JP2018123349A - Screw joint for tube and manufacturing method of screw joint for tube - Google Patents

Screw joint for tube and manufacturing method of screw joint for tube Download PDF

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Kazuya Ishii
一也 石井
後藤 邦夫
Kunio Goto
邦夫 後藤
雅也 木本
Masaya Kimoto
雅也 木本
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Vallourec Oil and Gas France SAS
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a screw joint for tube having excellent seizure resistance and corrosion resistance.SOLUTION: The screw joint for tube has a pin, a box, a Ni-W alloy plating layer and a solid lubrication film. The pin and the box have contact surfaces containing screw parts, metal seal parts and shoulder parts respectively. The Ni-W alloy plating layer contains 35 to 45 mass% or W. Thickness of the Ni-W alloy plating layer is 1 to 20 μm. The Ni-W alloy plating layer is arranged on the contact surfaces of both the pin and the box. The screw joint for tube has further the solid lubrication film on the Ni-W alloy plating layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、管用ねじ継手及び管用ねじ継手の製造方法に関し、さらに詳しくは、油井管用ねじ継手及び油井管用ねじ継手の製造方法に関する。   The present invention relates to a threaded joint for pipes and a method for producing a threaded joint for pipes, and more particularly relates to a threaded joint for oil well pipes and a method for producing a threaded joint for oil well pipes.

油田や天然ガス田の採掘のために、油井管が使用される。油井管は、井戸の深さに応じて、複数の鋼管を連結して形成される。鋼管の連結は、鋼管の端部に形成された管用ねじ継手同士をねじ締めすることによって行われる。鋼管は、検査等のために引き上げられ、ねじ戻しされ、検査された後、再びねじ締めされて、再度使用される。   Oil well pipes are used to mine oil and natural gas fields. The oil well pipe is formed by connecting a plurality of steel pipes according to the depth of the well. The steel pipes are connected by screwing pipe threaded joints formed at the ends of the steel pipes. The steel pipe is pulled up for inspection or the like, unscrewed, inspected, screwed again, and used again.

管用ねじ継手は、ピン及びボックスを備える。ピンは、鋼管の先端部の外周面に形成された雄ねじ部及びねじ無し金属接触部を含む。ボックスは、鋼管の先端部の内周面に形成された雌ねじ部及びねじ無し金属接触部を含む。ねじ無し金属接触部はそれぞれ、金属シール部及びショルダー部を含む。鋼管同士がねじ締めされる際、雄ねじ部及び雌ねじ部、ピン及びボックスの金属シール部同士、並びに、ピン及びボックスのショルダー部同士が接触する。   The threaded joint for pipes includes a pin and a box. The pin includes a male screw portion and an unthreaded metal contact portion formed on the outer peripheral surface of the tip portion of the steel pipe. The box includes an internal thread portion and an unthreaded metal contact portion formed on the inner peripheral surface of the distal end portion of the steel pipe. Each of the unthreaded metal contact portions includes a metal seal portion and a shoulder portion. When the steel pipes are screwed together, the male screw part and the female screw part, the metal seal parts of the pin and the box, and the shoulder parts of the pin and the box are in contact with each other.

ピン及びボックスのねじ部及びねじ無し金属接触部は、鋼管のねじ締め及びねじ戻し時に強い摩擦を繰り返し受ける。これらの部位に、摩擦に対する十分な耐久性がなければ、ねじ締め及びねじ戻しを繰り返した時にゴーリング(修復不可能な焼付き)が発生する。したがって、管用ねじ継手には、摩擦に対する十分な耐久性、すなわち、優れた耐焼付き性が要求される。   The threaded part of the pin and the box and the unthreaded metal contact part are repeatedly subjected to strong friction when the steel pipe is screwed and unscrewed. If these parts do not have sufficient durability against friction, goling (seizure that cannot be repaired) occurs when screwing and unscrewing are repeated. Therefore, the threaded joint for pipes is required to have sufficient durability against friction, that is, excellent seizure resistance.

従来、耐焼付き性を向上するために、ドープと呼ばれる重金属を含有するコンパウンドグリースが使用されてきた。しかしながら、コンパウンドグリースに含まれるドープ(Pb、Zn及びCu等)は環境に影響を与える可能性がある。このため、コンパウンドグリースの使用を抑えた管用ねじ継手の開発が望まれている。   Conventionally, in order to improve seizure resistance, compound grease containing a heavy metal called a dope has been used. However, the dope (Pb, Zn, Cu, etc.) contained in the compound grease may affect the environment. For this reason, the development of a threaded joint for pipes that suppresses the use of compound grease is desired.

国際公開第2009/072486号(特許文献1)は、コンパウンドグリース無しでも耐焼付き性に優れる管用ねじ継手を提案する。   International Publication No. 2009/072486 (Patent Document 1) proposes a threaded joint for pipes that is excellent in seizure resistance even without compound grease.

特許文献1に記載されている管用ねじ継手は、ねじ部とねじ無し金属接触部とを有する接触表面をそれぞれ備えたピンとボックスとを備える。ボックスの接触表面は、最上層として、塑性もしくは粘塑性型レオロジー挙動を有する固体潤滑被膜を有する。ピンの接触表面は、最上層として、紫外線硬化樹脂を主成分とする固体防食被膜を有する。これにより、コンパウンドグリースを使用せずに、錆の発生を抑制し、優れた耐焼付き性と気密性とを示し、かつ表面にべたつきがなく、外観や検査性に優れた管用ねじ継手が得られる、と特許文献1には記載されている。   The threaded joint for pipes described in Patent Document 1 includes a pin and a box each having a contact surface having a threaded portion and an unthreaded metal contact portion. The contact surface of the box has as a top layer a solid lubricating coating having a plastic or viscoplastic rheological behavior. The contact surface of the pin has a solid anticorrosive coating composed mainly of an ultraviolet curable resin as the uppermost layer. This eliminates the use of compound grease, suppresses the generation of rust, exhibits excellent seizure resistance and airtightness, and provides a threaded joint for pipes that has no stickiness on the surface and excellent appearance and inspection. , And Patent Document 1.

コンパウンドグリース及び固体潤滑皮膜と異なる、他の耐焼付き性向上技術が特開2003−074763号公報(特許文献2)及び特開2008−215473号公報(特許文献3)に提案されている。これらの文献では、管用ねじ継手にCu合金めっき層を形成することにより、管用ねじ継手の耐焼付き性を高める。   Other seizure resistance improving techniques different from compound greases and solid lubricating films have been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-074763 (Patent Document 2) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-215473 (Patent Document 3). In these documents, the seizure resistance of a threaded joint for pipes is enhanced by forming a Cu alloy plating layer on the threaded joint for pipes.

具体的には、特許文献2に記載されている管用ねじ継手は、ピン部とカップリングとを含む。カップリングの両端には、雌ネジ及びメタル−メタルシール部を有するボックス部が設けられている。カップリングの雌ネジ及びメタル−メタルシール部の表面には、Cu−Sn合金層が一層配置されている。この管用ねじ継手を用いれば、グリーンドープ(Pbを含有しない潤滑剤)を使用しても従来よりシール性が良好で、且つゴーリングを格段に抑制することができる、と特許文献2には記載されている。   Specifically, the threaded joint for pipes described in Patent Document 2 includes a pin portion and a coupling. At both ends of the coupling, a box portion having a female screw and a metal-metal seal portion is provided. A Cu—Sn alloy layer is disposed on the surface of the female screw and the metal-metal seal portion of the coupling. Patent Document 2 describes that when this threaded joint for pipes is used, even when green dope (a lubricant containing no Pb) is used, sealing performance is better than before and goling can be remarkably suppressed. ing.

特許文献3に記載されている管用ねじ継手は、ピン及びボックスを含む。ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面は、Cu−Zn合金からなる第1のめっき層を有する。これにより、管用ねじ継手は、グリーンドープを塗布する場合、さらには無ドープの場合でも、十分な耐漏れ性と耐焼付き性とを示す、と特許文献3には記載されている。   The threaded joint for pipes described in Patent Document 3 includes a pin and a box. At least one contact surface of the pin and the box has a first plating layer made of a Cu—Zn alloy. Thus, it is described in Patent Document 3 that the threaded joint for pipes exhibits sufficient leakage resistance and seizure resistance even when green dope is applied or even when undoped.

