JPH0227089A - 耐焼き付き性に優れた管継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、たとえば油井管、地熱発電用管、産業廃棄物
処理用管等（以下、［油井管］で代表する）として高耐
食性および高強度が要求される環境で使用される継手に
関する。

（従来の技術） 上述のような環境で今日最も多量に使用されているのは
油井管であって、その使用環境も近年ますまず厳しくな
っていることから、以下にあっては油井管の場合を例に
とって説明する。

ところで、油井管には通常３５〜１４．０　ｋＢ／ｍｍ
２（５，０００−２０，０ＯＯｐｓｉ）という高圧がか
かるため、油井管継手には高度の気密性が要求される。

一般に油井管継手はネジ部とメタルソール部から構成さ
れ、前述のような高血圧に耐える十分な気密性を発揮さ
せるには、メタルシール部およびネジ部において高面圧
を与えなければならず、そのため繰り返し使用している
うちにメタルシール部の１焼き付き」や「むしれ」の発
生は避けられなかった。

一方、従来の油井管材料としては、普通鋼、ＣｒＭｏ鋼
、あるいはＣｒを１０％以上含有する高Ｃｒ鋼が用いら
れていたが、近年、油井の使用条件が益々厳しくなるに
従って、）１２ｓやＣＯ２を伴う腐食環境下でも耐食性
等の要求を十分に満足する油井管をとの要望のもとにＴ
ｉあるいはＴｉ合金製油井管が用いられるようになって
きている。

従来技術においても既に知られているように、前述の「
焼き付き」や「むしれ」を防止するためには、油井管継
手のメタルシール部に表面処理を行うことか有効である
。例えば、メクルソール部表面にリン酸塩処理またはシ
ュウ酸塩処理等の化成処理を行い、得られた化成被膜に
よってメタルメタルの接触を緩和するのである。そこで
、普通鋼あるいはＣｒ　−ＭｏＭＡ製油井製油継管、こ
れも同一材質となるのであるが、に対しては、リン酸亜
鉛あるいはリン酸マンガン等により化成処理を行ってい
る。また、高Ｃｒ鋼は化学反応性が乏しく、リン酸塩処
理もしくはシュウ酸塩処理では充分な被膜形成が行われ
ないため、高Ｃｒ鋼継手の場合、メタルシール部に軟質
金属であるＺｎあるいはＣｕ被膜を電気メツキにより生
成させ、同種金属の接触を防止して「焼付き」や「むし
れ」の発生予防を図っている。

ところが、油井管継手を構成する管継手は油井管と同一
種の材料から作られるものであって、前述のような油井
管材質の変化に伴って、かかる継手材質も変化してきて
おり、ＴｌあるいはＴｉ合金からなる油井管継手も採用
されるようになってきている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、普通鋼に形成されるリン酸塩被膜あるいはシュ
ウ酸被膜、また高Ｃｒ鋼に用いられる電気Ｃｕメツキ被
膜は、締めイ」す、戻し時に徐々に消失し、繰り返し回
数か１０回を越える場合、「焼きイ」け」　［むしれ」
を生しることがある。

また、ＴｉあるいはＴｉ合金は、化学反応性が乏しく、
従来のリン酸塩処理、もしくはシュウ酸塩処理では十分
な被膜形成が行われず、したがって、かかる化成処理で
前述のような油井管継手の焼き付き防止効果は認められ
なかった。

さらに、ＴＩあるいはＴ１合金表面には安定した不動態
被膜が生成しているため、前処理によって十分な活性面
が得られないため、高Ｃｒ鋼に用いられような十分な密
着力を有する電気Ｃｕメツキ被膜を得ることができない
。したがって、かかるＣｕ被膜でも、油井管の焼きイ」
き防止効果は認められない。

一方、航空機部品用Ｔｉ材に採用されているメツキ法で
は、ＡＳＴＭ法によれば、下地メツキ後、チタンとの拡
散層を形成するため、例えば５４０〜８００°Ｃで１〜
４時間という高温長時間の熱処理工程か必要である。し
かるに、高強度が要求される油井管継手の場合、かかる
高温長時間熱処理による強度低下が懸念されるためかか
る方法は適用できない。

