CN107110407A - 钢管用螺纹接头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钢管用螺纹接头。螺纹接头包括公扣部(10)和母扣部(20)，母扣部(20)的外径小于公扣部(10)的管主体的外径的104％。母扣部(20)自顶端朝向管主体去依次具有唇部(24)和内螺纹部(21)，该唇部(24)包括台肩面(22)和密封面(23)。公扣部(10)包括台肩面(12)、密封面(13)以及外螺纹部(11)。台肩面(12、22)自与管轴线(CL)垂直的面向公扣部(10)的拧入行进方向倾斜。母扣部(20)的唇部(24)具有配置在台肩面(22)与密封面(23)之间的突出部(25)和配置在密封面(23)与内螺纹部(21)之间的环状部(26)。突出部(25)和环状部(26)分别不与公扣部(10)接触，环状部(26)的长度长于内螺纹部(21)的螺距。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于钢管的连结的螺纹接头。
背景技术
在油井、天然气井等(以下，也统称为“油井”)中，为了开采地下资源而使用被称为油井管(OCTG:Oil Country Tubular Goods)的钢管。钢管被依次连结，该连结使用螺纹接头。
钢管用螺纹接头的形式大致分为接箍(coupling)型和整体(integral)型。在接箍型的情况下，在连结对象的一对管材之中，一个管材为钢管，另一个管材为接箍。在该情况下，在钢管的两端部的外周形成有外螺纹部，在接箍的两端部的内周形成有内螺纹部。然后，钢管和接箍连结。在整体型的情况下，连结对象的一对管材均为钢管，不使用另外的接箍。在该情况下，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，一个钢管和另一个钢管连结起来。
另外，钢管用螺纹接头的形式有时还根据接头部的外径而分类为平面(flush)型、半平面(semi flash)型、细长(slim)型等。细长型是以危险截面的截面积与管主体的截面积大致相等的接箍(以下，也称作“标准接箍”)为指标来规定的。具体而言，细长型指的是接头部的最大外径比标准接箍的外径小的螺纹接头。平面型和半平面型是以管主体为指标来规定的。具体而言，平面型指的是接头部的最大外径与管主体的外径大致相等的螺纹接头。半平面型指的是接头部的最大外径处于平面型的接头部的最大外径与细长型的接头部的最大外径之间大小的螺纹接头。总之，自接头部的最大外径较小起依次成为平面型、半平面型以及细长型。
在此所说的危险截面指的是，螺纹部的啮合区域的端部中的、承受拉伸载荷的截面积最小的位置的截面。危险截面的位置和其截面积是用于决定螺纹接头的拉伸强度的要素。不存在明确区分平面型、半平面型以及细长型的定义。但是，在当前流通的钢管用螺纹接头中，大致而言，将接头部的最大外径为管主体的外径的104％左右的钢管用螺纹接头称作平面型或半平面型，将接头部的最大外径为管主体的外径的108％左右的钢管用螺纹接头称作细长型。
通常，形成有外螺纹部的管端部的接头部分含有插入到内螺纹部的要素，因此被称为公扣部(pin)。另一方面，形成有内螺纹部的管端部的接头部分含有接受外螺纹部的要素，因此被称为母扣部(box)。这些公扣部和母扣部是管材的端部，因此均呈管状。
在使用环境中，钢管用螺纹接头自存在于外部和内部的流体(例如气体、液体)受到较高的压力。以下，还将来自外部的压力称作外压，还将来自内部的压力称作内压。根据这样的状况，对钢管用螺纹接头要求相对于外压和内压具有较高的密封性能。
钢管用螺纹接头采用锥螺纹来作为由公扣部的外螺纹部和母扣部的内螺纹部构成的螺纹。在采用锥螺纹的螺纹接头中，公扣部的外螺纹部和母扣部的内螺纹部嵌合并密合。由此形成螺纹密封。而且，为了加强螺纹密封的密封性能，独立于螺纹密封地，设置外密封或设置内密封。