国際公開第2009/072486号International Publication No. 2009/072486 特開2003−074763号公報JP 2003-074763 A 特開2008−215473号公報JP 2008-215473 A

ところで、管用ねじ継手は、製造された後、船舶等により輸送され、使用されるまで一定期間保管される。管用ねじ継手の輸送及び保管は、長期間に渡る場合がある。さらに、管用ねじ継手の保管は屋外で行われる場合がある。長期間の輸送及び保管により、管用ねじ継手に錆が発生したり、管用ねじ継手の気密性や耐焼付き性が低下したりする場合がある。したがって、管用ねじ継手には、上述の耐焼付き性に加え、優れた耐食性が要求される。   By the way, after the threaded joint for pipes is manufactured, it is transported by a ship or the like and stored for a certain period until it is used. Transportation and storage of pipe threaded joints may take a long time. Furthermore, the threaded joint for pipes may be stored outdoors. Long-term transportation and storage may cause rust to occur in the threaded joint for pipes, and may reduce the airtightness and seizure resistance of the threaded joint for pipes. Accordingly, the threaded joint for pipes is required to have excellent corrosion resistance in addition to the above-mentioned seizure resistance.

しかしながら、上述の特許文献1〜3に開示された技術を用いても、管用ねじ継手の耐焼付き性及び耐食性を両立しにくい場合がある。   However, even if the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 3 described above are used, it may be difficult to achieve both seizure resistance and corrosion resistance of the threaded joint for pipes.

本発明の目的は、優れた耐焼付き性及び耐食性を有する管用ねじ継手及びその製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a threaded joint for pipes having excellent seizure resistance and corrosion resistance and a method for producing the same.

本実施形態の管用ねじ継手は、ピン及びボックスと、Ni−W合金めっき層と固体潤滑被膜とを備える。ピン及びボックスは各々が、ねじ部、金属シール部及びショルダー部を含む接触表面を有する。Ni−W合金めっき層は、35〜45質量%のWを含有し、残部はNi及び不純物からなる。Ni−W合金めっき層の厚さは1〜20μmである。Ni−W合金めっき層は、ピン及びボックスの双方の接触表面上に配置される。管用ねじ継手はさらに、ピン及びボックスの少なくとも一方のNi−W合金めっき層上に固体潤滑被膜を備える。   The threaded joint for pipes of this embodiment includes a pin and a box, a Ni—W alloy plating layer, and a solid lubricating coating. Each pin and box has a contact surface including a threaded portion, a metal seal portion and a shoulder portion. The Ni—W alloy plating layer contains 35 to 45% by mass of W, with the balance being Ni and impurities. The thickness of the Ni—W alloy plating layer is 1 to 20 μm. The Ni—W alloy plating layer is disposed on the contact surfaces of both the pin and the box. The threaded joint for pipes further includes a solid lubricant film on at least one Ni—W alloy plating layer of the pin and the box.

本実施形態の管用ねじ継手の製造方法は、ピン及びボックスを備える管用ねじ継手の製造方法である。ピン及びボックスは各々が、ねじ部、金属シール部及びショルダー部を含む接触表面を有する。本実施形態の製造方法は、Ni−W合金めっき層形成工程と、固体潤滑被膜形成工程とを備える。Ni−W合金めっき層形成工程では、ピン及びボックスの双方の接触表面上に、Ni−W合金からなるNi−W合金めっき層を形成する。Ni−W合金めっき層は、35〜45質量%のWを含有し、残部はNi及び不純物からなる。Ni−W合金めっき層の厚さは1〜20μmである。固体潤滑被膜形成工程では、ピン及びボックスの少なくとも一方のNi−W合金めっき層上に、固体潤滑被膜を形成する。   The manufacturing method of the threaded joint for pipes of this embodiment is a manufacturing method of the threaded joint for pipes provided with a pin and a box. Each pin and box has a contact surface including a threaded portion, a metal seal portion and a shoulder portion. The manufacturing method of this embodiment includes a Ni—W alloy plating layer forming step and a solid lubricant film forming step. In the Ni—W alloy plating layer forming step, a Ni—W alloy plating layer made of a Ni—W alloy is formed on the contact surfaces of both the pin and the box. The Ni—W alloy plating layer contains 35 to 45% by mass of W, with the balance being Ni and impurities. The thickness of the Ni—W alloy plating layer is 1 to 20 μm. In the solid lubricant film forming step, a solid lubricant film is formed on at least one of the Ni-W alloy plating layers of the pin and the box.

本実施形態の管用ねじ継手は、優れた耐焼付き性及び耐食性を有する。   The threaded joint for pipes of this embodiment has excellent seizure resistance and corrosion resistance.

図1は、本実施形態による管用ねじ継手の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a threaded joint for pipes according to the present embodiment. 図2は、本実施形態による管用ねじ継手の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the threaded joint for pipes according to the present embodiment. 図3は、本実施形態による管用ねじ継手の接触表面の一例の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an example of the contact surface of the threaded joint for pipes according to the present embodiment.

以下、図面を参照して、本実施形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。   Hereinafter, this embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

本発明者らは、管用ねじ継手の耐焼付き性及び耐食性について種々検討を行った。その結果、以下の知見を得た。   The present inventors have made various studies on the seizure resistance and corrosion resistance of the threaded joint for pipes. As a result, the following knowledge was obtained.

ねじ締め及びねじ戻し時の管用ねじ継手の耐焼付き性を高めるには、高硬度及び高融点を有するめっき層を、ねじ部、金属シール部及びショルダー部を有する接触表面に形成することが有効である。めっき層の硬度が高ければ、管用ねじ継手のねじ締め及びねじ戻しの際にめっき層が損傷を受けにくい。さらに、めっき層の融点が高ければ、管用ねじ継手のねじ締め及びねじ戻しの際、局所的にめっき層が高温になった場合でも、めっき層の硬度の低下を抑制できる。その結果、管用ねじ継手の耐焼付き性が高まる。   In order to increase the seizure resistance of the threaded joint for pipes during screw tightening and unscrewing, it is effective to form a plating layer having a high hardness and a high melting point on the contact surface having a thread portion, a metal seal portion and a shoulder portion. is there. If the hardness of the plating layer is high, the plating layer is less likely to be damaged when the screw joint for pipes is tightened and unscrewed. Furthermore, if the melting point of the plating layer is high, a decrease in the hardness of the plating layer can be suppressed even when the plating layer locally becomes hot during screw tightening and unscrewing of the pipe threaded joint. As a result, the seizure resistance of the threaded joint for pipes is increased.

一方で、管用ねじ継手の耐食性を高めるには、クラック及び欠陥が少ないめっき層を形成することが有効である。めっき層がクラック及びピンホール等の欠陥を含む場合、クラック及び欠陥から腐食因子が侵入する。そのため、管用ねじ継手の耐食性が低下する。   On the other hand, in order to improve the corrosion resistance of the threaded joint for pipes, it is effective to form a plating layer with few cracks and defects. When the plating layer includes defects such as cracks and pinholes, a corrosion factor enters from the cracks and defects. Therefore, the corrosion resistance of the threaded joint for pipes decreases.

めっき層の硬度を高めれば、めっき層の内部応力が高まるため、めっき層にクラックが発生しやすい。したがって、ねじ締め及びねじ戻し時の管用ねじ継手の耐焼付き性を高めるために、めっき層の硬度を高めれば、めっき層にクラックが発生して管用ねじ継手の耐食性が低下する可能性があり得る。この場合、耐焼付き性と耐食性の両立が困難となる。   If the hardness of the plating layer is increased, the internal stress of the plating layer increases, so that cracks are likely to occur in the plating layer. Therefore, if the hardness of the plated layer is increased to increase the seizure resistance of the threaded joint for pipes during screw tightening and unscrewing, cracks may occur in the plated layer, which may reduce the corrosion resistance of the threaded joint for pipes. . In this case, it becomes difficult to achieve both seizure resistance and corrosion resistance.

そこで、本発明者らは、管用ねじ継手に適するめっき層について、さらなる検討を行った。その結果、本発明者らは、35〜45質量%のWを含有し、残部はNi及び不純物からなるNi−W合金めっき層を管用ねじ継手の接触表面上に形成すれば、ねじ締め及びねじ戻し時の管用ねじ継手の耐焼付き性を高め、かつ優れた耐食性が得られることを見出した。以下、この点について説明する。   Therefore, the present inventors have further studied a plating layer suitable for a threaded joint for pipes. As a result, the inventors of the present invention include screwing and screwing if a Ni-W alloy plating layer containing 35 to 45% by mass of W and the balance being Ni and impurities is formed on the contact surface of the threaded joint for pipes. It has been found that the seizure resistance of the threaded joint for pipes at the time of return is increased and excellent corrosion resistance is obtained. Hereinafter, this point will be described.

