JP6964678B2 - 管用ねじ継手及び管用ねじ継手の製造方法 - Google Patents
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Description
管用ねじ継手50は、ピン13及びボックス14を備える。図3は、本実施形態による管用ねじ継手50の構成を示す図である。図3を参照して、管用ねじ継手50は、鋼管11とカップリング12とを備える。鋼管11の両端には、外面に雄ねじ部を有するピン13が形成される。カップリング12の両端には、内面に雌ねじ部を有するボックス14が形成される。ピン13とボックス14とをねじ締めすることによって、鋼管11の端に、カップリング12が取り付けられる。一方で、カップリング12を使用せず、鋼管11の一方の端をピン13とし、他方の端をボックス14とした、インテグラル形式の油井管用ねじ継手もある。本実施形態の管用ねじ継手は、カップリング方式及びインテグラル形式の両方の管用ねじ継手に使用できる。
接触表面における、レーザー顕微鏡により研削方向に沿って測定される算術平均粗さRa2は、後述のZn−Ni合金めっき層21の表面における、レーザー顕微鏡により研削方向に沿って測定される算術平均粗さRa1よりも低い。
Zn−Ni合金めっき層21は、ピン13及びボックス14の少なくとも一方の接触表面上に形成されている。Zn−Ni合金めっき層21は、ピン13及びボックス14の両方の接触表面上に形成されていてもよい。Zn−Ni合金めっき層21は、ピン13の接触表面上のみに形成されてもよいし、ボックス14の接触表面上のみに形成されてもよい。
Zn−Ni合金めっき層21の表面における、レーザー顕微鏡により研削方向に沿って測定される算術平均粗さRa1は、ピン13表面及びボックス14表面の接触表面における、レーザー顕微鏡により研削方向に沿って測定される算術平均粗さRa2よりも高い。算術平均粗さRa1は、レーザー顕微鏡により研削方向に沿って測定される算術平均粗さにおいて、0.1〜3.2μmである。
固体潤滑被膜23は0.1〜3.2μmの算術平均粗さRa1を有するZn−Ni合金めっき層21上に形成される。Zn−Ni合金めっき層21が0.1〜3.2μmの算術平均粗さRa1を有するため、Zn−Ni合金めっき層21と固体潤滑被膜23との密着性は高い。
上述の管用ねじ継手50は、ピン13及びボックス14の一方の接触表面に固体潤滑被膜23を備え、ピン13及びボックス14の他方の接触表面に、固体防食被膜を備えてもよい。管用ねじ継手50は実際に使用するまでの間に、長期間保管される場合がある。この場合、固体防食被膜が形成されていれば、ピン13又はボックス14の防錆性が高まる。
管用ねじ継手50の母材の組成は、特に限定されない。管用ねじ継手50の母材はたとえば、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合金等の高合金鋼は防錆性が高い。そのため、これらの高合金鋼を管用ねじ継手50の母材に使用すれば、硫化水素や二酸化炭素等を含有する腐食環境において、優れた防錆性が得られる。
以下、本実施形態による管用ねじ継手50の製造方法を説明する。
Zn−Ni合金めっき層形成工程では、ブラスト処理を実施せずに、Zn−Ni合金めっき処理を実施して、ピン13及びボックス14の少なくとも一方の接触表面上に、非光沢のZn−Ni合金めっき層21を形成する。Zn−Ni合金めっき層21は、ピン13及びボックス14の両方の接触表面上に形成してもよい。Zn−Ni合金めっき処理は、電気めっき処理により実施する。非光沢のZn−Ni合金めっき層21を形成する電気めっき処理は周知の方法で実施する。たとえば、亜鉛イオン及びニッケルイオンを含有するめっき浴に、ピン13及びボックス14の少なくとも一方の接触表面を浸漬し、通電することによって行う。非光沢のめっき浴は市販のものを使用できる。Zn−Ni合金めっき層は10〜16質量%のNiを含有する。
Zn−Ni合金めっき層形成工程の後に、固体潤滑被膜形成工程を実施する。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、組成物とも称する)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、上述の溶剤及び他の成分を含有してもよい。
