JP4687715B2 - 鋼管用ねじ継手 - Google Patents

Description

本発明は、油井管の締結の際にねじ継手に塗布されてきたコンパウンドグリースを塗布せずに優れた耐焼付き性を確実に発揮することができる鋼管用ねじ継手に関する。したがって、本発明の鋼管用ねじ継手は、コンパウンドグリースに起因する地球環境および人体への悪影響を避けることができる。

ガス井や油井の掘削時に使用するチュービングやケーシングといった油井管は、一般にねじ継手により締結されて使用される。油井の深さは２０００ｍ〜３０００ｍが一般的であったが、近年の海洋油田などの深油井では、油井の深さが８０００ｍ〜１００００ｍにも達する。これらの油井管を締結するねじ継手には、使用環境下で油井管および継手自体の重量に起因する軸方向引張力や内外面圧力などが複合した圧力と地中の熱とが作用する。したがって油井管に使用されるねじ継手には、このような環境下においても破損することなく気密性を保持することが要求される。

油井管の締結に使用される典型的なねじ継手は、油井管の端部（ピン）に形成された雄ねじと、ねじ継手部品（カップリング）の内面（ボックス）に形成された雌ねじとを備えた、ピン−ボックス構造をとる。さらに、雄ねじの先端と、雌ねじの基部には、それぞれねじ無し金属接触部が形成されている。油井管の一端をねじ継手部品に挿入し、雄ねじと雌ねじとを締付けることにより、ねじ無し金属接触部同士を当接させて、メタルシール部が形成され、気密性が確保される。

チュービングやケーシングの油井への降下作業時には、種々のトラブルにより一度締結した継手を緩め、それらを一旦油井から引き上げた後、再度締結して降下させることがある。ＡＰＩ（米国石油協会）は、チュービング継手においては１０回の、ケーシング継手においては３回の、締付け（メイクアップ）および緩め（ブレークアウト）を行っても、ゴーリングと呼ばれる焼付きの発生がなく、気密性が保持されるという意味での耐焼付き性を要求している。

締付けの際には、耐焼付き性と気密性の向上を図るために「コンパウンドグリース」と呼ばれる重金属粉を含有する粘稠な液状潤滑剤をねじ継手の接触表面（即ち、ねじ部とねじ無し金属接触部）に塗布する。ＡＰＩ規格Bulletin・5A2にそのようなコンパウンドグリースが規定されている。

このコンパウンドグリースの保持性の向上や摺動性を改善する目的で、ねじ継手の接触表面に窒化処理、亜鉛系めっきや分散めっきを含む各種のめっき、リン酸塩化成処理といった多様な１層または２層以上の表面処理を施すことがこれまでに提案されてきた。しかし、コンパウンドグリースの使用は、次に述べるように、環境や人体への悪影響が懸念されるという問題がある。

コンパウンドグリースは亜鉛、鉛、銅などの重金属粉を多量に含有している。ねじ継手の締結時に、塗布されたグリースが洗い流されたり、外面にあふれ出したりして、特に鉛等の有害な重金属により、環境、特に海洋生物に悪影響を及ぼす可能性がある。また、コンパウンドグリースの塗布作業は作業環境を悪化させ、人体への有害性も懸念される。

近年、北東大西洋の海洋汚染防止に関するオスパ−ル条約(オスロ・パリ条約、OSPAR)が１９９８年に発効したのを契機に、地球規模での環境に対する厳しい規制が進み、コンパウンドグリースも一部地域では既にその使用が規制されようとしている。したがって、ガス井や油井の掘削作業においては、環境や人体への悪影響を避けるために、コンパウンドグリースを使用せずに優れた耐焼付き性を発揮できるねじ継手が求められるようになってきた。

コンパウンドグリースを塗布せずに無潤滑で油井管の締結に使用できるねじ継手はこれまでにもいくつか提案されている。
例えば、特開平８−２３３１６３号公報、特開平８−２３３１６４号公報および特開平９−７２４６７号公報には、ねじ継手の接触表面にリン酸塩系化成処理被膜を形成した後、樹脂中に固体潤滑剤である二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）もしくは二硫化タングステン（ＷＳ₂）を分散させた固体潤滑被膜を形成したねじ継手が開示されている。リン酸塩化成処理の前に接触表面に予めに凹凸を形成するか、窒化処理を施してもよい。

ＷＯ２００４／０３３９５１には、接触表面に、下層の防食被膜と、上層の固体潤滑被膜とを形成したねじ継手が開示されている。防食被膜はエポキシ樹脂中に亜鉛粉末を含有させた被膜であり、固体潤滑被膜は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）と他の固体潤滑剤を無機結合剤中に含有させた被膜である。

しかし、上述した従来の無潤滑で使用できるねじ継手は、被膜の最外層である固体潤滑被膜が、樹脂中に固体潤滑剤の粒子を含有する被膜であるため、次に述べるように、実際に使用するまでの間に問題があった。

油井管は海上輸送や屋外での保管が一般的である。輸送中および使用までの保管中の防食のため、管の内外面に防錆油（または防錆を目的とした他の液体）が通常は塗布される。また、輸送や保管中にねじ面やねじ無し金属接触部を保護するため、ねじ継手にプロテクターを装着して継手のピンおよびボックスの露出した接触表面を保護することが多い。図１に示すように、油井管の一端に予めねじ継手部品を嵌め込んだ状態で油井管用の鋼管が出荷される場合には、管の他端とねじ継手部品の他端にプロテクターが装着される。

このようにプロテクターが装着されていても、出荷前に油井管の内外面に塗布された防錆油は輸送や保管中にプロテクター内に侵入する。また、鋼管の内外面は輸送や保管中に水分の結露や雨から供給される水で濡れ、この水もプロテクターの内部に侵入する。プロテクターの内部に侵入した防錆油と水はどちらも、ねじ継手の接触表面に最外層として形成されている固体潤滑被膜と接触することになる。プロテクターが装着されていなければ、この接触はより容易に起こる。

固体潤滑被膜は、二硫化モリブデンもしくは二硫化タングステンといった固体潤滑剤の粒子を結合剤中に分散させているという構成をとるため、本質的に多孔質である。
そのため、防錆油は、固体潤滑被膜と接触すると多孔質の被膜中に容易に浸透してしまう。その結果、固体潤滑被膜はその機能を十分に発揮することができず、ねじ継手の耐焼付き性が著しく低下する危険性がある。これは、防錆油と固体潤滑剤もしくは結合剤との化学反応により潤滑性能が低下するか、あるいはねじ継手の締付け時に発生する面圧によって潤滑被膜中に閉じ込められた防錆油に極圧が発生し、それにより潤滑被膜の結合が破壊されることに原因があると推測される。

また、プロテクターの内部に浸透して固体潤滑被膜と接触した結露水や雨水もこの被膜中に容易に浸透する。その結果、水と固体潤滑剤との反応により被膜の潤滑性能を低下させることや、特に被膜が銅を含有している場合に外観を悪化させる等の危険性がある。

防錆油や水により引き起こされるこれらの問題は、最外層にある固体潤滑被膜が効果的に保護されていないことに起因するものである。ＷＯ２００４／０３３９５１のように、油井管自身の防食のために設けられた防食被膜が下層にあっても、この問題を解決することは出来ない。
特開平８−２３３１６３号公報 特開平８−２３３１６４号公報 特開平９−７２４６７号公報 ＷＯ２００４／０３３９５１

