具有改進(jìn)的高扭矩組裝特性的管狀螺紋接頭的制作方法
【專利摘要】在由均具有接觸面的銷(1)和箱(2)組成的管狀螺紋接頭中，接觸面包括螺紋部和無螺紋金屬接觸部，無螺紋金屬接觸部包括密封部和肩部，具有相對(duì)高的努氏硬度的固體潤滑覆膜(10)形成在銷和箱中的至少一方的接觸面的包括肩部的部分(諸如包括肩部和密封部的無螺紋金屬接觸部)，而具有相對(duì)低的努氏硬度的固體潤滑覆膜(11)至少形成在接觸面的剩余部分(諸如螺紋部)。管狀螺紋接頭具有優(yōu)異的耐磨損性、氣密性和防銹特性，且由于該管狀螺紋接頭具有大的△T，因此即使在以高扭矩組裝該管狀螺紋接頭的情況下肩部也不容易產(chǎn)生屈服，由此可以以穩(wěn)定的方式進(jìn)行組裝。
【專利說明】具有改進(jìn)的高扭矩組裝特性的管狀螺紋接頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在連接鋼管、特別是在連接石油工業(yè)管狀物時(shí)使用的管狀螺紋接 頭。根據(jù)本發(fā)明的管狀螺紋接頭可以可靠地具有優(yōu)異的耐磨損性，而不用涂布以前在組裝 石油工業(yè)管狀物時(shí)涂布到螺紋接頭的諸如合成油脂等的潤滑油脂。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的管 狀螺紋接頭能夠避免合成油脂對(duì)全球環(huán)境和人類的有害影響。另外，即使當(dāng)以高扭矩組裝 接頭的情況下接頭也不容易屈服（yielding),使得能夠在具有足夠余量（margin)的情況 下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的金屬與金屬的密封。

【背景技術(shù)】
[0002] 利用管狀螺紋接頭使得用于挖掘原油或柴油的油井的諸如管道和套管等的石油 工業(yè)管狀物被典型地彼此連接。過去，油井的深度為至多2000米-3000米，但是諸如在近 海油田等的近來的深井中有時(shí)達(dá)到8000米-10000米。石油工業(yè)管狀物的長度典型地在10 幾米，并且供諸如原油等流體流經(jīng)的管道的周圍由多個(gè)套管包圍。因此，由螺紋接頭連接的 石油工業(yè)管狀物的數(shù)量達(dá)到了巨大的數(shù)量。
[0003] 用于石油工業(yè)管狀物的管狀螺紋接頭在它們使用的環(huán)境中承受由石油工業(yè)管狀 物和接頭本身的質(zhì)量產(chǎn)生的呈現(xiàn)軸向張力形式的負(fù)荷、承受諸如內(nèi)壓和外壓等的復(fù)合壓力 且承受地?zé)?。因此，必須使螺紋接頭即使在這種嚴(yán)酷的環(huán)境中也維持氣密性而不會(huì)受到損 壞。
[0004] 用于連接石油工業(yè)管狀物的典型的管狀螺紋接頭（還被稱為專用螺紋接頭）具有 銷-箱結(jié)構(gòu)。作為具有公螺紋的接頭部件的銷典型地形成在石油工業(yè)管狀物的兩端，作為 具有與公螺紋進(jìn)行螺紋接合的母螺紋的、配合接頭部件的箱典型地形成在作為單獨(dú)構(gòu)件的 聯(lián)接件的兩側(cè)的內(nèi)表面。如圖1所示，密封部在比公螺紋更靠近銷的端部側(cè)設(shè)置在端面附 近的外周面上，并且密封部設(shè)置在箱的母螺紋的基部的內(nèi)周面上，而肩部（也稱為扭矩肩 部）設(shè)置在銷的端部的端面上且在箱的對(duì)應(yīng)的最遠(yuǎn)部上。銷和箱的密封部和肩部構(gòu)成管狀 螺紋接頭的無螺紋金屬接觸部，而銷和箱的無螺紋金屬接觸部和螺紋部構(gòu)成管狀螺紋接頭 的接觸面。以下列出的專利文獻(xiàn)1示出了這種專用螺紋接頭的示例。
[0005] 當(dāng)對(duì)這種管狀螺紋接頭進(jìn)行組裝時(shí)，將石油工業(yè)管狀物（銷）的一端插入聯(lián)接件 (箱）中，使公螺紋和母螺紋擰緊直到銷和箱的肩部彼此接觸且以適當(dāng)?shù)呐ぞ馗缮?。結(jié)果， 銷和箱的密封部彼此緊密地接觸并形成金屬與金屬的密封，由此確保了螺紋接頭的氣密 性。
[0006] 由于在將管道或套管降入油井中時(shí)的各種問題，之前組裝的管接頭有時(shí)會(huì)脫離， 將接頭從油井升起，重新組裝該接頭，然后將接頭再次降入井中。API (美國石油協(xié)會(huì)）要求 即使在對(duì)管道的接頭進(jìn)行10次組裝和拆開和對(duì)套管的接頭進(jìn)行3次組裝和拆開的情況下 也維持耐磨損性和氣密性，使得不會(huì)發(fā)生被稱作磨損的不可再維修的嚴(yán)重的咬合問題。
[0007] 為了提高耐磨損性和氣密性，每次進(jìn)行組裝之前事先將包含重金屬粉末的且被稱 為合成油脂的粘性液體潤滑劑（潤滑油脂）涂布到螺紋接頭的接觸面。由API BUL 5A2規(guī) 定這種合成油脂。
[0008] 為了提高合成油脂的保持性且改善其滑動(dòng)特性的目的，已經(jīng)提出了使螺紋接頭的 接觸面經(jīng)受諸如氮化處理、諸如鋅鍍或復(fù)合鍍等的各種鍍覆、以及磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理等 的各種表面處理以在接觸面上形成一個(gè)或多個(gè)層。然而，如下所述，合成油脂的使用增加了 對(duì)環(huán)境和人類的有害影響的關(guān)心。
[0009] 合成油脂包含諸如鋅粉末、鉛粉末或銅粉末等的大量重金屬粉末。在螺紋接頭組 裝時(shí)，涂布的油脂被洗掉或擠出到外表面，尤其是由于諸如鉛等的有害重金屬，存在對(duì)環(huán)境 的有害影響、特別是對(duì)海洋生命的有害影響的可能性。另外，涂布合成油脂的過程使得操作 環(huán)境和操作效率惡化，可能導(dǎo)致對(duì)人類的危害。
[0010] 作為1998年制定的以防止東北大西洋的海洋污染為目標(biāo)的OSPAR公約（奧斯 陸-巴黎公約）的結(jié)果，近年來，在全球范圍內(nèi)制定了嚴(yán)格的環(huán)境限制，并且在一些區(qū)域中， 已經(jīng)控制合成油脂的使用。因此，為了避免在挖掘氣井和油井過程中對(duì)環(huán)境和人類的有害 影響，發(fā)展出對(duì)不使用合成油脂就能夠具有優(yōu)異的耐磨損性的螺紋接頭的需要。
[0011] 作為不涂布合成油脂的能夠用于連接石油工業(yè)管狀物的螺紋接頭，本 申請(qǐng)人:在以 下列出的專利文獻(xiàn)2中提出了其上形成有粘性液體或半固體潤滑覆膜的用于鋼管的螺紋 接頭，并且在以下列出的專利文獻(xiàn)3中，提出了其上形成有固體潤滑覆膜的用于鋼管的螺 紋接頭。
[0012] 以下列出的專利文獻(xiàn)4公開了在銷和箱的整個(gè)接觸面上形成高摩擦潤滑層并且 在銷和箱的接觸面的特定部分上形成低摩擦潤滑層（當(dāng)?shù)湍Σ翆雍透吣Σ翆颖徊贾贸梢?個(gè)在另一個(gè)上方的情況下，低摩擦層為上層）。形成低摩擦潤滑層的特定部分具體是金屬與 金屬的密封部以及螺紋冠部和螺紋根部，在該文獻(xiàn)中說明了僅高摩擦潤滑層優(yōu)選地保留在 肩部和螺紋承載面（thread load flank)上。然而，非常難以僅在螺紋部的螺紋冠部、螺紋 根部和螺紋牙面（stab flank)上形成低摩擦潤滑層而不在螺紋承載面上形成該層。
[0013] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0014] 專利文獻(xiàn)
[0015] 專利文獻(xiàn) I :EP 0488912 A2
