JP6815498B2 - 管用ねじ継手及び管用ねじ継手の製造方法 - Google Patents

Description

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。ピン及びボックスのねじ部及びねじ無し金属接触部は、ねじ継手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、ドープと呼ばれる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。

特開２００２−２２１２８８号公報（特許文献１）及び特開２００８−２１５４７３号公報（特許文献２）は、コンパウンドグリース無しでも耐焼付き性に優れる管用ねじ継手を提案する。

特許文献１に記載されている管用ねじ継手のピン又はボックスの接触表面には、管用ねじ継手の少なくとも一方のねじ部やねじ無し金属接触部に、衝撃めっき法により多孔質のＺｎまたはＺｎ合金層を形成し、その上に固体潤滑被膜層又は重金属粉を含まない液状潤滑被膜（例、高塩基性スルホネート等の高塩基性有機金属塩を主剤とする被膜）が形成される。これにより、コンパウンドグリースなどの重金属粉を含む液状潤滑剤を用いることなく、高い防食性を有し、繰り返しの締付け・緩めの際の錆発生による焼付き発生や気密性低下を抑制することができる、と特許文献１には記載されている。

特許文献２に記載されている管用ねじ継手は、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面が、Ｃｕ−Ｚｎ合金からなる第一のめっき層を有することを特徴とする。これにより、ねじ継手は、優れた耐漏れ性と耐焼付き性を有し、さらに、めっき層の上に潤滑被膜を形成した場合の隙間腐食が改善される、と特許文献２には記載されている。

管用ねじ継手の焼付きを抑制するには、硬度及び融点が高い金属を含むめっき層を形成することが有効である。そのため、従来、銅（Ｃｕ）めっき又はＣｕ合金めっきが用いられてきた。Ｃｕの硬度及び融点は高い。そのため、Ｃｕがめっき層に含まれることによって、めっき層全体の硬度及び融点が高まる。したがって、管用ねじ継手の耐焼付き性が高まる。

特開２００２−２２１２８８号公報 特開２００８−２１５４７３号公報

ところで、耐焼付き性の評価は、通常、ねじ締めする鋼管同士の芯を一致させた状態で実施される。しかしながら、実際に管用ねじ継手をねじ締めする場合、ねじ締めする鋼管同士（又は鋼管及びカップリング）の芯がずれることがある。これをミスアライメントという。ミスアライメントが生じた場合、ピン及びボックスのねじ部及びねじ無し金属接触部は、強い摩擦に加え、強いせん断応力を受ける。このせん断応力は、ミスアライメントなしの場合と比較して、顕著に大きい。そのため、ミスアライメントが生じると、焼付きがより生じやすい。したがって、管用ねじ継手には、ミスアライメントが生じた場合でも焼付きを抑制する性能、つまり、耐ミスアライメント性が要求される。

一方で、上述のねじ無し金属接触部は、金属シール部及びショルダー部を含む。管用ねじ継手をねじ締めする際、ピン及びボックスのショルダー部同士が接触する。このときに生じるトルクをショルダリングトルクという。管用ねじ継手をねじ締めする際には、ショルダリングトルクに到達した後、締結が完了するまでさらにねじ締めを行う。これにより、管用ねじ継手の気密性が高まる。さらにねじ締めを行うと、ピン及びボックスの少なくとも一方を構成する金属が塑性変形を起こし始める。このときに生じるトルクをイールドトルクという。

締結完了時のトルク（以下、締結トルクという）は、ねじ干渉量の大小に関わらず、十分なシール面圧が得られるように設定されている。ショルダリングトルクとイールドトルクとの差（以下、トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’という）が十分にあれば、締結トルクの範囲が広くなる。その結果、締結トルクの調整が容易になる。したがって、管用ねじ継手には、上述の耐ミスアライメント性に加え、高いトルクオンショルダー抵抗ΔＴ’を有することが要求される。

また一方で、油井管は、製造された後、船舶等により輸送され、使用されるまで一定期間保管される。油井管の輸送及び保管は、長期間に渡る場合がある。さらに、油井管の保管は屋外で行われる場合がある。屋外で長期に保管された場合、管用ねじ継手に錆が発生し、管用ねじ継手の気密性や耐焼付き性が低下する場合がある。したがって、管用ねじ継手には、上述の耐ミスアライメント性及び高いトルクオンショルダー抵抗ΔＴ’に加え、優れた耐食性が要求される。

特許文献１に開示された管用ねじ継手は、Ｚｎ又はＺｎ合金層が多孔質である。そのため、固体潤滑被膜層との密着性は良好であり、十分な耐焼付き性を備える。しかしながら、多孔質であるため、Ｚｎ又はＺｎ合金層と母材との間に空隙が生じる。そのため、生じた空隙部分の母材が、長期経過中に腐食する場合がある。

特許文献２に開示された管用ねじ継手は、耐焼付き性について検討されているものの、耐ミスアライメント性については検討されていない。そのため、ミスアライメントが生じない場合の耐焼付き性は十分であっても、耐ミスアライメント性が低い場合がある。さらに、トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’が低下したり、固体潤滑被膜層の密着性が低く耐食性が低い場合がある。

本発明の目的は、優れた耐ミスアライメント性及び高いトルクオンショルダー抵抗ΔＴ’を有し、さらに、優れた耐食性を有する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、ピン及びボックスを備える。ピン及びボックスは、ねじ部及びねじ無し金属接触部を有する接触表面を備える。ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面は、算術平均粗さＲａが１〜８μｍ、かつ最大高さ粗さＲｚが１０〜４０μｍの表面粗さを有する。管用ねじ継手は、上述の表面粗さを有する接触表面に、Ｚｎ−Ｎｉ合金からなるＺｎ−Ｎｉ合金めっき層と、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金からなるＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層と、固体潤滑被膜層とを備える。これらの層は、接触表面側から、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層及び固体潤滑被膜層の順で積層する。固体潤滑被膜層は、エポキシ樹脂及びポリアミドイミド樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種以上、及び、フッ素樹脂粒子を含有する。

ここで、算術平均粗さＲａ及び最大高さ粗さＲｚはＪＩＳ Ｂ０６０１（２０１３）に基づいて求められる。

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ねじ部及びねじ無し金属接触部を有する接触表面を備える。本実施形態の製造方法は、表面粗さ形成工程と、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、固体潤滑被膜層形成工程とを備える。表面粗さ形成工程では、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面に、ブラスト加工により算術平均粗さＲａが１〜８μｍ、かつ最大高さ粗さＲｚが１０〜４０μｍの表面粗さを形成する。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層形成工程では、上述の表面粗さを形成した接触表面に、電気めっきにより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、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した後に、電気めっきによりＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金からなるＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成する。固体潤滑被膜層形成工程では、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成した後に、固体潤滑被膜層を形成する。

本実施形態の管用ねじ継手は、耐ミスアライメント性に優れ、高いトルクオンショルダー抵抗ΔＴ’を有し、さらに、優れた耐食性を有する。

図１は、ミスアライメントが生じた場合の、管用ねじ継手のねじ締めの模式図である。 図２は、管用ねじ継手の回転数とトルクとの関係を示す図である。 図３は、本実施形態による管用ねじ継手の構成を示す図である。 図４は、本実施形態による管用ねじ継手の断面図である。 図５は、本実施形態による管用ねじ継手の接触表面の断面図である。 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。

本発明者は、管用ねじ継手と、耐ミスアライメント性、トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’、及び耐食性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。

［耐ミスアライメント性］
従来の管用ねじ継手では、ミスアライメントが生じない場合の耐焼付き性は十分であっても、耐ミスアライメント性が不十分である場合がある。ミスアライメントとは、図１に示す状況を指す。図１を参照して、鋼管１の先端にはカップリング２が取り付けられる。鋼管１の他方の先端には、ピン３が形成される。別の鋼管４の先端には、カップリング５が取り付けられる。カップリング５の内周面にはボックスが形成される。鋼管１のピン３がカップリング５に挿入され、ねじ締めされる。これにより、鋼管１は、鋼管４と連結する。ねじ締めの際、鋼管１の長手方向の中心軸と鋼管４の長手方向の中心軸とが揃わず、交叉することがある。これをミスアライメントという。図１では交叉角がθ°のミスアライメントを示す。ミスアライメントが生じた状態でねじ締めを実施すれば、ミスアライメント無しの場合と比較して、より焼付きを生じやすい。

Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層及び固体潤滑被膜層を総称して、単に被膜という。管用ねじ継手の耐ミスアライメント性を高めるために、被膜の密着性を高める。ピン及びボックスの少なくとも一方のねじ部及びねじ無し金属接触部（以下、接触表面という）上に、算術平均粗さＲａが１〜８μｍ、かつ最大高さ粗さＲｚが１０〜４０μｍの表面粗さ（以下、「特定表面粗さ」ともいう）を形成する。特定表面粗さを有する接触表面に被膜が形成されれば、いわゆるアンカー効果により、密着性が高まる。被膜の密着性が高ければ、高温及び低温に繰り返し曝された場合でも、被膜の剥離が抑制される。被膜の剥離が抑制されれば、ねじ締め及びねじ戻しの際に高い潤滑性が維持される。そのため、管用ねじ継手の耐ミスアライメント性が高まる。

管用ねじ継手の耐ミスアライメント性を高めるために、さらに、高硬度及び高融点を有するめっき層を接触表面に形成する。めっき層の硬度が高ければ、管用ねじ継手のねじ締め及びねじ戻しの際にめっき層が損傷を受けにくい。さらに、めっき層の融点が高ければ、管用ねじ継手のねじ締め及びねじ戻しの際、局所的に高温になった場合でもめっき層が溶け出しにくい。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金は高硬度及び高融点を有する。したがって、本実施形態においては、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金からなるＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を備える。そのため、管用ねじ継手の耐ミスアライメント性がさらに高まる。

［トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’］
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２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、鋼管の回転数とトルクとの関係を示す図である。図２を参照して、管用ねじ継手をねじ締めすれば、初めは、回転数に比例してトルクが上昇する。この時のトルクの上昇率は低い。さらにねじ締めをすれば、ショルダー部同士が接触する。この時のトルクを、ショルダリングトルクという。ショルダリングトルクに達した後、さらにねじ締めをすれば、再び回転数に比例してトルクが上昇する。この時のトルクの上昇率は高い。トルクが所定の数値（締結トルク）に達した時点で、ねじ締めは完了する。ねじ締めの際のトルクが、締結トルクに達していれば、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。

締結トルクに達した後さらにねじ締めを実施すれば、トルクが高くなり過ぎる。トルク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。この時のトルクをイールドトルクという。ショルダリングトルクとイールドトルクとの差であるトルクオンショルダー抵抗ΔＴ’が大きければ、締結トルクの範囲に余裕ができる。その結果、締結トルク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’は高い方が好ましい。

トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’を高めるためには、ショルダリングトルクを低下させる、若しくは、イールドトルクを高めることが有効である。本実施形態においては、ショルダリングトルクを低下させるために、摩擦抵抗を低下させる。

本実施形態において、摩擦抵抗を低下させるために固体潤滑被膜層の潤滑性を高める。固体潤滑被膜層が、フッ素樹脂粒子、及び、エポキシ樹脂及びポリアミドイミド樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種以上を含有すれば、潤滑性が高まる。この場合、ショルダリングトルクを低いまま維持できる。

［耐食性］
Ｚｎ−Ｎｉ合金を用いれば、管用ねじ継手の耐食性を高めることができる。亜鉛（Ｚｎ）は鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）及びクロム（Ｃｒ）と比較して卑な金属である。したがって、亜鉛（Ｚｎ）を含むめっき層を接触表面に形成すれば、鋼材よりも優先的にめっき層が腐食される（犠牲防食）。これにより、管用ねじ継手の耐食性が高まる。

［各層の積層順］
本実施形態において、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層及び固体潤滑被膜層の積層順は重要である。特に、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層とＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層との積層順は重要である。次に示す表１は、後述の実施例のデータを一部抜粋したものである。

表１には、後述する実施例の試験番号１及び試験番号８の管用ねじ継手の被膜の構成と、評価結果を示す。表１において、ピン表面とはピンの接触表面をいう。ボックス表面とはボックスの接触表面をいう。

試験番号１と試験番号８とは、ボックス表面のめっき層の積層順以外の全ての条件が同じであった。試験番号１及び試験番号８では、めっき前の表面粗さは同じであった。具体的には、ピン表面の算術平均粗さＲａは０．３μｍ、最大高さ粗さＲｚは５．８μｍであった。ボックス表面の算術平均粗さＲａは２．０μｍ、最大高さ粗さＲｚは２４．０μｍであった。試験番号１及び試験番号８の両方において、ピン表面上のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層の上にはクロメート被膜が形成された。試験番号１及び試験番号８の両方において、ボックス表面の最表層には、１０％のポリテトラフルオロエチレン粒子及びエポキシ樹脂を含有する固体潤滑被膜層が形成された。

表１を参照して、試験番号８の管用ねじ継手は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層及び固体潤滑被膜層を備えた。試験番号８の管用ねじ継手は、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の上にＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を備えた。試験番号８の管用ねじ継手の耐焼き付き性は、ハンドタイトによる評価では５回であり、耐ミスアライメント性評価試験での評価では５回であった。試験番号８の管用ねじ継手のボックスは、塩水噴霧試験で７５０時間後に錆が発生した。一方で、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の上にＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を備えた試験番号１の管用ねじ継手の耐焼き付き性は、ハンドタイトによる評価では２０回超であり、耐ミスアライメント性評価試験での評価においても２０回超であった。さらに、試験番号１のボックスは、４０００時間の塩水噴霧を行っても錆が発生しなかった。

試験番号１と試験番号８とを比較して、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の上にＺｎ−Ｎｉ合金めっき層が配置されても、管用ねじ継手の耐ミスアライメント性、トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’及び耐食性の全てを高めることはできない。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の上にＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層が配置されることによって初めて、管用ねじ継手の耐ミスアライメント性、トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’及び耐食性の全てを高めることができる。

各合金めっき層の積層順が管用ねじ継手の性能に大きく影響を与える原因は次のとおりと考えられる。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層は、犠牲防食により、管用ねじ継手の耐食性を高める。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層が管用ねじ継手の母材から離れていると、犠牲防食の効果が低下する。そのため、管用ねじ継手の耐食性が低下する。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層は、高い硬度及び高い融点を有する。これにより、ミスアライメントがある場合であっても、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の下のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を損傷から保護する。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層がＺｎ−Ｎｉ合金めっき層よりも下にある場合はこの効果が得られない。そのため、接触表面上には、接触表面の側から、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の順で積層されることが重要である。

以上より、管用ねじ継手は、特定の組成を有する合金めっき層を特定の順序で積層することによって初めて、耐ミスアライメント性、トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’及び耐食性の全てを高めることができる。

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、ピン及びボックスを備える。ピン及びボックスは、ねじ部及びねじ無し金属接触部を有する接触表面を備える。ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面は、算術平均粗さＲａが１〜８μｍ、かつ最大高さ粗さＲｚが１０〜４０μｍの表面粗さを有する。管用ねじ継手は、上述の表面粗さを有する接触表面に、Ｚｎ−Ｎｉ合金からなるＺｎ−Ｎｉ合金めっき層と、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金からなるＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層と、固体潤滑被膜層とを備える。これらの層は、接触表面側から、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層及び固体潤滑被膜層の順で積層する。固体潤滑被膜層は、エポキシ樹脂及びポリアミドイミド樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種以上、及び、フッ素樹脂粒子を含有する。

本実施形態の管用ねじ継手は、耐ミスアライメント性に優れ、高いトルクオンショルダー抵抗ΔＴ’を有し、さらに、優れた耐食性を有する。

Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度はマイクロビッカースで３００以上であり、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の厚さは５〜２０μｍであることが好ましい。

この場合、耐食性がより高まる。

Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の硬度はマイクロビッカースで５００以上であり、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の厚さは５〜２０μｍであることが好ましい。

この場合、耐ミスアライメント性がより高まる。

固体潤滑被膜層の硬度はマイクロビッカースで１５〜２５であり、固体潤滑被膜層の厚さは１０〜４０μｍ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’がより安定的に高まる。

好ましくは、フッ素樹脂粒子は、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（４．６フッ化）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド（２フッ化）、及びポリクロロトリフルオロエチレン（３フッ化）からなる群から選択される１種又は２種以上である。

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ねじ部及びねじ無し金属接触部を有する接触表面を備える。本実施形態の製造方法は、表面粗さ形成工程と、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、固体潤滑被膜層形成工程とを備える。表面粗さ形成工程では、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面に、ブラスト加工により算術平均粗さＲａが１〜８μｍ、かつ最大高さ粗さＲｚが１０〜４０μｍの表面粗さを形成する。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層形成工程では、上述の表面粗さを形成した接触表面に、電気めっきにより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、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した後に、電気めっきによりＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金からなるＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成する。固体潤滑被膜層形成工程では、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成した後に、固体潤滑被膜層を形成する。