Ni及びWを含有するNi−W合金の硬度及び融点は、従来、管用ねじ継手のめっき層として使用されてきたCuめっき層の硬度及び融点よりも高い。そのため、Ni−W合金からなるNi−W合金めっき層は、高硬度(Hv600以上)及び高融点(1455℃以上)を有する。その結果、Ni−W合金めっき層を用いれば、管用ねじ継手の耐焼付き性を高めることができる。   The hardness and melting point of Ni-W alloys containing Ni and W are higher than the hardness and melting point of Cu plating layers that have been conventionally used as plating layers for threaded joints for pipes. Therefore, the Ni—W alloy plating layer made of Ni—W alloy has high hardness (Hv 600 or more) and high melting point (1455 ° C. or more). As a result, if the Ni—W alloy plating layer is used, the seizure resistance of the threaded joint for pipes can be improved.

Ni−W合金めっき層はさらに、管用ねじ継手の耐焼付き性だけでなく、管用ねじ継手の耐食性も高めることができる。Ni−W合金めっき層は非晶質構造を有する。そのため、Ni−W合金めっき層は結晶質金属でみられるようなピンホール等の構造上の欠陥を有さず、化学的にきわめて均一である。そのため、Ni−W合金めっき層では欠陥が少なく、腐食因子が侵入しにくいため、高い耐食性を示す。   The Ni—W alloy plating layer can further improve not only the seizure resistance of the threaded joint for pipes but also the corrosion resistance of the threaded joint for pipes. The Ni—W alloy plating layer has an amorphous structure. Therefore, the Ni—W alloy plating layer does not have structural defects such as pinholes as seen in crystalline metals, and is chemically extremely uniform. For this reason, the Ni—W alloy plating layer has few defects and is difficult for a corrosion factor to enter, and thus exhibits high corrosion resistance.

しかしながら上述のとおり、Ni−W合金めっき層は硬度が高いため、Ni−W合金めっき層にクラックが生じる場合がある。Ni−W合金めっき層にクラックが生じれば、クラックから腐食因子が侵入し、母材(地金)を腐食させる。母材の腐食に伴い、Ni−W合金めっき層が剥離する場合がある。この場合、耐食性が低下し、耐焼付き性と耐食性との両立が困難となる。   However, as described above, since the Ni—W alloy plating layer has high hardness, the Ni—W alloy plating layer may crack. If a crack occurs in the Ni—W alloy plating layer, a corrosion factor enters from the crack and corrodes the base material (metal). With corrosion of the base material, the Ni—W alloy plating layer may peel off. In this case, the corrosion resistance is lowered, and it becomes difficult to achieve both seizure resistance and corrosion resistance.

そこで本発明者らは、Ni−W合金めっき層中のW含有量に注目し、W含有量と耐焼付き性及び耐食性との関係をさらに検討した。その結果、Ni−W合金めっき層の化学組成を100質量%とした場合、W含有量を35〜45質量%とすれば、クラックの発生を抑制でき、Ni−W合金めっき層において、優れた耐焼付き性及び優れた耐食性の両立が可能であることを本発明者らは初めて見出した。   Therefore, the present inventors paid attention to the W content in the Ni—W alloy plating layer, and further examined the relationship between the W content, seizure resistance, and corrosion resistance. As a result, when the chemical composition of the Ni—W alloy plating layer is 100% by mass, if the W content is 35 to 45% by mass, generation of cracks can be suppressed, and the Ni—W alloy plating layer is excellent. The present inventors have found for the first time that it is possible to achieve both seizure resistance and excellent corrosion resistance.

この理由は定かではないが、次の事項が考えられる。上述のとおり、めっき層のクラックは、めっき内部応力により生じる。めっき層中の非晶質の体積比率を高めれば、めっき内部応力が低下する。Ni−W合金めっき層中のW含有量が高まれば、めっき層中の非晶質の体積率が高まる。これにより、内部応力が低下する。一方、めっき層中のWが過飽和になれば、非晶質の影響が強くなりすぎ、かえって内部応力が高まる。Ni−W合金めっき層中のW含有量を35〜45質量%とすれば、内部応力によるクラック発生を抑制できる。そのため、ねじ継手の耐焼付き性及び耐食性を高めることができる。   The reason for this is not clear, but the following can be considered. As described above, cracks in the plating layer are caused by internal plating stress. If the amorphous volume ratio in the plating layer is increased, the plating internal stress is lowered. If the W content in the Ni—W alloy plating layer increases, the volume ratio of amorphous in the plating layer increases. Thereby, internal stress falls. On the other hand, if W in the plating layer becomes supersaturated, the influence of amorphous becomes too strong, and the internal stress increases. If the W content in the Ni—W alloy plating layer is 35 to 45 mass%, the generation of cracks due to internal stress can be suppressed. Therefore, the seizure resistance and corrosion resistance of the threaded joint can be improved.

以上の知見に基づいて完成した本実施形態の管用ねじ継手は、ピン及びボックスと、Ni−W合金めっき層と固体潤滑被膜とを備える。ピン及びボックスは各々が、ねじ部、金属シール部及びショルダー部を含む接触表面を有する。Ni−W合金めっき層は、35〜45質量%のWを含有し、残部はNi及び不純物からなる。Ni−W合金めっき層の厚さは1〜20μmである。Ni−W合金めっき層は、ピン及びボックスの双方の接触表面上に配置される。管用ねじ継手はさらに、ピン及びボックスの少なくとも一方のNi−W合金めっき層上に固体潤滑被膜を備える。   The threaded joint for pipes of this embodiment completed based on the above knowledge is provided with a pin and a box, a Ni-W alloy plating layer, and a solid lubricating film. Each pin and box has a contact surface including a threaded portion, a metal seal portion and a shoulder portion. The Ni—W alloy plating layer contains 35 to 45% by mass of W, with the balance being Ni and impurities. The thickness of the Ni—W alloy plating layer is 1 to 20 μm. The Ni—W alloy plating layer is disposed on the contact surfaces of both the pin and the box. The threaded joint for pipes further includes a solid lubricant film on at least one Ni—W alloy plating layer of the pin and the box.

本実施形態の管用ねじ継手は、ピン及びボックスの双方の接触表面上に上述のNi−W合金めっき層を有する。そのため、優れた耐焼付き性及び耐食性を有する。   The threaded joint for pipes of this embodiment has the above-mentioned Ni-W alloy plating layer on the contact surfaces of both the pin and the box. Therefore, it has excellent seizure resistance and corrosion resistance.

本実施形態の管用ねじ継手の製造方法は、ピン及びボックスを備える管用ねじ継手の製造方法である。ピン及びボックスは各々が、ねじ部、金属シール部及びショルダー部を含む接触表面を有する。製造方法は、Ni−W合金めっき層形成工程と、固体潤滑被膜形成工程とを備える。Ni−W合金めっき層形成工程では、ピン及びボックスの双方の接触表面上に、Ni−W合金からなるNi−W合金めっき層を形成する。Ni−W合金めっき層は、35〜45質量%のWを含有し、残部はNi及び不純物からなる。Ni−W合金めっき層の厚さは1〜20μmである。固体潤滑被膜形成工程では、ピン及びボックスの少なくとも一方のNi−W合金めっき層上に、固体潤滑被膜を形成する。   The manufacturing method of the threaded joint for pipes of this embodiment is a manufacturing method of the threaded joint for pipes provided with a pin and a box. Each pin and box has a contact surface including a threaded portion, a metal seal portion and a shoulder portion. The manufacturing method includes a Ni—W alloy plating layer forming step and a solid lubricant film forming step. In the Ni—W alloy plating layer forming step, a Ni—W alloy plating layer made of a Ni—W alloy is formed on the contact surfaces of both the pin and the box. The Ni—W alloy plating layer contains 35 to 45% by mass of W, with the balance being Ni and impurities. The thickness of the Ni—W alloy plating layer is 1 to 20 μm. In the solid lubricant film forming step, a solid lubricant film is formed on at least one of the Ni-W alloy plating layers of the pin and the box.

本実施形態の製造方法により、ピン及びボックスの双方の接触表面上にNi−W合金めっき層を有する管用ねじ継手を製造できる。そのため、管用ねじ継手は、優れた耐焼付き性及び耐食性を有する。   By the manufacturing method of the present embodiment, a threaded joint for pipes having a Ni—W alloy plating layer on both contact surfaces of the pin and the box can be manufactured. Therefore, the threaded joint for pipes has excellent seizure resistance and corrosion resistance.