[0016] 專利文獻(xiàn) 2 :EP 1350834 Al
[0017] 專利文獻(xiàn) 3 :EP 2216576 Al
[0018] 專利文獻(xiàn) 4 :W0 2007/063079


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 利用類似在圖1中示出的具有密封部和肩部的螺紋接頭的專用螺紋接頭，通過在 組裝時(shí)在銷和箱的密封部之間形成金屬與金屬密封來確保氣密性。
[0020] 圖2示出了組裝時(shí)這種螺紋接頭的扭矩圖表（縱坐標(biāo)：扭矩，橫坐標(biāo)：轉(zhuǎn)數(shù)）。如 該圖所示，隨著發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，銷和箱的螺紋部開始接觸并且扭矩逐漸增大。隨后，銷和箱的密 封部彼此接觸，扭矩的增大的比率增大。最終，在銷的端部的肩部和箱的肩部彼此接觸并且 開始干涉時(shí)（在這種干涉開始時(shí)的扭矩被稱為臺(tái)肩扭矩并被表示為Ts)，扭矩急劇增大。在 扭矩達(dá)到預(yù)定的組裝扭矩時(shí)完成組裝。在圖2中的最優(yōu)扭矩表示用于完成組裝以實(shí)現(xiàn)足夠 確保銷和箱之間密封部中的氣密性的接觸壓力的最優(yōu)扭矩?；诮宇^的內(nèi)徑和種類事先設(shè) 定了最優(yōu)扭矩的適當(dāng)?shù)囊?guī)定值。
[0021] 當(dāng)在施加了壓縮應(yīng)力和彎折應(yīng)力的非常深的井中使用專用螺紋接頭的情況下， 有時(shí)可以以比通常的最優(yōu)扭矩高的扭矩來進(jìn)行組裝使得確保不會(huì)發(fā)生松動(dòng)。在這種情況 下，可能發(fā)生在銷的端面上的肩部和與銷的肩部接觸的箱的肩部中的任一方或兩方的屈服 (當(dāng)屈服發(fā)生時(shí)的扭矩被稱為屈服扭矩Ty)，并且如圖2所示，肩部（在示出的情況下銷的 肩部）塑性變形。當(dāng)這種屈服發(fā)生時(shí)，扭矩的增大的比率大幅降低了。
[0022] 在是待以高扭矩組裝的螺紋接頭的情況下，有利地使Ty和Ts之間的差或[Ty-Ts] (=Λ T :肩部抵抗扭矩）大。然而，利用在專利文獻(xiàn)2或?qū)＠墨I(xiàn)3中說明的具有粘性液 體或半固體潤滑覆膜或固體潤滑覆膜的管狀螺紋接頭，與涂布傳統(tǒng)的合成油脂的情況相比 Ty減小了。結(jié)果，Λ T變小，在低組裝扭矩狀態(tài)下肩部最終發(fā)生屈服，由此有時(shí)不可以以高 扭矩進(jìn)行組裝。
[0023] 本發(fā)明的目的在于提供一種即使以高扭矩進(jìn)行組裝其肩部也不容易發(fā)生屈服且 具有不包含有害的重金屬的潤滑覆膜的管狀螺紋接頭，其具有優(yōu)異的耐磨損性、氣密性和 防銹特性，并且其可以確保大的Λ Τ。
[0024] 已知，即使使?jié)櫥材さ慕M分變化以改變潤滑覆膜的摩擦系數(shù)，但是由于Ts和Ty 通常以相同的方式變化，所以Λ T也不會(huì)大幅地改變。例如，如果潤滑覆膜的摩擦系數(shù)增大 了，Ty增大，但是Ts也增大了（該現(xiàn)象被稱為高臺(tái)肩）。結(jié)果，在最壞的情況下，在規(guī)定的 組裝扭矩條件下肩部不彼此接觸，并且發(fā)生未完成組裝的被稱為無臺(tái)肩（no-shouldering) 的狀態(tài)。
[0025] 本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，利用具有不包含對(duì)全球環(huán)境造成負(fù)擔(dān)的有害的重金屬的固體潤滑 覆膜的管狀螺紋接頭，通過在銷和箱中的至少一方的接觸面（螺紋部和無螺紋金屬接觸 部）的一部分上、具體地在接觸面的包括在高壓力狀態(tài)下接觸的肩部的部分上且優(yōu)選地在 接觸面的包括肩部和密封部的部分上形成第一固體潤滑覆膜，并且通過在接觸面的其他部 分上形成努氏硬度比第一固體潤滑覆膜的努氏硬度低的第二固體潤滑覆膜，得到了管狀螺 紋接頭，該管狀螺紋接頭具有充分的耐磨損性、氣密性和防銹特性，同時(shí)具有大的Λ T，利用 該螺紋接頭不存在發(fā)生無臺(tái)肩的危險(xiǎn)。
[0026] 通過第一固體潤滑覆膜和第二固體潤滑覆膜的努氏硬度的差增大Λ T的機(jī)制通 常被認(rèn)為如下。
[0027] 作為調(diào)查的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)固體潤滑覆膜的硬度越高，則Ty越高，相反地，硬 度越低，Ts越低。推測(cè)這是因?yàn)榫哂懈哂捕榷虼司哂懈吣湍ズ男缘墓腆w潤滑覆膜在高壓 力狀態(tài)下滑動(dòng)時(shí)不容易變形且不容易排出由于磨損形成的粉末，因此產(chǎn)生了對(duì)滑動(dòng)具有高 阻力的滑動(dòng)面。另一方面，具有低硬度的固體覆膜即使在低壓力狀態(tài)下滑動(dòng)時(shí)也容易變形 且容易磨耗，因此滑動(dòng)面的滑動(dòng)容易發(fā)生。
[0028] 通常，從諸如金屬鍍層（高硬度）和橡膠（低硬度）的示例已知存在如下的趨勢(shì)： 具有高硬度的固體潤滑覆膜具有低摩擦系數(shù)，而具有低硬度的固體潤滑覆膜具有高摩擦系 數(shù)。然而，不能僅通過摩擦系數(shù)的大小來解釋在管狀螺紋接頭中在高壓或低壓狀態(tài)下具有 高硬度或低硬度的固體覆膜的上述表現(xiàn)和作用。據(jù)此認(rèn)為，在接頭組裝時(shí)與Ts和Ty密切 相關(guān)的因素是在磨耗期間固體覆膜的內(nèi)部斷裂強(qiáng)度（internal fracture strength)的大 小而非在覆膜的表面的摩擦量（滑動(dòng)的容易性）。
[0029] 上述專利文獻(xiàn)4提出了形成高摩擦潤滑覆膜和低摩擦潤滑覆膜。然而，固體覆膜 的摩擦系數(shù)是依賴壓力的并且并非總是與覆膜的硬度相關(guān)聯(lián)。在本發(fā)明中，不依賴壓力的 且與固體覆膜的內(nèi)部斷裂強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)的硬度被采用來區(qū)分第一潤滑覆膜和第二潤滑覆膜。
[0030] 通過將銷插入箱中、然后轉(zhuǎn)動(dòng)銷或箱來進(jìn)行管狀螺紋接頭的組裝。最初，僅螺紋部 接觸以允許螺紋進(jìn)行螺紋接合，如圖2所示，組裝扭矩逐漸增大。在組裝的最終階段，密封 部和肩部開始接觸。當(dāng)達(dá)到了在銷和箱之間的密封部中的規(guī)定的接觸壓力（其由諸如最優(yōu) 扭矩等的規(guī)定的扭矩表示）時(shí)完成了組裝。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明，例如，如圖5所示，管狀螺紋接頭在銷和箱的接觸面的密封部和肩部 上具有第一固體潤滑覆膜和在接觸面的其它部分（主要是螺紋部）上具有努氏硬度比第一 固體潤滑覆膜的努氏硬度低的第二固體潤滑覆膜。在該螺紋接頭中，在密封部和肩部接觸 之前，由于通過覆蓋螺紋部且具有低硬度和低內(nèi)部斷裂強(qiáng)度的第二固體潤滑覆膜而發(fā)生接 觸，使得Ts保持小。在組裝的最終階段，當(dāng)密封部和肩部開始接觸時(shí)，努氏硬度比第二固體 潤滑覆膜的努氏硬度高的且涂布密封部和肩部的第一固體潤滑覆膜進(jìn)行接觸。因此，覆膜 的內(nèi)部斷裂強(qiáng)度高的狀態(tài)發(fā)生，Ty增大。結(jié)果，ΛΤ增大了。當(dāng)僅在組裝過程中遭受特別 高的壓力的肩部上形成更硬的第一固體潤滑覆膜時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)由于Ty的增大而使Λ T增 大。