本発明は、耐焼付き性に優れ、外観の悪化を避けることができる鋼管用ねじ継手を提供する。本発明のねじ継手は、海洋生物など地球環境や人体に悪影響を及ぼすコンパウンドグリースを塗布せずに使用できる。本発明のねじ継手はまた、輸送中や保管時の防食のために管の内外面に防錆油が塗布された場合でも耐焼付き性の著しい低下を示さず、また輸送や保管期間中に管の内外面が結露水や雨水にさらされた場合においても、耐焼付き性や外観の著しい低下が起こらない。
本発明によれば、ねじ継手の接触表面に形成した固体潤滑被膜の上に、さらに固体粒子を含有しない非多孔質の固体防食被膜を形成することにより、無潤滑状態（コンパウンドグリースの塗布がない状態）での耐焼付き性に優れ、かつ輸送中や保管中の性能の著しい低下がない鋼管用ねじ継手を提供することができる。

本発明に係る鋼管用ねじ継手は、継手を締付けた時に互いに接触する接触表面をそれぞれ有するピンおよびボックスから構成され、前記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が、潤滑性粉末と結合剤とを含む固体潤滑被膜と、この固体潤滑被膜の上に形成された、固体粒子を含有しない固体防食被膜とで被覆され、該固体防食被膜が有機樹脂を含有するとともに、前記固体潤滑被膜の結合剤に前記固体防食被膜に含有される有機樹脂と同じ有機樹脂が存在する。

本明細書において、ピンとは雄ねじ部を有する方のねじ継手部材を、ボックスとは、ピンの雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を有するねじ継手のもう一方の部材をそれぞれ意味する。典型的には、鋼管の両端がその外面にピンを構成し、別の接続部品であるねじ継手部品（カップリング）の両側がその内面にボックスを構成する。反対に鋼管の両端の内面をボックスとし、ねじ継手部品をピンとすることも原理的には可能である。また、鋼管の一端がピンを、他端がボックスを構成して、ねじ継手部品を利用せずに鋼管を直接連結することができるインテグラル方式のねじ継手もある。本発明はこれらのどの種類のねじ継手にも適用することができる。

本発明の鋼管用ねじ継手では、最外層に非多孔質の固体防食被膜が形成されている。そのため、出荷前に鋼管の内外面に防錆油または他の防錆用の液体を塗布した場合、もしくは輸送や保管期間中に結露水や雨水にさらされた場合においても、防錆用液体や水は最外層の固体防食被膜により遮断されるので、輸送中や保管中にこれらがねじ継手の表面の固体潤滑被膜中に浸透することが防止され、従って、潤滑性能の低下や製品外観の悪化が避けられる。

ねじ継手の締付け時には、締付け中に起こる摩擦によって接触部の防食被膜が次第に磨耗し、その下層の固体潤滑被膜が露出するので、その潤滑作用を発揮することができる。そのため、コンパウンドグリースを使用しない無潤滑状態で、繰り返しの締付け・緩めの際の焼付き発生を防止できる、優れた耐焼付き性を達成することができる。したがって、塗布時や締付け時に周囲に流出する可能性があるコンパウンドグリースの使用に伴う作業環境の悪化や、環境、特に海洋環境の汚染を防止することができる。また、現場でコンパウンドグリースの塗布作業が不要となることにより、油井管の締結に必要な作業時間が短縮される。

本発明の鋼管用ねじ継手において、上層の固体防食被膜は全体的に有機樹脂からなるものでもよい。それにより固体防食被膜の防食性が高まる。
下層の固体潤滑被膜の結合剤は、無機結合剤（無機高分子化合物）と有機結合剤（有機樹脂）のいずれでもよい。固体潤滑被膜の結合剤が有機樹脂である場合、固体防食被膜の一部または全部を下層の結合剤に用いたのと同じ樹脂から構成してもよい。それにより、下層の固体潤滑被膜と上層の固体防食被膜の接着性がより高まり、鋼管用ねじ継手の耐焼付き性をさらに高めることができる。

１好適態様において、固体潤滑被膜と固体防食被膜は、ねじ継手のボックスの接触表面に形成することができる。ボックスは通常は短いねじ継手部品の方に形成されるので、ピンよりボックスの方が容易に被膜形成作業を実施することができる。また、この態様は、ピンとボックスと両方に固体潤滑被膜および固体防食被膜を形成するのに比べて経済的である。

ピンおよびボックスの一方の部材の接触表面だけに固体潤滑被膜と固体防食被膜とが形成される場合、他方の部材は、その接触表面上に亜鉛もしくは亜鉛合金被膜、金属めっき被膜、燐酸塩被膜、蓚酸塩被膜、硼酸塩被膜、ならびに固体防食被膜の一方から選ばれた１層または２層以上の被膜を形成するように処理してもよい。こうして他方の部材に防食性を付与することにより、鋼管用ねじ継手の防食機能を高めることができる。或いは、他方の部材の接触表面に固体潤滑被膜を形成して、ねじ継手の耐焼付き性をさらに高めてもよい。

同様に、ピンおよびボックスの一方の接触表面だけに前記固体潤滑被膜と前記固体防食被膜とが形成される場合、他方の部材は、その接触表面に酸洗、ブラスト処理、亜鉛もしくは亜鉛合金による衝撃めっき、金属めっき、軟窒化処理、複合金属被覆、燐酸塩処理、蓚酸塩処理ならびに硼酸塩処理から選ばれた粗面化のための下地表面処理を施した後に、その接触表面上に固体潤滑被膜または固体防食被膜を形成するように処理してもよい。こうすると、粗面化により付与されるいわゆるアンカー効果によって接触表面に対する固体潤滑被膜または固体防食被膜の密着度が強化され、輸送中や保管中に被膜が剥離しにくくなり、鋼管用ねじ継手の防食機能または潤滑性がさらに高まる。

本発明に従って下層の固体潤滑被膜と上層の非多孔質固体防食被膜が形成されるねじ継手の接触表面の方も、下層被膜の形成前に、酸洗、ブラスト処理、亜鉛もしくは亜鉛合金による衝撃めっき、金属めっき、軟窒化処理、複合金属被覆、燐酸塩処理、蓚酸塩処理ならびに硼酸塩処理から選ばれた下地表面処理を表面の粗面化のために施してもよい。この場合も、アンカー効果によって接触表面に対する下層の固体潤滑被膜の密着度が強化され、固体潤滑被膜が剥離しにくく、耐焼付き性をさらに向上させることができる。

固体潤滑被膜と固体防食被膜の各膜厚は５〜４０μｍとすることが好ましい。それにより、鋼管用ねじ継手に十分な防食効果と、優れた耐焼付き性および気密性を付与できる。

本発明を以下に図面に示す実施形態に基づいて説明する。
＜ねじ継手の組み立て構成＞
図１は、出荷時の油井管用鋼管とねじ継手部品の状態を示す典型的なねじ継手の組み立て構成を模式的に示す。鋼管Ａはその両端の外面に形成された雄ねじ部３ａを有するピン１を備え、ねじ継手部品（カップリング）Ｂはその内面に形成された雌ねじ部３ｂを有するボックス２を両側に備えている。ねじ継手部品Ｂのボックスの一方が鋼管Ａのピンの一方に締付けられている。図示していないが、鋼管Ａの他方のピンとねじ継手部品Ｂの他方のボックスには、これらの非接続状態のピンおよびボックスの接触表面を保護するために出荷前にプロテクターが装着される。これらのプロテクターはねじ継手の使用前に取り外される。