上述のとおり、ピン13及びボックス14の一方の接触表面に、Zn−Ni合金めっき層形成工程、及び、固体潤滑被膜形成工程を実施して、Zn−Ni合金めっき層21及び固体潤滑被膜23を形成してもよい。
上述の製造工程は、必要に応じて、Zn−Ni合金めっき層形成工程の前に前処理工程を備えてもよい。前処理工程はたとえば、酸洗及びアルカリ脱脂である。前処理工程では、接触表面上に付着した油分等を洗浄する。前処理工程はさらに、機械研削仕上げ等の研削加工を備えてもよい。ここで、機械研削仕上げ等の研削加工とは、切削により表面粗さを減少させることをいう。
試験番号1では、ピン13及びボックス14表面に対し、光沢Zn−Ni電気めっきを施して、厚さ10μmの光沢のZn−Ni合金めっき層21を形成した。電気めっきの条件は、めっき浴pH:6.5、めっき浴温度:25℃、電流密度:2A/dm2、及び処理時間:18分であった。めっき液の組成は、Zn:5g/L、Ni:24g/L、塩化アンモニウム:206g/L、ホウ酸:120g/L及び添加剤:20mL/Lであった。添加剤は、株式会社大和化成研究所製の製品名:ダインジンアロイAD1であった。光沢Zn−Ni合金めっき層21の組成は、Zn:87%及びNi:13%であった。接触表面の算術平均粗さRa2と同じ測定方法で、光沢Zn−Ni合金めっき処理後の算術平均粗さRaを測定した。λcは0.25mm、測定長さは0.67mmであった。ボックス14表面については、その上に、固体潤滑被膜23を形成した。固体潤滑被膜23は、市販の熱硬化型のエポキシ樹脂被膜を用いた。固体潤滑被膜23の膜厚は25μmであった。
試験番号2では、ピン13及びボックス14表面に対し、非光沢Zn−Ni電気めっきを施して、厚さ10μmの非光沢のZn−Ni合金めっき層21を形成した。電気めっきの条件は、めっき浴pH:5.5、めっき浴温度:35℃、電流密度:6A/dm2、及び処理時間:400秒であった。めっき液の組成は、Zn:25g/L、Ni:28g/L、塩化アンモニウム:240g/L、及び添加剤:100mL/Lであった。添加剤は、株式会社大和化成研究所製の製品名:ダインジンアロイAD2であった。非光沢Zn−Ni合金めっき層21の組成は、Zn:87%及びNi:13%であった。接触表面の算術平均粗さRa2と同じ測定方法で、非光沢Zn−Ni合金めっき処理後の算術平均粗さRaを測定した。λcは0.8mm、測定長さは1.25mmであった。ボックス14表面については、その上に、固体潤滑被膜23を形成した。固体潤滑被膜23は、市販の熱硬化型のエポキシ樹脂被膜を用いた。固体潤滑被膜23の膜厚は25μmであった。
参考例では、ボックス14表面に対し、サンドブラスト処理を実施した。サンドブラスト処理後のボックス14の表面の算術平均粗さRa2を上述の方法で測定した。粗さ曲線算出用のカットオフ値λc及び測定長さは、JIS B0601(1994)の標準値を使用した。算術平均粗さの測定方向は、研削方向とした。さらに、ピン13及びボックス14に対し、光沢Zn−Ni電気めっきを施して、厚さ10μmの光沢のZn−Ni合金めっき層21を形成した。電気めっきの条件は、めっき浴pH:6.5、めっき浴温度:25℃、電流密度:2A/dm2、及び処理時間:18分であった。めっき液の組成は、Zn:5g/L、Ni:24g/L、塩化アンモニウム:206g/L、ホウ酸:120g/L及び添加剤:20mL/Lであった。添加剤は、株式会社大和化成研究所製の製品名:ダインジンアロイAD1であった。光沢のZn−Ni合金めっき層21の組成は、Zn:87%及びNi:13%であった。接触表面の算術平均粗さRa2と同じ測定方法で、Zn−Ni合金めっき処理後の算術平均粗さRaを測定した。粗さ曲線算出用のカットオフ値λc及び測定長さは、JIS B0601(1994)の標準値を使用した。算術平均粗さの測定方向は、研削方向とした。ボックス14表面については、その上に、固体潤滑被膜23を形成した。固体潤滑被膜23は、市販の熱硬化型のエポキシ樹脂被膜を用いた。固体潤滑被膜23の膜厚は25μmであった。