外密封包括形成于母扣部的顶端部的内周的密封面和与之相对应地形成于公扣部的外周的密封面。通过使这些密封面相互干涉并以较高的面压力相接触，从而形成外密封。该外密封主要发挥防止外部的流体意外地浸入螺纹密封的区域的作用，有助于确保相对于外压的密封性能。
内密封包括形成于公扣部的顶端部的外周的密封面和与之相对应地形成于母扣部的内周的密封面。通过使这些密封面相互干涉并以较高的面压力相接触，从而形成内密封。该内密封主要发挥防止内部的流体意外地浸入螺纹密封的区域的作用，有助于确保相对于内压的密封性能。
通常，在外密封的区域中，母扣部的壁厚薄于公扣部的壁厚。因此，在螺纹接头负载有较高的内压而使整个螺纹接头在径向上膨胀的情况下，母扣部的外密封区域容易扩径并塑性变形。在该情况下，即使内压被去除，母扣部的外密封区域也保持扩径后的状态，因此，外密封的密封面彼此之间的接触面压力显著降低。在该状态下，当螺纹接头负载有较高的外压时，外密封的密封面彼此容易分开。此时，外部的流体会越过外密封而浸入螺纹密封的区域，并最终浸入螺纹接头的内部。该不良状况被称为外压泄露。
以往，提出了用于确保外密封的密封性能的各种技术。例如，在美国专利第7506900号说明书(专利文献1)、欧州专利申请公开第2325435号说明书(专利文献2)、国际公开第2009/083523号(专利文献3)、国际公开第2011/044690号(专利文献4)、美国专利申请公开第2010/181763号说明书(专利文献5)以及美国专利申请公开第2008/265575号说明书(专利文献6)中，公开了使外密封处的接触面压力增大的技术。
在上述专利文献1和专利文献2的技术中，在母扣部的顶端部设有突出部。该突出部自外密封的密封面的顶端侧沿管轴线方向延伸出且不与公扣部相接触。利用这样的突出部本身的刚度来提高外密封区域的变形阻力。其结果，在母扣部的外密封区域中，扩径的塑性变形得到抑制，从而确保密封面彼此之间的接触面压力。
在上述专利文献3～专利文献5的技术中，在母扣部的顶端设有台肩面。在公扣部设有与母扣部的台肩面相对应的台肩面。这些母扣部的台肩面和公扣部的台肩面随着公扣部的拧入而相互接触且被按压，发挥限制公扣部的拧入的止挡件的作用。而且，公扣部的台肩面和母扣部的台肩面在紧固完成了的状态下发挥对公扣部的外螺纹部和母扣部的内螺纹部各自的载荷齿侧面施加所谓的螺纹的紧固轴向力的作用。母扣部和公扣部各自的台肩面自与管轴线垂直的面向公扣部的拧入行进方向倾斜，并以钩状的形态进行按压接触。通过如此使台肩面彼此以钩状的形态进行按压接触，母扣部的外密封区域在缩径的方向上受到反作用力。其结果，在母扣部的外密封区域中，扩径的塑性变形得到抑制，从而确保密封面彼此之间的接触面压力。
在上述专利文献6的技术中，采用上述专利文献1和专利文献2的技术(即在母扣部的顶端部设置突出部的技术)以及上述专利文献3～专利文献5的技术(即在母扣部的顶端设置以钩状的形态与公扣部按压接触的台肩面的技术)这两种技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第7506900号说明书
专利文献2：欧州专利申请公开第2325435号说明书
专利文献3：国际公开第2009/083523号
专利文献4：国际公开第2011/044690号
专利文献5：美国专利申请公开第2010/181763号说明书
专利文献6：美国专利申请公开第2008/265575号说明书
发明内容
发明要解决的问题
上述专利文献1～专利文献6的技术在如接箍型的螺纹接头、虽为细长型但用于小口径钢管的螺纹接头等那样母扣部的壁厚厚于公扣部的壁厚的螺纹接头的情况下，能有效地发挥其效果。但是，在如多用于大口径钢管的平面型的螺纹接头、半平面型的螺纹接头或者细长型的螺纹接头那样母扣部的外径的扩大受限制且母扣部的外径为与公扣部的外径相同程度的螺纹接头的情况下，不能充分地体现上述专利文献1～专利文献6的技术的效果，无法防止外压泄露。其原因在于，母扣部的壁厚显著薄于公扣部的壁厚，与此相伴，母扣部顶端部的突出部的壁厚变薄，另外，母扣部顶端的台肩面的宽度变窄。
