JPH0227088A

JPH0227088A - 耐焼き付き性に優れたＴｉまたはＴｉ合金製継手

Info

Publication number: JPH0227088A
Application number: JP17679288A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Anraku; 敏朗安楽; Tetsuzo Arai; 新井　哲三
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-07-15
Filing date: 1988-07-15
Publication date: 1990-01-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、たとえば油井管、地熱発電用管、産業廃棄物
処理用管等として高耐食性および高強度が要求される環
境で使用されるＴｉまたはＴｉ合金管の継手に関する。

（従来の技術）上述のような環境で最も多量に使用されているのは油井
管であって、その使用環境も近年まずます厳しくなって
いることから、以下にあっては油井管を例にとって説明
する。

ところで、油井管には通常３．５〜１４．０ｋｇ／ｍｍ
２（５０００〜２０　、０００ｐｓ　ｉ　）という高圧
がかかるため、油井管継手には高度の気密性が要求され
る。

一般に油井管継手はネジ部とメタルシール部から構成さ
れ、前述のような高面圧に耐える十分な気密性を発揮さ
せるには、メタルシール部およびネジ部において高面圧
を与えなければならず、そのため繰り返し使用している
うちにメタルシール部の「焼き付き」や「むしれ」の発
生は避けられなかった。

一方、従来の油井管材料としては、普通鋼、Ｃｒ−Ｍｏ
綱、あるいはＣｒを１０％以上含有する高Ｃｒ１ｉｔｌ
が用いられていたが、近年、油井の条件が益々厳しくな
るに従って、８２５やＣＯ７を伴う腐食環境下でも耐食
性等の要求を十分に満足する油井管をとの要望のもとに
ＴｉあるいはＴｉ合金製油井管が用いられるようになっ
てきている。

従来技術においても既に知られているように、前述の１
焼き付き」や「むしれ」を防止するためには、油井管継
手のメタルシール部に表面処理を行うことが有効である
。例えば、メタルシール部表面にリン酸塩処理またはシ
ュウ酸塩処理等の化成処理を行い、得られた化成被膜に
よってメタルメタルの接触を緩和するのである。そこで
、普通鋼あるいはＣｒ　−Ｍｏ鋼製油井管の継手、これ
も同一材質となるのであるが、に対しては、リン酸亜鉛
あるいはリン酸マンガン等により化成処理を行っている
。また、高Ｃｒ鋼は化学反応性が乏しく、リン酸塩処理
もしくはシュウ酸塩処理では充分な被膜形成が行われな
いため、高Ｃｒ＠継手の場合、メタルシール部に軟質金
属であるＺｎあるいはＣｕ被膜を電気メッキにより生成
させ、同種金属の接触を防止して「焼付き」や「むしれ
」の発生予防を図っている。

ところが、油井管継手を構成する管継手は油井管と同一
種の材料から作られるものであって、前述のような油井
管材質の変化に伴って、かかる継手材質も変化してきて
おり、ＴｉあるいはＴｉ合金からなる油井管継手が採用
されるようにｊ、くってきている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、ＴＩあるいはＴｉ合金は、化学反応性が乏しく
、従来のリン酸塩処理、もしくはシュウ酸塩処理では十
分な被膜形成が行われず、したがって、かかる化成処理
で前述のような油井管継手の焼き付き防止効果は認めら
れなかった。

また、ＴｉあるいはＴＩ合金表面には安定した不動態被
膜が生成しているため、前処理によって十分な活性面が
得られないため、高Ｃｒ鋼に用いられるような十分な密
着力を有する電気Ｃｕメッキ被膜を得ることができない
。したがって、かかるＣｕ被膜でも、油井管の焼き付き
防止効果は認められない。

一方、航空機部品用Ｔｉ材に採用されているメッキ法で
は、ＡＳＴＭ法によれば、下地メッキ後、チタンとの拡
散層を形成するため、例えば５４０〜８００゛Ｃで１〜
４時間という高温長時間の熱処理工程が必要である。し
かるに、高強度が要求される油井管継手の場合、かかる
高温長時間熱処理による強度低下が懸念されるためかか
る方法は適用できない。

かくして、本発明の目的は、上述のようなＴｉあるいは
Ｔ１合金特有の表面処理の困難性にもかかわらず、所期
の高度の気密性を確保しながら「焼き付き」および「む
しれ」を確実に防止する油井管継手を提供することであ
る。

