钢管用螺纹接头及其制造方法.pdf

提供一种不会对人体和环境带来恶劣影响，可以进行螺纹接头的重复的紧固·松脱的，耐擦伤性、防锈性、气密性优异的钢管用螺纹接头。在由公接头及母接头构成的钢管用螺纹接头的至少一方的螺纹部和无螺纹金属接触部形成固体润滑被膜，其由如下组成：从石墨、云母、碳酸钙、高岭土选择的1种或2种以上的润滑性粉末；铜粉；及结合剂。

1.  一种钢管用螺纹接头，其由分别具备具有螺纹部和无螺纹金属接触部的接触表面的公接头及母接头构成，其特征在于，在所述公接头及母接头的至少一方的接触表面上形成有固体润滑被膜，该固体润滑被膜含有：从石墨、云母、碳酸钙及高岭土中选择的1种或2种以上的润滑性粉末；铜粉；以及结合剂。

2.  根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，所述铜粉其表面被钝化处理。

3.  根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，相对于所述固体润滑皮膜中的所述润滑性粉末的含量B的铜粉的含量C的质量比C/B是0.5～5.0。

4.  根据权利要求1～3中任一项所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，所述固体润滑被膜形成于所述母接头的接触表面。

5.  根据权利要求1～4中任一项所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，只在所述公接头及母接头的一方的接触表面上形成所述固体润滑被膜，在另一方的接触表面上形成从如下被膜中选择的1层或2层以上的被膜，即：锌或锌合金被膜、金属镀敷被膜、磷酸盐被膜、草酸盐被膜、硼酸盐被膜、及防锈被膜。

6.  根据权利要求1～5中任一项所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，所述固体润滑被膜形成于实施了如下任一项基础处理的所述接触表面上，即：酸洗处理、喷丸处理、锌或锌合金的冲击镀处理、金属镀处理、软氮化处理、复合金属覆盖处理、磷酸盐处理、及草酸盐处理。

7.  根据权利要求1～6中任一项所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，形成于所述接触表面的固体润滑被膜被加热处理。

8.  一种在权利要求1～7中任一项所述的钢管用螺纹接头的所述接触表面形成所述固体润滑被膜的方法，其特征在于，对形成所述固体润滑被膜的接触表面进行预加热。

9.  一种钢管用螺纹接头的制造方法，该钢管用螺纹接头由分别具备具有螺纹部和无螺纹金属接触部的接触表面的公接头及母接头构成，并且在所述公接头及母接头的至少一方的接触表面形成有固体润滑被膜，该钢管用螺纹接头的制造方法的特征在于，包括：
对形成所述固体润滑皮膜的接触表面，实施酸洗处理、喷丸处理、锌或锌合金的冲击镀处理、金属镀处理、软氮化处理、复合金属覆盖处理、磷酸盐处理、及草酸盐处理之中的任一项基础处理的工序；
预先加热形成所述固体润滑皮膜的接触表面的工序；
在所述接触表面形成固体润滑被膜的工序，该固体润滑被膜含有：从石墨、云母、碳酸钙、及高岭土选择的1种或2种以上的润滑性粉末；铜粉；以及结合剂；
加热所述形成的固体润滑被膜的工序。

钢管用螺纹接头及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种钢管用螺纹接头及其制造方法，其不用涂布一直以来在油井管用螺纹接头紧固连结时所使用的复合润滑脂(compound grease)就能够使用，并不会对地球环境和人体带来不良影响，且耐擦伤性(gallingresistance)优异。
背景技术
