本发明涉及一种管用螺纹接头以及管用螺纹接头的制造方法。
背景技术：
油井管被用于开采油田、天然气田。根据井的深度连接多根钢管来使用。钢管的连接是通过将在钢管的端部形成的管用螺纹接头彼此紧螺纹来进行的。钢管会由于检查等原因而被拉上来，松螺纹，检查后，再次紧螺纹，并再次使用。
管用螺纹接头具备公扣部和母扣部。公扣部在钢管的前端部的外周面具有包括外螺纹部和无螺纹金属接触部的接触表面。母扣部在钢管的前端部的内周面具有包括内螺纹部和无螺纹金属接触部的接触表面。公扣部和母扣部的螺纹部以及无螺纹金属接触表面在钢管的紧螺纹和松螺纹时会反复受到强烈的摩擦。若这些部位没有对摩擦的充分耐久性，则反复进行紧螺纹和松螺纹时会发生咬合(不可恢复的烧结)。因此，管用螺纹接头要求对摩擦的充分耐久性，即优异的耐烧结性。
以往，为了提高耐烧结性，使用被称作涂料的含有重金属的复合油脂。通过在管用螺纹接头的表面涂布复合油脂，能够改善管用螺纹接头的耐烧结性。但是，复合油脂中所含的pb、zn和cu等重金属可能会影响环境。因此，希望开发不使用复合油脂的管用螺纹接头。
日本特开2002-221288号公报(专利文献1)和国际公开第2009/072486号(专利文献2)提出了即使没有复合油脂耐烧结性也优异的管用螺纹接头。
专利文献1所记载的管用螺纹接头的公扣部或母扣部的接触表面上，在管用螺纹接头的公扣部或母扣部中的至少一者的螺纹部、无螺纹金属接触部上，通过冲击镀覆法形成多孔的zn或zn合金层，在其上形成固体润滑覆膜或不含重金属粉的液体润滑覆膜(例如，以高碱性磺酸盐等高碱性有机金属盐为主剂的覆膜)。专利文献1记载了：由此，具有高防腐蚀性，能够在不使用包含复合油脂等重金属粉的液体润滑剂的情况下抑制由于反复拧紧·松动时的生锈导致的烧结发生、气密性下降。
专利文献2所记载的管用螺纹接头的特征在于，母扣部的接触表面具有作为最上层的固体润滑覆膜，所述固体润滑覆膜具有塑性或粘塑性型流变行为；公扣部的接触表面具有作为最上层的以紫外线固化树脂为主成分的固体防蚀覆膜覆膜。专利文献1中记载了：由此，可以在不使用复合油脂的情况下，得到抑制锈的产生、显示优异的耐烧结性和气密性、且表面不发粘、外观、检查性优异的管用螺纹接头。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-221288号公报
专利文献2：国际公开第2009/072486号
技术实现要素：
发明要解决的问题
耐烧结性的评价通常在使待紧螺纹的钢管彼此的芯一致的状态下实施。但是，实际在对管用螺纹接头进行紧螺纹时，待紧螺纹的钢管彼此(或钢管和接箍)的芯有时会发生偏移。这称为未对准。发生未对准时，公扣部和母扣部的接触表面(螺纹部和无螺纹金属接触部)除受到强烈摩擦外，还受到强的剪切应力。该剪切应力明显大于不存在未对准的情况。由此，发生未对准时会更容易产生烧结。因此，管用螺纹接头要求即使在发生未对准的情况下也能抑制烧结的性能，即抗未对准性。
另一方面，上述无螺纹金属接触部包括金属密封部和台肩部。将管用螺纹接头紧螺纹时，公扣部和母扣部的台肩部彼此接触。此时产生的扭矩称为台肩扭矩。将管用螺纹接头紧螺纹时，达到台肩扭矩之后会进一步进行紧螺纹直至完成紧固。由此，管用螺纹接头的气密性提高。进一步进行紧螺纹时，构成公扣部和母扣部中的至少一者的金属开始发生塑性变形。此时产生的扭矩称为屈服扭矩。
紧固完成时的扭矩(紧固扭矩)被设定为使得无论螺纹干涉量大小如何都能获得足够的密封表面压力。如果台肩扭矩与屈服扭矩之差、即台肩上扭矩值足够大，则紧固扭矩的范围会有富余。其结果，紧固扭矩变得易于调整。因此，管用螺纹接头除了上述抗未对准性，还要求具有优异的扭矩特性。
另一方面，油井管在制造后会通过船舶等运输，直至使用为止会被保管一定时间。油井管的运输和保管有时会经过很长时间。进而，油井管的保管有时在室外进行。在室外长期保管的情况下，油井管用螺纹接头会生锈，有时油井管用螺纹接头的耐烧结性、气密性会降低。因此，油井管用螺纹接头除了上述耐烧结性以外，还要求不仅在气温-20℃～+50℃左右的低温/温暖/热带地区使用时具有优异的防腐蚀性，在气温有时为-60℃～-20℃的极寒地区使用时，也具有优异的防腐蚀性。
出于提高耐烧结性的目的，在接触表面(螺纹部和无螺纹金属部)会形成润滑覆膜。当如上述那样油井管被保管在室外时，会有油井管被反复暴露于高温和低温下的情况。当被反复暴露于高温和低温下时，有时润滑覆膜的密合性会降低。若润滑覆膜的密合性降低，则在实施紧螺纹时，润滑覆膜会剥离。若润滑覆膜剥离，则管用螺纹接头的抗未对准性降低，进而，台肩扭矩变高。因此，要求管用螺纹接头即使在反复经受温度变化的情况下固体润滑覆膜的密合性也高。
专利文献1公开的管用螺纹接头的zn或zn合金层为多孔质。因此，与固体润滑覆膜的密合性良好，具备充分的耐烧结性。但是，由于多孔质的原因，zn或zn合金层与母材之间会产生空隙。因此，产生的空隙部分的母材在长期过程中有被腐蚀的情况。