本发明的目的在于，提供一种具有可靠地确保外密封的密封性能的特性的钢管用螺纹接头。
用于解决问题的方案
本发明的一实施方式提供一种钢管用螺纹接头，该钢管用螺纹接头包括管状的公扣部和管状的母扣部，所述公扣部被拧入到所述母扣部而所述公扣部和所述母扣部紧固在一起，其中，
所述母扣部的外径小于所述公扣部的管主体的外径的104％。
所述母扣部自顶端朝向管主体去依次具有唇部和锥螺纹的内螺纹部，该唇部包括台肩面和密封面。
所述公扣部包括：台肩面，其在紧固完成了的状态下与所述母扣部的所述台肩面相接触；密封面，其在紧固完成了的状态下与所述母扣部的所述密封面相接触；以及外螺纹部，其为锥螺纹，并在紧固完成了的状态下嵌合于所述内螺纹部。
所述母扣部和所述公扣部各自的所述台肩面自与管轴线垂直的面向所述公扣部的拧入行进方向倾斜。
所述母扣部的所述唇部具有配置在所述台肩面与所述密封面之间的突出部和配置在所述密封面与所述内螺纹部之间的环状部。
所述突出部和所述环状部在紧固完成了的状态下分别不与所述公扣部相接触，
所述环状部的管轴线方向上的长度长于所述内螺纹部的螺距。
在上述螺纹接头中能够构成为，所述公扣部在顶端部具有辅助密封面，所述母扣部包括在紧固完成了的状态下与所述公扣部的所述辅助密封面相接触的辅助密封面。
在上述螺纹接头中能够构成为，所述公扣部在顶端具有辅助台肩面，所述母扣部包括在紧固完成了的状态下与所述公扣部的所述辅助台肩面相接触的辅助台肩面。
在上述螺纹接头中能够构成为，所述公扣部的所述外螺纹部和所述母扣部的所述内螺纹部为沿管轴线被分割为两段而成的两段螺纹。在该螺纹接头的情况下，能够构成为，所述公扣部在第一段的外螺纹部与第二段的外螺纹部之间具有中间密封面，所述母扣部包括在紧固完成了的状态下与所述公扣部的所述中间密封面相接触的中间密封面。另外，能够构成为，所述公扣部在第一段的外螺纹部与第二段的外螺纹部之间具有中间台肩面，所述母扣部包括在紧固完成了的状态下与所述公扣部的所述中间台肩面相接触的中间台肩面。
上述螺纹接头优选构成为，所述母扣部的所述突出部和所述密封面这两者的区域中的周向上的拉伸屈服强度为所述母扣部的管主体的区域中的拉伸屈服强度的105％以上。
上述螺纹接头能够构成为，在沿管轴线进行剖切而得到的纵剖面中，所述母扣部和所述公扣部各自的所述密封面的形状是直线、圆弧、椭圆弧以及二次曲线中的任意一者或任意两者以上的组合。
上述螺纹接头能够构成为，所述公扣部的管主体的外径为170mm以上。
发明的效果
本发明的钢管用螺纹接头具有能够可靠地确保外密封的密封性能这样的显著效果。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的钢管用螺纹接头的纵剖视图。
图2是将图1所示的钢管用螺纹接头的母扣部顶端部放大后的纵剖视图。
图3是将图1所示的钢管用螺纹接头的螺纹部的区域放大后的纵剖视图。
图4是表示能够应用于本发明的一实施方式的钢管用螺纹接头的锥螺纹的另一例子的纵剖视图。
图5是表示能够应用于本发明的一实施方式的钢管用螺纹接头的锥螺纹的又一例子的纵剖视图。
图6是示意性表示基于面接触的密封的区域的纵剖视图。
图7是示意性表示与图6不同的形状的螺纹接头的基于面接触的密封的区域的纵剖视图。
具体实施方式
