CN112601908A - 钢管用螺纹接头 - Google Patents
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Abstract
公开的钢管用螺纹接头包括公扣和母扣，该公扣(10)包含锥外螺纹部(11)和台肩部，该母扣包含锥内螺纹部和台肩部。在台肩部彼此接触而紧固完成的状态下，外螺纹部(11)的螺纹底面(13)与内螺纹部的螺纹顶面干涉并接触，在外螺纹部(11)的螺纹顶面(12)与内螺纹部的螺纹底面之间形成有间隙。在螺纹接头的包含管轴线(CL)的纵剖面中，外螺纹部(11)的螺纹顶面(12)由与将螺纹顶面(12)与载荷牙侧面(15)相连的圆弧的第1角部(12a)和将螺纹顶面(12)与插入牙侧面(14)相连的圆弧的第2角部(12b)这两者正切的凸曲线形成。在外螺纹部(11)的表面设有固体润滑覆膜(30)。
Description
技术领域
本发明涉及钢管的连结所使用的螺纹接头。
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。钢管依次连结。钢管的连结使用螺纹接头。
钢管用螺纹接头的形式被大致分为组合型和整体型。在组合型螺纹接头的情况下，作为连结对象的一对管材中的一个管材是钢管，另一个管材是管接头。在该情况下，在钢管的两端部的外周形成有外螺纹部，在管接头的两端部的内周形成有内螺纹部。并且，钢管与管接头连结。在整体型螺纹接头的情况下，作为连结对象的一对管材均是钢管，不使用额外的管接头。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。并且，一个钢管与另一个钢管连结。
形成有外螺纹部的管端部的接头部分包含插入内螺纹部的要素，因此被称为公扣。另一方面，形成有内螺纹部的管端部的接头部分包含承接外螺纹部的要素，因此被称为母扣。上述的公扣和母扣是管材的端部，因此均呈管状。
钢管用螺纹接头(以下也简称为“螺纹接头”)的螺纹是锥螺纹。因此，公扣包含锥外螺纹部作为外螺纹部。母扣包含与该锥外螺纹部啮合的锥内螺纹部作为内螺纹部。另外，螺纹接头的螺纹是以API标准的锯齿螺纹为代表的梯形螺纹。在梯形螺纹的情况下，锥外螺纹部(以下也简称为“外螺纹部”)和锥内螺纹部(以下也简称为“内螺纹部”)分别包含螺纹顶面、螺纹底面、载荷牙侧面以及插入牙侧面这4个面，还包含将这些面连接的圆弧等的角部或拐角部。螺纹顶面、螺纹底面、载荷牙侧面以及插入牙侧面根据形状和功能而被明确地区分。
通常，公扣以及母扣分别包含台肩部。通过向母扣拧入公扣，公扣的台肩部与母扣的台肩部接触。若继续使公扣旋转预定量，则公扣相对于母扣的紧固完成。由此，产生紧固轴向力，公扣的载荷牙侧面被强力地按压于母扣的载荷牙侧面。在紧固完成的状态(以下也称为“紧固状态”)下，外螺纹部的螺纹底面(以下也称为“外螺纹底面”)与内螺纹部的螺纹顶面(以下也称为“内螺纹顶面”)干涉并接触。另一方面，在外螺纹部的螺纹顶面(以下也称为“外螺纹顶面”)与内螺纹部的螺纹底面(以下也称为“内螺纹底面”)之间形成有间隙。
也存在公扣和母扣分别包含密封面的情况。在该情况下，在紧固状态下，公扣的密封面与母扣的密封面干涉并接触，形成基于金属接触的密封部。
以往，在将公扣拧入母扣并进行紧固时，作为润滑剂，润滑脂混合物涂布于螺纹部(外螺纹部和内螺纹部)。近年，由于环境规定和紧固作业的高效化，在螺纹部的表面预先形成固体润滑覆膜来代替润滑脂混合物(例如参照国际公开WO2007/042231号(专利文献1)和国际公开WO2009/072486号(专利文献2))。
固体润滑覆膜原本是具有流动性的半固体的润滑剂，使用刷子、喷雾器等涂布于螺纹部的表面。涂布的半固体的润滑剂被实施固化处理(例如：冷却、紫外线照射等)而固化，成为固体润滑覆膜。
