| 【発明の名称】 |
クラッド鋼管継ぎ手 |
| 【発明者】 |
【氏名】丸山 和士
【氏名】山本 修治
【氏名】坂本 俊治
【氏名】津留 英司
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| 【要約】 |
【課題】腐食流体が流れる内部のその流体に接する部分全てを耐食性の金属材料のクラッド材で包囲する腐食性の高い油井管用管継ぎ手を提供する。
【解決手段】ピンの内面側には、ピンの金属接触シール部および先端部加工ができる程度の厚みを持つ耐食性の金属材料のクラッド部を持ち、ボックスの中央突起部の内面側表面部は、ピン側の金属接触シール部に対応する金属接触部が加工できる程度の厚みを持つ耐食性の金属材料のクラッド部を有する構造としたクラッド鋼管継ぎ手。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 内面に耐食金属材料をライニングした鋼管を用いた、内面に雌ネジを有するボックス２と、外面に雄ネジを有するピン１を螺合するネジ継ぎ手において、ネジなし先端部に階段状に配置した２ケ所の肩部とその中間部が金属接触面から構成されるピン側と、ピン側先端形状に対応する１ケ所の肩部とピン金属接触面と対になる金属接触面から構成されるボックス側とからなり、ピン先端の内面側耐食金属材料は少なくとも、その材料で金属接触面が加工できる程度の厚みを持ち、ボックス中央突起部の突起内表面に位置する金属接触面は、耐食金属材料で加工できる程度の厚みを持ち、両者の締め込みにより前記耐食金属材料でその内面、端面および金属接触面で囲まれたピン先端同士は中央部で隣接或いは衝接し、同時にこれらピン先端外周部は耐食金属材料のボックス中央突起部の内面金属接触面と緊密なシール部を構成し、締め込み後の鋼管内面は耐食金属材料で保護された態様となり、その繋ぎ目も表面が全て耐食金属材料で閉じ込められた気密部を持たせたことを特徴とするクラッド鋼管継ぎ手。
【請求項２】 前記ピンまたはボックス、或いはその両方の加工素材として、クラッド鋼管を使用せず耐食金属材料でできたインサートリング、または肉盛り溶接法を適用した素材を利用したことを特徴とする請求項１記載のクラッド鋼管継ぎ手。
【請求項３】 前記ネジ継ぎ手の締結時にピン先端部に隙間を設け、その隙間に耐食パッキンリングを挿入したことを特徴とする請求項１または２記載のクラッド鋼管継ぎ手。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、腐食性内部流体のシール性が要求されるクラッド油井管、クラッドラインパイプのネジ継ぎ手において、製造コスト削減を図りつつ、易製造性および高品質を実現したネジ継ぎ手に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より腐食性内部流体のシール性が要求されるクラッド鋼管のネジ継ぎ手においては、腐食流体をシールする部分を確保するために、図１に示す特開昭５７−７６３８３号公報に開示されたように、管端に雄ネジ加工したピンに対しては、その先端部にクラッド鋼管の内張り材質と同じか、もしくは同等の腐食特性を有する材料を肉盛り溶接するか、または、図２に示す特開昭５７−７６３８６号公報に開示されたように、内面に雌ネジ加工をしたボックスに対しては、その中央突起部に金属接触シール部を設けるため継ぎ手内面に耐食性インサートリングを挿入したり、中央突起部を肉盛り溶接したり、普通鋼突起を含むようにバタリング溶接等を施していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、クラッド鋼管のネジ継ぎ手において、ピンおよびボックスの管端肉盛り多パス溶接は著しく生産性が低く、コスト上昇の要因となっている。また、インサートリングの挿入もリング費用が余分にかかり、挿入部の加工と継ぎ手のネジ加工を分けて行うことになり、そのため製造工程も長くなる。このように、クラッド継ぎ手の気密部の処理には費用と時間がかかり、耐食材料一体物より安価にできるというクラッド鋼管の長所を十分に生かせていないのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解決するために、ボックス素管にはクラッド素管を適用し、ピンにもクラッド鋼管またはその管端をアップセット加工して管端シール部を含む継ぎ手を加工することとし、継ぎ手構造にはクラッドの内張り耐食材料の厚さが薄くても金属接触シール部を確保できるよう工夫したものである。
