ES2594653T3

ES2594653T3 - Unión roscada para tuberías de acero

Info

Publication number: ES2594653T3
Application number: ES06797658.9T
Authority: ES
Inventors: Shigeo Nagasaku; Kunio Goto; Shigeo Onishi; Hiroaki Ikegami
Original assignee: Vallourec Mannesmann Oil and Gas France SA; Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Vallourec Oil and Gas France SAS; Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2026-09-01
Also published as: WO2007026970A1; CA2621036C; PL1920180T3; RU2364781C1; EP1920180A4; NO20081099L; CA2621036A1; US20080217916A1; JP2007071231A; US7740285B2; EP1920180A1; CN101300443A; CN101300443B; BRPI0616121A2; BRPI0616121B1; JP4275656B2; NO340418B1; AR055151A1; EP1920180B1

Abstract

Una unión roscada para tuberías de acero que comprende un vástago y una caja teniendo cada uno una superficie de contacto que incluye una parte roscada y una parte de contacto metálico sin roscar, caracterizada por que tiene una primera capa de plateado formada a partir de un plateado de aleación de Sn-Bi-Cu sobre al menos una parte de la superficie de contacto de al menos una de entre el vástago y la caja.

Description

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desmontaje repetido de un OCTG, el polvo lubricante sólido queda embebido en la primera capa de plateado de la aleación Sn-Bi-Cu. La cantidad de polvo lubricante sólido que queda embebida se incrementa en proporción a la presión y al número de veces que se realizan la constitución y desmontaje. Por lo tanto, incluso si la presión se convierte en elevada o la unión roscada se usa repetidamente, se mantiene un efecto lubricante mediante el polvo lubricante sólido embebido, y se incrementa el efecto de impedir el desgaste por rozamiento mediante una unión roscada de acuerdo con la presente invención.

El efecto de mejora de la resistencia al desgaste por rozamiento mediante un polvo lubricante sólido embebido en la primera capa de plateado puede conseguirse de una manera similar cuando el recubrimiento lubricante es un líquido viscoso o un recubrimiento semisólido que contiene un polvo lubricante sólido.

Cuando se forma un recubrimiento lubricante sólido que contiene un polvo lubricante sólido directamente sobre la superficie del metal base, dado que el metal base es demasiado duro, el polvo lubricante sólido fácilmente se despega sin quedar embebido en el metal base en el momento de la constitución y desmontaje, de modo que no puede conseguirse el efecto anteriormente descrito.

Una unión roscada para tuberías de acero de acuerdo con la presente invención tiene una resistencia a fugas y una resistencia al desgaste por rozamiento mejoradas sobre los productos convencionales, y presenta una resistencia a fugas y resistencia al desgaste por rozamiento adecuadas sin usar grasa compuesta, que tiene muchos problemas desde el punto de vista medioambiental. En consecuencia, puede suprimirse de modo efectivo la aparición de desgaste por rozamiento tanto con la aplicación de un suavizante verde como sin ningún suavizante.

La presente invención proporciona adicionalmente un vástago de una unión roscada para tuberías de acero que tiene una superficie de contacto que incluye una parte roscada y una parte de contacto metálica sin roscar, caracterizada por que tiene una primera capa de plateado formada de un plateado de aleación de Sn-Bi-Cu sobre al menos una parte de la superficie de contacto.

La presente invención proporciona adicionalmente una caja de una unión roscada para tuberías de acero que tiene una superficie de contacto que incluye una parte roscada y una parte de contacto metálica sin roscar, caracterizada por que tiene una primera capa de plateado formada de un plateado de aleación de Sn-Bi-Cu sobre al menos una parte de la superficie de contacto.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en sección transversal esquemática de la superficie de contacto de una unión roscada para tuberías de acero de acuerdo con una primera realización de la presente invención. La Figura 2 es una vista en sección transversal esquemática de la superficie de contacto de una unión roscada para tuberías de acero de acuerdo con una segunda realización de la presente invención. La Figura 3 es una vista en sección transversal esquemática de la superficie de contacto de una unión roscada para tuberías de acero de acuerdo con una tercera realización de la presente invención. La Figura 4 es una vista en sección transversal esquemática de la superficie de contacto de una unión roscada para tuberías de acero de acuerdo con una cuarta realización de la presente invención. La Figura 5 es una vista en sección transversal esquemática de la superficie de contacto de una unión roscada para tuberías de acero de acuerdo con una quinta realización de la presente invención. La Figura 6 es una vista en sección transversal esquemática de la superficie de contacto de una unión roscada para tuberías de acero de acuerdo con una sexta realización de la presente invención. La figura 7 es una fotografía que muestra el grado de humectabilidad de la superficie plateada con Cu. La figura 8 es una fotografía que muestra el grado de humectabilidad de la superficie plateada con aleación Sn-Bi. La figura 9 es una vista en sección transversal esquemática de un vástago y una caja de una unión roscada típica para tuberías de acero.

