JP2002327874A - Screw joint for steel pipe - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、油井管ねじ継手の
締結時に焼付き防止用に従来より使用されてきた重金属
粉を含むコンパウンドグリスの塗布が不要となる、耐焼
付き性と気密性に優れた鋼管用ねじ継手に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is excellent in seizure resistance and airtightness, which makes it unnecessary to apply compound grease containing heavy metal powder which has been conventionally used for preventing seizure when fastening a threaded joint for oil country tubular goods. To threaded joints for steel pipes.
【0002】[0002]
【従来の技術】油井掘削に用いられる鋼管である油井管
は、鋼管用ねじ継手で締結される。このねじ継手は、雄
ねじを備えたピンと、雌ねじを備えたボックスとから構
成される。図1に模式的に示すように、通常は鋼管Aの
両端の外面に雄ねじ3Aを形成してピン1とし、別部材の
スリーブ型の継手部材Bの内面に両側から雌ねじ3Bを形
成してボックス2とする。図1に示す通り、鋼管Aは、
その一方の端部に予め継手部材Bを締付けた状態で出荷
されるのが普通である。2. Description of the Related Art Oil country tubular goods, which are steel pipes used for oil well drilling, are fastened with threaded steel pipe joints. This threaded joint is composed of a pin with an external thread and a box with an internal thread. As shown schematically in FIG. 1, usually, a male screw 3A is formed on the outer surface of both ends of a steel pipe A to form a pin 1, and a female screw 3B is formed from both sides on the inner surface of a separate sleeve-type joint member B. Let it be 2. As shown in FIG. 1, the steel pipe A is
Usually, it is shipped with the joint member B fastened to one end thereof.
【0003】鋼管管用ねじ継手には、鋼管と継手の重量
に起因する軸方向引張力や地中での内外面圧力などの複
合した圧力に加え、地中での熱が作用するので、このよ
うな環境下でも破損せずに気密性 (シール性) を保持す
ることが要求される。また、油井管の降下作業時には、
一度締め込んだ継手を緩め、再度締め直して締結するこ
とがある。そのため、API (米国石油協会) では、チ
ュービング継手においては10回の、ケーシング継手にお
いては3回の、締付け (メイクアップ) 、緩め(ブレー
クアウト) を行っても、ゴーリングと呼ばれる焼付きの
発生が無く、気密性が保持されることを求めている。[0003] In a threaded joint for a steel pipe tube, heat in the ground acts in addition to a combined pressure such as an axial tensile force caused by the weight of the steel pipe and the joint and internal and external pressures in the ground. It is required to maintain hermeticity (sealability) without being damaged even in a mild environment. Also, at the time of oil well pipe descent work,
There is a case where the joint once tightened is loosened and then re-tightened to re-tighten. Therefore, the API (American Petroleum Institute) states that even if the tubing joint is tightened (make-up) and loosened (break-out) ten times for the tubing joint and three times for the casing joint, seizure called galling occurs. It is required that airtightness be maintained.
【0004】近年では、気密性向上の観点から、金属−
金属の直接接触によるメタルシールが可能な特殊ねじ継
手が一般に使用されるようになっている。この種のねじ
継手では、ピンとボックスのいずれも、雄ねじまたは雌
ねじからなるねじ部に加えて、ねじ無し金属接触部を有
しており、この両部分が接触表面となる。ピンとボック
スのねじ無し金属接触部同士が当接し、金属−金属間接
触によるメタルシール部が形成され、気密性が向上す
る。In recent years, from the viewpoint of airtightness, metal-
Special threaded joints capable of metal sealing by direct metal contact have come to be used in general. In this type of threaded joint, both the pin and the box have an unthreaded metal contact in addition to a thread consisting of a male thread or a female thread, both of which are contact surfaces. The screwless metal contact portions of the pin and the box come into contact with each other, and a metal seal portion is formed by metal-metal contact, thereby improving airtightness.
【0005】このようなねじ無し金属接触部を有する鋼
管用ねじ継手の構成を、図2に模式的に示す。符号1は
ピン、2はボックス、3はねじ部、4はねじ無し金属接
触部、5はショルダー部を示す。以下、ねじ無し金属接
触部を単に金属接触部ともいう。ピン1とボックス2の
それぞれに設けたねじ部3とねじ無し金属接触部4がね
じ継手の接触表面である。この接触表面、中でも、より
焼付きの起こりやすい金属接触部には、耐焼付き性が要
求される。FIG. 2 schematically shows the structure of a threaded joint for steel pipe having such a threadless metal contact portion. Reference numeral 1 denotes a pin, 2 denotes a box, 3 denotes a screw portion, 4 denotes a screwless metal contact portion, and 5 denotes a shoulder portion. Hereinafter, the screwless metal contact portion is simply referred to as a metal contact portion. The thread 3 and the threadless metal contact 4 provided on each of the pin 1 and the box 2 are the contact surfaces of the threaded joint. Seizure resistance is required for this contact surface, especially for a metal contact portion where seizure is more likely to occur.
【0006】図2に示したように、この種の典型的なね
じ継手は、鋼管端部の外面に形成された、ねじ部3(即
ち、雄ねじ部)及びねじ無し金属接触部4を有するピン
1と、ねじ継手部材の内面に形成された、ねじ部3(即
ち、雌ねじ部)およびねじ無し金属接触部4を有するボ
ックス2とで構成される。As shown in FIG. 2, a typical threaded joint of this type has a pin 3 having a thread 3 (ie, a male thread) and an unthreaded metal contact 4 formed on the outer surface of the end of the steel pipe. 1 and a box 2 having a threaded portion 3 (that is, a female threaded portion) and a threadless metal contact portion 4 formed on the inner surface of the threaded joint member.
【0007】このようなねじ継手では、特に金属接触部
の焼付きを防止するため、コンパウンドグリスと呼ばれ
る高潤滑の液体潤滑剤が使用されてきた。このグリス
を、締付け前にピンとボックスの少なくとも一方の接触
表面に塗布するのである。しかし、このグリスには有害
な重金属が多量に含まれており、締付けに伴って周囲に
はみ出たグリスを洗浄液で洗浄するが、この作業でコン
パウンドグリスやその洗浄液が海洋や土壌に流出して環
境汚染を引き起こすことが問題視されるようになった。
また、締付けを繰り返すたびに必要となるグリス塗布と
洗浄が、現場での作業効率を低下させるという問題もあ
った。[0007] In such a threaded joint, a highly lubricating liquid lubricant called compound grease has been used, particularly in order to prevent seizure of a metal contact portion. This grease is applied to the contact surface of at least one of the pin and the box before tightening. However, this grease contains a large amount of harmful heavy metals, and grease that has protruded to the surroundings due to tightening is washed with a cleaning solution.In this operation, the compound grease and its cleaning solution flow out to the ocean and soil, causing environmental damage. Contamination has become a problem.
Further, there is also a problem that grease application and cleaning, which are required every time the tightening is repeated, lowers work efficiency on site.
【0008】そこで、コンパウンドグリスの塗布が不要
な鋼管用ねじ継手として、特開平8−103724号、特開平
8−233163号、特開平8−233164号、特開平9−72467
号各公報には、ねじ部やねじ無し金属接触部 (即ち、接
触表面) に、表面処理によって、樹脂と固体潤滑剤であ
る二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンとからな
る固体潤滑被膜を形成したねじ継手が開示されている。Accordingly, as threaded joints for steel pipes that do not require the application of compound grease, JP-A-8-103724, JP-A-8-233163, JP-A-8-233164, and JP-A-9-72467.
In each of the publications, a screw in which a solid lubricating coating composed of a resin and a solid lubricant molybdenum disulfide or tungsten disulfide is formed on a screw portion or a metal contact portion without a screw (that is, a contact surface) by surface treatment. A coupling is disclosed.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような固
体潤滑被膜を形成した従来の鋼管用ねじ継手では、実際
の油井管の締付け作業で避けることのできないミスアラ
イメント(芯ずれ)が起こった時に固体潤滑被膜の剥離
を生じ易く、特に締付け・緩めの初期に焼付きが起こり
易いという問題がある。However, in the conventional threaded joint for steel pipe having such a solid lubricating film formed thereon, when a misalignment (misalignment) which cannot be avoided in actual oil well pipe tightening work occurs. There is a problem that the solid lubricating film is apt to peel off, and seizure easily occurs, particularly in the initial stage of tightening and loosening.
【0010】この油井管のミスアライメントの状況を図
3に模式的に示す。ミスアライメントの程度は、掘削用
リグの規模や油井管のサイズによって異なるが、芯ずれ
の角度θは最大で10°程度になることもある。このミス
アライメントは締付けの初期、特に1回目の締付け時に
起こり易く、それによってピンとボックスの接触表面が
異常に強い剪断応力を受ける。この応力に耐えられず、
接触表面に形成された固体潤滑被膜が剥離すると、ねじ
継手の耐焼付き性が著しく低下する。FIG. 3 schematically shows the state of misalignment of the oil country tubular goods. The degree of misalignment depends on the size of the drilling rig and the size of the oil country tubular good, but the misalignment angle θ may be up to about 10 °. This misalignment is likely to occur early in the tightening, especially during the first tightening, whereby the pin-box contact surface is subjected to an unusually high shear stress. Cannot withstand this stress,
When the solid lubricating film formed on the contact surface peels off, the seizure resistance of the threaded joint is significantly reduced.
【0011】ねじ継手の接触表面に液状のコンパウンド
グリスを塗布して焼付きを防止する場合には、このグリ
スに流動性があるため、仮にミスアライメントによりグ
リスが部分的に削られても、そこに周囲からグリスが回
り込むことができる。そのため、ミスアライメントが起
きても、耐焼付き性が著しく低下することはなかった。
しかし、固体潤滑被膜は流動性がないため、被膜がいっ
たん剥離してしまうと、耐焼付き性の著しい低下を避け
ることができない。従来の固体潤滑被膜では、ミスアラ
イメントによる衝撃で被膜が剥離し易いため、締付け・
緩めの初期に焼付きが発生することがあった。In the case where liquid compound grease is applied to the contact surface of the threaded joint to prevent seizure, since the grease has fluidity, even if the grease is partially removed due to misalignment, it is not Grease can wrap around from around. Therefore, even if misalignment occurs, the seizure resistance does not significantly decrease.
However, since the solid lubricating coating has no fluidity, once the coating is peeled off, a remarkable decrease in seizure resistance cannot be avoided. With conventional solid lubricating coatings, the coating is easy to peel off due to the impact due to misalignment.
Seizure sometimes occurred at the beginning of loosening.
【0012】本発明は、環境や作業面で問題の多い、コ
ンパウンドグリス等の重金属粉を含む液状潤滑剤を用い
ることなく、ミスアライメントが起こるねじ継手の締付
け・緩めを繰り返した場合にも耐焼付き性の著しい低下
が見られない、耐焼付き性と気密性に優れた鋼管用ねじ
継手を提供することを課題とする。The present invention provides anti-seizure even when repeatedly tightening and loosening a threaded joint that causes misalignment without using a liquid lubricant containing heavy metal powder such as compound grease, which is problematic in terms of environment and work. An object of the present invention is to provide a threaded joint for a steel pipe which does not show a remarkable decrease in the property and has excellent seizure resistance and airtightness.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明者は、従来の固体
潤滑被膜を形成したねじ継手を用いて、ミスアライメン
トを伴うねじ継手の締結における特異な焼付き発生の原
因を調査した。その結果、(1) 最初の締付け作業時の被
膜の摩擦が極めて高い、つまり、接触開始時の被膜のす
べり性 (なじみ性) が悪い、および(2) 形成された固体
潤滑被膜と基材との密着性が不十分、という2つの因子
が関係しているものと推測された。即ち、従来の固体潤
滑被膜は、特に接触開始時の被膜の摩擦が高く、かつ被
膜密着性が不十分であるため、被膜にかかるせん断力、
圧縮力が高くなると、容易に剥離してしまうものと考え
られる。Means for Solving the Problems The present inventor investigated the cause of peculiar seizure in fastening of a threaded joint with misalignment using a conventional threaded joint formed with a solid lubricating film. As a result, (1) the friction of the coating at the time of the first tightening operation is extremely high, that is, the sliding property (conformability) of the coating at the start of contact is poor, and (2) the formed solid lubricating coating and the base material It was presumed that two factors, that is, insufficient adhesion, were involved. That is, the conventional solid lubricating coating has a high friction of the coating, especially at the start of contact, and has insufficient adhesion to the coating.
It is considered that when the compression force is increased, the film is easily peeled off.
【0014】本発明者は、上記(1) が基材とは反対側の
被膜表面側の性質であり、上記(2)は逆に、基材に接す
る界面側の被膜の性質であること着目した。そして、固
体潤滑被膜の構造を、従来のように厚み方向に均一な構
造とするのではなく、表面側には低摩擦性を付与し、基
材との界面側には高密着性を付与するように、厚み方向
に傾斜機能を持たせた構造とすることによって、本発明
の課題を解決できることを見出した。The present inventor has noted that the above (1) is the property of the coating surface on the side opposite to the substrate, and the above (2) is the property of the coating on the interface side in contact with the substrate. did. The structure of the solid lubricating film is not made to be a uniform structure in the thickness direction as in the conventional case, but is provided with low friction on the surface side and high adhesion on the interface side with the base material. As described above, it has been found that the object of the present invention can be solved by adopting a structure having a tilt function in the thickness direction.
【0015】本発明は、最も広義には、ねじ部とねじ無
し金属接触部とを含む接触表面をそれぞれ有するピンお
よびボックスから構成される鋼管用ねじ継手であって、
ピンおよびボックスの少なくとも一方の部材の接触表面
に、それぞれ潤滑性粉末を含有する2層以上の固体潤滑
皮膜層が形成されていることを特徴とする鋼管用ねじ継
手である。The present invention, in its broadest sense, is a threaded joint for a steel pipe comprising a pin and a box each having a contact surface including a threaded portion and a threadless metal contact portion,
A threaded joint for steel pipes, wherein two or more solid lubricating film layers each containing a lubricating powder are formed on a contact surface of at least one member of a pin and a box.
【0016】本発明は、下記の各種の態様を包含する。 (1) 前記潤滑性粉末を含有する2層以上の固体潤滑皮膜
層の下層として、潤滑性粉末を含有しない固体潤滑皮膜
層が形成されている。The present invention includes the following various embodiments. (1) A solid lubricating film layer containing no lubricating powder is formed as a lower layer of two or more solid lubricating film layers containing the lubricating powder.
【0017】(2) 前記2層以上の固体潤滑皮膜層がピン
とボックスの一方の部材の接触表面だけに形成されてお
り、ピンとボックスの他方の部材の接触表面には、潤滑
性粉末を含有し、または含有しない、1層の固体潤滑皮
膜層が形成されている。(2) The two or more solid lubricating film layers are formed only on the contact surface between the pin and one member of the box, and the contact surface between the pin and the other member of the box contains a lubricating powder. , Or a single solid lubricating layer is formed.
【0018】(3) 前記2層以上の固体潤滑皮膜層がピン
とボックスの一方の部材の接触表面に形成されており、
ピンとボックスの他方の部材の接触表面は、表面粗さR
maxが10μm以下である。(3) The two or more solid lubricating film layers are formed on the contact surface between the pin and one member of the box,
The contact surface of the pin and the other member of the box has a surface roughness R
max is 10 μm or less.
【0019】(4) 前記2層以上の固体潤滑皮膜層および
/または1層の固体潤滑皮膜層が、Rmax 5〜40μmの
表面粗さの下地表面の上に形成されている。 (5) 前記2層以上の固体潤滑皮膜層が、いずれも樹脂お
よび潤滑性粉末からなる内層と外層の2層の固体潤滑皮
膜層から構成され、この2層中の潤滑性粉末/樹脂の質
量比 (M)が下記の関係を満たす、 1.0≦外層のM≦9.0 0.5≦内層のM≦4.5 内層のM<外層のM。(4) The two or more solid lubricating film layers and / or one solid lubricating film layer are formed on a base surface having a surface roughness Rmax of 5 to 40 μm. (5) The two or more solid lubricating film layers are each composed of two solid lubricating film layers of an inner layer and an outer layer made of a resin and a lubricating powder, and the mass of the lubricating powder / resin in the two layers. The ratio (M) satisfies the following relationship: 1.0 ≦ M of outer layer ≦ 9.0 0.5 ≦ M of inner layer ≦ 4.5 M of inner layer <M of outer layer.
