WO2018003455A1

WO2018003455A1 - 管用ねじ継手及び管用ねじ継手の製造方法

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Publication number: WO2018003455A1
Application number: PCT/JP2017/021396
Authority: WO
Inventors: 後藤　邦夫
Original assignee: Vallourec Oil and Gas France SAS; Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Vallourec Oil and Gas France SAS; Nippon Steel Corp
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2017-06-08
Publication date: 2018-01-04
Anticipated expiration: 2018-12-30
Also published as: US20190331262A1; JPWO2018003455A1; BR112018075342A2; EP3480504A4; EA201990130A1; CA3028938C; CA3028938A1; AR108856A1; EP3480504A1; AU2017289362A1; MX2018015818A; CN109416140A; AU2017289362B2

Abstract

締結トルクの調整が容易な管用ねじ継手を提供する。本実施形態の管用ねじ継手は、ピン（３）及びボックス（４）を備える。ピン（３）及びボックス（４）は、ねじ部（３１）及び（４１）、金属シール部（３２）及び（４２）及びショルダー部（３３）及び（４３）を有する接触表面を備える。管用ねじ継手は、ピン（３）及びボックス（４）の一方の接触表面上にＺｎ－Ｎｉ合金めっき層（１００）及び他方の接触表面上にＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層（１１０）を備える。管用ねじ継手はさらに、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層（１００）上及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層（１１０）上の少なくとも一方に、液状又は半固体状の潤滑被膜（２００）を備える。

Description

管用ねじ継手及び管用ねじ継手の製造方法

　本発明は、管用ねじ継手及び管用ねじ継手の製造方法に関し、さらに詳しくは、油井管用ねじ継手及び油井管用ねじ継手の製造方法に関する。

　油田や天然ガス田の採掘のために、油井管が使用される。油井管は、井戸の深さに応じて、複数の鋼管を連結して形成される。鋼管の連結は、鋼管の端部に形成された管用ねじ継手同士をねじ締めすることによって行われる。油井管は、検査等のために引き上げられ、ねじ戻しされ、検査された後、再びねじ締めされて、再度使用される。

　管用ねじ継手は、ピン及びボックスを備える。ピンは、鋼管の先端部の外周面に形成された雄ねじ部及びねじ無し金属接触部を含む。ボックスは、鋼管の先端部の内周面に形成された雌ねじ部及びねじ無し金属接触部を含む。ねじ無し金属接触部はそれぞれ、金属シール部及びショルダー部を含む。鋼管同士がねじ締めされる際、雄ねじ部及び雌ねじ部、金属シール部同士並びにショルダー部同士が接触する。

　ピン及びボックスのねじ部及びねじ無し金属接触部は、鋼管のねじ締め及びねじ戻し時に強い摩擦を繰り返し受ける。これらの部位に、摩擦に対する十分な耐久性がなければ、ねじ締め及びねじ戻しを繰り返した時にゴーリング（修復不可能な焼付き）が発生する。したがって、管用ねじ継手には、摩擦に対する十分な耐久性、すなわち、優れた耐焼付き性が要求される。

　従来、耐焼付き性を向上するために、重金属入りのコンパウンドグリースが使用されてきた。管用ねじ継手の表面にコンパウンドグリースを塗布することで、管用ねじ継手の耐焼付き性を改善できる。しかしながら、コンパウンドグリースに含まれるＰｂ、Ｚｎ及びＣｕ等の重金属は環境に影響を与える可能性がある。このため、コンパウンドグリースを使用しない管用ねじ継手の開発が望まれている。

　コンパウンドグリースの代わりに、重金属を含有しないグリース（グリーンドープ又はイエロードープと称される）を使用する管用ねじ継手が提案されている。たとえば、特開２００８－２１５４７３号公報（特許文献１）、特表２００５－５１４５７３号公報（特許文献２）及び特開２００３－０７４７６３号公報（特許文献３）には、重金属を含有しないグリースを使用しても耐焼付き性に優れる管用ねじ継手について記載がある。

　特開２００８－２１５４７３号公報（特許文献１）に記載されている鋼管用ねじ継手は、ねじ部とねじ無し金属接触部とを有する接触表面をそれぞれ備えたピンとボックスとから構成される鋼管用ねじ継手である。この鋼管用ねじ継手は、ピンとボックスの少なくとも一方の接触表面が、Ｃｕ－Ｚｎ合金からなる第１のめっき層を有することを特徴とする。これにより、グリーンドープを塗布する場合、さらには無ドープの場合でも、十分な耐漏れ性と耐焼付き性を示し、さらに耐食性にも優れていて、めっき層の上にグリーンドープや潤滑被膜が存在していても隙間腐食の発生が防止される、と特許文献１には記載されている。

　特表２００５－５１４５７３号公報（特許文献２）に記載されている管状部材は、一方の端に金属の雌ねじ、及び／又は金属の雄ねじを有する。雌ねじ及び雄ねじのねじ山の少なくとも一部分は、銅、及びスズの合金で被覆されている。銅及びスズの合金は、２０重量％から８０重量％の銅を含む。これにより、環境に有害なグリースを使用することのない、改良された金属－金属シール結合部が提供できる、と特許文献２には記載されている。さらに、特許文献２には、この管状部材同士をねじ結合する際に、ＰＴＦＥベース潤滑剤、又はグラファイトベース潤滑剤を使用することについて記載がある。