在油井挖掘时所使用的管道(tubing)和套管(casing)中，一般使用螺纹接头。通常，油井的深度为2000～3000m。但是，在近年的海洋油田等的深油井中，油井的深度达到了8000～10000m。对于连接这些油井管的螺纹接头，在使用环境下因油井管及接头自身的重量引起的轴向拉伸力和内外表面压力力等的复合的压力与地下的热起作用。因此对于使用于油井管的螺纹接头，就要求即使在这样的环境下也不破损而保持气密性。另外，在管道和套管向油井的降下作业时，由于各种的干扰一度紧固的接头会松动，需要从油井拉上它们后再度紧固而使之降下。
API(美国石油协会)要求，即使对管道接头进行10次的紧固(组装makeup)及松脱(breakout)，对套管接头进行3次的紧固及松脱，都不会有称为卡滞(galling)的擦伤发生，气密性得以保持。通常分别在油井管的端部形成阳螺纹，在螺纹接头构件的内面形成阴螺纹。然后，使形成于阳螺纹的前端的无螺纹金属接触部，和形成于阴螺纹的基部的无螺纹金属接触部套合、紧固，让无螺纹金属接触部彼此接触，而形成金属密封(metalseal)部。在紧固时，涂布含有被呼为“复合润滑脂”的重金属粉的粘稠的液状润滑剂，以实现耐擦伤性和气密性的提高。另外，出于上述复合润滑脂的保持性提高和滑动性改善的目的，而对螺纹接头的螺纹部和无螺纹金属接触部实施表面处理。
但是，特别是在螺纹接头的无螺纹金属接触部，因为像超过螺纹接头材料的屈服点这样的高表面压力起作用，所以擦伤容易发生。一直以来，提出了改善这一部位的耐擦伤性的各种的螺纹接头。例如，在专利文献1中，公开有在螺纹部镀锌(Zn)、锡(Sn)等，在金属密封部(无螺纹金属接触部)镀金(Au)、白金(Pt)等的螺纹接头。在专利文献2中，公开有形成以20～90％的比例分散含有粒径10μm以下的二硫化钼(MoS₂)合成树脂的被膜的管接头。另外，在专利文献3中，公开了形成有在磷酸锰系化成处理被膜层之上形成含有二硫化钼的树脂被膜的钢管接头的表面处理方法。此外，在专利文献4中，公开有将氮化处理层作为第一层，铁镀层或铁合金镀层作为第二层，在其上形成含有二硫化钼的树脂被膜的第三层的管接头的表面处理方法。
上述各专利文献所公开的螺纹接头，均是以使用复合润滑脂为前提。在此润滑脂中，包含锌、铅、铜等的重金属粉，在连接套合螺纹时所涂布的润滑脂被冲洗掉，或涂布的润滑脂在紧固时开始溢出到外面，因此考虑到会对环境，特别是对海洋生物带来不利影响。另外，复合润滑脂的涂布作业，不但作业环境差，而且对人体的有害性存在悬念。因此，期待不使用复合润滑脂的螺纹接头的开发。
但是，在上述的现有技术中，难以确保上述的螺纹接头所要求的性能。例如，在紧固螺纹接头时，关注诸如API的规格BUL5A2所规定的复合润滑脂涂布，专利文献5～8等所公开的技术中，不用说存在对地球环境和人体存在不良影响的问题。
近年来，基于OSPAR条约(奥斯陆·巴黎条约，OSPAR)，在天然气和石油的井的开发中，严格规定了对地球环境的有害物质和对人体造成影响的物质的排放。OSPAR条约决定在1992年以合并关于海洋污染防止的奥斯陆条件和巴黎条约的形式而设立，以推进东北大西洋的海洋环境保持。
该OSPAR条约，把预防原则这一考虑作为缔约国的一般义务而纳入，是具有法律约束力的最初的框架。OSPAR条约由邻接东北大西洋的各国批准，于1998年生效。如此全球规模下针对环境的严格规定在进行中所要求的螺纹接头，其即使在气·油井的挖掘作业中，也不会在油井管紧固时对环境和人体有不良影响，且具有优异的耐擦伤性。历来，在紧固油井用钢管时能够使用于螺纹接头的上述复合润滑脂，在一部分区域其使用也要受限制。
作为不使用复合润滑脂的螺纹接头，提出有在表面形成固体润滑被膜的螺纹接头。例如，专利文献9、专利文献10及专利文献11中，公开有形成使树脂中分散含有二硫化钼(MoS₂)和二硫化钨(WS₂)的树脂被膜的螺纹接头。但是，这些又在高温环境下分解而产生亚硫酸气体(二氧化硫：SO₂)等，可能会对环境造成不小影响。
专利文献1：特开昭61-79797号公报
专利文献2：特公平3-78517号公报
专利文献3：特开平8-103724号公报
专利文献4：特开平8-105582号公报