（課題を解決するための手段）そこで、本発明者らは、ＴｉあるいはＴｉ合金からなる
油井管継手に対する表面処理方法を検討した結果、まず
、ＴｉあるいはＴｉ合金表面に表面改質を目的としてＣ
ｒｆｆＢ度が１３％以下からなるグリッド粒によるブラ
スト処理により、ＴｉあるいはＴｉ合金表面上に、その
グリッド粒の機械的埋没層、つまり後述する機械メッキ
を設け、次いでＮｉ層そして最外層にＣｕあるいはＡｕ
からなるメッキ被膜を形成することによって上記目的が
達成されることを見い出し、本発明を完成した。

ここに、本発明は、メタルシール部とネジ部を備えたＴ
ＩまたはＴｉ合金製の管継手であって、該メタルシール
部およびネジ部の表層に、該表層上に設けられた鉄また
は鉄基合金粒から成る機械メッキ層、該機械メッキ層上
に設けられたＮｉメッキ層、更に該Ｎｉメッキ層上に設
けられたＣｕまたはＡｕメッキ層を有する耐焼き付き性
に優れたＴｉまたはＴｉ合金製継手である。

「機械メッキ層」とは代表的にはグリッド粒子をブラス
トして各グリッド粒子を表層に埋め込むことにより得ら
れるメカニカルブレーティング層を云うのであり、好適
態様によればＦｅまたはＦｅ基会合金粒埋設層である。

要するに、メカニカルブレーティングによるメッキ層一
般を云うのであって、その後に行うＮｊメッキさらにＣ
ｕまたはＡｕメッキを阻害しない限り、特に制限される
ことはない。

かかる埋設層の金属種としては、その他、Ｚｎ、　Ｎｉ
５Ｃｕ、　Ｃｒであってもよい。またその手段について
も、インペラー、エアブラストなどを使用するものであ
ってもよい。

なお、Ｔｉの場合、これまでのメッキ前処理としてブラ
スティング処理される場合があったが、その目的とする
ところは、被メッキ面の下地荒らしであるから、本発明
のそれとは木質的に異なる。

（作用）次に、添付図面を参照して本発明をさらに詳述する。

第１図は、本発明にかかる継手構造の１例を示す略式説
明図であり、図中、油井管１．１′の管端には継手３が
構成されており、それぞれビン型、ボックス型となって
いる。それぞれの継手にはネジ部４．４°およびメタル
シール部５．５゛が設けられており、互いにメタル−メ
タル接触が行われる。

第２図は、本発明にかかるメッキ層の詳細構造を示すも
のであって、基体であるＴｉ材６の表層には機械メッキ
層８が設けられている。これは必ずしも、密に表層を覆
う必要はなく、次に行われるＮｉメッキ層１０を十分に
保持できる程度であればよい。たとえば、全面の５〜９
０％程度覆うことができれば十分であろう。

次に、この機械メッキ層８の上にはＮ１メッキ層１０が
設けられており、さらにそのうえにはＣｕまたはＡｕメ
ッキ層１２が設けられている。これらのＮｉおよびＣｕ
（Ａｕ）のメッキは慣用の電気メッキによれば十分であ
り、具体的メッキ条件については説明を簡単にするため
に省略する。

好適例によれば、各メッキ層の厚さは次の通りである。

機械メッキ層：く２μｍＮｉメッキ層　：　０．５　ｐｍ　＜Ｎｉ＜　２　μｍ
Ｃｕ、へＵメッキＩＩ：　　５１１ｍ　＜Ｃｕ、、Ａｕ
＜５０μｍなお、図示例にあっては、ビン−ボックス型
のものを示すが、その他カンプリングタイプのものであ
っても同様である。

次に、本発明にあって優れた特性が得られる理由および
そのときの好適メッキ組成についてさらに述べる。

本発明によれば耐ゴーリング性にずくれた継手かえられ
るが、これは耐ゴーリング性に優れたＣｕあるいはＡｕ
メッキ層を主要メッキ皮膜として最上層に設けたからで
ある。中間層のＮｉは、下層の鉄合金層とＣｕメッキと
を強固に密着させることを目的としたストライク層であ
り、Ｃｕメッキ条件により密着力を確保できるなら省略
してもよい。つまり、特殊な方法で電流密度等を上げる
ことにより十分な密着力を有するＣｕがメッキされれば
、Ｎｉメッキは不要となる。下層の鉄合金メッキ皮膜は
、ブラスト粒のアンカー効果による上層メッキ層との密
着力の向上と、ＴｉあるいはＴｉ合金表面の改質目的に
設けるのである。