[0032] 基于以上發(fā)現(xiàn)的本發(fā)明是Cl (略不同）。
[0033] 努氏硬度（簡稱為Hk)是一種壓痕硬度（indentation hardness)。如以下等式示 出的，通過用在壓痕硬度試驗(yàn)中得到實(shí)驗(yàn)負(fù)荷P除以壓痕表面面積L2來確定努氏硬度。
[0034] Hk = P/Cp/L2
[0035] 其中，
[0036] Hk:努氏硬度
[0037] P :負(fù)荷（kgf)
[0038] Cp :修正系數(shù)（0· 070279)，以及
[0039] L2 :壓痕的表面面積（mm2)。
[0040] 努氏硬度（HK)的值根據(jù)硬度而連續(xù)地變化，因此通常使用努氏硬度作為能以相 對(duì)良好的敏感度來測(cè)量固體覆膜的表面硬度的硬度定量指標(biāo)。由努氏硬度試驗(yàn)方法（JIS B 7734和JIS Z 2251)規(guī)定了測(cè)量努氏硬度的方法。例如，使用由島津制作所（Shimadzu Corporation)制造的型號(hào)為HMV-200的微硬度試驗(yàn)機(jī)在100克、10秒的條件下測(cè)量努氏硬 度。在本發(fā)明中，采用在這些條件下測(cè)量的努氏硬度的值。
[0041] 接觸面的具有上述第一固體潤滑覆膜的部分可以僅是肩部，但是優(yōu)選地是包括密 封部和肩部的整個(gè)無螺紋金屬接觸部。
[0042] 第二固體潤滑覆膜可以僅設(shè)置在接觸面的不具有第一固體潤滑覆膜的部分，或者 可以設(shè)置在包括具有第一固體潤滑覆膜的部分的整個(gè)接觸面上。在后者的情況下，存在形 成了第一固體潤滑覆膜和第二固體潤滑覆膜兩者的部分。在這種情況下，將第二固體潤滑 覆膜制成下層，而將第一固體潤滑覆膜制成為上層。
[0043] 第一固體潤滑覆膜和第二固體潤滑覆膜的厚度均優(yōu)選地在10 μ m-150 μ m的范 圍。然而，在具有第一固體潤滑覆膜和第二固體潤滑覆膜兩者的部分中，覆膜的總厚度優(yōu)選 地為至多200 μ m。
[0044] 當(dāng)銷和箱中僅一方的接觸面具有第一固體潤滑覆膜和第二固體潤滑覆膜的情況 下，不存在對(duì)另一構(gòu)件的接觸面的特別限制，而可以不對(duì)另一構(gòu)件的接觸面做處理（例如， 其可以處于下述的預(yù)備表面處理之后的狀態(tài)）。然而，從防銹特性和潤滑特性的角度出發(fā)， 優(yōu)選地另一構(gòu)件的接觸面的至少一部分、優(yōu)選地另一構(gòu)件的整個(gè)接觸面上具有如下的表面 處理覆膜中的任意一個(gè)：
[0045] 1)液體潤滑覆膜（包括粘性液體潤滑覆膜和半固體潤滑覆膜）；
[0046] 2)固體潤滑覆膜（包括上述第一固體潤滑覆膜或第二固體潤滑覆膜）；
[0047] 3)固體防腐覆膜；或
[0048] 4)組合以上覆膜中的至少兩種的多層覆膜。
[0049] 固體防腐覆膜優(yōu)選地是基于可UV固化樹脂的固體覆膜。
[0050] 為了增加形成在螺紋接頭上的覆膜的附著力或保持性和/或增加螺紋接頭的耐 磨損性，可以事先通過從噴砂、酸洗、磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、草酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、硼酸鹽化 學(xué)轉(zhuǎn)化處理、電鍍、沖擊鍍以及這些方法組合中選擇的一種或多種方法使銷和箱中的至少 一方、優(yōu)選地是兩者的接觸面經(jīng)受表面處理。
[0051] 根據(jù)本發(fā)明的管狀螺紋接頭的接觸面上具有如下的表面處理覆膜：其展示出與 由諸如包含有害重金屬的傳統(tǒng)合成油脂等的潤滑油脂形成的覆膜的ΛT相等或比其大的 Λ Τ。因此，即使以高扭矩進(jìn)行組裝時(shí)也可以在不使肩部發(fā)生屈服或產(chǎn)生磨損的情況下進(jìn)行 組裝操作。另外，覆膜能夠抑制諸如在海洋中的不穩(wěn)定鉆井操作等的嚴(yán)酷的條件下發(fā)生磨 損。與合成油脂相比，表面處理覆膜基本不包含諸如鉛等的有害的重金屬，因此其幾乎不會(huì) 給全球環(huán)境帶來負(fù)擔(dān)。根據(jù)本發(fā)明的管狀螺紋接頭抑制了生銹，并且該管狀螺紋接頭即使 在反復(fù)組裝和拆開的情況下也能繼續(xù)展示潤滑性能，同時(shí)在組裝之后確保了氣密性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0052] 圖1示意性地示出了專用螺紋接頭的無螺紋金屬接觸部（肩部和密封部）。
[0053] 圖2是組裝時(shí)的專用螺紋接頭的典型的扭矩圖表。
[0054] 圖3示意性地示出了在鋼管的貨運(yùn)時(shí)鋼管和聯(lián)接件的裝配結(jié)構(gòu)。
[0055] 圖4示意性地示出了專用螺紋接頭的截面。
[0056] 圖5示出了在根據(jù)本發(fā)明的管狀螺紋接頭上的覆膜的結(jié)構(gòu)的示例。
[0057] 圖6的（A)和圖6的（B)示出了在根據(jù)本發(fā)明的管狀螺紋接頭上的覆膜的結(jié)構(gòu)的 其它示例。

【具體實(shí)施方式】
[0058] 以下，將借助于示例詳細(xì)地說明根據(jù)本發(fā)明的管狀螺紋接頭的實(shí)施方式。在以下 的說明中，除非另有說明，否則百分?jǐn)?shù)表示質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
[0059] 圖3示意性地示出了典型的管狀螺紋接頭在貨運(yùn)時(shí)的狀態(tài)。在外表面具有公螺紋 部3a的銷1形成在鋼管A的兩端上，在內(nèi)表面具有母螺紋部3b的箱2形成在聯(lián)接件B的 兩側(cè)。事先將聯(lián)接件B連接到鋼管A的一端。盡管在附圖中未示出，但是在貨運(yùn)之前，用于 保護(hù)螺紋部的保護(hù)件被安裝在鋼管A的銷和聯(lián)接件B的箱上，而鋼管A的銷和聯(lián)接件B的 箱未與其它構(gòu)件連接。這些保護(hù)件在使用螺紋接頭之前被移除。
[0060] 如圖所示，對(duì)于典型的管狀螺紋接頭，銷形成在鋼管的兩端的外表面上，箱形成在 聯(lián)接件的內(nèi)表面上，連接件是單獨(dú)的構(gòu)件。還存在不使用連接件的一體的管狀螺紋接頭，在 該一體的管狀螺紋接頭中鋼管的一端被制成銷而另一端被制成箱。根據(jù)本發(fā)明的管狀螺紋 接頭能夠采用任意類型。
[0061] 圖4示意性地示出了專用螺紋接頭（以下被簡稱為螺紋接頭）的結(jié)構(gòu)，該專用螺 紋接頭是用于連接石油工業(yè)管狀物的典型的管狀螺紋接頭。該螺紋接頭包括形成在鋼管A 的端部的外表面上的銷1和形成在聯(lián)接件B的內(nèi)表面上的箱2。該銷1具有公螺紋部3a、 被定位在鋼管的端部附近的密封部4a和在銷1的端面上的肩部5a。相應(yīng)地，箱2具有母螺 紋部3b、密封部4b和在母螺紋部3b的內(nèi)側(cè)的肩部5b。