然而，涂布于螺纹部的半固体的润滑剂在自涂布到固化的期间流动。由此，固化前的润滑剂的膜厚不均匀。具体而言，例如国际公开WO2015/182128号(专利文献3)所公开的那样，在将螺纹顶面与载荷牙侧面相连的角部和将螺纹顶面与插入牙侧面相连的角部，膜厚较薄。在螺纹顶面，在其中央部膜厚特别厚。这样的膜厚的不均匀程度在固化后也被维持。因此，固体润滑覆膜的膜厚不均匀。
如上所述，在紧固状态下，在外螺纹顶面与内螺纹底面之间形成有间隙。即，即使在紧固中，在外螺纹顶面与内螺纹底面之间也形成有间隙。在该情况下，若在外螺纹顶面固体润滑覆膜较厚，则在紧固中该固体润滑覆膜剥离。剥离的固体润滑剂在外螺纹顶面与内螺纹底面之间的间隙随意滚动。若在该间隙滚动的固体润滑剂变得大量，则阻碍公扣向母扣的顺畅的拧入。由此，产生紧固的不良情况。
例如，产生扭矩图的峰值(日文：ハンピング)，或者产生高肩值(日文：ハイショルダリング)。螺纹接头通常通过扭矩管理而紧固。在产生峰值、高肩值的情况下，即使在紧固中途也产生较高的扭矩。在该情况下，在紧固中途的时刻紧固结束。即，在紧固不足的状态下紧固结束。其结果，成为未向密封部导入预定的干涉量而容易泄漏的状态，或者成为未对螺纹导入预定的紧固轴向力而容易松动的状态。因此，无法得到期望的密封性能和接头强度。
针对这样的问题，在专利文献3的螺纹接头中，在外螺纹顶面的中央部设有浅槽。涂布于该外螺纹顶面的半固体的润滑剂利用该槽而向膜厚较薄的方向扩散。因此，在外螺纹顶面，半固体的润滑剂的膜厚不会变得较厚而是变得均匀，固体润滑覆膜也变得均匀。因而，根据专利文献3的螺纹接头，能够抑制紧固的不良情况。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开WO2007/042231号
专利文献2：国际公开WO2009/072486号
专利文献3：国际公开WO2015/182128号
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献3的螺纹接头中，为了在外螺纹顶面设置槽，使用具有与该槽对应的凸形状的特殊的螺纹切削工具。在该情况下，产生以下不良情况：工具的寿命较短而必须频繁地更换工具。另外，也可以在加工没有槽的普通的外螺纹部之后使用槽加工专用的工具。在该情况下，产生以下不良情况：总加工时间变长。无论如何，螺纹接头的生产率的降低是不可否认的。
本发明的目的在于，提供一种在外螺纹部的表面具备固体润滑覆膜的钢管用螺纹接头，对于该钢管用螺纹接头而言，能够不损害螺纹接头的生产率地抑制紧固的不良情况。
用于解决问题的方案
本发明的技术方案的钢管用螺纹接头包括管状的公扣和管状的母扣。公扣包含锥外螺纹部和台肩部。锥外螺纹部包含螺纹顶面、螺纹底面、载荷牙侧面以及插入牙侧面。母扣包含与锥外螺纹部啮合的锥内螺纹部和与公扣的台肩部对应的台肩部。锥内螺纹部包含螺纹顶面、螺纹底面、载荷牙侧面以及插入牙侧面。在公扣的台肩部和母扣的台肩部接触而紧固完成的状态下，锥外螺纹部的螺纹底面与锥内螺纹部的螺纹顶面干涉并接触，在锥外螺纹部的螺纹顶面与锥内螺纹部的螺纹底面之间形成有间隙。
在上述的螺纹接头的包含管轴线的纵剖面中，锥外螺纹部的螺纹顶面经由由圆弧形成的第1角部而与锥外螺纹部的载荷牙侧面相连。并且，锥外螺纹部的螺纹顶面经由由圆弧形成的第2角部而与锥外螺纹部的插入牙侧面相连。并且，锥外螺纹部的载荷牙侧面和插入牙侧面分别由直线形成。并且，锥外螺纹部的载荷牙侧面的牙型半角为负角。并且，锥外螺纹部的螺纹顶面由与第1角部和第2角部这两者正切的凸曲线形成。并且，上述的螺纹接头在锥外螺纹部的表面具备固体润滑覆膜。
发明的效果
根据本发明的实施方式的钢管用螺纹接头，即使当在外螺纹部的表面具备固体润滑覆膜的情况下，也能够不损害螺纹接头的生产率地抑制紧固的不良情况。
附图说明
