JPS62258283A

JPS62258283A - 油井管継手およびその製造方法

Info

Publication number: JPS62258283A
Application number: JP10268086A
Authority: JP
Inventors: 河嶋　壽一; 森田　喜保; 西原　實; 新井　哲三; 国博福井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-05-02
Filing date: 1986-05-02
Publication date: 1987-11-10

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、耐ゴーリング性に優れた油井管継手およびそ
の製造方法、特に亜鉛または亜鉛合金被覆鉄または鉄合
金粒子の投射めっき皮膜を少なくともメタルシール部に
備えた油井管継手およびその製造方法に関する。

（従来の技術）石油またはガス生産用に掘削される油井、ガス井の環境
は益々厳しくなり、ドリルパイプ、ケーシングバイブ、
そしてそれらの継手を含めて油井管（以下、「油井管」
と総称する）用に使用される材料も、ＡＰＩ規格にない
、高強度かつ高合金材料が増加している。ＡＰＩ規格に
は強度としては降伏応力５５〜１１０ｋｓｉ　（ｌｋｓ
ｉ−０，７ｋｇｆ／ｎｕｗ”）が、材質としては炭素鋼
が規定されているにすぎないが、今日要求される高強度
材料としては、降伏応力で１４０〜１５５ｋｓｉの強度
が求められており、また高合金材料としては、Ｃｒ：５
〜４５％、一般には９〜２５％およびＮｉ：０〜６０％
を含むものが使用されている。

ところで、油井管は継手により締結され、繰り返し使用
されるため、締付−綿房が常に行われる。

油井管継手は、油井管の自重に耐えるためにねし部を有
し、かつ気密性を保持するためにメタルシール部を有す
るが、特にメタルシール部には高面圧が作用するため、
継手の締付−綿房時にはゴーリングが生じ易かった。ゴ
ーリングが生じると気密性が損なわれ、再使用が不可能
となるため、ゴーリング防止対策は非常に重要である。

ゴーリング防止のため、従来より主に以下のような各種
表面処理がねじ部およびメタルシール部に施されてきた
。

（ｉ）電気めっき法：　Ｚｎ、　Ｃｕ、　Ｓｎ等の軟質
金属を厚み５〜２０μｍにめっきする。

（ｉｉ　）化成処理法：りん酸Ｚｎ、りん酸Ｍｎ化成皮
膜を厚み５〜２０μｍに形成させる。

しかしなめｊら、前述のように油井管材料が高強度、高
合金化することにより、下記の問題が生じてきた。

（１）高強度材へ電気めっきを行った場合、めっき層お
よび鋼中にめっき浴から侵入したｈのため、遅れ破壊が
生じる。

（２）高合金化材料へは電気めっきのみが通用可能であ
るが、閏合金化材料は活性化されにくいために、めっき
処理が難しく、十分な耐ゴーリング性能を得ることが難
しい。

（３）ピン、ボックスともにめっき処理を行えば耐ゴー
リング性能は向上するが、ピン本体はその長さが９〜１
２ｍと長いために、めっき槽への挿入が難しく、そのた
めの特殊な装置を必要とする。

ところで、乾式めっき法としてブラスティングめっき法
は公知である。そしてそのためのブラスティング材料も
、例えば特公昭５９−９３１２号には、鉄または鉄合金
を核とし、その周囲に鉄−亜鉛合金層を介して亜鉛また
は亜鉛合金層を被着してなる独立した粒子から成るブラ
スティング材料が開示されている。しかしながら、乾式
めっき法としてのブラスティングめっき法は、母材鋼材
の耐食性改善を目的とするも、得られるめっき皮膜の耐
食性が十分でなくまた、掻く限られた分野において実施
されているに過ぎない、また、上記公報開示のブラステ
ィング材料にあっても、耐食性の改善はほとんど期待さ
れず、さらに追加的表面処理をする必要があり、実用化
されることはなかった。

（発明が解決しようとする問題点）このように、油井管継手にみられる高強度化、高合金化
に対応して気密性と耐ゴーリング性との劣化が経験され
、その改善が求められている。