【０００５】本発明によるクラッド鋼管継ぎ手構造の概要を説明すると、内面に耐食金属材料をライニングした鋼管を用い、内面に雌ネジを有するボックスと、外面に雄ネジを有するピンを螺合する鋼管のネジ継ぎ手において、ネジなし先端部に階段状に配置した２ケ所の肩部とその中間部が金属接触面から構成されるピン側と、ピン側先端形状に対応する１ケ所の肩部とピン金属接触構成面と対になる金属接触面から構成されるボックス側とからなり、ピン先端の内面側耐食金属材料の厚みは少なくとも金属接触構成面が加工できる程度確保され、ボックス中央突起部は金属接触構成面が加工できる程度にクラデイングされている。
【０００６】両者の締め込みにより、耐食金属材料でその内面、端面および金属接触構成面で囲まれたピン先端同士は中央部で隣接或いは衝接し、同時にこれらピン先端外周部は耐食金属材料のボックス中央突起部の内面金属接触面と緊密なシール部を構成し、締め込み後の鋼管内面は耐食金属材料で保護された態様となり、その繋ぎ目も表面が全て耐食金属材料で閉じ込められた気密部となり、そのため腐食性内部流体に接触する箇所は全て耐食材料で保護された継ぎ手構造が可能になる。
【０００７】また、当然のことながら、ピンまたはボックス、或いは両方にインサートリングまたは肉盛り溶接法を適用してもシール性および内面の耐食性が損なわれるものではないが、コスト低減、易製造性、熱影響による母材変質を回避できる等の目的を達成するためには、クラッド鋼管でピンおよびボックスを加工する本発明で最も上記メリットが享受できるものとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図３は、本発明によるクラッド鋼管のネジ継ぎ手の嵌合状態を示すもので、その主要部分を拡大した横断面図である。図３において、管本体１の一端にテーパ雄ネジが加工され、その先端部には２ケ所の肩部５、６、そしてそれらの間に金属接触部４が加工されている。ボックス２には、前記雄ネジ３に嵌合する雌ネジ３’が加工され、雄ネジ先端形状に対応するように１ケ所の肩部５’および金属接触部４’が加工されている。雄ネジ先端部の２ケ所の肩部は、ネジ側に近い５、５’が締め付け位置を制御することを目的に配置され、ピン先端肩部６、６’は軽微に衝接することによりパイプ内面を耐食材料で覆うことを目的とする。また、前記衝接部のシール性をより確実にするためには後述の防食リングをその中間に挟むことも有効である。
【０００９】ピンの内面クラッド耐食材７の厚みは、外面との接触位置８が少なくとも金属接触シール部４、４’面においてシールに必要な部分が耐食材料同士の接触になるように設計する。前記耐食材料の厚みが厚すぎると外面の相対厚みが薄くなり、また、前記耐食材料をオーステナイト系ステンレス鋼、外面を焼き入れ、焼き戻し高強度鋼とする一般的使用法においては継ぎ手効率の低下に繋がるので好ましくない。また、反対に耐食材７の厚みが十分とれない場合には、図５に示すように管端アップセット加工を施し、クラッド耐食材７を増肉するなどの手段を採ることも有効である。
【００１０】ボックスの内面クラッド耐食材８の厚みは、金属接触シール部４’面が耐食材料になっていれば良い。このように薄いクラッド厚みを効果的に利用してピン、ボックスを加工するためには素材のクラッド材とネジ加工後の関係は図４に示すようになる。ピンでは図４ａに示すように破線より外側はネジ切削で除去され、ボックスでは図４ｂに示すように破線より内側がネジ切削により除去される。
【００１１】図４に示すクラッド素管の製法は、界面がメカニカルボンデイングではなく、メタラジカルボンデイングであることが本発明の条件であり、そのための製法としては内管・外管の組立材を熱押し、またはプラグおよびマンドレル方式のシームレス圧延にてそのクラッド界面の接着強度を高めたもの、更に組立時に後工程での接着性を良くするために外殻内面にＮｉメッキを施したり、拡散接合、爆着などの前処理を施しておくなどの方法も適用できる。