本実施形態の製造方法により、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面に特定表面粗さ、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層及び固体潤滑被膜層を有する管用ねじ継手を製造できる。管用ねじ継手は、耐ミスアライメント性及び耐食性に優れる。管用ねじ継手はさらに、高いトルクオンショルダー抵抗ΔＴ’を有するため、締結トルク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について詳述する。

［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３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を参照して、管用ねじ継手は、鋼管１１とカップリング１２とを備える。鋼管１１の両端には、外面に雄ねじ部を有するピン１３が形成される。カップリング１２の両端には、内面に雌ねじ部を有するボックス１４が形成される。ピン１３とボックス１４とをねじ締めすることによって、鋼管１１の端に、カップリング１２が取り付けられる。一方で、カップリング１２を使用せず、鋼管１１の一方の端をピン１３とし、他方の端をボックス１４とした、インテグラル形式の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１３及びボックス１４は、ねじ部及びねじ無し金属接触部を有する接触表面を有する。図４は、本実施形態による管用ねじ継手の断面図である。図４を参照して、ピン１３は、雄ねじ部１５とねじ無し金属接触部とを備える。ボックス１４は、雌ねじ部２０とねじ無し金属接触部とを備える。ねじ無し金属接触部は、ピン１３及びボックス１４の先端に形成され、金属シール部１６，１９及びショルダー部１７，１８とを備える。ピン１３とボックス１４とをねじ締めしたときに接触する部分を、接触表面１３０，１４０という。具体的には、ピン１３とボックス１４とをねじ締めすると、ショルダー部同士（ショルダー部１７及び１８）、金属シール部同士（金属シール部１６及び１９）、及び、ねじ部同士（雄ねじ部１５及び雌ねじ部２０）が互いに接触する。つまり、ピン側の接触表面１３０は、ショルダー部１７、金属シール部１６、及び、雄ねじ部１５を含む。ボックス側の接触表面１４０は、ショルダー部１８、金属シール部１９、及び、雌ねじ部２０を含む。

図５は、本実施形態による管用ねじ継手の接触表面１３０，１４０の断面図である。図５を参照して、管用ねじ継手は、ピン１３及びボックス１４の少なくとも一方の接触表面１３０，１４０に図示しない特定表面粗さを有する。管用ねじ継手は、特定表面粗さを有する接触表面１３０，１４０に、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２及び固体潤滑被膜層２３を備える。これらは、接触表面１３０，１４０側から、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２及び固体潤滑被膜層２３の順で積層する。

［接触表面の特定表面粗さ］
算術平均粗さＲａが１〜８μｍ、かつ最大高さ粗さＲｚが１０〜４０μｍの表面粗さ（特定表面粗さ）を、ピン１３及びボックス１４の少なくとも一方の接触表面１３０，１４０に形成する。特定表面粗さは、ブラスト加工により形成される。この場合、接触表面１３０，１４０は凹凸を有する。したがって、アンカー効果により後述のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の密着性が高まる。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の密着性が高まれば、管用ねじ継手の耐ミスアライメント性が高まる。

算術平均粗さＲａが１μｍ未満及び最大高さ粗さＲｚが１０μｍ未満である場合、十分なアンカー効果が得られない。一方、算術平均粗さＲａが８μｍを超える場合及び最大高さ粗さＲｚが４０μｍを超える場合、耐焼付き性や気密性が低下することがある。

算術平均粗さＲａの下限は好ましくは１．５μｍ、より好ましくは２μｍである。算術平均粗さＲａの上限は好ましくは７μｍ、より好ましくは５μｍである。最大高さ粗さＲｚの下限は好ましくは１２μｍ、より好ましくは１５μｍである。最大高さ粗さＲｚの上限は好ましくは３５μｍ、より好ましくは３０μｍである。

本明細書でいう算術平均粗さＲａ及び最大高さ粗さＲｚは、ＪＩＳ Ｂ０６０１（２０１３）に基づいて測定される。エスアイアイ・ナノテクノロジー社製 走査型プローブ顕微鏡 ＳＰＩ３８００Ｎを用いて測定する。測定条件は、取得データ数の単位としてサンプルの２μｍ×２μｍの領域で、取得データ数１０２４×１０２４である。基準長さは２．５ｍｍとする。算術平均粗さＲａ及び表面高さ粗さＲｚが大きいほど、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１との接触面積が高まる。このため、アンカー効果によりＺｎ−Ｎｉ合金めっき層２１との密着性が高まる。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の密着性が高まれば、管用ねじ継手の耐ミスアライメント性が高まる。

ブラスト加工は、ＪＩＳ Ｚ０３１０（２０１６）に準じた、公知の方法でよい。たとえば、サンドブラスト、ショットブラスト、グリットブラストなどである。対象物に応じて、砥粒の種類及びサイズ、吹付け圧力、投射角度、ノズルとの距離、及び時間帯を調整することで、所望の表面粗さを得ることができる。砥粒のサイズが１００ｍｅｓｈ程度であれば、比較的容易に本発明の特定表面粗さを得ることができる。

［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１］
特定表面粗さを有する接触表面１３０，１４０上に、Ｚｎ−Ｎｉ合金からなるＺｎ−Ｎｉ合金めっき層２１を形成する。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１は、たとえば電気めっきにより形成する。

Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１に含まれるＺｎは、卑な金属である。したがって、Ｚｎを含むめっき層を接触表面１３０，１４０に形成すれば、鋼材よりも優先的にめっき層が腐食される（犠牲防食）。これにより、管用ねじ継手の耐食性が高まる。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１と、後述するＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２との積層の順番が入れ替われば、Ｚｎによる犠牲防食の効果が得られない。したがって、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１は、特定表面粗さを有する接触表面上に形成される。

Ｚｎ−Ｎｉ合金は、Ｚｎ及びＮｉを含有し、残部は不純物からなる。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の好ましいＺｎ含有量は、８５〜９０質量％であり、好ましいＮｉ含有量は１０〜１５質量％である。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１は、Ｚｎの含有量が大きい。そのため、犠牲防食の効果が大きい。

Ｚｎ−Ｎｉ合金のＮｉ含有量の下限は、より好ましくは１２質量％である。Ｚｎ−Ｎｉ合金のＮｉ含有量の上限は、より好ましくは１４質量％である。Ｚｎ−Ｎｉ合金のＺｎ含有量の下限は、より好ましくは８６質量％である。Ｚｎ−Ｎｉ合金のＺｎ含有量の上限は、より好ましくは８８質量％である。

Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の化学組成は次の方法で測定する。ハンドヘルド蛍光Ｘ線分析装置（日本電子株式会社製ＤＰ２０００（商品名ＤＥＬＴＡ Ｐｒｅｍｉｕｍ））を用いて測定する。測定は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の表面の４箇所（管用ねじ継手の管周方向０°、９０°、１８０°、２７０°の４箇所）を組成分析する。Ａｌｌｏｙ ＰｌｕｓモードによりＺｎ及びＮｉの測定含有量を求める。求めたＺｎ及びＮｉの測定含有量の総量でＮｉの測定含有量を除したものをＮｉ含有量（質量％）とする。求めたＺｎ及びＮｉの測定含有量の総量でＺｎの測定含有量を除したものをＺｎ含有量（質量％）とする。Ｎｉ含有量（質量％）及びＺｎ含有量（質量％）は、組成分析した４箇所の測定結果の算術平均とする。

Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の硬度は、マイクロビッカースで３００以上であることが好ましい。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の硬度が３００以上であれば、管用ねじ継手の耐食性がさらに安定して高まる。

Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の硬度の下限は、より好ましくはマイクロビッカースで３５０、さらに好ましくはマイクロビッカースで４００である。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の硬度の上限は特に限定されない。しかしながら、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の硬度の上限はたとえば、マイクロビッカースで７００である。

Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の硬度は、次のとおり測定する。得られた管用ねじ継手のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層２１において、任意の領域を５箇所選択する。選択された各領域において、ＪＩＳ Ｚ２２４４（２００９）に準拠してビッカース硬さ（ＨＶ）を測定する。試験条件は、試験温度を常温（２５℃）とし、試験力を２．９４Ｎ（３００ｇｆ）とする。得られた値（合計５個）の平均を、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の硬度と定義する。

Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の厚さは、５〜２０μｍであることが好ましい。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の厚さが５μｍ以上であれば、管用ねじ継手の耐食性を安定して高めることができる。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の厚さが２０μｍ以下であれば、めっきの密着性が安定する。したがって、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の厚さは５〜２０μｍであることが好ましい。

Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の厚さの下限はより好ましくは６μｍ、さらに好ましくは８μｍである。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の厚さの上限はより好ましくは１８μｍ、さらに好ましくは１５μｍである。

Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の厚さは、次のとおり測定する。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１上に、ＩＳＯ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ）２１９６８（２００５）に準拠する渦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２１上の渦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２１の厚さに変換する。

［Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２］
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１上に、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２を形成する。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２は、たとえば電気めっきにより形成する。

Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２は、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金からなる。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２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、高い耐ミスアライメント性を有する。

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。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２中の好ましいＣｕ含有量は４０〜７０質量％であり、好ましいＳｎ含有量は２０〜５０質量％であり、好ましいＺｎ含有量は２〜２０質量％である。

Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金のＣｕ含有量の下限は、より好ましくは４５質量％であり、さらに好ましくは５０質量％である。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金のＣｕ含有量の上限は、より好ましくは６５質量％であり、さらに好ましくは６０質量％である。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金のＳｎ含有量の下限は、より好ましくは２５質量％であり、さらに好ましくは３０質量％である。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金のＳｎ含有量の上限は、より好ましくは４５質量％であり、さらに好ましくは４０質量％である。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金のＺｎ含有量の下限は、より好ましくは５質量％であり、さらに好ましくは１０質量％である。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金のＺｎ含有量の上限は、より好ましくは１８質量％であり、さらに好ましくは１５質量％である。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２の化学組成は、上述のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の化学組成と同様の方法で測定する。

Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２の硬度は、マイクロビッカースで５００以上であることが好ましい。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２の硬度が５００以上であれば、管用ねじ継手の耐ミスアライメント性がさらに安定して高まる。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２の硬度は、上述のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層２１と同様の方法で測定する。

Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２の硬度の下限は、より好ましくはマイクロビッカースで５５０、さらに好ましくはマイクロビッカースで６００である。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２の硬度の上限は特に限定されない。しかしながら、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２の硬度の上限はたとえば、マイクロビッカースで８００である。

Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２の厚さは、５〜２０μｍであることが好ましい。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２の厚さが５μｍ以上であれば、管用ねじ継手の耐ミスアライメント性を安定して高めることができる。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２の厚さが２０μｍ以下であれば、めっきの密着性が安定する。したがって、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２の厚さは５〜２０μｍであることが好ましい。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２の厚さは、上述のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層２１と同様の方法で測定する。

Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２の厚さの下限はより好ましくは６μｍ、さらに好ましくは８μｍである。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２の厚さの上限はより好ましくは１８μｍ、さらに好ましくは１５μｍである。

［固体潤滑被膜層２３］
Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２上に、固体潤滑被膜層２３を形成する。固体潤滑被膜層２３により、管用ねじ継手の潤滑性が高まる。固体潤滑被膜層２３は、結合剤及び潤滑添加剤を含む。本実施形態において、固体潤滑被膜層２３が含有する結合剤は、エポキシ樹脂及びポリアミドイミド樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種以上である。本実施形態において、固体潤滑被膜層２３は、フッ素樹脂粒子を含有する。固体潤滑被膜層２３は、必要に応じて、溶媒及び他の成分を含有してもよい。

固体潤滑被膜層２３の各成分について、以下に詳述する。

［結合剤］
結合剤は、潤滑添加剤を固体潤滑被膜層２３中に結合させる。本実施形態において、結合剤は、エポキシ樹脂及びポリアミドイミド樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種以上である。本実施形態において、さらに別の結合剤を含有してもよい。

結合剤は、有機系樹脂、無機系樹脂及びこれらの混合物からなる群から選択される１種又は２種以上を用いることができる。有機系樹脂を用いる場合は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂はたとえば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、ウレア樹脂及びアクリル樹脂からなる群から選択される１種又は２種以上である。熱可塑性樹脂はたとえば、ポリアミドイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂及びエチレン酢酸ビニル樹脂からなる群から選択される１種又は２種以上である。

無機系樹脂を用いる場合は、ポリメタロキサンを用いることができる。ポリメタロキサンとは、金属−酸素結合の繰り返しが主鎖骨格である高分子化合物のことをいう。好ましくは、無機系樹脂はポリチタノキサン（Ｔｉ−Ｏ）及びポリシロキサン（Ｓｉ−Ｏ）からなる群から選択される１種又は２種以上である。これらの無機系樹脂は、金属アルコキシドを加水分解及び縮合させることで得られる。金属アルコキシドのアルコキシ基はたとえば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、イソブトキシ基、ブトキシ基及びｔｅｒｔ−ブトキシ基等の低級アルコキシ基である。

結合剤の溶融温度が高すぎると、ホットメルト法で組成物を塗布することが困難となる。一方、結合剤の溶融温度が低すぎると、高温環境下で固体潤滑被膜層２３が軟化して、密着性が低下する場合がある。したがって、結合剤は、溶融温度（又は軟化温度）が８０〜３２０℃のエチレン酢酸ビニル樹脂及びポリオレフィン樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有することが好ましい。より好ましくは、結合剤は、溶融温度（又は軟化温度）が９０〜２００℃のエチレン酢酸ビニル樹脂及びポリオレフィン樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有することが好ましい。

エチレン酢酸ビニル樹脂は、温度上昇による急激な軟化を抑制するために、溶融温度の異なる２種以上のエチレン酢酸ビニル樹脂の混合物であることが好ましい。同様に、ポリオレフィン樹脂も、溶融温度の異なる２種以上のポリオレフィン樹脂の混合物であることが好ましい。

固体潤滑被膜層２３中の結合剤の含有量は、６０〜８０質量％であることが好ましい。結合剤の含有量が６０質量％以上であれば、固体潤滑被膜層２３の密着性がさらに高まる。結合剤の含有量が８０質量％以下であれば、固体潤滑被膜層２３の潤滑性がより良好に維持される。

固体潤滑被膜層２３中の結合剤の含有量の下限は、より好ましくは６５質量％、さらに好ましくは６８質量％である。固体潤滑被膜層２３中の結合剤の含有量の上限は、より好ましくは７８質量％、さらに好ましくは７５質量％である。

［フッ素樹脂粒子］
固体潤滑被膜層２３は、フッ素樹脂粒子を含有する。

フッ素樹脂粒子は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（４．６フッ化））、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド（２フッ化））、及びＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン（３フッ化））からなる群から選択される１種又は２種以上である。本実施形態においては、特にＰＴＦＥが好ましい。

フッ素樹脂粒子は、分子構造にＣ−Ｆ結合をもつ高分子重合体の粒子である。フッ素樹脂粒子のＣ−Ｆ結合は強固である。この分子構造により、フッ素樹脂粒子は、耐薬品性、耐熱性及び電気特性にきわめて優れる。フッ素樹脂粒子は、低面圧で１００℃以下では極めて低い摩擦係数を示すが、高面圧及び１００℃を超えた場合に、摩擦係数が高くなる。この場合、高いトルクオンショルダー抵抗ΔＴ’を得られる。具体的には、フッ素樹脂粒子は、金属シール部１６，１９及びショルダー部１７，１８が低面圧で摩擦発熱のまだ少ないショルダリング時には低摩擦化に寄与し、ショルダリングトルクを低下させる。一方、高面圧でかつ摩擦発熱により１００℃を超えた場合、急激に高摩擦となる。フッ素樹脂粒子はさらに、高いトルクでも金属シール部１６，１９及びショルダー部１７，１８が塑性変形を起こしにくくする。フッ素樹脂粒子の好ましい含有量は、２質量％〜２０質量％である。フッ素樹脂粒子の含有量の下限はより好ましくは５質量％、さらに好ましくは８質量％である。フッ素樹脂粒子の含有量の上限はより好ましくは１５質量％、さらに好ましくは１２質量％である。