したがって、本発明の目的は、上述のような従来技術に
みられる欠点を解消した油井管継手およびその製造方法
を提供することである。

また、本発明の別の目的は、高強度化、高合金化を図る
とともに耐ゴーリング性能を改善した、油井管継手およ
びその製造方法を提供することである。

（問題点を解決するための手段）ここに、本発明者らは、上述の目的を達成すべく、油井
管継手のゴーリング発生機構について種々検討を重ねた
ところ、ブラスティングめっき皮膜、特に鉄または鉄合
金核を有する亜鉛または亜鉛合金粒子からなるブラステ
ィング材料を利用して得たブラスティングめっき皮膜が
、当然ながら遅れ破壊の問題がなく、母材表面との接合
強度にすぐれ、さらに潤滑剤の保持特性に優れた多孔質
構造が得られ、飛躍的に改善された耐ゴーリング性を発
揮することを知り、本発明を完成した。

よって、本発明は、油井管継手の少なくともメタルシー
ル部表面に、鉄または鉄合金を核とし、その周囲に鉄−
亜鉛合金層を介して亜鉛または亜鉛合金層を被着してな
る独立した粒子を投射して得た多孔質投射めっき皮膜を
備えた、耐ゴーリング性にすぐれた油井管継手である。

また、別の面からは、本発明は、油井管継手の少なくと
もメタルシール部の仕上切削面に、鉄または鉄合金を核
としてその周囲に鉄−亜鉛合金層を介して亜鉛または亜
鉛合金層を被着した、独立した粒子からなるブラスト材
料を投射して、多孔質投射めっき皮膜を形成することを
特徴とする、耐ゴーリング性にすぐれた油井管継手の製
造方法である。

本発明の好適態様にあっては、上記油井管継手の材質は
、Ｃｒ：５〜４５％、一般には９〜２５％、およびＮｉ
：０〜６０％を含有する高合金鋼である。

上記投射めっき皮膜は、いわゆるブラスティングめっき
法と同様に適宜手段で投射された金属粒子が母材表面と
機械的に接合するとともに、順次その上に積層してなる
めっき皮膜をいう。なお、以下にあっては、投射めっき
層ともいう。

（作用）ここで、添付図面により本発明をさらに説明すると、第
１図は、本発明にかかるピン−ボックスタイプの油井管
継手の一部の断面図である。ねし部１０およびメタルシ
ール部１２から成る油井管継手１４ば少なくともメタル
シール部１２において、本発明により投射めっき層１６
が設けられている。

これはピン１８、ボックス２０のいずれの側においても
同様である。

上記投射めっき層１６は多孔質（例えば、気孔率２０〜
８０％）であって、生成後、例えば黒鉛粉、鉛粉、亜鉛
粉、銅粉などを含有するグリースペースのコンパウンド
（例：ＡＰＩ　ＢｔｌＬ５Ａ２）などの適宜公知潤滑剤
を含浸させることによって、本来めっき層が有する耐ゴ
ーリング性に加えて、この多孔質層に強固に保有された
潤滑剤の作用によって、高合金化にもかかわらず、すぐ
れた耐ゴーリング性が発揮されるのである。したがって
、繰り返し使用後の気密性にもすぐれたものが得られる
。

本発明にあって特に制限的ではないが、このときの付着
量、つまり厚さは通常１〜３０μｍ、好ましくは５〜１
５μｍである。通常の条件下で所期の効果を得るには、
少なくとも１μｍの厚さを必要とするが、一方、３０μ
ｍを超えてもそれ以上の効果の改善はみられない。

次に、本発明における上述のような多孔質投射め、き層
を設ける方法について説明する。

第２図は、本発明において使用される中心に核を持った
投射粒子の断面を示すもので、中心核３０は鉄または鉄
合金から成り、その周りは亜鉛または亜鉛合金の被覆Ｎ
３２で囲まれている。境界領域には鉄−亜鉛合金層３４
が形成されている。一般に、このような粒子の亜鉛また
は亜鉛合金４度は２０〜６０重景％であり、鉄または鉄
合金濃度は４０〜８０重量％である。

前述のように、かかる６７１粒子はすでに公知であり、
これ以上の説明を略す。

このように、鉄または鉄合金を核とし、この周囲に鉄−
亜鉛合金層を介して亜鉛または亜鉛合金層を被着してな
る粒子からなるブラスト材料は、後述する空気投射機に
代表されるような公知のブラスティング装置により、ピ
ンまたはボックスの、ねじ部およびメタルシール部、少
な（ともメタルシール部に投射する。なお、以下、本明
細書においては、上述のようなブラスティングめっき法
をメカニカルめっき　（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｌａ
ｔｉｎｇ）と称し、これを略してＭＰ法と呼ぶ。