以下、本実施形態による管用ねじ継手及びその製造方法について詳述する。   Hereinafter, the threaded joint for pipes and the manufacturing method thereof according to the present embodiment will be described in detail.

[管用ねじ継手]
管用ねじ継手は、ピン及びボックスを備える。図1は、本実施形態による管用ねじ継手の構成を示す図である。図1を参照して、管用ねじ継手は、鋼管1とカップリング2とを備える。鋼管1の両端には、外面に雄ねじ部を有するピン3が形成される。カップリング2の両端には、内面に雌ねじ部を有するボックス4が形成される。ピン3とボックス4とをねじ締めすることによって、鋼管1の端に、カップリング2が取り付けられる。
[Screw joint for pipes]
The threaded joint for pipes includes a pin and a box. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a threaded joint for pipes according to the present embodiment. Referring to FIG. 1, the threaded joint for pipe includes a steel pipe 1 and a coupling 2. At both ends of the steel pipe 1, pins 3 having male thread portions on the outer surface are formed. At both ends of the coupling 2, boxes 4 having internal thread portions on the inner surface are formed. The coupling 2 is attached to the end of the steel pipe 1 by screwing the pin 3 and the box 4 together.

本実施形態の管用ねじ継手は、カップリング2を使用せず、鋼管1の一方の端をピン3とし、他方の端をボックス4とした、インテグラル形式の油井管用ねじ継手であってもよい。つまり、本実施形態の管用ねじ継手は、図1に示すカップリング方式であってもよいし、上述のインテグラル形式であってもよい。   The threaded joint for pipes of this embodiment may be an integral-type threaded joint for oil well pipes in which one end of the steel pipe 1 is a pin 3 and the other end is a box 4 without using the coupling 2. . That is, the threaded joint for pipes of this embodiment may be the coupling system shown in FIG. 1 or the integral type described above.

ピン3及びボックス4の各々は、ねじ部、金属シール部及びショルダー部を有する接触表面を備える。図2は、本実施形態による管用ねじ継手の断面図である。図2を参照して、ピン3は、雄ねじ部31、金属シール部32及びショルダー部33を備える。ボックス4は、雌ねじ部41、金属シール部42及びショルダー部43を備える。ピン3とボックス4とをねじ締めした時に接触する部分を、接触表面34及び44という。具体的には、ピン3とボックス4とをねじ締めすると、ねじ部同士(雄ねじ部31及び雌ねじ部41)、金属シール部同士(金属シール部32及び42)、及び、ショルダー部同士(ショルダー部33及び43)が互いに接触する。つまり、接触表面34及び44は、ねじ部31及び41、金属シール部32及び42、及び、ショルダー部33及び43を含む。   Each of the pin 3 and the box 4 includes a contact surface having a threaded portion, a metal seal portion, and a shoulder portion. FIG. 2 is a cross-sectional view of the threaded joint for pipes according to the present embodiment. With reference to FIG. 2, the pin 3 includes a male screw portion 31, a metal seal portion 32, and a shoulder portion 33. The box 4 includes a female screw part 41, a metal seal part 42, and a shoulder part 43. The portions that come into contact when the pin 3 and the box 4 are screwed together are referred to as contact surfaces 34 and 44. Specifically, when the pin 3 and the box 4 are screwed together, the screw parts (male screw part 31 and female screw part 41), the metal seal parts (metal seal parts 32 and 42), and the shoulder parts (shoulder part). 33 and 43) contact each other. That is, the contact surfaces 34 and 44 include screw portions 31 and 41, metal seal portions 32 and 42, and shoulder portions 33 and 43.

図3は、本実施形態による管用ねじ継手の接触表面34及び44の一例の断面図である。図3では、管用ねじ継手は、ピン3の接触表面34及びボックス4の接触表面44上にNi−W合金めっき層100を備える。管用ねじ継手はさらに、Ni−W合金めっき層100上に固体潤滑被膜200を備えてもよい。Ni−W合金めっき層100上に固体潤滑被膜200を備えれば、潤滑性が高まり、管用ねじ継手の耐焼付き性がさらに高まる。   FIG. 3 is a cross-sectional view of an example of the contact surfaces 34 and 44 of the threaded joint for pipes according to the present embodiment. In FIG. 3, the threaded joint for pipes includes a Ni—W alloy plating layer 100 on the contact surface 34 of the pin 3 and the contact surface 44 of the box 4. The threaded joint for pipes may further include a solid lubricating coating 200 on the Ni—W alloy plating layer 100. If the solid lubricating coating 200 is provided on the Ni—W alloy plating layer 100, the lubricity is enhanced and the seizure resistance of the threaded joint for pipes is further enhanced.

本実施形態の合金めっき層の配置は図3に限定されない。ピン3の接触表面34及びボックス4の接触表面44の双方の上に、Ni−W合金めっき層100を備え、ピン3及びボックス4の少なくとも一方のNi−W合金めっき層100上に固体潤滑被膜200を備え、他方のNi−W合金めっき層100上には固体潤滑被膜200を備えなくてもよい。   The arrangement of the alloy plating layer of this embodiment is not limited to FIG. A Ni—W alloy plating layer 100 is provided on both the contact surface 34 of the pin 3 and the contact surface 44 of the box 4, and a solid lubricating film is formed on at least one Ni—W alloy plating layer 100 of the pin 3 and the box 4. 200 and the solid lubricant film 200 may not be provided on the other Ni—W alloy plating layer 100.

[Ni−W合金めっき層100]
Ni−W合金めっき層100は、ピン3及びボックス4の双方の接触表面34及び44上に配置される。Ni−W合金めっき層100は、Ni−W合金からなる。Ni−W合金は、Ni及びWを含有し、残部は不純物からなる。ここで、不純物とはNi及びW以外の物質で、管用ねじ継手の製造中にNi−W合金めっき層100に含有され、本発明の効果に影響を与えない範囲の含有量で含まれる物質を含む。不純物はたとえば、Fe、S、O、C等である。Ni−W合金めっき層100の硬度及び融点は高い。そのため、管用ねじ継手の耐焼付き性が高まる。
[Ni-W alloy plating layer 100]
The Ni—W alloy plating layer 100 is disposed on the contact surfaces 34 and 44 of both the pin 3 and the box 4. The Ni—W alloy plating layer 100 is made of a Ni—W alloy. The Ni-W alloy contains Ni and W, and the balance consists of impurities. Here, the impurities are substances other than Ni and W, which are contained in the Ni-W alloy plating layer 100 during the manufacture of the threaded joint for pipes and contained in a content that does not affect the effects of the present invention. Including. Impurities are, for example, Fe, S, O, C and the like. The hardness and melting point of the Ni—W alloy plating layer 100 are high. Therefore, the seizure resistance of the pipe threaded joint is increased.

Ni−W合金めっき層100の化学組成を100質量%とした場合、Ni−W合金めっき層100は、35〜45質量%のWを含有する。この場合、Ni−W合金めっき層でのクラックの発生を抑制でき、Ni−W合金めっき層は高い耐食性を示す。その結果、管用ねじ継手は優れた耐焼付き性と優れた耐食性とを両立できる。   When the chemical composition of the Ni—W alloy plating layer 100 is 100 mass%, the Ni—W alloy plating layer 100 contains 35 to 45 mass% W. In this case, the generation of cracks in the Ni—W alloy plating layer can be suppressed, and the Ni—W alloy plating layer exhibits high corrosion resistance. As a result, the threaded joint for pipes can achieve both excellent seizure resistance and excellent corrosion resistance.

Wは、Ni−W合金めっき層100の非晶質体積率を高める。非晶質体積率が高まれば、内部応力が低下し、クラックが抑制される。その結果、管用ねじ継手の耐食性が高まる。W含有量が35質量%未満であれば、この効果が得られない。W含有量が35質量%未満であればさらに、Ni−W合金めっき層100の硬度が低下して、耐焼付き性が低下する。一方、W含有量が45質量%を超えれば、Ni−W合金めっき層100中の非晶質体積率が高すぎる。この場合、Ni−W合金めっき層100中にクラックが発生し、耐食性が低下する。W含有量が45質量%を超えればさらに、硬度が高くなりすぎ、耐焼付き性がかえって低下する。したがって、Ni−W合金めっき層100中のW含有量は35〜45質量%である。Ni−W合金めっき層100中のW含有量の好ましい下限は38質量%である。Ni−W合金めっき層100中のW含有量の好ましい上限は42質量%である。   W increases the amorphous volume ratio of the Ni—W alloy plating layer 100. If the amorphous volume ratio increases, the internal stress decreases and cracks are suppressed. As a result, the corrosion resistance of the pipe threaded joint is increased. If the W content is less than 35% by mass, this effect cannot be obtained. If the W content is less than 35% by mass, the hardness of the Ni—W alloy plating layer 100 is further lowered and seizure resistance is lowered. On the other hand, if the W content exceeds 45% by mass, the amorphous volume ratio in the Ni—W alloy plating layer 100 is too high. In this case, cracks are generated in the Ni—W alloy plating layer 100 and the corrosion resistance is lowered. If the W content exceeds 45% by mass, the hardness will be too high, and the seizure resistance will be lowered. Therefore, the W content in the Ni—W alloy plating layer 100 is 35 to 45 mass%. The minimum with preferable W content in the Ni-W alloy plating layer 100 is 38 mass%. The upper limit with preferable W content in the Ni-W alloy plating layer 100 is 42 mass%.