图1是表示第1实施方式的钢管用螺纹接头的代表例的纵剖视图。
图2是放大第1实施方式的钢管用螺纹接头的螺纹部的区域而得到的纵剖视图。
图3是图2所示的外螺纹部的形成固体润滑覆膜之前的纵剖视图。
图4是图2所示的外螺纹部的纵剖视图。
图5是放大第2实施方式的钢管用螺纹接头的螺纹部的区域而得到的纵剖视图。
图6是放大第3实施方式的钢管用螺纹接头的螺纹部的区域而得到的纵剖视图。
图7是图6所示的外螺纹部的形成固体润滑覆膜之前的纵剖视图。
具体实施方式
本发明的实施方式的钢管用螺纹接头包括管状的公扣和管状的母扣。公扣包含锥外螺纹部和台肩部。锥外螺纹部包含螺纹顶面、螺纹底面、载荷牙侧面以及插入牙侧面。母扣包含与锥外螺纹部啮合的锥内螺纹部和与公扣的台肩部对应的台肩部。锥内螺纹部包含螺纹顶面、螺纹底面、载荷牙侧面以及插入牙侧面。在公扣的台肩部与母扣的台肩部接触而紧固完成的状态下，锥外螺纹部的螺纹底面与锥内螺纹部的螺纹顶面干涉并接触，在锥外螺纹部的螺纹顶面与锥内螺纹部的螺纹底面之间形成有间隙。
在上述的螺纹接头的包含管轴线的纵剖面中，上述的螺纹接头包含以下的结构。锥外螺纹部的螺纹顶面经由由圆弧形成的第1角部而与锥外螺纹部的载荷牙侧面相连。锥外螺纹部的螺纹顶面经由由圆弧形成的第2角部而与锥外螺纹部的插入牙侧面相连。锥外螺纹部的载荷牙侧面和插入牙侧面分别由直线形成。锥外螺纹部的载荷牙侧面的牙型半角为负角。锥外螺纹部的螺纹顶面由与第1角部和第2角部这两者正切的凸曲线形成。并且，上述的螺纹接头在锥外螺纹部的表面具备固体润滑覆膜。
根据本实施方式的螺纹接头，外螺纹顶面的整体平缓地隆起。即，外螺纹顶面不平坦，在该外螺纹顶面未设置槽。表面张力作用于涂布于外螺纹顶面的半固体的润滑剂。表面张力通常作用于使物体的表面能最小的方向，在气液界面施加使液体的自由表面的面积最小那样的驱动力。因此，涂布于曲率半径较小的部位的半固体的润滑剂向曲率半径更大的部位流动。在相邻的表面曲率半径之差越大，该流动越显著。
在以往的梯形螺纹中，平坦的螺纹顶面的曲率半径为无限大，因此螺纹顶面与角部的曲率半径差极大。因此，由半固体的润滑剂的显著的流动导致膜厚的不均匀程度变大。在本实施方式的螺纹接头中，外螺纹顶面的整体平缓地隆起，因此与以往的梯形螺纹相比，螺纹顶面与角部的曲率半径差相当小。因此，也能够抑制半固体的润滑剂的意外的流动。由此，在外螺纹顶面中，半固体的润滑剂的膜厚不会变得较厚而是变得均匀，固体润滑覆膜的膜厚也变得均匀。因此，能够抑制紧固的不良情况。其结果，能够得到期望的密封性能和接头强度。
用于形成外螺纹部的螺纹切削工具具有与平缓地隆起的螺纹顶面对应的凹形状。在螺纹切削加工时，凹形状部分承受的载荷远远小于凸形状部分承受的载荷。因此，工具的寿命不会变得特别短。因而，不损害螺纹接头的生产率。
在本实施方式的螺纹接头中，存在平坦的载荷牙侧面和平坦的插入牙侧面。并且，载荷牙侧面的牙型半角成为负角。即，载荷牙侧面呈钩状地倾斜。因此，紧固轴向力有效地作用于载荷牙侧面。由此，即使作用拉伸载荷，也难以发生跳扣。因而，接头强度较高。
对于在本实施方式的螺纹接头中使用的固体润滑覆膜而言，只要在涂布时具有流动性，在涂布后被实施固化处理而固化，就没有特别限定。即，不包含如电镀覆膜、压接覆膜等那样到固化为止不流动的固体润滑覆膜。
在本实施方式的螺纹接头中，只要在紧固状态下在外螺纹顶面与内螺纹底面之间形成有间隙，内螺纹底面的形状就没有限定。例如，在螺纹接头的纵剖面中，内螺纹底面由直线形成。在该情况下，内螺纹底面的整体平坦。另外，在螺纹接头的纵剖面中，内螺纹底面也可以以与外螺纹顶面对应的方式由凹曲线形成。在该情况下，内螺纹底面的整体平缓地凹陷。
在典型的例子中，公扣和母扣分别包含密封面。在该情况下，在紧固状态下，公扣的密封面与母扣的密封面干涉并接触，形成基于金属接触的密封部。不过，也可以不设置密封面。