[0062] 銷1和箱2的密封部和肩部構(gòu)成無螺紋金屬接觸部，該螺紋接頭的無螺紋金屬接 觸部（即，密封部和肩部）和螺紋部構(gòu)成了螺紋接頭的接觸面。這些接觸面被要求具有耐 磨損性、氣密性和防銹特性。過去，為了此目的，包含重金屬粉末的合成油脂被涂布到接觸 面，或者在接觸面上形成粘性液體、半固體或固體潤滑覆膜。然而，如上所述，前者對(duì)人類和 環(huán)境具有有害影響，后者具有如下問題：Λ T小，因此存在當(dāng)以高扭矩執(zhí)行組裝的情況下在 完成組裝之前肩部會(huì)屈服的可能性。
[0063] 在根據(jù)本發(fā)明的螺紋接頭中，銷和箱中的至少一方在其接觸面的至少包括肩部 的部分上具有第一固體潤滑覆膜并至少在接觸面的不具有第一固體潤滑覆膜的部分上具 有第二固體潤滑覆膜，第一固體潤滑覆膜是具有比第二固體潤滑覆膜的努氏硬度（knoop hardness)高的努氏硬度的覆膜。
[0064] 以下，將第一固體潤滑覆膜稱為高硬度固體潤滑覆膜，而將第二固體潤滑覆膜稱 為低硬度固體潤滑覆膜。
[0065] 然而，為了釋放在螺紋接頭組裝時(shí)被擠出的潤滑劑成分的目的，通常在螺紋接頭 的螺紋部和密封部之間的靠近螺紋部的位置處，設(shè)置即使當(dāng)螺紋接頭處于組裝狀態(tài)下銷和 箱也不彼此接觸的部分。在一些螺紋接頭中，有意地例如在密封部和肩部之間的位置處設(shè) 置銷和箱不接觸的非接觸區(qū)域。當(dāng)螺紋接頭處于組裝狀態(tài)下時(shí)銷和箱不接觸的部分不包括 在接觸面中，并且根據(jù)本發(fā)明的覆膜可以設(shè)置在該部分上或者可以不設(shè)置在該部分上。 [0066] 僅在銷和箱中的一方或兩方的接觸面的包括肩部的部分上形成高硬度固體潤滑 覆膜。接觸面的具有高硬度固體潤滑覆膜的部分可以僅是肩部，而接觸面的具有高硬度固 體潤滑覆膜的部分優(yōu)選地是包括密封部和肩部的整個(gè)無螺紋金屬接觸部。即，高硬度固體 潤滑覆膜優(yōu)選地形成在接觸面的密封部和肩部上。第二固體潤滑覆膜或低硬度固體潤滑覆 膜至少形成在接觸面的不具有高硬度固體潤滑覆膜的部分上。第二固體潤滑覆膜或低硬度 固體潤滑覆膜可以形成在整個(gè)接觸面上。在這種情況下，一部分接觸面具有兩種固體潤滑 覆膜，并且低硬度固體潤滑覆膜被定位在高硬度固體潤滑覆膜的下方。還可以僅在未形成 高硬度固體潤滑覆膜的部分上形成低硬度固體潤滑覆膜（諸如僅在螺紋部上形成低硬度 固體潤滑覆膜）。
[0067] 當(dāng)銷和箱中的僅一方的一部分接觸面具有高硬度固體潤滑覆膜和低硬度固體潤 滑覆膜的情況下，對(duì)另一構(gòu)件的接觸面的表面處理沒有特別的限制。例如，可以在另一構(gòu)件 的接觸面的至少一部分上、優(yōu)選地在另一構(gòu)件的整個(gè)接觸面上形成與用作在構(gòu)件中的所述 一方的接觸面上形成的低硬度固體潤滑覆膜或高硬度固體潤滑覆膜相同種類或不同種類 的固體潤滑覆膜、液體潤滑覆膜、固體防腐覆膜或作為這些覆膜中的兩個(gè)或更多個(gè)覆膜的 組合的多層覆膜。液體潤滑覆膜包含潤滑油的覆膜和粘性液體或半固體的潤滑覆膜?？蛇x 地，可以使另一構(gòu)件的接觸面未經(jīng)處理，或者可以使另一構(gòu)件僅經(jīng)受以下說明的用于表面 粗糙化的預(yù)備表面處理（諸如磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理）。
[0068] 圖5以及圖6的（A)和圖6的⑶示出了在銷和箱的接觸面上形成的覆膜的結(jié)構(gòu) 的各種可能的實(shí)施方式。在這些圖中，在銷1的螺紋部上形成的公螺紋之中，在靠近密封部 的最末端處的螺紋3a'被示出為在螺紋切削開始處觀察到的不完全的螺紋。通過使得在銷 的最末端處的螺紋為不完全的螺紋，銷的插入變得更容易，并且在銷插入時(shí)箱的螺紋部損 壞的可能性減小。
[0069] 圖5示出了銷和箱兩者的接觸面的無螺紋金屬接觸部（密封部和肩部）具有高硬 度固體潤滑覆膜10、而銷和箱的接觸面的主要是螺紋部的剩余部分具有低硬度固體潤滑覆 膜11的實(shí)施方式。
[0070] 圖6的（A)示出了使銷或箱中的一方（圖中的銷）采用與圖5同樣的方式具有覆 蓋無螺紋金屬接觸部的高硬度固體潤滑覆膜10和覆蓋接觸面的剩余部分的低硬度固體潤 滑覆膜11、而另一構(gòu)件（圖中的箱）的整個(gè)接觸面被低硬度固體潤滑覆膜11覆蓋的實(shí)施方 式。
[0071] 圖6的（B)示出了使銷或箱中的一方（圖中的箱）采用與圖5同樣的方式具有覆 蓋無螺紋金屬接觸部的高硬度固體潤滑覆膜10和覆蓋接觸面的剩余部分的低硬度固體潤 滑覆膜11、而另一構(gòu)件（圖中的銷）的整個(gè)接觸面被固體防腐覆膜12覆蓋的實(shí)施方式。
[0072] 如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那樣，根據(jù)本發(fā)明的管狀螺紋接頭可以具有除了上述那 些覆膜之外的覆膜的組合。例如，在圖5以及圖6的（A)和圖6的（B)中示出的實(shí)施方式 中的任意一個(gè)實(shí)施方式中，低硬度固體潤滑覆膜11還可以存在于高硬度固體潤滑覆膜10 的下方。即，銷和/或箱的包括密封部和肩部的無螺紋金屬接觸部被由下側(cè)低硬度固體潤 滑覆膜11和上側(cè)高硬度固體潤滑覆膜10組成的兩層所覆蓋。在這種情況下，可以在整個(gè) 接觸面上形成低硬度固體潤滑覆膜11，但是也可以在一部分接觸面上形成這種覆膜11。例 如，低硬度固體潤滑覆膜11可以被形成為從螺紋部覆蓋到密封部，由此僅使密封部被上述 兩層10和11覆蓋，而肩部僅由高硬度固體潤滑覆膜10覆蓋。此外，高硬度固體潤滑覆膜 10可以僅形成在肩部上。
[0073] 接下來，將說明能夠覆蓋根據(jù)本發(fā)明的管狀螺紋接頭的接觸面的各種類型的覆 膜。除非另有說明，關(guān)于覆膜的成分的含量的百分?jǐn)?shù)表示質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。該含量與基于用于 形成潤滑覆膜的覆膜組合物中總固體含量（非易揮發(fā)性成分的總含量）的含量大致相同。 [0074][高硬度固體潤滑覆膜和低硬度固體潤滑覆膜]
[0075] 高硬度固體潤滑覆膜是具有與低硬度固體潤滑覆膜的努氏硬度相比具有相對(duì)高 的努氏硬度的固體潤滑覆膜。該高硬度固體潤滑覆膜提供了在螺紋接頭組裝的最終階段 (從銷和箱的肩部開始接觸直到密封部以預(yù)定干涉量（interference)緊密接觸）的防滑 性。該高硬度固體潤滑覆膜具有使得即使在以高扭矩執(zhí)行組裝時(shí)肩部也難以發(fā)生屈服的效 果。
[0076] 低硬度固體潤滑覆膜是具有相對(duì)低的努氏硬度的固體潤滑覆膜。該低硬度固體潤 滑覆膜便于在螺紋接頭組裝的初始階段（從銷和箱的螺紋接觸直到銷和箱的密封部開始 接觸）的滑動(dòng)，并且該低硬度固體潤滑覆膜具有降低Ts的效果。
[0077] 在本發(fā)明中，提供了上述效果的高硬度固體潤滑覆膜被形成為覆蓋銷和箱中的至 少一方的接觸面的包括至少肩部的部分。優(yōu)選地，包括密封部和肩部的整個(gè)無螺紋金屬接 觸部被高硬度固體潤滑覆膜覆蓋。當(dāng)螺紋接頭具有多個(gè)密封部的情況下，優(yōu)選所有密封部 被高硬度固體潤滑覆膜覆蓋。然而，即使僅密封部中的在螺紋接頭組裝的最終階段首先接 觸的一個(gè)密封部涂布有高硬度固體潤滑覆膜，也能夠?qū)崿F(xiàn)增大Λ T的目的。可以根據(jù)接頭 的形狀和所需的特性來適當(dāng)?shù)剡x擇形成高硬度固體潤滑覆膜的部分。
[0078] 本發(fā)明適用的固體潤滑覆膜的示例是由作為成膜成分（粘合劑（binder))的有機(jī) 樹脂或無機(jī)聚合物形成的覆膜。除了成膜成分，固體潤滑覆膜可以包含諸如潤滑顆粒和防 蝕劑（耐腐改性劑）等的各種常見的添加劑。通過改變各成分的組合或各成分的含量，可 以形成具有不同努氏硬度的兩種類型的固體潤滑覆膜，這些覆膜可以用作高硬度固體潤滑 覆膜和低硬度固體潤滑覆膜。