　特開２００３－０７４７６３号公報（特許文献３）に記載されている油井鋼管用継手は、Ｃｒを９質量％以上含有する鋼管の一端に雄ネジ及びメタル－メタルシール部を有するピン部と、同じ材質で、雌ネジ及びメタル－メタルシール部を有するボックス部を両端に設けたカップリングとで形成する油井鋼管用継手である。この油井鋼管用継手は、カップリングの雌ネジ及びメタル－メタルシール部の表面に、Ｃｕ－Ｓｎ合金層を一層配置してなることを特徴とする。これにより、グリーンドープを使用しても従来よりシール性が良好で、且つ継手に起きるゴーリングを格段に抑制することができる、と特許文献３には記載されている。

　上述の特許文献１～特許文献３に開示された技術では、接触表面に特定の合金めっき層を形成することで、グリーンドープを使用した場合でも、耐焼付き性を向上する。一方で、特開２００８－０９５０１９号公報（特許文献４）及び国際公開第２００９／０５７７５４号（特許文献５）では、異なる技術を提案する。特許文献４及び特許文献５は、グリーンドープの代わりとなるグリースを提案する。

　特開２００８－０９５０１９号公報（特許文献４）に記載されている潤滑被膜形成用組成物は、塩基性スルホネート、塩基性サリシレート、塩基性フェネート及び塩基性カルボキシレートから選んだ一種又は二種以上の塩基性油剤を含有する。この組成物は、海水中における２８日後の生分解性（ＢＯＤ）が２０％以上である。この組成物は、コンパウンドグリスを塗布した場合と同等レベルの耐焼付き性および防錆性を示し、さらに生分解性が高いことにより、環境規制の厳しい国または地域においても、コンパウンドグリスを塗布しない鋼管用ねじ継手として、環境汚染を心配せずに使用することができる、と特許文献４には記載されている。

　国際公開第２００９／０５７７５４号（特許文献５）に記載されている組成物は、管ねじ継手に潤滑被膜を形成するための組成物である。この組成物は、ロジン及びフッ化カルシウムの一方若しくは両方、金属石鹸、ワックス、並びに塩基性芳香族有機酸金属塩を含む。これにより、地球環境に負荷を与える鉛等の有害な重金属を含まず、耐焼付き性、気密性、防錆性を付与し、さらに高いΔＴを確保することができる潤滑被膜となる、と特許文献５には記載されている。

　上述の特許文献１～５に開示された技術に加えて、固体潤滑被膜によっても耐焼付き性の向上が可能である。たとえば、特開２００２－３２７８７４号公報（特許文献６）に記載されている鋼管用ねじ継手は、ピンおよびボックスの少なくとも一方の部材の接触表面に、それぞれ潤滑性粉末を含有する２層以上の固体潤滑皮膜層が形成されていることを特徴とする。これにより重金属粉を含むコンパウンドグリスの塗布が不要となる、耐焼付き性と気密性に優れた鋼管用ねじ継手が得られる、と特許文献６には記載されている。

特開２００８－２１５４７３号公報特表２００５－５１４５７３号公報特開２００３－０７４７６３号公報特開２００８－０９５０１９号公報国際公開第２００９／０５７７５４号特開２００２－３２７８７４号公報

　ところで、鋼管同士をねじ締めする際、ねじ締めを終了する最適なトルクがあらかじめ決められている。図１は、ショルダー部を有する管用ねじ継手をねじ締めした際の、鋼管の回転数ＮとトルクＴとの関係を示す図である。図１を参照して、管用ねじ継手をねじ締めすれば、初めは、回転数Ｎに比例してトルクＴが上昇する。この時のトルクＴの上昇率は低い。さらにねじ締めをすれば、ショルダー部同士が接触する。この時のトルクＴを、ショルダリングトルクＴｓという。ショルダリングトルクＴｓに達した後、さらにねじ締めをすれば、再び回転数Ｎに比例してトルクＴが上昇する。この時のトルクＴの上昇率は高い。トルクＴが所定の数値（締結トルク、Ｔｏ）に達した時点で、ねじ締めは完了する。ねじ締めの際のショルダリングトルクＴｓが、０．０５Ｔｏ＜Ｔｓ＜０．８Ｔｏを満たしていれば、金属シール部同士が適切な面圧で干渉し合う。この場合、管用ねじ継手の気密性が高まる。

　締結トルクＴｏに達した後さらにねじ締めを実施すれば、トルクＴが高くなり過ぎる。トルクＴが高くなり過ぎれば、ピン及びボックスの一部が塑性変形を起こす。この時のトルクＴをイールドトルクＴｙという。ショルダリングトルクＴｓとイールドトルクＴｙとの差（以下、トルクオンショルダー抵抗ΔＴと称する）が大きければ、締結トルクＴｏの範囲に余裕ができる。その結果、締結トルクＴｏの調整が容易になる。したがって、トルクオンショルダー抵抗ΔＴは大きい方が好ましい。