优选的是，上述的螺纹接头包含下述的结构。在螺纹接头的纵剖面中，当绘出包含形成第1角部的圆弧的假想的第1圆、包含形成第2角部的圆弧的假想的第2圆以及与锥外螺纹部的螺纹顶面相邻且与假想的第1圆和假想的第2圆这两者正切的假想的直线时，假想的直线和形成锥外螺纹部的螺纹顶面的曲线的在与管轴线垂直的方向上的距离中的最大距离b为0.1mm～0.3mm。若最大距离b为0.1mm以上，则固体润滑覆膜的膜厚有效地变得均匀。优选的是，最大距离b为0.2mm以上。另一方面，若最大距离b为0.3mm以下，则有效地确保载荷牙侧面的在与管轴线垂直的方向上的高度，对于接头强度没有不良影响。
在典型的例子中，在螺纹接头的纵剖面中，形成锥外螺纹部的螺纹顶面的曲线为圆弧、椭圆弧或抛物线。
优选的是，上述的螺纹接头包含下述的结构。在螺纹接头的纵剖面中，锥外螺纹部的载荷牙侧面的在与管轴线垂直的方向上的高度LSH(以下也称为“载荷牙侧面高度”)为锥外螺纹部的螺纹高度H的30％以上且70％以下。并且，锥外螺纹部的插入牙侧面的在与管轴线垂直的方向上的高度SSH(以下也称为“插入牙侧面高度”)为锥外螺纹部的螺纹高度H的30％以上且70％以下。
若载荷牙侧面高度LSH为螺纹高度H的30％以上，则对于接头强度没有不良影响。优选的是，载荷牙侧面高度LSH为螺纹高度H的40％以上。另一方面，若载荷牙侧面高度LSH为螺纹高度H的70％以下，则能够在后述的角部和拐角部使用足够的大小的圆弧。在该情况下，角部在紧固时不会损伤配合构件的表面，对于耐烧结性没有影响。并且，对于最大距离b的确保也没有阻碍。另外，在该情况下，能够避免拐角部处的极端的应力集中，对于疲劳强度等没有不良影响。
另外，若插入牙侧面高度SSH为螺纹高度H的30％以上，则对于接头的压缩强度没有不良影响。优选的是，插入牙侧面高度SSH为螺纹高度H的40％以上。另一方面，若插入牙侧面高度SSH为螺纹高度H的70％以下，则能够在后述的角部和拐角部使用足够的大小的圆弧。在该情况下，角部在紧固时不会损伤配合构件的表面，对于耐烧结性没有影响。并且，对于最大距离b的确保也没有阻碍。另外，在该情况下，能够避免拐角部处的极端的应力集中，对于疲劳强度等没有不良影响。
在该螺纹接头的情况下，优选的是，包含下述的结构。在螺纹接头的纵剖面中，锥外螺纹部的螺纹底面经由由圆弧形成的第1拐角部而与锥外螺纹部的载荷牙侧面相连。并且，锥外螺纹部的螺纹底面经由由圆弧形成的第2拐角部而与锥外螺纹部的插入牙侧面相连。并且，第1角部的半径R1为螺纹高度H的5％以上且35％以下。并且，第2角部的半径R2为螺纹高度H的15％以上且50％以下。并且，第1拐角部的半径R3为螺纹高度H的15％以上且50％以下。并且，第2拐角部的半径R4为螺纹高度H的5％以上且35％以下。
第1角部、第2角部、第1拐角部以及第2拐角部各自的半径R1、R2、R3以及R4在设计上被设定为适当的值。特别是，第2角部的半径R2和第1拐角部的半径R3基于以下的设计思想而设定。在第2角部的半径R2过小的情况下，阻碍插入性能。在此，插入性能是指，在将公扣插入母扣时，如何成为外螺纹部快速且可靠地嵌入内螺纹部而能够开始公扣的旋转的状态这样的性能。并且，在该情况下，在向母扣插入公扣时内螺纹部的表面受损，耐烧结性能降低。因而，半径R2在设计情况所允许的范围内被设定为较大的值。在第1拐角部的半径R3过小的情况下，在紧固、拉伸载荷时过度地产生应力集中，耐疲劳性能降低。因而，半径R3在设计情况所允许的范围内被设定为较大的值。第1角部的半径R1和第2拐角部的半径R4不存在半径R2和半径R3那样的情况。因而，半径R1和半径R4被设定为能够确保前述的载荷牙侧面高度LSH和插入牙侧面高度SSH。
以下，参照附图，说明本实施方式的钢管用螺纹接头的具体例。
[第1实施方式]