如上所述，在钢管用螺纹接头中，母扣部的外径的扩大受限制。因此，母扣部的壁厚、尤其是母扣部的顶端部的壁厚会自然变薄。在母扣部的顶端部设有突出部的螺纹接头的情况下，随着母扣部顶端部的薄壁化，突出部的壁厚会变薄。由此，无法充分地确保突出部本身的刚度。另外，在于母扣部的顶端设有以钩状的形态与公扣部按压接触的台肩面的螺纹接头的情况下，随着母扣部顶端部的薄壁化，台肩面的宽度变窄。由此，用于增大外密封的接触面压力的、母扣部顶端的台肩面的反作用力的径向分量受到限制。因而，不管在哪一种情况下，外密封处的接触面压力的增大效果均达到极限。
因此，本发明人对充分利用母扣部顶端部的薄壁化进行研究。具体而言，本发明人想到，在螺纹接头被负载有较高的外压时，若能够将母扣部的外密封区域按压于公扣部的外密封区域，则或许能够增大外密封处的接触面压力。经过潜心研究，结果发现以下的结构是有效的。
关于母扣部的顶端部的形态，与外密封的密封面的靠内螺纹部的一侧相邻地形成环状的槽。通过形成该环状槽而在密封面与内螺纹部之间成形壁厚较薄的环状部。使环状部的管轴线方向上的长度在某种程度上较长。通过设置该环状部，从而延长自内螺纹部起到外密封的密封面为止的距离。
采用这样的结构，在螺纹接头被负载有较高的外压时，环状部和与该环状部相连的外密封区域发生缩径。由此，母扣部的外密封区域被按压于公扣部的外密封区域，能够使外密封处的接触面压力增大。
总之，在母扣部的顶端部设置突出部并在母扣部的顶端设置以钩状的形态与公扣部按压接触的台肩面。而且，在母扣部的外密封区域与内螺纹部之间设置环状部。通过这些协同作用，外密封处的接触面压力的增大会显著体现出来。其结果，能够可靠地确保外密封的密封性能。
本发明的钢管用螺纹接头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实施方式。
图1是表示本发明的一实施方式的钢管用螺纹接头的纵剖视图。图2是将图1所示的钢管用螺纹接头的母扣部顶端部放大后的纵剖视图。图3是将图1所示的钢管用螺纹接头的螺纹部的区域放大后的纵剖视图。如图1～图3所示，本实施方式的螺纹接头是整体型的螺纹接头，包括公扣部10和母扣部20。理所当然地，本实施方式的螺纹接头还能够应用于接箍型的螺纹接头。
本实施方式的螺纹接头以母扣部20的顶端部的壁厚较薄的螺纹接头为对象。因此，母扣部20的外径为大于公扣部10的管主体的外径的100％且小于公扣部10的管主体的外径的104％。另外，本实施方式的螺纹接头对所连结的钢管的尺寸没有特别限定，但本实施方式的螺纹接头尤其适合于母扣部20的顶端部的壁厚变薄的大口径钢管的连结。大口径钢管指的是公扣部10的管主体的外径为170mm以上的钢管。
母扣部20自其顶端朝向管主体去依次具有唇部24和内螺纹部21，该唇部24包括台肩面22和密封面23。唇部24自内螺纹部21的顶端侧向管轴线CL方向延伸出。而且，唇部具有配置在台肩面22与密封面23之间的突出部25和配置在密封面23与内螺纹部21之间的环状部26。在环状部26未形成有内螺纹部21。
环状部26自内螺纹部21的顶端侧向管轴线CL方向延伸出且与密封面23相连。该环状部26通过例如在密封面23的靠内螺纹部21的一侧相邻地形成环状的槽而造型。即，如图2所示，母扣部20的环状部26的内径大于密封面23的最小直径和内螺纹部21的螺纹槽底面21b的最大直径。
突出部25自密封面23的顶端侧向管轴线CL方向延伸出。在该突出部25的顶端(相当于唇部24的顶端和母扣部20的顶端)设有台肩面22。
台肩面22是自与管轴线CL垂直的面向公扣部10的拧入行进方向(朝向公扣部10的顶端的方向)倾斜的环状面。换言之，台肩面22越向其外周侧去越朝向公扣部10的顶端侧倾斜。在沿着管轴线CL进行剖切而得到的纵剖面中，台肩面22的形状是直线。另外，在沿着管轴线CL进行剖切而得到的纵剖面中，台肩面22的形状需要与后述的公扣部10的台肩面12的形状匹配。只要满足该条件，则台肩面22的形状也可以为曲线。
