WO2002059519A1

WO2002059519A1 - Joint filete pour tuyau en acier, dote d'une prehension et de resistances excellentes

Info

Publication number: WO2002059519A1
Application number: PCT/JP2002/000466
Authority: WO
Inventors: Kunio Goto; Toshiro Anraku
Original assignee: Sumitomo Metal Industries, Ltd.
Priority date: 2001-01-25
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2002-08-01
Also published as: JP2002221288A; EP1365183B1; EP1365183A4; NO335773B1; CN1488051A; EP1365183B2; NO20033344L; AU2002228341B2; AR032515A1; BR0206656A; NO20033344D0; US6746057B2; MY128240A; CA2435208C; CN1284946C; RU2248495C1; DZ3485A1; US20030094810A1; EG23022A; ATE400763T2

Description

明細書耐焼付き性及び防鑌性に優れた鋼管用ねじ継手技術分野

本発明は、コンパゥンドグリスのような重金属粉を含む液状の潤滑グリスの塗布を必要とせずに使用できる、耐焼付き性、防鑌性、気密性に優れた鋼管用ねじ継手、特に油井管用ねじ継手に関する。

- 背景技術

油井掘削時に使用するチュービングゃケ一シングといつた油井管は、一般にねじ継手により接続される。油井管の深さは従来は一般に 2000m〜3000mであったが、近年の海洋油田などの深油井では 8000m〜 10000mにも達することがある。油井管のねじ継手には、使用環境下において、油井管および継手自体の重量に起因する軸方向引張力や内外面圧力などが複合した圧力と、深いほど高くなる地中の熱とが作用する。従って、このような環境下でも破損せずに、気密性を保持することが要求される。

チュービングゃケ一シングの油井への降下作業時には、一度締め込んだ継手を緩め、再度締め直すことがよくある。 A P I (米国石油協会）は、チュービング継手では 10回の、ケ一シング継手では 3回の締付け（メイクアツフ。）、緩め（ブレークアウト）を行っても、ゴーリングと呼ばれる回復不可能な焼付きの発生が無く、気密性が保持されることを求めている。

油井管は、シール性に優れたメタルシール部を有する、ピン一ボックス構造のねじ継手により一般に繋がれる。この種のねじ継手では、雄ねじ部ねじの無い金属接触部とを備えるピンが、典型的には油井管の各管端の外面に形成されている。ねじの無い金属接触部を以下では「ねじ無し金属接触部」という。相手方のボックスは、別部材のスリーブ状継手部材の内面に形成されていて、これは、雌ねじ部とねじの無い金属接触部をそれぞれ前記ピンの雄ねじ部およびねじ無し金属接触部に嵌合するように有している。ピンをボックスに嵌め込み、ねじ作用で締付けると、ピンとボックスのねじ無し金属接触部同士が当接して、メタルシ一ル部を形成することができる。

油井管の周囲環境下でねじ継手のメタルシ一ル部によって十分なシール性を確保するには、ねじ継手材料の降伏点を超えるような非常に高い面圧を、ねじ継手のねじ無し金属接触部に付与しなければならない。この高い面圧により焼付きが発生し易くなる。そのため、金属接触部やねじ部に、コンパウンドグリスと呼ばれる、流動性のある粘稠液状の潤滑グリスを塗布して、耐焼付き性と気密性の向上を図っている。コンパウンドグリスは防鯖性にも優れているため、現地使用までの間にねじ継手が鎬びないように、コンパゥンドグリスのねじ継手への塗布は出荷前に行われることが多い。

コンパゥンドグリスの保持性の向上と摺動性の改善を目的として、ねじ継手に表面処理を施すことが提案されている。

例えば、特開昭 61— 79797 号公報には、ねじ部に Zn、 Snなどをめつきし、メタルシール音 15 (ねじ無し金属接触部）に金、白金などをめつきしたねじ継手が開示されている。特公平 3— 78517号公報には、粒径 10 m以下の二硫化モリブデンを 20〜90%の割合で分散 ·含有する合成樹脂の被膜を形成した管継手が開示されている。特開平 8— 103724号公報には、燐酸マンガン系化成処理被膜層の上に二硫化モリブデンを含有する樹脂被膜を形成する鋼管継手の表面処理方法が開示されている。特開平 8— 105582号公報には、窒化処理層を第 1層とし、鉄めつき層または鉄合金めつき層を第 2層とし、その上に二硫化モリブデンを含有する樹脂被膜の第 3層を形成する管継手の表面処理方法が開示されている。

特開昭 62— 258283号公報には、鉄または鉄合金の核の周囲に亜鉛または亜鉛合金層を被着させた粒子を投射することにより形成した、亜鉛または亜鉛合金からなる多孔質の投射めつき被膜を少なくともメタルシール部の表面に設けた油井管継手が開示されている。このめつき被膜は水素脆化による遅れ破壊がなく、多孔質であるため潤滑剤の保持特性がよいので、高強度の高合金鋼の油井管材料でも気密性と耐焼付き性を確保できるという利点があることが記載されている。従つて、この投射めつき被膜は、潤滑剤としてコンパウンドグリスを使用することを念頭においたものである。上記各公報に開示されたねじ継手は、いずれも十分な耐焼付き性を確保するのにコンパウンドグリスを用いることを前提にしている。しかし、コンパウンドグリスの使用には、次に述べるように環境面と高温気密性に問題点がある。

コンパウンドグリスは、亜鉛、鉛、銅などの重金属の粉末を多量に含有している。ねじ継手に塗布されたコンパウンドグリスの一部は、洗浄による流出や締付け時の外への溢れ出しにより周囲環境に排出されるため、コンパゥンドグリスの使用は環境汚染を引き起こす懸念がある。また、コンパウンドグリスは作業環境を悪化させる。

近年、深油井化に伴って 250〜300 °Cの温度に達する高温油井や、原油回収効率を高めるために臨界温度にも達する高温蒸気（例、約 350 °C ) を注入する蒸気注入油井が増えてきた。このような高温環境で使用される油井管のねじ継手には、継手を締結した後、 350 °Cを超す温度に保持してから、緩め一再締付けの操作を行う試験において気密性が保持されることで実証されるような耐熱性が求められる。コンパウンドグリスでは、このような高温ではグリス成分が蒸発して潤滑性が低下するため、上記試験において緩め後の再締付け時に所定の気密性が得られないことがある。

コンパウンドグリスの塗布を不要にするため、予め固体潤滑被膜を設けたねじ継手が提案された。例えば、特開平 8— 233163号公報、特開平 8— 233164号公報、および特開平 9一 72467 号公報には、固体潤滑剤の二硫化モリブデンをェポキシ樹脂等の樹脂中に分散含有させてなる固体潤滑被膜を有するねじ継手が開示されている。

しかし、このような固体潤滑被膜は、ねじ継手の出荷から現地使用までの現場条件における防鑌作用が、コンパウンドグリスより劣る。そのため、ねじ継手に鯖発生とそれに伴う固体潤滑被膜の膨らみや剥離を生じて、継手の締付けが不安定になり、焼付きが発生したり、気密性が低下する傾向がある。発明の開示

本発明の目的は、コンパゥンドグリスなどの重金属粉を含む液状潤滑グリスを塗布せずに、締付け ·緩めを繰り返しても焼付きを発生させずにメタルシール部の気密性を確保することができる、耐焼付き性、気密性、防鑌性に優れた鋼管用ねじ継手を提供することにある。

本発明の別の目的は、高深度の高温油井もしくは蒸気注入油井等の高温環境下で使われる油井管のねじ継手、および/または炭素鋼から高合金鋼までの多様な鋼材料からなる鋼管のねじ継手において、締付け .緩めを繰り返しても焼付きを発生させずにメタルシール部の気密性を確保することができる、耐焼付き性、気密性、防鑌性に優れた鋼管用ねじ継手の提供にある。