图1是表示第1实施方式的钢管用螺纹接头的代表例的纵剖视图。图2是放大第1实施方式的钢管用螺纹接头的螺纹部的区域而得到的纵剖视图。图3和图4是图2所示的外螺纹部的纵剖视图。图3表示形成固体润滑覆膜之前的状态。图4表示形成有固体润滑覆膜的状态。在图2～图4中，用空心箭头表示公扣10相对于母扣20的拧入行进方向。在本说明书中，纵剖面是指螺纹接头的包含管轴线CL的剖面。此外，在图1和图2中，省略固体润滑覆膜的图示。
图1所示的螺纹接头是组合型的螺纹接头。参照图1，螺纹接头包括公扣10和母扣20。螺纹接头的螺纹是锥螺纹。公扣10包含外螺纹部11和台肩部16。该台肩部16设于公扣10的顶端。母扣20包含与公扣10的外螺纹部11对应的内螺纹部21和与公扣10的台肩部16对应的台肩部26。另外，公扣10包含密封面17。该密封面17设于外螺纹部11与台肩部16之间。母扣20包含与公扣10的密封面17对应的密封面27。
参照图1和图2，公扣10的外螺纹部11包含螺纹顶面12、螺纹底面13、载荷牙侧面15以及插入牙侧面14。另一方面，母扣20的内螺纹部21包含螺纹顶面22、螺纹底面23、载荷牙侧面25以及插入牙侧面24。
外螺纹顶面12与内螺纹底面23相对。在螺纹接头的纵剖面中，外螺纹顶面12由凸曲线形成，详细内容见后述。即，外螺纹顶面12平缓地隆起。在螺纹接头的纵剖面中，内螺纹底面23由直线形成。即，内螺纹底面23平坦。
外螺纹底面13与内螺纹顶面22相对。在螺纹接头的纵剖面中，外螺纹底面13由直线形成。即，外螺纹底面13平坦。在螺纹接头的纵剖面中，内螺纹顶面22由直线形成。即，内螺纹顶面22平坦。
在第1实施方式中，在螺纹接头的纵剖面中，外螺纹底面13在外螺纹部11的长度方向(管轴线CL方向)的整个区域位于同一直线上。内螺纹顶面22在内螺纹部21的长度方向的整个区域也位于同一直线上。内螺纹底面23在内螺纹部21的长度方向的整个区域也位于同一直线上。上述的直线相对于管轴线CL以预定的锥角倾斜。
外螺纹部11的插入牙侧面14与内螺纹部21的插入牙侧面24相对。在螺纹接头的纵剖面中，外螺纹部11的插入牙侧面14由直线形成。即，外螺纹部11的插入牙侧面14平坦。在螺纹接头的纵剖面中，内螺纹部21的插入牙侧面24由直线形成。即，内螺纹部21的插入牙侧面24平坦。
外螺纹部11的载荷牙侧面15与内螺纹部21的载荷牙侧面25相对。在螺纹接头的纵剖面中，外螺纹部11的载荷牙侧面15由直线形成。即，外螺纹部11的载荷牙侧面15平坦。在螺纹接头的纵剖面中，内螺纹部21的载荷牙侧面25由直线形成。即，内螺纹部21的载荷牙侧面25平坦。在此，载荷牙侧面15和载荷牙侧面25的牙型半角θ成为负角。即，载荷牙侧面15和载荷牙侧面25呈钩状倾斜。
通过向母扣20拧入公扣10，外螺纹部11与内螺纹部21啮合。公扣10的台肩部16与母扣20的台肩部26接触(参照图1)。在紧固状态下，利用台肩部16和台肩部26产生紧固轴向力，公扣10的载荷牙侧面15被强力地按压于母扣20的载荷牙侧面25。并且，外螺纹底面13与内螺纹顶面22干涉并接触。另一方面，在外螺纹顶面12与内螺纹底面23之间形成有间隙。在外螺纹部11的插入牙侧面14与内螺纹部21的插入牙侧面24之间形成有间隙。另外，公扣10的密封面17与母扣20的密封面27干涉并接触，形成基于金属接触的密封部(参照图1)。
参照图3和图4，在螺纹接头的纵剖面中，外螺纹顶面12经由第1角部12a而与外螺纹部11的载荷牙侧面15相连。第1角部12a由半径为R1的圆弧形成。外螺纹顶面12经由第2角部12b而与外螺纹部11的插入牙侧面14相连。第2角部12b由半径为R2的圆弧形成。外螺纹底面13经由第1拐角部13a而与外螺纹部11的载荷牙侧面15相连。第1拐角部13a由半径为R3的圆弧形成。外螺纹底面13经由第2拐角部13b而与外螺纹部11的插入牙侧面14相连。第2拐角部13b由半径为R4的圆弧形成。