図２は、代表的な鋼管用ねじ継手（以下、単に「ねじ継手」ともいう）の構成を模式的に示す。ねじ継手は、鋼管Ａの端部の外面に形成されたピン１と、ねじ継手部品Ｂの内面に形成されたボックス２とから構成される。ピン１は雄ねじ部３ａと鋼管先端に位置するねじ無し金属接触部４ａとを備える。これに対応して、ボックス２は、雌ねじ部３ｂと、このねじ部３ｂより内側に位置するねじ無し金属接触部４ｂとを備える。

ピン１およびボックス２のそれぞれのねじ部３ａ、３ｂとねじ無し金属接触部４ａ、４ｂがねじ継手の接触表面である。これらの接触表面には、耐焼付き性、気密性、防食性が要求される。従来は、そのために、重金属粉を含有するコンパウンドグリースを塗布したり、接触面に固体潤滑被膜を形成させたりしていた。しかし、前述したように、これらのいずれの従来技術も、人体や環境への有害作用、あるいは出荷および保管期間中の耐焼付き性を含む性能の低下により、実用上の問題を抱えていた。

本発明によれば、ピン１とボックス２の少なくとも一方の部材の接触表面に、下層の固体潤滑被膜と上層の固体防食被膜とを形成する。固体潤滑被膜は、従来のものと同様に、樹脂中に１種または２種以上の潤滑性粉末を含有させたものでよい。固体防食被膜は固体粒子を含有しない非多孔質の均一系の被膜であり、下層の固体潤滑被膜を保護するためのバリアーとして作用する。

前述したように、締付け時に上層の防食被膜は摩擦により次第に摩耗して、下層の固体潤滑被膜が露出するので、固体潤滑被膜はその潤滑作用を十分に発揮することができる。従って、下層の固体潤滑被膜の上に上層の防食被膜が存在していても、コンパウンドグリースを塗布せずに、無潤滑状態でねじ継手に優れた耐焼付き性を付与することができる。また、上層の防食層のバリアー機能により、出荷時に鋼管の内外面に防錆油や他の防錆用の液体を塗布した場合であっても、あるいは輸送や保管期間中にそれらの表面が結露水や雨水にさらされた場合であっても、液体や水は上層の非多孔質防食被膜を通過して固体防食被膜に浸透することができないため、この浸透に起因する輸送中や保管中の性能低下が避けられる。

＜接触表面の粗面化＞
本発明に従ってその上に下層の固体潤滑被膜および上層の固体防食被膜が形成される、ピンとボックスの少なくとも一方の接触表面は、固体潤滑被膜の密着性を確保するために、その表面粗さＲｍａｘが機械切削後の表面粗さ（３〜５μｍ）より大きくなるよう予め粗面化のための下地表面処理を施しておくことが望ましい。但し、接触表面を粗面化するための下地処理を行わずに、固体潤滑被膜および固体防食被膜を形成させても本発明の目的を達成することができる。

図３に接触表面の粗面化の２種類の態様を示す。
図３（ａ）に示す粗面化の第一の態様では、鋼表面３０ａそれ自体を下地表面処理により粗面化してその上に直接固体潤滑被膜３１ａおよび固体防食被膜３２ａをこの順に形成する。この態様の粗面化は、形状が球状のショット材または角状のグリッド材などのブラスト材を投射するブラスト処理、あるいは硫酸、塩酸、硝酸、フッ酸などの強酸液に浸漬する酸洗により達成することができる。

図３（ｂ）に示す粗面化の第二の態様は、鋼表面３０ｂの上に、下地表面処理によって表面が粗面となる下地処理層３３を形成し、この下地処理層の上に固体潤滑被膜３１ｂおよび固体防食被膜３２ｂをこの順に形成する。すなわち、下地処理層３３は鋼３０ｂの接触表面と固体潤滑被膜３１ｂとの間に介在する。このような下地処理層を形成するための下地表面処理の例としては、燐酸塩処理、蓚酸塩処理、硼酸塩処理等の化成処理（化成処理により生成する結晶の成長に伴い、表面粗さが増す）、銅めっきまたは鉄めっきのような金属のめっき（凸部が優先してめっきされるため、僅かであるが表面が粗くなる）、多孔質の亜鉛もしくは亜鉛−鉄合金被膜を形成する亜鉛もしくは亜鉛合金による衝撃めっき、窒化層を形成する軟窒化処理（例えば、タフトライド）、金属マトリックス中に固体微粒子が分散した多孔質被膜を形成する複合金属被覆などが挙げられる。

接触表面の粗面化が上記第１および第２のいずれの態様であっても、粗面化により表面粗さＲｍａｘが５〜４０μｍとなるようにすることが好ましい。Ｒｍａｘが５μｍ未満では、固体潤滑被膜との密着性や被膜の保持性が不十分になることがある。一方、Ｒｍａｘが４０μｍを超えると、表面の摩擦が高くなり、固体潤滑被膜は、締付け中に表面に高面圧がかかった際に被膜が受けるせん断力と圧縮力に耐えられず、固体潤滑被膜が破壊もしくは剥離しやすくなることがある。粗面化のための下地処理は、２種以上の処理を併用してもよい。

固体潤滑被膜の密着性の観点からは、多孔質被膜、特に燐酸塩処理（例、燐酸マンガン、燐酸亜鉛、燐酸鉄マンガン、もしくは燐酸亜鉛カルシウムによる処理）および衝撃めっきによる亜鉛もしくは亜鉛−鉄合金の被膜が好ましい。密着性の観点からは燐酸マンガン被膜が特に好ましい。防食性の観点からは、亜鉛による犠牲防食能が期待できる亜鉛もしくは亜鉛−鉄合金の被膜が特に好ましい。

燐酸塩処理により形成された被膜と衝撃めっきによって形成された亜鉛もしくは亜鉛−鉄合金の被膜は、いずれも多孔質な被膜である。従って、かかる被膜の上に形成した固体潤滑被膜は、いわゆる「アンカー効果」により高い密着性を有する。その結果、締付け・緩めを繰り返しても固体潤滑被膜の剥離が起こり難くなり、金属間接触が効果的に防止され、耐焼付き性、気密性、防食性が一層向上する。

燐酸塩処理は、亜鉛めっき鋼材に慣用されている酸性燐酸塩処理液を用いて、常法にしたがって浸漬またはスプレーにより実施することができる。例示として、燐酸イオン１〜１５０ｇ／Ｌ、亜鉛イオン３〜７０ｇ／Ｌ、硝酸イオン１〜１００ｇ／Ｌ、ニッケルイオン０〜３０ｇ／Ｌからなる燐酸亜鉛系燐酸塩処理液を使用できる。使用できる別の例は、ねじ継手に慣用されている燐酸マンガン系燐酸塩処理液である。処理中の液温度は常温から１００℃でよい。処理時間は、形成すべき所望の膜厚に応じて設定すればよく、普通には１５分までである。燐酸塩被膜の形成を促進するため、燐酸塩処理前に、コロイドチタンを含有する表面調整用水溶液で処理表面を予備処理してもよい。燐酸塩処理後、水洗もしくは湯洗してから、乾燥することが好ましい。