专利文献2所记载的管用螺纹接头在常温的使用环境下具有优异的固体润滑覆膜的密合性、润滑性能。因此，在常温环境下具备充分的耐烧结性。但是，管用螺纹接头的使用环境温度有高温或低温的情况。管用螺纹接头的母材与固体润滑覆膜的热膨胀率不同。因此，若管用螺纹接头的使用环境温度为高温，则固体润滑覆膜的密合性会降低。若管用螺纹接头的使用环境温度为高温，则固体润滑覆膜还会软化并且氧化。由此，固体润滑覆膜的密合性会进一步降低。另一方面，若管用螺纹接头的使用环境温度为极低温度，则固体润滑覆膜会硬质化并且脆化。由此，固体润滑覆膜的密合性降低。若固体润滑覆膜的密合性降低，则会发生固体润滑覆膜的剥离、部分破损，管用螺纹接头的耐烧结性降低。除此之外，管用螺纹接头有时在搬运时暴露于高温下，在使用时暴露于极低温度下。因此，要求管用螺纹接头即使被反复暴露于高温和极低温度下也具有与固体润滑覆膜的高密合性。
本发明的目的在于，提供具有优异的耐烧结性、扭矩特性以及防腐蚀性、即使反复暴露于高温和极低温度下也具有优异的与润滑覆膜的密合性的管用螺纹接头及其制造方法。
用于解决问题的方案
本实施方式的管用螺纹接头具备公扣部和母扣部。公扣部和母扣部分别具有包括螺纹部和无螺纹金属接触部的接触表面。管用螺纹接头具备第1镀层、第2镀层、以及润滑覆膜。第1镀层形成在公扣部和母扣部中的至少一者的接触表面上，由zn-ni合金制成。第2镀层形成在第1镀层上，其为由zn或zn合金制成的多孔质的镀层。润滑覆膜形成在第2镀层上。从接触表面侧起依次层叠由zn-ni合金制成的第1镀层、由zn或zn合金制成的第2镀层以及润滑覆膜。
本实施方式的管用螺纹接头的制造方法为具备公扣部和母扣部的管用螺纹接头的制造方法，所述公扣部和母扣部分别具有包括螺纹部和无螺纹金属接触部的接触表面。本实施方式的制造方法具备：电镀工序、冲击镀覆工序、润滑覆膜形成工序。在电镀工序中，在公扣部和母扣部中的至少一者的接触表面上实施电镀处理，从而形成由zn-ni合金制成的第1镀层。在冲击镀覆工序中，在形成第1镀层之后，实施冲击镀覆处理，从而形成由zn或zn合金制成的第2镀层。在润滑覆膜形成工序中，在第2镀层上形成润滑覆膜。
发明的效果
本实施方式的管用螺纹接头具有优异的耐烧结性、扭矩特性、以及防腐蚀性，即使反复暴露于高温和极低温度下也具有优异的与润滑覆膜的密合性。
附图说明
图1为发生未对准时的钢管的紧螺纹的示意图。
图2为示出管用螺纹接头的转数与扭矩之间的关系的图。
图3为示出本实施方式的管用螺纹接头的结构的图。
图4为本实施方式的管用螺纹接头的截面图。
图5为本实施方式的管用螺纹接头的接触表面的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本实施方式进行详细说明。图中相同或相应的部分标以相同的附图标记，不对其进行重复说明。
本发明人针对具有公扣部和母扣部的管用螺纹接头与耐烧结性、扭矩特性、防腐蚀性以及润滑覆膜的密合性的关系进行了各种研究。结果，本发明人得到以下见解。
作为耐烧结性的指标，有耐高温性和抗未对准性。以往的管用螺纹接头存在即使耐高温性充分抗未对准性也不足的情况。图1为用于说明未对准的示意图。参照图1，钢管100具备钢管主体(以下，简称为主体)101和接箍102。接箍102被紧螺纹固定在主体101的上端。钢管100在下端(主体101的下端)的外周面上具有公扣部103，在上端(接箍102的上端)的内周面上具有母扣部104。如图1所示，在上下配置的钢管100中，上方的钢管100的公扣部103插入下方的钢管100的母扣部，并被紧螺纹。由此，上下配置的钢管100彼此连接。
紧螺纹时，优选将上方的钢管100与下方的钢管100同轴配置进行紧螺纹。但是，实际上在紧螺纹时，有时上方的钢管100的中心轴与下方的钢管100的中心轴没有对齐，互相交叉。这称为未对准。如果在发生未对准的状态下实施紧螺纹，则与不存在未对准时相比更容易发生烧结。
为了提高管用螺纹接头的抗未对准性，在包括螺纹部和无螺纹金属接触部的接触表面形成具有高硬度和高熔点的镀层是有效的。如果镀层的硬度高，则在紧螺纹和松螺纹时接触表面上的镀层不容易受到损伤。进而，如果镀层的熔点高，则在紧螺纹和松螺纹时，即使局部变为高温，镀层也难以溶出。
因此，本实施方式的管用螺纹接头在接触表面上形成由zn-ni合金制成的第1镀层。第1镀层优选孔隙率低于5％。孔隙率低于5％的第1镀层可以通过电镀处理形成。因此，第1镀层为电镀层。
构成第1镀层的zn-ni合金的硬度和熔点高。因此，能够提高管用螺纹接头的抗未对准性。锌(zn)与以往镀层中使用的铜(cu)相比，硬度和熔点低。但是，作为zn合金的zn-ni合金具有充分的高硬度和高熔点。因此，第1镀层能够提高抗未对准性。
使用zn-ni合金时还可以提高管用螺纹接头的防腐蚀性。与铁(fe)、镍(ni)以及铬(cr)相比，锌(zn)是贱金属。因此，若在接触表面上形成含锌(zn)的第1镀层，则镀层先于钢材被腐蚀(牺牲防腐)。由此，管用螺纹接头的防腐蚀性提高。
另一方面，为了提高润滑性，通常会在管用螺纹接头的接触表面上形成润滑覆膜。润滑覆膜可以是固体润滑覆膜和液体润滑覆膜的任意者。润滑覆膜存在被反复暴露于高温和低温下导致密合性降低的情况。密合性降低的润滑覆膜在将管用螺纹接头紧螺纹和松螺纹时会发生剥离。特别是，在发生未对准的情况下实施紧螺纹时，润滑覆膜容易剥离。若润滑覆膜发生剥离，则管用螺纹接头的螺纹部分的润滑性会降低。