第1角部12a的半径R1为螺纹高度H的5％以上且35％以下。第2角部12b的半径R2为螺纹高度H的15％以上且50％以下。第1拐角部13a的半径R3为螺纹高度H的15％以上且50％以下。第2拐角部13b的半径R4为螺纹高度H的5％以上且35％以下。
并且，外螺纹部11的载荷牙侧面15的与管轴线CL垂直的方向的高度LSH为外螺纹部11的螺纹高度H的30％以上且70％以下。外螺纹部11的插入牙侧面14的与管轴线CL垂直的方向的高度SSH为外螺纹部11的螺纹高度H的30％以上且70％以下。在此，载荷牙侧面高度LSH能够改称为将载荷牙侧面15投影到与管轴线CL垂直的面时的径向的高度(距离)。插入牙侧面高度SSH能够改称为将插入牙侧面14投影到与管轴线CL垂直的面时的径向的高度(距离)。
在螺纹接头的纵剖面中，外螺纹顶面12由凸曲线形成。该曲线与包含形成第1角部12a的半径为R1的圆弧的假想的第1圆C1和包含形成第2角部12b的半径为R2的圆弧的假想的第2圆C2这两者正切。图3和图4表示形成螺纹顶面12的曲线为圆弧的例子。具体而言，参照图3，绘出包含形成第1角部12a的圆弧的假想的第1圆C1。绘出包含形成第2角部12b的圆弧的假想的第2圆C2。然后，绘出与外螺纹顶面12相邻且与假想的第1圆C1和假想的第2圆C2这两者相切的假想的直线C。此时，假想的直线C和形成外螺纹顶面12的曲线的在与管轴线CL垂直的方向上的距离中的最大距离b为0.1mm～0.3mm。
例如，在设计上，在外螺纹部11确定螺纹高度H。在第1实施方式的情况下，外螺纹底面13位于相对于管轴线CL以预定的锥角倾斜的线A上。使该线A向远离管轴线CL的方向平行移动螺纹高度H。凸的外螺纹顶面12在平行移动得到的线B上相切。使该线B向靠近管轴线CL的方向平行移动预定的距离(最大距离b)。平行移动得到的线C是上述的假想的直线。在第1实施方式的情况下，假想的直线C相对于管轴线CL以预定的锥角倾斜。与该直线C和载荷牙侧面15这两者相切的圆C1是上述的假想的第1圆。与该直线C和插入牙侧面14这两者相切的圆C2是上述的假想的第2圆。而且，以与线B相切且与第1圆C1和第2圆C2这两者正切的方式确定螺纹顶面12。并且，将载荷牙侧面15与螺纹顶面12相连的第1圆C1的圆弧成为第1角部12a。将插入牙侧面14与螺纹顶面12相连的第2圆C2的圆弧成为第2角部12b。
参照图4，在公扣10的外螺纹部11的表面形成有固体润滑覆膜30。固体润滑覆膜30在涂布时具有流动性，在涂布后被实施固化处理而固化。在固体润滑覆膜30固化之前，能够抑制涂布于外螺纹顶面12的半固体的润滑剂的意外的流动。其原因在于，外螺纹顶面12的整体不平坦而是平缓地隆起，并且表面张力作用于半固体的润滑剂。因此，在外螺纹顶面12，半固体的润滑剂的膜厚不会变得较厚而是变得均匀，固体润滑覆膜30的膜厚也变得均匀。
[第2实施方式]
图5是放大第2实施方式的钢管用螺纹接头的螺纹部的区域而得到的纵剖视图。第2实施方式的螺纹接头是将上述的第1实施方式的螺纹接头变形而得到的螺纹接头。以下，省略对于与第1实施方式的螺纹接头重复的结构的说明。在后述的第3实施方式中也是同样的。
参照图5，在螺纹接头的纵剖面中，内螺纹底面23以与外螺纹顶面12对应的方式由凹曲线形成。即，内螺纹底面23平缓地凹陷。在这样的结构的情况下，也起到与第1实施方式同样的效果。
[第3实施方式]
图6是放大第3实施方式的钢管用螺纹接头的螺纹部的区域而得到的纵剖视图。图7是图6所示的外螺纹部的形成固体润滑覆膜之前的纵剖视图。
参照图6和图7，在螺纹接头的纵剖面中，外螺纹顶面12由凸曲线形成。外螺纹底面13、内螺纹顶面22以及内螺纹底面23分别由直线形成。不过，在第3实施方式中，在螺纹接头的纵剖面中，外螺纹底面13与管轴线CL平行。内螺纹顶面22也与管轴线CL平行。内螺纹底面23也与管轴线CL平行。