　上述の特許文献１～特許文献６に記載された技術を用いることで、管用ねじ継手の耐焼付き性を改善できる。しかしながら、特許文献１～特許文献６に開示された管用ねじ継手及び潤滑被膜を形成するための組成物では、耐焼付き性は改善できても、トルクオンショルダー抵抗ΔＴが小さい場合がある。

　本発明の目的は、締結トルクＴｏの調整が容易な管用ねじ継手及びその製造方法を提供することである。

　本実施形態の管用ねじ継手は、ピン及びボックスと、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層と、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層とを備える。ピン及びボックスはそれぞれ、ねじ部、金属シール部及びショルダー部を有する接触表面を有する。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層は、ピン及びボックスの一方の接触表面上に配置される。Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層は、ピン及びボックスの他方の接触表面上に配置される。管用ねじ継手はさらに、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層上及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層上の少なくとも一方に、液状又は半固体状の潤滑被膜を備える。

　本実施形態の管用ねじ継手の製造方法は、ピン及びボックスを備える管用ねじ継手の製造方法である。ピン及びボックスはそれぞれ、ねじ部、金属シール部及びショルダー部を有する接触表面を備える。製造方法は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層形成工程と、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層形成工程と、成膜工程とを備える。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層形成工程では、ピン及びボックスの一方の接触表面上に、Ｚｎ－Ｎｉ合金からなるＺｎ－Ｎｉ合金めっき層を形成する。Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層形成工程では、ピン及びボックスの他方の接触表面上に、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金からなるＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層を形成する。成膜工程では、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層上及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層上の少なくとも一方に、液状又は半固体状の潤滑被膜を形成する。

　本実施形態の管用ねじ継手は、ピン及びボックスの一方の接触表面上にＺｎ－Ｎｉ合金めっき層及び他方の接触表面上にＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層を有する。そのため、トルクオンショルダー抵抗ΔＴが大きく、締結トルクＴｏの調整が容易である。

図１は、管用ねじ継手の回転数ＮとトルクＴとの関係を示す図である。図２は、本実施形態による管用ねじ継手の構成を示す図である。図３は、本実施形態による管用ねじ継手の断面図である。図４は、本実施形態による管用ねじ継手（ピン）の接触表面の一例の断面図である。図５は、本実施形態による管用ねじ継手（ボックス）の接触表面の一例の断面図である。図６は、実施例における、トルクオンショルダー抵抗（ΔＴ’）を説明するための図である。

　以下、図面を参照して、本実施形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

　本発明者らは、管用ねじ継手の接触表面上の表面処理と、トルクオンショルダー抵抗ΔＴとの関係について種々検討を行った。その結果、以下の知見を得た。

　トルクオンショルダー抵抗ΔＴを大きくするためには、ショルダリングトルクＴｓを低下させる、又は、イールドトルクＴｙを高めることが有効である。液状又は半固体状の潤滑被膜は、受ける圧力に応じて変形する。そのため、液状又は半固体状の潤滑被膜は、固体状の潤滑被膜と比較して摩擦抵抗が低い。摩擦抵抗が低ければ、ショルダリングトルクＴｓ、及び、イールドトルクＴｙの両方が低下する。焼付きが発生しない場合は、イールドトルクＴｙが顕著に低下する。その結果、トルクオンショルダー抵抗ΔＴが小さくなる。

　一方で、液状又は半固体状の潤滑被膜の厚さは、受ける圧力が高い程薄くなる。ねじ締めの最終段階では、潤滑被膜に高い圧力がかかる。そのため、局所的に潤滑被膜が破れて、母材同士が直接接触する。母材同士の化学組成は、同じか、又は近いのが通常である。この場合、焼付きが発生し易い。局所的に焼付きが発生すれば、ねじ締めの回転数Ｎが低い状態で、管用ねじ継手にかかる負荷が急激に上昇する。このため、締結トルクＴｏの調整が困難になる。

　特許文献６のような固体状の潤滑被膜の場合は、圧力に応じた変形量が少ないため、上述の問題は生じ難い。一方で、上述のとおり、液状又は半固体状の潤滑被膜の場合は、ねじ締め時に母材同士が直接接触しやすくなる。

　本発明者らは、ピン及びボックスの接触表面に、特定の合金めっき層を配置することでトルクオンショルダー抵抗ΔＴが増大することを見出した。具体的には、ピン及びボックスの一方の接触表面上にＺｎ－Ｎｉ合金からなるＺｎ－Ｎｉ合金めっき層を配置する。ピン及びボックスの他方の接触表面上にＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金からなるＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層を配置する。これにより、イールドトルクＴｙを高いまま維持できる。

　上述の合金めっき層を配置することにより、イールドトルクＴｙを高いまま維持できる理由は次のとおりと推察される。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっきは適度な摩擦係数を有する。そのため、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層とＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層とが接触すれば、摩擦力が高まり、イールドトルクＴｙが高まる。さらに、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっきの硬度及び融点は高い。そのため、ねじ締めの最終段階においても、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層の損傷は少なく、母材同士の直接接触が抑制される。その結果、イールドトルクＴｙが高いまま維持され、締結トルクＴｏの調整が容易になる。