衝撃めっきは、めっき用粒子を被めっき物に衝突させることにより一般に実施することができ、粒子と被めっき物を回転バレル内で衝突させるメカニカルプレーティングや、ブラスト装置を用いてめっき用粒子を被めっき物に吹き付ける投射めっきといった方法がある。本発明では接触表面だけにめっきを施せばよいので、局部的なめっきが可能な投射めっきを採用することが好ましい。

投射めっきは、例えば、鉄系の核を亜鉛または亜鉛合金の表面層で被覆しためっき用粒子を投射材料として使用し、この粒子を被覆すべき接触表面に衝突させることにより実施することができる。粒子中の亜鉛または亜鉛合金からなる表面層の量は２０〜６０重量％の範囲であることが好ましく、粒子の粒径は０.２〜１.５ｍｍの範囲が好ましい。そのような粒子は、核を構成する鉄または鉄合金粉末に亜鉛または亜鉛合金（例、Ｚｎ−Ｆｅ−Ａｌ合金）をめっきした後、熱処理して核とめっきとの界面に鉄−亜鉛合金層を形成する方法、またはメカニカルアロイング法により製造することができる。この種の粒子の市販品の例として同和鉄粉工業(株)製Ｚアイアンがある。使用可能な投射（ブラスティング）装置の例としては、圧縮空気等の高圧流体を利用して粒子を吹きつける高圧流体投射装置や、インペラ等の回転翼を利用する機械式投射装置がある。

上記粒子をねじ継手の接触表面といった被めっき基体に投射すると、粒子の表面層である亜鉛または亜鉛合金のみが個々に基体に付着し、亜鉛または亜鉛合金からなる多孔質の被膜が基体上に形成される。この投射めっきは、鋼の材質に関係なく、鋼表面に密着性のよいめっき被膜を形成することができる。

衝撃めっきにより形成された亜鉛または亜鉛合金層の厚みは防食性と密着性の両面から５〜４０μｍであることが好ましい。５μｍ未満では、十分な防食性が確保できないことがある。一方、４０μｍを超えると、固体潤滑被膜との密着性がむしろ低下する傾向がある。

その他の下地処理法を採用する場合も、表面粗さＲｍａｘが５〜４０μｍの下地処理被膜が形成されるように下地処理を実施すればよい。
＜固体潤滑被膜＞
本発明における固体潤滑被膜は、１種または２種以上の固体潤滑性粉末とマトリックスとなる結合剤とを含む被膜である。つまり、固体の潤滑性粉末を結合剤で結合してなる不均一系の被膜である。

固体潤滑性粉末とは潤滑作用を示す粉末であり、従来より固体潤滑剤として利用されてきた材料を使用することができる。潤滑性粉末としては環境に悪影響を及ぼさない材料が好ましい。

好ましい潤滑性粉末の例としては、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）、二硫化タングステン（ＷＳ₂）、黒鉛、窒化硼素（ＢＮ）などの黒鉛型結晶構造を有する無機粉末、ならびにポリテトラフルオロエチレン粉末が挙げられる。潤滑性粉末の平均粒径は０.５〜１５μｍの範囲内であることが好ましい。

固体潤滑被膜中の固体潤滑性粉末の量（２種以上の粉末を使用する場合は合計量）は、被膜中の結合剤に対する潤滑性粉末の質量比が０.３〜０.９の範囲内となる量とすることが好ましい。潤滑性粉末の量が少なすぎると、耐焼付き性が低下し、多すぎると、固体潤滑被膜の密着性や被膜強度が低下する。本発明では、固体潤滑被膜の上に固体防食被膜が形成されるので、固体潤滑被膜が最外層となる場合に比べて、固体潤滑被膜中の潤滑性粉末の含有量を高めることができる。

固体潤滑被膜は、潤滑性粉末以外の粉末をさらに含有することもできる。そのような粉末の例としては、耐食性を高めるための亜鉛、銅、ニッケル、錫等の金属の粉末、シリカ等の無機粉末などが例示される。他の粉末を含有させる場合には、他の粉末と潤滑性粉末との合計量の結合剤に対する質量比が０.９以下となるようにすることが好ましい。

固体潤滑被膜の結合剤は被膜形成性の材料である。これは有機樹脂または無機高分子化合物とすることができる。結合剤としては、上層の固体防食被膜を構成する材料と同種の材料を使用することができるので、後でまとめてより詳しく説明する。

固体潤滑被膜の厚さは、５μｍ以上あることが望ましい。固体潤滑被膜に含まれる潤滑性粉末は、高い面圧を受けて接触面全体に広がり、優れた耐焼付き性を発揮する。固体潤滑被膜の厚さが５μｍ未満では、接触表面に供給される潤滑性粉末の絶対量が少なすぎて十分に潤滑性を発揮することができない。固体潤滑被膜の厚さが４０μｍより大きくなると、雄ねじと雌ねじとの干渉により得られる締付け量が不十分となって気密性が低下したり、気密性を確保するために締付け時の面圧を高めると焼付きや被膜剥離といった問題が発生しやすくなるという懸念がある。但し、ねじの幾何学形状によっては、固体潤滑被膜の厚さを４０μｍより厚くすることも可能である。経済性や耐焼付き性の観点から、より好ましい固体潤滑被膜の厚さは１０μｍ以上、４０μｍ以下である。

＜固体潤滑被膜の結合剤および固体防食被膜の材料＞
固体潤滑被膜の結合剤および固体防食被膜には、いずれも被膜形成性の材料が使用される。そのどちらについても、有機樹脂または無機高分子化合物が使用可能である。

有機樹脂としては、耐熱性と適度な硬さと適度な摩耗性を有するものが好適である。そのような樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、フェノール樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリエチレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などを例示できる。

固体潤滑被膜および固体防食被膜は、塗布用樹脂液（樹脂の溶液、分散液、または液状樹脂自体）の塗布と乾燥により形成することができる。固体潤滑被膜の場合には、塗布前に、樹脂液に潤滑性粉末を添加して、均一に分散させる。

固体潤滑被膜や固体防食被膜の密着性を向上するという観点から、塗布用樹脂液の塗布後に加熱硬化処理を行うことが好ましい。加熱硬化処理の温度は好ましくは１２０℃以上、より好ましくは１５０〜３８０℃である。処理時間は好ましくは３０分以上、より好ましくは３０〜６０分である。加熱硬化処理は、固体潤滑被膜と固体防食被膜の形成後にそれぞれ行ってもよく、あるいは固体防食被膜の形成後に一度だけ行ってもよい。

無機高分子化合物とは、Ｔｉ−Ｏ、Ｓｉ−Ｏ、Ｚｒ−Ｏ、Ｍｎ−Ｏ、Ｃｅ−Ｏ、Ｂａ−Ｏといった、金属−酸素結合が三次元架橋した構造を有する化合物である。このような無機高分子化合物は、金属アルコキシドや金属塩化物といった加水分解性金属化合物の加水分解と縮合により形成することができる。シランカップリング剤やチタネートカップリング剤で例示されるように、アミンやエポキシ基等の官能基を含有する加水分解性金属化合物も、向き高分子化合物を形成するために使用することができる。