かくして、本発明の目的は、上述のような継手特有の表
面処理の困難性にもかかわらず、所期の高度の気密性を
確保しなから「焼き付き」および「むしれ」を確実に防
止する油井管継手を提供することである。

（課題を解決するための手段） そこで、本発明者らは、油井管、地熱発電用管、産業廃
棄物処理用管等の管継手に対する表面処理方法を検討し
た結果、あらかじめメタルシール部とネジ部をアルミナ
ブラストにより荒らした後、溶射装置を用いて軟質金属
の溶射被膜を２μｍ以上１００μｍ以下の厚みの形成す
ることにより、継手締め付は前に塗付される潤滑油が被
膜中に含有される気孔に保持され、潤滑性を上げるとと
もに、軟質金属の延性効果との相乗作用により、上記目
的が達成されることを見い出し、本発明を完成しここに
、本発明は、メタルシール部およびネジ部を備えた管継
手であって、該メタルシール部およびネジ部の表層に、
合計で２〜１００　μｍ厚さの軟質金属の溶射被膜を設
けた耐焼き付き性に優れた管継手である。

ここに、「軟質金属の溶射被膜」とは、ＣｕやＩｎ、６
８等軟質金属の粉末を溶射材として使用し、例えばプラ
ズマガンによって形成された高速プラスマジェノトで溶
融されそれに同伴させて被処理面に吹付けられ、形成さ
れる溶射被膜である。後述するように、チタンまたはチ
タン合金などの合金材の矛ジ部およびメタルシール部の
表層を被覆し、潤滑油を保持し得る気孔を備えたもので
あれは−その溶射の具体的態様、条件は制限されない。

般には慣用のプラズマ溶射技術を利用すれば十分である
。また、ガス溶射により溶射膜を形成しても同等の効果
が得られる。

なお、溶射に先立って被処理面は予めブラスト処理を行
い、表面を清浄面とするとともに粗面化（ノておくこと
が好ましい。

（作用） 次に、添付図面を参照して本発明をさらに詳ｊホする。

第１図は、本発明にかかる継手構造の１例を示す略式説
明図であり、図中、油井管１．１”の管端には継手３が
構成されており、それぞれピン型、ボックス型となって
いる。それぞれの継手にはネジ部４．４′およびメタル
シール部５．５゛が設けられており、互いにメタル−メ
タル接触が行われる。

第２図は、後述する本発明の実施例におけるプラズマＣ
ｕ溶射被膜の詳細構造を示すものであって、基体である
ＴｉまたはＴｉ合金あるいは、普通鋼、低合金鋼、高合
金鋼等の合金材６の表層にはプラズマＣｕ溶射被膜であ
る溶射被膜８が設けられている。

この溶射被膜８はＣｕ粒である溶射粒９と気孔１０とか
ら構成されており、気孔１０内には潤滑油が保持される
。

この場合、被膜の延性と潤滑油の保持性からＣｕのプラ
ズマ溶射被膜が特に好ましい。

一方、被膜厚さは最大１００　μｍでそれを超えると締
め付は時のトルク上昇などあり好ましくない。

しかし、２μｍ未満では焼き付き防止作用は十分ではな
い。なお、ここに云う被膜厚さは対応する相手の被膜厚
さとの合計量であって、例えば、ピン、ボックスのそれ
ぞれの対応するメタルシール部の被膜厚さが１μｍであ
っても、合計では２μｍとなり、本発明の範囲内となる
。したがって、同様に合計厚さが１００　μｍを越える
ときは本発明の範囲外となる。

このような軟質金属の溶射被膜は軟質金属の種類、溶射
手段の種類によって具体的処理条件は変わるが、例えば
プラズマＣｕ溶射被膜を形成するためのＣｕ粉末のプラ
ズマ溶射条件は一般には次の通りである。

ガス種類　Ａｒ２Ｈ□ 電　　　流　：　　５５０　Ａ 溶射距離＝１００〜１２０ｍｍ なお、図示例にあっては、ピン−ボックス型のものを示
すが、その外にカップリングタイプのものであっても同
様である。