Ni−W合金めっき層100のW含有量は次の方法で測定する。W含有量の測定は、たとえば、ハンドヘルド蛍光X線分析装置(オリンパス製DP2000(商品名DELTA Premium))を用いて行う。Ni−Wを施した金属シール部表面の任意の4箇所(管周方向の任意の0°、90°、180°、270°箇所)を組成分析する。合金の測定モードによりNi及びWの測定含有量を求める。求めたNi及びWの測定含有量の総量でWの測定含有量を除したものをW含有量(質量%)とする。   The W content of the Ni—W alloy plating layer 100 is measured by the following method. The W content is measured using, for example, a hand-held X-ray fluorescence analyzer (Olympus DP2000 (trade name DELTA Premium)). Composition analysis is performed at any four locations (any 0 °, 90 °, 180 °, and 270 ° locations in the tube circumferential direction) on the surface of the metal seal portion subjected to Ni-W. The measured content of Ni and W is determined according to the measurement mode of the alloy. The W content (mass%) is obtained by dividing the measured content of Ni and W by the measured content of W.

Ni−W合金めっき層100の厚さは、1〜20μmである。Ni−W合金めっき層100の厚さが1μm未満であれば、耐焼付き性及び耐食性が低下する。Ni−W合金めっき層100の厚さが20μmを越えれば、めっきの密着性が低下する。   The thickness of the Ni—W alloy plating layer 100 is 1 to 20 μm. If the thickness of the Ni—W alloy plating layer 100 is less than 1 μm, the seizure resistance and the corrosion resistance decrease. If the thickness of the Ni—W alloy plating layer 100 exceeds 20 μm, the adhesion of the plating is lowered.

Ni−W合金めっき層100の厚さは、次の方法で測定する。Ni−W合金めっき層100を形成した接触表面に、ISO(International Organization for Standardization)21968(2005)に準拠する過電流位相式の膜厚測定器のプローブを接触させる。プローブの入力側の高周波磁界と、それにより励起されたNi−W合金めっき層100上の過電流との位相差を測定する。この位相差をNi−W合金めっき層100の厚さに変換する。ねじ継手での膜厚測定では、金属シール部の任意の4箇所(管周方向の任意の0°、90°、180°、270°箇所)を測定する。   The thickness of the Ni—W alloy plating layer 100 is measured by the following method. The contact surface on which the Ni—W alloy plating layer 100 is formed is brought into contact with an overcurrent phase film thickness measuring instrument probe conforming to ISO (International Organization for Standardization) 21968 (2005). The phase difference between the high frequency magnetic field on the input side of the probe and the overcurrent on the Ni—W alloy plating layer 100 excited thereby is measured. This phase difference is converted into the thickness of the Ni—W alloy plating layer 100. In the film thickness measurement at the threaded joint, any four locations (any 0 °, 90 °, 180 °, 270 ° locations in the pipe circumferential direction) of the metal seal portion are measured.

[固体潤滑被膜200]
図3を参照して、好ましくは、管用ねじ継手はさらに、ピン3及びボックス4の少なくとも一方のNi−W合金めっき層100上に固体潤滑被膜200を備える。この場合、管用ねじ継手の潤滑性がさらに高まる。固体潤滑被膜200は周知のものを使用できる。固体潤滑被膜200はたとえば、潤滑性粒子及び結合剤を含有する。固体潤滑被膜200は、必要に応じて、溶媒及び他の成分を含有してもよい。
[Solid lubricating coating 200]
Referring to FIG. 3, the threaded joint for pipes preferably further includes a solid lubricating coating 200 on at least one Ni—W alloy plating layer 100 of pin 3 and box 4. In this case, the lubricity of the threaded joint for pipes is further enhanced. A well-known solid lubricant film 200 can be used. The solid lubricating coating 200 contains, for example, lubricating particles and a binder. The solid lubricating coating 200 may contain a solvent and other components as necessary.

潤滑性粒子は、固体潤滑被膜200の表面の摩擦係数を低下させる。潤滑性粒子は、潤滑性を有する粒子であれば特に限定されない。潤滑性粒子はたとえば、黒鉛、MoS2(二硫化モリブデン)、WS2(二硫化タングステン)、BN(窒化ホウ素)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、CFx(フッ化黒鉛)及びCaCO3(炭酸カルシウム)からなる群から選択される1種又は2種以上である。好ましくは、黒鉛、フッ化黒鉛、MoS2及びPTFEが用いられる。固体潤滑被膜を100質量%とした場合、潤滑性粒子の好ましい含有量は5〜40質量%である。 The lubricating particles reduce the friction coefficient of the surface of the solid lubricating coating 200. The lubricating particles are not particularly limited as long as they have lubricating properties. Lubricating particles include, for example, graphite, MoS 2 (molybdenum disulfide), WS 2 (tungsten disulfide), BN (boron nitride), PTFE (polytetrafluoroethylene), CF x (graphite fluoride) and CaCO 3 (carbonic acid). One or more selected from the group consisting of calcium). Preferably, graphite, graphite fluoride, MoS 2 and PTFE are used. When the solid lubricating coating is 100% by mass, the preferred content of the lubricating particles is 5 to 40% by mass.

結合剤は、潤滑性粒子を固体潤滑被膜200中に結合させる。結合剤はたとえば、有機系樹脂及び無機系樹脂からなる群から選択される1種又は2種である。有機系樹脂を用いる場合は、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂からなる群から選択される1種を用いることができる。熱硬化性樹脂はたとえば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、ウレア樹脂及びアクリル樹脂からなる群から選択される1種又は2種以上である。熱可塑性樹脂はたとえば、ポリアミドイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂及びエチレン酢酸ビニル樹脂からなる群から選択される1種又は2種以上である。固体潤滑被膜を100質量%とした場合、結合材の好ましい含有量は60〜95質量%である。   The binder binds the lubricating particles into the solid lubricating coating 200. The binder is, for example, one or two selected from the group consisting of organic resins and inorganic resins. When using organic resin, 1 type selected from the group which consists of a thermosetting resin and a thermoplastic resin can be used. The thermosetting resin is, for example, one or two selected from the group consisting of epoxy resin, polyimide resin, polycarbodiimide resin, polyether sulfone, polyether ether ketone resin, phenol resin, furan resin, urea resin, and acrylic resin. More than a seed. The thermoplastic resin is, for example, one or more selected from the group consisting of polyamideimide resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polystyrene resin, and ethylene vinyl acetate resin. When the solid lubricant film is 100% by mass, the preferable content of the binder is 60 to 95% by mass.

無機系樹脂を用いる場合は、ポリメタロキサンを用いることができる。ポリメタロキサンとは、金属−酸素結合の繰り返しが主鎖骨格である高分子化合物のことをいう。好ましくは、ポリチタノキサン(Ti−O)及びポリシロキサン(Si−O)が用いられる。これらの無機系樹脂は、金属アルコキシドを加水分解及び縮合させることで得られる。金属アルコキシドのアルコキシ基はたとえば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、イソブトキシ基、ブトキシ基及びtert−ブトキシ基等の低級アルコキシ基である。   When an inorganic resin is used, polymetalloxane can be used. The polymetalloxane refers to a polymer compound in which a repeating metal-oxygen bond is a main chain skeleton. Preferably, polytitanoxane (Ti—O) and polysiloxane (Si—O) are used. These inorganic resins are obtained by hydrolyzing and condensing metal alkoxide. The alkoxy group of the metal alkoxide is, for example, a lower alkoxy group such as a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an isopropoxy group, an isobutoxy group, a butoxy group and a tert-butoxy group.