由于第1镀层为电镀层，因此具有平坦的表面。因此，在第1镀层上形成有固体润滑覆膜时，润滑覆膜的密合性容易降低。
于是，在第1镀层上形成由zn或zn合金制成的多孔质的第2镀层，在第2镀层上形成润滑覆膜。在这种情况下，润滑覆膜的密合性提高。第2镀层比第1镀层多孔质(多孔：porous)。优选的是，第2镀层的孔隙率为5～80％。比第1镀层多孔的第2镀层可以通过冲击镀覆处理形成。因此，第2镀层为冲击镀覆层。作为冲击镀覆层的第2镀层在表面具有凹凸。若润滑覆膜形成在具有凹凸的表面上，则通过所谓的锚固效果使得密合性提高。若润滑覆膜的密合性提高，则即使在反复暴露于高温和低温的情况下，也能够抑制润滑覆膜的剥离。若润滑覆膜的剥离被抑制，则在紧螺纹和松螺纹时能够维持高的润滑性。因此，管用螺纹接头的抗未对准性进一步提高。
若管用螺纹接头的高润滑性得以维持，则紧螺纹时的屈服扭矩会进一步上升。图2为示出管用螺纹接头的螺纹部分的转数与扭矩的关系的图。参照图2，将公扣部和母扣部紧螺纹时，公扣部和母扣部的台肩部彼此接触。此时产生的扭矩称为台肩扭矩。将管用螺纹接头的螺纹部分紧螺纹时，在达到台肩扭矩之后会进一步进行紧螺纹直至完成紧固。由此，管用螺纹接头的螺纹部分的气密性提高。进一步进行紧螺纹时，构成公扣部和母扣部中的至少一者的金属开始发生塑性变形。此时产生的扭矩称为屈服扭矩。
紧固完成时的扭矩(紧固扭矩)被设定为使得无论螺纹干涉量大小如何都能获得足够的密封表面压力。如果台肩扭矩与屈服扭矩之差、即台肩上扭矩值足够大，则紧固扭矩的范围会有富余。其结果，紧固扭矩变得易于调整。因此，优选屈服扭矩不会变得过低。若润滑覆膜的密合性充分高，则即使反复进行紧螺纹和松螺纹，也能维持高的屈服扭矩。换言之，在反复使用后，紧固扭矩的调节也是容易的，扭矩特性优异。
基于以上见解而完成的本实施方式的管用螺纹接头具有公扣部和母扣部。公扣部和母扣部分别具有包括螺纹部和无螺纹金属接触部的接触表面。管用螺纹接头具备：在公扣部和母扣部中的至少一者的接触表面上的由zn-ni合金制成的第1镀层、在第1镀层上的由zn或zn合金制成的多孔质的第2镀层、和在第2镀层上的润滑覆膜。它们从接触表面侧起以第1镀层、第2镀层以及润滑覆膜的顺序层叠。
本实施方式的管用螺纹接头在接触表面上具备第1镀层。构成第1镀层的zn-ni合金为高硬度且高熔点。因此，抗未对准性优异。并且，zn-ni合金具有牺牲防腐效果。因此，本实施方式的管用螺纹接头的防腐蚀性也优异。本实施方式的管用螺纹接头在第1镀层与润滑覆膜之间还具备由zn或zn合金制成的第2镀层。第2镀层比第1镀层多孔质。因此，与在第1镀层上直接形成润滑覆膜的情况相比，润滑覆膜对于管用螺纹接头的密合性变高。由于第2镀层为多孔质，因此显示出充分的台肩扭矩值，显示出优异的扭矩特性。
第2镀层是通过冲击镀覆处理形成的冲击镀覆层。冲击镀覆处理例如为镀覆金属颗粒的喷丸处理。在这种情况下，形成的第2镀层为多孔质，并且其表面具有凹凸。因此，通过锚固效果使得润滑覆膜的密合性提高。冲击镀覆处理也可以是除金属颗粒的喷丸处理之外的其他同样公知的方法。
第2镀层的孔隙率优选为5～80％，进一步优选为10～60％。
优选的是，第1镀层的厚度为1～20μm，第2镀层的厚度为2～30μm，润滑覆膜的厚度为5～50μm。
本实施方式的管用螺纹接头的制造方法为上述管用螺纹接头的制造方法。本制造方法包括电镀工序、冲击镀覆工序和润滑覆膜形成工序。在电镀工序中，实施电镀处理，从而在公扣部和所述母扣部中的至少一者的接触表面上形成由zn-ni合金制成的第1镀层。在冲击镀覆工序中，在形成第1镀层之后，实施冲击镀覆处理，从而形成由zn或zn合金制成的第2镀层。在润滑覆膜形成工序中，在第2镀层上形成润滑覆膜。
以下，对本实施方式的管用螺纹接头以及管用螺纹接头的制造方法进行详细描述。
[管用螺纹接头]
管用螺纹接头具备公扣部和母扣部。图3为具有本实施方式的管用螺纹接头50的部分截面的侧视图。参照图3，管用螺纹接头50具备钢管主体(以下，简称为主体)1和接箍2。在主体1的两端形成在外表面具有外螺纹部的公扣部3。在接箍2的两端形成在内表面具有内螺纹部的母扣部6。通过将公扣部3和母扣部6紧螺纹，在主体1的端部安装接箍2。另一方面，还有不使用接箍2，将主体1的一端设为公扣部3、将另一端设为母扣部6的整体形式的油井管用螺纹接头。本实施方式的管用螺纹接头可以用于接箍方式及整体形式这两种管用螺纹接头。
图4为本实施方式的管用螺纹接头50的公扣部和母扣部的截面图。参照图4，公扣部3具有接触表面。接触表面是将公扣部3和母扣部6紧螺纹时接触的部分。接触表面包括螺纹部(外螺纹)4和无螺纹金属接触部。无螺纹金属接触部形成在公扣部3的前端，包括金属密封部8和台肩部9。同样，母扣部6具有接触表面。接触表面包括螺纹部(内螺纹)5和无螺纹金属接触部(金属密封部10和台肩部11)。将公扣部3和母扣部6紧螺纹时，台肩部彼此(台肩部9和11)、金属密封部彼此(金属密封部8和10)以及螺纹部彼此(外螺纹部4和内螺纹部5)相互接触。
