JP4821775B2 - 油井管用ねじ継手 - Google Patents
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Description
本発明の別の目的は、コンパウンドグリスを使用することなく、錆の発生を抑制し、かつ優れた耐焼付き性と気密性を示す鋼管用ねじ継手を提供することである。
・前記粘稠液体または半固体の潤滑被膜が、ワックスおよび脂肪酸アルカリ土類金属塩と、場合によりさらに固体潤滑粉末を含有し、有害な重金属を実質的に含有しない;
・前記乾燥固体被膜が、水溶性もしくは水分散性の高分子化合物を被膜成分とする水性組成物から形成された被膜であるか、または高分子化合物を被膜成分とする有機溶剤溶解組成物から形成された被膜である;
・前記高分子化合物がアクリル樹脂である;
・前記乾燥固体被膜が紫外線硬化型樹脂を主成分とする被覆組成物から形成され、この組成物は好ましくはさらに金属石鹸のような滑剤および針状炭酸塩のような繊維状フィラーを含有する;
・前記粘稠液体または半固体の潤滑被膜の膜厚が10〜200μm、前記乾燥固体被膜の膜厚が5〜50μmであり、かつ(該潤滑被膜の膜厚)>(該乾燥固体被膜の膜厚)である;
・粘稠液体または半固体の潤滑被膜を有する接触表面が、該潤滑被膜を形成する前に、ブラスト処理、酸洗、リン酸塩化成処理、蓚酸塩化成処理、硼酸塩化成処理、金属めっき、およびそれらの処理の2種以上の組合わせから選ばれた方法により予め下地処理されている;
・粘稠液体または半固体の潤滑被膜を有する接触表面が、該潤滑被膜を形成する前に、金属めっき、金属合金、または金属および/もしくは金属合金による複層めっきにより予め下地処理されている;
・前記鋼管が油井管である。
図1は、出荷時の油井管用鋼管とねじ継手部品の状態を示す典型的なねじ継手の組み立て構成を模式的に示す。鋼管Aの両端には外面に雄ねじ部3aを有するピン1が形成され、ねじ継手部品(カップリング)Bの両側には、内面に雌ねじ部3bを有するボックス2が形成されている。ピンとは雄ねじを有する方のねじ継手部分を、ボックスとは雌ねじを有する方のねじ継手部分をそれぞれ意味する。鋼管Aの一端には予めねじ継手部品Bが締付けられている。図示していないが、締付けられていない鋼管Aのピンとねじ継手部品Bのボックスには、それぞれのねじ部の保護のためのプロテクターが出荷前に装着される。プロテクターはねじ継手の使用前に取り外される。
ねじ継手による鋼管同士の締結の際に焼付きを防止するために、ねじ継手のピンとボックスの少なくとも一方の接触表面に、第1層(下層)として、粘稠液体または半固体の潤滑被膜を形成する。この潤滑被膜は、少なくともワックスと脂肪酸アルカリ土類金属塩とを含有する被膜であることが好ましい。
ホスフェート: (R3O)(R4O)P(=O)(OR5)
ホスファイト: (R3O)(R4O)P(OR5)
チオホスフェート: (R3O)(R4O)P(=S)(OR5)
ジチオリン酸金属塩: [(R3O)(R6O)P(=S)−S]2−M
式中、R3、R6は炭素数1〜24のアルキル基、シクロアルキル基、アルキルシクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基、またはアリールアルキル基を、R4、R5は水素原子または炭素数1〜24のアルキル基、シクロアルキル基、アルキルシクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基、またはアリールアルキル基を、Mはモリブデン(Mo)、亜鉛(Zn)またはバリウム(Ba)をそれぞれ意味する。
潤滑被膜形成用組成物の粘度(動粘度:単位cSt、B型粘度形)は、溶剤等の添加により、塗布方法に応じて適宜選択すればよい。スプレー塗布や浸漬の場合には、40℃の粘度が4000cSt以下、刷毛塗りの場合には60℃の粘度が1000cSt以下であることが好ましい。
第1層の潤滑被膜は、その上層(第2層)の乾燥固体被膜が最初の締結時に破壊して、下層の潤滑被膜に吸収され、その後に上層被膜と一体となって、摩擦面において潤滑効果を発揮する。