第３図は上記のブラスト材料の空気吹付は方式による投
射装置４０を略式で示す断面図である。

導管４２には高圧流体、一般に圧縮空気が供給され、側
管４４から供給されるブラスト材料４６を同伴させて高
速でノズル４８を経て少なくともメタルシール部を含む
上記油井管継手（図示せず）の切削面に衝突させる。空
気投射式の場合、一般に投射速度は５０〜１００ｍ／秒
、投射量は０．５〜２０ｋｇ／分である。

このように、圧縮空気とともにブラスト粒子が切削面に
高速で衝突する場合、衝突時の衝撃圧により一部溶融し
たブラスト粒子は被処理面上に投射層を形成する。この
投射層は通常の化成処理皮膜あるいは電気めっき皮膜の
場合と異なり、衝突時の衝撃圧により粒子が一部表面に
くい込んだ状態となり、その被処理面と一種の機械的（
メカニカル）接合をしており、著しく大きな接合強度を
示す。特に、本発明におけるように、鉄または鉄合金の
核を有する粒子を衝突させる場合、上記衝撃圧は核粒子
に集中し、接合強度が一層改善され、しかも油井管継手
の締付、綿房に使用される潤滑剤の保持特性に優れた多
孔質構造が得られるのである。

ブラスト粒子の投射手段は、上述の圧縮気体を利用した
方法以外にも、図示しないが、例えば、いわゆるインペ
ラタイププラスターと言われている機械的投射装置もあ
り、これは回転軸に取付けられたいくつかのインペラー
によってその中心部に供給されるブラスト粒子をこの高
速で回転するインペラーによって被処理面に向かって投
射するのである。

なお、上記インペラータイプの機械的投射装置によれば
、−ｉ的に、例えば３０〜８０ｆｆｉ／秒という投射速
度、２０〜１００ｋｇ／分という投射量を得ることが可
能となる。

いずれにしても、本発明にあっては投射手段は制限され
ず、またその投射条件についても目的に応じ適宜選択す
ればよい。

例えば、好適態様にあっては、上記ブラスト粒子の粒子
径は一般に０．１〜１．５ｍｍ　、噴射圧、つまり衝突
圧は一般に２〜６ｋｇｆ／ｃｎ＋　”である。粒子径が
０．１１１！１より小さいと、噴射圧を高めても十分な
衝突圧つまり熱発生が確保されず、一方、１．５ｖｅよ
り大きいと均一な投射めっき層が得られないばかりか、
油井管継手のねじ部の精巧なねじ形状の損傷も懸念され
る。なお、上記の投射条件は特に制限的でなく、所要の
熱発生およびブラスト粒子と切削面との所要程度のｍ成
約接合、さらにはめっき皮膜の多孔質構造を確保すべく
適宜設定されるのである。

本発明にかかる多孔質めつき皮膜の多孔性の程度は気孔
率でいえば、一般に、２０〜８０％であるが、これは投
射速度を高くすれば小さくでき、また、粒子寸法も小さ
ければ気孔率も小さく、大形粒子の場合、気孔率は大き
くなる傾向が見られる。好ましくは、この気孔率は、４
０〜６０％である。

このように、本発明にかかるＭＰ法により形成された投
射めっき皮膜（以下、ｒＭＰＭＰ皮膜も呼ぶ）は、第４
図の模式図に示されるように鉄−亜鉛合金の微小片４０
が鋼材４２表面上に幾重にも積層された形であり、この
ＭＰ皮膜４４は全体として多孔質の形態をなし、使用に
際してはその多孔質部分に潤滑剤（図示せず）を十分に
保持できるのである。

したがって、油井管継手の締結時には潤滑剤、例えばＡ
ＰＩに規定されたスレッドコンパウンドを塗布するが、
そのとき、潤滑剤は多孔質である上述のＭＰ皮膜中の間
隙に十分に保持される。

継手締結時には、メタルシール部は高面圧となり、従来
の表面処理法では、十分な程度の多孔質構造が得られず
、潤滑剤が押し出されてしまい、表面に保持することは
雅しかった。しかし、本発明によれば、高面圧下でもＭ
Ｐ皮膜の間隙に浸透していた潤滑剤がしみ出して接触面
に供給される。