Mejor modo de llevar a cabo la invención

La presente invención se explicará a continuación con respecto a diversas realizaciones mientras se hace referencia a los dibujos adjuntos. En la explicación a continuación, a menos que se especifique lo contrario, “%” significa “% en masa”.

De modo similar a una unión roscada convencional para tuberías de acero mostrada en la Figura 9, una unión roscada para tuberías de acero de acuerdo con la presente invención está constituida por un vástago que tiene una parte roscada macho y una parte de contacto metálica sin roscar sobre su superficie periférica exterior y una caja que tiene una parte roscada hembra y una parte de contacto metálico sin roscar sobre su superficie periférica interior. Las superficies de las partes roscadas y de las partes de contacto metálico sin roscar del vástago y la caja son superficies de contacto que hacen contacto entre sí durante la constitución del OCTG mediante el apriete de las partes roscadas. En la presente invención, al menos una parte de la superficie de contacto de al menos uno de entre el vástago y la caja tiene una primera capa de plateado de plateado de aleación Sn-Bi, o plateado de aleación Sn-Bi

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Cu delgada no ilustrada con un grosor de 1 - 3 µm como una segunda capa de plateado inferior. Cuando se forma dicha capa de plateado de Cu delgada por debajo de la primera capa de plateado 6, debido al calor en el momento del recocido del recubrimiento lubricante sólido 8a1 o 8a2 (que se lleva a cabo generalmente a 150 - 250 °C), se forma una capa de compuesto intermetálico de Sn-Bi-Cu con un suave gradiente de concentración entre la primera capa de plateado 6 y el metal base 5, por lo que se incrementa la resistencia adhesiva de la primera capa de plateado 6.

Es posible formar una o más de la primera y segunda capas de plateado y la capa de plateado de nivelación mediante plateado sin electrodos o plateado en fase de vapor en lugar de mediante electroplateado. Sin embargo, se prefiere el electroplateado debido a su eficiencia y economía.

Una unión roscada para tuberías de acero de acuerdo con la presente invención se usa preferiblemente para la constitución de un OCTG sin aplicación de suavizante o tras la aplicación de un suavizante verde. Particularmente una unión roscada que tenga un recubrimiento lubricante sólido 8a, 8a1 u 8a2 formado sobre una primera capa de plateado 6 de una aleación de Sn-Bi o Sn-Bi-Cu tal como se muestra en las Figuras 4 a la Figura 6 presenta propiedades de lubricación muy altas debido a la capacidad del polvo lubricante sólido en el recubrimiento lubricante para embeberse bajo presión en la primera capa de plateado que es relativamente blanda, y proporciona una buena resistencia al desgaste por rozamiento incluso si se usa para la constitución del OCTG sin aplicación de suavizante. Cuando se forma un recubrimiento lubricante de líquido viscoso o semisólido en la parte superior del recubrimiento lubricante sólido, se incrementa adicionalmente la resistencia al desgaste por rozamiento. De modo similar, cuando solo se forma un recubrimiento lubricante de líquido viscoso o semisólido por encima de la primera capa de plateado, si contiene un sólido lubricante (por ejemplo, un carbonato alcalinotérreo que está contenido en la sal de metal básico de un ácido orgánico), puede conseguirse la mejora anteriormente descrita en la lubricación y resistencia al desgaste por rozamiento debido a la capacidad de las partículas sólidas para embeberse en la primera capa de plateado.

En el caso de una unión roscada de acuerdo con la presente invención tal como se muestra en la Figura 1 o la Figura 2 en la que no se forma ningún recubrimiento lubricante de modo que está expuesta la primera capa de plateado de una aleación de Sn-Bi-Cu, es generalmente preferible usar la unión roscada para la constitución del OCTG tras la aplicación de un suavizante verde.

El suavizante es generalmente una composición semisólida o sólida que contiene uno o más espesantes y opcionalmente otras partículas sólidas dispersadas en aceite de lubricación. Los espesantes útiles incluyen detergentes metálicos, complejos de Ca, derivados de la urea, sales metálicas, y derivados de bentonita. Una clase de suavizante que esta sustancialmente libre de polvo de metal pesado y tiene una buena biodegradabilidad se refiere como un suavizante verde. Aunque no hay una definición especifica del suavizante verde, como una norma tosca, el suavizante verde debe tener un valor de BOD de al menos el 60 %. El suavizante verde se puede distinguir en términos de biodegradabilidad de un recubrimiento lubricante semisólido que puede formarse por encima de la primera capa de plateado de acuerdo con la presente invención. La consistencia de un suavizante se mide por la penetración definida en la norma JIS K 2220 5.3, de la misma manera que la de la grasa. Un recubrimiento lubricante líquido viscoso tiene una consistencia mucho menor, lo que puede medirse mediante un viscosímetro estándar tal como un viscosímetro Brookfield. Su viscosidad es generalmente como máximo 10.000 cSt a 40 °C.