潤滑性粒子及び結合剤を溶解又は分散させる必要がある場合は、溶媒を用いる。溶媒は、固体潤滑被膜200に含まれる成分を分散又は溶解できるものであれば、特に限定されない。溶媒は、有機溶媒及び水からなる群から選択される1種又は2種を用いることができる。有機溶媒はたとえば、トルエン及びイソプロピルアルコールからなる群から選択される1種又は2種である。   When it is necessary to dissolve or disperse the lubricating particles and the binder, a solvent is used. The solvent is not particularly limited as long as it can disperse or dissolve the components contained in the solid lubricating coating 200. As the solvent, one or two selected from the group consisting of an organic solvent and water can be used. The organic solvent is, for example, one or two selected from the group consisting of toluene and isopropyl alcohol.

固体潤滑被膜200は、必要に応じて、他の成分を含有できる。他の成分はたとえば、防錆剤、腐食抑制剤、界面活性剤、ワックス、摩擦調整剤及び顔料等である。潤滑性粒子、結合剤、溶媒及びその他の成分のそれぞれの含有量は、適宜設定される。   The solid lubricating coating 200 can contain other components as necessary. Other components are, for example, rust inhibitors, corrosion inhibitors, surfactants, waxes, friction modifiers, pigments and the like. The respective contents of the lubricating particles, the binder, the solvent and other components are appropriately set.

[管用ねじ継手の母材]
管用ねじ継手の母材の化学組成は、特に限定されない。母材はたとえば、炭素鋼、ステンレス鋼及び合金鋼等である。合金鋼の中でも、Cr、Ni及びMo等の合金元素を含んだ二相ステンレス鋼及びNi合金等の高合金鋼の耐食性は高い。そのため、これらの高合金鋼を母材に使用すれば、管用ねじ継手の耐食性が高まる。管用ねじ継手の母材はたとえば、高合金鋼の1種である13%Cr鋼(C:0.18%、Si:0.23%、Mn:0.8%、P:0.02%、S:0.01%、Cu:0.04%、Ni:0.1%、Cr:13%、Mo:0.04%、残部:Fe及び不純物)である。
[Base material for threaded joints for pipes]
The chemical composition of the base material of the threaded joint for pipes is not particularly limited. Examples of the base material include carbon steel, stainless steel, and alloy steel. Among alloy steels, the corrosion resistance of duplex stainless steels containing alloy elements such as Cr, Ni and Mo and high alloy steels such as Ni alloys is high. Therefore, if these high alloy steels are used as the base material, the corrosion resistance of the threaded joint for pipes is increased. The base material of the threaded joint for pipes is, for example, 13% Cr steel (C: 0.18%, Si: 0.23%, Mn: 0.8%, P: 0.02%, which is a kind of high alloy steel, S: 0.01%, Cu: 0.04%, Ni: 0.1%, Cr: 13%, Mo: 0.04%, balance: Fe and impurities).

[製造方法]
本実施形態の管用ねじ継手の製造方法は、上述の管用ねじ継手の製造方法である。製造方法は、Ni−W合金めっき層形成工程と固体潤滑被膜形成工程とを備える。
[Production method]
The manufacturing method of the threaded joint for pipes of this embodiment is a manufacturing method of the above-mentioned threaded joint for pipes. The manufacturing method includes a Ni—W alloy plating layer forming step and a solid lubricant film forming step.

[Ni−W合金めっき層形成工程]
Ni−W合金めっき層形成工程では、準備された管用ねじ継手のピン3及びボックス4の双方の接触表面34及び44上に、Ni−W合金からなるNi−W合金めっき層100を形成する。Ni−W合金めっき層100は、電気めっきにより形成される。電気めっきは、Niイオン及びWイオンを含有するめっき浴に、被めっき材であるピン3又はボックス4の接触表面34及び44を浸漬し、通電することによって行う。めっき浴には、好ましくは、Niイオン:0.13〜0.3mol/L及びWイオン:0.3〜0.42mol/Lが含有される。電気めっきの条件は適宜設定できる。電気めっきの条件はたとえば、めっき浴pH:1〜10、めっき浴温度:10〜60℃、電流密度:1〜100A/dm2、及び、処理時間:0.1〜30分である。
[Ni-W alloy plating layer forming step]
In the Ni—W alloy plating layer forming step, the Ni—W alloy plating layer 100 made of the Ni—W alloy is formed on the contact surfaces 34 and 44 of both the pin 3 and the box 4 of the prepared pipe thread joint. The Ni—W alloy plating layer 100 is formed by electroplating. The electroplating is performed by immersing the contact surfaces 34 and 44 of the pin 3 or the box 4 as the material to be plated in a plating bath containing Ni ions and W ions, and applying current. The plating bath preferably contains Ni ions: 0.13-0.3 mol / L and W ions: 0.3-0.42 mol / L. The conditions for electroplating can be set as appropriate. The electroplating conditions are, for example, plating bath pH: 1 to 10, plating bath temperature: 10 to 60 ° C., current density: 1 to 100 A / dm 2 , and processing time: 0.1 to 30 minutes.

[固体潤滑被膜形成工程]
ピン3及びボックス4の少なくとも一方のNi−W合金めっき層100上に固体潤滑被膜200を形成する。固体潤滑被膜形成工程では、はじめに、固体潤滑被膜用組成物(以下、組成物ともいう)を準備する。組成物は、上述の潤滑性粒子及び結合剤を混合することで形成される。組成物はさらに、上述の溶媒及び他の成分を含有してもよい。
[Solid lubricating film forming process]
A solid lubricating coating 200 is formed on the Ni—W alloy plating layer 100 of at least one of the pin 3 and the box 4. In the solid lubricant film forming step, first, a solid lubricant film composition (hereinafter also referred to as a composition) is prepared. The composition is formed by mixing the lubricating particles and binder described above. The composition may further contain the above-described solvent and other components.

得られた組成物をNi−W合金めっき層100上に塗布する。塗布の方法は特に限定されない。たとえば、スプレーガンを用いて、Ni−W合金めっき層100上に組成物を噴霧する。組成物が塗布されたピン3又はボックス4を、加熱乾燥させる。これにより、組成物が硬化し、Ni−W合金めっき層100上に固体潤滑被膜200が形成される。加熱乾燥の条件は、組成物に含まれる各成分の沸点及び融点等を考慮して、適宜設定できる。溶媒を用いない組成物に対しては、ホットメルト法を用いることができる。ホットメルト法では、組成物を加熱して流動状態にする。流動状態になった組成物をたとえば、温度保持機能を有するスプレーガンを用いて噴霧する。組成物を塗布したピン3又はボックス4を、空冷等により冷却する。これにより、組成物が硬化し、Ni−W合金めっき層100上に固体潤滑被膜200が形成される。   The obtained composition is applied onto the Ni—W alloy plating layer 100. The method of application is not particularly limited. For example, the composition is sprayed onto the Ni—W alloy plating layer 100 using a spray gun. The pin 3 or the box 4 to which the composition is applied is heated and dried. As a result, the composition is cured, and the solid lubricating coating 200 is formed on the Ni—W alloy plating layer 100. The conditions for the heat drying can be appropriately set in consideration of the boiling point and melting point of each component contained in the composition. For compositions that do not use a solvent, the hot melt method can be used. In the hot melt method, the composition is heated to a fluid state. The composition in a fluidized state is sprayed using, for example, a spray gun having a temperature holding function. The pin 3 or the box 4 coated with the composition is cooled by air cooling or the like. As a result, the composition is cured, and the solid lubricating coating 200 is formed on the Ni—W alloy plating layer 100.

[下地処理工程]
本製造方法は、必要に応じて、Ni−W合金めっき層形成工程の前に下地処理工程を実施してもよい。下地処理工程はたとえば、酸洗及びアルカリ脱脂である。下地処理工程では、Ni−W合金めっき層を形成する接触表面上に付着した油分等を洗浄する。下地処理工程はさらに、サンドブラスト及び機械研削仕上げ等の研削加工を備えてもよい。これらの下地処理は、1種のみ実施してもよく、複数の下地処理を組み合わせて実施してもよい。
[Ground treatment process]
This manufacturing method may implement a base treatment process before a Ni-W alloy plating layer formation process as needed. The ground treatment process is, for example, pickling and alkali degreasing. In the base treatment step, oil and the like attached on the contact surface forming the Ni—W alloy plating layer is washed. The ground treatment step may further include grinding such as sand blasting and mechanical grinding. Only one type of these base treatments may be performed, or a plurality of base treatments may be combined.