[乾燥固体被膜]
第1層の粘稠液体または半固体の潤滑被膜の上に、第2層(上層)として乾燥固体被膜を形成する。乾燥固体被膜は有機高分子化合物(有機樹脂)を主成分とする樹脂質被膜でよい。好ましくは、この被膜はワックスを含有しない。
乾燥固体被膜は、粘稠液体または半固体の潤滑被膜のべとつきを解消するために形成される。それにより、油井管を直立させ、締結する際に、その内面に付着している錆や、錆を除去するために投入したブラスト砥粒などが落下し、これらが被膜形成面に付着したり、埋め込まれたりすることがほとんどない。仮にそのような異物が僅かに付着したとしてもエアーブロー程度で完全に除去できる。その結果、異物の付着による焼付き、特に回復不能のひどい焼付きの発生が防止され、ねじ継手の耐焼付き性が著しく改善される。さらに、乾燥固体被膜は、下層の粘稠固体または半固体の潤滑被膜の保護機能も果たし、この潤滑被膜による防錆効果を確実にするので、ねじ継手の防錆性も向上する。
本発明に従ってピンおよび/またはボックスの接触表面に粘稠液体または半固体の潤滑被膜とその上の乾燥固体被膜とを形成した鋼管ねじ継手は、これらの被膜で被覆されている接触表面に粗面化のための下地処理を施して、切削加工後の表面粗さである3〜5μmより表面粗さが大きくなるようにすると、耐焼付き性が向上することが多い。したがって、第1層の潤滑被膜を形成する前に、接触表面を下地処理して粗面化しておくことが好ましい。
鋼管用ねじ継手のピンとボックスの一方の部材の接触表面だけに、本発明に従って、第1層の粘稠液体または半固体の潤滑被膜とその上の第2層の乾燥固体被膜とを形成した場合、これらの被膜で被覆されない他方の部材の接触表面は、未処理のままでもよいが、好ましくは、前述した下地処理を施して、接触表面を粗面化する。こうすると、本発明に従って潤滑被膜と乾燥固体被膜とで被覆されている相手側の部材と締結された時に、潤滑被膜を有していない他方の部材の接触表面が、粗面化によるアンカー効果によって潤滑被膜の良好な保持性を示し、耐焼付き性が高まる。
表1に示す組成Aの炭素鋼製ねじ継手に下記の表面処理を施した。
表1に示す組成BのCr−Mo鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3μm)の後、80〜95℃の燐酸マンガン化成処理液中に10分間浸漬して、厚さ15μmの燐酸マンガン被膜(表面粗さ10μm)を形成した。こうして下地処理した表面に、融点65℃のパラフィンワックス1、ステアリン酸カルシウム2、天然アスファルト(ギルソナイト)粉末0.1、有機溶剤(ミネラルスピリット)2からなる潤滑被膜形成用組成物をスプレー塗布し、有機溶剤の揮発後、厚さ30μmの半固体状の潤滑被膜を形成した。この潤滑被膜の上に、水1、アクリル樹脂0.5、ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル0.05からなる被膜形成用組成物をスプレー塗布し、水蒸発後、厚さ15μmの乾燥固体被膜を形成した。
表1に示す組成Dの高合金製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3μm)後、鉄芯に亜鉛を被覆した粒子を用いた投射めっき法により厚さ7μmの多孔質亜鉛めっき被膜(表面粗さ5μm)を形成した。こうして下地処理した表面に、融点70℃のパラフィンワックス1、ステアリン酸カルシウム3、高塩基性カルシウムスルホネート(塩基価400mgKOH/g)1、有機溶剤(ミネラルスピリット)2からなる潤滑被膜形成用組成物をスプレー塗布し、有機溶剤の揮発後、厚さ25μmの粘稠液体状の潤滑被膜を形成した。潤滑被膜形成用組成物は、まずステアリン酸カルシウムをパラフィンワックスの融点以上の温度でパラフィンワックス中に溶解させてから他の成分と混合することにより調合した。この潤滑被膜の上に、水1、アクリル樹脂1からなる組成物をスプレー塗布して、水蒸発後、厚さ20μmの乾燥固体被膜を形成した。