专利文献5：特开平5-117870号公报
专利文献6：特开平6-10154号公报
专利文献7：特开平5-149485号公报
专利文献8：特开平2-885593号公报
专利文献9：特开平8-233163号公报
专利文献10：特开平8-233164号公报
专利文献11：特开平9-72467号公报
发明内容
如以上说明，现状是无法得到特别是不会对海洋生物等地球环境和人体带来不良影响而能够反复使用的，耐擦伤性优异的螺纹接头。
本发明的目的在于，提供一种耐擦伤性优异的钢管用螺纹接头及其制造方法，其不使用包含对地球环境和人体有可能造成不良影响的复合润滑脂等的重金属粉的液状润滑剂和含有害物质的固体润滑被膜，便能够抑制反复的紧固·松脱时的擦伤。
本发明者们研究的是，具有对地球环境和人体没有不良影响的固体润滑被膜的钢管用螺纹接头，此外即使在反复的紧固·松脱中也不会擦伤的钢管用螺纹接头。其结果指出，使作为润滑性粉末而混合从石墨、云母、碳酸钙、高岭土(kaolin)选择的1种或2种以上的润滑性粉末，和铜粉及结合剂而成的固体润滑被膜形成于螺纹接头的接触表面，从而得到对环境和人体完全或几乎没有影响，且耐擦伤性优异的性质。此外还发现，通过在形成固体润滑被膜时，将螺纹接头的坯管预加热到特定的温度，加热处理所形成的固体润滑被膜，也能够使高温井环境的耐擦伤性和防锈性、气密性提高，从而使本发明完成。
这样，本发明的第一形态，是分别由具备具有螺纹部和无螺纹金属接触部的接触表面的公接头(pin)及母接头(box)构成的钢管用螺纹接头，其特征在于，在公接头及母接头的至少一方的接触表面形成固体润滑被膜，该固体润滑被膜含有从石墨、云母、碳酸钙及高岭土选择的1种或2种以上的润滑性粉末、铜粉和结合剂。
根据此第一形态这种钢管用螺纹接头，因为在接触表面形成固体润滑被膜，所以在使用流动性的某种复合润滑脂时，在使用环境中不存在冲洗掉而泄漏的问题。因而，可以防止对于天然气和石油挖掘作业的环境，特别是海洋环境的污染。
在上述第一形态的钢管用螺纹接头中，铜粉其表面也可以被钝化处理。如果这样做，则能够进一步提高固体润滑被膜的安全性。
另外，在上述第一形态的钢管用螺纹接头(含变形例)中，相对于固体润滑被膜中的所述润滑性粉末的含量(B)的铜粉的含量(C)的质量比(C/B)，也可以是0.5～5.0。当如此而构成时，可以进一步提高钢管用螺纹接头的耐擦伤性。
另外，在上述第一形态的钢管螺纹接头(含各变形例)中，固体润滑被膜也可以形成于母接头的接触表面。如果这样做，比在公接头形成固体润滑被膜作业更容易。另外，比在公接头和母接头双方形成固体润滑被膜的情况更经济。
此外，在上述第一形态的钢管用螺纹接头(含各变形例)中，也可以只在公接头及母接头的一侧的接触表面形成固体润滑被膜，在另一侧的接触表面形成从如下选择的1层或2层以下的被膜：锌或锌合金被膜；金属镀敷被膜；磷酸盐被膜；草酸盐被膜；硼酸盐被膜；及防锈被膜。如此而构成时，能够赋予未形成固体润滑被膜一侧以防锈性，而提高钢管用螺纹接头的使用价值。
另外，在上述第一形态的钢管用螺纹接头(含各变形例)中，也可以将固体润滑被膜形成于实施了如下任意一项的基础处理的所述接触表面上：酸洗处理；喷丸(blast)处理；锌或锌合金的冲击镀处理；金属镀处理；软氮化处理；复合金属覆盖处理；磷酸盐处理；及草酸盐处理。如果这样做，则能够提供一种钢管用螺纹接头，其通过所谓固定(anchor)效果，对于接触表面的固体润滑被膜的粘合度被强化，即使在使用环境中固体润滑被膜也难以剥离。
另外还有在上述第一形态的钢管用螺纹接头(含各变形例)中，也可以加热处理形成于接触表面的固体润滑被膜。如果这样做，则形成于接触表面的固体润滑被膜变得强固，耐擦伤性提高。另外紧贴性也有所增加，能够得到从接触表面难以剥离的固体润滑被膜。
本发明的第二形态，是在第一形态的钢管用螺纹接头(含各变形例)的接触表面形成固体润滑被膜的方法，其特征在于，预先加热形成固体润滑被膜的接触表面。