【0020】M:皮膜層中の潤滑性粉末/樹脂の質量比 (6) 前記2層以上の固体潤滑皮膜層が、樹脂および潤滑
性粉末からなる内層と、無機高分子および潤滑性粉末か
らなる外層の2層から構成される。M: Mass ratio of lubricating powder / resin in coating layer (6) The two or more solid lubricating coating layers are composed of an inner layer composed of resin and lubricating powder, and an inorganic polymer and lubricating powder. It is composed of two outer layers.
【0021】(7) 前記2層以上の固体潤滑皮膜層が、い
ずれも樹脂および潤滑性粉末からなる内層と中間層と外
層の3層の固体潤滑皮膜層から構成され、この3層中の
潤滑性粉末/樹脂の質量比 (M) が下記の関係を満た
す、 1.0≦外層のM≦9.0 0.5≦中間層のM≦4.5 内層のM<中間層のM<外層のM。(7) Each of the two or more solid lubricating film layers is composed of three solid lubricating film layers of an inner layer, an intermediate layer, and an outer layer, all of which are made of resin and lubricating powder. 1.0 ≦ M of the outer layer ≦ 9.0 0.5 ≦ M of the intermediate layer ≦ 4.5 M of the inner layer <M of the intermediate layer <M of the outer layer, wherein the mass ratio (M) of the conductive powder / resin satisfies the following relationship.
【0022】M:皮膜層中の潤滑性粉末/樹脂の質量比 (8) 前記2層以上の固体潤滑皮膜層が、いずれも樹脂お
よび潤滑性粉末からなる内層および中間層と、無機高分
子および潤滑性粉末からなる外層の3層から構成され
る。M: Mass ratio of lubricating powder / resin in the coating layer (8) The two or more solid lubricating coating layers are each composed of an inner layer and an intermediate layer composed of a resin and a lubricating powder, an inorganic polymer and It is composed of three outer layers made of lubricating powder.
【0023】(9) 潤滑性粉末が二硫化モリブデン、二硫
化タングステン、黒鉛、窒化硼素、およびポリテトラフ
ルオロエチレン (PTFE) から選ばれた1種または2種以
上の材料からなる。(9) The lubricating powder comprises one or more materials selected from molybdenum disulfide, tungsten disulfide, graphite, boron nitride, and polytetrafluoroethylene (PTFE).
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】本発明の対象である鋼管用ねじ継
手は、図2に示すように、ピン1とボックス2とから構
成され、ピンとボックスはいずれもねじ部3と(ねじ無
し)金属接触部4とを含む接触表面を有する。図1に
は、鋼管の管端がピン、継手部材がボックスである例を
示したが、継手部材を使用せず、鋼管の一端をピン、他
端をボックスとしたり、あるいは継手部材をピン (雄ね
じ) として、鋼管の両端をボックスとすることも可能で
ある。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A threaded joint for steel pipes to which the present invention is applied is composed of a pin 1 and a box 2, as shown in FIG. And a contact surface including the contact portion 4. FIG. 1 shows an example in which the pipe end of the steel pipe is a pin and the joint member is a box. However, the joint member is not used, and one end of the steel pipe is a pin and the other end is a box. It is also possible to use a box at both ends of the steel pipe.
【0025】ピンとボックスの接触表面、中でも、焼付
きがより起こりやすい金属接触部には、耐焼付き性が要
求される。従来は、そのために、重金属粉を含有するコ
ンパウンドグリスを接触表面に塗布していた。コンパウ
ンドグリスの塗布は、前述したように、ミスアライメン
トに対しても有効であるが、環境面と作業効率の面で問
題が多い。The contact surface between the pin and the box, especially the metal contact portion where seizure is more likely to occur, requires seizure resistance. Conventionally, compound grease containing heavy metal powder has been applied to the contact surface for this purpose. As described above, application of compound grease is effective for misalignment, but has many problems in terms of environment and work efficiency.
【0026】コンパウンドグリスの塗布を不要にするた
め、樹脂と潤滑性粉末とからなる固体潤滑被膜をねじ継
手の接触表面に形成することも提案されているが、従来
の固体潤滑被膜は、特にミスアライメントを伴うねじ継
手の締結において、締付けの初期に被膜が摩擦に耐えき
れずに剥離し易く、耐焼付き性が早期に低下する傾向が
あった。It has been proposed to form a solid lubricating coating composed of resin and lubricating powder on the contact surface of the threaded joint in order to eliminate the need for applying compound grease. In the fastening of a threaded joint with alignment, at the initial stage of tightening, the coating cannot easily withstand friction and tends to peel off, and the seizure resistance tends to decrease early.
【0027】ねじ継手の接触表面に設けた固体潤滑被膜
は、ねじ継手の締付けや緩めの際に高い摺動面圧を受
け、潤滑性粉末を含む摩耗粉を発生する。この潤滑性粉
末を含む摩耗粉がねじ継手の接触表面の全体に拡がり、
接触界面で金属間の接触防止と摩擦軽減に寄与し、焼付
き防止効果を発揮するものと推定される。The solid lubricating film provided on the contact surface of the threaded joint receives a high sliding surface pressure when tightening or loosening the threaded joint, and generates wear powder including lubricating powder. The wear powder containing the lubricating powder spreads over the entire contact surface of the threaded joint,
It is presumed that it contributes to the prevention of metal-to-metal contact and the reduction of friction at the contact interface, and exhibits an anti-seizure effect.
【0028】従来の固体潤滑被膜は、被膜を加熱処理し
て硬質化させることにより耐摩耗性を高め、締付け・緩
めを繰り返した時の被膜の磨滅による焼付き発生を防ぐ
ようにしている。この被膜の硬質化は、ミスアライメン
トが皆無または軽微なねじ継手の締結においては、焼付
き防止に有効である。しかし、接触開始時にすぐに摩擦
緩和が求められるミスアライメントを伴うねじ継手の締
結では、接触初期の潤滑性粉末の接触表面への供給が不
足して摩擦係数が高くなり、さらに被膜の密着性が低い
ことも加わって、固体潤滑被膜の剥離を生じ、焼付き発
生に至るのである。The conventional solid lubricating coating is designed to harden the coating by heat treatment so as to enhance wear resistance and prevent seizure due to wear of the coating when tightening and loosening are repeated. This hardening of the coating is effective in preventing seizure when fastening a threaded joint with no or little misalignment. However, when fastening threaded joints with misalignment that requires frictional relaxation immediately at the start of contact, the supply of lubricating powder to the contact surface in the initial stage of contact is insufficient, increasing the coefficient of friction and further increasing the adhesion of the coating. In addition to the low level, the solid lubricating coating is peeled off, resulting in seizure.
【0029】本発明に係るねじ継手は、そのピンおよび
ボックスの少なくとも一方の接触表面に、機能の異なる
2層以上の固体潤滑皮膜層からなる積層構造の固体潤滑
被膜が形成されている。In the threaded joint according to the present invention, a solid lubricating film having a laminated structure composed of two or more solid lubricating film layers having different functions is formed on at least one contact surface of the pin and the box.
【0030】各固体潤滑皮膜層は、潤滑性粉末と結合剤
の樹脂または無機高分子とからなる皮膜層でも、あるい
は樹脂単独からなる皮膜層でもよい。但し、本発明で
は、潤滑性粉末を含有する固体潤滑皮膜層が2層以上存
在する。固体潤滑被膜の表面を構成する外層の固体潤滑
皮膜層は、良好なすべり性を確保するために潤滑性粉末
を含有する必要があり、そのすぐ内側にくる固体潤滑皮
膜層も、耐焼付き性の確保のためにやはり潤滑性粉末が
必要であるからである。それにより、外層がミスアライ
メントにより消耗しても、その後の締付け・緩めの繰り
返し時には内層により耐焼付き性を確保することができ
る。従って、樹脂単独からなる皮膜層を設ける場合に
は、固体潤滑皮膜層は3層以上の多層構造となる。Each solid lubricating film layer may be a film layer composed of a lubricating powder and a binder resin or an inorganic polymer, or a film layer composed of a resin alone. However, in the present invention, there are two or more solid lubricating coating layers containing a lubricating powder. The outer solid lubricating film layer that forms the surface of the solid lubricating film must contain lubricating powder in order to ensure good lubricity. This is because a lubricating powder is still necessary for securing the same. Thereby, even if the outer layer is consumed due to misalignment, seizure resistance can be secured by the inner layer when the tightening and loosening are repeated thereafter. Therefore, when a coating layer made of resin alone is provided, the solid lubricating coating layer has a multilayer structure of three or more layers.
【0031】積層構造の固体潤滑被膜を構成する各固体
潤滑皮膜層には、使用する潤滑性粉末や結合剤の種類お
よび/または潤滑性粉末の配合量といった構成を変化さ
せることにより、互いに異なる機能を持たせることがで
きる。例えば、潤滑性粉末の配合量が多くなるほど、皮
膜層の摩擦係数が小さくなり、表面側に適した性能を示
すが、基材との密着性は低くなるので、基材と接触する
側には適さなくなる傾向がある。結合剤の種類に関して
は、潤滑性粉末の条件 (種類や配合量) が同一である場
合、結合剤が無機高分子であると、皮膜層が比較的軟ら
かい (硬度が低い) ため、結合剤が樹脂である場合に比
べて多量の潤滑性粉末を接触表面に供給することがで
き、摩擦係数の低減に非常に有効である。Each solid lubricating film layer constituting the solid lubricating film having a laminated structure has different functions by changing the constitution such as the kind of lubricating powder and binder used and / or the amount of lubricating powder blended. Can be provided. For example, as the blending amount of the lubricating powder increases, the coefficient of friction of the coating layer decreases, and performance suitable for the surface side is exhibited. Tends to be unsuitable. Regarding the type of binder, if the conditions (type and blending amount) of the lubricating powder are the same and the binder is an inorganic polymer, the coating layer is relatively soft (low hardness), A larger amount of lubricating powder can be supplied to the contact surface than in the case of resin, which is very effective in reducing the friction coefficient.
【0032】前述したように、ねじ継手の接触表面に形
成した固体潤滑被膜において、ミスアライメントを伴う
締付けの初期に起こり易い被膜の剥離を防ぐには、その
基材との界面側では密着性が高く、反対側の表面側では
摩擦係数が低いことが有利である。従って、固体潤滑被
膜を構成する各皮膜層は、その厚み方向に望ましい特性
を示すようにその構成を選択することができる。As described above, in the solid lubricating film formed on the contact surface of the threaded joint, in order to prevent the peeling of the film, which is likely to occur in the initial stage of the tightening accompanied by misalignment, the adhesion on the interface side with the base material is required. Advantageously, the coefficient of friction is high on the opposite surface side. Therefore, the configuration of each coating layer constituting the solid lubricating coating can be selected so as to exhibit desirable characteristics in the thickness direction.
【0033】例えば、潤滑性粉末を含有しない樹脂単独
からなる固体潤滑皮膜層は、基材との密着性が良好であ
るので、固体潤滑被膜の最下層に利用することができ
る。その場合、本発明では、その上に潤滑性粉末を含有
する固体潤滑皮膜層をさらに2層以上形成する。潤滑性
粉末を含有しない固体潤滑皮膜層は、基材との密着性に
優れた皮膜を形成できる樹脂、例えば、鋼材の塗装にお
いてプライマーとして利用されているような樹脂 (例、
エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等)が適し
ている。For example, a solid lubricating film layer made of a resin alone containing no lubricating powder can be used as the lowermost layer of the solid lubricating film because it has good adhesion to the substrate. In this case, in the present invention, two or more solid lubricating film layers containing a lubricating powder are further formed thereon. A solid lubricating film layer containing no lubricating powder is a resin capable of forming a film having excellent adhesion to a substrate, for example, a resin used as a primer in the coating of steel materials (e.g.,
Epoxy resin, acrylic resin, urethane resin, etc.) are suitable.
【0034】潤滑性粉末を含有する固体潤滑皮膜層が2
層である場合、基材と接する内層は、密着性が高く、か
つ耐焼付き性を維持できる皮膜層、外層は締付け・緩め
の初期にすべり性に優れた皮膜層、つまり、内層よりも
摩擦係数が低い皮膜層とすることが有利である。When the solid lubricating film layer containing the lubricating powder is 2
If it is a layer, the inner layer in contact with the substrate is a coating layer that has high adhesion and can maintain seizure resistance, and the outer layer is a coating layer that has excellent slipperiness at the initial stage of tightening and loosening, that is, the coefficient of friction is higher than that of the inner layer It is advantageous to have a coating layer with a low.
【0035】ねじ継手のミスアライメントは、締付け・
緩めの初期、特に1回目に起こり易く、2回目以降はほ
とんど起きない。また、2回目以降にミスアライメント
が起きても、既に接触表面間のなじみ性(初回のすべり
性)が確保されているため、ミスアライメントによる焼
付きは起こりにくい。そのため、ミスアライメント対策
として設ける外層は、低摩擦化に有効であれば、1〜2
回目で消耗するような固体潤滑皮膜層であってもよく、
そのように早めに外層が消耗する方が内層による耐焼付
き性改善効果が阻害されない。The misalignment of the threaded joint is determined by tightening
It is easy to occur in the initial stage of loosening, especially in the first time, and hardly occurs in the second and subsequent times. Further, even if misalignment occurs after the second time, seizure due to the misalignment is unlikely to occur because the conformability between the contact surfaces (the first slip property) has already been secured. Therefore, if the outer layer provided as a countermeasure against misalignment is effective for reducing friction,
It may be a solid lubricating film layer that is consumed at the second time,
The earlier the outer layer is consumed, the more the effect of improving the seizure resistance by the inner layer is not hindered.
【0036】2層の固体潤滑被膜において、2層とも結
合剤が樹脂、特に同じ樹脂である場合、潤滑性粉末の含
有量を内層より外層で多くすることにより、本発明の目
的達成に望ましい多層皮膜構造となる。即ち、潤滑性粉
末を多量に含有させた外層は、ピンとボックスを最初に
締付ける際に生じる高摩擦化現象を緩和し、初期のすべ
り性 (なじみ性) を改善する効果が高い。また、ミスア
ライメント(芯ずれ)を生じたまま締結した場合でも接
触表面のすべりを促進し、焼付き難くすることができ
る。In the case of a two-layer solid lubricating coating, when the binder is a resin, particularly the same resin, in both layers, the content of the lubricating powder is increased in the outer layer than in the inner layer, so that the multi-layer is preferable for achieving the object of the present invention. It becomes a film structure. That is, the outer layer containing a large amount of the lubricating powder has a high effect of alleviating the high friction phenomenon that occurs when the pin and the box are first tightened, and improving the initial slipperiness (conformability). In addition, even when fastening is performed with misalignment (center misalignment), slippage of the contact surface can be promoted, and seizure can be suppressed.
【0037】この場合、2層中の潤滑性粉末/樹脂の質
量比 (M) が下記の関係を満たすことが好ましい。 1.0≦外層のM≦9.0 0.5≦内層のM≦4.5 内層のM<外層のM M:皮膜層中の潤滑性粉末/樹脂の質量比。In this case, it is preferable that the mass ratio (M) of the lubricating powder / resin in the two layers satisfies the following relationship. 1.0 ≦ M of the outer layer ≦ 9.0 0.5 ≦ M of the inner layer ≦ 4.5 M of the inner layer <MM of the outer layer M: mass ratio of lubricating powder / resin in the coating layer.
【0038】外層のMが1.0未満では、固体潤滑被膜の
表面のすべり性が不足し、ミスアライメントを伴う初期
の締付け・緩めの際に焼付きを防止できないことがあ
る。一方、外層のMが9.0を超えると、皮膜強度や内層
との密着性が低下し、繰り返しの締付け・緩めに際し
て、十分な耐焼付き性が得られないことがある。If the M of the outer layer is less than 1.0, the slipperiness of the surface of the solid lubricating coating is insufficient, and seizure may not be prevented at the time of initial tightening and loosening with misalignment. On the other hand, when M of the outer layer exceeds 9.0, the film strength and the adhesion to the inner layer are reduced, and sufficient seizure resistance may not be obtained upon repeated tightening and loosening.
【0039】内層のMが0.5未満では、皮膜の耐焼付き
性が不足し、外層が消耗した後の繰り返しの締付け・緩
めの際に焼付きを防止できないことがある。一方、内層
のMが4.5を超えると、下地処理にもよるが、基材との
密着性が低下し、十分な耐焼付き性が得られないことが
ある。When the M of the inner layer is less than 0.5, the seizure resistance of the film is insufficient, and seizure may not be prevented during repeated tightening and loosening after the outer layer is consumed. On the other hand, if the M of the inner layer exceeds 4.5, the adhesion to the substrate may be reduced and sufficient seizure resistance may not be obtained, depending on the underlying treatment.