本発明者らは、ねじ継手のねじ部およびねじ無し金属接触部に、投射めつき等の衝撃めつきにより形成されるような多孔質の亜鉛または亜鉛合金の被膜を下地層として、その上に固体潤滑被膜または重金属粉を含有しない液状潤滑被膜を形成することにより、上記目的を達成することができることを見出した。

特定の理論に拘束されることを望むものではないが、その理由は次のように考えられる。

亜鉛または亜鉛合金からなる投射めつき被膜は、例えば、特公昭 59— 9312号公報に開示されているように、鉄系の核の表面を亜鉛または亜鉛合金で被覆した粒子を投射することにより、炭素鋼から Crを 13質量％以上含有する高合金鋼まで、多様な鋼種の鋼管用ねじ継手の表面に形成することができる。

形成された投射めつき被膜は、電気めつき被膜とは異なり、多孔質であるため、その上に固体または液状の潤滑被膜を形成すると、固体潤滑被膜の密着性または液状潤滑被膜の保持性が高まる。そのため、この潤滑被膜の性能が最大限に生かされ、コンパウンドグリスを使用しなくても、優れた耐焼付き性、気密性が得られる。

下地層に含有される亜鉛は、卑金属であり、ねじ継手を構成する鉄より優先的にイオン化して、ねじ継手の腐食を防ぐ犠牲防食効果を発揮する。しかし、下地が無数の空隙を有する表面積の大きい多孔質被膜であるため、そのままでは犠牲防食効果が早期に失われる傾向がある。上層に潤滑被膜を形成することにより、下地層の空隙が封鎖され、下地層による防食効果が持続し、優れた防請性が実現できる。特に、上層が固体潤滑被膜であると、耐焼付き性、防鯖性、気密性が一層向上し、高温環境でも優れた性能を発揮できる。つまり、潤滑被膜の下地層が多孔質の亜鉛または亜鉛合金被膜であり、その上に、液状または、好ましくは固体の、潤滑被膜を形成することが、耐焼付き性、防鐫性、気密性の改善に重要である。

本発明は、互いに嵌合しうるピンとボックスとから構成され、該ピンは嵌合面として雄ねじ部とねじ無し金属接触部とを有し、該ボックスは嵌合面として雌ねじ部とねじ無し金属接触部とを有する、鋼管用ねじ継手において、ピンとボックスの少なくとも一方の嵌合面は、下層の多孔質の亜鉛または亜鉛合金層と、上層の固体潤滑被膜および重金属粉を含まない液状潤滑被膜から選ばれた潤滑被膜、を備えることを特徴とするねじ継手である。

本発明の 1態様に係るねじ継手では、ピンとボックスの一方の嵌合面だけに、前記の多孔質亜鉛または亜鉛合金層とその上の潤滑被膜とを備える。その場合、他方の嵌合面は、未被覆でもよいが、多孔質の亜鉛または亜鉛合金被膜、金属めつき被膜、燐酸塩被膜、蓚酸塩被膜および硼酸塩被膜から選ばれた 1層または 2 層以上の被膜を備えることもできる。図面の簡単な説明

図 1は、鋼管出荷時の鋼管とねじ継手部材の組立構成を模式的に示す概要図である。

図 2は、鋼管用ねじ継手を模式的に示す概要図である。発明の実施形態の説明

典型的な油井管用の鋼管は、図 1に示すように、鋼管 Aの一端に、スリーブ状のねじ継手部材 Bが予め連結された状態で出荷される。鋼管 Aはその両端部の外面に雄ねじ部 3 Aを有し、ピン 1を構成する。ねじ継手部材 Bは、その両側の内面に雌ねじ部 3 Bを有し、ボックス 2を構成する。ピン 1 とボックス 2は互いに嵌合しうる形状を有する。

原理的には、鋼管 Aの一端だけに雄ねじ部を形成してピンとし、他端に雌ねじ部を形成してボックスとし、別個のねじ継手部材を使わずに鋼管を連結できるようにすることも可能である。また、鋼管 Aの両端の内面に雌ねじ部を形成してボックスとし、ねじ継手部材 Bの外面に雄ねじ部を形成してピンとすることも可能である。

図 2は、メタルシール部を有するピンとボックスからなる鋼管用ねじ継手の構造を模式的に示す。典型的には鋼管の両端部の外面に形成されるピン 1は、管端に位置するねじ無し金属接触部 4と、その手前側の雄ねじ部 3 Aとから構成される。一方、典型的にはねじ継手部材の両側の内面に形成されるボックス 2は、ピン 1 と嵌合できるように、末端の雌ねじ部 3 Bとその手前側のねじ無し金属接触部 4とから構成される。ピン 1およびボックス 2のそれぞれのねじ部 3 Aおよび 3 Bとねじ無し金属接触部 4がねじ継手の嵌合面である。

ねじ継手のピンおよびボックスの嵌合面には、耐焼付き性、気密性、防鐫性が要求される。本発明によれば、ねじ継手のピンとボックスの少なくとも一方の嵌合面に、下地層として、多孔質の亜鉛または亜鉛合金層を形成し、その上に固体潤滑被膜または重金属粉を含まない液状潤滑被膜からなる潤滑被膜を形成することにより、コンパウンドグリスを使用せずに、ねじ継手の嵌合面に要求される上記性能を付与することができる。また、コンパウンドグリスとは異なり、これらの性能が高温環境でも有効に維持される。

ねじ継手の嵌合面に下地層として被覆する多孔質の亜鉛または亜鉛合金層は、ねじ継手の鋼表面との密着性が高く、亜鉛または亜鉛合金からなる多孔質被膜であればよい。そのような多孔質の被膜は、乾式めつきの一種である衝撃めつき法により形成することができる。衝撃めつき法によるめつき被膜は、金属粒子が積層して強固に結合してなる被膜であり、粒子間には無数の微小な空隙が均一に分布している多孔質の被膜である。衝撃めつき法としては、粒子と被めつき物を回転バレル内で衝突させるメカニカルプレーティングや、ブラス卜装置を用いて粒子を被めつき物に衝突させる投射めつき法がある。

本発明では、ねじ継手の嵌合面だけにめつきを施せばよいので、局部的なめつきが可能な投射めつき法が適している。投射めつきに使用する投射（ブラスティング）装置には、圧縮空気等の高圧流体を利用して粒子を吹きつける高圧流体投射装置や、インペラ等の回転翼を利用する機械式投射装置があり、いずれも利用できる。本発明で投射めつき法等の衝撃めつき法に使用する粒子は、少なくとも表面に亜鉛または亜鉛合金を有する金属粒子である。全体が亜鉛または亜鉛合金からなる粒子でもよいが、好ましいのは、特公昭 59— 9312号公報に開示されている投射材料である。この投射材料は、鉄または鉄合金を核（コア）とし、その表面に、境界に形成された鉄一亜鉛合金層を介して、亜鉛または亜鉛合金層を被覆した粒子からなる。

そのような粒子は、例えば、核となる鉄または鉄合金粉末を、無電解および/ または電解めつきにより亜鉛または亜鉛合金（例、 Zn—Fe— A1) で被覆した後、熱処理してめっき界面に鉄一亜鉛合金層を形成する方法や、あるいはメカニカルァロイング法により製造することができる。このような粒子の市販品としては、同和鉄粉工業（株）製 Zアイアンがある。粒子中の亜鉛または亜鉛合金の含有量は 20〜60質量⁰ /₀の範囲であることが好ましく、粒子の粒径は 0. 2〜1. 5 ramの範囲が好ましい。