なお、本発明の好適態様にあって下層の機械メッキ層の
Ｆｅ合金のＣｒ濃度を１３％以下に制限するが、これは
、一般にＣｒ　：　１３％超では鉄合金表面上に安定な
Ｃｒ酸化物からなる不動態被膜が形成し、そのうえにＮ
ｉメッキを行っても密着力の良好なメッキ被膜が得られ
ないためである。

本発明にあって、各メッキ層の厚さは既に述べたように
、特に制限されないが、好ましくは合計厚さは２〜５０
μｍとする。この場合、厚さを２μＷ以上としたのは、
２μｍ未満では継手の締め付は時の摩耗によりメッキが
消失し、「焼き付き」あるいは「むしれ」が生じるため
である。また、厚さを５０μｍ以下としたのは、５０μ
ｍ超では、メッキ厚みによりメタルシール部の面圧が上
昇し、「焼き付き」が生じやすくなるためである。

本発明によるメッキ処理部位はメタルシール部およびネ
ジ部の両方であるが、耐焼き付き性の点からは、ピン側
あるいはボックス側のメタルシール部とネジ部のみの処
理で十分である。しかし、当然のことながら、ピンとボ
ックスの両側のメタルシール部とネジ部に本発明による
メッキ処理をしても耐焼き付き性は良好である。

次に、実施例によって本発明をさらに具体的に説明する
。

実施例第１表に示す組成のＴｉ合金材料で管を製造し、さらに
ネジ加工を施こし、内径１２０ｍｍの管およびカップリ
ングを得た。

次にこのようにして得られた管およびカンプリングの継
手部に、第２表に示すブラスト処理を行い次いで各メッ
キ処理を実施した。

このときのメッキ条件は次の通りであった。

Ｎｉメッキ・ワット浴硫酸ニッケル　２７０ｇ／β 塩化ニッケル　　４０ｇ／β ホウ酸　　　　３０ｇ／　１電流密度　７０　Ａ／ｄｍ２時間　３０秒Ｃｕ（Ａｕ）メッキ：メッキ浴硫酸銅　　　　２５０ｇ／β 硫酸　　　　　　６５ｇ／β 電流密度　２　Ａ／ｄｍ２時間　１５分このようにして得られたネジ部およびメタルシル部を有
するカップリング継手につき、ＡＰＩ規格の定めるとこ
ろに従い、ネジ締めつけ、戻しを１０回繰り返し、ネジ
部およびメタルシール部の「焼き付き」または「むしれ
」の発生の有無を目視にて判定した。また、ＡＰＩ規格
（ＲＰ８７）で規定す１する気密性のテス１−を行い、「漏れ」の有無を判定した
。

これらの試験の結果は第２表にまとめて示す。

第２表の各試験は、第１表のＴｉ台金種Ａ、ＢおよびＣ
の３種についてそれぞれ行ったものであるが、はぼ同様
の結果を示したため、組成の区別をせずに示しである。

これらの結果からもわかるように、本発明によるものは
比較例に比べてＡ、Ｂ、Ｃのいずれの合金組成でも良好
な耐焼き付き性を示すとともに気密性も良好であった。

なお、いずれも例においても、機械メッキ層の表面被覆
率は、１０％であった。また、この機械メッキ層のうえ
に設けたＮｉメッキ層もいずれの場合も２（μｍ）厚さ
で設けた。

第１表（重量％）（頬に二ｉプく）０８２表つづき） ○・・・・焼き付きまたは漏れなし、 ×、・・、焼き付きまたは漏れあり（発明の効果）以上説明したごとく、本発明により、ＴｉあるいはＴｉ
合金特有の表面処理の困難性にもかかわらず、高度の気
密性を有しなから「焼き付き」および「むしれ」を確実
に防止するＴｉ合金製油井管継手を提供することができ
る。

Ｔｉ合金製油井管がひろく使用されようとしている今日
、本発明の意義は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる油井管継手の略式断面図；お
よび第２回は、第１図のメタルシール部およびネジ部のメッ
キ層詳細構造図である。

Claims

【特許請求の範囲】

メタルシール部およびネジ部を備えたＴｉまたはＴｉ合
金製管継手であって、該メタルシール部およびネジ部の
表層に、該表層の上に設けた鉄または鉄基合金粒から成
る機械メッキ層、該機械メッキ層の上に設けたＮｉメッ
キ層、そして該Ｎｉメッキ層上に設けたＣｕまたはＡｕ
メッキ層を有する耐焼き付き性に優れたＴｉまたはＴｉ
合金製継手。