【0040】Mの値を内層より外層で大きくして、外層
に潤滑性粉末をより多量に含有させることにより、ミス
アライメント時に外層の摩耗により多量の潤滑性粉末が
供給されて、皮膜が低摩擦化すると共に、界面側の内層
では十分な密着性が確保され、ミスアライメント時の剥
離が防止される。また、外層が消耗しても、内層は高い
耐焼付き性を維持する。By making the value of M larger in the outer layer than in the inner layer and making the outer layer contain a larger amount of lubricating powder, a large amount of lubricating powder is supplied due to abrasion of the outer layer during misalignment, and the film has low friction. At the same time, sufficient adhesion is secured in the inner layer on the interface side, and peeling during misalignment is prevented. Further, even if the outer layer is consumed, the inner layer maintains high seizure resistance.
【0041】結合剤として無機高分子を利用する場合に
は、潤滑性粉末を無機高分子で結合した皮膜は、樹脂で
結合した皮膜に比べて耐摩耗性が低いため、締付け・緩
めの初期のすべり性 (なじみ性) が改善され、高い低摩
擦化効果を示す。従って、無機高分子と潤滑性粉末とか
らなる固体潤滑皮膜層を外層に使用し、内層には耐焼付
き性に優れた樹脂と潤滑性粉末とからなる固体潤滑皮膜
層を組合わせることが好ましい。When an inorganic polymer is used as the binder, the film in which the lubricating powder is bonded with the inorganic polymer has lower abrasion resistance than the film in which the resin is bonded. Slipperiness (conformability) is improved and high friction reduction effect is exhibited. Therefore, it is preferable to use a solid lubricating film layer composed of an inorganic polymer and a lubricating powder for the outer layer, and to combine an inner layer with a solid lubricating film layer composed of a resin having excellent seizure resistance and a lubricating powder.
【0042】この組合わせの場合、内層と外層の潤滑性
粉末の配合量は特に制限されず、潤滑性粉末の割合は、
外層より内層の方が多くなっても構わない。内層の樹脂
と潤滑性粉末とからなる固体潤滑皮膜層のMの値は、上
で内層について規定した好ましい範囲内にすることが好
ましい。無機高分子と潤滑性粉末とからなる外層の潤滑
性粉末の割合は、潤滑性粉末/無機高分子の質量比で、
0.5〜5.0 程度の範囲とすることが好ましい。In the case of this combination, the amount of the lubricating powder in the inner layer and the outer layer is not particularly limited, and the ratio of the lubricating powder is
The inner layer may be more than the outer layer. It is preferable that the value of M of the solid lubricating film layer composed of the resin and the lubricating powder of the inner layer be within the preferable range defined above for the inner layer. The ratio of the lubricating powder in the outer layer composed of the inorganic polymer and the lubricating powder is represented by the mass ratio of lubricating powder / inorganic polymer,
It is preferred to be in the range of about 0.5 to 5.0.
【0043】外層の無機高分子と潤滑性粉末からなる固
体潤滑被膜は、特にミスアライメントを受けると比較的
早期、例えば、1回目の締付けで消耗することがある。
2回目以降において、外層が残存していても、その後の
耐焼付き性には何ら問題はない。また、外層が消耗して
も、内層の樹脂と潤滑性粉末とからなる、高い耐摩耗性
を示す固体潤滑皮膜層があるため、これが少しずつ摩耗
して耐焼付き性が維持される。The solid lubricating film composed of the inorganic polymer and the lubricating powder in the outer layer may be consumed relatively early, for example, by the first tightening, particularly when it is subjected to misalignment.
Even if the outer layer remains after the second time, there is no problem in seizure resistance thereafter. Further, even if the outer layer is consumed, there is a solid abrasion-resistant solid lubricating film layer composed of the inner layer resin and the lubricating powder, which is gradually worn to maintain the seizure resistance.
【0044】なお、外層と内層の結合剤をいずれも無機
高分子とすることも可能である。その場合には、結合剤
がいずれも樹脂である場合と同様に、潤滑性粉末の割合
を、内層より外層で多くなるようにすることが好まし
い。また、内層の被膜層を硬質化するため、塗布後に内
層を高温に加熱して、部分的に内層の無機高分子を結晶
化させてもよい。It is also possible for both the outer layer and the inner layer to be made of an inorganic polymer. In that case, it is preferable that the ratio of the lubricating powder be larger in the outer layer than in the inner layer, as in the case where the binder is a resin. Further, in order to harden the inner coating layer, the inner layer may be heated to a high temperature after application to partially crystallize the inorganic polymer in the inner layer.
【0045】固体潤滑被膜が3層構造の場合、前述した
ように、最下層は潤滑性粉末を含まない樹脂単独からな
る固体潤滑皮膜層としてもよい。その場合には、その上
に、潤滑性粉末を含有する、上述した内層と外層を形成
し、3層構造にすることができる。When the solid lubricating film has a three-layer structure, as described above, the lowermost layer may be a solid lubricating film layer made of a resin alone containing no lubricating powder. In that case, the above-mentioned inner layer and outer layer containing a lubricating powder are formed thereon to form a three-layer structure.
【0046】別の3層構造の固体潤滑被膜では、3層の
全ての固体潤滑皮膜層が潤滑性粉末を含有する。その場
合、3層とも結合剤が樹脂であるなら、内層、中間層、
外層からなる3層のM (潤滑性粉末/樹脂の質量比) の
値は、下記を満たすようにすることが好ましい。In another solid lubricating coating having a three-layer structure, all three solid lubricating coating layers contain a lubricating powder. In that case, if the binder is resin in all three layers, the inner layer, the intermediate layer,
It is preferable that the value of M (mass ratio of lubricating powder / resin) of the three layers consisting of the outer layer satisfy the following.
【0047】1.0≦外層のM≦9.0 0.5≦中間層のM≦4.5 内層のM<中間層のM<外層のM。1.0 ≦ M of the outer layer ≦ 9.0 0.5 ≦ M of the intermediate layer ≦ 4.5 M of the inner layer <M of the intermediate layer <M of the outer layer.
【0048】外層のMが1.0未満では、初期すべり性
(なじみ性) が不足し、ミスアライメントを伴う初期の
締付け・緩めの際に焼付きを防止できないことがあり、
9.0 を超えると皮膜強度や中間層との密着性が低下し、
繰り返しの締付け・緩めに際して、十分な耐焼付き性が
得られないことがある。中間層のMが0.5未満では、耐
焼付き性が不足し、外層が消耗した後の繰り返しの締付
け・緩めの際に焼付きを防止できないことがあり、4.5
を超えると繰り返しの締付け・緩めに耐えるだけの皮膜
強度が得られないことがある。When M of the outer layer is less than 1.0, the initial slip property
(Fitness) may be insufficient, and seizure may not be prevented during initial tightening and loosening with misalignment.
If it exceeds 9.0, the film strength and adhesion to the intermediate layer decrease,
During repeated tightening and loosening, sufficient seizure resistance may not be obtained. If the M of the intermediate layer is less than 0.5, seizure resistance is insufficient, and seizure cannot be prevented during repeated tightening and loosening after the outer layer has been consumed.
If it exceeds, the film strength enough to withstand repeated tightening and loosening may not be obtained.
【0049】3層の場合の内層のMの値は、上では規定
していないが、1.5 以下とすることが好ましい。内層の
Mがこれより大きいと、下地処理にもよるが、基材との
密着性が低下し、十分な耐焼付き性が得られないことが
ある。The value of M of the inner layer in the case of three layers is not specified above, but is preferably 1.5 or less. If the M of the inner layer is larger than this, the adhesion to the base material may be reduced and sufficient seizure resistance may not be obtained depending on the underlying treatment.
【0050】Mの値は、内層<中間層<外層の順に増大
させた傾斜配分とすることにより、外層の低摩擦化と中
間層の繰り返しの締付け・緩めの際の焼付き防止、内層
の基材との密着性を効率よく達成することができる。The value of M is determined by increasing the gradient distribution in the order of inner layer <intermediate layer <outer layer, thereby reducing the friction of the outer layer, preventing seizure during repeated tightening and loosening of the intermediate layer, and improving the inner layer base. Adhesion with the material can be efficiently achieved.
【0051】結合剤として無機高分子を利用する場合に
は、前述した理由により、無機高分子と潤滑性粉末とか
らなる固体潤滑皮膜層は外層に利用し、中間層と内層
は、いずれも樹脂と潤滑性粉末とからなる固体潤滑皮膜
層とすることが好ましい。その場合、中間層と内層のM
の値は、上記と同じ理由で、内層より中間層のMを大き
くすることが好ましい。また、中間層と内層のMの値
は、それぞれ上記と同じ範囲とすることも好ましい。そ
れにより、高い低摩擦化効果を示す外層が消耗した後の
繰り返しの締付け・緩めの際に、中間層が少しずつ摩耗
しながら、高い耐焼付き性を発揮する。内層は、中間層
と基材との密着性を高める効果がある。When an inorganic polymer is used as the binder, the solid lubricating film layer composed of the inorganic polymer and the lubricating powder is used for the outer layer, and the intermediate layer and the inner layer are both made of resin for the reasons described above. And a lubricating powder. In that case, the M of the middle layer and the inner layer
Is preferably larger than that of the inner layer for the same reason as described above. Further, it is also preferable that the value of M of the intermediate layer and the inner layer be in the same range as described above. Thereby, when repeatedly tightening and loosening after the outer layer exhibiting a high friction reducing effect has been consumed, the intermediate layer exhibits high seizure resistance while gradually abrading. The inner layer has the effect of increasing the adhesion between the intermediate layer and the substrate.
【0052】本発明に係るねじ継手における固体潤滑被
膜は4層以上の多層構造とすることも可能である。例え
ば、前述した、いずれも潤滑性粉末を含有する3層構造
の固体潤滑被膜の下に、潤滑性粉末を含有しない樹脂単
独の固体潤滑皮膜層を形成することも可能である。しか
し、コストを考慮すると、通常は2層または3層で十分
である。The solid lubricating film in the threaded joint according to the present invention may have a multilayer structure of four or more layers. For example, it is also possible to form a solid lubricating film layer of a resin alone containing no lubricating powder under the three-layered solid lubricating film containing a lubricating powder described above. However, considering costs, two or three layers are usually sufficient.
【0053】本発明によりねじ継手の接触表面に形成す
る、潤滑性粉末を含有する各固体潤滑皮膜層は、結合剤
の溶液 (分散液でもよい) に潤滑性粉末を均一に分散さ
せ、必要に応じて粘度を調整することにより調製した塗
布液 (粉末分散液) を、ねじ継手のピンとボックスの少
なくとも一方の部材の接触表面に塗布し、塗膜を乾燥さ
せることにより形成することができる。塗布液の塗布方
法は、刷毛塗り、浸漬処理、エアースプレー法等の公知
の適当な方法でよい。The solid lubricating film layer containing the lubricating powder, which is formed on the contact surface of the threaded joint according to the present invention, is formed by uniformly dispersing the lubricating powder in a binder solution (which may be a dispersion). The coating liquid (powder dispersion liquid) prepared by adjusting the viscosity accordingly can be applied to the contact surface of at least one member of the pin and the box of the threaded joint, and dried to form a coating film. The method for applying the coating liquid may be a known appropriate method such as brushing, dipping, or air spraying.
【0054】潤滑性粉末としては、二硫化モリブデン、
二硫化タングステン、黒鉛、窒化硼素、PTFE(ポリテト
ラフルオロエチレン)から選ばれた1種または2種以上
の粉末を使用することが好ましい。As the lubricating powder, molybdenum disulfide,
It is preferable to use one or more powders selected from tungsten disulfide, graphite, boron nitride, and PTFE (polytetrafluoroethylene).
【0055】潤滑性粉末の平均粒径は、特に限定されな
いが、一般に 0.5〜60μmの範囲が好ましい。0.5 μm
未満では粉末同士が凝集し易くなり、各皮膜層中での均
一分散が困難となって、局所的に性能が不足することが
ある。一方、60μmを超えると、皮膜強度が低下するば
かりか、下地との密着性も低下するため、焼付きの発生
を抑制できないことがある。The average particle size of the lubricating powder is not particularly limited, but is generally preferably in the range of 0.5 to 60 μm. 0.5 μm
If it is less than 1, the powders tend to agglomerate with each other, making it difficult to uniformly disperse the powder in each coating layer, and the performance may be locally insufficient. On the other hand, if it exceeds 60 μm, not only the strength of the film is reduced, but also the adhesion to the base is reduced, so that the occurrence of seizure may not be suppressed in some cases.
【0056】結合剤としては、有機樹脂と無機高分子
(無機樹脂と称することもある)のいずれも使用でき
る。有機樹脂としては、耐熱性と適度な硬さと耐摩耗性
とを有するものが好適である。そのような樹脂として
は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカルボジイミ
ド樹脂、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテル
ケトン樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、尿素(ウレ
ア)樹脂、アクリル樹脂などの熱硬化性樹脂、ならびに
ポリアミドイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコーン
樹脂、ポリスチレン樹脂などの熱可塑性樹脂を例示でき
る。As the binder, either an organic resin or an inorganic polymer (sometimes called an inorganic resin) can be used. As the organic resin, those having heat resistance, appropriate hardness and wear resistance are preferable. Examples of such resins include epoxy resins, polyimide resins, polycarbodiimide resins, polyethersulfone, polyetheretherketone resins, phenol resins, furan resins, urea (urea) resins, thermosetting resins such as acrylic resins, and the like. Examples thereof include thermoplastic resins such as polyamide imide resin, polyethylene resin, silicone resin, and polystyrene resin.
【0057】有機樹脂に対する溶媒は、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、各種の低沸点溶媒を単独あ
るいは混合して用いることができる。As the solvent for the organic resin, various low-boiling solvents such as hydrocarbons (eg, toluene) and alcohols (eg, isopropyl alcohol) can be used alone or in combination.
【0058】有機樹脂の溶液に所定量の潤滑性粉末とPT
FE粉末を添加し、均一に分散させて塗布液を調製する。
皮膜の密着性と耐摩耗性の観点から、ねじ継手の接触表
面に塗布液を塗布した後、加熱して被膜を硬質化させる
ことが好ましい。この加熱温度は、好ましくは120 ℃以
上、より好ましくは 150〜380 ℃であり、加熱時間は、
鋼管用ねじ継手のサイズにより設定されればよいが、好
ましくは30分以上、より好ましくは30〜60分である。A predetermined amount of lubricating powder and PT
FE powder is added and uniformly dispersed to prepare a coating solution.
From the viewpoint of the adhesion and abrasion resistance of the coating, it is preferable that the coating liquid is applied to the contact surface of the threaded joint and then heated to harden the coating. The heating temperature is preferably 120 ° C. or more, more preferably 150 to 380 ° C.
It may be set depending on the size of the threaded joint for steel pipes, but is preferably 30 minutes or more, more preferably 30 to 60 minutes.
【0059】本発明において結合剤として用いる無機高
分子とは、Ti−O 、Si−O 、Zr−O、Mn−O 、Ce−O 、B
a−O といった、金属−酸素結合が三次元架橋した構造
からなる被膜形成材料であり、ゾルゲル法と呼ばれる造
膜法により形成される。このような無機高分子は、金属
アルコキシドの加水分解と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、tert−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、チタンまたはケ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
プロポキシドが造膜性に優れていて好ましい。金属アル
コキシド以外に、四塩化チタンといった金属塩化物や金
属カルボン酸塩も使用できる。The inorganic polymer used as a binder in the present invention includes Ti-O, Si-O, Zr-O, Mn-O, Ce-O, B
It is a film-forming material such as aO having a structure in which metal-oxygen bonds are three-dimensionally crosslinked, and is formed by a film forming method called a sol-gel method. Such an inorganic polymer can be formed by hydrolysis and condensation of a metal alkoxide. As the metal alkoxide, a compound in which the alkoxy group is a lower alkoxy group such as methoxy, ethoxy, isopropoxy, propoxy, isobutoxy, butoxy and tert-butoxy can be used. Preferred metal alkoxides are titanium or silicon alkoxides, with titanium alkoxides being particularly preferred. Among them, titanium isopropoxide is preferable because of its excellent film-forming properties. In addition to metal alkoxides, metal chlorides such as titanium tetrachloride and metal carboxylates can also be used.