Ejemplos

Los siguientes ejemplos están dirigidos a demostrar los efectos de la presente invención, pero no se pretende que limiten la presente invención en ninguna forma. En los ejemplos, la superficie de contacto que incluye la parte roscada y la parte de contacto metálico sin roscar de un vástago se denominará como la “superficie del vástago”, y la superficie de contacto que incluye la parte roscada y la parte de contacto metálico sin roscar de una caja se denominará como la “superficie de la caja”.

Las uniones roscadas para tuberías de acero que se prepararon en los ejemplos estaban constituidas por un vástago formado sobre cada extremo de una tubería de acero sin costuras para el ensayo que medía un diámetro exterior de 244,5 mm, un grosor de pared de 13,84 mm, y una longitud de 1200 mm, y una caja formada sobre el interior del acoplamiento. Cada vástago tenía una parte roscada macho y una parte de contacto metálico sin roscar formada sobre su superficie periférica exterior, y cada caja tenía una parte roscada hembra y una parte de contacto metálico sin roscar formada sobre su superficie periférica interior. La tubería de acero y el acoplamiento se realizaron de acero 13 Cr, que es un acero de alta aleación que contiene 13 % de Cr, 0,1 % de Ni y 0,04 % de Mo.

Como se muestra en la Tabla 1 y en la Tabla 2, se formó al menos una capa de plateado y opcionalmente al menos un recubrimiento de lubricación por encima del plateado sobre la superficie de la caja de cada acoplamiento. La Tabla 1 ilustra los ejemplos de trabajo en los que no se forma ningún recubrimiento lubricante en los Ejemplos 1 - 8 y se formarán uno o dos recubrimientos lubricantes en los Ejemplos 9 - 13. Los Ejemplos 5 - 8 caen dentro del alcance de la presente invención. La Tabla 2 ilustra ejemplos comparativos en los que la capa de plateado más superior no fue una capa de plateado de aleación Sn-Bi o Sn-Bi-Cu.

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Ejemplo: Estructura de la superficie de caja (en el orden desde la capa superior a la inferior) (el valor entre paréntesis es el grosor de recubrimiento) Aplicación de suavizante verde Resultados del ensayo de desgaste por rozamiento (número de ciclos de constitución y desmontaje antes de la aparición del desgaste por rozamiento)

Ejemplo 6: plateado con aleación Sn-Bi-Cu (10 μm); plateado de Sn (10 μm) Sí 10 veces

Ejemplo 7: plateado con aleación Sn-Bi-Cu (15 μm); plateado de Cu (5 μm) Sí 10 veces

Ejemplo 8: plateado con aleación Sn-Bi-Cu (15 μm); plateado de Ni (5 μm) Sí 10 veces

Ejemplo 9*: recubrimiento lubricante sólido conteniendo grafito (30 μm); plateado con aleación Sn-Bi (5 μm) No 8 veces

Ejemplo 10*: recubrimiento lubricante sólido conteniendo grafito (30 mm); plateado con aleación Sn-Bi (11 μm); plateado de Sn (3 μm) No 8 veces

Ejemplo 11*: recubrimiento lubricante de líquido viscoso (200 μm); recubrimiento lubricante sólido conteniendo grafito (10 μm); plateado con aleación Sn-Bi (10 μm) No 10 veces

Ejemplo 12*: recubrimiento lubricante de líquido viscoso (200 μm); recubrimiento lubricante sólido conteniendo grafito (10 μm); plateado con aleación Sn-Bi (10 μm); plateado de Sn (5 μm) No 10 veces

Ejemplo 13*: recubrimiento lubricante de líquido viscoso (200 μm); recubrimiento lubricante sólido conteniendo grafito (10 μm); plateado con aleación Sn-Bi (10 μm); plateado de Cu- (5 μm); plateado de Ni (1 μm) No 10 veces

* = no en la presente invención

Tabla 2

Ejemplo comparativo: Estructura de la superficie de caja (en el orden desde la capa superior a la inferior) (el valor entre paréntesis es el grosor de recubrimiento) Aplicación de suavizante verde Resultados del ensayo de desgaste por rozamiento (número de ciclos de constitución y desmontaje antes de la aparición del desgaste por rozamiento)

Ejemplo comparativo 1: plateado de Cu (10 μm); plateado de Ni (1 μm) Sí 4 veces

No: 1 vez

Ejemplo comparativo 2: recubrimiento lubricante sólido conteniendo grafito (25 μm); plateado de Cu (10 μm); plateado de Ni (1 μm) Sí 4 veces