この鉄系の核の周囲を亜鉛または亜鉛合金で被覆した粒子を基体に投射すると、粒子の被覆層である亜鉛または亜鉛合金のみが基体に付着し、亜鉛または亜鉛合金の被膜が基体上に形成される。この投射めつきは、鋼の材質に関係なく、鋼表面に密着性のよい多孔質めつき被膜を形成することができる。従って、炭素鋼から高合金鋼まで、多様な材質のねじ継手の嵌合面上に、密着性に優れた多孔質の亜鉛または亜鉛合金層を形成することができる。

本発明では、下地層となる多孔質めつき被膜が犠牲防食能に優れた亜鉛を含有するため、高温多湿環境下においてもねじ継手の鯖発生を防止する働きがある。この作用は、下地層の多孔質めつき被膜が上層の固体または液状潤滑被膜で覆われることによって持続するようになる。また、下地層が多孔質であることから、上層の潤滑被膜が固体である場合にはその密着性が、また液状である場合にはその保持性がそれぞれ良好となる。

下地層の亜鉛または亜鉛合金層の厚みは、防鲭性と密着性の点から 2〜40 i m であることが好ましい。 2 未満では、十分な防鑄性が確保できないことがある。一方、 40 mを超えると、固体または液状潤滑被膜との密着性が低下することがある。この厚みは、より好ましくは 5〜30〃mであり、最も好ましくは 10〜 25 U mである。

下地層の密着性の観点から、この下地層を形成するねじ継手の嵌合面は、表面粗さが Rmax で 3〜30 mであることが好ましい。 3 u m未満では、十分な密着性を確保できないことがある。一方、表面粗さが Rmax で 30 mを超えると、摩擦が高くなり、締付け時に高面圧を受けた際のせん断力と圧縮力に耐えられず、下地層が破壊もしくは剥離しやすくなることがある。

表面粗さを Rmax で 3〜30 mに調整するため、衝撃めつき法により下地層の亜鉛または亜鉛合金層を形成する前に、ねじ継手の嵌合面に、前処理として酸洗やブラスティング加工等を施してもよい。この前処理により、より活性な新生面がねじ継手の表面に現れ、下地層の密着性がより強固になるという利点もある。ブラスティング加工は、公知のサンドブラスト法、ショットブラスト法、グリットブラスト法、ワイヤブラス卜法などにより行うことができる。但し、このような前処理なしに亜鉛または亜鉛合金層を衝撃めつき法により形成しても、本発明の目的を達成することはできる。

ねじ継手の嵌合面に形成された多孔質亜鉛または亜鉛合金層の表面粗さ Rmax は、潤滑被膜の下地層とする場合、 5〜40 i mであることが好ましい。 5 w m未満では、潤滑被膜の密着性または保持性が不十分になることがある。一方、 40 w mを超えると、摩擦が高くなり、締付け時に高面圧を受けた際のせん断力と圧縮力に耐えられず、下地層が破壊もしくは剥離しやすくなることがある。ピンとボックスの一方だけに本発明の表面処理を施し、他方にはこの多孔質の亜鉛または亜鉛合金層だけを形成する場合、この他方の亜鉛または亜鉛合金層の表面粗さ R max は、相対する潤滑被膜の耐久性確保の観点から、 l〜10 mとより小さくにすることが好ましい。この表面粗さは、例えば、投射めつきに使用する粒子の粒径もしくは被覆厚みならびに投射速度により制御することができる。

多孔質の亜鉛または亜鉛合金めつき被膜からなる下地層の上に、固体潤滑被膜または重金属粉を含有しない液状潤滑被膜を形成する。この潤滑被膜は通常は塗布により形成され、塗布方法は、刷毛塗り、浸漬処理、エアーもしくはエアレススプレー法等の公知の適当な方法でよい。下地層が多孔質であるため、潤滑被膜が下地層に良好に密着または保持され、良好な耐焼付き性と気密性を確保することができる。

固体潤滑皮膜は、基本的には、バインダー中に固体潤滑作用を有する粉末（以下、潤滑性粉末という）が分散してなる構造を持つ被膜である。この被膜は、バィンダー含有液に潤滑性粉末を分散させた塗布液を用いて形成することができる。形成された固体潤滑被膜中において潤滑性粉末はバインダーによりねじ継手に固定されているが、締付け作業時には締付け圧力で薄く伸ばされ、潤滑性能を発揮する。

潤滑性粉末の例としては、これらに限られないが、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、黒鉛、有機モリブデン化合物（例、モリブデンジアルキルチオホスフヱ一ト、モリブデンジアルキルチオ力ルバメート）、 P T F E (ホ °リテトラフルォロエチレン）、および B N (窒化硼素）の粉末を挙げることができ、これらの 1種または 2種以上を使用できる。

バインダーとしては、有機樹脂と無機高分子化合物のいずれも用いることができる。

バインダ一として使用できる有機樹脂は、耐熱性と適度な硬さと耐摩耗性を有するものが好適である。そのような樹脂の例としては、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカルポジイミド、フヱノール樹脂、フラン樹脂等の熱硬化性樹脂、ならびにポリエーテルサルホン、ポリエーテルエ一テルケトン、ポリエチレン、シリコーン樹脂等の熱可塑性樹脂が挙げられる。好ましいのは熱硬化性樹脂である。

有機樹脂を適当な溶媒に溶解または分散させた樹脂液に、潤滑性粉末を分散させて、塗布液を形成する。溶媒は、炭化水素系 (例、トルエン) 、アルコール系

(例、イソプロピルアルコール）をはじめとする、各種の低沸点溶媒の 1種もしくは 2種以上でよく、使用する樹脂に応じて選択する。

この塗布液を、予め下地層が形成されているねじ継手の嵌合面に塗布した後、乾燥させて、溶媒を除去すると固体潤滑被膜が形成される。バインダーが熱硬化性樹脂である場合には、固体潤滑被膜の密着性と耐摩耗性の観点から、固体潤滑被膜の形.成後に、加熱硬化処理をすることが好ましい。この加熱硬化処理の温度は好ましくは 120 °C以上、より好ましくは 150〜380 °Cであり、処理時間は好ましくは 30分以上、より好ましくは 30~60分である。

バインダ一として使用する無機高分子化合物とは、 Ti一 0、. S i—◦、 Zr— 0、 Mn— 0、 Ce— 0、 Ba— 0といった、金属—酸素結合が三次元架橋した構造を有する金属酸化物型の化合物である。この無機高分子化合物は、金属アルコキシドで代表される加水分解性の有機金属化合物の加水分解と、それに続く加水分解物の縮合により形成することができる。金属アルコキシドとしては、アルコキシ基がメトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、プロポキシ、イソブトキシ、ブトキシ、 ter t—ブトキシなどの低級アルコキシ基である化合物が使用できる。好ましい金属アルコキシドは、チタンまたはゲイ素のアルコキシドであり、特にチタンアルコキシドが好ましい。中でも、チタンイソプロボキシドは造膜性に優れていて好ましい。

出発物質として、有機金属化合物の代わりに、四塩化チタンなどの加水分解性無機化合物も使用できる。また、有機金属化合物の一部として、シランカツプリング剤やチタネートカツプリング剤のような、金属に結合した有機基の一部が非加水分解性の有機基（例、アルキル基、特にアミノ基、エポキシ基等の官能基を有する置換アルキル基）である加水分解性有機金属化合物も使用できる。この場合、出発物質の加水分解と縮合により形成された無機高分子化合物には、非加水分解性の有機基が残留するので、この化合物は厳密には「無機」化合物とは言えないが、本明細書では、このような化合物も無機高分子化合物に含める。