【0060】この無機高分子を形成する金属アルコキシ
ドは、シランカップリング剤のように、アルコキシ基の
一部が官能基を有していてもよいアルキル基で置換され
ている化合物であってもよい。The metal alkoxide forming the inorganic polymer may be a compound in which part of an alkoxy group is substituted with an alkyl group which may have a functional group, such as a silane coupling agent. .
【0061】結合剤が無機高分子である場合、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
ルアルコール、ブチルアルコール)やケトン等の極性溶
剤、炭化水素、ハロゲン化炭化水素等、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、金属アル
コキシドの溶液に、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。When the binder is an inorganic polymer, examples of the solvent include polar solvents such as alcohols (eg, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, butyl alcohol) and ketones, and various organic solvents such as hydrocarbons and halogenated hydrocarbons. Can be used. In order to promote film formation, the metal alkoxide in the solution may be partially hydrolyzed before coating. In order to promote hydrolysis after coating, a small amount of water and / or an acid for a hydrolysis catalyst may be added to the metal alkoxide solution.
【0062】このような金属アルコキシドまたは他の無
機高分子形成材料の溶液に、潤滑性粉末とPTFE粉末を均
一に分散させて塗布液を形成し、ピンおよび/またはボ
ックスの接触表面に塗布し、塗膜を乾燥させる。塗布後
の加水分解による皮膜形成を促進させるため、塗布後に
加湿処理してもよい。これは、大気中に所定時間放置す
ることでも行うことができるが、湿度70%以上の大気中
であるとより望ましい。好ましくは、加湿処理後に加熱
を行う。加熱により加水分解および加水分解物の縮合
と、加水分解の副産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、形成される皮膜の密着性が強固
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 ℃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。A coating liquid is formed by uniformly dispersing a lubricating powder and a PTFE powder in a solution of such a metal alkoxide or another inorganic polymer-forming material, and applied to the contact surface of a pin and / or a box. Dry the coating. Humidification treatment may be performed after application in order to promote film formation by hydrolysis after application. This can be carried out by leaving it in the air for a predetermined time, but it is more preferable to be in the air having a humidity of 70% or more. Preferably, heating is performed after the humidification treatment. The heating promotes hydrolysis and condensation of the hydrolyzate, and discharge of alcohol which is a by-product of the hydrolysis. The film can be formed in a short time, the adhesion of the formed film becomes strong, and the seizure resistance is improved. This heating is preferably performed after the solvent has evaporated. The heating temperature is preferably 100 to 200 ° C., which is close to the boiling point of the by-produced alcohol, and it is more effective to apply hot air.
【0063】各固体潤滑皮膜層の厚みは5μm以上、50
μm以下とすることが望ましい。各固体潤滑皮膜層に含
まれる潤滑性粉末は、高い摺動面圧を受けて摩耗粉とし
て接触表面全体に拡がり、優れた耐焼付き性を発揮する
が、皮膜層の厚さが5μm未満では潤滑性粉末の含有量
が少なく、耐焼付き性が不足することがある。一方、各
皮膜層の厚さが50μmより大きくなると、締付け量が不
十分となり、気密性が低下したり、気密性を確保するた
めに面圧を高めると、焼付きが発生し易くなったり、固
体潤滑被膜が剥離し易くなることがある。Each solid lubricating film layer has a thickness of 5 μm or more,
It is desirable that the thickness be not more than μm. The lubricating powder contained in each solid lubricating film layer spreads over the entire contact surface as abrasion powder under high sliding surface pressure, and exhibits excellent seizure resistance. However, if the film layer thickness is less than 5 μm, lubrication will occur. Content of the conductive powder is small, and the seizure resistance may be insufficient. On the other hand, when the thickness of each coating layer is more than 50 μm, the tightening amount is insufficient, the airtightness is reduced, or when the surface pressure is increased to secure the airtightness, seizure is likely to occur, The solid lubricating coating may be easily peeled off.
【0064】主に繰り返しの締付け・緩めの際の耐焼付
き性を発揮する皮膜層、即ち、2層被膜の場合の内層、
または3層被膜の場合の中間層となる固体潤滑皮膜層に
ついては、その厚みが10〜40μmの範囲であることが好
ましい。一方、2層および3層の外層となる固体潤滑皮
膜層については、初回の締付け・緩め時のすべり性確保
とその後の迅速な被膜消耗の観点から、厚さを5〜10μ
mとすることがより好ましい。A coating layer exhibiting seizure resistance mainly at the time of repeated tightening and loosening, that is, an inner layer in the case of a two-layer coating,
Alternatively, the thickness of the solid lubricating coating layer serving as an intermediate layer in the case of a three-layer coating is preferably in the range of 10 to 40 μm. On the other hand, the thickness of the solid lubricating film layer, which is the outer layer of two or three layers, is set to 5 to 10 μm from the viewpoint of securing the slipperiness at the time of the initial tightening / loosening and promptly consuming the film.
m is more preferable.
【0065】各固体潤滑皮膜層には、防錆剤を始めとす
る各種添加剤を、耐焼付き性を損なわない範囲で添加す
ることもできる。例えば、亜鉛粉、クロム顔料、シリ
カ、アルミナの1種もしくは2種以上の粉末を添加する
ことができる。外層に着色剤を含有させて、形成された
固体潤滑被膜を着色してもよい。なお、塗布液には、分
散剤、消泡剤、増粘剤等の1種または2種以上の添加剤
を適宜含有させることもできる。Various additives such as a rust preventive may be added to each solid lubricating film layer as long as the seizure resistance is not impaired. For example, one or more powders of zinc powder, chromium pigment, silica, and alumina can be added. A colorant may be contained in the outer layer to color the formed solid lubricating film. The coating liquid may appropriately contain one or more additives such as a dispersant, an antifoaming agent, and a thickener.
【0066】本発明に従って多層の固体潤滑被膜を形成
するピンとボックスの少なくとも一方の部材の接触表面
は、固体潤滑被膜の密着性を確保するため、被膜形成前
に、その表面粗さRmax が、機械切削後の鋼表面粗さ
(3〜5μm)より大きな5〜40μmの範囲となるよう
に予め粗面化しておくことが望ましい。固体潤滑被膜を
形成する接触表面の表面粗さ (Rmax)が5μmより小さ
いと、固体潤滑被膜の密着性が低下する傾向がある。一
方、この表面粗さが40μmを超えると、摩擦が高くな
り、固体潤滑被膜の摩耗を早め、繰り返しの締付け・緩
めに耐えられないことがある。In order to ensure the adhesion of the solid lubricating film, the contact surface of at least one member of the pin and the box forming the multilayer solid lubricating film according to the present invention has a surface roughness Rmax before forming the film. Steel surface roughness after cutting
It is desirable that the surface is previously roughened so as to have a range of 5 to 40 μm which is larger than (3 to 5 μm). When the surface roughness (Rmax) of the contact surface on which the solid lubricating film is formed is smaller than 5 μm, the adhesion of the solid lubricating film tends to decrease. On the other hand, when the surface roughness exceeds 40 μm, the friction increases, the wear of the solid lubricating film is accelerated, and it may not be able to withstand repeated tightening and loosening.
【0067】粗面化の方法としては、サンドまたはグリ
ッドを投射する方法、硫酸、塩酸、硝酸、フッ酸などの
強酸液に浸漬して肌を荒らす方法といった、鋼表面それ
自体を粗面化する方法に加え、鋼表面より粗面となる下
地処理層を形成して、塗布面を粗面化する方法も可能で
ある。The surface of the steel itself is roughened by, for example, a method of projecting a sand or a grid or a method of roughening the skin by dipping in a strong acid solution such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, or hydrofluoric acid. In addition to the method, a method is also possible in which a base treatment layer that is rougher than the steel surface is formed and the coated surface is roughened.
【0068】このような下地処理の例としては、リン酸
塩、蓚酸塩、硼酸塩等の化成処理被膜(生成する結晶の
成長に伴い、結晶表面の粗さが増す)を形成する方法、
銅めっきまたは鉄めっきのような金属の電気めっき (凸
部が優先してめっきされるため、僅かであるが表面が粗
くなる)を施す方法、鉄芯に亜鉛または亜鉛−鉄合金等
を被覆した粒子を遠心力またはエアー圧を利用して投射
し、亜鉛もしくは亜鉛−鉄合金を被膜を形成させる衝撃
めっき法、窒化層を形成する軟窒化法(例えば、タフト
ライド)、金属中に固体微粒子を分散させた多孔質被膜
を形成する複合金属被覆法などが挙げられる。Examples of such an undercoating process include a method of forming a chemical conversion coating film of phosphate, oxalate, borate or the like (the roughness of the crystal surface increases with the growth of the generated crystal),
A method of electroplating a metal such as copper plating or iron plating (the surface is slightly roughened because the projections are preferentially plated, and the iron core is coated with zinc or a zinc-iron alloy, etc.) The particles are projected using centrifugal force or air pressure to form a coating of zinc or a zinc-iron alloy, an impact plating method, a nitrocarburizing method for forming a nitride layer (for example, tuftride), and solid fine particles dispersed in a metal. And a composite metal coating method for forming a porous film.
【0069】固体潤滑被膜の密着性の観点からは、多孔
質被膜、特にリン酸塩化成処理(リン酸マンガン、リン
酸亜鉛、リン酸鉄マンガン、リン酸亜鉛カルシウム)
や、衝撃めっきによる亜鉛または亜鉛−鉄合金の被膜が
好ましい。密着性の観点からリン酸マンガン被膜が、防
錆性の観点から亜鉛または亜鉛−鉄合金の被膜が、より
好ましい。From the viewpoint of the adhesion of the solid lubricating coating, a porous coating, particularly a phosphate conversion treatment (manganese phosphate, zinc phosphate, iron manganese phosphate, zinc calcium phosphate)
Also, a coating of zinc or a zinc-iron alloy by impact plating is preferable. From the viewpoint of adhesion, a manganese phosphate coating is more preferable, and from the viewpoint of rust prevention, a coating of zinc or a zinc-iron alloy is more preferable.
【0070】リン酸塩系化成処理被膜や、衝撃めっきに
よって形成された亜鉛もしくは亜鉛−鉄合金の被膜は、
いずれも多孔質な被膜であるため、その上に固体潤滑被
膜を形成すると、固体潤滑被膜の密着性が高まる。その
結果、締付け・緩めを繰り返しても固体潤滑被膜の剥離
が起こらず、金属間接触が効果的に防止され、耐焼付き
性、気密性、防錆性が一層向上する。The phosphate conversion coating and the zinc or zinc-iron alloy coating formed by impact plating are:
Since both are porous films, forming a solid lubricating film thereon increases the adhesion of the solid lubricating film. As a result, even if tightening and loosening are repeated, the solid lubricating coating does not peel off, metal-to-metal contact is effectively prevented, and seizure resistance, airtightness, and rust resistance are further improved.
【0071】下地処理層が多孔質であっても、その上に
本発明に従って固体潤滑被膜を形成することにより、下
地の多孔質被膜の空隙が封鎖されるので、防錆性や気密
性の低下は生じない。また、多孔質被膜層が衝撃めっき
によって形成された亜鉛もしくは亜鉛−鉄合金被膜であ
る場合、亜鉛は鉄より卑な金属であるため、鉄より優先
的にイオン化して、鉄の腐食を防ぐ犠牲防食能を発揮
し、一層優れた防錆性を実現することができる。Even if the undercoat layer is porous, by forming a solid lubricating coating thereon on the basis of which the pores of the underlying porous coating are closed, the rust prevention and the airtightness are reduced. Does not occur. In addition, when the porous coating layer is a zinc or zinc-iron alloy coating formed by impact plating, zinc is a metal lower than iron, so it is preferentially ionized over iron to prevent corrosion of iron. It exhibits anticorrosion ability and can achieve even better rust prevention.
【0072】多孔質の亜鉛または亜鉛−鉄合金層は、乾
式の衝撃めっき法により形成することができる。衝撃め
っき法としては、粒子と被めっ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、ブラスト装置を
用いて粒子を被めっき物に衝突させる投射めっき法があ
る。The porous zinc or zinc-iron alloy layer can be formed by a dry impact plating method. As the impact plating method, there are a mechanical plating method in which particles collide with an object to be plated in a rotary barrel, and a projection plating method in which particles collide with the object using a blast device.
【0073】ねじ継手の場合、接触表面にだけめっきを
施せばよいので、局部的なめっきが可能な投射めっきが
適している。投射めっきに使用する投射(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
吹き付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、いずれを利用してもよ
い。In the case of a threaded joint, only the contact surface needs to be plated, so that projection plating, which allows local plating, is suitable. Projection (blasting) devices used for projection plating include a high-pressure fluid projection device that sprays particles using a high-pressure fluid such as compressed air, and a mechanical projection device that uses a rotating wing such as an impeller. May be used.
【0074】投射めっき等の衝撃めっきに使用する粒子
は、少なくとも表面に亜鉛または亜鉛−鉄合金を有する
金属粒子である。全体が亜鉛または亜鉛−鉄合金からな
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、亜鉛−
鉄合金層を介して、亜鉛または亜鉛−鉄合金層を被覆し
た粒子からなる。The particles used for impact plating such as projection plating are metal particles having zinc or a zinc-iron alloy on at least the surface. Particles composed entirely of zinc or a zinc-iron alloy may be used, but preferred are the projection materials disclosed in JP-B-59-9312. This projection material
Iron or iron alloy as the core, the surface of which
It consists of particles coated with a zinc or zinc-iron alloy layer via an iron alloy layer.
【0075】そのような粒子は、例えば、核の鉄または
鉄合金粉末を、無電解および/または電解めっきにより
亜鉛または亜鉛合金(例、Zn−Fe−Al)で被覆した後、
熱処理してめっき界面に鉄−亜鉛合金層を形成する方法
や、あるいはメカニカルア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アイアンがあり、それを利用すること
もできる。粒子中の亜鉛または亜鉛合金の含有量は20〜
60重量%の範囲であることが好ましく、粒子の粒径は0.
2 〜1.5 μmの範囲が好ましい。Such particles can be obtained, for example, by coating a core iron or iron alloy powder with zinc or a zinc alloy (eg, Zn—Fe—Al) by electroless and / or electrolytic plating.
It can be manufactured by a method of forming an iron-zinc alloy layer at a plating interface by heat treatment, or a mechanical alloying method. As a commercially available product of such particles, there is Z Iron manufactured by Dowa Iron Powder Co., Ltd., which can also be used. The content of zinc or zinc alloy in the particles is 20 ~
It is preferably in the range of 60% by weight, and the particle size of the particles is 0.1%.
A range of 2 to 1.5 μm is preferred.
【0076】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、粒子の被膜層であ
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。この投射めっき
は、鋼の材質に関係なく、鋼表面に密着性の良いめっき
被膜を形成することができる。したがって、炭素鋼から
高合金鋼まで、多様な材質のねじ継手の接触表面上に、
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。When particles around the iron-based core coated with zinc or a zinc alloy are projected onto a substrate, only the zinc or zinc alloy, which is a coating layer of the particles, adheres to the substrate, and the zinc or zinc alloy coating is applied to the substrate. Formed on top. This projection plating can form a plating film with good adhesion on the steel surface regardless of the material of the steel. Therefore, on the contact surfaces of threaded joints of various materials, from carbon steel to high alloy steel,
A porous zinc or zinc alloy layer having excellent adhesion can be formed.
【0077】前述した各種の下地処理層を形成する場
合、その厚みに特に制約はないが、防錆性と密着性の観
点から5〜40μmであることが好ましい。5μm未満で
は、十分な防錆性が確保できないことがある。一方、40
μmを超えると、固体潤滑被膜との密着性が低下するこ
とがある。In the case of forming the above-mentioned various undercoating layers, the thickness thereof is not particularly limited, but is preferably 5 to 40 μm from the viewpoint of rust prevention and adhesion. If it is less than 5 μm, sufficient rust prevention may not be ensured. Meanwhile, 40
If it exceeds μm, the adhesion to the solid lubricating coating may decrease.