No: 1 vez

Ejemplo comparativo 3: recubrimiento lubricante sólido conteniendo MoS2 (25 μm); plateado de Cu (10 μm); plateado de Ni (1 μm) Sí 4 veces

Ejemplo comparativo 4: plateado de Cu-Sn (10 μm) Sí 6 veces

Ejemplo comparativo 5: plateado de Cu (8 μm); plateado de Ni (1 μm). No 2 veces

Ejemplo comparativo 6: recubrimiento lubricante sólido conteniendo grafito (25 μm); plateado de Cu (8 μm); plateado de Ni (1 μm) No 2 veces

Ejemplo comparativo 7: recubrimiento lubricante sólido conteniendo MoS2 (25 μm) plateado de; Cu (9 μm); plateado de Ni (1 μm) No 2 veces

Ejemplo comparativo 8: recubrimiento lubricante sólido conteniendo grafito (25 μm); plateado de Cu-Sn (12 μm) No 3 veces

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(Ejemplo comparativo 5)

La superficie de la caja tenía una capa de plateado de Ni inferior con un grosor de 1 µm y una capa de plateado de Cu superior con un grosor de 8 µm. En el ensayo de desgaste por rozamiento que se llevó a cabo sin aplicación de suavizante verde, el desgaste por rozamiento apareció en el segundo ciclo de constitución y desmontaje.

(Ejemplo comparativo 6)

La superficie de la caja tenía una capa de plateado de Ni inferior con un grosor de 1 µm y una capa de plateado de Cu superior con un grosor de 8 µm, y un recubrimiento lubricante sólido conteniendo grafito con un grosor de 25 µm formado en la parte superior de las capas de plateado. En el ensayo de desgaste por rozamiento que se llevó a cabo sin aplicación de suavizante verde, el desgaste por rozamiento apareció en el segundo ciclo de constitución y desmontaje.

(Ejemplo comparativo 7)

La superficie de la caja tenía una capa de plateado de Ni inferior con un grosor de 1 µm y una capa de plateado de Cu superior con un grosor de 9 µm, y un recubrimiento lubricante sólido conteniendo MoS2 con un grosor de 25 µm formado en la parte superior de las capas de plateado. En el ensayo de desgaste por rozamiento que se llevó a cabo sin aplicación de suavizante verde, el desgaste por rozamiento apareció en el segundo ciclo de constitución y desmontaje.

(Ejemplo comparativo 8)

La superficie de la caja tenía una capa de plateado de aleación de Sn-Cu con un grosor de 12 µm y un recubrimiento lubricante sólido conteniendo grafito con un grosor de 25 µm formado en la parte superior de la capa de plateado. En el ensayo de desgaste por rozamiento que se llevó a cabo sin aplicación de suavizante verde, el desgaste por rozamiento apareció en el tercer ciclo de constitución y desmontaje.

A partir de los resultados de los ejemplos y ejemplos comparativos anteriormente descritos, se puede ver que una unión roscada para tuberías de acero de acuerdo con la presente invención fue claramente más efectiva en la supresión del desgaste por rozamiento que lo que fueron los ejemplos comparativos.

(Diferencia en afinidad)

Se investigó la diferencia en afinidad (humectabilidad) entre un recubrimiento de plateado de Cu y un recubrimiento de plateado de aleación de Sn-Bi. Las Figuras 7 y 8 son fotografías que muestran el estado de difusión de un líquido (agua) cuando se colocó una gota del líquido sobre la superficie de un recubrimiento de plateado de Cu (Figura 7) y un recubrimiento de plateado de aleación Sn-Bi (Figura 8) formados en los ejemplos. La cantidad de difusión indica la humectabilidad de las superficies, es decir, su afinidad por el líquido. El líquido se difunde más en el recubrimiento de plateado de aleación Sn-Bi que en el recubrimiento de plateado de Cu, indicando que el plateado de aleación de Sn-Bi tenía una afinidad mayor por el líquido.

La diferencia en afinidad se reflejó realmente en los resultados del ensayo de desgaste por rozamiento. Los Ejemplos 9 - 12, que tenían un recubrimiento lubricante sólido conteniendo grafito formado en la parte superior de un recubrimiento de plateado de aleación Sn-Bi, tenían una resistencia al desgaste por rozamiento superior a los Ejemplos comparativos 2 y 6, que tenían el mismo recubrimiento lubricante sólido formado en la parte superior de un recubrimiento de plateado de Cu. Una de las razones para esta diferencia en la resistencia al desgaste por rozamiento se piensa que es que la afinidad y por lo tanto la adhesión del recubrimiento lubricante sólido a la capa de plateado fue mayor para el recubrimiento de plateado de aleación Sn-Bi que para el recubrimiento de plateado de Cu.

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Claims

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