根据该第二形态的固体润滑被膜形成方法，在接触表面涂布固体润滑被膜时，涂布液的液滴和被膜厚度的不均一性减少，能够让耐擦伤性能进一步稳定。
本发明的第三形态，是分别由具备具有螺纹部和无螺纹金属接触部的接触表面的公接头及母接头构成，并且在公接头及母接头的至少一侧的接触面形成有固体润滑被膜的钢管用螺纹接头的制造方法，其特征在于，包括如下工序：对形成固体润滑皮膜的接触表面，实施酸洗处理、喷丸处理、锌或锌合金的冲击镀处理、金属镀处理、软氮化处理、复合金属覆盖处理、磷酸盐处理、及草酸盐处理之中的任意一项的基础处理的工序；预先加热形成固体润滑皮膜的接触表面的工序；在接触表面形成含有从石墨、云母、碳酸钙、及高岭土选择的1种或2种以上的润滑性粉末、铜粉和结合剂的固体润滑被膜的工序；加热所形成的固体润滑被膜的工序。
根据此第三形态的钢管用螺纹接头的制造方法，应用上述第二形态的固体润滑被膜形成方法，能够制造上述第一形态的钢管用螺纹接头(含各变形例)。
本发明的钢管用螺纹接头，与含有现有的复合润滑脂等的重金属粉的液状润滑剂和现有的固体润滑被膜相比，对人体和环境的有害性完全或几乎没有。
另外，根据本发明的钢管用螺纹接头及其制造方法，能够提高防锈性、气密性，抑制反复的紧固·松脱之时的擦伤的发生，该效果即使在高温下也能够维持。
附图说明
图1是模式化地表示钢管装运时的钢管与螺纹接头构件的组合结构的概要图。
图2是模式化地表示钢管用螺纹接头的紧固部的概要图。
图3是表示接触表面的粗糙化的形态的图。
图中：A钢管；  B螺纹接头构件；  1公接头；  2母接头；  3a阳螺纹部；  3b阴螺纹部；  4a、4b无螺纹金属接触部；  5肩(shoulder)部。
具体实施方式
本发明是分别由具备具有螺纹部和无螺纹金属接触部的接触表面的公接头及母接头构成的钢管用螺纹接头，其特征在于，在公接头及母接头的至少一方的表面形成有固体润滑被膜，对地球环境及没有不良影响，且耐擦伤性优异。以下依据图纸所示的实施方式说明本发明。
<1.螺纹接头的组合结构>
图1是模式化地表示钢管装运时的钢管与螺纹接头构件的组合结构的概要图。钢管A，是以在具有形成于其两端部外面的阳螺纹部3a的公接头1的一侧，紧固具有形成于螺纹接头构件B的内面的阴螺纹部3b的母接头2的状态而被装运。
图2是模式化地表示代表性的钢管用螺纹接头(以下称为“螺纹接头”)的结构的概略图。螺纹接头由如下构成：公接头1，其由形成于钢管端部的外面的阳螺纹部3a，及形成于前端部的无螺纹金属接触部4a构成；母接头2，其具有形成于螺纹接头构件B的内面的阴螺纹部3b，及无螺纹金属接触部。该公接头1及母接头2的各自的螺纹部3a、3b和无螺纹金属接触部4a、4b是螺纹接头的接触表面，对该接触表面，要求有耐擦伤性、气密性、防锈性。历来，为此而涂布含有重金属粉的复合润滑脂，或形成分散了二硫化钼的树脂被膜，但是如前述，其在人体和环境方面存在问题。
根据本发明，使公接头1和母接头2的至少一方的接触表面形成固体润滑被膜，其是混合了从石墨、云母、碳酸钙、高岭土(kaolin)中选择的1种或2种以上的润滑性粉末，和铜粉及结合剂而成，从而对环境和人体的影响极小。这里，从进一步提高形成于本发明的螺纹接头的接触表面的固体润滑被膜的安全性这一观点出发，优选铜粉经表面处理而被钝化。
此外，优选在形成固体润滑被膜时，预先加热螺纹接头的至少接触表面，和加热处理所形成的固体润滑被膜。如此，也能够使高温井环境下的耐擦伤性和防锈性、气密性提高。
<2.接触表面的粗糙化>
图3中表示接触表面粗糙化的两种形态。遵循本发明而形成固体润滑被膜的公接头和母接头的至少一方的接触表面，为了确保其固体润滑被膜的紧贴性，优选在被膜形成前预先粗糙化，让表面粗糙度Rmax比机械切削后的表面粗糙度(3～5μm)大。图3所示的粗糙化的第一形态，是将钢表面30a本身粗糙化而在其上形成固体润滑被膜31a。作为这样的粗糙化的方法，可列举如下：投射形状为球状的细砂(shot)材或形状为角状的粗砂(grit)材等的砂(sand)材的方法；浸渍于硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸等的强酸液而破坏表层的方法等。