【0078】本発明にかかる多層の固体潤滑被膜の形成
方法は特に制限されない。各層ごとに用意した、結合剤
と潤滑性粉末とを含有する、組成の異なる塗布液を用い
て、2層以上の固体潤滑皮膜層を順に形成すればよい。
最内層として、潤滑性粉末を含有しない樹脂液から、樹
脂単独の固体潤滑被膜を形成してもよい。被膜を形成す
るねじ継手の接触表面は、密着性確保のために、前述し
たようないずれか1種以上の下地処理を施すことが好ま
しい。The method for forming a multilayer solid lubricating coating according to the present invention is not particularly limited. Two or more solid lubricating film layers may be formed in order using coating liquids having different compositions, each containing a binder and a lubricating powder, prepared for each layer.
As the innermost layer, a solid lubricating film made of a resin alone may be formed from a resin liquid containing no lubricating powder. The contact surface of the threaded joint on which the coating is formed is preferably subjected to one or more types of undercoat treatment as described above to ensure adhesion.
【0079】全ての層の結合剤が樹脂である場合、基材
のねじ継手は、塗布前に200 ℃以下の温度に予熱してお
くことが好ましい。その後、各固体潤滑皮膜層を形成す
るための塗布液を順に塗布する。前回の塗膜が完全に乾
燥被膜化する前に、次回の塗布液を塗布して、各層を互
いに溶着させるようにすることが望ましい。場合によ
り、次回の塗布前に基材を再加熱してもよい。最後の塗
布が済んだ後、被膜全体の硬質化のために加熱処理を施
すことが望ましい。When the binder in all the layers is a resin, the threaded joint of the substrate is preferably preheated to a temperature of 200 ° C. or less before coating. Thereafter, a coating liquid for forming each solid lubricating film layer is sequentially applied. Before the previous coating film is completely dried, it is desirable to apply the next coating solution so that the layers are welded to each other. Optionally, the substrate may be reheated before the next application. After the final application, it is desirable to perform a heat treatment to harden the entire coating.
【0080】外層の結合剤が無機高分子である場合に
は、結合剤が樹脂である内層または内層と中間層を上記
のようにして形成した後、硬質化のための加熱処理の前
か後に、無機高分子を結合剤とする塗布液の塗布と加湿
処理および加熱処理により、外層を形成することができ
る。最後の加熱処理は、内層や中間層の硬質化のための
加熱処理と兼ねてもよい。When the binder of the outer layer is an inorganic polymer, after forming the inner layer or the inner layer and the intermediate layer in which the binder is a resin as described above, before or after the heat treatment for hardening. The outer layer can be formed by applying a coating solution containing an inorganic polymer as a binder, humidifying treatment, and heating treatment. The last heat treatment may also serve as a heat treatment for hardening the inner layer and the intermediate layer.
【0081】結合剤が樹脂である固体潤滑皮膜層を2層
以上形成する場合、結合剤の樹脂種を各層で同じにして
おくと、皮膜層界面での高い密着性を確実に得ることが
できる。しかし、樹脂種を適切に選択すれば、異なる樹
脂種を結合剤とする皮膜層界面で高い密着性を得ること
も可能である。When two or more solid lubricating coating layers are formed of a resin as a binder, if the resin type of the binder is the same for each layer, high adhesion at the interface between the coating layers can be reliably obtained. . However, if the resin type is appropriately selected, it is possible to obtain high adhesion at the interface of the coating layer using a different resin type as a binder.
【0082】本発明に係る多層の固体潤滑被膜は、ピン
とボックスの一方の部材の接触表面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
のようにすることが好ましい。その場合、ボックス (即
ち、短い継手部材) の接触表面に固体潤滑被膜を形成す
る方が、被膜の形成作業が容易である。Even if the multi-layer solid lubricating film according to the present invention is formed only on the contact surface between the pin and one of the members of the box, the object of the present invention can be sufficiently achieved. preferable. In that case, it is easier to form the solid lubricating coating on the contact surface of the box (ie, the short joint member).
【0083】固体潤滑被膜を形成しない他方の部材(ボ
ックスに固体潤滑被膜を形成する場合は、ピン)の接触
表面は、未被覆のままでもよい。特に、図1のように、
組立て時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、ピンの接触表面が裸(切削加
工まま)でも、組立て時にボックスの接触表面に形成さ
れた被膜と密着するので、ピンの接触表面の錆も防止で
きる。The contact surface of the other member on which the solid lubricating film is not formed (the pin if a solid lubricating film is formed on the box) may be left uncoated. In particular, as shown in FIG.
If the pin and the box are temporarily tightened at the time of assembly, even if the contact surface of the other member, for example, the pin is bare (as it is cut), it will adhere to the coating formed on the contact surface of the box at the time of assembly. Rust on the surface can also be prevented.
【0084】しかし、組立て時に鋼管の一方の端部のピ
ンだけにボックスが取り付けられ、他端のピンは露出し
ている。そのため、特にこのような露出するピンに対し
て、防錆性、あるいは防錆性と潤滑性を付与するため
に、適当な表面処理を施して被膜を形成することができ
る。もちろん、他方の接触表面が露出しない場合でも、
この表面に適当な被膜を形成することも可能である。露
出する接触表面を、表面処理の代わりに塗油して、防錆
性を付与してもよい。However, at the time of assembly, the box is attached only to the pin at one end of the steel pipe, and the pin at the other end is exposed. Therefore, a coating can be formed by applying an appropriate surface treatment to the exposed pins, in particular, in order to impart rust resistance, or rust resistance and lubricity. Of course, even if the other contact surface is not exposed,
It is also possible to form an appropriate coating on this surface. The exposed contact surface may be oiled in place of the surface treatment to impart rust resistance.
【0085】ピンとボックスの一方の部材の接触表面だ
けに固体潤滑被膜を形成した場合、他方の部材の接触表
面は、表面粗さRmax が10μm以下となるようにするこ
とが望ましい。他方の部材の表面粗さが10μmを超える
と、固体潤滑被膜との摩擦係数が高くなり、粗さの増大
に伴って加速度的に固体潤滑被膜の摩耗が増加し、繰り
返しの締付け・緩めにおいて固体潤滑被膜を早期に消耗
し、耐焼付き性、防錆性、気密性を維持できないことが
ある。ピンとボックスの両方の接触表面に、本発明にか
かる固体潤滑被膜を形成した場合、両方の部材の固体潤
滑被膜の表面粗さ (被膜形成後の粗さ) が10μm以下で
あることが好ましい。When a solid lubricating film is formed only on the contact surface of one member of the pin and the box, it is desirable that the contact surface of the other member has a surface roughness Rmax of 10 μm or less. If the surface roughness of the other member exceeds 10 μm, the coefficient of friction with the solid lubricating coating increases, and the wear of the solid lubricating coating increases at an accelerating rate with the increase in roughness, and the solid is repeatedly tightened and loosened. In some cases, the lubricating coating is worn out early and seizure resistance, rust prevention, and airtightness cannot be maintained. When the solid lubricating film according to the present invention is formed on the contact surfaces of both the pin and the box, it is preferable that the surface roughness of the solid lubricating film of both members (the roughness after forming the film) is 10 μm or less.
【0086】また、この他方の部材の接触表面に、従来
技術の単層の固体潤滑被膜、即ち、潤滑性粉末を含有
し、または含有しない1層の固体潤滑被膜を形成しても
よい。その場合、この固体潤滑被膜を形成する前に、上
記の各種の下地処理から選んだ1種もしくは2種以上を
実施して、下地表面の粗さがRmax で5〜40μmにして
おくと、被膜の密着性や防錆性が改善される。また、固
体潤滑被膜形成後の表面粗さは、すぐ上に述べたよう
に、Rmax で10μm以下であるのがよい。On the contact surface of the other member, a single-layered solid lubricating film of the prior art, that is, a single-layered solid lubricating film containing or not containing a lubricating powder may be formed. In this case, before forming this solid lubricating coating, one or more selected from the above-mentioned various types of undercoating treatments are performed, and if the roughness of the undercoating surface is 5 to 40 μm in Rmax, the Adhesion and rust prevention are improved. The surface roughness after the formation of the solid lubricating film is preferably not more than 10 μm in Rmax, as described immediately above.
【0087】本発明に係る鋼管用ねじ継手は、コンパウ
ンドグリスを塗布せずに締付けることができるが、所望
により、固体潤滑被膜または相手部材の接触表面に油を
塗布してもよい。その場合、塗布する油に特に制限はな
く、鉱物油、合成エステル油、動植物油などのいずれも
使用できる。この油には、防錆添加剤、極圧添加剤とい
った、潤滑油に慣用の各種添加剤を添加することができ
る。また、それらの添加剤が液体である場合、それらの
添加剤を単独で油として使用し、塗布することもでき
る。The threaded joint for steel pipes according to the present invention can be tightened without applying compound grease, but if desired, oil may be applied to the solid lubricating film or the contact surface of the mating member. In that case, the oil to be applied is not particularly limited, and any of mineral oil, synthetic ester oil, animal and vegetable oil, and the like can be used. The oil, antirust additives, such as extreme pressure additives, may be added to conventional various additives in lubricating oils. When these additives are liquid, they can be used alone as an oil and applied.
【0088】防錆添加剤としては、塩基性金属スルホネ
ート、塩基性金属フェネート、塩基性金属カルボキシレ
ートなどが用いられる。極圧添加剤としては、硫黄系、
リン系、塩素系、有機金属塩など公知のものが使用でき
る。その他、酸化防止剤、流動点降下剤、粘度指数向上
剤なども油に添加することができる。As the rust preventive additives, basic metal sulfonates, basic metal phenates, basic metal carboxylate and the like are used. Extreme pressure additives include sulfur,
Known compounds such as phosphorus-based, chlorine-based, and organic metal salts can be used. Other, antioxidants, pour point depressants, it can be added to the oil well as viscosity index improvers.
【0089】[0089]
【実施例】以下、実施例により、本発明を更に詳しく説
明する。なお、以下、ピンのねじ部と金属接触部の双方
の表面をピン表面、ボックスのねじ部と金属接触部の双
方の表面をボックス表面という。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. Hereinafter, both surfaces of the screw portion and the metal contact portion of the pin are referred to as a pin surface, and both surfaces of the screw portion and the metal contact portion of the box are referred to as a box surface.
【0090】表1に示す炭素鋼A、Cr−Mo鋼B、13%Cr
鋼Cまたは高合金鋼D (Dが最も焼付きを起こし易く、
C、B、Aの順に焼付きが起こりにくくなる) からなる
ねじ継手(外径:7インチ、肉厚:0.408 インチ)のピ
ン表面とボックス表面に、それぞれ表2、3に示す表面
処理 (下地処理と固体潤滑被膜の形成) を施した。処理
の詳細は各実施例および比較例にも説明してある。Table 1 shows carbon steel A, Cr-Mo steel B, and 13% Cr
Steel C or high alloy steel D (D is the most easily seized,
The surface treatments shown in Tables 2 and 3 were applied to the pin surface and box surface of a threaded joint (outer diameter: 7 inches, wall thickness: 0.408 inches) consisting of C, B, and A, respectively, in which seizure is less likely to occur. Treatment and formation of a solid lubricating film). The details of the processing are also described in each embodiment and comparative example.
【0091】表2、3には、下地処理の内容および表面
粗さと、固体潤滑被膜の各固体潤滑皮膜層(以下、単に
皮膜層という)の構成、即ち、結合剤の種類、被膜中の
粉末の種類、潤滑性粉末/結合剤の質量比(M) および皮
膜層の厚み(t) を示す。なお、多層の固体潤滑皮膜層
は、基材に近い方から、第1層、第2層、第3層と表示
する。Tables 2 and 3 show the content and surface roughness of the undercoating treatment, the composition of each solid lubricating film layer (hereinafter simply referred to as a film layer) of the solid lubricating film, ie, the type of the binder and the powder in the film. , The lubricating powder / binder mass ratio (M) and the thickness of the coating layer (t). Note that the multilayer solid lubricating film layers are referred to as a first layer, a second layer, and a third layer from the side closer to the base material.
【0092】使用した粉末の平均粒径は次の通りであっ
た: 二硫化モリブデン粉末(MoS2):15μm 二硫化タングステン粉末 (WS2):4μm 黒鉛粉末:1μm 窒化硼素粉末(BN):2μm PTFE粉末: 0.8μm。The average particle size of the powders used was as follows: Molybdenum disulfide powder (MoS 2 ): 15 μm Tungsten disulfide powder (WS 2 ): 4 μm Graphite powder: 1 μm Boron nitride powder (BN): 2 μm PTFE powder: 0.8 μm.
【0093】上記のように表面処理を施したねじ継手を
用い、各回ミスアライメント(θ=6°)を設けて、常
温で最大10回までの締付け・緩めを作業を行い、焼付き
発生状況を調査した。この時の締付け速度は10 rpm、締
付けトルクは10340 ft・lbsであった。表4に焼付き発
生状況を示す。Using the threaded joint that has been subjected to the surface treatment as described above, a misalignment (θ = 6 °) is provided each time, and tightening and loosening are performed up to 10 times at room temperature to check the occurrence of seizure. investigated. At this time, the tightening speed was 10 rpm, and the tightening torque was 10340 ft · lbs. Table 4 shows the state of seizure occurrence.
【0094】[0094]
【表1】 [Table 1]
【0095】[0095]
【表2】 [Table 2]
【0096】[0096]
【表3】 [Table 3]
【0097】[0097]
【表4】 [Table 4]
【0098】[0098]
【実施例1】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、#80番のサン
ドを吹き付け、表面粗さを15μmとした後、ボックスを
雰囲気炉内で130 ℃に予熱してから、その上に潤滑性粉
末として二硫化モリブデンを含有するポリアミドイミド
樹脂からなる、厚さ30μmの第1層(内層)の皮膜層を
形成した。さらに、第1層が完全に乾燥被膜化する前の
半溶融状態の時に、第1層の上に潤滑性粉末として二硫
化モリブデンを含有するポリアミドイミド樹脂からな
る、厚さ10μmの第2層(外層)の皮膜層を形成した。
第1層は樹脂1に対し潤滑性粉末4の質量比の皮膜層で
あり、第2層は樹脂1に対し潤滑性粉末を5.7 の質量比
の皮膜層である。第1層と第2層の形成後、皮膜の硬質
化のため260 ℃で30分の加熱処理を実施した。Example 1 A carbon steel threaded joint having a composition A shown in Table 1 was subjected to the following surface treatment. The surface of the box is sprayed with # 80 sand and the surface roughness is adjusted to 15 μm. After preheating the box to 130 ° C in an atmosphere furnace, the polyamideimide containing molybdenum disulfide as a lubricating powder is placed on the box. A 30 μm-thick first (inner) film layer made of resin was formed. Further, when the first layer is in a semi-molten state before being completely dried and formed into a film, the second layer having a thickness of 10 μm and made of a polyamideimide resin containing molybdenum disulfide as a lubricating powder on the first layer ( Outer layer) was formed.
The first layer is a coating layer having a mass ratio of lubricating powder 4 to resin 1 and the second layer is a coating layer having a lubricating powder to resin 1 having a mass ratio of 5.7. After the formation of the first and second layers, a heat treatment was performed at 260 ° C. for 30 minutes to harden the film.
【0099】ピン表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3
μm)のみとした。表4に示すように、締付け・緩め試
験では、10回のミスアライメントを伴う締付け・緩めに
おいて、焼付きの発生は無く、気密性も保たれ、極めて
良好であった。The pin surface is machine-finished (surface roughness 3
μm) only. As shown in Table 4, in the tightening / loosening test, in the tightening / loosening with 10 misalignments, seizure did not occur, airtightness was maintained, and the results were extremely good.
【0100】[0100]
【実施例2】表1に示す組成Aの炭素鋼製のねじ継手に
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4μm)後、その表面に厚さ15μmのリ
ン酸マンガン化成処理被膜(表面粗さ20μm)を形成
し、ボックスを雰囲気炉内で130 ℃に予熱してから、そ
の上に潤滑性粉末として二硫化モリブデンを含有するポ
リアミドイミド樹脂からなる、厚さ28μmの第1層(内
層)の皮膜層を形成した。さらに、第1層が完全に乾燥
被膜化する前の半溶融状態の時に、第1層の上に潤滑性
粉末として二硫化タングステンを含有するポリアミドイ
ミド樹脂からなる、厚さ10μmの第2層(外層)の皮膜
層を形成した。第1層は樹脂1に対し潤滑性粉末2.3 の
質量比の皮膜層であり、第2層は樹脂1に対し潤滑性粉
末4.0 の質量比の皮膜層である。第1層と第2層の形成
後、皮膜の硬質化のため260 ℃で30分の加熱処理を実施
した。Example 2 A threaded joint made of carbon steel having a composition A shown in Table 1 was subjected to the following surface treatment. After the box surface is finished by mechanical grinding (surface roughness 4 μm), a 15 μm-thick manganese phosphate conversion coating (surface roughness 20 μm) is formed on the surface, and the box is preheated to 130 ° C. in an atmosphere furnace. A first layer (inner layer) having a thickness of 28 μm and made of a polyamideimide resin containing molybdenum disulfide as a lubricating powder was formed thereon. Further, when the first layer is in a semi-molten state before being completely dried and formed into a film, the second layer having a thickness of 10 μm and comprising a polyamideimide resin containing tungsten disulfide as a lubricating powder is formed on the first layer ( Outer layer) was formed. The first layer is a film layer having a mass ratio of lubricating powder 2.3 to resin 1 and the second layer is a film layer having a lubricating powder ratio of 4.0 to resin 1. After the formation of the first and second layers, a heat treatment was performed at 260 ° C. for 30 minutes to harden the film.