無機高分子化合物を使用する場合、加水分解性金属化合物またはその部分加水分解物の溶媒中の溶液を塗布した後、必要に応じて加湿処理および／または加熱を行うことにより、固体潤滑被膜および固体防食被膜を形成することができる。当然、固体潤滑被膜の場合は、塗布前に液中に潤滑性粉末を分散させておく。

加水分解性金属化合物の加水分解を促進するために加湿処理を行うことができる。この処理は、大気中、好ましくは相対湿度が７０％以上の加湿大気中に塗膜を所定時間放置することにより実施できる。好ましくは加湿処理後に加熱を行う。加熱により金属化合物の加水分解と生成した加水分解物の縮合、ならびに加水分解の副生物（金属化合物が金属アルコキシドである場合にはアルコール）と縮合の副生物（水）の排出が促進され、短時間で造膜できる。また、形成される被膜の密着性が強固となる。この加熱は塗膜中に残る溶媒が蒸発した後に行うことが好ましく、加熱温度は副生するアルコールの沸点に近い５０〜２００℃の温度とするのが好ましい。熱風炉内での加熱がより効果的である。

＜固体防食被膜＞
固体防食被膜は、固体粒子を含有しない非多孔質の被膜である。この被膜は、固体防食被膜の結合剤と同様に、被膜形成性の材料から構成することができる。

固体防食被膜は本質的に有機樹脂から形成することが好ましい。無機高分子化合物から固体防食被膜を形成することも可能であるが、無機高分子化合物からなる被膜は一般に有機樹脂被膜に比べて空孔を有しやすく防食性に劣る。

固体防食被膜には、固体粒子以外の添加成分を含有させることができる。例えば、防食性能をさらに高めるために、固体防食被膜の形成に使用する塗布用樹脂液にコロイダルシリカやワックスを添加してもよい。

固体防食被膜が実質的に有機樹脂のみからなるか、あるいは一部の成分として有機樹脂を含有する場合には、固体潤滑被膜の結合剤の少なくとも一部として、固体防食被膜を構成するのと同じ有機樹脂を使用して、下層の固体潤滑被膜の結合剤と上層の固体防食被膜に同じ有機樹脂が存在するようにすることが好ましい。それにより、固体防食被膜の固体潤滑被膜への密着性が著しく高まり、本発明の固体防食被膜による下層の固体潤滑被膜の保護効果を最も効果的に達成することができる。

固体防食被膜の厚さは５μｍ以上であることが望ましい。固体防食被膜の厚さが５μｍ未満では防食効果が不十分となることがある。一方、防食被膜の厚さが４０μｍより大きくなると、固体潤滑被膜について述べたのと同様に、気密性、耐焼付き性、被膜密着性に問題を生ずる恐れがある。しかし、ねじ部の幾何学形状によっては４０μｍより厚くすることも可能である。

固体潤滑被膜と固体防食被膜の合計厚さが大きくなりすぎると、特に気密性や耐焼付き性に悪影響が懸念されるので、これら２層の被膜の合計厚さは６０μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは５０μｍ以下とする。

＜被膜形成部位＞
以上に説明した固体潤滑被膜および固体防食被膜は、ピンとボックスの一方または両方の部材の接触表面に形成することができる。これらの２層の被膜を一方の部材の接触表面に形成するだけでも本発明の目的は十分に達成できるので、ピンとボックスのいずれか一方の部材だけに形成することが経済的である。その場合、ピンよりボックスに被膜を形成する方が作業がより容易である。

本発明に係る固体潤滑被膜および固体防食被膜をピンとボックスの一方の部材の接触表面だけに形成する場合、これら２層の被膜を形成しない他方の部材（好ましくはピン、以下、相手部材という）の接触表面は、未被覆（裸）のままでもよく、あるいは他の１または２以上の被膜で被覆してもよい。

特に、図１に示すように、出荷時に交換とねじ継手部品（カップリング）とが仮に締付けられている場合には、相手部材、例えば、ピンの接触表面が裸でも、ピンの接触表面はボックスの接触表面に形成された被膜と密着しているので、ピンの接触表面の錆もボックスの被膜によって防止されうる。

しかし、ねじ継手部品は油井管用鋼管の一方の端部だけに取り付けられ、鋼管の他端のピンやねじ継手部品の反対側のボックスは露出している。露出しているピンやボックスにはねじ部の保護のためにプロテクターが装着されることが多いが、プロテクターは大気や水の流通を防ぐものではない。

したがって、ボックスのみに本発明に従って固体潤滑被膜と固体防食被膜を形成した場合、ボックスが取り付けられていない方の端部のピンは大気に曝されることになる。この場合、他方の相手部材（すなわち、ピン）の接触表面に防食性あるいは防食性と潤滑性の両方を付与するために、この相手部材の接触表面を適当な表面処理により１または２以上の被膜層で被覆することができる。この被膜としては、環境や人体への有害性がないものであれば、乾性、不乾性のいずれの被膜も使用可能である。

相手部材の接触表面に形成する被膜として、本発明で固体潤滑被膜を形成する前の下地処理として利用できる各種の下地被膜が挙げられる。具体的には、この被膜は、衝撃めっきにより形成される多孔質の亜鉛もしくは亜鉛合金被膜、金属めっき被膜、燐酸塩、蓚酸塩および硼酸塩などの化成処理被膜から選択することができる。また、相手部材用の被膜は無機セラッミクス系被膜であってもよい。セラミック系被膜としては、株式会社巴製作所製のＴＯＭコ−トのような特殊セラッミクスと特殊金属の複合被膜や、レイデント工業株式会社製のセラッミクス系超微粒子積層からなる金属質被膜（レイデント被膜）などを例示できる。かかる被膜の別の選択肢は、上述した固体防食被膜だけを相手部材の接触表面に直接形成することである。これらの被膜のうち、多孔質の亜鉛もしくは亜鉛合金被膜、金属めっき被膜、ならびに固体防食被膜は防食性付与効果が高く、その他の被膜は摺動性改善効果が高い。

防食用の金属めっき被膜は、亜鉛、亜鉛合金、ニッケル、銅、または銅錫合金のめっき被膜といった防食性の高いものが好ましい。燐酸塩被膜の例としては、燐酸マンガン被膜、燐酸亜鉛被膜、燐酸亜鉛カルシウム被膜、燐酸亜鉛鉄被膜などがある。蓚酸塩被膜は、蓚酸（Ｃ₂Ｈ₂Ｏ₄）水溶液への浸漬により形成される蓚酸鉄（ＦｅＣ₂Ｏ₄）および／または蓚酸ニッケル（ＮｉＣ₂Ｏ₄）等の蓚酸金属塩の被膜でよい。硼酸塩被膜は、例えば、硼酸カリウム等の硼酸金属塩の被膜でよい。これらの被膜の付着量は、従来のこれらの被膜と同様でよく、防食性および／または潤滑性が充分に付与でき、かつ過剰とならないように決定すればよい。これらの被膜は、例えば、多孔質の亜鉛もしくは亜鉛合金被膜または金属めっき被膜の上に燐酸塩、蓚酸塩または硼酸塩被膜を形成するといったように、２層以上とすることもできる。