バインダーが無機高分子化合物である場合、塗布液は、金属アルコキシドのような出発物質の溶液に潤滑性粉末を分散させることにより形成できる。この塗布液を、予め下地層が形成されているねじ継手の嵌合面に塗布し、加湿処理した後、必要に応じて加熱し、金属アルコキシドの加水分解と縮合を進めると、金属一酸素結合からなる無機高分子化合物の被膜中に潤滑性粉末が分散した固体潤滑被膜を形成することができる。金属アルコキシドの溶媒としては、アルコール（例、エチルアルコール、イソプロピルアルコ一ル、ブチルアルコール）、ケトン、炭化水素、ハロゲン化炭化水素等の各種の有機溶媒が使用できる。造膜を促進するため、溶液中の金属アルコキシドを、塗布前に予め部分加水分解しておいてもよい。また、塗布後の加水分解を促進するため、塗布液に水および/または加水分解触媒の酸を少量添加してもよい。

塗布後の金属アルコキシドの加水分解を進めるための加湿処理は、大気中、好ましくは湿度 70%以上の大気中、に所定時間放置することにより行うことができる。加湿処理後に加熱を行うことが好ましい。加熱により加水分解および加水分解物の縮合と、加水分解の副生物であるアルコールの排出が促進され、短時間で造膜できる。また、形成される固体潤滑被膜の密着性が強固となり、耐焼付き性が向上する。この加熱は、溶媒が蒸発した後に行うことが好ましい。加熱温度は副生するアルコールの沸点に近い 100〜200 °Cの温度とするのがよく、熱風を当てるとより効果的である。

. 固体潤滑被膜中のバインダ一含有量（A ) と潤滑性粉末の含有量（B ) との質量比（B /A ) は 0. 3 以上、 9. 0 以下とするのが好ましい。この質量比が 0. 3 未満では、形成される固体潤滑被膜の潤滑性が低下し、耐焼付き性の改善が不十分となる。この質量比が 9. 0 より大きくなると、固体潤滑被膜の密着性が低下し、固体潤滑被膜からの潤滑性粉末の剥離が著しいなどの問題が生じる。さらなる耐焼付き性の改善が要求される、例えば、ねじ部干渉量の厳しい場合には、 B /A 質量比はより好ましくは 0. 5 以上、 7. 0 以下である。高合金鋼のように、より高度の耐焼付き性が要求される場合には、 3. 0 以上、 6. 5 以下が更に好ましい。固体潤滑被膜の厚さは、 5〜40 " mとすることが好ましい。潤滑被膜に含まれる潤滑性粉末は、ねじ継手の締付け時に高い面圧を受けて接触面全体に広がり、優れた耐焼付き性を発揮する。潤滑被膜の厚さが 5 m未満では潤滑性粉末の含有量が少なくなり、上記メカニズムによる潤滑性向上の効果が少ない。潤滑被膜の厚さがより大きくなると、潤滑被膜が剥離し易くなる。また、締付け中の締付け量が不十分となつて気密性が低下し、気密性を確保するために面圧を高めると、焼付きが発生しやすくなる。固体潤滑被膜の膜厚は、より好ましくは 15 〜40 mである。

固体潤滑被膜には、防鯖剤を始めとする各種添加剤を、耐焼付き性を損なわない範囲で添加することができる。例えば、亜鉛、クロム酸塩、シリカおよびアルミナから選んだ 1種もしくは 2種以上の材料の粉末を添加することで、固体潤滑被膜自身の防鑌性を向上させることができる。下地層の上に、固体潤滑被膜ではなく、液状潤滑被膜を形成する場合には、重金属粉を含まない液状潤滑被膜を用いる。この液状潤滑被膜は、高い潤滑性能を示す粘稠液状の潤滑主剤と任意の他の添加成分とから構成される。

潤滑主剤は液状であるが、粘稠性が高いので、潤滑主剤を溶媒で希釈して塗布液を形成することが好ましい。それにより、形成された被膜の膜厚および組成がより均一となる。また、塗布面の塗れ性や塗布液の展延性が高まり、潤滑主剤や他の溶解成分の下地層による吸着が容易となるため、被膜形成が効率的に達成される。溶媒は塗布後に揮発させるので、液状潤滑被膜は溶媒を含有しない。塗布液に使用する溶媒は、潤滑主剤や他の添加成分に対する溶解性または分散性が高く、適度の揮発性を有するものが好ましい。そのような溶媒の例としては、 J IS K2201 に規定される工業用ガソリンに相当する洗浄用ソルベントおよびミネラルスピリツ卜のような石油系溶剤；芳香族石油ナフサ、キシレンおよぴセロソルブが挙げられる。引火点が 30°C以上で、初留温度が 150 °C以上、終点が 210 °C以下の溶媒が、取り扱いが容易で、蒸発時間も速く、好ましい。

塗布液中の溶媒の量は特に制限されないが、好ましくは 25〜80質量％、より好ましくは 30〜70質量％である。溶媒が少なすぎると前述した溶媒の効果がなく、塗布液の粘度が高くて、被膜形成しにくくなる。溶媒が多すぎると、形成された液状潤滑被膜が薄すぎて、所定の性能をねじ継手に与えることができない。潤滑主剤は、液状潤滑被膜の潤滑性に最も寄与する成分であり、それ単独で高い潤滑性能を示す液状材料が使用される。好ましい潤滑主剤は高塩基性有機酸金属塩である。但し、潤滑主剤はこれに限られ.るものではなく、高塩基性有機酸金属塩に匹敵するような潤滑性能を有する液状潤滑被膜を形成できれば、他の潤滑主剤も使用できる。

高塩基性有機酸金属塩は、高塩基性金属スルホネート、高塩基性金属フユネート、高塩基性金属サリシレート、高塩基性金属カルボキシレートから選んだ 1種以上でよい。これらの高塩基性有機酸金属塩は、過剰のアルカリ金属塩またはァルカリ土類金属塩の存在による塩基性を有していて、防鑌性に優れ、かつ潤滑性にも優れる、粘稠な液状物質である。

高塩基性有機酸金属塩としては、リチウム、ナトリウムおよびカリウム塩のようなアルカリ金属塩、ならびにカルシウム、マグネシウムおよびバリウム塩のようなアル力リ土類金属塩を挙げることができる。上記有機金属塩のいずれについても、防鑌性と耐焼付き性の点で、アルカリ金属塩よりアルカリ土類金属塩の方が好ましく、とりわけ耐焼付き性の点でカルシウム塩がより好ましい。

高塩基性金属スルホネートを構成するスルホン酸部分は、石油留分中の芳香族成分をスルホン化して得られる石油スルホン酸または合成アルキル芳香族スルホン酸が好ましい。合成スルホン酸としては、ドデシルベンゼンスルホン酸、ジノ二ルナフタレンスルホン酸などが挙げられる。前述したように、塩はアルカリ土类頁金属塩またはアル力リ金属塩でよいが、好ましくはアル力リ土類金属塩であり、特にカルシウム塩が好ましい。以下では、この好ましいカルシウム塩、即ち、高塩基性カルシウムスルホネ一トについて説明するが、高塩基性スルホネートはこれに限定されるものではない。高塩基性カルシウムスルホネートの市販品としては、松村石油研究所のスルホール 1040、日本ルブリゾ一ル社の Lubr i zo l 5318 などが挙げられる。