图5为本实施方式的管用螺纹接头50的接触表面的截面图。参照图5，管用螺纹接头50在公扣部3和母扣部6中的至少一者的接触表面上从接触表面侧起依次具备第1镀层21、第2镀层22以及润滑覆膜23。
[第1镀层21]
第1镀层21形成在公扣部3和母扣部6中的至少一者的接触表面上。第1镀层21为由zn-ni合金制成的电镀层。第1镀层21的硬度和熔点高。因此，管用螺纹接头50的抗未对准性提高。进而，由于第1镀层21所含的zn是贱金属，因此管用螺纹接头50的防腐蚀性提高。
构成第1镀层21的zn-ni合金含有zn和ni，余量由杂质组成。杂质例如为fe、s、o、c等。zn-ni合金的优选zn含量为85质量％，进一步优选为90质量％。zn-ni合金的ni含量优选为10～15质量％。第1镀层21中的zn含量高。因此，牺牲防腐效果高。
第1镀层21的zn和ni含量通过以下方法测定。zn和ni含量的测定例如使用手持式x射线荧光分析装置(olympus制dp2000(商品名deltapremium))进行。对实施了zn-ni合金镀覆的金属密封部表面的任意4处(管圆周方向的任意0°、90°、180°、270°处)进行组成分析。通过合金的测定模式求出zn和ni的测定含量。
第1镀层21的优选厚度为1～20μm。若第1镀层21的厚度为1μm以上，则能够进一步稳定地提高管用螺纹接头50的抗未对准性和防腐蚀性。若第1镀层21的厚度为20μm以下，则第1镀层21的密合性更加稳定。因此，第1镀层21的优选厚度为1～20μm。
第1镀层21的厚度通过以下方法测定。使依据iso(internationalorganizationforstandardization)21968(2005)的相位敏感电涡流式膜厚测定器的探针与形成有第1镀层21的接触表面接触。测定探针输入侧的高频磁场与由此激发的第1镀层21上的过电流之间的相位差。将该相位差转换为第1镀层21的厚度。在测定螺纹接头处的膜厚度时，对金属密封部的任意4处(管圆周方向的任意0°、90°、180°、270°处)进行测定。
第1镀层21的孔隙率优选低于5％。通过电镀处理形成镀层时，镀层的孔隙率变为低于5％。电镀层中的孔隙率包括如针孔那样的空间部、构成镀层的微粒间的空隙部以及微粒的集合体内的开口部。
第1镀层21的孔隙率可以通过公知的方法测定。
[第2镀层22]
第2镀层22形成在第1镀层21上。第2镀层22由zn或zn合金制成。即，第2镀层22含有zn或zn合金，余量由杂质组成。杂质例如为fe、s、o、c等。zn合金是指zn含量为50％以上的合金。zn合金例如为zn-fe合金。第2镀层22可以是由纯zn和杂质组成的镀层，也可以是由zn合金和杂质组成的镀层。zn合金中的zn含量可以与第1镀层21中的zn含量同样地测定。
第2镀层22比第1镀层多孔(多孔质)，表面具有凹凸。由于润滑覆膜23会进入到该凹凸中固化，因此通过所谓的锚固效果使得润滑覆膜23的密合性提高，润滑覆膜的耐久性提高。因此，即使在反复实施管用螺纹接头50的紧螺纹和松螺纹的情况下，也会抑制润滑覆膜23的剥离。进而，即使在反复进行管用螺纹接头50的紧螺纹和松螺纹、润滑覆膜23被磨损的情况下，在第2镀层22之内(孔)也会残留润滑覆膜23的一部分或者磨损粉末。因此，管用螺纹接头50会保持高润滑性。
第2镀层22是通过冲击镀覆处理形成的冲击镀覆层。与电镀层相比，冲击镀覆层是多孔质的。通过冲击镀覆处理形成的第2镀层22的孔隙率例如为5～80％。第2镀层22的孔隙率可以与第1镀层21的孔隙率同样地测定。
第2镀层22的优选厚度为2～30μm。若第2镀层22的厚度为2μm以上，则能够进一步稳定地获得润滑覆膜23的密合性和合适的台肩上扭矩值。另一方面，第2镀层22的厚度超过30μm时，上述效果饱和。因此，第2镀层22的优选厚度为2～30μm。第2镀层22的厚度可以与上述第1镀层21的厚度同样地测定。
[润滑覆膜23]
润滑覆膜23形成在第2镀层22上。通过润滑覆膜23，管用螺纹接头50的润滑性提高。润滑覆膜23可以是固体润滑覆膜，也可以是液体润滑覆膜。润滑覆膜23优选为固体润滑覆膜。润滑覆膜23可以使用公知的物质。润滑覆膜23例如含有润滑性颗粒和结合剂。润滑覆膜23还可根据需要含有溶剂和其他成分。
润滑性颗粒会降低润滑覆膜23的表面的摩擦系数。对于润滑性颗粒没有特别限制，只要是具有润滑性的颗粒即可。润滑性颗粒也可以为例如石墨、mos2(二硫化钼)、ws2(二硫化钨)、bn(氮化硼)、ptfe(聚四氟乙烯)、cfx(氟化石墨)、caco3(碳酸钙)或它们的组合。优选使用石墨、氟化石墨、mos2以及ptfe。润滑覆膜23设为100质量％时，润滑性颗粒的优选含量为5～40质量％。