例如，在设计上，在外螺纹部11中，确定插入牙侧面14侧的螺纹高度HS和载荷牙侧面15侧的螺纹高度HL。在第3实施方式的情况下，基于插入牙侧面14侧的螺纹高度HS来设计外螺纹部11。外螺纹底面13位于与管轴线CL平行的线A’上。使该线A’向远离管轴线CL的方向平行移动插入牙侧面14侧的螺纹高度HS。凸的外螺纹顶面12在平行移动得到的线B’上相切。使该线B’向靠近管轴线CL的方向平行移动预定的距离(最大距离b)。平行移动得到的线C’是上述的假想的直线。在第3实施方式的情况下，假想的直线C’与管轴线CL平行。与该直线C’和载荷牙侧面15这两者相切的圆C1是上述的假想的第1圆。与该直线C’和插入牙侧面14这两者相切的圆C2是上述的假想的第2圆。而且，以与线B’相切且与第1圆C1和第2圆C2这两者正切的方式确定螺纹顶面12。并且，将载荷牙侧面15与螺纹顶面12相连的第1圆C1的圆弧成为第1角部12a。将插入牙侧面14与螺纹顶面12相连的第2圆C2的圆弧成为第2角部12b。
在这样的结构的情况下，也起到与第1实施方式同样的效果。此外，也可以如第2实施方式那样，在螺纹接头的纵剖面中，内螺纹底面23以与外螺纹顶面12对应的方式由凹曲线形成。
实施例
为了确认本实施方式的效果，实施基于有限元法的数值模拟分析，调查涂布于外螺纹部的半固体的润滑剂的膜厚。
[试验条件]
作为FEM分析的模型，使用图3所示的第1实施方式的外螺纹部，对螺纹高度H进行各种变更。试验No.1的模型是比较例，外螺纹顶面的纵剖面形状为直线。试验No.2和试验No.3分别是实施例1和实施例2，外螺纹顶面的纵剖面形状为单一的圆弧。共通的条件如下。
·螺距：5TPI(每1英寸的螺纹牙的数量为5个)
·螺纹牙宽度：在螺距线上为2.48mm
·螺纹锥度：6.25％(锥角：约1.8°)
·载荷牙侧面的牙型半角：－3°
·插入牙侧面的牙型半角：10°
·载荷牙侧面高度LSH：0.82mm
·插入牙侧面高度SSH：0.86mm
·第1角部的半径R1：0.35mm
·第2角部的半径R2：0.76mm
·第1拐角部的半径R3：0.35mm
·第2拐角部的半径R4：0.15mm
在FEM分析中，使用以平面应变要素模型化而得到的外螺纹部和固化前的润滑剂。外螺纹部设为弹性体，其纵向弹性系数设为210GPa。固化前的润滑剂设为具有流动性的粘塑性流体。具体而言，关于固化前的润滑剂，粘性系数设为200厘斯，质量密度设为1.0×10- 6kg/mm3，表面张力设为22m(毫)N/m。对试验No.1～No.3中的任一者均喷涂等量的粘塑性流体，赋予均匀的初始膜厚。初始膜厚设为0.1mm。自该状态进行基于表面张力和粘性的流动的分析，调查实际上流动几乎停止经过100秒后的膜厚。此外，在与外螺纹顶面相连的第1角部和第2角部不产生烧结的膜厚的下限设为0.012mm。
[评价方法]
获取外螺纹顶面处的最大膜厚。并且，获取第1角部和第2角部处的最小膜厚。然后，计算外螺纹顶面处的最大膜厚相对于两角部处的最小膜厚之比(以下也称为“膜厚比”)，评价膜厚的均匀程度。膜厚比越小则表示膜厚越均匀。结果如下述的表1。
[表1]
表1
[试验结果]
根据表1所示的结果，示出如下内容。实施例1和实施例2的膜厚比小于比较例的膜厚比。因而，根据实施例1和实施例2的螺纹接头，能够使固体润滑剂的膜厚均匀。另外，比较例的角部的最小膜厚与不产生烧结的膜厚下限相同。与此相对，实施例1和实施例2的角部的最小膜厚相对于该膜厚下限存在余量。这表示在实施例1和实施例2中能够减少润滑剂的涂布量。