高塩基性カルシウムスルホネ一卜を調製するには、中性のスルホネート塩を、例えば、芳香族炭化水素、アルコール系溶媒および鉱油から選んだ適当な溶媒に溶解し、得られた溶液に、高塩基性カルシウムスルホネートとして要求される塩基価に相当する水酸化カルシウムを添加し、混合する。その後、この混合物に、添加した水酸化カルシゥムを炭酸化するのに十分な過剰の二酸化炭素ガスを通じた後、活性白土等の濾過助剤の存在下で濾過する。濾液を減圧蒸留して揮発性の溶媒を除去すると、高塩基性カルシウムスルホネートが残留物として得られる。

この方法で製造された高塩基性カルシゥムスルホネートは、油中に炭酸力ルシゥムのコロイド状微粒子が安定に分散している粘凋な液状物質である。この分散している炭酸カルシウムの微粒子が固体潤滑剤として機能するため、一般的な液状潤滑油に比べて、著しく優れた潤滑性を示す。特に、摩擦面に微小な凹凸（表面粗さ）がある場合に、静水圧作用によるミクロ流体潤滑効果と微粒子による固体潤滑作用が相まって、優れた焼付き防止効果を発揮する。

高塩基性金属サリシレートは、アルキルサリチル酸のアル力リ土類金属塩またはアルカリ金属塩でよい。アルキルサリチル酸は、好ましくは炭素数 14〜18の α 一才レフィンを用いて、フエノールをアルキル化して得たアルキルフエノールに、コルべ . シユミット反応によってカルボキシル基を導入することにより合成できる。

高塩基性金属サリシレートは、高塩基性力ルシゥムスルホネートについて説明したのと同様の方法により、中性サリシレートを高塩基性金属塩、例えば、カルシゥム塩、にすることにより調製できる。高塩基性カルシウムサリシレートの巿販品としては、ォスカ化学社の Osca 431、 Osca 453；シヱル化学社の SAP 005 などが挙げられる。

高塩基性金属フヱネートは、上記のアルキルフヱノールを、触媒として元素ィォゥの存在下、アルコール溶媒中で金属水酸化物と反応させて得た中性フユネー卜を、高塩基性カルシウムスルホネートについて説明したのと同様な方法で高塩基性金属塩、例えば、カルシウム塩にすることにより製造される。

高塩基性金属カルボキシレートを構成するカルボン酸としては、モノカルボン酸またはジカルボン酸が好ましく、潤滑性ゃ防鐫性の観点から炭素数 5〜19の力ルボン酸が好ましい。モノカルボン酸の例としては、カブロン酸、力プリル酸、力プリン酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、ォレイン酸、リノール酸、リノレン酸、ナフテン酸、安息香酸を挙げることができる。ジカルボン酸の例としては、スベリン酸、ァゼライン酸、セバシン酸等が挙げられる。高塩基性金属塩にする方法は、上記と同様でよい。

以上に述べた高塩基性有機酸金属塩はいずれも、高塩基性力ルシゥムスルホネ一トについて述べたように、油中に炭酸カルシウム等の過剰のアル力リ微粒子が分散した粘稠な液状物質である。潤滑主剤として、これらの高塩基性有機酸金属塩から選んだ 1種もしくは 2種以上を使用することができる。 2種以上使用する場合には、同種のもの（例、スルホネート）から選んでも、異種のもの（例、スルホネートとフヱネート）を組合わせて使用してもよい。

潤滑主剤として使用する高塩基性有機酸金属塩は、その塩基価が高いほど、ァルカリ微粒子の量が増し、潤滑性が高くなる。また、塩基性がある程度以上に高いと、鯖の原因となる酸成分を中和する作用があり、潤滑被膜の防鯖性も高まる。これらの理由から、本発明で使用する高塩基性有機酸金属塩の塩基価（J IS K2 501)は、 40 mgKOH/g以上とする。しかし、塩基価が 500 mgKOH/g を超えると、親水性が増して、逆に防鑌性が低下する。塩基価は好ましくは 100〜500 mgKOH/g であり、より好ましくは 250〜450 mgKOH/g である。

高塩基性有機酸金属塩の含有量は、塗布液中の全固形分に基づいて、好ましくは 10質量％以上、より好ましくは 20質量％以上、最も好ましくは 30質量％以上とする。高塩基性有機酸金属塩の含有量が 10質量％未満では、形成された液状潤滑被膜の潤滑性および防鯖性が不十分となりうる。また、高塩基性有機酸金属塩の含有量は、上述した理由により、形成された潤滑被膜の塩基価が 40〜500 mgKOH/ g の範囲となるように設定することが好ましい。

液状潤 ^被膜の形成に用いる塗布液には、熱可塑性樹脂を含有させることができる。熱可塑性樹脂は、液状潤滑被膜を形成する際の膜厚を増大させると共に、摩擦界面に導入された場合に耐焼付き性を高める作用を果たす。使用できる熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアクリル酸メチル樹脂、スチレン/アクリル酸エステル共重合樹脂、ポリアミド樹脂などが挙げられる。

この熱可塑性樹脂は、溶解させるのではなく、粒子形態、即ち、粉末状で塗布液中に含有させることが好ましい。その方が、摩擦界面に導入された時に固体潤滑剤に似た潤滑作用を発揮でき、耐焼付き性の向上効果が大きい。但し、粒子は膨潤してもよい。熱可塑性樹脂は、密度 (J IS K7112) が 0. 9〜1. 2 のものが好ましく、摩擦面で容易に変形して潤滑性を発揮させるために、熱変形温度 (JIS K72 06) が 50° (：〜 150 °Cのものが好ましい。樹脂の粒子径は、微粒子とした方が、膜厚を増す目的と耐焼付き性の向上の目的の両方に好都合である。しかし、粒子径が 0. 05 mより小さいと、塗布液のゲル化が著しくなり、均一厚さの被膜を形成し難くなる。一方、粒子径が 30 mを超えると、摩擦界面に導入され難くなる上、塗布液中で沈殿や浮上分離を起こしやすくなり、均質な被膜を形成することができ難くなる。したがって、粒子径は 0. 05〜30 w mの範囲が好ましく、より好ましくは 0. 07〜20 mである。

熱可塑性樹脂を添加する場合、その含有量は、塗布液の全固形分に基づいて、好ましくは 0. 5〜30質量％、より好ましくは 1〜20質量⁰ /₀、最も好ましくは 2〜 15質量％とする。熱可塑性樹脂が粒子形態である場合、添加量が多すぎると塗布液のゲル化を招く。

液状潤滑被膜の形成に用いる塗布液は、上記成分に加えて、 1種または 2種以上の添加成分をさらに含有しうる。本発明で使用するのに適した添加成分の例としては、高塩基性有機酸金属塩以外の油剤および極圧添加剤が挙げられる。他の油剤としては、これらに限られないが、脂肪酸塩、合成エステル、天然油脂、ヮックス類、鉱油が例示される。このような他の添加成分のうち、熱可塑性樹脂の可塑性を高める作用がある合成エステル、および耐焼付き性を高める作用がある極圧添加剤を、塗布液に含有させることが好ましい。

脂肪酸塩は、高塩基性有機酸金属塩には及ばないが、同様の性質を示すので、一種の希釈剤として塗布液に含有させうる。脂肪酸としては、炭素数 12〜30のものが潤滑性ゃ防鑌性の観点から好ましい。脂肪酸は、天然油脂由来の混合脂肪酸でもよくまた単一の脂肪酸からなるものでもよい。脂肪酸塩はアル力リ土類金属塩、中でもカルシウム塩が好適であり、中性塩、塩基性塩のいずれでもよい。合成エステルは、熱可塑性樹脂の可塑性を高めると同時に、潤滑被膜の静水圧条件下での流動性を高めることができる。また、高融点の合成エステルは、液状潤滑被膜の融点や軟らかさの調整にも使用できる。適当な合成エステルとしては、脂肪酸モノエステル、二塩基酸ジエステル、ならびにトリメチロールプロパンもしくはペンタエリスリトールの脂肪酸エステルなどがある。脂肪酸モノエステルとしては、炭素数 12〜24のカルボン酸と炭素数 8 ~20の高級アルコールとのモノエステルを挙げることができる。二塩基酸ジエステルとしては、炭素数 6〜10 の二塩基酸と炭素数 8〜20の高級アルコールとのジエステルが挙げられる。卜リメチロールプロパンもしくはペン夕エリスリトールの脂肪酸エステルを構成する脂肪酸は炭素数 8〜18のものが挙げられる。