结合剂将润滑性颗粒结合到润滑覆膜23中。结合剂可以使用有机类树脂、无机类树脂或它们的混合物。使用有机类树脂时，可以使用热固性树脂或热塑性树脂。热固性树脂例如为环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚碳二亚胺树脂、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、尿素树脂、丙烯酸类树脂。热塑性树脂例如为聚酰胺酰亚胺树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚苯乙烯树脂以及乙烯醋酸乙烯酯树脂。
使用无机类树脂作为结合剂时，可以使用多金属氧烷。多金属氧烷是指以重复的金属-氧键为主链骨架的高分子化合物。优选使用聚钛氧烷(ti-o)和聚硅氧烷(si-o)。这些无机类树脂可以通过金属醇盐的水解和缩合获得。金属醇盐的烷氧基例如为甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、异丁氧基、丁氧基以及叔丁氧基等低级烷氧基。将润滑覆膜23设为100质量％时，结合剂的优选含量为60～95质量％。
需要将润滑性颗粒和结合剂溶解或分散时会使用溶剂。对于溶剂没有特别限制，只要能将润滑覆膜23中所含的成分分散或溶解即可。溶剂可以使用有机溶剂或水。有机溶剂例如为甲苯和异丙醇。
润滑覆膜23可以根据需要含有其他成分。其他成分例如为防锈剂、腐蚀抑制剂、表面活性剂、蜡、摩擦调整剂以及颜料等。润滑性颗粒、结合剂、溶剂以及其他成分各自的含量可以适当设定。
润滑覆膜23通过在公扣部3和母扣部6中的至少一者的接触表面上涂布上述组合物并固化而形成。
参照图3，在出库时公扣部3和母扣部6紧固的管用螺纹接头50中，可以仅在公扣部3和母扣部6中的一者的接触表面上形成润滑覆膜23，然后进行紧固。在这种情况下，短尺寸的接箍2比具有长尺寸的主体1容易进行组合物的涂布操作。因此，优选在接箍2的母扣部6的接触表面上形成润滑覆膜23。管用螺纹接头50中，在出库时公扣部3和母扣部6不紧固的管端部，可以在公扣部3和母扣部6这两者的接触表面上形成润滑覆膜23，从而在赋予润滑性的同时赋予防腐蚀性。另外，也可以仅在公扣部3和母扣部6中的一者的接触表面上形成润滑覆膜23，在另一者的接触表面上形成后述的固体防蚀覆膜覆膜。任何情况下均能够对螺纹赋予耐烧结性、气密性及防腐蚀性。
润滑覆膜23优选覆盖公扣部3和母扣部6中的至少一者的整个接触表面。润滑覆膜23也可以仅覆盖接触表面的一部分(例如仅密封部8和10)。
润滑覆膜23可以是单层，也可以是多层。多层是指润滑覆膜23从接触表面侧起层叠2层以上的状态。通过反复进行组合物的涂布和固化，可以形成2层以上的润滑覆膜23。润滑覆膜23可以在接触表面上直接形成，也可以在后述基底处理之后形成。
润滑覆膜23的优选厚度为5～50μm。若润滑覆膜23的厚度为5μm以上，则能够稳定地获得高润滑性。另一方面，若润滑覆膜23的厚度为50μm以下，则润滑覆膜23的密合性稳定。进而，若润滑覆膜23的厚度为50μm以下，则由于滑动面的螺纹公差(间隙)变宽，从而滑动时的表面压力变低。因此，可以抑制紧固扭矩变得过高。因此，润滑覆膜23的优选厚度为5～50μm。
润滑覆膜23的厚度通过以下方法测定。在与将润滑覆膜23涂布于管用螺纹接头时相同的条件下，在平板上涂布润滑覆膜。在管用螺纹接头和平板的涂布条件中，使涂布对象物与喷嘴前端的距离、喷射压力、组合物的粘度及涂布对象物的旋转速度等条件一致。为了使组合物的粘度一致，使罐、配管和喷嘴喷出口的温度与管用螺纹接头和平板一致。由涂布组合物前的平板的重量与涂布组合物后的平板的重量的差，算出每单位时间的组合物的涂布量。在平板上使组合物固化，形成润滑覆膜23。使用膜厚计测定润滑覆膜23的膜厚。由涂布组合物前的平板的重量与形成润滑覆膜23之后的平板的重量的差算出润滑覆膜23的重量。由润滑覆膜23的膜厚和重量算出润滑覆膜23的密度。接下来，由螺纹形状和大小(内径和壁厚等)算出管用螺纹接头的涂布对象面积。涂布对象面积相当于将带有凹凸的螺纹形成面平面展开时的面积。由对管用螺纹接头的组合物的涂布时间、涂布对象面积和润滑覆膜23的密度算出相对于管用螺纹接头的润滑覆膜23的平均膜厚。
[固体防蚀覆膜]
对于上述管用螺纹接头50，可以在公扣部3和母扣部6中的一者的接触表面具备润滑覆膜23，在公扣部3和母扣部6的另一者的接触表面具备固体防蚀覆膜。如上所述，管用螺纹接头50有时会直到实际使用为止被长时间保管。在这种情况下，若形成有固体防蚀覆膜，则公扣部3或母扣部6的防腐蚀性提高。
固体防蚀覆膜例如为由铬酸盐形成的铬酸盐覆膜。铬酸盐覆膜通过公知的三价铬酸盐处理形成。
固体防蚀覆膜不限于铬酸盐覆膜。其他固体防蚀覆膜例如含有紫外线固化树脂。在这种情况下，固体防蚀覆膜具有不会因在安装保护装置时施加的力而被破坏的强度。进而，在运输时、保管期间，即使暴露于因露点而凝结的水中，固体防蚀覆膜也不会溶解。进而，即使在超过40℃的高温下，固体防蚀覆膜也不容易软化。紫外线固化树脂为公知的树脂组合物。对于紫外线固化树脂，只要是含有单体、低聚物和光聚合引发剂并通过照射紫外线引发光聚合反应从而形成固化覆膜的紫外线固化树脂，就没有特别限制。
可以在管用螺纹接头50的另一接触表面上形成镀层，在该镀层上形成上述固体防蚀覆膜，也可以在另一接触表面上直接形成固体防蚀覆膜。