图3(b)所示的粗糙化的第二形态，是形成比钢30b的表面更粗糙的基础处理层32，在其上涂布固体润滑被膜31a。在此结构中，基础处理层32介于钢30b的接触表面和固体润滑被膜31a之间。作这样的基础处理的示例，可列举如下：形成磷酸盐、草酸盐、硼酸盐等的化成处理被膜(伴随生成的结晶的成长，结晶表面的粗糙度增加)的方法；实施铜镀或铁镀这样的金属的镀敷(因为凸部优先被镀敷，所以表面会略微粗糙)的方法；将铁芯上覆盖了锌或锌-铁合金等的粒子，利用离心力或空气压力而投射，使锌或锌-铁合金被膜形成的冲击镀法；使氮化层形成的软氮化法(例如Tafftride)；形成使金属中分散固体微粒子的多孔质被膜的复合金属覆盖法等。作为冲击镀法，是使粒子与被镀物在旋转桶(barrel)内碰撞的机械镀覆(mechanical plating)，和采用炉胸(breast)装置使粒子碰撞被镀物的投射镀法。利用冲击镀法的镀敷被膜，是粒子层叠强固结合而成的被膜，是在粒子间均一地分布有无数的微小的空隙的多孔质的被膜。
从固体润滑被膜的紧贴性的观点出发，优选多孔质被膜，特别是磷酸盐化成处理(磷酸锰、磷酸锌、磷酸铁锰、磷酸锌钙)，和基于冲击镀的锌或锌-铁合金的被膜。从紧贴性的观点出发更优选磷酸锰被膜，从防锈性的观点出发更优选锌或锌-铁合金的被膜。
磷酸盐化成处理被膜和由冲击镀形成的锌或锌-铁合金的被膜，因为均是多孔质的被膜，所以若在其上形成固体润滑被膜，则基于所谓“固定效果”，固体润滑被膜的紧贴性提高，其结果是，即使反复紧固·松脱也难以引起固体润滑被膜的剥离，金属间接触被有效地防止，耐擦伤性、气密性、防锈性进一步提高。另外，通过在多孔质被膜之上形成固体润滑被膜，该润滑成分浸透直达多孔质被膜内，有助于防锈性提高。
磷酸盐被膜层的形成，通过浸渍法和喷射(spray)法等的一般性的化成处理方法而对公接头或母接头进行即可。作为化成处理液，可以使用一般性的锌材用酸性磷酸盐处理液。例如，可列举由磷离子1～150g/L，锌离子3～70g/L，硝酸离子1～100g/L，镍离子0～30g/L组成的酸性磷酸盐水溶液。与以前一样，液体温度从常温到100℃，处理时间根据期望的膜厚以达15分钟的时间进行即可。为了促进被膜化，也可以对表面预先供给含有胶体钛(colloid titanium)的表面调整用水溶液。接着，使磷酸盐被膜形成后，水洗或热水清洗，干燥，适宜选择进行即可。
形成由锌或锌合金组成的射投镀被膜的方法，公开于特公昭59-9312号公报。根据该方法，利用由锌或锌合金覆盖了铁系的核的表面的粒子所构成的投射材料，能够把由锌或锌合金构成的投射镀被膜，形成于从碳钢到含有Cr13质量％以上的高合金钢这些多样的钢管用螺纹接头的表面。因与铁相比锌是贱金属，所以其比铁优先离子化，发挥着防止铁的腐蚀的牺牲防腐蚀功能。
在本发明中，因为只对螺纹接头的接触表面实施镀敷即可，所以适用局部性的镀敷为可能的投射镀法。在使用于投射镀的投射(喷砂blasting)装置中，利用压缩空气等的高压流体而吹送粒子的高压流体投射装置，和利用叶轮(impeller)等的旋转翼的机械式投射装置均可以利用。
使用于投射镀法等的冲击镀法的粒子，是至少在表面具有锌或锌合金的金属粒子。也可以是整体由锌或锌合金构成的粒子，但是优选的是特公昭59-9312号公报所开示的投射材料。该投射材料，其由以铁或铁合金为核(core)，在其表面，通过铁-锌合金层，而覆盖了锌或锌合金层的粒子所构成。
这样的粒子，能够通过如下的方法制造，例如：将核的铁或铁合金粉末，通过无电解及/或电解镀由锌或锌合金(例如Zn-Fe-Al)覆盖后，进行热处理而在镀敷表面形成铁-锌合金层的方法；或者机械合金化法(mechanical alloying)。作为这样的粒子的市场销售产品，有同和铁粉工业(株)制Z铁(iron)，这也可以利用。粒子中的锌或锌合金的含量优选为20～60重量％的范围，粒子的粒径优选为0.2～1.5mm的范围。