密封面23为锥状且设于唇部24的内周。密封面23为将与越朝向顶端侧(台肩面22侧)去直径越扩大的圆锥台的周面相当的面形成的形状、或这样的圆锥台的周面与相当于将圆弧等曲线绕管轴线CL旋转而得到的旋转体的周面的面组合而成的形状。换言之，在沿着管轴线CL进行剖切而得到的纵剖面中，密封面23的形状是直线、圆弧、椭圆弧以及二次曲线中的任意一者或任意两者以上的组合。
另一方面，公扣部10自管主体侧朝向顶端侧去依次具有台肩面12、密封面13以及外螺纹部11。这些公扣部10的台肩面12、密封面13以及外螺纹部11分别与母扣部20的台肩面22、密封面23以及内螺纹部21相对应地设置。
公扣部10的外螺纹部11和母扣部20的内螺纹部21均为锥螺纹且构成相互啮合的螺纹部。如图3所示，公扣部10的外螺纹部11包括螺纹牙顶面11a、螺纹槽底面11b、在拧入过程中先行的插入齿侧面11c以及位于与该插入齿侧面相反的一侧的载荷齿侧面11d。另一方面，母扣部20的内螺纹部21包括与外螺纹部11的螺纹槽底面11b相对的螺纹牙顶面21a、与外螺纹部11的螺纹牙顶面11a相对的螺纹槽底面21b、与外螺纹部11的插入齿侧面11c相对的插入齿侧面21c以及与外螺纹部11的载荷齿侧面11d相对的载荷齿侧面21d。本实施方式中的锥螺纹是燕尾型的锥螺纹。因而，载荷齿侧面11d、21d和插入齿侧面11c、21c均具有负的牙型半角。
公扣部10的外螺纹部11和母扣部20的内螺纹部21能够各自互相拧入。在紧固完成了的状态下，成为外螺纹部11的螺纹槽底面11b和内螺纹部21的螺纹牙顶面21a相互密合的状态，并成为载荷齿侧面11d、21d彼此也密合的状态。而且，在紧固完成了的状态下，在外螺纹部11的螺纹牙顶面11a与内螺纹部21的螺纹槽底面21b之间、以及插入齿侧面11c、21c彼此之间形成有间隙，在这些间隙中充满润滑剂。由此，形成螺纹密封。密封面13、23随着公扣部10的拧入而相互接触，并在紧固完成了的状态下相互干涉并密合，成为过盈配合的状态。由此，形成基于面接触的外密封。台肩面12、22随着公扣部10的拧入而相互以钩状的形态接触并被按压，在紧固完成了的状态下，对公扣部10的外螺纹部11的载荷齿侧面11d施加紧固轴向力。
在紧固完成了的状态下，在母扣部20的突出部25与公扣部10之间形成有间隙，突出部25和公扣部10不接触。另外，在母扣部20的环状部26与公扣部10之间形成有间隙，环状部26和公扣部10不接触。
在这样结构的本实施方式的钢管用螺纹接头中，利用母扣部20的突出部25本身的刚度来提高与该突出部25相连的密封面23的区域(外密封区域)的变形阻力。而且，由于台肩面12、22彼此以钩状的形态进行按压接触，因此，母扣部20的外密封区域在缩径的方向上受到反作用力。其结果，在母扣部20的外密封区域中，扩径的塑性变形得到抑制，使密封面13、23彼此之间的接触面压力增大。
并且，在螺纹接头被负载有较高的外压时，母扣部20的环状部26和与该环状部26相连的外密封区域发生缩径。由此，在外密封区域中，母扣部20的密封面23被按压于公扣部10的密封面13，能够使密封面13、23彼此的接触面压力增大。
这样，外密封处的接触面压力的增大效果相互增强地体现出来。其结果，能够可靠地确保外密封的密封性能，从而能够防止外压泄露。
此外，本实施方式的螺纹接头辅助性地包括内密封。具体而言，如图1所示，公扣部10在其顶端部包括辅助密封面17。母扣部20与公扣部10的辅助密封面17相对应地包括辅助密封面27。辅助密封面17、27随着公扣部10的拧入而相互接触，并在紧固完成了的状态下相互干涉并密合，成为过盈配合的状态。由此，形成基于面接触的内密封。
以下，说明主要的部位的优选的形态。
突出部