【0101】ピン表面は機械研削仕上げ(表面粗さ3μ
m)のみとした。表4に示すように、締付け・緩め試験
では、10回のミスアライメントを伴う締付け・緩めにお
いて、焼付きの発生は無く、気密性も保たれ、極めて良
好であった。The pin surface is finished by mechanical grinding (surface roughness 3μ).
m) only. As shown in Table 4, in the tightening / loosening test, in the tightening / loosening with 10 misalignments, seizure did not occur, airtightness was maintained, and the results were extremely good.
【0102】[0102]
【実施例3】表1に示す組成BのCr−Mo鋼製のねじ継手
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4μm)後、その表面に厚さ15μmの
リン酸マンガン化成処理被膜(表面粗さ20μm)を形成
し、ボックスを雰囲気炉内で130 ℃に予熱してから、そ
の上に潤滑性粉末として窒化硼素を含有するポリアミド
イミド樹脂からなる、厚さ35μmの第1層(内層)の皮
膜層を形成し、230 ℃で30分の加熱処理を実施して第1
層の硬質化を図った。さらに、第1層の上に、潤滑性粉
末として二硫化モリブデンを含有するTi−O を骨格とす
る無機高分子からなる、厚さ10μmの第2層(外層)の
皮膜層を形成した。第2層形成時に、大気中で3時間放
置後に、150 ℃の熱風を10分間吹き付けた。第1層は樹
脂1に対し潤滑性粉末1の質量比の皮膜層であり、第2
層は無機高分子1に対し潤滑性粉末1.5 の質量比の皮膜
層である。Example 3 The following surface treatment was applied to a threaded joint made of a Cr-Mo steel having a composition B shown in Table 1. After the box surface is finished by mechanical grinding (surface roughness 4 μm), a 15 μm-thick manganese phosphate conversion coating (surface roughness 20 μm) is formed on the surface, and the box is preheated to 130 ° C. in an atmosphere furnace. Then, a 35 μm-thick first layer (inner layer) of a polyamideimide resin containing boron nitride as a lubricating powder is formed thereon, and a heat treatment is performed at 230 ° C. for 30 minutes. 1
The layer was hardened. Further, on the first layer, a 10 μm-thick second layer (outer layer) made of an inorganic polymer having a skeleton of Ti—O containing molybdenum disulfide as a lubricating powder was formed. At the time of forming the second layer, it was left in the air for 3 hours and then blown with hot air at 150 ° C. for 10 minutes. The first layer is a coating layer having a mass ratio of the lubricating powder 1 to the resin 1,
The layer was a coating layer having a mass ratio of lubricating powder 1.5 to inorganic polymer 1.
【0103】ピン表面は機械研削仕上げ(表面粗さ3μ
m)の後、その表面に厚さ20μmのリン酸亜鉛化成処理
被膜(表面粗さ15μm)を形成した。表4に示すよう
に、締付け・緩め試験では、10回のミスアライメントを
伴う締付け・緩めにおいて、焼付きの発生は無く、気密
性も保たれ、極めて良好であった。The pin surface is finished by mechanical grinding (surface roughness 3 μm).
After m), a 20-μm-thick zinc phosphate chemical conversion coating (surface roughness 15 μm) was formed on the surface. As shown in Table 4, in the tightening / loosening test, in the tightening / loosening with 10 misalignments, seizure did not occur, airtightness was maintained, and the results were extremely good.
【0104】[0104]
【実施例4】表1に示す組成Cの13%Cr鋼製のねじ継手
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4μm)後、乾式衝撃めっきにより厚
さ7μmの亜鉛−鉄合金層(表面粗さ18μm)を形成
し、ボックスを雰囲気炉内で60℃に予熱してから、その
上にエポキシ樹脂からなる、厚さ28μmの第一層(内
層)の皮膜層を形成した。さらに、第1層が完全に乾燥
被膜化する前の半溶融状態の時に、第1層の上に、潤滑
性粉末として二硫化モリブデンを含有するエポキシ樹脂
からなる、厚さ25μmの第2層(中間層)の皮膜層を形
成した。第1層と第2層の形成後、皮膜の硬質化のた
め、260 ℃で30分の加熱処理を実施した。次に、第2層
の上に、潤滑性粉末として二硫化モリブデンと黒鉛を含
有するTi−O を骨格とする無機高分子からなる、厚さ10
μmの第3層(外層)の皮膜層を形成し、3層構造の固
体潤滑被膜にした。第3層形成時に、大気中で3時間放
置後に150 ℃の熱風を10分間吹き付けを行った。Example 4 A threaded joint made of 13% Cr steel having a composition C shown in Table 1 was subjected to the following surface treatment. The box surface is finished by mechanical grinding (surface roughness 4 μm), and then a 7 μm thick zinc-iron alloy layer (surface roughness 18 μm) is formed by dry impact plating, and the box is preheated to 60 ° C. in an atmosphere furnace. Then, a 28 μm thick first layer (inner layer) of an epoxy resin was formed thereon. Furthermore, when the first layer is in a semi-molten state before being completely dried and formed into a film, the second layer having a thickness of 25 μm and made of an epoxy resin containing molybdenum disulfide as a lubricating powder is formed on the first layer. An intermediate layer) was formed. After the formation of the first and second layers, a heat treatment was performed at 260 ° C. for 30 minutes to harden the film. Next, on the second layer, a lubricating powder composed of an inorganic polymer having a skeleton of Ti—O containing molybdenum disulfide and graphite, having a thickness of 10 μm.
A third (outer layer) coating layer having a thickness of μm was formed to form a three-layer solid lubricating coating. At the time of forming the third layer, hot air of 150 ° C. was blown for 10 minutes after standing in the air for 3 hours.
【0105】第1層は、樹脂のみで潤滑性粉末を含有せ
ず、第2層は樹脂1に対し潤滑性粉末4の質量比の皮膜
層であり、第3層は無機高分子1に対し潤滑性粉末が合
計1の質量比の皮膜層である。The first layer is a resin only and does not contain lubricating powder, the second layer is a coating layer having a mass ratio of lubricating powder 4 to resin 1, and the third layer is a layer to inorganic polymer 1 The lubricating powder is a coating layer having a total weight ratio of 1.
【0106】ピン表面は機械研削仕上げ(表面粗さ4μ
m)のみとした。表4に示すように、締付け・緩め試験
では、10回のミスアライメントを伴う締付け・緩めにお
いて、焼付きの発生は無く、気密性も保たれ、極めて良
好であった。The pin surface is mechanically ground (surface roughness 4 μm).
m) only. As shown in Table 4, in the tightening / loosening test, in the tightening / loosening with 10 misalignments, seizure did not occur, airtightness was maintained, and the results were extremely good.
【0107】[0107]
【実施例5】表1に示す成分組成Dの高合金鋼製のねじ
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4μm)後、乾式衝撃めっきによ
り厚さ6μmの亜鉛−鉄合金層(表面粗さ15μm)を形
成し、ボックスを雰囲気炉内で130 ℃に予熱してから、
その上に潤滑性粉末として二硫化モリブデンを含有する
ポリアミドイミド樹脂からなる、厚さ10μmの第1層
(内層)の皮膜層を形成した。次に、第1層が完全に乾
燥被膜化する前の半溶融状態の時に、第1層の上に、潤
滑性粉末として二硫化モリブデンを含有するポリアミド
イミド樹脂からなる、厚さ28μmの第2層(中間層)の
皮膜層を形成した。さらに、第2層が完全に乾燥被膜化
する前の半溶融状態の時に、第2層の上に、潤滑性粉末
として二硫化モリブデンとPTFEを含有するフェノール樹
脂からなる、厚さ10μmの第3層(外層)の皮膜層を形
成した。Example 5 A threaded joint made of a high alloy steel having a component composition D shown in Table 1 was subjected to the following surface treatment. The surface of the box is finished by mechanical grinding (surface roughness: 4 μm), then a 6 μm thick zinc-iron alloy layer (surface roughness: 15 μm) is formed by dry impact plating, and the box is preheated to 130 ° C. in an atmosphere furnace. From
A 10 μm-thick first layer (inner layer) of a polyamideimide resin containing molybdenum disulfide as a lubricating powder was formed thereon. Next, when the first layer is in a semi-molten state before being completely dried and formed into a film, the second layer having a thickness of 28 μm and comprising a polyamideimide resin containing molybdenum disulfide as a lubricating powder is formed on the first layer. The coating layer of the layer (intermediate layer) was formed. Further, when the second layer is in a semi-molten state before being completely dried and formed into a film, the third layer having a thickness of 10 μm and comprising a phenol resin containing molybdenum disulfide and PTFE as lubricating powder is formed on the second layer. The coating layer of the layer (outer layer) was formed.
【0108】第1層は、樹脂1に対し潤滑性粉末1の質
量比の皮膜層であり、第2層は樹脂1に対し潤滑性粉末
1.5 の質量比の皮膜層であり、第3層は樹脂1に対し潤
滑性粉末が合計9の質量比の皮膜層である。第1層、第
2層、第3層の3層の形成後、皮膜の硬質化のため260
℃で30分の加熱処理を実施した。The first layer is a coating layer having a mass ratio of the lubricating powder 1 to the resin 1, and the second layer is a lubricating powder to the resin 1.
The third layer is a coating layer having a total of 9 weight ratio of lubricating powder to resin 1. After the formation of the first, second and third layers, the film is hardened to form a film.
Heat treatment was performed at 30 ° C. for 30 minutes.
【0109】ピン表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3
μm)後、乾式衝撃めっきにより厚さ7μmの亜鉛−鉄
合金層(表面粗さ18μm)を形成し、その上に潤滑性粉
末として二硫化モリブデンと黒鉛を含有するTi−O を骨
格とする無機高分子からなる、厚さ10μmの皮膜層を形
成した。被膜形成後、大気中で3時間放置後に150 ℃の
熱風を10分間吹き付けた。この皮膜層は、無機高分子1
に対し潤滑性粉末が合計2.3 の質量比の皮膜層である。The pin surface is machine-finished (surface roughness 3
μm), a 7 μm-thick zinc-iron alloy layer (18 μm in surface roughness) is formed by dry impact plating, and an inorganic material containing Ti—O containing molybdenum disulfide and graphite as a lubricating powder is formed thereon. A 10 μm thick film layer made of a polymer was formed. After forming the film, the film was left in the air for 3 hours and then blown with hot air at 150 ° C. for 10 minutes. This coating layer is made of inorganic polymer 1
On the other hand, the lubricating powder is a coating layer having a total mass ratio of 2.3.
【0110】表4に示すように、締付け・緩め試験で
は、10回のミスアライメントを伴う締付け・緩めにおい
て、焼付きの発生は無く、気密性も保たれ、極めて良好
であった。As shown in Table 4, in the tightening / loosening test, in the tightening / loosening with 10 misalignments, seizure did not occur, airtightness was maintained, and the results were extremely good.
【0111】[0111]
【実施例6】表1に示す組成Cの13%Cr鋼製のねじ継手
に下記の表面処理を施した。ピン表面は、機械研削仕上
げ(表面粗さ3μm)後、乾式衝撃めっきにより厚さ7
μmの亜鉛−鉄合金層(表面粗さ18μm)を形成し、そ
の上に潤滑性粉末として二硫化モリブデンを含有するTi
−O を骨格とする無機高分子からなる、厚さ15μmの第
1層(内層)の皮膜層を形成した。さらに、第1層の上
に潤滑性粉末として二硫化モリブデンと黒鉛を含有する
Ti−O を骨格とする無機高分子からなる、厚さ5μmの
第2層(外層)の皮膜層を形成した。Example 6 A threaded joint made of 13% Cr steel having a composition C shown in Table 1 was subjected to the following surface treatment. The pin surface is machined by grinding (surface roughness 3 μm) and then dry-impact plated to a thickness of 7 mm.
μm of a zinc-iron alloy layer (surface roughness 18 μm), on which Ti containing molybdenum disulfide as a lubricating powder is formed.
A first layer (inner layer) having a thickness of 15 μm, made of an inorganic polymer having —O 2 as a skeleton, was formed. Further, the first layer contains molybdenum disulfide and graphite as lubricating powder.
A second layer (outer layer) of an inorganic polymer having a skeleton of Ti-O and a thickness of 5 μm was formed.
【0112】第1層は無機高分子1に対し潤滑性粉末1.
3 の質量比の皮膜層であり、第2層は無機高分子1に対
し潤滑性粉末が合計4.0 の質量比の皮膜層である。第2
層の塗布後に、2層構造の被膜を大気中で3時間放置
し、150 ℃の熱風を10分間吹き付けた。The first layer is composed of inorganic polymer 1 and lubricating powder 1.
The second layer is a coating layer having a total weight ratio of 4.0 of lubricating powder to inorganic polymer 1. Second
After the application of the layer, the coating having a two-layer structure was allowed to stand in the air for 3 hours, and hot air at 150 ° C. was blown for 10 minutes.
【0113】ボックス表面は、機械研削仕上げ(表面粗
さ4μm)後、電気めっきにより厚さ5μmの銅めっき
層(表面粗さ10μm)を形成した。表4に示すように、
締付け・緩め試験では、10回のミスアライメントを伴う
締付け・緩めにおいて、7 回目までは焼付きの発生は無
い。8回以降は軽度の焼付きが発生したが、手入れによ
り10回まで締付け・緩めができた。本例では、多層の固
体潤滑被膜の内層の結合剤が比較的軟らかい無機高分子
であるため、被膜の耐磨耗性が樹脂に比べて低いこと
が、上記の軽度の焼付き発生の原因と考えられる。気密
性は問題なかった。The box surface was machine-finished (surface roughness 4 μm), and then a copper plating layer (surface roughness 10 μm) having a thickness of 5 μm was formed by electroplating. As shown in Table 4,
In the tightening / loosening test, seizure does not occur until the seventh time in ten times of tightening / loosening with misalignment. After 8 times, slight seizure occurred, but it could be tightened and loosened up to 10 times by care. In this example, since the binder of the inner layer of the multilayer solid lubricating coating is a relatively soft inorganic polymer, the abrasion resistance of the coating is lower than that of the resin. Conceivable. Hermeticity was fine.
【0114】[0114]
【実施例7】表1に示す組成Dの高合金鋼製のねじ継手
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4μm)後、電気めっきにより厚さ6
μmの鉄めっきを形成し、その表面に厚さ15μmのリン
酸マンガン化成処理被膜(表面粗さ15μm)を形成し
た。その後、ボックスを雰囲気炉内で80℃に予熱してか
ら、その表面に潤滑性粉末として二硫化モリブデンを含
有するエポキシ樹脂からなる、厚さ10μmの第1層(内
層)の皮膜層を形成した。さらに、第1層が完全に乾燥
被膜化する前の半溶融状態の時に第1層の上に潤滑性粉
末として二硫化モリブデンと黒鉛を含有するポリアミド
イミド樹脂からなる、厚さ15μmの第2層(中間層)の
皮膜層を形成した。第1層と第2層の形成後、皮膜の硬
質化のため260 ℃で30分の加熱処理を実施した。次に、
第2層の上に潤滑性粉末として二硫化モリブデンとPTFE
を含有するTi−O を骨格とする無機高分子からなる、厚
さ5μmの第3層(外層)の皮膜層を形成した。第3層
形成時に大気中で3時間放置後に150 ℃の熱風を10分間
吹き付けを行った。Example 7 A high-alloy steel threaded joint having a composition D shown in Table 1 was subjected to the following surface treatment. The surface of the box is finished by mechanical grinding (surface roughness 4 μm) and then electroplated to a thickness of 6
A 15 μm-thick manganese phosphate chemical conversion coating (surface roughness 15 μm) was formed on the surface of an iron plating of μm. Thereafter, the box was preheated to 80 ° C. in an atmosphere furnace, and a 10 μm-thick first layer (inner layer) made of an epoxy resin containing molybdenum disulfide as a lubricating powder was formed on the surface of the box. . Further, a second layer having a thickness of 15 μm and comprising a polyamideimide resin containing molybdenum disulfide and graphite as a lubricating powder on the first layer in a semi-molten state before the first layer is completely dried and formed into a film. (Intermediate layer) was formed. After the formation of the first and second layers, a heat treatment was performed at 260 ° C. for 30 minutes to harden the film. next,
Molybdenum disulfide and PTFE as lubricating powder on the second layer
Was formed as a third layer (outer layer) having a thickness of 5 μm and made of an inorganic polymer having Ti—O 2 as a skeleton. After forming the third layer, it was left in the air for 3 hours and then blown with hot air at 150 ° C. for 10 minutes.