若将由锌或锌合金覆盖该铁系的核的周围的粒子投射于基材，则只有作为粒子的被膜层的锌或锌合金附着于基材，锌或锌合金的被膜形成于基材上。此投射镀跟钢的材质无关，与钢表面紧贴性好就能够形成镀敷被膜。因此，从碳钢到高合金钢，在多样的材质的螺纹接头的接触表面上，都能够形成紧贴性优异的多孔质的锌或锌合金层。
锌或锌合金层的厚度没有特别制约，但是从防锈性和紧贴性的观点出发优选为5～40μm。当低于5μm时，无法确保充分的防锈性。另一方面，若超过40μm，则与固体润滑被膜的紧贴性反而降低。
通过这样的基础处理，表面粗糙度Rmax优选为5～40μm。当低于5μm时，固体润滑被膜的紧贴性或保持性将不充分。另一方面，若超过40μm，则磨擦变高，承受不了遭受到高表面压力时的剪应力和压缩力，固体润滑被膜将容易破坏或剥离。只在公接头或母接头的一方实施本发明的固体润滑被膜，而在另一方进行这样的粗糙化处理时，其表面粗糙度Rmax，从相对的固体润滑被膜的耐久性确保的观点出发，优选进一步减小为1～10μm。
当然，即使没有这样的基础处理，而只在接触表面使固体润滑被膜形成，不用说也能够达到本发明的目的。
<3.固体润滑被膜>
(3-1)润滑性粉末
本发明的固体润滑被膜，是对环境和人体没有不良影响，且含有从作为具有润滑作用的粉末(以下称为“润滑性粉末”)的石墨、云母、碳酸钙、高岭土中选择的1种或2种以上和铜粉还有结合剂的被膜。这些润滑性粉末在奥斯陆·巴黎条件(OSPAR)中均完全或几乎不会对海洋环境造成负担。
如果本发明的润滑性粉末是一般市场销售的，则无论天然还是合成均能够使用。另外，作为粒径，从确保在固体润滑被膜中的均一分散性且提高耐擦伤性和被膜强度这样的观点出发，优选0.5～15μm。从耐擦伤性的观点出发，润滑性粉末优选石墨、云母，更优选石墨。该固体润滑被膜，能够通过使结合剂含有液中分散了润滑性粉末的分散液的涂布而形成。在该被膜中，以润滑性粉末或分散于结合剂的状态，直接或通过基础处理被膜强固地结合于螺纹接头表面。
(3-2)铜粉末
在本申请发明中，被膜中含有所述润滑性粉末还有铜粉末。铜粉末如后述，优选与所述润滑性粉末以特定比例含有，这样做可发挥极其卓越的润滑效果。还有，作为铜粉末优选使用通过表面性质而使之钝化，而不是直接使用纯铜。如此，便能够提供对于人体和环境完全或几乎没有有害性的固体润滑皮膜。
作为将铜粉末做表面性质而钝化的方法，能够列举如下等：将铜粉保持于高温度气氛中而在表面形成氧化铜(CuO)皮膜的方法；将铜粉在氢和硫化氢的气流中加热而在表面形成硫化亚铜(Cu2S)的方法：使之与苯并三唑(benzotriazole)、噻重氮(thiadiazole)等的金属钝化剂接触，在铜表面形成这些皮膜的方法。
本发明的铜粉末可以是球状也可以是鳞片状，均优选其最长部的长度为1～20μm。由此，能够实施其在固体润滑被膜中的均一分散，润滑效果提高。从防锈效果的观点出发，优选为鳞片状。
(3-3)结合剂
作为使用于本发明的固体润滑皮膜的结合剂，有机树脂、无机高分子化合物的均能够使用。
作为有机树脂，具有耐热性和适度的硬度和耐磨损性的最佳。作为这样的树脂，能够例示如下：环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺(polyamide-imide)树脂、聚碳化二亚胺 (polycarbodiimide)、聚醚砜poly(ether sulfone)树脂、聚醚醚酮(polyether ether ketone)、酚醛(phenol)树脂、呋喃(furane)树脂等的热硬化树脂；和聚乙烯树脂(polyethyleneresin)；硅酮树脂等。从提高固体润滑被膜的紧贴性和耐磨损性的这种观点出发，优选进行加热硬化处理。此加热硬化处理的温度优选为120℃以上，更优选为150～380℃，处理时间优选为30分钟以上，更优选为30～60℃。作为用于树脂被膜的形成的溶剂，能够单独或混合使用以烃系(例如，甲苯toluene)、醇系(异丙醇isopropyl alcohol)为首的各种的低沸点溶剂。