相手部材の接触表面には、上記の下地被膜または固体防食被膜の代わりに、本発明で下層被膜として利用するのと同様の固体潤滑被膜（結合剤中に潤滑性粉末を含有する被膜）を形成することもできる。

相手部材上の被膜の膜厚は、前述したのと同じ理由で５〜４０μｍの範囲とすることが好ましい。また、相手部材（ピン）が接触するボックス上に形成された固体潤滑被膜および固体防食被膜の耐久性を確保する観点から、相手部材の表面粗さＲｍａｘは、１〜１０μｍの範囲内とすることが好ましい。相手部材（ピン）の接触表面の表面粗さが１０μｍより大きいと、ねじ継手の締付け・緩め時にボックスに形成された固体防食被膜や固体潤滑皮被膜がピンにより傷ついて剥離する可能性がある。

相手部材の接触表面に固体防食被膜または固体潤滑被膜を形成する場合、この被膜の密着性を改善するために、接触表面の粗面化のための上述した各種の下地処理を同様に利用することができる。つまり、酸洗やブラスト処理といった、接触表面そのものを粗面化する処理や、亜鉛もしくは亜鉛合金による衝撃めっき、金属めっき、軟窒化処理、複合金属被覆、燐酸塩処理、蓚酸塩処理ならびに硼酸塩処理といった粗面の下地被膜を形成する処理のいずれかを、固体防食被膜または固体潤滑被膜を形成する前に、相手部材の接触表面に施してもよい。これらの２種以上の下地処理を順に併用することもできる。

但し、前述したように、相手部材の接触表面の表面粗さはＲｍａｘで１０μｍ以下とすることが好ましい。相手部材の接触表面の粗面化のための下地処理は、その表面に固体防食被膜または固体潤滑被膜を形成した後、このような表面粗さが確保できるように調節することが好ましい。

以下、実施例および比較例により、本発明をさらに詳しく説明する。なお、以下、ピンのねじ部とねじ無し金属接触部を含む接触表面を「ピン表面」、ボックスのねじ部とねじ無し金属接触部とを含む接触表面を「ボックス表面」という。

それぞれ表１に示す組成を有する、炭素鋼Ａ、Ｃｒ−Ｍｏ鋼Ｂ、１３％Ｃｒ鋼Ｃ、または高合金鋼Ｄからなる油井管用ねじ継手（外径：１７.７８ｃｍ（７インチ）、肉厚：１.０３６ｃｍ（０.４０８インチ））を作製した。

各ねじ継手のピン表面とボックス表面に、表２に示し、後で実施例ごとに説明するように、下地表面処理とその後の１種類または２種類の表面処理を施した。１種類だけの被膜を形成する場合には、その被膜は表２の最外層の欄に表示した。２種類の被膜を形成した場合には、第１および第２の被膜をそれぞれ表２の中間層および最外層の欄に表示した。本発明に従った実施例では、中間層および最外層はそれぞれ固体潤滑被膜および固体防食被膜である。

全例において、固体潤滑被膜および固体防食被膜はいずれもエアースプレーによる塗布後に１００℃を超える温度で３０分間加熱する加熱硬化処理を実施することにより形成した。

一部の例では、結露水および雨水にさらされた時の耐食性を評価するために、表面処理後のボックス表面にＪＩＳ Ｚ２３７１に規定する塩水噴霧試験を１００時間実施した。その後、ボックス表面を観察してから、締め付け・緩めの繰り返し試験をねじ継手に実施した。

別の例では、油井管の保管中の状況を模擬するため、表面処理後に、市販の防錆油をねじ継手のピン表面とボックス表面とに塗布し、継手を１週間放置した。その後、表面の防錆油を拭き取り、ボックスの表面観察を行ってから、ねじ継手に締付け・緩めの繰り返し試験を実施した。

締付けは、締付け速度１０ｒｐｍ、締付けトルク１４ｋＮ・ｍで行い、緩めた後のピンおよびボックスの接触表面の焼付き状況を調査した。締付けにより発生した焼付き疵が軽微で、手入れをすれば再締結が可能である場合は、手入れをして締付け・緩めを続行した。修復不可能な重度の焼付きが発生した場合には試験を中止した。

試験結果を表３に示す。

（実施例１）
表１に示す組成Ａの炭素鋼製ねじ継手のピンおよびボックス表面に下記の表面処理を別々に施した。

ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、下地処理として８０〜９５℃の燐酸マンガン化成処理液中に１０分間浸漬して、厚さ１５μｍの燐酸マンガン被膜からなる下地被膜を形成した。この下地被膜の上に、平均粒径１０μｍの黒鉛粉末と最大長１５μｍのフレーク状銅粉とを含有するエポキシ樹脂から、厚さ３０μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜中のエポキシ樹脂１に対する黒鉛の質量比（表中のＭ）は０.６、黒鉛１に対する銅粉の質量比（表中のＮ）は０.２であった。この固体潤滑被膜の上に、エポキシ樹脂のみからなる厚さ２０μｍの固体防食被膜を形成した。

ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、下地処理として７５〜８５℃の燐酸亜鉛用化成処理液中に１０分間浸漬して厚さ１５μｍの燐酸亜鉛被膜からなる下地被膜を形成した。この下地被膜の上にエポキシ樹脂のみからなる厚さ２０μｍの固体防食被膜を形成した。

防錆油塗布、拭き取り後のボックス表面の観察の結果、表面外観に変化は見られなかった。締付け・緩め試験では、表３に示すように、１０回の締付け・緩めにおいて、焼付きの発生はなく、結果は極めて良好であった。

（実施例２）
表１に示す組成Ａの炭素鋼製ねじ継手のピンおよびボックス表面に、実施例１に記載したのと全く同様にして下記の表面処理を別々に施した。。

すなわち、ボックス表面は、最内層の燐酸マンガン被膜、中間層のエポキシ樹脂中に黒鉛粉末と銅粉とを含有する固体潤滑被膜、および最外層のポリマー樹脂からなる固体防食被膜を有していた。ピン表面は、下層の燐酸亜鉛被膜と上層のエポキシ樹脂からなる固体防食被膜とを有していた。

ボックス表面に塩水噴霧試験を実施した。１００時間の塩水噴霧試験後のボックス表面の観察の結果、表面に変化は見られなかった。締付け・緩め試験では、表３に示すように、１０回の締付け・緩めにおいて、焼付きの発生はなく、結果は極めて良好であった。

（実施例３）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製のねじ継手のピンおよびボックス表面に下記の表面処理を別々に施した。。

ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、下地処理として酸洗処理を施して表面粗さを１０μｍとした。こうして下地処理した表面に、平均粒径５μｍの二硫化モリブデン粉末を含有するエポキシ樹脂から、厚さ３０μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜中のエポキシ樹脂１に対する二硫化モリブデンの質量比Ｍは０.７であった。この固体潤滑被膜の上に、エポキシ樹脂のみからなる、厚さ２０μｍの固体防食被膜を形成した。

ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、下地処理として酸洗処理を施すことにより表面粗さを１０μｍとした。こうして下地処理した表面に、平均粒径５μｍの二硫化モリブデン粉末を含有するフラン樹脂から、厚さ２０μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜中のフラン樹脂１に対する二硫化モリブデンの質量比Ｍは０.３であった。その上にエポキシ樹脂のみからなる固体防食被膜は形成しなかった。