本実施形態において、固体潤滑被膜層２３はさらに潤滑添加剤を含有してもよい。

潤滑添加剤とは、潤滑性を有する添加剤の総称である。潤滑添加剤は、固体潤滑被膜層２３の表面の摩擦係数を低下させる。潤滑添加剤は、以下の５種類に大別される。潤滑添加剤は、以下の（１）〜（５）からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する。
（１）滑り易い特定の結晶構造、たとえば、六方晶層状結晶構造を有することにより潤滑性を示すもの（たとえば、黒鉛、酸化亜鉛、窒化硼素）、
（２）結晶構造に加えて反応性元素を有することにより潤滑性を示すもの（たとえば、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、フッ化黒鉛、硫化スズ、硫化ビスマス）、
（３）化学反応性により潤滑性を示すもの（たとえば、チオ硫酸塩化合物）、
（４）摩擦応力下での塑性または粘塑性挙動により潤滑性を示すもの（たとえば、ポリアミド）、及び
（５）液状又はグリス状であり、接触面の境界に存在して面と面との直接接触を防ぐことにより潤滑性を示すもの（たとえば、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ））。

上記（１）〜（５）のいずれの潤滑添加剤も使用できる。潤滑添加剤は、フッ素樹脂粒子に加え、上記（１）〜（５）の複数を組み合わせて使用してもよい。つまり、固体潤滑被膜層２３は、ＰＴＦＥに加え、さらに、たとえば、黒鉛、酸化亜鉛、窒化硼素、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、フッ化黒鉛、硫化スズ、硫化ビスマス、チオ硫酸塩化合物、ポリアミド、及びパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）からなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。

固体潤滑被膜層２３中の潤滑添加剤の含有量は、１０〜２５質量％であることが好ましい。潤滑添加剤の含有量が１０質量％以上であれば、トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’がさらに高まる。一方、潤滑添加剤の含有量が２５質量％以下であれば、固体潤滑被膜層２３の強度がさらに高まる。このため、固体潤滑被膜層２３の損耗を抑制できる。

固体潤滑被膜層２３中の潤滑添加剤の含有量の下限は、より好ましくは１２質量％、さらに好ましくは１５質量％である。固体潤滑被膜層２３中の潤滑添加剤の含有量の上限は、より好ましくは２３質量％、さらに好ましくは２０質量％である。

潤滑添加剤及び結合剤を溶解又は分散させる必要がある場合は、溶媒を用いる。溶媒は、固体潤滑被膜層２３に含まれる成分を分散又は溶解できるものであれば、特に限定されない。溶媒は、有機溶媒又は水を用いることができる。有機溶媒はたとえば、トルエン及びイソプロピルアルコールである。溶媒は、固体潤滑被膜層２３を形成する際にほとんどが揮発するが、固体潤滑被膜層２３中にたとえば１質量％以下残存してもよい。

［その他の成分］
本実施形態の固体潤滑被膜層２３は、上記成分以外に、防錆添加剤、可塑剤、界面活性剤、着色剤、酸化防止剤及び摺動性の調整のための無機粉末等の少量添加成分を含有してもよい。無機粉末は例えば、二酸化チタンと酸化ビスマスである。その他の成分の含有量はたとえば、合計で５質量％以下である。組成物はさらに、極圧剤、液状油剤なども２質量％以下のごく少量であれば、含有することができる。固体潤滑被膜層２３中のその他の成分の含有量はたとえば、合計で１０質量％以下である。

固体潤滑被膜層２３の硬度は、マイクロビッカースで１５〜２５であることが好ましい。固体潤滑被膜層２３の硬度が１５〜２５であれば、トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’がさらに高まる。固体潤滑被膜層２３の硬度は、上述のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層２１と同様の方法で測定する。

固体潤滑被膜層２３の硬度の下限は、より好ましくはマイクロビッカースで１６であり、さらに好ましくはマイクロビッカースで１８である。固体潤滑被膜層２３の硬度の上限は、より好ましくはマイクロビッカースで２４であり、さらに好ましくはマイクロビッカースで２２である。

固体潤滑被膜層２３の厚さは１０〜４０μｍであることが好ましい。固体潤滑被膜層２３の厚さが１０μｍ以上であれば、高い潤滑性を安定して得ることができる。一方、固体潤滑被膜層２３の厚さが４０μｍ以下であれば、固体潤滑被膜層２３の密着性が安定する。さらに、固体潤滑被膜層２３の厚さが４０μｍ以下であれば、摺動面のねじ公差（クリアランス）が広くなるため、摺動時の面圧が低くなる。そのため、締結トルクが過剰に高くなることを抑制できる。したがって、固体潤滑被膜層２３の厚さは１０〜４０μｍであることが好ましい。

固体潤滑被膜層２３の厚さの下限はより好ましくは１５μｍ、さらに好ましくは２０μｍである。固体潤滑被膜層２３の厚さの上限はより好ましくは３５μｍ、さらに好ましくは３０μｍである。

固体潤滑被膜層２３の厚さは、次の方法で測定する。固体潤滑被膜層２３を備えたピン１３又はボックス１４を準備する。ピン１３又はボックス１４を管の軸方向に垂直に切断する。固体潤滑被膜層２３を含む断面に対して顕微鏡観察を行う。顕微鏡観察の倍率は５００倍とする。これにより、固体潤滑被膜層２３の厚さを求める。任意の３箇所の測定値の算術平均を、固体潤滑被膜層２３の厚さとする。

［固体防食被膜］
上述の管用ねじ継手は、ピン１３及びボックス１４の少なくとも一方の接触表面１３０，１４０に特定表面粗さを有する。管用ねじ継手はさらに、特定表面粗さを有する接触表面１３０，１４０に、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２及び固体潤滑被膜層２３を備える。管用ねじ継手はさらに、ピン１３及びボックス１４の他方の接触表面１３０、１４０に、固体防食被膜を備えてもよい。上述したように、管用ねじ継手は実際に使用するまでの間に、長期間保管される場合がある。この場合、固体防食被膜が形成されていれば、ピン１３又はボックス１４の防食性が高まる。

固体防食被膜はたとえば、クロム酸塩からなるクロメート被膜である。クロメート被膜は、周知の三価クロメート処理により形成される。

固体防食被膜はクロメート被膜に限定されない。他の固体防食被膜はたとえば、紫外線硬化樹脂を含有する。この場合、固体防食被膜がプロテクター装着時に加わる力により破壊されない強度を有する。さらに、輸送時や保管中に、露点の関係から凝縮した水に曝されても固体防食被膜が溶解しない。さらに、４０℃を超える高温下でも固体防食被膜は容易には軟化しない。紫外線硬化樹脂は、公知の樹脂組成物である。紫外線硬化樹脂は、モノマー、オリゴマー及び光重合開始剤を含有し、紫外線を照射されることにより光重合反応を起こして硬化被膜を形成するものであれば、特に限定されない。

管用ねじ継手の他方の接触表面１３０，１４０には、特定表面粗さ、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２及び固体潤滑被膜層２３が形成され、その固体潤滑被膜層２３上に上述の固体防食被膜が形成されてもよいし、他方の接触表面１３０，１４０に直接固体防食被膜が形成されてもよい。

［管用ねじ継手の母材］
管用ねじ継手の母材の組成は、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、硫化水素や二酸化炭素等を含有する腐食環境において、優れた耐食性が得られる。

［製造方法］
本実施形態による管用ねじ継手の製造方法は、表面粗さ形成工程と、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、固体潤滑被膜層形成工程とを備える。各工程は、表面粗さ形成工程、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層形成工程、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層形成工程、及び、固体潤滑被膜層形成工程の順に実施される。

［表面粗さ形成工程］
表面粗さ形成工程では、ピン１３及びボックス１４の少なくとも一方の接触表面１３０，１４０に、特定表面粗さを形成する。表面粗さ形成工程では、ブラスト装置を用いてブラスト加工することにより特定表面粗さを形成する。

ブラスト加工は、ＪＩＳ Ｚ０３１０（２０１６）に準じた、公知の方法でよい。たとえば、サンドブラスト、ショットブラスト、グリットブラストなどである。たとえばサンドブラスト加工では、ブラスト材（研磨剤）と圧縮空気とを混合して接触表面１３０，１４０に投射する。ブラスト加工により、接触表面１３０，１４０の表面粗さを大きくできる。サンドブラスト加工は、周知の方法により実施できる。たとえば、コンプレッサーで空気を圧縮し、圧縮空気とブラスト材を混合する。ブラスト材の材質はたとえば、ステンレス鋼、アルミ、セラミック及びアルミナ等である。

対象物に応じて、砥粒の種類及びサイズ、吹付け圧力、投射角度、ノズルとの距離、及び時間帯を調整することで、所望の特定表面粗さを得ることができる。砥粒のサイズが１００ｍｅｓｈ程度であれば、比較的容易に本発明の特定表面粗さを得ることができる。これにより管用ねじ継手表面上に、特定表面粗さが形成される。特定表面粗さは、算術平均粗さＲａが１〜８μｍ、かつ最大高さ粗さＲｚが１０〜４０μｍである。