所谓无机高分子化合物，就是所说的Ti-O、Si-O、Zr-O、Mn-O、Ce-O、Ba-O这种具有金属-氧结合做三维交联的结构的化合物。该化合物能够通过以金属烷氧化物(metal alkoxide)所代表的水解性的有机金属化合物(还能够使用四氯化钛等的加水分散性无机化合物)的水解和凝聚而形成。作为金属烷氧化物，能够使用烷氧基是如下等的低级烷氧基的化合物：甲氧基(methoxy)；乙氧基(ethoxy)；异丙氧基(isopropoxy)丙氧基(propoxy)；异丁氧基(isobutoxy)；丁氧基(butoxy)；tert-丁氧基等。优选的金属烷氧化物有钛或硅的烷氧化物，特别优选钛烷氧化物。其中，因异丙氧基钛(titanium isopropoxide)造膜性优异而优选。
此无机高分子化合物，也能够含有可以被胺(amine)和环氧基等的功能基置换的烷基(alkyl)。例如，也能够使用像硅烷偶联剂(silane couplingagent)这样的，烷氧基(alkoxy)的一部分被含有非水解性的功能基的烷基置换的有机金属化合物。
结合剂为无机高分子化合物时，若在金属烷氧化物的溶液中加入润滑性粉末使之分散，涂布于公接头和母接头的至少一方的接触表面，进行加湿处理之后，根据需要加热，进行金属烷氧化物的水解和凝聚，则在由金属-氧结合构成的无机高分子化合物组成的被膜中分散有润滑性粉末的固体润滑被膜形成。作为金属烷氧化物的溶剂，能够使用醇类(例如，乙醇、异丙醇、丁醇)和酮(ketone)等的极性溶剂，烃、卤化烃等(halogenatedhydrocarbon)各种有机溶剂。为了促进造膜，也可以在涂布前预先将溶液中的金属烷氧化物部分加水分散。另外，为了促进涂布后的水解，也可以在金属烷氧化物的溶液中，少量添加水及/或水解催化剂的酸。
用于金属烷氧化物的水解的加湿处理，能够通过在大气中进行规定时间的放置而进行，但是，优选在湿度为70％以上的大气中进行。优选在加湿处理后进行加热。通过加热硬化处理，促进了水解及水解物的凝聚和作为水解的副生物的醇类的排出，能够以短时间造膜，所形成的固体润滑被膜的紧贴性强固，耐擦伤性提高。此加热优选在分散剂蒸发后进行。加热温度可以是接近于醇类的沸点的100～200℃的温度，若吹热风则更为有效。
(3-4)各成分比
固体润滑被膜中的结合剂的含量(A)与润滑性粉末的含量(B)的质量比(B/A)优选为0.3～9.0。当该质量比低于0.3时，形成的固体润滑被膜的润滑性提高的效果少，耐擦伤性的改善不充分。若该质量比比9.0大，则固体润滑被膜的紧贴性降低，有从固体润滑被膜的润滑性性粉末的剥离显著等的问题产生。当进一步要求耐擦伤性，例如在螺纹部干扰程度严重时，所述质量比更优选为0.5～7.0。如高合金钢这种要求有更高一层的耐擦伤性时，进一步优选为0.5～5.0。另外，润滑性粉末的含量(B)与铜粉的含量(C)的质量比(C/B)优选为0.5～5.0。当该质量比低于0.5时，形成的固体润滑被膜的润滑性提高的效果少，耐擦伤性的改善不充分。若该质量比比5.0大，则固体润滑被膜的紧贴强度和被膜的变形机能降低，固体润滑被膜的剥离显著，恐怕无法维持反复的紧固·松脱之间润滑效果。从润滑性粉末的增强效果和固体润滑被膜形成时的涂布性等的观点出发，质量比更优选为0.5～3.0。
(3-5)膜厚
固体润滑被膜的厚度优选为5μm以上。包含于润滑被膜的润滑性粉末，受到高表面压力而扩散到接触面整体，发挥着优异的耐擦伤性，但是当润滑被膜的厚度低于5μm时，含有的润滑性粉末的绝对量变少，润滑性提高的效果变小，除此之外，在防锈的点上也不充分。另一方面，恐怕有如下问题：若润滑被膜的厚度比40μm大，则由于螺纹间的干扰而有紧固量不充分，气密性降低这种问题；以及若为了确保气密性而提高表面压力，则擦伤将容易发生这样的问题；此外，有固体润滑被膜容易剥离这样的缺点，虽然如此，但是根据螺纹的几何学形状也可以使用。而出于减少向环境的排放也应减少和从经济性、耐擦伤性、防锈性的观点出发，更优选固体润滑被膜的膜厚为10μm以上，40μm以下。