防錆油塗布、拭き取り後のボックス表面の観察の結果、表面に変化は見られなかった。締付け・緩め試験では、表３に示すように、１０回の締付け・緩めにおいて、焼付きの発生はなく、結果は極めて良好であった。

（実施例４）
表１に示す組成Ｄの高合金製のねじ継手のピンおよびボックス表面に下記の表面処理を別々に施した。。

ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）後、下地処理として、鉄芯に亜鉛を被覆した粒子を用いた投射めっきにより厚さ７μｍの多孔質の亜鉛被膜を形成した。形成された下地被膜の上に、平均粒径５μｍの二硫化モリブデン粉末を含有するエポキシ樹脂から、厚さ３０μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜中のエポキシ樹脂１に対する二硫化モリブデンの質量比Ｍは０.７であった。この固体潤滑被膜の上に、エポキシ樹脂のみからなる、厚さ２０μｍの固体防食被膜を形成した。

ピン表面は、８０番のサンドを吹き付けるサンドブラストにより表面粗さを１０μｍとし、その表面に平均粒径５μｍの二硫化モリブデン粉末を含有するフラン樹脂から、厚さ２０μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜中のフラン樹脂１に対する二硫化モリブデンの質量比Ｍは０.３であった。

防錆油塗布、拭き取り後のボックス表面の観察の結果、表面に変化は見られなかった。締付け・緩め試験では、表３に示すように、１０回の締付け・緩めにおいて、１０回目終了時に僅かな焼付きが発生したが、手入れにより引き続き使用可能であった。この結果は、耐焼付き性能としては全く問題ないレベルである。

（実施例５）
表１に示す組成Ｃの１３Ｃｒ鋼製のねじ継手のピンおよびボックス表面に下記の表面処理を別々に施した。

ボックス表面は機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）後、実施例４に記載したのと全く同様にして表面処理した。すなわち、ボックス表面には、順に、投射めっきにより形成された多孔質亜鉛被膜、エポキシ樹脂中に二硫化モリブデン粉末を含有する固体潤滑被膜、およびエポキシ樹脂からなる固体防食被膜を形成した。

ピン表面は、８０番のサンドを吹き付けるサンドブラストにより表面粗さを１０μｍとし、その表面にエポキシ樹脂のみからなる、厚さ２０μｍの固体防食被膜を形成した。
防錆油塗布、拭き取り後のボックス表面の観察の結果、表面に変化は見られなかった。締付け・緩め試験では、表３に示すように、１０回の締付け・緩めにおいて、１０回目終了時に僅かな焼付きが発生したが、手入れにより引き続き使用可能であった。この結果は、耐焼付き性能としては全く問題ないレベルである。

（実施例６）
表１に示す組成Ｃの１３Ｃｒ鋼製のねじ継手のピンおよびボックス表面に下記の表面処理を別々に施した。。

ボックス表面は機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）後、下地処理として鉄芯を亜鉛被覆してなる粒子を用いた投射めっきにより７μｍの多孔質の亜鉛被膜を形成した。形成された下地被膜の上に、平均粒径１０μｍの黒鉛粉末と最大長１５μｍのフレーク状銅粉とをエポキシ樹脂中に含有する、厚さ３０μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜中のエポキシ樹脂１に対する黒鉛の質量比Ｍは０.６であり、黒鉛１に対する銅粉の質量比Ｎは０.２であった。この固体潤滑被膜の上に、エポキシ樹脂のみからなる厚さ２０μｍの固体防食被膜を形成した。

ピン表面は、８０番のサンドを吹き付けるサンドブラストにより表面粗さを１０μｍとした後、その表面に、フラン樹脂中に平均粒径５μｍの二硫化モリブデン粉末を含有する、厚さ２０μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜中のエポキシ樹脂１に対する二硫化モリブデンの質量比Ｍは０.３であった。

防錆油塗布、拭き取り後のボックス表面の観察の結果、表面に変化は見られなかった。締付け・緩め試験では、表３に示すように、１０回の締付け・緩めにおいて、８回目以降僅かな焼付きが発生したが手入れにより１０回までの締付け・緩めができた。この結果は、耐焼付き性能としては問題ないレベルである。

（比較例１）
表１に示す組成Ａの炭素鋼製のねじ継手のピンおよびボックス表面に下記の表面処理を別々に施した。。

ボックス表面は機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）後、下地処理として８０〜９５℃の燐酸マンガン用化成処理液中に１０分間浸漬して厚さ１５μｍの燐酸マンガン被膜を形成した。潤滑剤としては、ＡＰＩ規格に準拠したコンパウンドグリースを塗布した。

ピン表面は機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）のままとし、さらなる表面を行わなかった。
締付け・緩め試験では、表３に示すように、１０回の締付け・緩めにおいて、８回目までは焼付きの発生はなかった。９回目には軽度の焼付きが発生したが、手入れをして１０回目まで締付け・緩めをして試験を終了した。すなわち、本例ではかなり良好な耐焼付き性が得られたが、鉛等の重金属を多量に含有するコンパウンドグリスの使用は、人体、環境への有害であることに留意すべきである。

（比較例２）
表１に示す組成Ａの炭素鋼製ねじ継手のピンおよびボックス表面に、次に述べるように、ボックス表面に対する固体潤滑被膜と固体防食被膜の形成順序を逆にした以外は、実施例１と同じ表面処理を別々に施した。。

すなわち、ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、下地処理として８０〜９５℃の燐酸マンガン化成処理液中に１０分間浸漬して、厚さ１５μｍの燐酸マンガン被膜を形成した。形成された下地被膜の上に、エポキシ樹脂のみからなる厚さ２０μｍの固体防食被膜を中間層として形成した。この層の上に、平均粒径１０μｍの黒鉛粉末と最大長１５μｍのフレーク状銅粉とを含有するエポキシ樹脂から、厚さ３０μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜中のエポキシ樹脂１に対する黒鉛粉末の質量比Ｍは０.６、黒鉛１に対する銅粉の質量比Ｎは０.２であった。この被膜構成は、下層の固体防食被膜と上層の固体潤滑被膜とを有する点で、ＷＯ２００４／０３３９５１に提案されたものと似ている。

ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、実施例１と全く同様に表面処理を行った。すなわち、ピン表面は、下層の厚さ１５μｍの燐酸亜鉛被膜と、上層のエポキシ樹脂のみからなる、厚さ２０μｍの固体防食被膜とを有していた。

ボックス表面を１００時間の塩水噴霧試験にさらした。塩水噴霧試験後のボックス表面の観察の結果、ボックス表面に緑青の発生が見られた。この緑青は、本例では最外層となる固体潤滑被膜中に含まれる銅紛が湿潤環境下で空気と反応して生成したものと考えられる。

締付け・緩め試験では、表３に示すように、１０回の締付け・緩めにおいて、５回目までは焼付きの発生はなかったが、６回目には軽度の焼付きが発生した。手入れをして７回目まで締付け・緩めを続けたが、８回目で激しい焼付きが発生した。

（比較例３）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製のねじ継手のピンおよびボックス表面に下記の表面処理を別々に施した。。