当母扣部的突出部的管轴线方向上的长度过短时，突出部本身的刚度不足，因此，不能有效地体现出外密封处的接触面压力的增大效果。另一方面，当突出部的长度过长时，原材料成本会与延长的量相对应地上升，制造成本也会上升。并且，由于自台肩面起到密封面为止的距离变长，因此，来自以钩状的形态进行按压接触的台肩面的反作用力不再有效地作用于外密封区域。因而，突出部的长度优选为突出部的壁厚的0.5倍～3.5倍。突出部的长度的更优选的下限为突出部的壁厚的1.5倍。突出部的长度的更优选的上限为突出部的壁厚的3.0倍。
密封面
在紧固完成了的状态下，当密封面彼此的管轴线方向上的接触长度过短时，密封性能不充分。另一方面，当密封面彼此的接触长度过长时，平均的接触面压力降低，反而使密封性能不充分。因而，密封面彼此的接触长度优选为0.5mm～5mm。该接触长度的更优选的下限为1mm。该接触长度的更优选的上限为3.5mm。
台肩面
当台肩面的前角(日文：フック角)(自与管轴线垂直的面倾斜的倾斜角)过小时，来自以钩状的形态进行按压接触的台肩面的反作用力变小。因此，不能有效地体现出外密封处的接触面压力的增大效果。另一方面，当前角过大时，公扣部的具有台肩面的区域的刚度降低，该台肩面区域容易塑性变形，因此，还会对外密封造成不良影响。因而，台肩面的前角优选为5deg(°)～25deg(°)。该前角的更优选的下限为9deg。该前角的更优选的上限为20deg。
环状部
如上所述，母扣部的环状部在负载有外压时使母扣部的外密封区域缩径而起到外密封处的接触面压力的增大效果。而且，母扣部的环状部利用其内部空间来发挥在内螺纹部的螺纹切削加工时供切削工具退刀的作用。
当环状部的管轴线方向上的长度过短时，不仅外密封区域的缩径不充分，还难以确保切削工具的退刀量。因而，环状部的长度长于内螺纹部的螺距。更优选的环状部的长度为内螺纹部的螺距的1.2倍以上。另一方面，当环状部的长度过长时，原材料成本会与延长的量相对应地上升，制造成本也会上升。因而，环状部的长度的优选的上限为内螺纹部的螺距的4倍，环状部的长度的更优选的上限为内螺纹部的螺距的2.5倍。
在此，本实施方式的钢管用螺纹接头优选采用以下的结构。如图1和图2所示，母扣部20的突出部25和密封面23这两者的区域中的周向上的拉伸屈服强度为母扣部20的管主体的区域中的拉伸屈服强度的105％以上。更优选的是母扣部20的突出部25和密封面23这两者的区域中的周向上的拉伸屈服强度为母扣部20的管主体的区域中的拉伸屈服强度的110％以上。通过如此局部地提高母扣部20的突出部25和密封面23这两者的区域中的拉伸屈服强度，能够抑制母扣部20的外密封区域的扩径变形。其结果，进一步体现出密封面13、23彼此的接触面压力的增大效果。
作为局部地提高拉伸屈服强度的方法，存在以下方法：在对母扣部20实施一系列的机械加工之前，利用冷加工对母扣部20的端部进行扩径，并通过应变时效来使母扣部20的端部强化。除此以外，还存在利用高频淬火来使母扣部20的端部强化的方法。
另外，本发明并不限定于上述实施方式，而能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。例如，构成螺纹接头的螺纹部的锥螺纹并不限于燕尾型的锥螺纹，只要是锥螺纹就不限定锥螺纹的类型。例如，锥螺纹也可以是图4和图5所示那样的偏梯形的锥螺纹。图4所示的锥螺纹是螺纹牙顶面11a、21a和螺纹槽底面11b、21b相对于管轴线CL倾斜的类型。图5所示的锥螺纹是螺纹牙顶面11a、21a和螺纹槽底面11b、21b与管轴线CL平行的类型。
另外，本实施方式的螺纹接头能够辅助性地在内密封的附近包括台肩面。具体而言，公扣部在顶端包括辅助台肩面。母扣部与公扣部的辅助台肩面相对应地包括辅助台肩面。辅助台肩面在紧固完成了的状态下相互按压接触，并发挥与外密封的附近的台肩面相同的功能。