耐焼付き性評価試験は、ISO13679(2011)に準拠して実施した。具体的には、試験番号1及び試験番号2のピン13及びボックス14を用いて、ハンドタイト(人力で締結する状態)により、締結初期にねじがかみ合うまで締結した。ハンドタイトでの締結後、パワートングでねじ締め及びねじ戻しを繰り返し、耐焼付き性を評価した。ねじ締め及びねじ戻しを1回行うごとに、ピン13表面及びボックス14表面を目視により観察した。目視観察により、焼付きの発生状況を確認した。焼付きが軽微であり、回復可能な場合には、焼付き疵を補修して試験を続行した。回復不能な焼付きが発生した時点のねじ締め及びねじ戻し回数を測定した。結果を表2の「耐焼付き性」欄に示す。
試験番号1及び試験番号2のピン13及びボックス14を用いて、ねじ締めを行い、締結回数(ねじ締め及びねじ戻し1回を締結回数1回とする)とトルクとを測定した。測定したターン数とトルクとをプロットしてショルダリングトルクを求めた。ねじ締め及びねじ戻し(締結)を繰り返し、毎回ショルダリングトルクを求めた。得られたショルダリングトルクから、目標とする締結トルクに対するショルダリングトルクの割合(ShT%)を算出した。目標とする締結トルクは、一定の値に設定した。結果を表3に示す。試験番号1では、5回目のねじ締め及びねじ戻し時に修復不能な焼付きが発生したため、以降の試験を実施しなかった。
試験番号2は、非光沢のZn−Ni合金めっき層21が形成された。そのため、サンドブラスト等の表面粗さ形成工程を実施することなく、Zn−Ni合金めっき層21の表面の算術平均粗さRa1が、0.1〜3.2μmであった。その結果、耐焼付き性が10回と高かった。これは、サンドブラストを実施した参考例の耐焼付き性と同程度の耐焼付き性であった。試験番号2はさらに、サンドブラスト処理を実施することなく、非光沢のZn−Ni合金めっき層21を形成したため、Zn−Ni合金めっき層21の表面の算術平均粗さRa1が、接触表面の算術平均粗さRa2よりも高くなった。試験番号2はさらに、ねじ締め及びねじ戻しを繰り返した後も、試験番号1よりもショルダリングトルクを低く維持できた。
12 カップリング
13 ピン
14 ボックス
15 雄ねじ部
16、19 金属シール部
17、18 ショルダー部
20 雌ねじ部
21 Zn−Ni合金めっき層
23 固体潤滑被膜
50 管用ねじ継手
Claims (5)
- 各々がねじ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であって、
前記ピン及び前記ボックスの少なくとも一方の前記接触表面上に形成されており、10〜16質量%のNiを含有するZn−Ni合金めっき層と、
前記Zn−Ni合金めっき層上に形成されている固体潤滑被膜とを備え、
前記Zn−Ni合金めっき層が形成されている前記接触表面は研削されており、
前記Zn−Ni合金めっき層の表面における、レーザー顕微鏡により前記接触表面の研削方向に沿って測定される算術平均粗さをRa1と定義し、
前記接触表面における、前記レーザー顕微鏡により前記研削方向に沿って測定される算術平均粗さをRa2と定義した時に、
算術平均粗さRa1は0.1〜3.2μmであり、
算術平均粗さRa1は算術平均粗さRa2より大きい、管用ねじ継手。 - 請求項1に記載の管用ねじ継手であって、
前記算術平均粗さRa1は、0.1〜0.4μmである、管用ねじ継手。 - 請求項1又は請求項2に記載の管用ねじ継手であって、
前記接触表面はさらに、ねじ無し金属接触部を含む、管用ねじ継手。 - 各々がねじ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少なくとも一方の前記接触表面上に、ブラスト処理を実施しないで、電気めっきにより10〜16質量%のNiを含有し、かつ、レーザー顕微鏡により前記接触表面の研削方向に沿って測定される、表面の算術平均粗さRa1が0.1〜3.2μmであるZn−Ni合金めっき層を形成する工程と、
前記Zn−Ni合金めっき層上に、ブラスト処理を実施しないで、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。 - 請求項4に記載の管用ねじ継手の製造方法であって、
前記接触表面はさらに、ねじ無し金属接触部を含む、管用ねじ継手の製造方法。
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