，互相相对的所述外螺纹部的螺纹牙顶面和所述内螺纹部的螺纹槽底面平坦且在该平坦面彼此之间形成有间隙，且互相相对的所述外螺纹部的螺纹槽底面和所述内螺纹部的螺纹牙顶面平坦且在该平坦面彼此之间形成有间隙，
在要形成所述间隙的所述各个平坦面中的要形成所述固体覆膜的平坦面上预先设有一条或多条螺纹升角与螺纹的螺纹升角一致的螺旋状的槽，
所述槽的最大深度为30μm以上且为螺纹高度的1/5以下。
2.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述外螺纹部和所述内螺纹部分别包括螺纹牙顶面、螺纹槽底面、插入侧面以及载荷侧面。
3.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述固体覆膜形成于所述外螺纹部，所述间隙形成于所述外螺纹部的所述螺纹牙顶面与所述内螺纹部的所述螺纹槽底面这些平坦面彼此之间，
在所述外螺纹部的所述螺纹牙顶面设有所述槽。
4.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述固体覆膜形成于所述外螺纹部，所述间隙形成于所述外螺纹部的所述螺纹槽底面与所述内螺纹部的所述螺纹牙顶面这些平坦面彼此之间，
在所述外螺纹部的所述螺纹槽底面设有所述槽。
5.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述固体覆膜形成于所述外螺纹部，所述间隙形成于所述外螺纹部的所述螺纹牙顶面与所述内螺纹部的所述螺纹槽底面这些平坦面彼此之间、和所述外螺纹部的所述螺纹槽底面与所述内螺纹部的所述螺纹牙顶面这些平坦面彼此之间，
在所述外螺纹部的所述螺纹牙顶面和所述螺纹槽底面设有所述槽。
6.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述固体覆膜形成于所述内螺纹部，所述间隙形成于所述外螺纹部的所述螺纹牙顶面与所述内螺纹部的所述螺纹槽底面这些平坦面彼此之间，
在所述内螺纹部的所述螺纹槽底面设有所述槽。
7.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述固体覆膜形成于所述内螺纹部，所述间隙形成于所述外螺纹部的所述螺纹槽底面与所述内螺纹部的所述螺纹牙顶面这些平坦面彼此之间，
在所述内螺纹部的所述螺纹牙顶面设有所述槽。
8.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述固体覆膜形成于所述内螺纹部，所述间隙形成于所述外螺纹部的所述螺纹牙顶面与所述内螺纹部的所述螺纹槽底面这些平坦面彼此之间、和所述外螺纹部的所述螺纹槽底面与所述内螺纹部的所述螺纹牙顶面这些平坦面彼此之间，
在所述内螺纹部的所述螺纹槽底面和所述螺纹牙顶面设有所述槽。
9.根据权利要求3～8中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，
在紧固完成了的状态下互相相对的所述外螺纹部的插入侧面与所述内螺纹部的插入侧面成为非接触状态。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述槽的截面形状为梯形形状、矩形形状、三角形形状、圆弧形状、或椭圆圆弧形状。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述槽的截面的两端的圆倒角角部的倒角R尺寸小于所述螺纹牙顶面与载荷侧面之间的圆倒角角部的倒角R尺寸。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，
在设有所述槽的所述平坦面上，所述槽的宽度的合计为该平坦面的整个宽度的1/3以上。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述公扣接头和所述母扣接头分别在一个部位或两个部位包括在旋入过程中互相接触的台肩部。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述公扣接头和所述母扣接头分别在一个部位或两个部位包括在紧固完成了的状态下互相接触的密封部。
15.根据权利要求1～14中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述公扣接头的所述外螺纹部和所述母扣接头的所述内螺纹部分别为沿管轴线方向被分割为两份而成的两段螺纹或分割成三份而成的三段螺纹。
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