ボックス表面は機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）後、下地処理として８０〜９５℃の燐酸マンガン用化成処理液中に１０分間浸漬して厚さ１５μｍの燐酸マンガン被膜を形成した。形成された下地被膜の上に、ポリアミドイミド樹脂中に平均粒径５μｍの二硫化モリブデン粉末を含有する、厚さ２５μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜中のポリアミドイミド樹脂１に対する二硫化モリブデンの質量比Ｍは１であった。その上に固体防食被膜は形成しなかった。

ピン表面は機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）のままとし、さらなる表面処理は行わなかった。
防錆油塗布、拭き取り後のボックス表面の観察の結果、表面に変化は見られなかった。締付け・緩め試験では、表３に示すように、１０回の締付け・緩めにおいて、３回目までは焼付きの発生はなかったが、４回目には軽度の焼付きが発生した。手入れをして５回目まで締付け・緩めを続けたが、６回目で激しい焼付きが発生した。

（比較例４）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製のねじ継手のピンおよびボックス表面に下記の表面処理を別々に施した。。

ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、８０〜９５℃の燐酸マンガン用化成処理液中に１０分間浸漬して厚さ１５μｍの燐酸マンガン被膜を形成した。こうして形成された下地被膜の上に、エポキシ樹脂中に平均粒径１０μｍの黒鉛粉末を含有する、厚さ１５μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜中のエポキシ樹脂１に対する黒鉛の質量比Ｍは１であった。その上に固体防食被膜は形成しなかった。

ピン表面は機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、下地処理として７５〜８５℃の燐酸亜鉛用化成処理液中に１０分間浸漬して厚さ１５μｍの燐酸亜鉛被膜を形成した。
防錆油塗布、拭き取り後のボックス表面の観察の結果、表面に変化は見られなかった。締付け・緩め試験では、表３に示すように、１０回の締付け・緩めにおいて、１回目では焼付きの発生はなかったが、２回目には軽度の焼付きが発生した。手入れをして締付け・緩めを続けたが、３回目で激しい焼付きが発生した。

（比較例５）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製のねじ継手のピンおよびボックス表面に下記の表面処理を別々に施した。。

ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、下地処理として８０〜９５℃の燐酸マンガン用化成処理液中に１０分間浸漬して厚さ１５μｍの燐酸マンガン被膜を形成した。形成された下地被膜上に、エポキシ樹脂のみからなる、厚さ２０μｍの固体防食被膜を形成した。この固体防食被膜の上に、平均粒径５μｍの二硫化モリブデン粉末を含有するポリアミドイミド樹脂からなる、厚さ２５μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜中のポリアミドイミド樹脂１に対する二硫化モリブデンをの質量比Ｍは１であった。下層の固体防食被膜と上層の固体潤滑被膜とを有するこの被膜構成は、前述したＷＯ２００４／０３３９５１に提案されたものと同じである。

ピン表面は機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、下地処理として７５〜８５℃の燐酸亜鉛用化成処理液中に１０分間浸漬して厚さ１５μｍの燐酸亜鉛被膜を形成した。
防錆油塗布、拭き取り後のボックス表面の観察の結果、表面に変化は見られなかった。締付け・緩め試験では、表３に示すように、１０回の締付け・緩めにおいて、３回目までは焼付きの発生はなかったが、４回目には軽度の焼付きが発生した。手入れをして５回目まで締付け・緩めを続けたが、６回目で激しい焼付きがを発生した。

以上に、本発明を現時点で好ましいと考えられる実施形態に関連して説明したが、本発明は以上に開示された実施形態に限定されるものではない。請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の技術思想に反しない範囲で変更を加えることが可能であり、そのような変更を伴う鋼管用ねじ継手もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

鋼管出荷時の鋼管とねじ継手部品の組み立て構成を模式的に示す。 鋼管用ねじ継手の締付け部を模式的に示す。 図３(a)および(b)は接触表面の粗面化の２つの態様を示す説明図である。

符号の説明

Ａ：鋼管、Ｂ：ねじ継手部品、１：ピン、２：ボックス、３ａ：雄ねじ部、３ｂ：雌ねじ部、４ａ、４ｂ：ねじ無し金属接触部、５：ショルダー部、３０ａ、３０ｂ：鋼表面、３１ａ、３１ｂ：固体潤滑被膜、３２ａ、３２ｂ：固体防食被膜、３３：下地処理層

Claims (10)

1. 継手を締付けると互いに接触する接触表面をそれぞれ有するピンおよびボックスから構成される鋼管用ねじ継手であって、
   前記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が、潤滑性粉末と結合剤とを含む固体潤滑被膜と、この被膜の上に形成された、固体粒子を含有しない固体防食被膜とで被覆され、
   該固体防食被膜が有機樹脂を含有するとともに、前記固体潤滑被膜の結合剤に前記固体防食被膜に含有される有機樹脂と同じ有機樹脂が存在することを特徴とする鋼管用ねじ継手。
2. 前記固体潤滑被膜が、酸洗、ブラスト処理、亜鉛もしくは亜鉛合金による衝撃めっき、金属めっき、軟窒化処理、複合金属被覆、燐酸塩処理、蓚酸塩処理ならびに硼酸塩処理から選ばれた下地表面処理が施された接触表面上に形成されている、請求項１に記載の鋼管用ねじ継手。
3. 前記ボックスの接触表面が前記固体潤滑被膜と前記固体防食被膜とで被覆されている請求項１または２に記載の鋼管用ねじ継手。
4. 前記ピンおよびボックスの一方の部材の接触表面が前記固体潤滑被膜と前記固体防食被膜とで被覆され、他方の部材の接触表面は、亜鉛もしくは亜鉛合金被膜、金属めっき被膜、燐酸塩被膜、蓚酸塩被膜、硼酸塩被膜、ならびに前記固体潤滑被膜と前記固体防食被膜の一方から選ばれた少なくとも１層の被膜で被覆されている、請求項１または２に記載の鋼管用ねじ継手。
5. 前記ピンおよびボックスの一方の部材の接触表面が前記固体潤滑被膜と前記固体防食被膜とで被覆され、他方の部材の接触表面は、酸洗、ブラスト処理、亜鉛もしくは亜鉛合金による衝撃めっき、金属めっき、軟窒化処理、複合金属被覆、燐酸塩処理、蓚酸塩処理ならびに硼酸塩処理から選ばれた下地処理が施された後に前記固体潤滑被膜または前記固体防食被膜のいずれかで被覆されている、請求項１または２に記載の鋼管用ねじ継手。
6. 前記固体防食被膜が実質的に有機樹脂のみからなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋼管用ねじ継手。
7. 前記固体潤滑被膜の結合剤が有機樹脂からなり、固体防食被膜が前記結合剤と同じ有機樹脂から構成されている請求項１〜６のいずれかに記載の鋼管用ねじ継手。
8. 固体潤滑被膜の膜厚が５〜４０μｍである請求項１〜７のいずれか１項に記載の鋼管用ねじ継手。
9. 固体防食被膜の膜厚が５〜４０μｍである請求項１〜７のいずれか１項に記載の鋼管用ねじ継手。
10. 固体潤滑被膜と固体防食被膜の合計膜厚が６０μｍ以下である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の鋼管用ねじ継手。

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