[管用螺纹接头50的母材]
对于管用螺纹接头50的母材的组成没有特别限制。管用螺纹接头50的母材例如为碳钢、不锈钢和合金钢等。合金钢中，含有cr、ni和mo等合金元素的双相不锈钢以及ni合金等的高合金钢的防腐蚀性高。因此，若将这些高合金钢用于管用螺纹接头50的母材，则能够在含有硫化氢、二氧化碳等的腐蚀环境中获得优异的防腐蚀性。
[制造方法]
以下，对本实施方式的管用螺纹接头50的制造方法进行说明。
本实施方式的管用螺纹接头50的制造方法包括电镀工序、冲击镀覆工序和润滑覆膜形成工序。
[电镀工序]
在电镀工序中，实施电镀处理，从而在公扣部3和母扣部6中的至少一者的接触表面上形成第1镀层21。电镀处理通过公知的方法实施。例如，将公扣部3和母扣部6中的至少一者的接触表面浸渍在含有锌离子和镍离子的镀浴中并通电，由此进行。镀浴可以使用市售的镀浴。镀浴优选含有锌离子：1～100g/l和镍离子：1～50g/l。电镀处理的处理条件可以适当设定。电镀处理条件例如为镀浴ph：1～10，镀浴温度：10～60℃，电流密度：1～100a/dm2以及处理时间：0.1～30分钟。如上所述，第1镀层21的优选厚度为1～20μm。
[冲击镀覆工序]
在冲击镀覆工序中，实施干式冲击镀覆处理，从而在第1镀层21上形成作为冲击镀覆层的第2镀层22。干式冲击镀覆法例如为使用喷丸装置使颗粒与被镀覆物碰撞的喷射镀覆法。在本实施方式中仅对接触表面实施镀覆即可。因此，能够进行局部镀覆的局部的喷射镀覆法是合适的。
喷射镀覆法等干式冲击镀覆法中使用的颗粒至少是在表面具有zn或zn合金的金属颗粒。也可以是整体由zn或zn合金制成的金属颗粒。优选的喷射材料由在专利文献1中使用的、以fe或fe合金为核(芯)且在其表面隔着fe-zn合金层覆盖有zn或zn合金层的颗粒形成。颗粒例如可以使用同和铁粉工业株式会社制造的商品名ziron。颗粒的优选粒径为0.2～1.5mm。
将在该fe或fe合金的核的表面覆盖有zn或zn合金的金属颗粒喷射到管用螺纹接头50时，仅作为颗粒的覆盖层的zn或zn合金附着在钢管上。由此，在第1镀层21上形成由zn或zn合金制成的作为冲击镀覆层的第2镀层22。冲击镀覆层是孔隙率为5～80％的多孔质。因此，若在第2镀层22上形成润滑覆膜23和固体防蚀覆膜，则通过所谓的“锚固效果”，使得润滑覆膜23和固体防蚀覆膜的密合性进一步提高。如上所述，第2镀层22的优选厚度为2～30μm。
[润滑覆膜形成工序]
在冲击镀覆工序之后实施润滑覆膜形成工序。在润滑覆膜形成工序中，首先，准备润滑覆膜用组合物(以下，也称为组合物。)。组合物通过混合上述润滑性颗粒和结合剂而形成。组合物中还可以含有上述溶剂及其他成分。
将获得的组合物涂布于第2镀层22上。对于涂布方法没有特别限制。例如，将使用了溶剂的组合物用喷枪喷雾于第2镀层22上。在这种情况下，组合物被均匀地涂布于第2镀层22上。将涂布有组合物的公扣部3或母扣部6干燥或者加热干燥。加热干燥例如可以使用市售的热风干燥装置等来实施。由此，组合物固化，在第2镀层22上形成固体的润滑覆膜23。对于加热干燥的条件，可以考虑组合物中所含的各成分的沸点和熔点等进行适当设定。
在使用未使用溶剂的组合物形成润滑覆膜23的情况下，例如可以使用热熔法。热熔法将组合物加热至流动状态。例如使用具有保温功能的喷枪将变为流动状态的组合物喷雾。由此，将组合物均匀地涂布于第2镀层22上。对于组合物的加热温度，可以考虑上述结合剂和其他成分的熔点及软化温度来适当设定。将涂布有组合物的公扣部3或母扣部6通过空气冷却等冷却。由此，组合物固化，在第2镀层22上形成润滑覆膜23。
[固体防蚀覆膜的形成(三价铬酸盐处理)]
如上所述，对公扣部3和母扣部6中的一者的接触表面实施电镀工序、冲击镀覆工序和润滑覆膜形成工序，形成第1镀层21、第2镀层22和润滑覆膜23。
另一方面，对公扣部3和母扣部6中的另一者的接触表面，可以形成第1镀层21、第2镀层22和润滑覆膜23，也可以形成镀层和/或固体防蚀覆膜。以下，对在另一者的接触表面上形成由第1镀层21和铬酸盐覆膜构成的固体防蚀覆膜的情况进行说明。
在这种情况下，实施上述电镀工序，从而形成第1镀层21。在电镀工序之后，实施三价铬酸盐处理从而形成固体防蚀覆膜。三价铬酸盐处理是指形成三价铬的铬酸盐的覆膜(铬酸盐覆膜)的处理。通过三价铬酸盐处理形成的铬酸盐覆膜会抑制zn合金镀层表面的白锈。由此，产品外观提高(其中，zn合金镀层的白锈不是管用螺纹接头50的锈。因此，不影响管用螺纹接头50的耐烧结性和防腐蚀性。)。三价铬酸盐处理可以通过公知的方法来实施。例如，将公扣部3和母扣部6中的至少一者的接触表面浸渍于铬酸盐处理液中或者将铬酸盐处理液喷涂至接触表面。然后，对接触表面进行水洗。也可以将接触表面浸渍于铬酸盐处理液中，通电后进行水洗。还可以在接触表面上涂布铬酸盐处理液，并加热干燥。三价铬酸盐的处理条件可以适当设定。
[预处理工序]
上述制造工序可以根据需要在电镀工序之前具备预处理工序。预处理工序例如为酸洗和碱脱脂。在预处理工序中清洗附着在接触表面上的油分等。预处理工序可以进一步具备机械精磨等磨削加工。
