JPH0285593A - 油井管ネジ継手の表面処理方法 - 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］ この発明は、油井管ネジ継手の締めつけ、締め戻し時の
耐焼付き性を改善するための表面処理方法に係る。

［従来の技術］ 油井管継手のネジ部及び金属対金属接触シール部の耐焼
付き性改善の方法として、Ｃｕ、Ｚｎ　、Ｓｎなどのメ
ツキ、或いはリン酸処理、蓚酸処理等の化成処理、その
他ブラスト処理、溶射処理等が行われている。

また、近年鋼管材質の高級化に伴い、ＣＶＤ、ＰＶＤ等
のドライコーティング技術の通用も試みられている。

また、鋼管材質面でる、特に硫化水素、炭酸ガス等の強
酸化性ガスが混入している石油又はガス井戸に使用する
鋼管の場合には、Ｏｒを１ｚ％以上添加することにより
、酸化損失（Ｗｅｉｇｈｔｌｏｓｓ）を抑え、耐蝕性を
付与することが多い。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、Ｃｒ量が増加すると、表面処理を施すことが極
端に難しくなり、前記の酸化処理は不可能になるばかり
か、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ等のメッキも、一般鋼に比して容
易ではない。

つまり、耐蝕性を目的とした高合金鋼の耐焼付き性処理
技術は、まだ充分に確率されておらず、商品化ベースで
は、僅かに湿式Ｃｕメツキ及びショット処理が行われて
いるに過ぎない。

しかし、前者の湿式Ｃｕメツキ方法でも、メツキ時に侵
入した水素が、被膜を剥離させたり５遅れ割れの原因に
なる他、耐焼付き性についても、メツキ被膜が削除され
ると焼付き易くなり、使用頻度にも限界がある。

また、後者のブラスト処理は、低コストの炭素鋼に対し
て行うか、或いは、特公昭５９−５２６８５号公報のよ
うに、ステンレス鋼の耐かじり性改善のため行われる。

いずれの場合もそのまま使用するので商品肌荒れ、又は
シール性（弁等の機械部品）確保の面から、２〜２０μ
の細かい粗度を付与するものであり、未発明が対象とす
るような油井管ネジ継手の場合、繰り返し使用により、
容易にその粗度が失われ、耐焼付き性の低下を抑えるこ
とができない。

この発明は、かかる点から、高耐蝕性油井管継手の耐焼
付き性を大幅に向上させる表面処理法を）是供するもの
である。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、前述したＣｒを１２％以上含む高耐蝕性油
井管継手に、耐焼付き性を付与する表面処理方法を提供
するものであり、その要旨は、ネジ部及び金属対金属接
触シール部の表面粗度を２０〜５０μと従来よりも粗く
し、その表面に特定の厚みと母材との硬度差をもつセラ
ミック塗装を施すことにある。

以下本発明を図面に示す一実施例に基づいて具体的に説
明する。

まず、本発明の説明に先立って、継手の構造と焼付きの
発生の機構について言及する。

第４図は、油井管の構造を示している。

ネジ１を締め込んで、ボックス２にビン３を固く挿入す
ると、ボックスシール部４とピンシール部５は相互に金
属接触して、第４図のシール部拡大図の第５図に示す接
触部６には発熱が起こる。発熱した熱は、通常潤滑油７
によって冷却される。

しかし、接触部６が摩耗すると、接触面積ｋが増大し、
摩擦抵抗が増加してさらに発熱量が大きくなる。

μｍにμ、＋　　（１−ｋ）　　μ。

μ：摩擦抵抗（見掛けの摩擦係数） ｋ：金属接触部の面積比率 μ、：金属接触部の摩擦係数 μｍ　：潤滑油（グリス）圧部の摩擦係数即ち、上式に
おいて、μ、はμｍ　より遥かに大きいため、μが増大
して、発熱を潤滑油で吸収出来なくなり、これが焼付ぎ
の発生となるのである。

そこで本発明は、このμを小さくするため、金属表面に
セラミック塗装を行い、固く且つ滑らか表面を形成する
ものである。

一般に、セラミック塗装は第３図のように、金属表面に
堅固な被膜を作るので、バイト、シリンダー表面８等の
耐焼付き性向上に用いられている。これらの適用は、鏡
面状に仕上げた金属表面９に、非晶質のセラミック１０
を塗布し、固く滑らかな表面を作り、高速液体潤滑油時
に潤滑油＠１１により金属面が隔離することにより、油
の切れをなくすることが元々の目的である。

従って、金属同志が未接触状態１２の潤滑状態の場合に
有効であり、本発明のように、ネジシール部のような、
金属接触状態の耐焼付き性改善には役にたたない。

即ち、ネジの場合、高い面圧、低速潤滑状態で挙動する
と考えられ、セラミックのように非晶質で滑らかな塗装
は、却って摩耗時に密着性が高まり摩耗抵抗が増大する
。従ってセラミックをそのままネジ継手に使用すると、
摩擦熱によりセラミック表面が容易に破損又は溶融し、
母材の焼付きが発生する。