したがって、耐ゴーリング性能は従来法に比べて飛躍的
に向上する。

しかもさらに、第４図からも明らかなように、皮膜自身
が層状に積み重なったブラスト粒子から構成されている
ため、継手締結時のメタルシール部の回転に伴って生じ
る剪断力に対して、層間で容易にすべりを生じ、あるい
は各粒子がそれぞれ個々に剥離するだけで、皮膜全体の
脱落などは起こらない、その結果、耐ゴーリング性能が
大幅に向上する。

このように、本発明によれば、高強度、高合金化材料か
らなる油井管継手に対して、切削仕上完了後、通常のブ
ラスティングめっき法にて、処理することが可能であり
、品質の安定化を図ることができる。また、上述の如く
、長尺材のビン、ボックスにも容易に処理することがで
き、従来法よりはるかに優れた処理性能を有している。

さらに、公害の心配もなく、安全な処理法である。

しかも、本発明による投射めっき層は全く乾式で形成さ
れるため、処理中に水素の吸収も見られず、今日多くの
問題を引き起こしている遅れ破壊も全く見られない。

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７０ｋｇｆ／ａｍ”以上の高強度を有する高合金化材料
から適宜寸法に製管し、切削加工によってねじ部および
メタルシール部を備えたピン−ボックスタイプの継手部
を成形した。

本例では第２図に示す粒子から成るブラスト材料（！［
！鉛含有１３５重量％）をそれぞれ慣用の空気投射方式
（第３図参照）および機械投射方式（前述のインペラタ
イププラスター）によって投射し、ピンおよびボックス
のメタルシール部に投射めっき層を形成した。このとき
のブラスティング処理は各切削面に対して行った。

本例の処理条件は第１表にまとめて示す。

次いで、このようにして得た継手の耐ゴーリング性およ
び気密性を評価した。

結果は第２表にまとめて示す。

第２表に示す結果からも明らかなように、本発明により
投射めっき層を設けた場合、従来のものと比較して２〜
３倍あるいはそれ以上の耐ゴーリング性が確保され、２
０回の締付−綿房後の気密性も満足すべきものであった
。しかも、本発明による場合、乾式でめっき処理がなさ
れるため、水素吸収による遅れ破壊の問題は全くなかっ
た。

第１表（発明の効果）以上、詳述したように、本発明によれば、貰合金化材料
にもかかわらず、すぐれた耐ゴーリング性が得られ、高
気密性を保持でき、しかもこれは乾式ということで、従
来のような遅れ破壊の問題は全くみられない。

また、空気投射法、機械投射法によるも被処理部材（ピ
ン部、ボックス部）を固定して置き、投射装置のほうを
移動させて、あるいは被処理部材を回転させて、投射装
置をそれに合わせて移動させてもよい。いずれにしても
、めっきし難い箇所のめっきも本発明によれば容易に可
能となる。

なお、機械的な投射は処理速度が圧縮空気方式による投
射に比べ４〜５倍であり、大径での大量生産に適す、一
方、空気方式による投射は、小径から大径について、自
由度のある処理が可能である。したがって、目的に応じ
適宜選択することにより、製造コストの著しい低下を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、大発明による油井管継手の略式部分断面図；第２図は、本発明において利用するブラスト粒子の略式
断面図５第３図は、空気吹付は方式による投射装置の略式断面図
；および第４図は、本発明において得られる投射めっき皮膜の構
造を説明する略式断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）油井管継手の少なくともメタルシール部表面に、
鉄または鉄合金を核とし、その周囲に鉄−亜鉛合金層を
介して亜鉛または亜鉛合金層を被着してなる独立した粒
子を投射して得た多孔質投射めっき皮膜を備えた、耐ゴ
ーリング性にすぐれた油井管継手。
（２）油井管継手の少なくともメタルシール部の仕上切
削面に、鉄または鉄合金を核としてその周囲に鉄−亜鉛
合金層を介して亜鉛または亜鉛合金層を被着した、独立
した粒子からなるブラスト材料を投射して、多孔質投射
めっき皮膜を形成することを特徴とする、耐ゴーリング
性にすぐれた油井管継手の製造方法。