　以上の知見に基づいて完成した、本実施形態の管用ねじ継手は、ピン及びボックスと、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層と、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層とを備える。ピン及びボックスはそれぞれ、ねじ部、金属シール部及びショルダー部を有する接触表面を有する。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層は、ピン及びボックスの一方の接触表面上に配置される。Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層は、ピン及びボックスの他方の接触表面上に配置される。管用ねじ継手はさらに、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層上及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層上の少なくとも一方に、液状又は半固体状の潤滑被膜を備える。

　上述のＺｎ－Ｎｉ合金めっき層の厚さは１～２０μｍであり、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層の厚さは１～２０μｍであり、潤滑被膜の厚さは３０～３００μｍであることが好ましい。

　この場合、トルクオンショルダー抵抗ΔＴがより安定的に大きくなる。

　好ましくは、上述のＺｎ－Ｎｉ合金は、８５～９１質量％のＺｎと、９～１５質量％のＮｉとを含有し残部は不純物からなる。

　好ましくは、上述のＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金は、４０～７０質量％のＣｕと、２０～５０質量％のＳｎと、２～２０質量％のＺｎとを含有し残部は不純物からなる。

　本実施形態の製造方法により、ピン及びボックスの一方の接触表面上にＺｎ－Ｎｉ合金めっき層及び他方の接触表面上にＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層を有する管用ねじ継手を製造できる。管用ねじ継手は、トルクオンショルダー抵抗ΔＴが大きく、締結トルクＴｏの調整が容易である。

　以下、本実施形態による管用ねじ継手及びその製造方法ついて詳述する。

　［管用ねじ継手］
　管用ねじ継手は、ピン及びボックスを備える。図２は、本実施形態による管用ねじ継手の構成を示す図である。図２を参照して、管用ねじ継手は、鋼管１とカップリング２とを備える。鋼管１の両端には、外面に雄ねじ部を有するピン３が形成される。カップリング２の両端には、内面に雌ねじ部を有するボックス４が形成される。ピン３とボックス４とをねじ締めすることによって、鋼管１の端に、カップリング２が取り付けられる。一方で、カップリング２を使用せず、鋼管１の一方の端をピン３とし、他方の端をボックス４とした、インテグラル形式の油井管用ねじ継手もある。本実施形態の管用ねじ継手は、カップリング方式及びインテグラル形式の両方の管用ねじ継手に使用できる。

　ピン３及びボックス４は、ねじ部、金属シール部及びショルダー部を有する接触表面を備える。図３は、本実施形態による管用ねじ継手の断面図である。図３を参照して、ピン３は、雄ねじ部３１、金属シール部３２及びショルダー部３３を備える。ボックス４は、雌ねじ部４１、金属シール部４２及びショルダー部４３を備える。ピン３とボックス４とをねじ締めした時に接触する部分を、接触表面３４及び４４という。具体的には、ピン３とボックス４とをねじ締めすると、ねじ部同士（雄ねじ部３１及び雌ねじ部４１）、金属シール部同士（金属シール部３２及び４２）、及び、ショルダー部同士（ショルダー部３３及び４３）が互いに接触する。つまり、接触表面３４及び４４は、ねじ部３１及び４１、金属シール部３２及び４２、及び、ショルダー部３３及び４３を含む。

　図４及び図５は、本実施形態による管用ねじ継手の接触表面３４及び４４の一例の断面図である。本実施形態による管用ねじ継手の合金めっき層は、ピン３の接触表面上とボックス４の接触表面上とで異なる。図４では、管用ねじ継手は、ピン３の接触表面３４上にＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を備える。図５では、管用ねじ継手は、ボックス４の接触表面４４上にＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０を備える。管用ねじ継手はさらに、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００上及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０上の両方に潤滑被膜２００を備える。

　本実施形態の合金めっき層の配置は図４及び図５に限定されない。ピン３の接触表面３４上にＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０が配置され、ボックス４の接触表面４４上にＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００が配置されてもよい。

　通常、金属めっきは、耐焼付き性又は耐食性の向上を目的として管用ねじ継手に施される。この場合、管用ねじ継手はピン３又はボックス４のいずれか一方の接触表面上にのみめっき層を備える。ピン３及びボックス４の両方の接触表面上にめっき層を備える場合であっても、管用ねじ継手はピン３及びボックス４の接触表面上に同じ化学組成のめっき層を備える。しかしながら、本実施形態の管用ねじ継手は、ピン３の接触表面上とボックス４の接触表面上とに異なる化学組成の合金めっき層を備える。本実施形態の管用ねじ継手の各合金めっき層はさらに、特定の化学組成を有する。

　［Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層］
　Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００は、ピン３及びボックス４の一方の接触表面上に配置される。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００は、Ｚｎ－Ｎｉ合金からなる。Ｚｎ－Ｎｉ合金は、Ｚｎ及びＮｉを含有し、残部は不純物からなる。好ましくは、Ｚｎ－Ｎｉ合金は、８５～９１質量％のＺｎと、９～１５質量％のＮｉとを含有し残部は不純物からなる。

　Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００の化学組成は、次の方法で分析する。オリンパスイノベックス社製ハンドヘルド蛍光Ｘ線分析計（ＤＥＬＴＡ　Ｐｒｅｍｉｕｍ　ＤＰ－２０００）を用いて、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００の任意の５箇所の測定点を測定する。測定条件は以下のとおりである。Ｘ線ビーム直径：３ｍｍ、検査時間：１２０秒、測定モード：Ｂ１、解析ソフトウェア：Ａｌｌｏｙ　Ｐｌｕｓ。５箇所の測定結果の算術平均をＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００の化学組成とする。

　Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００の厚さは特に限定されない。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００の厚さはたとえば、１～２０μｍである。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００の厚さが１μｍ以上であれば、トルクオンショルダー抵抗ΔＴを安定して高めることができる。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００の厚さが２０μｍを超えても、上記効果は飽和する。

　Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００の厚さは、次の方法で測定する。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を形成した接触表面３４及び４４上に、ＩＳＯ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ）２１９６８（２００５）に準拠する過電流位相式の膜厚測定器のプローブを接触させる。プローブの入力側の高周波磁界と、それにより励起されたＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００上の過電流との位相差を測定する。この位相差をＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００の厚さに変換する。

　管用ねじ継手は、ピン３及びボックス４の一方の接触表面３４又は４４上の一部にＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を備えてもよい。管用ねじ継手は、ピン３及びボックス４の一方の接触表面３４又は４４上の全体にＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を備えてもよい。金属シール部３２及び４２は、ねじ締め最終段階で特に面圧が高くなる。したがって、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を、接触表面３４及び４４上に部分的に配置する場合、金属シール部３２又は４２に配置することが好ましい。つまり、管用ねじ継手は、ピン３及びボックス４の一方の接触表面３４又は４４上の金属シール部３２又は４２上にのみＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を備えてもよい。一方で、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を接触表面３４及び４４上の全体に配置すれば、管用ねじ継手の生産効率が高まる。

　［Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層］
　Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０は、ピン３及びボックス４の、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００が形成されていない方の接触表面上に配置される。Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０は、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金からなる。Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金は、Ｃｕと、Ｓｎと、Ｚｎとを含有し、残部は不純物からなる。好ましくは、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金は、４０～７０質量％のＣｕと、２０～５０質量％のＳｎと、２～２０質量％のＺｎとを含有し残部は不純物からなる。Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０の組成は、上述のＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００と同様の方法で測定する。

　Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０の厚さは、特に限定されない。Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０の厚さはたとえば、１～２０μｍである。Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０の厚さが１μｍ以上であれば、トルクオンショルダー抵抗ΔＴを安定して高めることができる。Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０の厚さが２０μｍを超えても、上記効果は飽和する。Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０の厚さは、上述のＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００と同様の方法で測定する。

　Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００と同様に、接触表面３４及び４４上の一部に配置されてもよいし、全体に配置されてもよい。つまり、管用ねじ継手は、ピン３及びボックス４のＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を形成していない他方の接触表面３４又は４４上の一部にＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０を備えてもよい。管用ねじ継手は、ピン３及びボックス４のＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を形成していない他方の接触表面３４又は４４上の全体にＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０を備えてもよい。Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０を、接触表面３４及び４４上に部分的に配置する場合、金属シール部３２又は４２に配置することが好ましい。つまり、管用ねじ継手は、ピン３及びボックス４のＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を形成していない他方の接触表面３４又は４４上の金属シール部３２又は４２上にのみＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０を備えてもよい。一方で、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を接触表面３４及び４４上の全体に配置すれば、管用ねじ継手の生産効率が高まる。

　Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０の硬度及び融点は高い。そのため、ねじ締め及びねじ戻しを繰り返しても、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０の損傷は抑制される。その結果、ねじ締め及びねじ戻しを繰り返しても、イールドトルクＴｙは高いまま維持される。

　さらに、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０に含まれる亜鉛（Ｚｎ）は、鋼管の主成分である鉄（Ｆｅ）と比較して卑な金属である。そのため、犠牲防食の効果があり、管用ねじ継手の耐食性が高まる。

　［潤滑被膜］
　管用ねじ継手は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００上及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０上の少なくとも一方に潤滑被膜２００を備える。管用ねじ継手は、図４及び図５に示すとおり、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００上及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０上の両方に、液状又は半固体状の潤滑被膜２００を備えてもよい。管用ねじ継手は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００上のみに液状又は半固体状の潤滑被膜２００を備えてもよい。管用ねじ継手は、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０上のみに液体又は半固体状の潤滑被膜２００を備えてもよい。

　潤滑被膜２００は液状又は半固体状である。液状とは、物質の一形態であって、一定の体積を有するが、一定の形状を持たない状態をいう。潤滑被膜２００が液状であれば、接触表面３４及び４４上を自由に変形しながら流動できる。半固体状とは、外部負荷（圧力及び熱等）を受けて、液状と同様に接触表面３４及び４４上を自由に変形しながら流動できる状態をいう。液状又は半固体状には、グリースのような高粘性体が含まれる。

　潤滑被膜２００は、周知の潤滑剤を含有する。潤滑剤はたとえば、ＪＥＴ－ＬＵＢＥ株式会社製、ＳＥＡＬ－ＧＵＡＲＤ^TMＥＣＦ^TMである。他の潤滑剤はたとえば、ロジン、金属石鹸、ワックス及び潤滑性粉末を含有する潤滑剤である。潤滑性粉末はたとえば、土状黒鉛である。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００上に配置される潤滑被膜２００及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０上に配置される潤滑被膜２００の化学組成は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