表1に示す組成Cの13%Cr鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3μm)後、電気めっきによりNiストライクめっき、Cuめっき、Snめっきの順に3層からなる全体で10μmの複層めっき被膜を形成した。こうして下地処理した表面に、融点70℃のパラフィンワックス1、ステアリン酸カルシウム4、高塩基性カルシウムフェネート(塩基価400mgKOH/g)3、有機溶剤(ミネラルスピリット)2からなる潤滑被膜形成用組成物をスプレー塗布し、有機溶剤の揮発後、厚さ90μmの粘稠液体状の潤滑被膜を形成した。この組成物はステアリン酸カルシウムをパラフィンワックスの融点以上の温度でパラフィンワックス中に溶解させてから他の成分と混合することにより調合した。この潤滑被膜の上に、水1、アクリル樹脂4、シリカ粉末0.05からなる組成物をスプレー塗布して、水蒸発後、厚さ30μmの乾燥固体被膜を形成した。
表1に示す組成Cの13%Cr鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3μm)後、電気めっきにより12μm厚の銅−すず合金めっき被膜(表面粗さ5μm)を形成した。こうして下地処理した表面に、融点65℃のパラフィンワックス1、ステアリン酸カルシウム2、高塩基性カルシウムサリシレート(塩基価300mgKOH/g)4、有機溶剤(ミネラルスピリット)2からなる潤滑被膜形成用組成物をスプレー塗布し、有機溶剤の揮発後、厚さ50μmの粘稠液体状の潤滑被膜を形成した。この組成物は、ステアリン酸カルシウムをパラフィンワックスの融点以上の温度でパラフィンワックス中に溶解させてから他の成分と混合することにより調合した。この潤滑被膜の上に、水1、ポリエチレンオキサイド0.1からなる組成物をスプレー塗布して、厚さ15μmの乾燥固体被膜を形成した。
表1に示す組成Cの13%Cr鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3μm)の後、85〜95℃の蓚酸塩化成処理液中に15分間浸漬して、厚さ3μmの蓚酸塩被膜(表面粗さ7μm)を形成した。こうして下地処理した表面に、融点65℃のパラフィンワックス1、ステアリン酸カルシウム2、天然アスファルト(ギルソナイト)粉末0.05、有機溶剤(ミネラルスピリット)2からなる潤滑被膜形成用組成物をスプレー塗布し、有機溶剤の揮発後、厚さ25μmの半固体状の潤滑被膜を形成した。この潤滑被膜の上に、有機溶剤(トルエン:シクロヘキサノン:メチルエチルケトン=1:2:4)1、アクリル樹脂0.25、ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル0.02からなる被膜形成用組成物をスプレー塗布し、有機溶剤揮発後、厚さ10μmの乾燥固体被膜を形成した。
表1に示す組成Aの炭素鋼製ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3μm)の後、80〜95℃の燐酸マンガン化成処理液中に10分間浸漬して、表面に厚さ12μmの燐酸マンガン被膜(表面粗さ10μm)を形成した。こうして下地処理した表面に、融点65℃のパラフィンワックス1、ステアリン酸カルシウム2、有機溶剤(ミネラルスピリット)2、黒鉛粉末0.04からなる潤滑被膜形成用組成物をスプレー塗布し、有機溶剤の揮発後、厚さ20μmの半固体の潤滑被膜を形成した。この潤滑被膜の上に、紫外線硬化樹脂として日本化薬株式会社製のKAYARAD THE-330(トリメチロールプロパン・エチレンオキサイドのアクリル酸エステル)、KAYACURE DETX-S(2,4−ジエチルチオキサントン)およびKAYACURE EPA(4−ジメチルアミノ安息香酸エチルエステル)、滑剤として日本油脂株式会社製のカルシウムステアレートGP、繊維状フィラーとして丸尾カルシウム製の針状炭酸カルシウム「ウイスカル」を含有する被膜形成用組成物を塗布した。紫外線硬化樹脂:滑剤:繊維状フィラーの質量比は15:3:2であった。出力4kWの空冷水銀ランプから波長260nmの紫外線を被膜に照射して、厚さ15μmの乾燥固体被膜を形成した。