另外，在本实施方式的螺纹接头中，由公扣部的外螺纹部和母扣部的内螺纹部构成的螺纹部也可以是沿管轴线被分割为两段而成的两段螺纹。在采用了两段螺纹的螺纹接头的情况下，公扣部在第一段的外螺纹部与第二段的外螺纹部之间具有中间密封面，母扣部能够与公扣部的中间密封面相对应地具有中间密封面。中间密封面在紧固完成了的状态下相互干涉并密合，且形成基于面接触的中间密封。而且，在采用了两段螺纹的螺纹接头的情况下，公扣部在第一段的外螺纹部与第二段的外螺纹部之间具有中间台肩面，母扣部能够与公扣部的中间台肩面相对应地具有中间台肩面。中间台肩面在紧固完成了的状态下相互按压接触，并发挥与外密封的附近的台肩面相同的功能。
此外，构成上述的基于面接触的密封(外密封、内密封以及中间密封)的各密封面通过一系列的机械加工与其他部位一起成形。此时，使对各密封面进行加工时的工具的进给速度低于对其他部位进行加工时的工具的进给速度。由此，各密封面明显比其他部位的加工表面平滑。
图6和图7是示意性表示基于面接触的密封的区域的纵剖视图。在图6和图7中例示出外密封。如图6和图7所示，密封面13、23并不仅指在紧固完成了的状态下相互接触的区域Sa，而指的是作为密封面而被加工成平滑的表面的整个区域Sb、Sc。即，密封面13、23是在紧固的过程中一边相互接触一边滑动的区域(还包括存在滑动的可能性的区域)，包括被加工成与在紧固完成了的状态下相互接触的区域Sa同等的表面精度的整个区域Sb、Sc。内密封和中间密封也是同样的。
若将公扣部10自母扣部20拆下，并观察密封面，则能够识别密封部。其原因在于，在密封面上残留有密封部(在紧固完成了的状态下的接触区域Sa)的痕迹(用力滑动后的区域)。
实施例
为了确认本发明的效果，实施了基于弹塑性有限元法的数值模拟分析(FEM分析)。
试验条件
在FEM分析中，制作了多个所述图1所示的钢管用螺纹接头的模型。对于这些模型，对母扣部的突出部、台肩面的前角以及环状部的长度进行了各种变更。而且，充分利用其中一部分的模型，模拟对管端部施加的冷加工，将突出部和密封面这两者的区域中的拉伸屈服强度提高到母扣部的管主体的区域中的拉伸屈服强度的110％。变更后的条件如下述表1所示。
表1
表1
备注)接触面压力的最小值：是在将No.4的值设为1的情况下的相对值。
标记*：意味着违背本发明所规定的条件。
与钢管的材质和尺寸有关的共通的诸多特性如下所述。
·钢管的尺寸：14(inch)、112.6(lb/ft)(外径为355.6mm，壁厚为20.32mm)
·钢管的等级：API标准的Q125(是在API 5CT中规定的油井管用碳钢，其拉伸屈服强度为125ksi(862N/mm2))
·螺纹形状：燕尾型的锥螺纹，且在外螺纹部的螺纹牙顶面与内螺纹部的螺纹槽底面之间、以及插入齿侧面彼此之间具有间隙。螺纹高度为大约2mm，螺距为8.47mm
·密封面：锥度为10％，接触长度为4mm
·台肩面的宽度：5mm
评价方法
在FEM分析中，对于各模型，自抵肩(日文：ショルダリング)(台肩面彼此抵接)的时刻起将公扣部进一步拧紧0.01圈。在该状态下，对各模型依次施加了模拟ISO136792002年版的Series A试验(在常温下反复负载内压、外压的试验)的载荷步骤。通过比较该载荷步骤历程的内压循环(第一、第二象限)和外压循环(第三、第四象限)的外密封的密封面的平均接触面压力的最小值(该值越高意味着密封面的密封性能越好)，从而对密封性能进行了评价。
在外密封的密封性能的评价中，将外密封的接触面压力的最小值为最低的试验No.4的值设为1，并以相对于该试验No.4的比率为指标进行了该评价。作为评价基准，将指标为4以上评价为良好。结果如上述表1所示。
试验结果
根据上述表1所示的结果，全部满足本发明所规定的条件的本发明例的试验No.1和试验No.2的外密封的接触面压力的最小值大于未满足本发明所规定的条件中的任意一个条件的比较例的试验No.3～试验No.6的外密封的接触面压力的最小值。由此，证实了本实施方式的钢管用螺纹接头对于外密封的密封性能具有有用性。
产业上的可利用性
本发明的螺纹接头能够有效地利用于用作油井管的钢管的连结。