　潤滑被膜２００の厚さは特に限定されない。潤滑被膜２００の厚さはたとえば、３０～３００μｍである。潤滑被膜２００の厚さが３０μｍ以上であれば、ショルダリングトルクＴｓを低下させる効果がさらに高まる。潤滑被膜２００の厚さが３００μｍを超えても、ねじ締め時に過剰分の潤滑被膜２００が接触表面３４及び４４上から排除されるため、上記効果は飽和する。

　潤滑被膜２００の厚さは、次の方法で測定する。管用ねじ継手の金属シール部３２又は４２の任意の測定箇所（面積：５ｍｍ×２０ｍｍ）をエタノールを染み込ませた脱脂綿で拭き取る。拭き取る前の脱脂綿の重量と、拭き取った後の脱脂綿の重量との差から、潤滑剤の塗布量を算出する。潤滑剤の塗布量と、潤滑剤の密度及び測定箇所の面積とから、潤滑被膜２００の平均膜厚を算出する。

　液状又は半固体状の潤滑被膜２００は、固体状の潤滑被膜と異なり、圧力を受けて変形する。そのため、摩擦抵抗が低い。その結果、ショルダリングトルクＴｓが低くなる。さらに、液状又は半固体状の潤滑被膜２００は、固体状の潤滑被膜と異なり、ねじ締め及びねじ戻しを繰り返しても摩耗しない。液状又は半固体状の潤滑被膜２００は、ねじ締め時には変形して面圧が低い箇所に移動する。そしてねじ戻しをすれば、再び接触表面全体に広がる。そのため、本実施形態の管用ねじ継手は、ねじ締め及びねじ戻しを繰り返してもショルダリングトルクＴｓが低いまま維持される。

　液状又は半固体状の潤滑被膜２００はさらに、固体状の潤滑被膜と異なり、面圧が高い時（ねじ締め時等）にその一部が破れる、又は、面圧が低い箇所に移動する。そのため、ねじ締め時の初期段階からＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００とＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０とが接触する。その結果、焼付きを発生することなく摩擦が高まり、イールドトルクＴｙが高まる。

　［管用ねじ継手の母材］
　管用ねじ継手の母材の化学組成は、特に限定されない。母材はたとえば、炭素鋼、ステンレス鋼及び合金鋼等である。合金鋼の中でも、Ｃｒ、Ｎｉ及びＭｏ等の合金元素を含んだ二相ステンレス鋼及びＮｉ合金等の高合金鋼は耐食性が高い。そのため、これらの高合金鋼を母材に使用すれば、管用ねじ継手の耐食性が高まる。

　［製造方法］
　本実施形態の管用ねじ継手の製造方法は、上述の管用ねじ継手の製造方法である。製造方法は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００形成工程と、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０形成工程と成膜工程とを備える。

　［Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層形成工程］
　Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００形成工程では、ピン３及びボックス４の一方の接触表面上に、Ｚｎ－Ｎｉ合金からなるＺｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を形成する。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００は、電気めっきにより形成される。電気めっきは、亜鉛イオン及びニッケルイオンを含有するめっき浴に、ピン３及びボックス４の一方の接触表面を浸漬し、通電することによって行う。めっき浴には、好ましくは、亜鉛イオン：１～１００ｇ／Ｌ及びニッケルイオン：１～５０ｇ／Ｌが含有される。電気めっきの条件は適宜設定できる。電気めっきの条件はたとえば、めっき浴ｐＨ：１～１０、めっき浴温度：１０～６０℃、電流密度：１～１００Ａ／ｄｍ²、及び、処理時間：０．１～３０分である。

　［Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層形成工程］
　Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０形成工程では、ピン３及びボックス４の、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を形成していない方の接触表面上に、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金からなるＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０を形成する。Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０は、電気めっきにより形成される。電気めっきは、銅イオン、錫イオン及び亜鉛イオンを含有するめっき浴にピン３及びボックス４の、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を形成していない方の接触表面を浸漬し、通電することによって行う。めっき浴には、好ましくは、銅イオン：１～５０ｇ／Ｌ、錫イオン：１～５０ｇ／Ｌ及び亜鉛イオン：１～５０ｇ／Ｌが含有される。電気めっきの条件は適宜設定できる。電気めっきの条件はたとえば、めっき浴ｐＨ：１～１４、めっき浴温度：１０～６０℃、電流密度：１～１００Ａ／ｄｍ²、及び、処理時間：０．１～４０分である。

　［成膜工程］
　上述の合金めっき層をピン３及びボックス４の接触表面上に形成した後に、成膜工程を実施する。成膜工程では、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００上及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０上の少なくとも一方に、液状又は半固体状の潤滑被膜２００を形成する。