表1に示す組成Aの炭素鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3μm)後、その表面を80〜95℃の燐酸マンガン用化成処理液中に10分間浸漬して厚さ15μmの燐酸マンガン被膜(表面粗さ10μm)を形成した。その上に、潤滑剤として、API規格に準拠した、粘稠液体状のコンパウンドグリスを塗布した(ピン、ボックス併せて塗布量50g)。
締付け・緩め試験では、表3に示すように、10回の締付け・緩めにおいて、8回目までは焼付きの発生はなかった。しかし、9回目には軽度の焼付きが発生したが、手入れをして10回目まで締付け・緩めをして試験を終了した。しかし、この例は、コンパウンドグリスが鉛等の重金属を含有するため、人体、環境への有害性があるといえる。また、表面がべとついていて、コンパウンドグリスにスケールや砂などの異物が付着、混入するため、耐焼付き性に大きなバラツキがでるという問題もある。
表1に示す組成BのCr−Mo鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3μm)後、その表面を80〜95℃の燐酸マンガン用化成処理液中に10分間浸漬して厚さ15μmの燐酸マンガン被膜(表面粗さ10μm)を形成した。こうして下地処理した表面に、融点65℃のパラフィンワックス1、ステアリン酸カルシウム2、高塩基性カルシウムサリシレート(塩基価300mgKOH/g)4、有機溶剤(ミネラルスピリット)2からなる潤滑被膜形成用組成物をスプレー塗布し、有機溶剤の揮発後、厚さ30μmの粘稠液体状の潤滑被膜を形成した。
表1に示す組成Aの炭素鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3μm)後、その表面を80〜95℃の燐酸マンガン用化成処理液中に10分間浸漬して厚さ15μmの燐酸マンガン被膜(表面粗さ10μm)を形成した。こうして下地処理した表面に、高塩基性カルシウムスルホネート(塩基価400mgKOH/g)からなる潤滑被膜形成用組成物を刷毛塗りし、厚さ約12μmの粘稠液体状の潤滑被膜を形成した。この粘稠液状潤滑被膜の上に、融点65℃の酸化ワックスを加熱溶融させて刷毛塗りし、厚さ約5μmの固体潤滑被膜(ワックス)被膜を形成した。
50℃で、上層の固体潤滑(ワックス)被膜は既に軟化が進み、これに鉄粉が多量に付着した。鉄粉の一部が被膜中沈み込んでいる様子が観察された。さらに、何かしたワックス被膜は下層の粘稠液状潤滑被膜と混じり合い、被膜の一部が流動し、たれ(被膜厚みの不均一化)さえ生じていた。
Claims (19)
- 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から構成される油井管用ねじ継手であって、ピンとボックスの少なくとも一方の部材の接触表面が、粘稠液体または半固体の潤滑被膜と、その上に形成された乾燥固体被膜とを有し、該乾燥固体被膜が50℃において乾燥していることを特徴とする油井管用ねじ継手。
- 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から構成される油井管用ねじ継手であって、ピンとボックスの一方の部材の接触表面が、粘稠液体または半固体の潤滑被膜と、その上に形成された乾燥固体被膜とを有し、該乾燥固体被膜が50℃において乾燥しており、ピンとボックスの他方の部材の接触表面が、ブラスト処理、酸洗、リン酸塩化成処理、蓚酸塩化成処理、硼酸塩化成処理、金属めっき、およびそれらの処理の2種以上の組み合わせから選ばれた方法により下地処理されていることを特徴とする油井管用ねじ継手。
- 前記他方の部材の接触表面が、前記下地処理の上に前記乾燥固体被膜を有する、請求項2に記載の油井管用ねじ継手。
- 前記粘稠液体または半固体の潤滑被膜が、ワックスおよび脂肪酸アルカリ土類金属塩を含有し、有害な重金属を実質的に含有しない、請求項1〜3のいずれかに記載の油井管用ねじ継手。
- 前記粘稠液体または半固体の潤滑被膜が固体潤滑粉末をさらに含有する、請求項4に記載の油井管用ねじ継手。
- 前記乾燥固体被膜が水溶性もしくは水分散性の高分子化合物を被膜成分とする水性組成物から形成された被膜である、請求項1〜5のいずれかに記載の油井管用ねじ継手。