［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１形成工程］
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１形成工程では、特定表面粗さを形成した接触表面１３０，１４０に、Ｚｎ−Ｎｉ合金からなるＺｎ−Ｎｉ合金めっき層２１を形成する。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１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、表面粗さを形成したピン１３及びボックス１４の少なくとも一方の接触表面１３０，１４０を浸漬し、通電することによって行う。めっき浴は市販のものを使用できる。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／ｄｍ^２、及び、処理時間：０．１〜３０分である。

［Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２形成工程］
Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２形成工程では、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１上に、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金からなるＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２を形成する。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２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１３及びボックス１４の、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１を形成した接触表面１３０，１４０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／ｄｍ^２、及び、処理時間：０．１〜４０分である。

［固体潤滑被膜層２３形成工程］
Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２形成工程の後に、固体潤滑被膜層２３形成工程を実施する。固体潤滑被膜層２３形成工程では、塗布工程と固化工程とを含む。塗布工程では、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２上に、上述の組成物を塗布する。固化工程では、接触表面１３０，１４０に塗布された組成物を固化して固体潤滑被膜層２３を形成する。

はじめに、組成物を製造する。無溶剤型の組成物はたとえば、結合剤を加熱して溶融状態とし、潤滑添加剤、防錆添加剤及び可塑剤を添加して混練することにより製造できる。全ての成分を粉末状として混合した粉末混合物を組成物としてもよい。溶剤型の組成物はたとえば、溶剤中に、結合剤、潤滑添加剤、防錆添加剤及び可塑剤を溶解又は分散させて混合することにより製造できる。

［塗布工程］
塗布工程では、組成物を周知の方法で接触表面１３０，１４０に塗布する。無溶剤型の組成物の場合、ホットメルト法を用いて組成物を塗布できる。ホットメルト法では、組成物を加熱して結合剤を溶融させ、低粘度の流動状態にする。流動状態の組成物を、温度保持機能を有するスプレーガンから噴霧することにより行われる。組成物は、適当な撹拌装置を備えたタンク内で加熱して溶融され、コンプレッサーにより計量ポンプを経てスプレーガンの噴霧ヘッド（所定温度に保持）に供給されて、噴霧される。タンク内と噴霧ヘッドの保持温度は組成物中の結合剤の融点に応じて調整される。塗布方法は、スプレー塗布に替えて、刷毛塗り及び浸漬等でもよい。組成物の加熱温度は、結合剤の融点より１０〜５０℃高い温度とすることが好ましい。組成物を塗布する際、組成物が塗布されるピン１３及びボックス１４の少なくとも一方の接触表面１３０，１４０は、基剤の融点より高い温度に加熱しておくことが好ましい。それにより良好な被覆性を得ることができる。溶剤型の組成物の場合、溶液状態となった組成物をスプレー塗布等で接触表面１３０，１４０に塗布する。この場合、組成物を、常温及び常圧の環境下で、スプレー塗布できるよう粘度を調整する。

［固化工程］
固化工程では、接触表面１３０，１４０に塗布された組成物を固化して固体潤滑被膜層２３を形成する。無溶剤型の組成物の場合、接触表面１３０，１４０に塗布された組成物を冷却することにより、溶融状態の組成物が固化して固体潤滑被膜層２３が形成される。冷却方法は周知の方法で実施できる。冷却方法はたとえば、大気放冷及び空冷である。溶剤型の組成物の場合、接触表面１３０，１４０に塗布された組成物を乾燥させることにより、組成物が固化して固体潤滑被膜層２３が形成される。乾燥方法は周知の方法で実施できる。乾燥方法はたとえば、自然乾燥、低温送風乾燥及び真空乾燥である。固化工程は、窒素ガス及び炭酸ガス冷却システム等の急速冷却によって実施してもよい。急速冷却を実施する場合、接触表面１３０，１４０の反対面（ボックス１４の場合は鋼管１１又はカップリング１２の外面、ピン１３の場合は鋼管１１の内面）から間接的に冷却する。これにより、固体潤滑被膜層２３の急速冷却による劣化を抑制できる。

組成物が塗布されたピン１３又はボックス１４を、加熱乾燥してもよい。加熱乾燥は市販の熱風乾燥装置等を用いて実施できる。これにより、組成物が硬化し、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２上に固体潤滑被膜層２３が形成される。加熱乾燥の条件は、組成物に含まれる各成分の沸点及び融点等を考慮して、適宜設定できる。

［固体防食被膜の形成（三価クロメート処理）］
上述のとおり、ピン１３及びボックス１４の少なくとも一方の接触表面１３０，１４０に、表面粗さ形成工程、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１形成工程、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２形成工程、及び固体潤滑被膜層２３形成工程を実施して、特定表面粗さ、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２及び固体潤滑被膜層２３を形成する。

一方、ピン１３及びボックス１４の他方の接触表面１３０，１４０に対しては、特定表面粗さ、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２及び固体潤滑被膜層２３を形成してもよいし、めっき層及び／又は固体防食被膜を形成してもよい。以下、他方の接触表面１３０，１４０において、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１及びクロメート被膜からなる固体防食被膜を形成する場合について説明する。

この場合、上述の電気めっき工程を実施して、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１を形成する。電気めっき工程後、三価クロメート処理を実施して固体防食被膜を形成する。三価クロメート処理とは、三価クロムのクロム酸塩の被膜（クロメート被膜）を形成する処理である。三価クロメート処理により形成されるクロメート被膜は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の表面の白錆を抑制する。これにより、製品外観が向上する。三価クロメート処理は、周知の方法で実施できる。たとえば、ピン１３及びボックス１４の少なくとも一方の接触表面１３０，１４０をクロメート処理液に浸漬する、又は、クロメート処理液を接触表面１３０，１４０にスプレー塗布する。その後接触表面１３０，１４０を水洗する。接触表面１３０，１４０をクロメート処理液に浸漬し、通電した後水洗してもよい。接触表面１３０，１４０にクロメート処理液を塗布し、加熱乾燥してもよい。三価クロメートの処理条件は適宜設定することができる。

［下地処理工程］
製造方法は、必要に応じて、表面粗さ形成工程、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１形成工程及びＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層２２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１３０，１４０に付着した油分等を洗浄する。

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、新日鐵住金株式会社製のＶＡＭ２１（登録商標）を用いた。ＶＡＭ２１（登録商標）は外径：２４．４４８ｃｍ（９−５／８インチ）、肉厚１．１９９ｃｍ（０．４７２インチ）の管用ねじ継手である。鋼種は、１３Ｃｒ鋼であった。１３Ｃｒ鋼の組成は、Ｃ：０．１９％、Ｓｉ：０．２５％、Ｍｎ：０．８％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．０１％、Ｃｕ：０．０４％、Ｎｉ：０．１０％、Ｃｒ：１３．０％、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、機械研削仕上げを実施した。その後、表２及び表３に示すとおりの試験番号において、ブラスト加工を実施した。ブラスト加工はサンドブラスト加工（砥粒Ｍｅｓｈ１００）を実施して、粗面化した。各試験番号の算術平均粗さＲａ及び最大高さ粗さＲｚは表２及び表３に示すとおりであった。算術平均粗さＲａ及び最大高さ粗さＲｚは、ＪＩＳ Ｂ０６０１（２０１３）に基づいて測定した。算術平均粗さＲａ及び最大高さ粗さＲｚの測定には、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製 走査型プローブ顕微鏡 ＳＰＩ３８００Ｎを用いた。測定条件は、取得データ数の単位としてサンプルの２μｍ×２μｍの領域で、取得データ数１０２４×１０２４とした。

その後、表２及び表３に示すＺｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層、固体潤滑被膜層及び／又は固体防食被膜を形成して、各試験番号のピン及びボックスを準備した。

各Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層、固体潤滑被膜層及び固体防食被膜の形成方法は以下のとおりであった。各Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層、固体潤滑被膜層及び固体防食被膜の硬度及び膜厚は表２及び表３に示すとおりであった。なお、試験番号１２のボックス表面に形成した固体潤滑被膜層は非常に柔らかく、マイクロビッカース硬度は測定できなかった。