【００１２】本発明によるクラッド鋼管継ぎ手の内部流体に対する耐食性および気密性能は次の通りである。ネジ締め付けによって、最初にピン先端金属接触面４とこれに対応するボックス側金属接触面４’とが接触し第一の密封面を形成する。締め込みが進につれて接触面の面圧は増大し、密封効果は向上し継ぎ手の内部流体に対する耐食性も維持される。
【００１３】締め込みの最終段階では、肩部５、５’を衝接させ、続くネジ締め付けによって前記肩部５、５’は第二のシール面を形成し締め込みを完了するか、または、肩部６、６’を先に衝接させ、続くネジ締め付けによって前記肩部６、６’に第二のシール面を形成する。前者の場合には、肩部５、５’をトルクショルダーとして十分に利用できるが、反面、肩部６、６’の接触、すなわち、シール機能は不完全である。それでもシールは金属接触部４、４’で保持しているので安全であるが、２重の安全を考えるなら図６のように締め込み完了時にピン先端部にシールリング１１が入るように工夫する方法もある。前記肩部６、６’を先に接触させる時は過剰な締め込みにより金属接触部のシール機能が損なわれないように５−６、５’−６のスパン公差管理を厳密に行い、肩部５、５’にて過剰締め込みの防止を図る必要がある。締め込みが完了すると、左右のピン内面１０、１０’は一直線となり継ぎ手部の耐食材料ライニングは完成する。
【００１４】以上述べたように、本発明によるクラッド鋼管継ぎ手は、肉厚の薄い耐食材料クラッド鋼管から直接クラッド鋼管用ネジ継ぎ手を加工し、耐食材料の肉盛り溶接、またはインサートリング挿入などの余分な工程を省略して、製造コストの削減、生産性向上、品質向上を図ったことを特徴とする継ぎ手である。
【００１５】
【実施例】以上の説明は、本発明におけるネジ継ぎ手の機能に関する主要部分の説明であるが、実用例として以下に示す実施例および図７に基づいて説明する。熱押しクラッド素管を利用してピンは外管がＡＰＩ規格、Ｌ８０グレード、内管がオーステナイト系高合金Ｃ２７６、外径：８８．９ｍｍ、肉厚：１２．７ｍｍ、内管厚み：４．５ｍｍの鋼管を用い、それにＡＰＩ規格のバットレスを切ったネジ継ぎ手に、ピン先端ネジなし先端肩部５、６の肉厚をそれぞれ３ｍｍ、２ｍｍとし、ピン先端密封面４のテーパ：１／１０、長さ：１０ｍｍとし、ボックスも熱押しクラッド素管を利用し、外管、内管の素材はピン素材と同じで、外径：１０５ｍｍ、肉厚：１５．５ｍｍ、内管厚み：４ｍｍの鋼管を用い、それにピン同様のネジ加工を行い、締め付け完了時、耐食材料による密封箇所が前述したようにして、ボックス内面には締め込み時に焼き付きを起こさないように、Ｃｕメッキを施してクラッド鋼管継ぎ手を試作した。
【００１６】次に、前記クラッド鋼管継ぎ手の実用性能を確認するため、継ぎ手は５回の繰り返し締め込み試験に対してクラッド境界部、接触表面に異常のないことを確認し、その後、管本体の降伏内圧の８０％に相当する窒素ガス圧：８４３気圧および管体の降伏強度の８０％に相当する引っ張り荷重：１０７トンを同時に負荷して、更に１６３℃と６７℃での温度内で熱サイクルを１００回加えたが何ら気密性を損なうことなく使用上優れた気密性を有することが確認された。
【００１７】
【発明の効果】上述したように、本発明によるクラッド鋼管継ぎ手は、ピンまたはボックス、或いは両方にインサートリングまたは肉盛り溶接法を適用してもシール性および内面の耐食性が損なわれず、コスト低減、易製造性、熱影響による母材変質を回避でき、腐食性内部流体のシール性が要求されるクラッド油井管、クラッドラインパイプのネジ継ぎ手の提供が可能である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６６５５
【氏名又は名称】新日本製鐵株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）９月１９日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 敬 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−９４１４２ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２５５１５９ |
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