通过以上的制造工序制造本实施方式的管用螺纹接头50。
实施例
以下，对实施例进行说明。但是，本发明不受实施例限制。实施例中，将公扣部的接触表面称为公扣部表面，将母扣部的接触表面称为母扣部表面。另外，实施例中的％只要没有特别说明就为质量％。
本实施例中使用了新日铁住金株式会社制造的被称为vam21(注册商标)的、切削形成有螺纹的钢管。vam21(注册商标)是外径：24.448cm(9-5/8英寸)、壁厚：1.199cm(0.472英寸)的钢管。钢管为碳钢，其化学组成含有c：0.21％、si：0.25％、mn：1.1％、p：0.02％、s：0.01％、cu：0.04％、ni：0.06％、cr：0.17％、mo：0.04％，余量为fe和杂质。
对使用了各试验编号的钢管的公扣部表面和母扣部表面实施机械精磨(表面粗糙度3μm)。然后，形成表1所示的镀层(第1镀层和第2镀层)或覆膜(固体防蚀覆膜、润滑覆膜)，从而准备各试验编号的公扣部和母扣部。
[表1]
表1
各镀层或覆膜的形成方法如下。需要说明的是，各试验编号中，用公知的方法测定孔隙率。电镀层的孔隙率低于5％，干式冲击镀覆层的孔隙率为5～80％。磷酸锰覆膜的孔隙率低于30％。
[试验编号1]
试验编号1中，对公扣部表面通过电镀实施大和化成株式会社制zn-ni电镀，从而形成厚度8μm的第1镀层。对于电镀条件，镀浴ph：6.5、镀浴温度：25℃、电流密度：2a/dm2、以及处理时间：18分钟。第1镀层的组成为zn：85％和ni：15％。进而，在获得的第1镀层上实施三价铬酸盐处理。作为三价铬酸盐处理液，使用大和化成株式会社制造的商品名为dynechromatetr-02的处理液。三价铬酸盐处理条件为浴ph：4.0、浴温度：25℃、以及处理时间：50秒。
对于母扣部表面，在与公扣部表面相同的条件下形成第1镀层。之后，通过干式冲击镀覆处理(喷射镀覆法)形成第2镀层。干式冲击镀覆处理中使用覆膜为zn-fe合金的金属颗粒。获得的第2镀层的平均膜厚为10μm。在形成有第1镀层和第2镀层的母扣部表面涂布固体润滑覆膜形成用组合物。固体润滑覆膜形成用组合物含有石墨5质量％、ptfe4质量％和pfpe10质量％。将固体润滑覆膜形成用组合物加热至130℃，进行喷涂并冷却，形成平均膜厚30μm的固体润滑覆膜。
[试验编号2]
试验编号2中，对公扣部表面实施与试验编号1相同的处理。获得的第1镀层的膜厚和化学组成与试验编号1相同。推定三价铬酸盐的覆膜厚度也相同。对于母扣部表面，与试验编号1同样地形成第1镀层和第2镀层之后，涂布固体润滑覆膜形成用组合物、商品名xylan1425。商品名xylan1425含有环氧系树脂22质量％、ptfe颗粒9质量％、溶剂总量18质量％、颜料、水40质量％。将固体润滑覆膜形成用组合物喷涂至母扣部表面之后，进行加热干燥(90℃下5分钟)以及固化处理(210℃下20分钟)，从而形成固体润滑覆膜。获得的固体润滑覆膜的平均膜厚为30μm。
[试验编号3]
试验编号3中，对于公扣部表面和母扣部表面，与试验编号1的母扣部表面一样，形成第1镀层和第2镀层。获得的第1镀层和第2镀层的膜厚及化学组成与试验编号1相同。然后，对公扣部表面涂布下述的固体润滑覆膜形成用组合物。固体润滑覆膜形成用组合物为株式会社川邑研究所制造的商品名defriccoat405，在无机高分子粘结剂中含有二硫化钼和石墨。将固体润滑覆膜形成用组合物喷涂至母扣部表面后，在大气中放置3小时。之后，吹送加湿的150℃的热风10分钟。获得的固体润滑覆膜的平均膜厚为20μm。对于母扣部表面，形成与试验编号2的母扣部表面相同的固体润滑覆膜。获得的固体润滑覆膜的厚度和化学组成与试验编号2的母扣部表面相同。
[试验编号4]
试验编号4中，对于公扣部表面，与试验编号1的公扣部表面同样地形成第1镀层和三价铬酸盐覆膜。形成的各镀层和覆膜的厚度与试验编号1相同。对于母扣部表面，形成与试验编号1的母扣部表面相同的第2镀层。获得的第2镀层的平均膜厚为10μm。在获得的第2镀层上形成与试验编号2的母扣部表面相同的固体润滑覆膜。获得的固体润滑覆膜的厚度和化学组成与试验编号2的母扣部表面相同。
[试验编号5]
试验编号5中，对于公扣部表面，与试验编号1的公扣部表面同样地形成第1镀层和三价铬酸盐覆膜。形成的各镀层和覆膜的厚度与试验编号1相同。对于母扣部表面，与试验编号1的公扣部表面同样地形成第1镀层。形成的第1镀层的厚度与试验编号1相同。在获得的第1镀层上形成与试验编号2的母扣部表面相同的固体润滑覆膜。获得的固体润滑覆膜的厚度和化学组成与试验编号2的母扣部表面相同。
[试验编号6]
试验编号6中，对于公扣部表面，与试验编号1的公扣部表面同样地形成第1镀层和三价铬酸盐覆膜。形成的各镀层和覆膜的厚度与试验编号1相同。对于母扣部表面，与试验编号1的公扣部表面同样地形成第1镀层。形成的第1镀层的厚度与试验编号1相同。将形成有第1镀层的母扣部表面在80～95℃的磷酸锰化学转化处理液中浸渍10分钟，形成厚度12μm的磷酸锰覆膜(表面粗糙度10μm)。在形成有磷酸锰覆膜的母扣部表面上形成与试验编号2的母扣部表面相同的固体润滑覆膜。获得的固体润滑覆膜的厚度和化学组成与试验编号2的母扣部表面相同。