本発明による軟質金属の溶射処理部位はメタルシール部
およびネジ部の両方であるが、耐焼き付き性の点からは
、ピン側あるいはボックス側のメタルシール部とネジ部
のみの処理で十分である。

しかし、当然のことながら、ピンとボックスの両側のメ
タルシール部とネジ部に本発明によるメツキ処理をして
も耐焼き付き性は良好である。

次に、実施例によって本発明をさらに具体的に説明する
。

実施例 第１表に示す合金材料で管を製造し、さらにネジ加工を
施こし、内径１２０ｍｍの管およびカップリングを得た
。次に、２０μｍ厚のプラズマＣｕ溶射被膜をカンブリ
ング側のメタルシール部およびネジ部に形成した。管側
にはプラズマ被膜が設けられていないため、プラズマ被
膜の合計厚さは同じく２０μｍであった。被膜構造は第
２図に示す通りであった。

プラズマＣｕ溶射条件は次の通りであった。

ガス種類：八ｒ、１１□ 電　　流：５５〇八 溶射距離：１００〜１２０ｍｍ このようにして得られたカップリングの継手につき、Ａ
ＰＩ規格の定めるところに従い、ネジ部の締め付け、戻
しを２０回繰り返し、ネジ部およびメタルシール部の「
焼き付け」または「むしれ」の発生の有無を目視にて判
定した。これらの結果をまとめて第２表に示す。

これらの結果からも明らかなように、比較材に比べて、
本発明によるものはいずれの合金組成でも良好な耐焼き
付き性を有する。

電気Ｃｕメツキは、予備処理としてブラスト処理し、清
浄面としてから直ちに電気メツキ処理して得た。

他の化成処理の場合よりわずかに優れた耐焼き付き性を
有するが、本発明の半分以下の回数で焼き付き発生がみ
られた。

×：〃 ：　試験せず 第 第 表 表 共に発生。

（重量％） 実施例２ 第３表に示す組成のＴｉ合金材料で管を製造し、さらに
ネジ加工を施し、内径２５０ｍｍの管およびカップリン
グを得た。供試材は純Ｔｉ相当祠である。

次に、第４表に示す条件でプラズマ溶射処理を継手のメ
クルシール部およびネジ部に実施した。被膜構造は第２
図に示す通りであった。なお、プラズマ溶射条件はそれ
自体は実施例１に同しであった。

このようにして得られた溶射被膜を備えたネジ部および
ノクルシール部を有するカップリング継手につき、実施
例１と同様にしてＡｐｌ規格の定めるところに従いネジ
の締め付け、戻しを１０回くり返し、ネジ部およびメク
ルシール部の「焼き付け」または「むしれ」の発生の有
無を目視にて判定した。また、ＡＰＩ規格で規定する気
密性テストを行い「漏れｊの有無を判定した。

これらの結果をまとめて第４表に示す。第４表の各試験
は、第３表の供試材Ｃ，Ｄ、Ｅの３種についてそれぞれ
行ったものであるか、はぼ同様の結果を示したため、組
成の区別をせずに示しである。これらの結果からもわか
るように、本発明によるものは、比較材に比べて供試材
Ｃ，Ｄ、Ｅいずれの組成でも良好な耐焼き付き性を示す
とともに、気密性も良好であった。

第４表 第３表 （重量％） （注） 潤滑油使用 （発明の効果） 以上説明したごとく、本発明方法によれば、高度の気密
性を有しながら「焼き付き」および「むしれ」を確実に
防止する油井管継手が得られるのであって地熱発電用管
および産業廃棄物処理管としても、その価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が対象とする管継手の部分拡大断面図
；および 第２図は、本発明によるプラズマＣｕ溶射被膜の微細構
造の模式図である。 Ｌｌ’　：油井管　　　３：継手 ４．４’　：ネジ部　　５．５’　：メタルシール部６
：　合金材　　　８：溶射被膜 ９：　溶射粒　　１０：気孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. メタルシール部およびネジ部を備えた管継手であって、
   該メタルシール部およびネジ部の表層に、合計で２〜１
   ００μｍ厚さの軟質金属の溶射被膜を設けた耐焼き付き
   性に優れた管継手。