[0079] 為了增大管狀螺紋接頭的Λ T，期望滿足以下等式：
[0080] (高硬度固體潤滑覆膜的努氏硬度V (低硬度固體潤滑覆膜的努氏硬度1. 1
[0081] 該比更優(yōu)選地為至少1. 2、最優(yōu)選地為至少1. 5。該比可以是至少2. 0。
[0082] 可以通過使諸如潤滑顆粒等的各種添加劑根據(jù)需要在成膜成分的溶液（或分散 液（dispersion))中均勻地分散并且根據(jù)需要調(diào)整粘度以制備覆膜組合物、將該覆膜組合 物涂布到螺紋接頭的銷和箱中的至少一方的接觸面、并干燥覆膜來形成高硬度固體潤滑覆 膜和低硬度固體潤滑覆膜兩者?？梢酝ㄟ^諸如涂刷、浸漬、氣噴等的適當(dāng)?shù)囊阎椒▉硗坎?覆膜組合物。
[0083] 潤滑顆粒具有改進(jìn)潤滑覆膜的潤滑特性并增大耐磨損性的效果。具有這種效果的 潤滑顆粒的示例為碳酸鹽、硅酸鹽、氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、氟化物、石墨（包括諸 如碳納米管和納米碳洋蔥等的碳衍生納米顆粒）、PTFE(聚四氟乙烯）、金屬皂等。碳酸鹽 包括諸如Na2C0 3、CaC03、MgC03等的堿金屬和堿土金屬的碳酸鹽。硅酸鹽包括MxO ySiO2 (其中 M 是堿金屬或堿土金屬）。氧化物包括 A1203、TiO2,、CaO、ZnO、Zr02、Si0 2、Fe203、Fe304、Y 2O3 等。碳化物包括SiC、TiC等，氮化物包括TiN、BN、AIN、Si3N4等，硫化物包括二硫化鑰、二硫 化鎢、PbS等。氟化物包括CaF 2、BaF2等?？梢詥为?dú)地使用這些物質(zhì)，或者可以將兩種或更 多種混合在一起使用。
[0084] 對(duì)潤滑顆粒的平均粒徑?jīng)]有特別的限制，但是典型地，優(yōu)選潤滑顆粒的平均粒徑 在0. 5 μ m-60 μ m的范圍。如果潤滑顆粒的平均粒徑小于0. 5 μ m，則粉末顆粒容易結(jié)塊，而 變得難以將它們均勻地分散在覆膜中。結(jié)果，得到的潤滑覆膜的性能可能局部變得不適當(dāng)。 另一方面，如果粒徑超過60 μ m，則不僅覆膜的強(qiáng)度會(huì)降低，而且其與基體的附著性也降低， 有時(shí)不能抑制磨損的發(fā)生。
[0085] 除了潤滑顆粒以外，可以在不會(huì)使耐磨損性劣化的范圍內(nèi)將包括防蝕劑的各種添 加劑添加到固體潤滑覆膜。例如，可以添加從鋅粉、鉻顏料、硅土和鋁顏料選擇的一種或多 種防蝕劑來改善固體潤滑覆膜本身的防銹特性。特別優(yōu)選的防蝕劑是鈣離子交換硅膠。固 體潤滑覆膜可以包含用于調(diào)整滑動(dòng)特性的無機(jī)粉末。這種無機(jī)粉末的示例是二氧化鈦和氧 化鉍?？梢砸赃_(dá)到固體潤滑覆膜的20%的總量包含這些防蝕劑、無機(jī)粉末等（S卩，除了潤滑 顆粒以外的粉末成分）。
[0086] 例如，除了上述成分以外，固體潤滑覆膜可以以達(dá)到5%的量包含從表面活性劑、 染色劑和抗氧化劑等選擇的一種或多種少量添加劑。另外，固體潤滑覆膜可以包含極小量 (最多2%)的極壓添加劑、液體潤滑劑等。
[0087] 可以使用有機(jī)樹脂或無機(jī)聚合物（也被稱作無機(jī)樹脂）作為粘合劑（成膜成分）。
[0088] 優(yōu)選的有機(jī)樹脂是具有耐熱性、適當(dāng)?shù)挠捕群湍湍ズ男缘臉渲?。這種樹脂的示例 是諸如環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚碳化二亞胺樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂和硅樹脂等的熱 固性樹脂；和諸如聚烯烴、聚苯乙烯、聚氨酯、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、丙烯酸類樹脂、熱塑 性環(huán)氧樹脂、聚酰胺酰亞胺樹脂、聚醚醚酮和聚醚砜等的熱塑性樹脂。使用的樹脂可以是兩 種或更多種樹脂的共聚物或共混物。
[0089] 用于高硬度固體潤滑覆膜的優(yōu)選的粘合劑是聚醚醚酮樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂、 聚酰胺酰亞胺樹脂或環(huán)氧樹脂。
[0090] 作為用于有機(jī)樹脂的溶劑，可以單獨(dú)的使用或以混合溶劑的方式使用包括水、烴 類（諸如甲苯等）、醇類（諸如異丙醇等）、NMP(N-甲基吡咯烷酮）、Y-丁內(nèi)酯、和二甲亞 砜的各種低沸點(diǎn)溶劑。
[0091] 可以將一種或多種添加劑添加到有機(jī)樹脂溶液并且使該一種或多種添加劑在有 機(jī)樹脂溶液中均勻地分散以制備覆膜組合物。當(dāng)使用熱固性樹脂作為粘合劑的情況下，從 覆膜的粘合性和耐磨耗性的角度出發(fā)，在將覆膜組合物涂布到螺紋接頭的接觸面之后，優(yōu) 選加熱來固化覆膜。加熱溫度優(yōu)選地為至少120°c且更優(yōu)選地為150°C -380°c?？梢曰?管狀螺紋接頭的尺寸來設(shè)定加熱時(shí)間，而且優(yōu)選地為至少20分鐘，更優(yōu)選地為30分鐘-60 分鐘。
[0092] 當(dāng)粘合劑是熱塑性樹脂的情況下，可以利用使用溶劑的覆膜組合物。然而，還可以 通過不使用溶劑的熱熔方法來形成熱塑性固體潤滑覆膜。在熱熔方法中，包括熱塑性樹脂 和潤滑顆粒的覆膜組合物被加熱以使熱塑性樹脂熔化，并且從具有維持恒定溫度（通常在 與熔融狀態(tài)下的組合物的溫度相同的溫度上下）的溫度維持能力的噴槍噴射處于低粘性 流體狀態(tài)的組合物。組合物的加熱溫度優(yōu)選地比熱塑性樹脂的熔點(diǎn)（熔化溫度或軟化溫 度）高KTC -50°C。該方法適用于熔點(diǎn)在80°C -320°C、優(yōu)選地在90°C -200°C的熱塑性樹 脂。
[0093] 在熱熔方法中，被涂布的基體（即，銷和/或箱的接觸面）優(yōu)選地被預(yù)加熱到比熱 塑性樹脂的熔點(diǎn)高的溫度。結(jié)果，能夠獲得良好的涂布性。當(dāng)覆膜組合物包含少量（諸如 至多2% )的諸如聚二甲基硅氧烷等的表面活性劑時(shí)，即使基體沒有被預(yù)加熱或者即使預(yù) 加熱溫度低于熱塑性樹脂的熔點(diǎn)也能夠形成良好的覆膜。在涂布之后，通過空氣冷卻或自 然冷卻來冷卻基體以使熱塑性樹脂固化，最終在基體的頂部形成固體潤滑覆膜。
[0094] 可以用作本發(fā)明的粘合劑的無機(jī)聚合物是具有由諸如Ti-0、Si-0、Zr-0、Μη-0、 Ce-O或Ba-O鍵等的三維交聯(lián)金屬-氧鍵形成的結(jié)構(gòu)的化合物。這種化合物可以由典型地 為金屬醇鹽的可水解的有機(jī)金屬化合物的水解和縮合形成（但是還可以使用諸如四氯化 鈦等的其它可水解的無機(jī)化合物）?？捎玫慕饘俅见}可以是烷氧基的化合物，該烷氧基是諸 如甲氧基、乙氧基、異丙氧基、丙氧基、異丁氧基、丁氧基或叔丁氧基等的低級(jí)燒氧基。優(yōu)選 的金屬醇鹽是鈦醇鹽或硅醇鹽，特別優(yōu)選的是鈦醇鹽。這其中，因?yàn)楫惐尖侞}的優(yōu)異的成 膜特性而優(yōu)選的是異丙醇鈦鹽。
[0095] 無機(jī)高分子化合物可以包含由諸如胺基或環(huán)氧基等的官能團(tuán)取代的烷基。例如， 可以使用類似硅烷偶聯(lián)劑的有機(jī)化合物，其中金屬醇鹽的烷氧基中的一個(gè)或兩個(gè)被具有官 能團(tuán)的非水解的烷基取代。