附图标记说明
10、公扣部；11、外螺纹部；11a、外螺纹部的螺纹牙顶面；11b、外螺纹部的螺纹槽底面；11c、外螺纹部的插入齿侧面；11d、外螺纹部的载荷齿侧面；12、台肩面；13、密封面；17、辅助密封面；20、母扣部；21、内螺纹部；21a、内螺纹部的螺纹牙顶面；21b、内螺纹部的螺纹槽底面；21c、内螺纹部的插入齿侧面；21d、内螺纹部的载荷齿侧面；22、台肩面；23、密封面；24、唇部；25、突出部；26、环状部；27、辅助密封面；CL、管轴线。
Claims (9)
1.一种钢管用螺纹接头，该钢管用螺纹接头包括管状的公扣部和管状的母扣部，所述公扣部被拧入到所述母扣部而所述公扣部和所述母扣部紧固在一起，其中，
所述母扣部的外径小于所述公扣部的管主体的外径的104％，
所述母扣部自顶端朝向管主体去依次具有唇部和锥螺纹的内螺纹部，该唇部包括台肩面和密封面，
所述公扣部包括：台肩面，其在紧固完成了的状态下与所述母扣部的所述台肩面相接触；密封面，其在紧固完成了的状态下与所述母扣部的所述密封面相接触；以及外螺纹部，其为锥螺纹，并在紧固完成了的状态下嵌合于所述内螺纹部，
所述母扣部和所述公扣部各自的所述台肩面自与管轴线垂直的面向所述公扣部的拧入行进方向倾斜，
所述母扣部的所述唇部具有配置在所述台肩面与所述密封面之间的突出部和配置在所述密封面与所述内螺纹部之间的环状部，
所述突出部和所述环状部在紧固完成了的状态下分别不与所述公扣部相接触，
所述环状部的管轴线方向上的长度长于所述内螺纹部的螺距。
2.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述公扣部在顶端部具有辅助密封面，
所述母扣部包括在紧固完成了的状态下与所述公扣部的所述辅助密封面相接触的辅助密封面。
3.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述公扣部在顶端具有辅助台肩面，
所述母扣部包括在紧固完成了的状态下与所述公扣部的所述辅助台肩面相接触的辅助台肩面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述公扣部的所述外螺纹部和所述母扣部的所述内螺纹部为沿管轴线被分割为两段而成的两段螺纹。
5.根据权利要求4所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述公扣部在第一段的外螺纹部与第二段的外螺纹部之间具有中间密封面，
所述母扣部包括在紧固完成了的状态下与所述公扣部的所述中间密封面相接触的中间密封面。
6.根据权利要求4或5所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述公扣部在第一段的外螺纹部与第二段的外螺纹部之间具有中间台肩面，
所述母扣部包括在紧固完成了的状态下与所述公扣部的所述中间台肩面相接触的中间台肩面。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述母扣部的所述突出部和所述密封面这两者的区域中的周向上的拉伸屈服强度为所述母扣部的管主体的区域中的拉伸屈服强度的105％以上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，
在沿管轴线进行剖切而得到的纵剖面中，所述母扣部和所述公扣部各自的所述密封面的形状是直线、圆弧、椭圆弧以及二次曲线中的任意一者或任意两者以上的组合。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述公扣部的管主体的外径为170mm以上。
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