牛脂、ラード、羊毛脂、パ一ム油、菜種油および椰子油などの天然油脂；天然ろう、分子量 150〜500 のパラフィンワックス等のワックス類； 40°Cでの粘度が 10〜300 cSt の鉱油もしくは合成鉱油なども、潤滑被膜の粘性調整用に使用することができる。これらの他の油剤の塗布液への添加量は、全固形分に基づいて、好ましくは 90 質量⁰ /₀以下、より好ましくは 75質量％以下、最も好ましくは 60質量％以下とする。他の油剤を配合すると、潤滑被膜が均一化し易くなるので、 5質量％以上の他の油剤を配合することが好ましい。また、他の油剤の添加量は、潤滑被膜の鹼化価が 30〜100 mgKOH/g となるように設定することが好ましい。

極圧添加剤としては、これらに限られないが、硫化油脂、ポリサルフアイド、ホスフヱート、ホスフアイト、チォホスフヱ一卜、ジチオリン酸金属塩等を挙げることができる。

硫化油脂の例は、不飽和結合を有する動植物油脂に硫黄を加えて加熱することにより得られる、硫黄量が 5〜30質量⁰ /₀の化合物である。

ポリサルフアイドの例は、式： R '— S c—R² (式中、 R ¹および R²は同一でも異なっていてもよく、炭素数 4〜22のアルキル基、ァリール基、アルキルァリール基、またはァリールアルキル基を意味し、 cは 2〜 5の整数である）で示される多硫化物、ならびに硫化ォレフィン類が挙げられ、分子中に 2〜 5個の連結スルフィド基を有するものが好ましい。好ましいポリサルフアイドの例は、ジベンジルジサルフアイド、ジ- tert-ドデシルポリサルフアイド、ジ- tert-ノニルポリサルフアイドである。

ホスフヱート、ホスファイト、チォホスフェート、ジチオリン酸金属塩はそれぞれ下記に示す一般式のものが使用できる。

ホスフュート：（R³0) (R⁴0) P (=0) (OR⁵)

ホスファイト：（R³0) (R 0) P (0R⁵)

チォホスフェート： (R³0) (R⁴0) P (=S) (OR⁵)

ジチォリン酸金属塩： [ (R³0) (R⁶0) P (=S) -S] ₂ -Me ' 式中、 R³〜R⁶は炭素数 24までのアルキル基、シクロアルキル基、アルキルシク口アルキル基、ァリ一ル基、アルキルァリール基、ァリールアルキル基を意味し、 R⁴と R⁵は水素原子であってもよい。 Meは、モリブデン（Mo)、亜鉛（Zn)およびバリゥム（Ba)から選ばれた金属を意味する。，.

これらの化合物の好ましい例を挙げると、ホスフヱー卜は、トリクレジルホスフェート、ジォクチルホスフエート；ホスファイトは、トリステアリルホスファイト、トリデシルホスフアイト、ジラウリルハイドロゲンフォスファイト；チォホスフェートは、トリドデシルおよびトリトリデシルチオホスフェートならびにトリアルキルフヱニルチオホスフヱ一卜；ジチオリン酸金属塩は、 R₃、 R₆が炭素数 3〜 20の一級もしくは二級アルキル基であるジンクジアルキルジチォフォスフヱ一トである。

極圧添加剤の塗布液への添加量は、全固形分に基づいて、好ましくは 0〜20質量⁰ /₀、より好ましくは 1〜15質量⁰ /₀の範囲とする。極圧添加剤が多すぎると、防鲭性が低下することがある。

塗布液は、酸化防止剤、防腐剤、流動点降下剤、粘度指数向上剤の 1種または 2種以上をさらに含有しうる。酸化防止剤の例としては、メチレン一 4，4一ビス（ 2, 6—ジ一tert—ブチルフヱノール）等のビスフヱノール類、ジ一tert—ブチルクレゾ一ル等のアルキルフヱノール類、ナフチルァミン類等が挙げられる。流動点降下剤、粘度指数向上剤の例としては、ポリメタクリレート、ポリオレフイン等が挙げられる。塗布液の全固形分に基づいて、酸化防止剤の添加量は約 0. 01〜 1. 0 質量％、流動点降下剤、粘度指数向上剤の添加量はそれぞれ 1〜 5質量％程度が普通である。

重金属粉を含まない液状潤滑被膜を形成するための塗布液は、 40°Cで 1〜300 cSt の粘度を有することが好ましい。この粘度が 2 cSt 未満では潤滑被膜の厚みが薄くなり、十分な潤滑性が得られないことがあり、 300 cSt を超えると、被膜塗布性が低下することがある。粘度は溶媒の量により調整できる。

重金属粉を含まない液状潤滑被膜は、予め下地の亜鉛または亜鉛合金層を形成したねじ継手の嵌合面に上記塗布液を塗布し、必要に応じて加熱して溶媒を蒸発させることにより形成される。被膜の厚さは、気密性を確保するため、ねじ山間などの接触部の微小隙間を埋めるに必要な厚さ以上とすることが好ましい。被膜厚みが 10 / m未満では、締め込み時に発生する静水圧作用で摩擦面に油剤が浸み出す作用、あるいは他の隙間から潤滑剤が回り込む作用が不足することがめる。

液状潤滑被膜は、極めて潤滑性の高い高塩基性有機酸金属塩を含有するため、必要以上に厚くする必要はない。この被膜が厚くなりすぎると、潤滑剤が無駄になるばかり力、、下地である多孔質亜鉛または亜鉛合金層による潤滑被膜の保持性が低下することがある。被膜厚さの上限は、特に規定しないが、一般に 200 m である。好ましい被膜厚さは 20~ 150 i mである。

以上に説明した、好ましくは衝撃めつき法により形成される、多孔質の亜鉛または亜鉛合金層からなる下地層と、上層の固体潤滑被膜または重金属粉を含有しない液状潤滑被膜という 2層の表面処理は、ねじ継手を構成するピンとボックスの一方または両方の嵌合面に施すことができる。この 2層の表面処理は、ピンおよび/またはのボッタスの嵌合面の全体に適用することが好ましいが、その一部だけ、例えば、ねじ無し金属接触部の表面だけに適用することも可能である。これら 2層の表面処理をピンおよびボックスの一方の継手要素だけに形成しても、本発明の目的は十分に達成できるので、コスト面からはそうすることが有利である。その場合、鋼管よりずっと短いねじ継手部材に形成された要素（通常はボックス）を表面処理する方が、作業が容易である。この 2層の被膜を形成しない他方の要素（例、ピン）は、未被覆のままでもよい。特に、図 1に示すように、出荷前にピンとボックスが仮に締付けられる場合には、他方の部材、例えば、ピンの嵌合面が未被覆でも、仮締付けによりボックスの嵌合面に形成された被膜と密着するので、ピンの嵌合面の鯖も防止できる。