[0096] 當(dāng)粘合劑是無機(jī)高分子化合物的情況下，可以通過在金屬醇鹽的溶液或其部分水 解物中使?jié)櫥w粒分散來形成覆膜組合物，并且將覆膜組合物涂布到銷和箱中的至少一方 的接觸面。在干燥之后，形成了由分散了潤滑顆粒的具有金屬-氧鍵的無機(jī)高分子化合物 制成的固體潤滑覆膜。在涂布之后，為了通過水解促進(jìn)成膜，可以進(jìn)行加濕處理?？梢允?覆膜在空氣中存放預(yù)定長度的時(shí)間來進(jìn)行這種處理，優(yōu)選地該空氣具有至少70%的相對(duì)濕 度。在加濕處理之后優(yōu)選地進(jìn)行加熱。作為加熱的結(jié)果，促進(jìn)了水解物的水解和縮合以及 對(duì)作為水解的副產(chǎn)物的醇的去除，可以在短時(shí)間內(nèi)形成干燥的覆膜，并且加強(qiáng)了所形成的 覆膜的粘合性，結(jié)果提高了耐磨損性。優(yōu)選地在溶劑蒸發(fā)之后進(jìn)行加熱。加熱溫度優(yōu)選地 在接近作為副產(chǎn)物而形成的醇的沸點(diǎn)的100°c -200°c的范圍，并且在加熱期間將熱空氣吹 到覆膜上是有效的。
[0097] 為了形成具有高努氏硬度的固體潤滑覆膜，例如，可以選擇熱固性樹脂或無機(jī)聚 合物作為粘合劑，并且/或者可以增加無機(jī)固體成分、特別是潤滑顆粒的含量。
[0098] 在不存在低硬度固體潤滑覆膜和高硬度固體潤滑覆膜重疊的部分的情況下，如圖 5所示（例如，當(dāng)?shù)陀捕裙腆w潤滑覆膜形成在接觸面的螺紋部，而高硬度固體潤滑覆膜形成 在肩部和密封部上的情況下），可以首先形成固體潤滑覆膜中的任一方。在這種情況下，可 以最后在單一步驟中執(zhí)行用于固化覆膜的加熱處理。即，在用于形成低硬度固體潤滑覆膜 和高硬度固體潤滑覆膜的覆膜組合物涂布之后執(zhí)行加熱處理。
[0099] 當(dāng)存在低硬度固體潤滑覆膜和高硬度固體潤滑覆膜重疊的部分的情況下（例如， 當(dāng)在整個(gè)接觸面上形成低硬度固體潤滑覆膜的情況下），首先形成低硬度固體潤滑覆膜，然 后形成高硬度固體潤滑覆膜，使得低硬度固體潤滑覆膜變成下層。
[0100] 如上所述，低硬度固體潤滑覆膜和高硬度固體潤滑覆膜中的每一方的厚度優(yōu)選地 在10 μ m-150 μ m的范圍。然而，當(dāng)存在具有這兩種固體潤滑覆膜的部分的情況下，兩個(gè)覆 膜的總厚度優(yōu)選地為至多200 μ m。當(dāng)兩個(gè)固體潤滑覆膜不重疊的情況下，高摩擦固體潤滑 覆膜的覆膜厚度和低摩擦固體潤滑覆膜的覆膜厚度優(yōu)選地大致相同（諸如在± 15 μ m內(nèi)）， 使得在兩種覆膜之間的邊界處不形成大的臺(tái)階。
[0101][固體防腐覆膜]
[0102] 如上參照?qǐng)D4所述地，在直到管狀螺紋接頭被實(shí)際使用的期間內(nèi)，經(jīng)常在還未用 于鋼管和聯(lián)接件的連接的銷和箱上安裝保護(hù)件。必要的是，固體防腐覆膜至少不會(huì)被安裝 保護(hù)件時(shí)施加的力所破壞、不會(huì)在運(yùn)輸或存儲(chǔ)期間暴露到由于露點(diǎn)（dew point)的作用而 使水汽凝結(jié)而產(chǎn)生的水的情況下而溶解、并且即使在超過40°C的高溫下也不容易軟化?？?以將滿足這些要求的任意覆膜用作固體防腐覆膜。例如，固體防腐覆膜可以是可選地包含 防蝕劑的熱固性樹脂的覆膜。
[0103] 優(yōu)選的固體防腐覆膜是基于可UV固化樹脂的覆膜?？捎玫目蒛V固化的樹脂體系 包括至少單體、低聚物和光聚合引發(fā)劑。
[0104] 單體的一些非限定性示例包括多元醇與（甲基）丙烯酸的多元酯（二酯、三酯、或 多元酯）、各種（甲基）丙烯酸酯化合物、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己內(nèi)酰胺和苯乙 烯。低聚物的一些非限定性示例包括環(huán)氧（甲基）丙烯酸酯、聚氨酯（甲基）丙烯酸酯、聚 酯（甲基）丙烯酸酯、聚醚（甲酯）丙烯酸酯和有機(jī)硅（甲基）丙烯酸酯。
[0105] 可用的光聚合引發(fā)劑是在260nm-450nm的波長處具有吸收性的化合物，該光聚合 引發(fā)劑的示例是安息香和其衍生物、苯甲酮和其衍生物、苯乙酮和其衍生物、米氏酮、苯甲 醇及其衍生物、四烷基秋蘭姆一硫化物和噻噁烷。特別優(yōu)選地使用噻噁烷。
[0106] 從覆膜強(qiáng)度和滑動(dòng)特性的角度出發(fā)，由可UV固化的樹脂形成的固體防腐覆膜可 以包含從潤滑劑、纖維填料和防蝕劑選擇的添加劑。潤滑劑的示例為諸如硬脂酸鈣和硬脂 酸鋅等的金屬阜，以及聚四氟乙烯（PTFE)樹脂。纖維填料的示例是諸如由Maruo Calcium Co.，Ltd.出售的Whiskal等的針狀碳酸鈣?？梢韵鄬?duì)于1質(zhì)量份的可UV固化的樹脂而以 0. 05-0. 35質(zhì)量份的量添加這些添加劑中的一種或多種。防蝕劑的示例是三聚磷酸鋁和亞 磷酸鋁?？梢韵鄬?duì)于1質(zhì)量份的可UV固化的樹脂而以大約0. 10質(zhì)量份的最大量添加防蝕 劑。
[0107] 由可UV固化的樹脂形成的固體防腐覆膜經(jīng)常是透明的。為了便于通過所形成的 固體防腐覆膜的目視檢查或圖像處理而進(jìn)行品質(zhì)檢查（檢查是否存在覆膜并且檢查覆膜 厚度的一致性或不均勻性），固體防腐覆膜可以包含著色劑?？梢詮念伭稀⑷玖虾蜔晒獠牧?選擇所使用的著色劑。
[0108] 所添加的顏料或染料的量相對(duì)于1質(zhì)量份的可UV固化的樹脂而優(yōu)選地為至多 0. 05質(zhì)量份。
[0109] 熒光材料可以是任意熒光顏料、熒光染料和在熒光涂料中使用的熒光物質(zhì)。包含 熒光材料的固體防腐覆膜在可見光的條件是無色或有色透明的，但是當(dāng)用不可見光（black light)或紫外光照射的情況下，其發(fā)射光并且顯示顏色，因此可以確定是否存在覆膜并且 確定覆膜厚度是否不均勻。另外，由于在可見光條件下覆膜是透明的，所以可以觀察基體、 即在固體潤滑覆膜下方的基體的表面。因此，防腐覆膜不會(huì)干擾對(duì)螺紋接頭的螺紋部的是 否損壞的檢查。所添加的熒光材料的量相對(duì)于1質(zhì)量份的可UV固化的樹脂而優(yōu)選地為大 約至多0.05質(zhì)量份。
[0110] 優(yōu)選的著色劑為熒光材料，而特別優(yōu)選地為熒光顏料。
[0111] 在將基于可UV固化的樹脂的組合物涂布到螺紋接頭的接觸面之后，用紫外光照 射被涂布的表面以固化覆膜，使得形成基于可UV固化的樹脂的固體防腐覆膜?？梢允褂幂?出波長在200nm-450nm范圍的可在市場(chǎng)上獲得的UV照射設(shè)備來執(zhí)行利用紫外光的照射。UV 光源的示例為高壓水銀蒸氣燈、超高壓水銀蒸氣燈、氙氣燈、碳弧燈、金屬鹵化物燈和陽光。
[0112] 固體防腐覆膜的厚度（當(dāng)其包括兩個(gè)或更多個(gè)可UV固化的樹脂層時(shí)的總厚度） 優(yōu)選地在5 μ m-50 μ m的范圍、更優(yōu)選地在10 μ m-40 μ m的范圍。如果固體防腐覆膜的厚度 太小，則不能充分地起到固體防腐覆膜的作用。另一方面，如果固體防腐覆膜的覆膜厚度太 大，則當(dāng)安裝諸如保護(hù)件等的保護(hù)構(gòu)件的情況下，固體防腐覆膜可能被用于安裝保護(hù)件的 力所損壞，由此導(dǎo)致防腐性變得不充分。