【0115】ボックス表面に形成した3層構造の固体潤
滑被膜の第1層は樹脂1に対し潤滑性粉末0.5 の質量比
の皮膜層であり、第2層は樹脂1に対し潤滑性粉末が合
計1の質量比の皮膜層であり、第3層は無機高分子1に
対し潤滑性粉末が合計1の質量比の皮膜層である。The first layer of the solid lubricating coating having a three-layer structure formed on the box surface is a coating layer having a mass ratio of lubricating powder to resin 1 of 0.5, and the second layer is a total of lubricating powder to resin 1. The third layer is a coating layer having a total mass ratio of lubricating powder to inorganic polymer 1 of 1.
【0116】ピン表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3
μm)後、乾式衝撃めっきにより厚さ7μmの亜鉛−鉄
合金層(表面粗さ18μm)を形成し、ピンを雰囲気炉内
で60℃に予熱してから、その上に潤滑性粉末として二硫
化モリブデンを含有するエポキシ樹脂からなる、厚さ15
μmの第一層(内層)の皮膜層を形成した。皮膜の硬質
化のため 260℃で30分の加熱処理を実施した。次に、第
1層の上に潤滑性粉末として二硫化モリブデンとPTFEを
含有するTi−O を骨格とする無機高分子からなる、厚さ
5μmの第2層(外層)の皮膜層を形成した。第2層形
成時に大気中で3時間放置後に150 ℃の熱風を10分間吹
き付けを行った。The pin surface is machine-finished (surface roughness 3
μm), a 7 μm thick zinc-iron alloy layer (surface roughness 18 μm) is formed by dry impact plating, the pins are preheated to 60 ° C. in an atmosphere furnace, and then disulfide as lubricating powder is formed thereon. Molybdenum-containing epoxy resin, thickness 15
A first layer (inner layer) having a thickness of μm was formed. Heat treatment was performed at 260 ° C for 30 minutes to harden the film. Next, on the first layer, a 5 μm thick second layer (outer layer) made of an inorganic polymer having a skeleton of Ti—O containing molybdenum disulfide and PTFE as a lubricating powder was formed. . After forming the second layer for 3 hours in the air, hot air at 150 ° C. was blown for 10 minutes.
【0117】ピン表面に形成した2層構造の固体潤滑被
膜の第1層は樹脂1に対し潤滑性粉末0.5 の質量比の皮
膜層であり、第2層は無機高分子1に対し潤滑性粉末が
合計1の質量比の皮膜層である。The first layer of the solid lubricating film having a two-layer structure formed on the pin surface is a film layer having a mass ratio of lubricating powder to resin of 0.5, and the second layer is lubricating powder to inorganic polymer. Are film layers having a mass ratio of 1 in total.
【0118】表4に示すように、締付け・緩め試験で
は、10回のミスアライメントを伴う締付け・緩めにおい
て、焼付きの発生は無く、気密性も保たれ、極めて良好
であった。As shown in Table 4, in the tightening / loosening test, in the tightening / loosening with 10 misalignments, seizure did not occur, airtightness was maintained, and the results were extremely good.
【0119】[0119]
【実施例8】表1に示す組成Aの炭素鋼製のねじ継手に
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4μm)後、その表面に厚さ15μmのリ
ン酸マンガン化成処理被膜(表面粗さ16μm)を形成
し、ボックスを雰囲気炉内で130 ℃に予熱してから、そ
の上に潤滑性粉末として窒化硼素を含有するポリアミド
イミド樹脂からなる、厚さ23μmの第1層(内層)の皮
膜層を形成した。さらに、第1層が完全に乾燥被膜化す
る前の半溶融状態の時に、第1層の上に潤滑性粉末とし
て二硫化モリブデンを含有するポリアミドイミド樹脂か
らなる、厚さ6μmの第2層(外層)の皮膜層を形成し
た。Example 8 A threaded joint made of carbon steel having a composition A shown in Table 1 was subjected to the following surface treatment. After the box surface is finished by mechanical grinding (surface roughness 4 μm), a 15 μm-thick manganese phosphate conversion coating (surface roughness 16 μm) is formed on the surface, and the box is preheated to 130 ° C. in an atmosphere furnace. Then, a first layer (inner layer) having a thickness of 23 μm made of a polyamideimide resin containing boron nitride as a lubricating powder was formed thereon. Further, when the first layer is in a semi-molten state before being completely dried and formed into a film, a second layer having a thickness of 6 μm and comprising a polyamideimide resin containing molybdenum disulfide as a lubricating powder on the first layer ( Outer layer) was formed.
【0120】第1層は、樹脂1に対し潤滑性粉末5の質
量比の皮膜層である。第2層は、樹脂1に対し潤滑性粉
末8.0 の質量比の皮膜層である。第1層と第2層の形成
後、皮膜の硬質化のため 260℃で30分の加熱処理を実施
した。The first layer is a coating layer having a mass ratio of the lubricating powder 5 to the resin 1. The second layer is a coating layer having a mass ratio of lubricating powder to resin 8.0 of 8.0. After forming the first layer and the second layer, a heat treatment was performed at 260 ° C. for 30 minutes to harden the film.
【0121】ピン表面は機械研削仕上げ(表面粗さ3μ
m)のみとした。表4に示すように締付け・緩め試験で
は、10回のミスアライメントを伴う締付け・緩めにおい
て、8回目までは焼付きの発生は無かった。9回以降は
軽度の焼付きが発生したが、手入れにより10回まで締付
け・緩めができた。本例では、多層固体潤滑被膜の第1
層(内層)の皮膜層の潤滑性粉末/樹脂の質量比が4.5
を超えたため、この皮膜層の強度が低下し、消耗が速ま
って、耐焼付き性がやや低くなったと考えられる。気密
性は問題なかった。The pin surface was machine-finished (surface roughness 3μ).
m) only. As shown in Table 4, in the tightening / loosening test, seizure did not occur until the eighth time in ten times of tightening / loosening with misalignment. Slight seizures occurred after 9 times, but could be tightened and loosened up to 10 times with care. In this example, the first of the multilayer solid lubricating coatings is
The lubricating powder / resin mass ratio of the coating layer of the layer (inner layer) is 4.5
It is considered that the strength of this coating layer was reduced, the wear was accelerated, and the seizure resistance was slightly lowered. Hermeticity was fine.
【0122】[0122]
【実施例9】表1に示す組成Aの炭素鋼製のねじ継手に
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4μm)後、その表面に厚さ15μmのリ
ン酸マンガン化成処理被膜(表面粗さ20μm)を形成
し、ボックスを雰囲気炉内で130 ℃に予熱してから、そ
の上に潤滑性粉末として二硫化モリブデンを含有するポ
リアミドイミド樹脂からなる、厚さ27μmの第1層(内
層)の皮膜層を形成した。さらに、230 ℃で30分の加熱
処理を実施した。次に、第1層の上に潤滑性粉末として
二硫化モリブデンと黒鉛を含有するTi−O を骨格とする
無機高分子からなる、厚さ10μmの第2層(外層)の皮
膜層を形成した。第2層形成時に、大気中で3時間放置
後に150 ℃の熱風を10分間吹き付けを行った。Example 9 A carbon steel threaded joint having the composition A shown in Table 1 was subjected to the following surface treatment. After the box surface is finished by mechanical grinding (surface roughness 4 μm), a 15 μm-thick manganese phosphate conversion coating (surface roughness 20 μm) is formed on the surface, and the box is preheated to 130 ° C. in an atmosphere furnace. A first layer (inner layer) having a thickness of 27 μm and made of a polyamideimide resin containing molybdenum disulfide as a lubricating powder was formed thereon. Further, a heat treatment was performed at 230 ° C. for 30 minutes. Next, a 10 [mu] m-thick second layer (outer layer) made of an inorganic polymer having a skeleton of Ti-O containing molybdenum disulfide and graphite as a lubricating powder was formed on the first layer. . At the time of forming the second layer, hot air of 150 ° C. was blown for 10 minutes after standing in the air for 3 hours.
【0123】第1層は樹脂1に対し潤滑性粉末4.0 の質
量比の皮膜層であり、第2層は無機高分子1に対し潤滑
性粉末の合計が1.5 の質量比の皮膜層である。ピン表面
は、#80番のサンドを吹き付け、表面粗さを15μmとし
た。The first layer is a coating layer having a mass ratio of lubricating powder to resin 4.0 of 4.0, and the second layer is a coating layer having a total mass ratio of lubricating powder to inorganic polymer 1 of 1.5. The pin surface was sprayed with # 80 sand to make the surface roughness 15 μm.
【0124】表4に示すように、締付け・緩め試験で
は、10回のミスアライメントを伴う締付け・緩めにおい
て、9回目までは焼付きの発生は無かった。10回目に軽
度の焼付きが発生したものの、10回まで締付け・緩めが
できた。本例では、ピン側の表面粗さが10μmを超えた
ため、ボックス側の皮膜層の消耗が速まり、耐焼付き性
が不足したものと考えられる。気密性は問題なかった。As shown in Table 4, in the tightening / loosening test, in the tightening / loosening with 10 misalignments, no seizure occurred up to the ninth time. Although slight seizure occurred on the 10th time, it could be tightened and loosened up to 10 times. In this example, it is considered that since the surface roughness on the pin side exceeded 10 μm, the coating layer on the box side was quickly consumed and the seizure resistance was insufficient. Hermeticity was fine.
【0125】[0125]
【実施例10】表1に示す組成Aの炭素鋼製のねじ継手
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4μm)後、ボックスを雰囲気炉内で
130 ℃に予熱してから、その上に潤滑性粉末として二硫
化モリブデンを含有するポリアミドイミド樹脂からな
る、厚さ28μmの第1層(内層)の皮膜層を形成した。
この皮膜層には硬質化のため230 ℃で30分の加熱処理を
実施した。次に、第1層の上に潤滑性粉末として二硫化
モリブデンと黒鉛を含有するTi−O を骨格とする無機高
分子からなる、厚さ11μmの第2層(外層)の皮膜層を
形成した。第2層形成時に大気中で3時間放置後に150
℃の熱風を10分間吹き付けを行った。Example 10 A threaded joint made of carbon steel having a composition A shown in Table 1 was subjected to the following surface treatment. After finishing the box surface by mechanical grinding (surface roughness 4μm), place the box in an atmosphere furnace
After preheating to 130 ° C., a 28 μm-thick first layer (inner layer) made of a polyamideimide resin containing molybdenum disulfide as a lubricating powder was formed thereon.
This coating layer was subjected to a heat treatment at 230 ° C. for 30 minutes for hardening. Next, on the first layer, an 11 μm-thick second layer (outer layer) made of an inorganic polymer having a skeleton of Ti—O containing molybdenum disulfide and graphite as a lubricating powder was formed. . 150 hours after standing in the air for 3 hours when forming the second layer
The hot air of ° C. was blown for 10 minutes.
【0126】第1層は樹脂1に対し潤滑性粉末4.0 の質
量比の皮膜層であり、第2層は無機高分子1に対し潤滑
性粉末の合計がを1.5 の質量比の皮膜層である。ピン表
面は、機械研削仕上げ(表面粗さ4μm)のみとした。The first layer is a coating layer having a lubricating powder weight ratio of 4.0 to resin 1 and the second layer is a coating layer having a total lubricating powder weight ratio of 1.5 to inorganic polymer 1. . The pin surface was only machine-finished (surface roughness 4 μm).
【0127】表4に示すように、締付け・緩め試験で
は、10回のミスアライメントを伴う締付け・緩めにおい
て、7回目までは焼付きの発生は無かった。8回以降は
軽度の焼付きが発生したが、手入れにより10回まで締付
け・緩めができた。本例では、ボックス側の基材の表面
粗さが4μmと小さかったため、皮膜層、特に第1層と
基材との密着性が不足し、皮膜層の一部剥離に伴う耐焼
付き性不足を生じたものと考えられる。気密性は問題か
った。As shown in Table 4, in the tightening / loosening test, in the tightening / loosening with 10 misalignments, no seizure occurred up to the seventh time. After 8 times, slight seizure occurred, but it could be tightened and loosened up to 10 times by care. In this example, since the surface roughness of the base material on the box side was as small as 4 μm, the adhesion between the coating layer, particularly the first layer and the base material was insufficient, and the insufficient seizure resistance accompanying partial peeling of the coating layer was observed. Probably caused. Hermeticity was a problem.
【0128】[0128]
【比較例1】表1に示す組成Aの炭素鋼製のねじ継手に
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4μm)後、厚さ15μmのリン酸マンガ
ン化成処理被膜(表面粗さ20μm)を形成し、その上に
潤滑性粉末として二硫化モリブデンを含有するポリアミ
ドイミド樹脂からなる、厚さ28μmの皮膜層を形成し
た。この皮膜層は、樹脂1に対し潤滑性粉末1の質量比
である。この皮膜層に硬質化のため230 ℃で30分の加熱
処理を実施した。Comparative Example 1 A carbon steel threaded joint having a composition A shown in Table 1 was subjected to the following surface treatment. The surface of the box is finished by mechanical grinding (surface roughness: 4 μm), then a manganese phosphate conversion coating (surface roughness: 20 μm) is formed to a thickness of 15 μm, on which polyamideimide containing molybdenum disulfide as a lubricating powder A film layer of resin having a thickness of 28 μm was formed. This coating layer has a mass ratio of the lubricating powder 1 to the resin 1. This coating layer was subjected to a heat treatment at 230 ° C. for 30 minutes for hardening.
【0129】ピン表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3
μm)のみとした。表4に示すように、締付け・緩め試
験では、10回のミスアライメントを伴う締付け・緩めに
おいて、1回目の締付けを行ったところ緩めができない
はどの激しい焼付きを発生したため、試験を終了した。The pin surface is machine-finished (surface roughness 3
μm) only. As shown in Table 4, in the tightening / loosening test, in the tightening / loosening with 10 misalignments, any severe seizure occurred which could not be loosened after the first tightening, and the test was terminated.
【0130】従来技術のように、潤滑性粉末を含有する
固体潤滑被膜が単層の皮膜層である場合、樹脂に対する
潤滑性粉末の質量比が少なすぎると、ミスアライメント
を伴う締付けのように初期の接触が厳しく、高いすべり
性が要求される状況下では、それを緩和するためのすべ
り性が不足し、急激に激しい焼付きを発生してしまうこ
とが確認された。As in the prior art, when the solid lubricating film containing the lubricating powder is a single film layer, if the mass ratio of the lubricating powder to the resin is too small, the initial phase may be reduced as in the case of tightening with misalignment. It was confirmed that in a situation where the contact of the steel was severe and a high slip property was required, the slip property for mitigating the slip was insufficient, and severe seizure occurred rapidly.
【0131】[0131]
【比較例2】表1に示す組成Aの炭素鋼製のねじ継手に
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4μm)後、厚さ15μmのリン酸マンガ
ン化成処理被膜(表面粗さ20μm)を形成し、その上に
二硫化モリブデンとPTFEを含有するポリアミドイミド樹
脂からなる、厚さ28μmの皮膜層を形成した。この皮膜
層は、樹脂1に対し潤滑性粉末の合計が9の質量比であ
る。皮膜の硬質化のため 260℃で30分の加熱処理を実施
した。Comparative Example 2 A threaded joint made of carbon steel having a composition A shown in Table 1 was subjected to the following surface treatment. The surface of the box is machine-grinded (surface roughness 4μm), then a 15μm thick manganese phosphate chemical conversion coating (surface roughness 20μm) is formed, on which a molybdenum disulfide and polyamideimide resin containing PTFE A film layer having a thickness of 28 μm was formed. This coating layer has a mass ratio of the total of the lubricating powders to the resin 1 of 9. Heat treatment was performed at 260 ° C for 30 minutes to harden the film.