以下、実施例を説明する。実施例において、ピンの接触表面をピン表面、ボックスの接触表面をボックス表面という。また、実施例中の%は、質量%を意味する。   Examples will be described below. In the embodiment, the contact surface of the pin is referred to as the pin surface, and the contact surface of the box is referred to as the box surface. Moreover,% in an Example means the mass%.

基材には、高合金鋼の1種である13%Cr鋼(C:0.18%、Si:0.23%、Mn:0.8%、P:0.02%、S:0.01%、Cu:0.04%、Ni:0.1%、Cr:13%、Mo:0.04%、残部:Fe及び不純物)を用いた。この13%Cr鋼を用いて、継目無鋼管及びカップリングを製造した。継目無鋼管のサイズは外径168.28mm、肉厚12.1mm、長さ1200mmであった。継目無鋼管の両端の外面には、切削加工によって雄ねじ部及びねじ無し金属接触部を有するピンを形成した。カップリングの両端の内面には、切削加工によって雌ねじ部及びねじ無し金属接触部を有するボックスを形成した。   For the base material, 13% Cr steel (C: 0.18%, Si: 0.23%, Mn: 0.8%, P: 0.02%, S: 0.0. 01%, Cu: 0.04%, Ni: 0.1%, Cr: 13%, Mo: 0.04%, balance: Fe and impurities). Using this 13% Cr steel, seamless steel pipes and couplings were produced. The seamless steel pipe had an outer diameter of 168.28 mm, a wall thickness of 12.1 mm, and a length of 1200 mm. On the outer surface of both ends of the seamless steel pipe, a pin having a male thread part and an unthreaded metal contact part was formed by cutting. Boxes having internal thread portions and unthreaded metal contact portions were formed on the inner surfaces of both ends of the coupling by cutting.

[Ni−W合金めっき層形成工程]
試験番号1〜試験番号7のピン及びボックス表面にNi−W合金めっき層を形成した。Ni−W合金めっき層の形成は、電気めっきにより実施した。具体的には、各試験番号のめっき浴にカップリングを浸漬し、通電することでNi−W合金めっき層を形成した。めっき条件は、めっき浴pH:5、めっき浴温度:60℃、電流密度:20A/dm2(定電流電解法)であった。各試験番号のめっき浴の組成は、表1に示すとおりであった。
[Ni-W alloy plating layer forming step]
A Ni—W alloy plating layer was formed on the surface of the pin and the box of test number 1 to test number 7. The Ni—W alloy plating layer was formed by electroplating. Specifically, the Ni—W alloy plating layer was formed by immersing the coupling in the plating bath of each test number and energizing it. The plating conditions were plating bath pH: 5, plating bath temperature: 60 ° C., current density: 20 A / dm 2 (constant current electrolysis method). The composition of the plating bath for each test number was as shown in Table 1.

Figure 2018123349
Figure 2018123349

なお、めっき浴は、市販特級の硫酸ニッケル七水和物、タングステン酸二ナトリウム、クエン酸三アンモニウム:0.6mol/Lを純水に溶かして作製した。全金属塩濃度は0.6mol/Lで一定とした。全金属塩濃度に対するタングステン酸二ナトリウム濃度の比を変化させて数種類のめっき浴を建浴した。   The plating bath was prepared by dissolving commercially available nickel sulfate heptahydrate, disodium tungstate, triammonium citrate: 0.6 mol / L in pure water. The total metal salt concentration was constant at 0.6 mol / L. Several plating baths were constructed by changing the ratio of disodium tungstate concentration to total metal salt concentration.

試験番号8のピン及びボックス表面には、Cu−Sn−Zn合金めっき層を形成した。具体的には、銅イオン、錫イオン及び亜鉛イオンを含有するシアン浴を用いて、電気めっきによりボックス表面にCu−Sn−Zn合金めっき層を形成した。Cu−Sn−Zn合金めっき層は、Zn:約7%、Sn:約40%、Cu:約53%を含有した。   A Cu—Sn—Zn alloy plating layer was formed on the surface of the pin and box of test number 8. Specifically, a Cu—Sn—Zn alloy plating layer was formed on the box surface by electroplating using a cyan bath containing copper ions, tin ions and zinc ions. The Cu—Sn—Zn alloy plating layer contained Zn: about 7%, Sn: about 40%, Cu: about 53%.

[固体潤滑被膜形成工程]
試験番号1〜試験番号8のボックス表面にさらに固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜形成用の組成物は、ポリアミドイミド樹脂:12質量%、ジメチルスルホキシド:45質量%、PTFE粒子:5質量%、純水:残部を含有した。この組成物を合金めっき層上にスプレー塗布した後、予備乾燥(85℃、10分)及び本加熱(280℃、30分)し、平均膜厚30μmの固体潤滑被膜を形成した。
[Solid lubricating film forming process]
A solid lubricating film was further formed on the surface of the boxes of Test No. 1 to Test No. 8. The composition for forming a solid lubricant film contained polyamideimide resin: 12% by mass, dimethyl sulfoxide: 45% by mass, PTFE particles: 5% by mass, and pure water: the balance. After spraying this composition on the alloy plating layer, preliminary drying (85 ° C., 10 minutes) and main heating (280 ° C., 30 minutes) were performed to form a solid lubricating film having an average film thickness of 30 μm.

ピン表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3μm)を施した後、固体防食被膜を形成した。固体防食被膜形成用の組成物は、アクリル樹脂系紫外線硬化型樹脂塗料、亜燐酸アルミニウム及びポリエチレンワックスを含有した。亜燐酸アルミニウム及びポリエチレンワックスの含有量は、アクリル樹脂系紫外線硬化型樹脂1に対して、それぞれ0.05及び0.01であった。この組成物をピン表面に塗布した後、組成物にUVランプ(空冷水銀ランプ、出力4kW、紫外線波長:260nm)で紫外線を照射して硬化させた。固体防食被膜の厚さは25μmであった。   The pin surface was subjected to mechanical grinding finish (surface roughness 3 μm), and then a solid anticorrosive film was formed. The composition for forming a solid anticorrosive film contained an acrylic resin-based ultraviolet curable resin paint, aluminum phosphite, and polyethylene wax. The contents of aluminum phosphite and polyethylene wax were 0.05 and 0.01, respectively, with respect to the acrylic resin ultraviolet curable resin 1. After this composition was applied to the surface of the pin, the composition was cured by irradiating it with ultraviolet rays using a UV lamp (air-cooled mercury lamp, output 4 kW, ultraviolet wavelength: 260 nm). The thickness of the solid anticorrosion coating was 25 μm.

[合金めっき層中のW含有量測定試験]
各試験番号の合金めっき層中のW含有量を上述の方法により測定した。結果を表1に示す。
[Measurement of W content in alloy plating layer]
The W content in the alloy plating layer of each test number was measured by the method described above. The results are shown in Table 1.

[合金めっき層の厚さ測定試験]
各試験番号の合金めっき層の厚さを上述の方法により測定した。結果を表1に示す。
[Alloy plating layer thickness measurement test]
The thickness of the alloy plating layer of each test number was measured by the method described above. The results are shown in Table 1.

[耐焼付き性評価試験]
各試験番号のピン及びボックスに対して耐焼付き性を評価した。具体的には、各試験番号のピン及びボックスを有する継目無鋼管及びカップリングを用いて、常温でねじ締め及びねじ戻しを繰り返した。ねじ締め及びねじ戻しは最大10回繰り返された。ねじ締めの締付けトルクは49351.8N・m(36400ft・lbs)であった。ねじ締め及びねじ戻しを1回行うごとに、ピン表面を目視観察した。目視観察により、焼付きの発生状況を確認した。焼付きを生ずることなく、ねじ締め及びねじ戻しができた回数を測定した。結果を表1に示す。表1中、「>10」とあるのは、ねじ締め及びねじ戻しを10回繰り返しても焼付きが発生しなかったことを示す。
[Evaluation test for seizure resistance]
Seizure resistance was evaluated for the pins and boxes of each test number. Specifically, using a seamless steel pipe having a pin and a box of each test number and a coupling, screw tightening and unscrewing were repeated at room temperature. Screwing and unscrewing was repeated up to 10 times. The tightening torque for screw tightening was 49351.8 N · m (36400 ft · lbs). Each time the screw tightening and screw unwinding were performed once, the pin surface was visually observed. The occurrence of seizure was confirmed by visual observation. The number of times that screw tightening and screw unwinding were observed without causing seizure. The results are shown in Table 1. In Table 1, “> 10” indicates that seizure did not occur even when screw tightening and screw unscrewing were repeated 10 times.