［試験番号１］
試験番号１では、ピン表面に対し、電気めっきによりＺｎ−Ｎｉ合金めっきを実施して、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき浴は、大和化成株式会社製の商品名ダインジンアロイＮ−ＰＬを使用した。電気めっきの条件は、めっき浴ｐＨ：６．５、めっき浴温度：２５℃、電流密度：２Ａ／ｄｍ^２、及び、処理時間：１８分であった。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の組成は、Ｚｎ：８５％及びＮｉ：１５％であった。さらに、得られたＺｎ−Ｎｉ合金めっき層上に、三価クロメート処理を実施して固体防食被膜を形成した。三価クロメート処理液は、大和化成株式会社製の商品名ダインクロメートＴＲ−０２を使用した。三価クロメート処理条件は、浴ｐＨ：４．０、浴温度：２５℃、及び処理時間：５０秒であった。

ボックス表面に対し、ブラスト加工により、表２に示すとおりの算術平均粗さＲａ及び最大高さ粗さＲｚの表面粗さを形成した。ブラスト加工はサンドブラスト加工（砥粒Ｍｅｓｈ１００）とした。表面粗さを有するボックス表面にピンと同様にＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の上に、電気めっきによりＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっきを実施して、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成した。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき浴は、日本化学産業株式会社製のめっき浴を用いた。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層は電気めっきにより形成された。電気めっきの条件は、めっき浴ｐＨ：１４、めっき浴温度：４５℃、電流密度：２Ａ／ｄｍ^２及び、処理時間：４０分であった。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の組成は、Ｃｕ：６０％、Ｓｎ：３０％、Ｚｎ：１０％であった。さらに、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の上に、固体潤滑被膜層形成用組成物を塗布した。固体潤滑被膜層形成用組成物は、エポキシ樹脂（２２％）、ＰＴＦＥ粒子（１０％）、溶剤（合計１８％）、水（４０％）及びその他添加物（顔料を含む）（１０％）を含有した。固体潤滑被膜層形成用組成物をスプレー塗布した後、９０℃で５分間加熱乾燥を行い、固体潤滑被膜層を形成した。

［試験番号２］
試験番号２では、ピン表面に対し、電気めっきによりＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき浴は、大和化成株式会社製の商品名ダインジンアロイＮ−ＰＬを使用した。電気めっきの条件は、めっき浴ｐＨ：６．５、めっき浴温度：２５℃、電流密度：２Ａ／ｄｍ^２、及び、処理時間：１８分であった。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の組成は、Ｚｎ：８５％及びＮｉ：１５％であった。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層上に、試験番号１のピンと同様に、三価クロメート処理を実施した。

ボックス表面に対しては、試験番号１のボックスと同様に、表面粗さ、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成した。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の上に、固体潤滑被膜層形成用組成物を塗布した。固体潤滑被膜層形成用組成物は、ポリアミドイミド樹脂（２２％）、ＰＴＦＥ粒子（５％）、溶剤（合計１８％）、水（４０％）、その他添加物（顔料を含む）（１５％）を含有した。固体潤滑被膜層形成用組成物をスプレー塗布した後、９０℃で５分間加熱乾燥を行い、固体潤滑被膜層を形成した。

［試験番号３］
試験番号３では、ピン及びボックスのそれぞれに、試験番号１のボックスと同様に、表面粗さ及びＺｎ−Ｎｉ合金めっき層及びＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成した。ボックスにおいては、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき浴は、日本化学産業株式会社製のめっき浴を用い、電気めっきの条件は、めっき浴ｐＨ：１４、めっき浴温度：４５℃、電流密度：２Ａ／ｄｍ^２及び、処理時間：４０分であった。ピン及びボックスのＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の上に、固体潤滑被膜層形成用組成物を塗布した。固体潤滑被膜層形成用組成物は、エポキシ樹脂（２２％）、ＰＴＦＥ粒子（１０％）、溶剤（合計１８％）、水（４０％）及びその他添加物（顔料を含む）（１０％）を含有した。固体潤滑被膜層形成用組成物をスプレー塗布した後、９０℃で５分間加熱乾燥を行った。加熱乾燥後、さらに２１０℃で２０分間の硬化処理を行い、固体潤滑被膜層を形成した。

［試験番号４］
試験番号４では、ピンに対して、試験番号１のボックスと同様に、ブラスト加工を実施して表面粗さを形成した。表面粗さを形成したピンに対して、電気めっきによりＺｎ−Ｎｉ合金めっきを実施して、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき浴は、大和化成株式会社製の商品名ダインジンアロイＮ−ＰＬを使用した。電気めっきの条件は、めっき浴ｐＨ：６．５、めっき浴温度：２５℃、電流密度：２Ａ／ｄｍ^２、及び、処理時間：１８分であった。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の組成は、Ｚｎ：８５％及びＮｉ：１５％であった。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の上に、電気めっきによりＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっきを実施して、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成した。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき浴は、日本化学産業株式会社製のめっき浴を用いた。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層は電気めっきにより形成された。電気めっきの条件は、めっき浴ｐＨ：１４、めっき浴温度：４５℃、電流密度：２Ａ／ｄｍ^２及び、処理時間：４０分であった。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の組成は、Ｃｕ：６０％、Ｓｎ：３０％、Ｚｎ：１０％であった。さらに、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の上に、固体潤滑被膜層形成用組成物を塗布した。固体潤滑被膜層形成用組成物は、エポキシ樹脂（２２％）、ＰＴＦＥ粒子（１０％）、溶剤（合計１８％）、水（４０％）及びその他添加物（顔料を含む）（１０％）を含有した。固体潤滑被膜層形成用組成物をスプレー塗布した後、９０℃で５分間加熱乾燥を行い、固体潤滑被膜層を形成した。ボックスに対しては、試験番号１のピンと同様に、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成し、三価クロメート処理を実施した。

［試験番号５］
試験番号５では、ピンに対して、試験番号１のピンと同様に、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成し、三価クロメート処理を実施した。ボックスに対しては、試験番号１のボックスと同様に、表面粗さ、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、及びＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成した。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の上に、固体潤滑被膜層形成用組成物を塗布した。固体潤滑層被膜形成用組成物は、エポキシ樹脂（２２％）、ＰＴＦＥ粒子（１０％）、溶剤（合計１８％）、水（４０％）及びその他添加物（顔料を含む）（１０％）を含有した。固体潤滑被膜層形成用組成物をスプレー塗布した後、９０℃で５分間加熱乾燥を行った。加熱乾燥後、さらに１９０℃で２０分間の硬化処理を行い、固体潤滑被膜層を形成した。

［試験番号６］
試験番号６では、ピンに対して、試験番号１のピンと同様に、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成し、三価クロメート処理を実施した。ボックスに対しては、試験番号１のボックスと同じ条件で、表面粗さ、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、及び固体潤滑被膜層を形成した。つまり、ボックスに対してＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成しなかった点以外は、試験番号１と同様であった。

［試験番号７］
試験番号７では、ピンに対して、試験番号１のピンと同様に、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成し、三価クロメート処理を実施した。ボックスに対しては、試験番号１のボックスと同様に、表面粗さ、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層、及び固体潤滑被膜層を形成した。つまり、ボックスに対してＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成しなかった点以外は、試験番号１と同様であった。

［試験番号８］
試験番号８では、ピンに対して、試験番号１のピンと同様に、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成し、三価クロメート処理を実施した。ボックスに対しては、表面粗さ形成工程、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層形成工程、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層形成工程、及び固体潤滑被膜層形成工程の順に、各工程を実施した。各工程の実施条件は、試験番号１のボックスと同じであった。つまり、ボックスに対して、試験番号１のボックスのＺｎ−Ｎｉ合金めっき層とＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層との位置を入替えて、各層を形成した。試験番号８では、本来Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層が形成されるべき位置にＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層が形成され、本来Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層が形成されるべき位置に、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層が形成された。そのため、表３中、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の欄にはＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層について、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の欄にはＺｎ−Ｎｉ合金めっき層について記載する。

［試験番号９］
試験番号９では、ピンに対して、試験番号１のピンと同様に、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成し、三価クロメート処理を実施した。ボックスに対しては、試験番号１のボックスと同じ条件で、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層、及び固体潤滑被膜層を形成した。つまりボックスに対しては、試験番号１の表面粗さを形成しなかった。

［試験番号１０］
試験番号１０では、ピンに対して、試験番号１のピンと同様に、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成し、三価クロメート処理を実施した。ボックスに対しては、試験番号１のボックスと同様に、表面粗さ、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成した。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の上に、固体潤滑被膜層形成用組成物を塗布した。固体潤滑被膜層形成用組成物は、エポキシ樹脂（２２％）、ＭｏＳ_２粒子（１０％）、溶剤（合計１８％）、水（４０％）及びその他添加物（顔料を含む）（１０％）を含有した。固体潤滑被膜層形成用組成物をスプレー塗布した後、９０℃で５分間加熱乾燥を行い、固体潤滑被膜層を形成した。