しかし、図 1に示すように鋼管の一端にねじ継手部材を連結しても、得られた組立体は、鋼管の他端およびねじ継手部材の片側にそれぞれピンおよびボックスをもう 1つ有する。例えば、ねじ継手部材の両側に形成したボックスに本発明に従って 2層の表面処理を施した場合、この継手部材に連結されない側の鋼管端部のピンは、未被覆であると、裸のまま大気に露出されることになる。

ピンおよびボックスの一方の要素だけに本発明に従った表面処理を施す場合、他方の要素に適当な表面処理を施して、防鑌性、あるいは防鐫性および潤滑性を付与できる被膜を形成してもよい。

このような被膜としては、本発明において下地層として利用する多孔質の亜鉛または亜鉛合金層のほか、金属めつき被膜、燐酸塩被膜、蓚酸塩被膜、並びに硼酸塩被膜が挙げられる。多孔質の亜鉛または亜鉛合金層や金属めつき被膜は防鐫性付与効果が高く、化成処理で形成される燐酸塩、蓚酸塩および硼酸塩被膜は摺動性改善効果が高い。

金属めつき被膜は、例えば、亜鉛めつき、亜鉛合金めつき、ニッケルめっき、銅めつきなどでよい。燐酸塩被膜としては、燐酸マンガン被膜、燐酸亜鉛被膜、燐酸亜鉛カルシウム被膜、燐酸亜鉛鉄被膜などがある。蓚酸塩被膜は、例えば、蓚酸 (C ₂H₂0₄) 水溶液への浸漬により蓚酸鉄 (FeC₂0₄)や蓚酸ニッケル (N i C₂0j等の蓚酸金属塩の被膜を形成したものである。硼酸塩被膜は、例えば、硼酸力リウム等の硼酸金属塩の被膜でよい。これらの被膜の付着量は、防請性および/または潤滑性が充分に付与でき、かつ過剰とならないように決定すればよい。これらの被膜は、例えば、多孔質の亜鉛または亜鉛合金層または金属めつき被膜の上に燐酸塩、蓚酸塩または硼酸塩被膜を形成するといつたように、 2層以上を適用することもできる。

露出するピンおよび/またはボックスに対しては、適当なプロテク夕一を装着して、現場で使用するまでの請発生を防止してもよい。実施例

以下の実施例は本発明を例示するものであり、本発明を制限する意図はない。以下では、ピンのねじ部と金属接触部を含む嵌合面をピン表面、ボックスのねじ部と金属接触部を含む嵌合面をボックス表面という。

表 1に示す組成を持つ炭素鋼 A、 Cr _Mo鋼 B、 13%Cr鋼 Cおよび高合金鋼 Dから選んだ材料のねじ継手（外径： 7インチ、肉厚： 0. 408 インチ）のピン表面およびボックス表面に、表 2に示す表面処理を施した。表 2には、ねじ継手の鋼記号（表 1 ) 、ならびに下地層を含む下地処理と固体潤滑被膜もしくは重金属粉を含まない液状潤滑被膜からなる潤滑被膜形成の処理条件を示す。下地層および潤滑被膜の厚みはにより測定した値である。表 3には液状潤滑被膜の形成に用いた塗布液の組成を示す。固体または液状潤滑被膜を形成するための塗布液は刷毛塗りにより塗布した。

表 2に示したサンドブラストは、表面粗さが 10 の場合は 80番のサンド、 20 〃mの場合は 62番のサンドを用いて実施した。

表 2の下地処理に示した Zn層および Ζη— Fe層は、それぞれ投射めつきにより形成された多孔質の亜鉛層および亜鉛—鉄合金層である。この投射めつきは、鉄の核が亜鉛金属または亜鉛一鉄合金（Zn _ Fe— A1 ) で被覆された粒子からなる、同和鉄粉工業（株）製の Zアイアンを使用して実施した。被覆が亜鉛である粒子は多孔質亜鉛層の形成に、被覆が亜鉛一鉄合金である粒子は多孔質亜鉛一鉄合金層の形成に利用した。

表 2に示した固体潤滑被膜のうち、バインダーが有機樹脂（例、ポリアミドィミド樹脂、エポキシ樹脂）である被膜は、固体潤滑被膜の形成後に表 2に「T」で示される温度で 30分間の加熱硬化処理を実施して、被膜を硬質化させた。バインダーが表 2に「T i一 0」で示される Ti—〇を骨格とする無機高分子化合物である固体潤滑被膜は、チタンイソプロポキシドをキシレン：ブチルアルコ一ル : トリクロルエチレン = 3 ： 1 ： 3の混合溶媒に溶解した溶液に潤滑性粉末を分散させた塗布液を塗布した後、大気中で 3時間放置して加湿処理し、次に 150 °Cの熱風を 10分間吹き付けることにより形成した。

表 2において、「M」は固体潤滑被膜におけるバインダー（有機樹脂または無機高分子化合物）に対する潤滑性粉末の質量比を表しし、「D」は潤滑性粉末の平均粒径を表す。

重金属粉末を含まない液状潤滑被膜は、表 3に示す組成を持つ塗布液を塗布し、室温で 12時間放置して溶媒を蒸発させることにより形成した。

本発明に係る 2層被膜からなる表面処理は、実施例 3ではピン表面に、実施例 4ではボックス表面とピン表面の両方に、残りの実施例ではボックス表面に形成した。

比較のために、比較例 1では、下地として燐酸マンガン被膜を形成し、比較例 2では下地として鉄メツキとその上に燐酸マンガン被膜を形成し、それぞれその上に固体潤滑被膜を形成した。比較例 3·ではピンとボックスの両方に下地の多孔質亜鉛層のみを形成した。

例えば、表 2に示した実施例 1では、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 3 u rn ) の後、投射めつき法により厚さの多孔質亜鉛層を下地層として形成し、その上に厚さの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜は、平均粒径 5 m の二硫化モリブデン粉末を含有するポリアミドイミド樹脂からなり、樹脂 1に対し二硫化モリブデン粉末 4の質量割合であった。固体潤滑被膜の形成後、 260 °C で 30分の加熱硬化処理を実施して被膜を硬質化した。ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ 3 m) のみとした。

実施例 2〜 13および比較例 1〜 3においても、表 2に示す鋼記号のねじ継手のピンおよびボックスに、それぞれ表 2に示す処理を上記のようにして実した。実施例 12のピン表面に化成処理により形成した蓚酸塩被膜は、蓚酸鉄と蓚酸ニッケルとからなると推定される被膜であった。

こうして表面処理を施したねじ継手を用いて、次のようにしてピンとボックスを締付けない状態で防鑌性を調べた。実施例 1〜13および比較例 1、 2のねじ継手では固体または液状潤滑被膜を形成したピンおよび/またはボックスについて、潤滑被膜を形成しない比較例 3ではピンおよびボックスについて、 J I S- Z2371 に規定されている塩水噴霧試験を行い、 336時間後に鯖の発生状況を調査した。さらに、上記塩水噴霧試験を実施したねじ継手を用い、表 4に示す要領で、最大 20回の締付け ·緩めの作業を行い、焼付き発生状況を調査した。高温環境の油井管を模擬するため、 11回目.と 16回目は、常温にて締付けを行った後、 400 °Cで 24時間の加熱を行い、常温まで放冷した後に、緩めを実施した。残りの 1〜10回目、 12〜15回目、および 17〜20回目は、加熱せずに常温にて締付け '緩めを行つた。締付け速度は 10 rpm、締付けトルクは 10340 ft · lbs とした。