此外，本发明不限定于上述的实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。例如，螺纹接头的形式可以是组合型和整体型中的任一种。台肩部的设置部位、设置数量等没有特别限定。在设置基于金属接触的密封部的情况下，其设置部位、设置数量等没有限定。
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；11、外螺纹部；12、螺纹顶面；12a、第1角部；12b、第2角部；13、螺纹底面；13a、第1拐角部；14b、第2拐角部；14、插入牙侧面；15、载荷牙侧面；16、台肩部；17、密封面；20、母扣；21、内螺纹部；22、螺纹顶面；23、螺纹底面；24、插入牙侧面；25、载荷牙侧面；26、台肩部；27、密封面；30、固体润滑覆膜；CL、管轴线。
Claims (5)
1.一种钢管用螺纹接头，其包括管状的公扣和管状的母扣，其中，
所述公扣包含锥外螺纹部和台肩部，
所述锥外螺纹部包含螺纹顶面、螺纹底面、载荷牙侧面以及插入牙侧面，
所述母扣包含与所述锥外螺纹部啮合的锥内螺纹部和与所述公扣的所述台肩部对应的台肩部，
所述锥内螺纹部包含螺纹顶面、螺纹底面、载荷牙侧面以及插入牙侧面，
在所述公扣的所述台肩部与所述母扣的所述台肩部接触而紧固完成的状态下，所述锥外螺纹部的所述螺纹底面与所述锥内螺纹部的所述螺纹顶面干涉并接触，在所述锥外螺纹部的所述螺纹顶面与所述锥内螺纹部的所述螺纹底面之间形成有间隙，
在所述螺纹接头的包含管轴线的纵剖面中，
所述锥外螺纹部的所述螺纹顶面经由由圆弧形成的第1角部而与所述锥外螺纹部的所述载荷牙侧面相连，
所述锥外螺纹部的所述螺纹顶面经由由圆弧形成的第2角部而与所述锥外螺纹部的所述插入牙侧面相连，
所述锥外螺纹部的所述载荷牙侧面和所述插入牙侧面分别由直线形成，
所述锥外螺纹部的所述载荷牙侧面的牙型半角为负角，
所述锥外螺纹部的所述螺纹顶面由与所述第1角部和所述第2角部这两者正切的凸曲线形成，
在所述锥外螺纹部的表面具备固体润滑覆膜。
2.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其中，
在所述纵剖面中，当绘出包含形成所述第1角部的圆弧的假想的第1圆、包含形成所述第2角部的圆弧的假想的第2圆以及与所述锥外螺纹部的所述螺纹顶面相邻且与所述假想的第1圆和所述假想的第2圆这两者正切的假想的直线时，所述假想的直线和形成所述锥外螺纹部的所述螺纹顶面的所述曲线的在与所述管轴线垂直的方向上的距离中的最大距离为0.1mm～0.3mm。
3.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其中，
在所述纵剖面中，形成所述锥外螺纹部的所述螺纹顶面的所述曲线为圆弧、椭圆弧或抛物线。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，
在所述纵剖面中，
所述锥外螺纹部的所述载荷牙侧面的在与所述管轴线垂直的方向上的高度为所述锥外螺纹部的螺纹高度的30％以上且70％以下，
所述锥外螺纹部的所述插入牙侧面的在与所述管轴线垂直的方向上的高度为所述锥外螺纹部的所述螺纹高度的30％以上且70％以下。
5.根据权利要求4所述的钢管用螺纹接头，其中，
在所述纵剖面中，
所述锥外螺纹部的所述螺纹底面经由由圆弧形成的第1拐角部而与所述锥外螺纹部的所述载荷牙侧面相连，
所述锥外螺纹部的所述螺纹底面经由由圆弧形成的第2拐角部而与所述锥外螺纹部的所述插入牙侧面相连，
所述第1角部的半径为所述螺纹高度的5％以上且35％以下，
所述第2角部的半径为所述螺纹高度的15％以上且50％以下，
所述第1拐角部的半径为所述螺纹高度的15％以上且50％以下，
所述第2拐角部的半径为所述螺纹高度的5％以上且35％以下。
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