[0113] 基于可UV固化的樹脂的固體防腐覆膜是透明的覆膜，因此不用去除覆膜就能夠 觀察基體的狀態(tài)，可以在組裝之前從覆膜頂部檢查螺紋部。因此，通過將固體防腐覆膜形成 于在外表面上形成有螺紋且更容易損壞的銷的接觸面上，可以在留有覆膜的狀態(tài)下容易地 檢查由于通常形成在鋼管的端部的外表面上而容易損壞的銷的螺紋部的損傷。
[0114] 為此原因，使該固體防腐覆膜優(yōu)選地形成在銷的接觸面上，并且使上述高硬度和 低硬度固體潤滑覆膜優(yōu)選地形成在箱的接觸面上。
[0115] 關(guān)于固體潤滑覆膜如果是上述情況的話，優(yōu)選地通過噴涂來涂布固體防腐覆膜。 嗔涂包括熱溶涂布。
[0116] [預(yù)備表面處理]
[0117] 如果根據(jù)本發(fā)明的管狀螺紋接頭的待形成高硬度固體潤滑覆膜和低硬度固體潤 滑覆膜或在一些情況下待形成固體防腐覆膜的接觸面經(jīng)受用于表面粗糙化的預(yù)備表面處 理以從作為加工之后的表面粗糙度的3 μ m-5 μ m增大表面粗糙度，則表面粘合性增大了， 存在增強(qiáng)覆膜效果的趨勢(shì)。因此，優(yōu)選地在形成覆膜之前執(zhí)行接觸面的預(yù)備表面處理以使 表面粗糙化。
[0118] 當(dāng)將覆膜形成在具有大表面粗糙度的接觸面的頂部的情況下，覆膜厚度優(yōu)選地大 于粗糙化的接觸面的粗糙度Rmax以便完全覆蓋接觸面。在接觸面是粗糙的情況下的覆膜 厚度是整個(gè)覆膜的覆膜厚度的平均值，可以從覆膜的面積、質(zhì)量和密度計(jì)算該平均值。
[0119] 用于表面粗糙化的預(yù)備表面處理的示例是通過噴射諸如具有球形形狀的球體 (shot)或具有帶角形狀的細(xì)沙（grit)等的噴砂材料而進(jìn)行的噴砂處理、通過在諸如硫酸、 鹽酸、硝酸或氫氟酸溶液等的強(qiáng)酸溶液中浸漬以便使表皮粗糙化的浸蝕、諸如磷酸鹽處理、 草酸鹽處理和硼酸鹽處理等的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理（典型地針狀生長的沉淀結(jié)晶，結(jié)晶表面的粗 糙度提高了）、利用諸如Cu、Fe、Sn或Zn等的金屬或者這些金屬的合金進(jìn)行電鍍（由于對(duì)凸 部進(jìn)行了優(yōu)先電鍍而使得表面可以略微變得更粗糙）以及可以形成多孔的鍍層的沖擊鍍。 作為電鍍的一個(gè)示例，形成在金屬中具有分散的微小固體顆粒的鍍層的復(fù)合鍍具有從鍍層 突出的微小固體顆粒，因此能夠用作賦予表面粗糙度的方法?？梢越M合使用兩種或更多種 類型的預(yù)備表面處理?？梢愿鶕?jù)已知方法執(zhí)行處理。
[0120] 不管使用何種方法用于接觸面的預(yù)備表面處理，在通過預(yù)備表面處理進(jìn)行表面粗 糙化之后的表面粗糙度Rmax優(yōu)選地為5 μ m-40 μ m。如果Rmax小于5 μ m，則潤滑覆膜的粘 合性和保持力有時(shí)會(huì)不足。另一方面，如果Rmax超過40 μ m，則摩擦增大，潤滑覆膜不能承 受在其經(jīng)受高壓時(shí)的剪切力和壓縮力，并且變得更易于對(duì)覆膜造成損傷或更容易發(fā)生覆膜 的剝離。
[0121] 從潤滑覆膜的粘合性的角度出發(fā)，能夠形成多孔覆膜的預(yù)備表面處理、即化學(xué)轉(zhuǎn) 化處理和沖擊鍍是優(yōu)選的，在這種情況下，為了使多孔覆膜的Rmax至少為5 μ m，則覆膜厚 度優(yōu)選地被制成為至少5μπι。不存在對(duì)覆膜厚度的特別的上限限制，但是通常覆膜厚度為 至多50 μ m且優(yōu)選地為至多40 μ m，這也足夠了。通過在由預(yù)備表面處理形成的多孔覆膜的 頂部形成潤滑覆膜，通過所謂的錨固效應(yīng)（anchor effect)增大潤滑覆膜的粘合性。結(jié)果， 變得即使在反復(fù)組裝和拆開的情況下固體潤滑覆膜的剝離也更加難以發(fā)生，并且有效地防 止了直接的金屬與金屬的接觸，使得進(jìn)一步改善了耐磨損性、氣密性和防腐特性。
[0122] 特別優(yōu)選的用于形成多孔覆膜的預(yù)備表面處理是磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理（利用磷 酸錳、磷酸鋅、磷酸鐵錳或磷酸鋅鈣的處理）和通過沖擊鍍而形成鋅或鋅鐵合金覆膜。從粘 合性的角度出發(fā)，優(yōu)選的是磷酸錳覆膜，而從防腐的角度出發(fā)，優(yōu)選的是能夠預(yù)期通過鋅提 供犧牲防腐作用的鋅或鋅鐵合金覆膜。
[0123] 可以通過以傳統(tǒng)的方式浸漬或噴霧來進(jìn)行磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理?？梢允褂糜糜?鍍鋅材料的典型的酸性磷化溶液作為化學(xué)轉(zhuǎn)化處理溶液。例如，可以使用包含lg/L_150g/ L的磷酸根離子、3g/L-70g/L的鋅離子、lg/L-100g/L的硝酸根離子和0g/L-30g/L的鎳離 子的鋅系磷化溶液。還可以使用通常用于螺紋接頭的錳系磷化溶液。該溶液的溫度為從 室溫到l〇〇°C，根據(jù)期望的覆膜厚度可以使處理時(shí)間達(dá)到15分鐘。為了促進(jìn)覆膜的形成， 可以在磷酸鹽處理之前將包含膠體鈦的表面改性水溶液（aqueous surface modifying solution)供給到被處理的表面。在磷酸鹽處理之后，優(yōu)選地進(jìn)行用熱水或冷水的洗滌接著 干燥。
[0124] 可以通過在轉(zhuǎn)桶內(nèi)使顆粒和待鍍覆的材料彼此沖擊的機(jī)械鍍來執(zhí)行沖擊鍍，或者 通過利用噴射設(shè)備使顆粒向待鍍覆的材料噴射的噴射鍍覆來執(zhí)行沖擊鍍。在本發(fā)明中，僅 對(duì)接觸面執(zhí)行鍍覆就足夠了，因此優(yōu)選地采用能夠局部鍍覆的噴射鍍覆。從防腐性和粘合 性的角度出發(fā)，通過沖擊鍍形成的鋅或鋅合金的厚度優(yōu)選地為5 μ m-40 μ m。
[0125] 例如通過向待涂布的接觸面噴射表面涂布有鋅或鋅合金且具有鐵基芯材的顆粒 形式的噴射材料來執(zhí)行噴射鍍覆。顆粒中的鋅或鋅合金的含量優(yōu)選地在20% -60%的范 圍，而顆粒的直徑優(yōu)選地在0. 2mm-l. 5mm的范圍。作為沖擊的結(jié)果，僅作為顆粒的覆膜的鋅 或鋅合金附著到作為基體的接觸面，并且由鋅或鋅合金制成的多孔覆膜形成在接觸面的頂 部。該噴射鍍覆能夠形成不論鋼的類型都具有與鋼面的良好粘合性的多孔金屬覆膜。
[0126] 作為另一種預(yù)備表面處理，形成單層或多層的特定的電鍍盡管幾乎不具有表面粗 糙化效果，但是可以提高潤滑覆膜和基體之間的粘合性，使得管狀螺紋接頭的耐磨損性獲 得改善。
[0127] 這種用于潤滑覆膜的預(yù)備表面處理的示例是利用諸如Cu、Sn和Ni或它們的合金 進(jìn)行電鍍。鍍覆可以是單層鍍覆或具有兩層或更多層的多層鍍覆。這種電鍍的具體示例是 鍍Cu、鍍Sn、鍍Ni、鍍Cu-Sn合金、鍍Cu-Sn-Zn合金、利用鍍Cu和鍍Sn的雙層鍍覆和利用 鍍Ni、鍍Cu和鍍Sn的三層鍍覆。特別地，當(dāng)管狀螺紋接頭是由Cr含量超過5%的鋼制成 時(shí)，磨損極其容易發(fā)生。在這種情況下，優(yōu)選地通過利用Cu-Sn合金或Cu-Sn-Zn合金的單層 鍍覆或者利用從這些合金鍍以及鍍Cu、鍍Sn和鍍Ni選擇的兩層或更多層的多層金屬鍍覆 來執(zhí)行預(yù)備表面處理，該多層金屬鍍覆諸如是利用鍍Cu和鍍Sn的雙層鍍覆、利用鍍Ni和 鍍Sn的雙層鍍覆、利用鍍Ni和鍍Cu-Sn-Zn合金的雙層鍍覆以及利用鍍Ni、鍍Cu和鍍Sn 的三層鍍覆等。