　上述の合金めっき層上に、上述の潤滑剤を塗布することで、潤滑被膜２００が形成できる。塗布方法は特に限定されない。塗布方法はたとえば、スプレー塗布、刷毛塗り及び浸漬である。スプレー塗布を採用する場合、潤滑剤を加熱して、流動性を高めた状態で噴霧してもよい。潤滑被膜２００は、接触表面の一部に形成してもよいが、接触表面全体に均一に形成することが好ましい。成膜工程は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００を備えるピン３又はボックス４、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０を備えるピン３又はボックス４の両方に実施してもよいし、片方のみに実施してもよい。

　［下地処理工程］
　製造方法は、必要に応じて、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層１００形成工程及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層１１０形成工程の前に下地処理工程を備えてもよい。下地処理工程はたとえば、酸洗及びアルカリ脱脂である。下地処理工程では、接触表面上に付着した油分等を洗浄する。下地処理工程はさらに、サンドブラスト及び機械研削仕上げ等の研削加工を備えてもよい。これらの下地処理は、１種のみ実施してもよく、複数の下地処理を組み合わせて実施してもよい。

　以下、実施例を説明する。実施例において、ピンの接触表面をピン表面、ボックスの接触表面をボックス表面という。また、実施例中の％は、質量％を意味する。

　本実施例において使用した鋼管は、新日鐵住金株式会社製のＶＡＭ２１ＨＴ（登録商標）であった。鋼管は外径：１２７．００ｍｍ（５インチ）、肉厚：９．１９ｍｍ（０．３６２インチ）であった。鋼種は、１３Ｃｒ鋼であった。鋼管の化学組成は、Ｃ：０．１９％、Ｓｉ：０．２５％、Ｍｎ：０．８％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．０１％、Ｃｕ：０．０４％、Ｎｉ：０．１％、Ｃｒ：１３％、Ｍｏ：０．０４％、残部：Ｆｅ及び不純物であった。

　各試験番号のピン表面及びボックス表面に対し、機械研削仕上げ（表面粗さＲａ：３μｍ）を実施した。その後、表１に示す下地処理を実施し、表１に示すめっき層及び潤滑被膜を形成して、各試験番号のピン及びボックスを準備した。

　［下地処理工程］
　試験番号４～試験番号７のピン表面には、下地処理としてサンドブラストを実施した。サンドブラスト後の各ピンの表面粗さは、ＪＩＳ　Ｂ０６０１：２０１３に規定される算術平均粗さＲａが１．０μｍ、及び、最大高さ粗さＲｚが５．２μｍであった。

　［めっき層形成工程］
　各試験番号のピン表面及びボックス表面にめっき層を形成した。めっき層の形成は、電気めっきにより実施した。各試験番号のめっき層の製造条件の詳細は、表２に示すとおりであった。めっき層としてＺｎ－Ｎｉ合金めっき層を形成した場合（試験番号１、試験番号２及び試験番号８のピン表面、及び、試験番号３、試験番号７及び試験番号８のボックス表面）、めっき浴は、大和化成株式会社製、商品名ダインジンアロイ　Ｎ－ＰＬを用いて建浴した。めっき層としてＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層を形成した場合（試験番号３のピン表面、及び、試験番号１、試験番号２及び試験番号６のボックス表面）、めっき浴は、日本化学産業株式会社製のめっき浴を使用した。めっき層としてＣｕめっき層を形成した場合（試験番号４及び試験番号５のボックス表面）、めっき浴は、銅イオン：２０～５０ｇ／Ｌ、遊離シアン：７～２０ｇ／Ｌが含有されるシアン化銅浴を使用した。

　［成膜工程］
　各試験番号のピン表面及びボックス表面に常温で潤滑剤を塗布し、潤滑被膜を形成した。潤滑被膜Ｊ及び潤滑被膜Ｄは、刷毛による塗布で潤滑剤を塗布した。潤滑被膜Ｓは、潤滑剤をミネラルスピリッツで希釈して、スプレー塗布することにより形成した。潤滑被膜の形成には、以下の潤滑剤を用いた。
　・潤滑被膜Ｊ・・・ＪＥＴ－ＬＵＢＥ株式会社製、商標名ＳＥＡＬ－ＧＵＡＲＤ^TMＥＣＦ^TM
　・潤滑被膜Ｓ・・・ロジン：１０％
　　　　　　　　　　ステアリン酸Ｃａ：１５％
　　　　　　　　　　ワックス：１０％
　　　　　　　　　　土状黒鉛：５％
　　　　　　　　　　塩基性Ｃａスルホネート：残部
　・潤滑被膜Ｄ・・・Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＡＰＩ）Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　５Ａ２に規定されたコンパウンドグリース

　潤滑被膜Ｊは、Ｈａｒｍｏｎｉｓｅｄ　Ｏｆｆｓｈｏｒｅ　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ　Ｎｏｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｆｏｒｍａｔ（ＨＯＣＮＦ）の基準で“Ｙｅｌｌｏｗ”に分類される、いわゆるイエロードープであった。潤滑被膜Ｓは、重金属を含有しないグリース状の潤滑被膜であった。潤滑被膜Ｓの形成には、上述の潤滑剤をミネラルスピリッツで希釈して使用した。潤滑被膜Ｄは、鉛（Ｐｂ）等の重金属を含有する、コンパウンドグリースであった。各潤滑被膜の厚さが表１に示す厚さになる塗布条件を事前に求め、その塗布条件で潤滑被膜を形成した。