かかる理由から、これまでセラミックを油井管等のネジ
シール部の耐焼付き性付与のための表面処理法として適
用した例を聞かない。

本発明は、このセラミック塗装を、油井管等のネジシー
ル部の表面粗度との関係及び母材との硬度差に付いて研
究を進め、その適用化に成功したのである。

この発明の元々の発想は、金属同志の繰り返し摩耗時の
焼付き防止には、−殻内に、高面圧、低速度摩耗が加わ
る部分にＣｕメツキを施されていることに由来する。

即ち、同一金属をそのまま継手として用いる場合、ビン
側とボックス側に硬度差を付け、−方を硬く、他方を軟
らかくするとともに、（つまり、母材との硬度差）硬い
方の側の表面に凹凸を付けて、潤滑油の補足（トラッピ
ング）を容易にすることを想到した。

そこで、硬度の面では圧倒的に優れているセラミック（
組成としては、ＴｉＮ　、　Ｔｉｃ　、　１２０ｓ。

Ｔｊ０２．　Ｚｒ２０ｓ等が有効であるが、本試験では
ＴｉＣを用いた）を金属の表面に被覆し、耐焼付き性を
検討した。以下実施例に基づいて説明する。

［実施例］ 第２図のように、金属表面にシミツトブラスト等によっ
て凹凸を形成し、この上にセラミック膜を強固に形成す
るものである。

図中１３はネジのボックス側シール部、１４はネジのピ
ン側シール部、１０はセラミック塗装、１５は潤滑油（
コンパウンドグリース）を示す。これによって、摩擦時
に該凹凸が容易に摩耗しないばかりか、この凹凸の中に
コンパウンドグリス（潤滑油）が適当に保持され、締め
付は時に発生する熱を冷却するように、焼付きを防ぐも
のである。

金属材料として、２５Ｎｉ−２０Ｃｒ系、３坏（１ｎｃ
ｈ）　ｘ　９．２“の高合金鋼管を対象とし、スリ合わ
せタイプの金属シールをもつ油井管継手とした（シール
部に発生する最大面圧力は、計算によれば３０　ｋｇ／
１ｍｍ’　）。

金属表面は、事前にショツトブラスト、サンドブラスト
又は強酸による侵食を施して凹凸を形成し、セラミック
塗装後の表面粗度を確保する。

また、セラミック層は１〜１０μが適当であり、これ以
下では、使用中の摩耗によって効果を失い、所要の耐焼
付き性の改善が薄い。また、１０μ以上では、層形成の
ためコスト・時間を要するし、折角ショツトブラスト等
によって確保した粗度、つまり凹部を埋めこんでしまい
、グリスの保持効果を失う。

［発明の効果］ 第１図には、本発明による処理と比較例としての各種の
処理と母材との硬度差及びシール部が焼付くまでの繰り
返し数を示す。

ＡＰＩのＲＰ３７規定では、限界許容繰り返し数は、１
０回以上とされているが、最近ではユーザーの要求は、
ますます厳しくなっている。

特に、高合金鋼のように、高価な鋼管の場合は、２０回
以上の限界繰り返し数の保証がある。

この図から明らかなように、粗度が１０μ程度では、仮
にセラミック層を施しても、一応ＡＰＩ規準を満たすも
、２０回以上という目標には到達しない。

これに対し、この発明の処理法によれば、２０μの線Ｅ
、Ｆ、Ｇのように、飛躍的な繰り返し数の向上がみられ
るのである。

また、この繰り返し数が２０回の繰り返し回数を確保す
る（２０ｉ１以上の粗度）硬度（ビッカース）差換算は
２０以上となることも明確である。

以上の通り、本発明によれば、金属表面の事前の凹凸加
工とセラミック膜の形成によって、極めて高い耐焼付き
性が確保される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明処理方法による継手及び比較例の耐焼
付き性を示す図で、表面粗度と限界繰り返し数、母材と
の硬度差の関係を示す。 第２図は、本発明によるネジ継手部の継手の耐焼付き態
様を説明する図、第３図は、通常のセラミック膜と潤滑
油との関係を説明する図、第４図は、油井管継手のシー
ル構造を説明する図、第５図は、油井管継手シール部の
境界潤滑摩耗を説明する図である。 １・・・ネジ部　　　　　２・・・油井管ボックス３・
・・油井管ビン　　　４・・・ボックスシール部５・・
・ビンシール部　　６・・・金属接触部７・・・潤滑油
（冷却剤）８・・・シリンダー９・・・鏡面仕上げ金属
表面 １０・・・セラミック塗装 置１・・・潤滑油膜 １２・・・金属同志未接触部 １３・・・ネジのボックス側シール部 １４・・・ネジのビン側シール部 １５・・・潤滑油（コンパウンドグリース）硬度差（ム
Ｈ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　Ｃｒを１２％以上を含む高耐蝕油井管継手のネジ部
   及び金属対金属接触シール部の表面粗度を２０〜５０μ
   （Ｒ＿ｍ＿ａ＿ｘ）に加工し、表面に１〜１０μの厚さ
   で、且つ母材との硬度差（ビッカース）を２０以上のセ
   ラミック塗装を施すことを特徴とする油井管ネジ継手の
   表面処理方法。 ２　ショットブラスト、サンドブラスト、強酸による侵
   食あるいはこれらの組合せ処理によって、所要の表面粗
   度を得ることを特徴とする請求項１記載の油井管ネジ継
   手の表面処理方法。