- 前記乾燥固体被膜が高分子化合物を被膜成分とする有機溶剤溶解組成物から形成された被膜である、請求項1〜5のいずれかに記載の油井管用ねじ継手。
- 前記乾燥固体被膜は固体潤滑粉末を含有しないか、又は5質量%以下の量で固体潤滑粉末を含有する、請求項6又は7に記載の油井管用ねじ継手。
- 前記乾燥固体被膜が紫外線硬化型樹脂から形成された被膜である、請求項1〜5のいずれかに記載の油井管用ねじ継手。
- 前記紫外線硬化型樹脂から形成された乾燥固体被膜が滑剤および繊維状フィラーから選ばれた1種または2種以上の固体物質を、紫外線硬化型樹脂1に対して合計0.05〜0.35となる質量比で含有する、請求項9に記載の油井管用ねじ継手。
- 前記滑剤が金属石鹸であり、前記繊維状フィラーが炭酸塩である、請求項10に記載の油井管用ねじ継手。
- 前記粘稠液体または半固体の潤滑被膜の膜厚が10〜200μmであって、前記乾燥固体被膜の膜厚が5〜50μmであり、かつ該潤滑被膜の膜厚が該乾燥固体被膜の膜厚より大である、請求項1〜11のいずれかに記載の油井管用ねじ継手。
- 前記粘稠液体または半固体の潤滑被膜を有する接触表面が、該潤滑被膜を形成する前に、ブラスト処理、酸洗、リン酸塩化成処理、蓚酸塩化成処理、硼酸塩化成処理、およびそれらの処理の2種以上の組合わせから選ばれた方法により下地処理されている、請求項1〜12のいずれかに記載の油井管用ねじ継手。
- 前記粘稠液体または半固体の潤滑被膜を有する接触表面が、該潤滑被膜を形成する前に、金属めっき、金属合金、または金属および/もしくは金属合金による複層めっきにより下地処理されている、請求項1〜13のいずれかに記載の油井管用ねじ継手。
- 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から構成される油井管用ねじ継手の表面処理方法であって、ピンとボックスの少なくとも一方の部材の接触表面に、少なくともワックスおよび脂肪酸アルカリ土類金属塩を含有し、実質量の有害な重金属を含有しない被覆組成物を塗布して粘稠液体または半固体の潤滑被膜を形成した後、水溶性または水分散性の高分子化合物を主成分とする水性組成物を塗布して前記潤滑被膜の上に乾燥固体被膜を形成することを含み、該乾燥固体被膜が50℃において乾燥している、油井管用ねじ継手の表面処理方法。
- 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から構成される油井管用ねじ継手の表面処理方法であって、ピンとボックスの少なくとも一方の部材の接触表面に、少なくともワックスおよび脂肪酸アルカリ土類金属塩を含有し、実質量の有害な重金属を含有しない被覆組成物を塗布して粘稠液体または半固体の潤滑被膜を形成した後、有機溶剤中に溶解した高分子化合物を主成分とする被覆組成物を塗布して前記潤滑被膜の上に乾燥固体被膜を形成することを含み、該乾燥固体被膜が50℃において乾燥している、油井管用ねじ継手の表面処理方法。
- 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から構成される油井管用ねじ継手の表面処理方法であって、ピンとボックスの少なくとも一方の部材の接触表面に、少なくともワックスおよび脂肪酸アルカリ土類金属塩を含有し、実質量の有害な重金属を含有しない被覆組成物を塗布して粘稠液体または半固体の潤滑被膜を形成した後、紫外線硬化型樹脂を主成分とする被覆組成物を塗布し、次いで紫外線照射を行って、前記潤滑被膜の上に乾燥固体被膜を形成することを含み、該乾燥固体被膜が50℃において乾燥している、油井管用ねじ継手の表面処理方法。
- 請求項1〜14のいずれかに記載の油井管用ねじ継手を用いることを特徴とする、グリス潤滑油を塗布せずに複数の油井管を接続する方法。
- 請求項15〜17のいずれかに記載の方法により表面処理された油井管用ねじ継手を用いることを特徴とする、グリス潤滑油を塗布せずに複数の油井管を接続する方法。
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