　［トルクオンショルダー抵抗測定試験］
　各試験番号のピン及びボックスを用いて、トルクオンショルダー抵抗を測定した。具体的には、締付け速度１０ｒｐｍ、締付けトルク４２．８ｋＮ・ｍでねじ締めを行った。ねじ締めの際にトルクを測定し、図６に示す様なトルクチャートを作成した。図６中のＮはねじの回転数を表す。図６中のＴはトルクを表す。図６中のＴｓは、ショルダリングトルクを現す。図６中のＭＴＶは、線分Ｌと、トルクチャートとが交わるトルク値を現す。線分Ｌは、ショルダリング後のトルクチャートにおける線形域の傾きと同じ傾きを持ち、同線形域と比べて回転数が０．２％多い直線である。通常、トルクオンショルダー抵抗を測定する場合には、Ｔｙ（イールドトルク）を使用する。しかしながら、本実施例では、イールドトルク（ショルダリング後におけるトルクチャートにおける、線形域と非線形域との境界）が不明瞭であった。そのため、線分Ｌを用いて、ＭＴＶを規定した。ＭＴＶとＴｓとの差分を、トルクオンショルダー抵抗（ΔＴ’）とした。トルクオンショルダー抵抗（ΔＴ’）は、試験番号４を基準（１００％）として、相対値として求めた。結果を表３に示す。試験番号４は、コンパウンドグリースを用いる場合の、一般的な管用ねじ継手の表面処理の組み合わせである。

　［評価結果］
　表１及び表３を参照して、試験番号１～試験番号３の管用ねじ継手は、ピン及びボックスの一方の接触表面上にＺｎ－Ｎｉ合金めっき層及び他方の接触表面上にＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層を備えた。試験番号１～試験番号３の管用ねじ継手は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層上及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層上の少なくとも一方に潤滑被膜を備えた。そのため、トルクオンショルダー抵抗が１００％を超えた。

　試験番号２と試験番号３とを比較すると、ピン表面及びボックス表面の合金めっき層を入れ替えても、トルクオンショルダー抵抗は高いままであった。したがって、合金めっき層の種類を入れ替えても効果に大きな影響はないことが推察される。

　試験番号４及び試験番号５の管用ねじ継手は、ピン表面及びボックス表面のいずれにおいてもＺｎ－Ｎｉ合金めっき層及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層を備えなかった。そのため、トルクオンショルダー抵抗が１００％以下と低かった。

　試験番号６の管用ねじ継手は、ボックス表面にＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層を備えたものの、ピン表面にはめっき層を備えなかった。そのため、トルクオンショルダー抵抗が９１％と低かった。

　試験番号７の管用ねじ継手は、ボックス表面にＺｎ－Ｎｉ合金めっき層を備えたものの、ピン表面にはめっき層を備えなかった。そのため、トルクオンショルダー抵抗が８８％と低かった。

　試験番号８の管用ねじ継手は、ピン表面及びボックス表面の両方がＺｎ－Ｎｉ合金めっき層を備え、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層は備えなかった。そのため、トルクオンショルダー抵抗が９０％と低かった。

　以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

　３　　ピン
　４　　ボックス
　３１、４１　ねじ部
　３２、４２　金属シール部
　３３、４３　ショルダー部
　１００　　　Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層
　１１０　　　Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層
　２００　　　潤滑被膜

Claims

　各々が、ねじ部、金属シール部及びショルダー部を含む接触表面を有するピン及びボックスと、
　前記ピン及び前記ボックスの一方の前記接触表面上に、Ｚｎ－Ｎｉ合金からなるＺｎ－Ｎｉ合金めっき層と、
　前記ピン及び前記ボックスの他方の前記接触表面上に、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金からなるＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層と、
　前記Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層上及び前記Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層上の少なくとも一方に、液状又は半固体状の潤滑被膜とを備える、管用ねじ継手。
　請求項１に記載の管用ねじ継手であって、
　前記Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層の厚さは１～２０μｍであり、前記Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層の厚さは１～２０μｍであり、前記潤滑被膜の厚さは３０～３００μｍである、管用ねじ継手。
　請求項１又は請求項２に記載の管用ねじ継手であって、
　前記Ｚｎ－Ｎｉ合金は、
　８５～９１質量％のＺｎと、９～１５質量％のＮｉとを含有し残部は不純物からなる、管用ねじ継手。
　請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の管用ねじ継手であって、
　前記Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金は、
　４０～７０質量％のＣｕと、２０～５０質量％のＳｎと、２～２０質量％のＺｎとを含有し残部は不純物からなる、管用ねじ継手。
　各々が、ねじ部、金属シール部及びショルダー部を含む接触表面を有するピン及びボックスを備える管用ねじ継手の製造方法であって、
　前記ピン及び前記ボックスの一方の前記接触表面上に、Ｚｎ－Ｎｉ合金からなるＺｎ－Ｎｉ合金めっき層を形成する工程と、
　前記ピン及び前記ボックスの他方の前記接触表面上に、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金からなるＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層を形成する工程と、
　前記Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層上及び前記Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層上の少なくとも一方に、液状又は半固体状の潤滑被膜を形成する工程とを備える、管用ねじ継手の製造方法。