(3-6)涂布
在固体被膜形成时，将接触面优选预热到50～200℃的温度后，优选在该表面涂布涂布液。由此，涂布液的液滴和被膜厚度的不均一性减少，能够让耐擦伤性能进一步稳定。当低于50℃时，此效果少，若超过200℃，则健全的被膜的形成受到阻碍。本申请的固体润滑被膜的涂布方法，可以是刷涂、浸渍处理、空气喷涂(air spray)法等的公知的适当的方法。
(3-7)第三成分
还有，在固体润滑被膜中，能够在不损害耐擦伤性的范围内添加以防锈剂为首的各种添加剂。例如，通过添加锌粉、铬顏料、硅石、氧化铝(alumina)颜料的1种或2种以上，能够使固体润滑被膜自身的防锈性提高。除此之外，在不损害本发明的目的、效果的范围，还能够适度添加抗氧化剂、着色剂等。
<4.被膜形成部位>
以上说明的固体润滑被膜，能够形成于公接头和母接头的一方或双方的接触表面。即使只把被膜形成于一方的接触表面，本发明的目的也能够充分达成，因此只形成于公接头和母接头的任意一方是经济的。该情况下，母接头的一方被膜的形成作业容易。
没有形成本发明的固体润滑被膜的另一方的构件(优选公接头)的接触表面也可以是未覆盖的状态。特别是如图1，在组装时假设公接头和母接头被紧固，另一方的构件，例如，即使公接头的接触表面裸露，因为组装时其与形成于母接头的接触表面的被膜紧贴，所以仍能够防止公接头的接触表面的锈。
但是，在组装时只在油井管的一方的端部的公接头安装有母接头，另一端的公接头露出。因此，特别是为了对于如此露出的公接头赋予防锈性或防锈性和润滑性，可以实施适当的表面处理而形成被膜。当然，即使在另一方的接触表面未露出时，也可以在其表面形成被膜。
作为这样的被膜，本发明中除了作为基础处理而利用的多孔质的锌或锌合金层之外，还可列举如下：金属镀被膜；磷酸盐被膜；草酸盐被膜；及硼酸盐被膜，此外还有无机陶瓷系被膜(例如，以氧化铬为主体的超微粒子层叠体所构成的Laydent皮膜)和防锈被膜。这些被膜之中，多孔质的锌或锌合金被膜、金属镀被膜和防锈被膜，其防锈性赋予效果高，其他的被膜滑动性改善效果高。
金属镀被膜，例如可以是锌镀、锌合金镀、镍镀、铜镀、铜锡镀等。作为磷酸盐被膜，有磷酸锰被膜、磷酸锌被膜、磷酸锌钙被膜、磷酸锌铁被膜等。草酸盐被膜，是例如通过向草酸(C₂H₂O₄)水溶液的浸渍而形成草酸铁(FeC₂O₄)和草酸镍(NiC₂O₄)等的草酸金属盐的被膜。硼酸盐被膜例如可以是硼酸钾等的硼酸金属盐的被膜。这些被膜的附着量可以与现有的这些被膜相同，能够充分赋予防锈性及/或润滑性且不会过剩，如此而决定即可。
可以使这些被膜，例如，以在多孔质的锌或锌合金层或金属镀被膜上形成所谓磷酸盐、草酸盐或硼酸盐被膜的方式而设为2层以上。关于防锈被膜，当然，如果其对环境和人体没有有害性，则无论干性、非干性都可以使用。
实施例
以下，通过实施例更详细地说明本发明。还有，以下，公接头的螺纹部与金属接触部的双方的接触表面称为“公接头表面”，母接头部与金属接触部的双方的表面称为“母接头表面”。
在由表1所示的碳钢A、Cr-Mo钢B、13％Cr钢C、高合金钢D构成的螺纹接头(外径：17.78cm(7英寸)，壁厚：1.036cm(0.408英寸))的公接头和母接头的表面，实施表2、3所示的表面处理。在固体润滑被膜形成中，除了实施例10及比较例1以外，都将被膜形成面预先加热到50℃的温度之后再进行。表4显示紧固条件，表5显示擦伤、对人体和环境的有害性。另外，关于防锈性，是在另外准备的挂片(coupon)试验片(70mm×150mm×2mm厚)上形成各固体润滑被膜，实施湿润试验(温度50℃，湿度98％，200小时)而加以评价。其结果是，实施例均可确认没有锈的发生。
[表1]螺纹接头的化学组成