[塩水噴霧試験]
上記カップリングと同様の組成を有する試験片を用いて、塩水噴霧試験を実施した。試験片は、各試験番号のボックス表面と同様の合金めっき層及び固体潤滑被膜を備えた。試験片の大きさは幅:70mm、長さ:50mm、厚さ:1mmであった。塩水噴霧試験はJIS Z2371(2000)に記載された方法に基づいて実施した。試験時間は最大1000時間であった。目視観察により各試験番号の試験片表面に錆が発生した時間を計測した。結果を表1に示す。表1中、「>1000」とあるのは、1000時間経過しても錆が発生しなかったことを示す。表1中、「<500」とあるのは、500時間未満で発錆したことを示す。
[Salt spray test]
The salt spray test was implemented using the test piece which has the same composition as the said coupling. The test piece was provided with the same alloy plating layer and solid lubricant film as the box surface of each test number. The size of the test piece was 70 mm in width, 50 mm in length, and 1 mm in thickness. The salt spray test was performed based on the method described in JIS Z2371 (2000). The test time was a maximum of 1000 hours. The time when rust was generated on the surface of the test piece of each test number was measured by visual observation. The results are shown in Table 1. In Table 1, “> 1000” indicates that rust did not occur even after 1000 hours. In Table 1, “<500” indicates that rusting occurred in less than 500 hours.

[評価結果]
表1を参照して、試験番号3〜試験番号5の管用ねじ継手は、ピン及びボックスの双方の接触表面上にNi−W合金めっき層を備えた。さらに、Ni−W合金めっき層中のW含有量は35〜45質量%であった。そのため、優れた耐焼付き性及び耐食性を示した。具体的には、試験番号3〜試験番号5の管用ねじ継手は、ねじ締め及びねじ戻しを9回繰り返しても焼付きが発生しなかった。さらに、試験番号3〜試験番号5の管用ねじ継手は、塩水噴霧試験において1000時間経過しても発錆が確認されなかった。
[Evaluation results]
Referring to Table 1, the threaded joints for pipes of Test No. 3 to Test No. 5 were provided with Ni—W alloy plating layers on the contact surfaces of both the pin and the box. Furthermore, the W content in the Ni—W alloy plating layer was 35 to 45 mass%. Therefore, excellent seizure resistance and corrosion resistance were exhibited. Specifically, in the threaded joints for pipes of test numbers 3 to 5, no seizure occurred even when the screw tightening and screw return were repeated nine times. Furthermore, the threaded joints for pipes of Test No. 3 to Test No. 5 were not confirmed to rust even after 1000 hours in the salt spray test.

一方、試験番号1の管用ねじ継手は、Ni−W合金めっき層のW含有量が35質量%未満であった。そのため、試験番号1の管用ねじ継手はねじ締め及びねじ戻しを4回繰り返すと焼付きが発生した。さらに、試験番号1の管用ねじ継手には、塩水噴霧試験において650時間経過後に発錆が確認された。   On the other hand, in the threaded joint for tubes of test number 1, the W content of the Ni—W alloy plating layer was less than 35 mass%. Therefore, seizure occurred in the threaded joint for pipe of test number 1 when the screw tightening and screw unscrewing were repeated four times. Furthermore, the pipe thread joint of test number 1 was confirmed to rust after 650 hours in the salt spray test.

試験番号2の管用ねじ継手は、Ni−W合金めっき層のW含有量が35質量%未満であった。そのため、試験番号2の管用ねじ継手はねじ締め及びねじ戻しを3回繰り返すと焼付きが発生した。さらに、試験番号2の管用ねじ継手には、塩水噴霧試験において750時間経過後に発錆が確認された。   In the threaded joint for pipes of test number 2, the W content of the Ni—W alloy plating layer was less than 35 mass%. Therefore, seizure occurred in the threaded joint for pipe of test number 2 when the screw tightening and screw unscrewing were repeated three times. Further, rusting was confirmed in the threaded joint for pipe of test number 2 after 750 hours in the salt spray test.

試験番号6の管用ねじ継手は、Ni−W合金めっき層のW含有量が45質量%を超えた。そのため、試験番号6の管用ねじ継手はねじ締め及びねじ戻しを5回繰り返すと焼付きが発生した。さらに、試験番号6の管用ねじ継手には、塩水噴霧試験において700時間経過後に発錆が確認された。   In the threaded joint for pipe of test number 6, the W content of the Ni—W alloy plating layer exceeded 45 mass%. Therefore, seizure occurred in the threaded joint for pipe of test number 6 when the screw tightening and screw unscrewing were repeated five times. Furthermore, rusting was confirmed in the threaded joint for pipe of test number 6 after 700 hours had passed in the salt spray test.

試験番号7の管用ねじ継手は、Ni−W合金めっき層の厚さが0.5μmと薄かった。そのため、試験番号7の管用ねじ継手はねじ締め及びねじ戻しを2回繰り返すと焼付きが発生した。さらに、塩水噴霧試験において500時間未満で発錆が確認された。   In the threaded joint for pipe of test number 7, the thickness of the Ni—W alloy plating layer was as thin as 0.5 μm. Therefore, seizure occurred in the threaded joint for test No. 7 when screw tightening and screw unscrewing were repeated twice. Furthermore, rusting was confirmed in less than 500 hours in the salt spray test.

試験番号8の管用ねじ継手は、従来のCu−Sn−Zn合金めっき層を備えた。そのため、試験番号8の管用ねじ継手はねじ締め及びねじ戻しを7回繰り返すと焼付きが発生した。さらに、試験番号8の管用ねじ継手には、塩水噴霧試験において750時間経過後に発錆が確認された。   The threaded joint for pipes of test number 8 was provided with a conventional Cu—Sn—Zn alloy plating layer. Therefore, seizure occurred in the threaded joint for pipe of test number 8 when screw tightening and screw unscrewing were repeated seven times. Furthermore, rusting was confirmed in the pipe thread joint of test number 8 after 750 hours in the salt spray test.

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the above-described embodiment is merely an example for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately changing the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.

3 ピン
4 ボックス
31、41 ねじ部
32、42 金属シール部
33、43 ショルダー部
34、44 接触表面
100 Ni−W合金めっき層
200 固体潤滑被膜
3 Pin 4 Box 31, 41 Thread part 32, 42 Metal seal part 33, 43 Shoulder part 34, 44 Contact surface 100 Ni-W alloy plating layer 200 Solid lubricant film

Claims (2)

各々が、ねじ部、金属シール部及びショルダー部を含む接触表面を有するピン及びボックスと、
前記ピン及び前記ボックスの双方の前記接触表面上に、35〜45質量%のWを含有し、残部はNi及び不純物からなり、厚さが1〜20μmである、Ni−W合金めっき層と、
前記ピン及び前記ボックスの少なくとも一方の前記Ni−W合金めっき層上に固体潤滑被膜とを備える、管用ねじ継手。
A pin and a box each having a contact surface including a threaded portion, a metal seal portion and a shoulder portion;
Ni-W alloy plating layer containing 35 to 45% by mass of W on the contact surfaces of both the pin and the box, the balance being Ni and impurities, and having a thickness of 1 to 20 μm;
A threaded joint for pipes, comprising a solid lubricating coating on the Ni-W alloy plating layer of at least one of the pin and the box.
各々が、ねじ部、金属シール部及びショルダー部を含む接触表面を有するピン及びボックスを備える管用ねじ継手の製造方法であって、
前記ピン及び前記ボックスの双方の前記接触表面上に、35〜45質量%のWを含有し、残部はNi及び不純物からなり、厚さが1〜20μmである、Ni−W合金めっき層を形成する工程と、
前記ピン及び前記ボックスの少なくとも一方の前記Ni−W合金めっき層上に、固体潤滑被膜を形成する工程とを備える、管用ねじ継手の製造方法。
Each of which is a method of manufacturing a threaded joint for a pipe comprising a pin and a box having a contact surface including a thread portion, a metal seal portion and a shoulder portion,
On the contact surfaces of both the pin and the box, a Ni-W alloy plating layer containing 35 to 45% by mass of W, the balance being made of Ni and impurities, and having a thickness of 1 to 20 μm is formed. And a process of
Forming a solid lubricant film on the Ni-W alloy plating layer of at least one of the pin and the box.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020021691A1 (en) * 2018-07-27 2020-01-30 日本製鉄株式会社 Screw joint for pipe and method for manufacturing screw joint for pipe
CN113454271A (en) * 2019-02-12 2021-09-28 日本制铁株式会社 Threaded joint for pipe

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