[紧固性评价试验]
作为紧固性评价试验，评价了耐烧结性和扭矩特性。对于耐烧结性，评价了耐高温性和抗未对准性。
[耐烧结性：耐高温性]
为了研究高温油井中对第1镀层上的层的影响，使用试验编号2和试验编号6的公扣部和母扣部，反复进行了紧固试验。具体而言，在将公扣部和母扣部第一次紧固时的紧固状态下直接将母扣部周围用带式加热器在200℃下加热6小时。之后将其松开，反复进行紧螺纹和松螺纹。拧紧速度起始为10rpm，台肩接触以后为2rpm。拧紧扭矩为42.8kn·m。管用螺纹接头的紧螺纹和松螺纹在常温(20℃)下进行。每进行1次紧螺纹和松螺纹，通过目视确认紧固时由扭矩变化导致的烧结的发生状况。发生不可恢复的烧结时，结束试验。将结果示于表2。
[表2]
[评价结果]
参照表2，试验编号2在反复进行10次紧螺纹和松螺纹时未发生烧结。另一方面，试验编号6中，基底处理层2的磷酸锰层高温劣化。认为这是由于结晶水的脱离和脆化导致的。其结果，虽然至第2次为止无烧结地完成了紧固，但是在第3次发生了不可恢复的烧结，因此结束了试验。
[耐烧结性：抗未对准性]
使用试验编号1～试验编号6的公扣部和母扣部，反复进行伴有未对准的紧螺纹和松螺纹来评价抗未对准性。未对准的交叉角θ为5°。紧螺纹和松螺纹最多重复了10次。紧螺纹和松螺纹的拧紧速度为10rpm，拧紧扭矩为42.8kn·m。每进行1次紧螺纹和松螺纹，通过目视观察公扣部表面和母扣部表面。通过目视观察来确认烧结的发生状況。在烧结轻微且可恢复的情况下，修复烧结痕并继续进行试验。测定未发生不可修复的烧结地完成紧螺纹和松螺纹的次数。将结果示于表2。
[评价结果]
参照表2，试验编号1～试验编号3以及试验编号6的公扣部和母扣部未发生由未对准导致的烧结。认为这是由于通过在第1镀层上形成的层提高了与固体润滑覆膜层的密合性。另一方面，试验编号4和试验编号5中紧固次数大幅降低。
[扭矩特性]
使用试验编号1～试验编号6的公扣部和母扣部进行扭矩特性试验。具体而言，按照如下方式对台肩上扭矩值(屈服扭矩与台肩扭矩之差)进行了测定。准备试验编号1～试验编号6的公扣部和母扣部，使用weatherford公司制造的动力钳进行紧固。紧固后进一步施加扭矩进行拧紧，由此制作如图2所示的扭矩图表。在扭矩图表上测定台肩上扭矩值。台肩扭矩是当台肩部接触，扭矩变化开始偏离第1线性区域(弹性变形区域)时的扭矩值。另一方面，屈服扭矩是塑性变形开始时的扭矩值。具体而言，是开始偏离到达台肩扭矩后出现的第2线性区域时的扭矩值。这里，使用试验编号1～6的基底处理层1和2以及固体防蚀覆膜层准备了将固体润滑覆膜层替换为依据api标准的油脂并进行处理后的公扣部和母扣部。将这种情况下的台肩上扭矩值设为100，确定试验编号1～试验编号6的值。将结果示于表2。
[评价结果]
参照表2，试验编号1～试验编号3中，由于形成了属于冲击镀覆层的第2镀层，台肩上扭矩值超过100，显示出优异的扭矩特性。另一方面，试验编号4和试验编号5中，台肩上扭矩值不足100，扭矩特性低。试验编号6中，由于第1镀层上的层为磷酸锰层，因此台肩上扭矩值不足100，扭矩特性低。
[防腐蚀性评价试验：盐水喷雾试验]
用与试验编号1～试验编号6相同组成的碳钢准备试验片。试验片的大小为70mm×150mm，厚度为1mm。对试验片实施与试验编号1～试验编号6相同的表面处理，实施盐水喷雾试验。盐水喷雾试验基于jisz2371：2000所记载的方法实施。通过目视观察测量各试验编号的试验片表面产生红锈的时间。将结果示于表2。
[评价结果]
试验编号1～试验编号3、试验编号5以及试验编号6由于形成了电镀层作为第1镀层，因此未生锈。另一方面，试验编号4中，由于在接触表面上仅直接形成了属于多孔质的冲击镀覆层的第2镀层，因此未能得到充分的防腐蚀效果，500小时在整个表面生锈。
[耐候性试验：覆膜耐久性试验(润滑覆膜的密合性)]
准备试验编号1～试验编号6的母扣部。母扣部分别切断为距管的端部1m。按照如表3所述的试验气候条件(湿度为相对湿度)和顺序，模拟从极寒到高温的所有天气进行耐候性试验。通过目视观察母扣部表面，检查固体润滑覆膜的外观(有无剥离和锈)。
[表3]
表3
[评价结果]
试验编号1～试验编号3以及试验编号6中，由于形成了第1镀层和第2镀层这两者，因此无覆膜剥离，也未生锈。另一方面，试验编号4中，由于在表面仅形成了属于冲击镀覆层的第2镀层，因此与母材的密合性低，覆膜剥离。进而，未能得到充分的防腐蚀效果，500小时在整个表面生锈。试验编号5中，由于仅形成属于电镀层的第1镀层，因此润滑覆膜的密合性低，覆膜剥离。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但上述实施方式仅是实施本发明的示例。因此，本发明不限于上述实施方式，可以在不违反其要旨的范围内对上述实施方式进行适当改变并实施。
附图标记说明
3公扣部
4、5螺纹部
6母扣部
8、10金属密封部
9、11台肩部
21第1镀层
22第2镀层
23润滑覆膜
50管用螺纹接头