[0128] 可以通過在JP2003-74763A中闡述的方法來形成這些類型的鍍覆。在是多層鍍 覆的情況下，被稱作觸擊電鍍（strike plating)的最下層鍍覆（通常是鍍Ni)優(yōu)選地為 厚度至多Iym的極薄的鍍層。該鍍覆厚度（在多層鍍覆的情況下的總厚度）優(yōu)選地在 5 μ m-15 μ m的范圍。
[0129] 根據(jù)另一種預(yù)備表面處理，可以形成固體防腐覆膜。
[0130] 實(shí)施例
[0131] 將通過下面的實(shí)施例和比較例來說明本發(fā)明的效果。在以下說明中，銷的包括螺 紋部和無螺紋金屬接觸部的接觸面將被稱為銷表面，而箱的包括螺紋部和無螺紋金屬接觸 部的接觸面將被稱為箱表面。表面粗糙度為Rmax。除非另有說明，否則百分?jǐn)?shù)表示質(zhì)量百 分?jǐn)?shù)。
[0132] 由具有表1中示出的組分的碳鋼制成的VAMTOP專用螺紋接頭（外徑為17. 78cm(7 英寸）、壁厚為I. 036cm(0. 408英寸））的銷表面和箱表面經(jīng)受在表2中示出的預(yù)備表面處 理。此后，在銷表面和箱表面上形成如表3和表4示出的高硬度固體潤滑覆膜和低硬度固 體潤滑覆膜以及在某些情況下的固體防腐覆膜。
[0133] 以下將詳細(xì)地說明該處理和覆膜組合物。在表4中，無螺紋金屬接觸部表示密封 部和肩部，而螺紋部表示接觸面的除了密封部和肩部以外的部分。當(dāng)在無螺紋金屬接觸部 和螺紋部上形成不同的覆膜的情況下，首先在無螺紋金屬接觸部上形成固體潤滑覆膜，然 后在螺紋部上形成單獨(dú)的固體潤滑覆膜。當(dāng)在螺紋部上形成固體潤滑覆膜的情況下，使用 遮蔽板（shielding plate)執(zhí)行涂布，使得潤滑覆膜不形成在之前形成在無螺紋金屬接觸 部上的固體潤滑覆膜的頂部。然而，不需要這兩個(gè)覆膜之間的界限是明顯的，即使在邊界處 存在大約Imm的重疊區(qū)域也能夠得到本發(fā)明的效果。
[0134] 利用由島津制作所制造的型號(hào)為HMV-200的微硬度試驗(yàn)機(jī)、使用在由相同的材料 制成的鋼板頂部具有以相同的方式形成的固體潤滑覆膜的試樣、在100g、10秒的條件下來 測(cè)量各固體潤滑覆膜的努氏硬度Hk。
[0135] 在以上述方式制備的管狀螺紋接頭上執(zhí)行以高組裝扭矩進(jìn)行組裝的高扭矩組裝 試驗(yàn)來準(zhǔn)備類似圖2中示出的扭矩圖表，測(cè)量扭矩圖表中的Ts (臺(tái)肩扭矩（shouldering torque)、Ty (屈服扭矩）和 Λ T( = Ty-Ts,肩部抵抗扭矩（torque on shoulder resistance))〇
[0136] Ts是當(dāng)肩部開始干涉時(shí)的扭矩。具體地，在肩部干涉之后扭矩的變化開始進(jìn)入線 性區(qū)域（彈性變形區(qū)域）的情況下的扭矩為Ts。Ty為塑性變形開始時(shí)的扭矩。具體地，在 達(dá)到Ts之后、當(dāng)利用轉(zhuǎn)動(dòng)使扭矩的變化開始喪失線性且從線性區(qū)域分離時(shí)的扭矩為Ty。在 表5中示出了以表3中的采用傳統(tǒng)合成油脂的比較例1的Λ T被賦予的值為100的情況下 的Λ T( = Ty-Ts)的相對(duì)值。
[0137] 在各管狀螺紋接頭上進(jìn)行反復(fù)的組裝和拆開試驗(yàn)以評(píng)估耐磨損性。在反復(fù)的組裝 和拆開試驗(yàn)中，在組裝扭矩為20kN-m、組裝速度為IOrpm的條件下進(jìn)行螺紋接頭的組裝，在 拆開之后，調(diào)查銷表面和箱表面的咬合狀態(tài)。當(dāng)由組裝產(chǎn)生的咬合刮擦（seizing scratch) 輕微且可以在進(jìn)行修理之后再次組裝的情況下，進(jìn)行修理并且繼續(xù)進(jìn)行組裝和拆開。進(jìn)行 10次組裝。
[0138] 表 1
[0139] 碳鋼的化學(xué)組分（％);其余：鐵和雜質(zhì)
[0140]
[0141] 表 2

【權(quán)利要求】
1. 一種管狀螺紋接頭，其由均具有接觸面的銷和箱構(gòu)成，所述接觸面包括螺紋部和無 螺紋金屬接觸部，所述無螺紋金屬接觸部包括密封部和肩部，其特征在于，第一固體潤滑覆 膜存在于所述銷和所述箱中的至少一方的接觸面的包括所述肩部的部分，第二固體潤滑覆 膜存在于所述銷和所述箱中的所述至少一方的所述接觸面的至少不具有所述第一固體潤 滑覆膜的部分，所述第一固體潤滑覆膜的努氏硬度高于所述第二固體潤滑覆膜的努氏硬 度，當(dāng)存在所述第一固體潤滑覆膜和所述第二固體潤滑覆膜兩者均存在的部分的情況下， 將所述第二固體潤滑覆膜定位在所述第一固體潤滑覆膜的下方。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀螺紋接頭，其特征在于，所述接觸面的包括所述肩部的 部分為所述接觸面的所述無螺紋金屬接觸部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的管狀螺紋接頭，其特征在于，所述銷和所述箱中的至少一方 的所述無螺紋金屬接觸部具有所述第一固體潤滑覆膜，并且所述銷和所述箱中的所述至少 一方的所述螺紋部具有所述第二固體潤滑覆膜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀螺紋接頭，其特征在于，所述銷和所述箱中的一方的所 述接觸面在所述接觸面的包括所述肩部的部分具有所述第一固體潤滑覆膜并且在所述接 觸面的至少不具有所述第一固體潤滑覆膜的部分具有所述第二固體潤滑覆膜，所述銷和所 述箱中的另一方的所述接觸面具有固體防腐覆膜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的管狀螺紋接頭，其特征在于，所述固體防腐覆膜是基于可UV 固化的樹脂的覆膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的管狀螺紋接頭，其特征在于，所述第一固體潤滑 覆膜的努氏硬度與所述第二固體潤滑覆膜的努氏硬度的比為至少1. 1。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的管狀螺紋接頭，其特征在于，在覆膜形成之前已 經(jīng)通過從噴砂、酸洗、磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、草酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、硼酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、電 鍍、沖擊鍍以及這些方法中的兩種或更多種中選擇的方法對(duì)所述銷和所述箱中的至少一方 的所述接觸面進(jìn)行了表面處理。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的管狀螺紋接頭，其特征在于，所述第一固體潤滑 覆膜和所述第二固體潤滑覆膜中的每一個(gè)的覆膜厚度為10 U m-150 y m，而在存在所述第一 固體潤滑覆膜和所述第二固體潤滑覆膜重疊的部分的情況下，在該部分的所述第一固體潤 滑覆膜和所述第二固體潤滑覆膜的總厚度為至多200 y m。
【文檔編號(hào)】F16L15/04GK104334951SQ201380026618
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月23日
【發(fā)明者】后藤邦夫 申請(qǐng)人:新日鐵住金株式會(huì)社, 瓦盧瑞克石油天然氣法國有限公司