表 5に繰り返し締付け ·緩め試験での焼付き発生ならびに塩水噴霧試験での鐫発生の結果を示す。表 1

ねじ継手の鋼組成（質量％、残部は Feおよび不可避的不純物）

B己 C Si Mn P S Cu Ni Cr Mo

A 0. 24 0. 30 1. 30 0. 02 0. 01 0. 04 0. 07 0. 17 0. 04

B 0. 25 0. 25 0. 80 0. 02 0. 01 0. 04 0. 05 0. 95 0. 18

C 0. 19 0. 25 0. 80 0. 02 0. 01 0. 04 0. 10 13. 0 0. 04

D 0. 02 0. 30 0. 50 0， 02 0. 01 0. 50 7. 00 25. 0 3. 20 表 2

(注） · Ti- 0は Ti- 0を骨格とする無機高分子化合物を表す。

•R は表面粗さ Rmax ( /m)、 t は被膜厚（ m)を表す。

•T は固体潤滑被膜の形成後の加熱硬化処理温度（°C ) を表す。 - D は固体潤滑性粉末の平均粒径（Λί πι)、 Μ はバインダーを 1 としたときの固体潤滑性粉末の質量比を表す。表 2 (続き) _

(注） - R は表面粗さ Rmax' ( m)、 t は被膜厚（ m)を表す。

•T は固体潤滑被膜の形成後の加熱硬化処理温度（°C) を表す。， D は固体潤滑性粉末の平均粒径（ /m)、 M はバインダーを 1としたときの固体潤滑性粉末の質量比を表す。表 3

液状潤滑被膜形成用塗布液組成（質量％)

ミネラルスピリット（JIS K2201 4号）

潤滑主剤：

Z-1:高塩基性 Caスルホネート（塩基価 400 mgKOH/g)

Z-2:高塩基性 Mgサリシレート（塩基価 150 mgKOH/g)

Z-3：高塩基性 Caフエネート（塩基価 400 mgK0H/g)

熱可塑性樹脂粉末：

γ-1:ボリエチレン粉（粒径 20 im)

Y - 2:アクリル樹脂粉 (粒径 2 um)

極圧添加剤：

X - 1:硫化ラード（S:10%、験化価 180 mgK0H/g)

X- 2:ジラウリルハイドロゲンホスフエ一ト

X- 3:ジアルキルジチオリン酸亜鉛 (Zn:8%、 P:9%、 S:17%)

他の油剤：

W-1:牛脂脂肪酸 Ca石鹼（鹼化価 20 mgK0H/g)

W-2:トリメチロールプロパントリオレエ一ト（鹼化価 20 ragK0H/g) W-3:精製鉱油（ISO VG46)

塩基価と鹼化価は、溶媒蒸発後の潤滑被膜の値表 4

ねじ継手の締付け ·緩め作業要領

表 5

(注） 1 ) 〇：焼付き発生無し、 △：焼付き発生軽度（手入れ可能）、

X ：焼付き発生大（手入れ不可）、一：未実施

2 ) 0 :鑌の発生なし、 △：鎬が僅かに発生するも問題なし、

X ：鎬が全面的に発生（不良）、一：試験せず表 5からわかるように、ピンおよび/またはボッタスに本発明に従って表面処理を施した実施例 1〜13に示したねじ継手は、耐焼付き性と防鑌性のいずれにも優れていた。防鑌性に関して、下地層の多孔質亜鉛一鉄合金層が 1. 5 u mと薄い実施例 5では、塩水噴霧試験で僅かな鯖の発生が認められたが、問題のない範囲であった。また、この実施例 5および下地層が 50 mと厚い実施例 6、ならびに潤滑被膜が液状である実施例 7、 8および 11では、 18回または 19回以降の締付け時に軽度の焼付きが発生したが、手入れにより 20回まで締付け ·緩めができた。実施例 7、 8および 11の結果から、固体潤滑被膜に比べて重金属粉を含まない液状潤滑被膜は潤滑性が若干低いことが推測される。

下地層がそれぞれ燐酸マンガン層または鉄めつき層 +燐酸マンガン層であつた比較例 1および 2では、塩水噴霧試験において鐫が全面に発生していた。また、燐酸マンガン層が多孔質の層であるにもかかわらず、締付け .緩め試験で 11回または 12回目に激しい焼付きが発生し、試験を終了せざるを得なかった。請により潤滑被膜が剥離しゃすくなつたことと、鯖発生によって生じた表面凹凸のため、焼付きが発生し易くなつたと考えられる。

ピンとボックスの両方に下地層の多孔質亜鉛層だけを形成した比較例 3では、塩水噴霧試験で鯖の発生は認められなかった。しかし、締付け '緩め試験では、— 6回目で激しい焼付きが発生した。投射めっき法で形成した多孔質亜鉛層だけでは、従来技術に従って重金属粉末を含むコンパウンドグリスを使用しないと、焼付きを防止することができないことが確認された。産業上の利用可能性

本発明に係る鋼管用ねじ継手は、コンパゥン 'ドグリスなどの重金属粉末を含む潤滑グリスを塗布することなく、優れた潤滑性、防鑌性および気密性を示す。また、コンパウンドグリスとは異なり、それらの性能が高温でも維持される。従つて、深油井や蒸気注入油井等の高温油井において油井管の連結に使用する場合でも、重金属粉による環境汚染を懸念せずに、繰返しの締付け ·緩めの際の焼付きの発生を解消もしくは抑制し、優れた気密性を確保することが可能となる。

以上に本発明をその特定の態様に関して説明したが、以上の開示は例示にすぎず、本発明を制限するものではない。本発明の範囲内において、ここに開示した具体的内容に対して各種の変更をなしうることは、当業者には理解されよう。

Claims

請求の範囲

1 . 互いに嵌合しうるピンとボックスとから構成され、該ピンは雄ねじ部とねじ無し金属接触部とを含む嵌合面を有し、該ボックスは雌ねじ部とねじ無し金属接触部とを含む嵌合面を有する鋼管用ねじ継手において、

ピンとボックスの少なくとも一方の嵌合面に、下層の多孔質の亜鉛または亜鉛合金層と、上層の固体潤滑被膜および重金属粉を含まない液状潤滑被膜から選ばれた潤滑被膜、を備えることを特徴とする、鋼管用ねじ継手

2 . ピンまたはボックスの一方の嵌合面だけに、前記亜鉛または亜鉛合金層とその上の前記潤滑被膜とを備える請求項 1記載の鋼管用ねじ継手。

3 . ピンとボックスの他方の嵌合面には、前記多孔質の亜鉛または亜鉛合金層、金属めつき被膜、燐酸塩被膜、蓚酸塩被膜、および硼酸塩被膜から選ばれた 1 層または 2層以上の被膜を備える、請求項 2記載の鋼管用ねじ継手。

4 . 多孔質亜鉛または亜鉛合金層の厚みが 2〜40 mである、請求項 1記載の鋼管用ねじ継手。

5 . 多孔質亜鉛または亜鉛合金層が衝撃めっき法により形成されたものである、請求項 1記載の鋼管用ねじ継手。

6 . 衝撃めつき法が投射めつき法である請求項 5記載の鋼管用ねじ継手。

7 . 前記潤滑被膜が、固体潤滑作用を示す粉末が有機または無機バインダー中に分散している固体潤滑被膜である、請求項 1ないし 6のいずれか 1項に記載の鋼管用ねじ継手。

8 . 前記潤滑被膜が、高塩基性有機酸金属塩を主剤とする液状潤滑被膜である、請求項 1ないし 6のいずれか 1項に記載の鋼管用ねじ継手。

9 . 前記液状潤滑被膜が、熱可塑性樹脂粉末、極圧添加剤、および高塩基性有機酸金属塩以外の油剤から選ばれた 1種もしくは 2種以上の成分をさらに含有する、請求項 8記載の鋼管用ねじ継手。