【0132】ピン表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3
μm)のみとした。表4に示すように、締付け・緩め試
験では、10回のミスアライメントを伴う締付け・緩めに
おいて、2回目までは焼付きの発生は無かった。しか
し、3回目には軽度の焼付きが発生したため、手入れを
続けたが、4回目に激しい焼付きを発生したため試験を
終了した。The pin surface is machine-finished (surface roughness 3
μm) only. As shown in Table 4, in the tightening / loosening test, seizure did not occur until the second time in ten times of tightening / loosening with misalignment. However, care was continued for the third time because slight seizure occurred, but the test was terminated because severe seizure occurred for the fourth time.
【0133】従来技術のように、潤滑性粉末を含有する
固体潤滑被膜が単層の皮膜層である場合、樹脂に対する
潤滑性粉末の質量比を例えば9以上と多くすれば、ミス
アライメントを伴う締付けのように初期の接触が厳し
く、高いすべり性が要求されるなる状況下において、最
初はそれを緩和することができるが、密着性の低下や被
膜消耗の速さにより、締付け・緩めの繰り返しに耐えら
れず、焼付きを発生するようになる。As in the prior art, when the solid lubricating film containing the lubricating powder is a single layer, if the mass ratio of the lubricating powder to the resin is increased to, for example, 9 or more, tightening with misalignment is performed. In situations where the initial contact is severe and high slipperiness is required as in the above, it can be relaxed at first, but due to the decrease in adhesion and the speed of film wear, repeated tightening and loosening are necessary. It is intolerable and seizure occurs.
【0134】[0134]
【比較例3】表1に示す組成Aの炭素鋼製のねじ継手に
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4μm)後、厚さ16μmのリン酸マンガ
ン化成処理被膜(表面粗さ18μm)を形成し、その上に
二硫化モリブデンと黒鉛を含有するTi−O を骨格とする
無機高分子からなる、厚さ18μmの皮膜層を形成した。
該被膜形成時に大気中で3時間放置後に150 ℃の熱風を
10分間吹き付けを行った。この皮膜層は、無機高分子1
に対し潤滑性粉末の合計が1.5 の質量比である。Comparative Example 3 A threaded joint made of carbon steel having composition A shown in Table 1 was subjected to the following surface treatment. The box surface is mechanically finished (surface roughness 4 μm), then a manganese phosphate chemical conversion coating (surface roughness 18 μm) is formed with a thickness of 16 μm, and Ti-O containing molybdenum disulfide and graphite is formed thereon. An 18 μm-thick film layer composed of an inorganic polymer serving as a skeleton was formed.
After forming the film, leave it in the air for 3 hours,
Sprayed for 10 minutes. This coating layer is made of inorganic polymer 1
The total mass of the lubricating powder is 1.5 by mass.
【0135】ピン表面は、機械研削仕上げ(表面粗さ3
μm)後、厚さ20μmのリン酸亜鉛化成処理被膜(表面
粗さ22μm)を形成した。表4に示すように、締付け・
緩め試験では、10回のミスアライメントを伴う締付け・
緩めにおいて、1回目までは焼付きの発生は無かった。
しかし、2回目には軽度の焼付きが発生したため、手入
れを続けたが、3回目で激しい焼付きを生じたため試験
を終了した。The pin surface is machine-finished (surface roughness 3
After that, a zinc phosphate chemical conversion treatment film (surface roughness 22 μm) having a thickness of 20 μm was formed. As shown in Table 4,
In the loosening test, tighten and tighten with 10 misalignments.
During the loosening, no seizure occurred up to the first time.
However, care was continued for the second time because slight seizure occurred, but the test was terminated because severe seizure occurred for the third time.
【0136】無機高分子の結合剤に潤滑性粉末を分散さ
せた含有させた固体潤滑皮膜層の単層からなる固体潤滑
被膜は、ミスアライメントを伴う締付けのように初期の
接触が厳しく、高いすべり性が要求されるなる状況下に
おいてもそれを緩和する性能は高いが、被膜としての耐
摩耗性が低いため、繰り返しの締付け・緩めにおける十
分な耐焼付き性を得ることができない。A solid lubricating film composed of a single layer of a solid lubricating film layer in which a lubricating powder is dispersed in an inorganic polymer binder has a severe initial contact like tightening with misalignment and high slip. Although the ability to relieve such a property is high even in a situation where the property is required, sufficient seizure resistance in repeated tightening and loosening cannot be obtained due to low abrasion resistance as a film.
【0137】[0137]
【発明の効果】本発明にかかる鋼管用ねじ継手は、コン
パウンドグリスなどの重金属粉を含む液体潤滑剤を用い
ることなく、実井戸でのミスアライメントを伴う、ねじ
継手による鋼管締結において、繰返しの締付け・緩めの
際の焼付き発生を顕著に抑制することができる。The threaded joint for steel pipes according to the present invention does not use a liquid lubricant containing heavy metal powder such as compound grease, and is used to repeatedly tighten steel pipes with a threaded joint with misalignment in an actual well. -Seizure generation during loosening can be significantly suppressed.
【図1】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。FIG. 1 is a schematic view schematically showing an assembling configuration of a steel pipe and a threaded joint member at the time of shipping the steel pipe.
【図2】本発明の鋼管用ねじ継手の締付け部を模式的に
示す概要図である。FIG. 2 is a schematic view schematically showing a tightening portion of the threaded joint for steel pipe of the present invention.
【図3】ミスアライメントを伴うねじ継手による鋼管締
結時の様子を模式的に示す概要図である。FIG. 3 is a schematic view schematically showing a state when a steel pipe is fastened by a threaded joint with misalignment.
A:鋼管、 B:ねじ継手部材 1:ピン、 2:ボックス 3:ねじ部、4:ねじ無し金属接触部 5:ショルダー部、 θ:ミスアライメントの角度(°) A: Steel pipe, B: Screw joint member 1: Pin, 2: Box 3: Screw part, 4: Metal contact part without screw 5: Shoulder part, θ: Misalignment angle (°)
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Claims (10)
触表面をそれぞれ有するピンおよびボックスから構成さ
れる鋼管用ねじ継手であって、 ピンおよびボックスの少なくとも一方の部材の接触表面
に、それぞれ潤滑性粉末を含有する2層以上の固体潤滑
皮膜層が形成されていることを特徴とする鋼管用ねじ継
手。1. A threaded joint for a steel pipe comprising a pin and a box each having a contact surface including a threaded portion and a threadless metal contact portion, wherein a contact surface of at least one of the pin and the box has a contact surface. A threaded joint for steel pipes, wherein two or more solid lubricating film layers containing a lubricating powder are formed.
体潤滑皮膜層の下層として、潤滑性粉末を含有しない固
体潤滑皮膜層が形成されている、請求項1記載の鋼管用
ねじ継手。2. The threaded joint according to claim 1, wherein a solid lubricating film layer containing no lubricating powder is formed as a lower layer of the two or more solid lubricating film layers containing the lubricating powder.
ボックスの一方の部材の接触表面だけに形成されてお
り、ピンとボックスの他方の部材の接触表面には、潤滑
性粉末を含有し、または含有しない、1層の固体潤滑皮
膜層が形成されている、請求項1または2記載の鋼管用
ねじ継手。3. The solid lubricating film layer of at least two layers is formed only on the contact surface between the pin and one member of the box, and the contact surface between the pin and the other member of the box contains a lubricating powder; The threaded joint for steel pipes according to claim 1 or 2, wherein a single solid lubricating film layer that does not contain is formed.
ボックスの一方の部材の接触表面に形成されており、ピ
ンとボックスの他方の部材の接触表面は、表面粗さRma
x が10μm以下である、請求項1〜3のいずれかに記載
の鋼管用ねじ継手。4. The solid lubricating film layer of at least two layers is formed on the contact surface of the pin and one member of the box, and the contact surface of the pin and the other member of the box has a surface roughness Rma.
The threaded joint for steel pipes according to any one of claims 1 to 3, wherein x is 10 µm or less.
または1層の固体潤滑皮膜層が、Rmax 5〜40μmの表
面粗さの下地表面の上に形成されている、請求項1〜4
のいずれかに記載の鋼管用ねじ継手。5. The solid lubricating film layer of at least two layers and / or
Or one solid lubricating film layer is formed on a base surface having a surface roughness of Rmax 5 to 40 [mu] m.
The threaded joint for steel pipe according to any one of the above.
れも樹脂および潤滑性粉末からなる内層と外層の2層の
固体潤滑皮膜層から構成され、この2層中の潤滑性粉末
/樹脂の質量比 (M) が下記の関係を満たす、請求項1
〜5のいずれかに記載の鋼管用ねじ継手。 1.0≦外層のM≦9.0 0.5≦内層のM≦4.5 内層のM<外層のM M:皮膜層中の潤滑性粉末/樹脂の質量比6. The two or more solid lubricating film layers are each composed of an inner layer and an outer layer of a solid lubricating film layer composed of a resin and a lubricating powder. The mass ratio (M) of the above satisfies the following relationship:
The threaded joint for steel pipe according to any one of claims 1 to 5. 1.0 ≦ M of outer layer ≦ 9.0 0.5 ≦ M of inner layer ≦ 4.5 M of inner layer <MM of outer layer M: Mass ratio of lubricating powder / resin in coating layer
および潤滑性粉末からなる内層と、無機高分子および潤
滑性粉末からなる外層の2層から構成される、請求項1
〜5のいずれかに記載の鋼管用ねじ継手。7. The solid lubricating film layer of at least two layers includes an inner layer composed of a resin and a lubricating powder and an outer layer composed of an inorganic polymer and a lubricating powder.
The threaded joint for steel pipe according to any one of claims 1 to 5.
れも樹脂および潤滑性粉末からなる内層と中間層と外層
の3層の固体潤滑皮膜層から構成され、この3層中の潤
滑性粉末/樹脂の質量比 (M) が下記の関係を満たす、
請求項1〜5のいずれかに記載の鋼管用ねじ継手。 1.0≦外層のM≦9.0 0.5≦中間層のM≦4.5 内層のM<中間層のM<外層のM M:皮膜層中の潤滑性粉末/樹脂の質量比8. The two or more solid lubricating film layers are each composed of an inner layer, an intermediate layer, and an outer layer composed of a resin and a lubricating powder, and three lubricating layers. The mass ratio of powder / resin (M) satisfies the following relationship:
The threaded joint for steel pipes according to claim 1. 1.0 ≦ M of the outer layer ≦ 9.0 0.5 ≦ M of the intermediate layer ≦ 4.5 M of the inner layer <M of the intermediate layer <M of the outer layer M: Mass ratio of lubricating powder / resin in the coating layer
れも樹脂および潤滑性粉末からなる内層および中間層
と、無機高分子および潤滑性粉末からなる外層の3層か
ら構成される、請求項1〜5のいずれかに記載の鋼管用
ねじ継手。9. The two or more solid lubricating film layers are each composed of three layers: an inner layer and an intermediate layer composed of a resin and a lubricating powder, and an outer layer composed of an inorganic polymer and a lubricating powder. Item 6. A threaded joint for a steel pipe according to any one of Items 1 to 5.
化タングステン、黒鉛、窒化硼素、およびポリテトラフ
ルオロエチレンから選ばれた1種または2種以上の材料
からなる、請求項1〜9のいずれかに記載の鋼管用ねじ
継手。10. The lubricating powder according to claim 1, wherein the lubricating powder comprises one or more materials selected from molybdenum disulfide, tungsten disulfide, graphite, boron nitride, and polytetrafluoroethylene. The threaded joint for steel pipes described in the above.
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JP (1) | JP3738703B2 (en) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1881089A1 (en) * | 2006-07-17 | 2008-01-23 | Momentive Performance Materials Inc. | Fasteners coated with boron nitride and means for securing fasteners |
JP2009517614A (en) * | 2005-11-30 | 2009-04-30 | テナリス・コネクシヨンズ・アクチエンゲゼルシヤフト | Screw connection with high and low friction coating |
JP2010511135A (en) * | 2006-12-01 | 2010-04-08 | テナリス・コネクシヨンズ・アクチエンゲゼルシヤフト | Nanocomposite coating for screwed connections |
JP2011513674A (en) * | 2008-03-13 | 2011-04-28 | エーヴァルト デルケン アーゲー | Method for adjusting the coefficient of friction of metal workpieces |
EP2780618A4 (en) * | 2011-11-18 | 2015-11-11 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp | Tubular threaded joint having improved high torque performance |
WO2015174292A1 (en) * | 2014-05-16 | 2015-11-19 | Nokクリューバー株式会社 | Slide member with coating film and method for forming coating film |
WO2017110686A1 (en) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 新日鐵住金株式会社 | Threaded joint for pipe and manufacturing method of threaded joint for pipe |
WO2017110685A1 (en) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 新日鐵住金株式会社 | Threaded joint for pipe, and manufacturing method of threaded joint for pipe |
WO2018003455A1 (en) | 2016-06-30 | 2018-01-04 | 新日鐵住金株式会社 | Screw joint for pipe and manufacturing method for screw joint for pipe |
WO2018074212A1 (en) * | 2016-10-18 | 2018-04-26 | 新日鐵住金株式会社 | Threaded joint for pipe and method for manufacturing threaded joint for pipe |
EP1844255B2 (en) † | 2005-01-13 | 2018-07-04 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Threaded joint for steel pipes |
-
2001
- 2001-05-01 JP JP2001134575A patent/JP3738703B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1844255B2 (en) † | 2005-01-13 | 2018-07-04 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Threaded joint for steel pipes |
JP2009517614A (en) * | 2005-11-30 | 2009-04-30 | テナリス・コネクシヨンズ・アクチエンゲゼルシヤフト | Screw connection with high and low friction coating |
EP1881089A1 (en) * | 2006-07-17 | 2008-01-23 | Momentive Performance Materials Inc. | Fasteners coated with boron nitride and means for securing fasteners |
JP2010511135A (en) * | 2006-12-01 | 2010-04-08 | テナリス・コネクシヨンズ・アクチエンゲゼルシヤフト | Nanocomposite coating for screwed connections |
JP2011513674A (en) * | 2008-03-13 | 2011-04-28 | エーヴァルト デルケン アーゲー | Method for adjusting the coefficient of friction of metal workpieces |
EP2780618A4 (en) * | 2011-11-18 | 2015-11-11 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp | Tubular threaded joint having improved high torque performance |
US9752710B2 (en) | 2011-11-18 | 2017-09-05 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Tubular threaded joint having improved high torque performance |
US20170211006A1 (en) * | 2014-05-16 | 2017-07-27 | Nok Klueber Co., Ltd. | Sliding member having coating film and method for forming coating film |
WO2015174292A1 (en) * | 2014-05-16 | 2015-11-19 | Nokクリューバー株式会社 | Slide member with coating film and method for forming coating film |
US10760027B2 (en) * | 2014-05-16 | 2020-09-01 | Nok Klueber Co., Ltd. | Sliding member having coating film and method for forming coating film |
JPWO2015174292A1 (en) * | 2014-05-16 | 2017-04-20 | Nokクリューバー株式会社 | Sliding member with coating film and method for forming coating film |
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WO2017110686A1 (en) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 新日鐵住金株式会社 | Threaded joint for pipe and manufacturing method of threaded joint for pipe |
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CN108474502A (en) * | 2015-12-25 | 2018-08-31 | 新日铁住金株式会社 | The manufacturing method of pipe screw joint and pipe screw joint |
AU2016374775B2 (en) * | 2015-12-25 | 2019-05-16 | Nippon Steel Corporation | Threaded connection for pipe or tube and method of producing the threaded connection for pipe or tube |
EA034055B1 (en) * | 2015-12-25 | 2019-12-23 | Ниппон Стил Корпорейшн | Threaded connection for pipe or tube and method for producing the threaded connection for pipe or tube |
EA034137B1 (en) * | 2015-12-25 | 2020-01-09 | Ниппон Стил Корпорейшн | Threaded connection for pipe or tube and method of producing the threaded connection for pipe or tube |
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WO2018003455A1 (en) | 2016-06-30 | 2018-01-04 | 新日鐵住金株式会社 | Screw joint for pipe and manufacturing method for screw joint for pipe |
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