［試験番号１１］
試験番号１１では、ピンに対して、試験番号１のピンと同様に、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成し、三価クロメート処理を実施した。ボックスに対しては、試験番号１のボックスと同様に、表面粗さ、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成した。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の上に、固体潤滑被膜層形成用組成物を塗布した。固体潤滑被膜層形成用組成物は、ポリアミドイミド樹脂（２２％）、黒鉛粒子（１０％）、溶剤（合計１８％）、水（４０％）及びその他添加物（顔料を含む）（１０％）を含有した。固体潤滑被膜層形成用組成物をスプレー塗布した後、９０℃で５分間加熱乾燥を行い、固体潤滑被膜層を形成した。

［試験番号１２］
試験番号１２では、ピン表面に対し、電気めっきによりＺｎ−Ｎｉ合金めっきを実施して、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき浴は、大和化成株式会社製の商品名ダインジンアロイＮ−ＰＬを使用した。電気めっきの条件は、めっき浴ｐＨ：６．５、めっき浴温度：２５℃、電流密度：２Ａ／ｄｍ^２、及び、処理時間：１８分であった。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の組成は、Ｚｎ：８５％及びＮｉ：１５％であった。さらに、得られたＮｉ−Ｚｎ合金めっき層上に、三価クロメート処理を実施して固体防食被膜を形成した。三価クロメート処理液は、大和化成株式会社製の商品名ダインクロメートＴＲ−０２を使用した。三価クロメート処理条件は、浴ｐＨ：４．０、浴温度：２５℃、及び処理時間：５０秒であった。

ボックス表面に対し、ブラスト加工により、表３に示すとおりの算術平均粗さＲａ及び最大高さ粗さＲｚの表面粗さを形成した。ブラスト加工はサンドブラスト加工（砥粒Ｍｅｓｈ１００）とした。表面粗さを有するボックス表面にピンと同様にＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の上に、電気めっきによりＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっきを実施して、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成した。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき浴は、日本化学産業株式会社製のめっき浴を用いた。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層は電気めっきにより形成された。電気めっきの条件は、めっき浴ｐＨ：１４、めっき浴温度：４５℃、電流密度：２Ａ／ｄｍ^２及び、処理時間：４０分であった。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の組成は、Ｃｕ：６０％、Ｓｎ：３０％、Ｚｎ：１０％であった。さらに、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の上に、固体潤滑被膜層形成用組成物を塗布した。固体潤滑被膜層形成用組成物は、ポリエチレンホモポリマー（ＣＬＡＲＩＡＮＴ社製ＣＯＷＡＸ^ＴＭ ＰＥ５２０：９％）、カルナバワックス（１５％）、ステアリン酸亜鉛（１５％）、液状ポリアルキルメタクリレート（ＲＯＨＭＡＸ社製ＶＩＳＣＯＰＬＥＸ^ＴＭ ６−９５０、５％）、腐食抑制剤（ＬＵＢＲＩＺＯＬ社製ＡＬＯＸ^ＴＭ ６０６：４０％）、ふっ素化黒鉛（３．５％）、酸化亜鉛（１％）、二酸化チタン（５％）、三酸化ビスマス（５％）、シリコーン（ポリジメチルシロキサン：１％）及び酸化防止剤（Ｃｉｂａ−Ｇｅｒｉｇｙ社製）（ＩＲＧＡＮＯＸ^ＴＭ Ｌ１５０：０．３％、ＩＲＧＡＦＯＳ^ＴＭ １６８：０．２％）を含有した。固体潤滑被膜層形成用組成物の塗布の方法は次のとおりであった。固体潤滑被膜層形成用組成物を攪拌機つきタンク内で１５０℃に加熱して溶融状態にし、上記下地処理を実施したボックス表面も誘導加熱により１３０℃に予熱した。保温機能付きの噴霧ヘッドを有するスプレーガンを用いて、溶融状態の固体潤滑被膜層形成用組成物をスプレー塗布した後、冷却し、固体潤滑被膜層を形成した。

［締結性能］
締結性能は、耐焼付き性及びトルクオンショルダー抵抗ΔＴ’について評価した。

［耐焼付き性評価試験］
耐焼付き性は、２種類の繰返し締結試験により評価した。ハンドタイトによる評価試験、及び、耐ミスアライメント性評価試験である。

［ハンドタイトによる評価試験］
試験番号１〜試験番号１２のピン及びボックスを用いて、ハンドタイト（人力で締結する状態）により、締結初期にねじがかみ合うまで締結した。ハンドタイトでの締結後、パワートングでねじ締め及びねじ戻しを繰り返し、耐焼付き性を評価した。ねじ締め及びねじ戻しを１回行うごとに、ピン表面及びボックス表面を目視により観察した。目視観察により、焼付きの発生状況を確認した。焼付きが軽微であり、回復可能な場合には、焼付き疵を補修して試験を続行した。回復不能な焼付きを生ずることなく、ねじ締め及びねじ戻しができた回数を測定した。結果を表４の「ハンドタイト」欄に示す。表４中、「２０＜」は、ねじ締め及びねじ戻しができた回数が２０回を超えたことを意味する。

［耐ミスアライメント性評価試験］
試験番号１〜試験番号１２のピン及びボックスを用いて、ハンドタイトを行わず、最初からパワートングで締結した。そのため、ミスアライメントを伴うねじ締め及びねじ戻しを繰り返し、耐ミスアライメント性を評価した。ミスアライメントの交叉角θは５°であった。ねじ締め及びねじ戻しの締付け速度は１０ｒｐｍ、締付けトルクは４２．８ｋＮ・ｍであった。ねじ締め及びねじ戻しを１回行うごとに、ピン表面及びボックス表面を目視により観察した。目視観察により、焼付きの発生状況を確認した。焼付きが軽微であり、回復可能な場合には、焼付き疵を補修して試験を続行した。回復不能な焼付きを生ずることなく、ねじ締め及びねじ戻しができた回数を測定した。結果を表４に示す。表４中、「２０＜」は、ねじ締め及びねじ戻しができた回数が２０回を超えたことを意味する。

［トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’測定試験］
試験番号１〜試験番号１２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ΔＴ’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Ｔｓは、ショルダリングトルクを表す。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表す。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ΔＴ’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１の固体潤滑被膜層の代わりにＡＰＩ規格ドープを使用した際の数値を基準（１００）として、相対値として求めた。結果を表４に示す。

ＡＰＩ規格ドープとは、ＡＰＩ Ｂｕｌ ５Ａ２に準拠して製造された油井管用ねじ用コンパウンドグリースである。ＡＰＩ規格ドープの組成はグリースを基材とし、黒鉛粉：１８±１．０％、鉛粉：３０．５±０．６％、及び銅フレーク：３．３±０．３％含有すると規定されている。なお、この成分範囲においては、油井管用ねじ用コンパウンドグリースは同等の性能を有すると理解されている。

［耐食性］
［塩水噴霧試験］
試験番号１〜試験番号１２のボックス表面に対して、塩水噴霧試験を実施した。塩水噴霧試験はＪＩＳ Ｚ２３７１（２０１５）に記載された方法に基づいて実施した。試験片の大きさは７０ｍｍ×１５０ｍｍであり、厚さは１ｍｍであった。目視観察により各試験番号の試験片表面に赤錆が発生した時間を計測した。結果を表４に示す。なお、試験時間は、最大４０００時間とした。１５００時間以上錆びが発生しなければ、長期保管時の防錆性において問題ないと判断した。

［評価結果］
表２〜表４を参照して、試験番号１〜試験番号５の管用ねじ継手は、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面に、算術平均粗さＲａが１〜８μｍ、かつ最大高さ粗さＲｚが１０〜４０μｍの表面粗さ、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層、及び、固体潤滑被膜層を有した。また、各層の積層順も適切であった。そのため、ハンドタイトがある場合も、ミスアライメントを伴う場合も、ねじ締め及びねじ戻しを１０回繰り返しても、焼付きが発生せず、優れた耐焼付き性を示した。さらに、トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’が１００を超えた。さらに、塩水噴霧試験の結果が「４０００時間錆び無し」となり、優れた耐食性を示した。

試験番号１〜試験番号３のボックス表面は、固体潤滑被膜層の硬度がマイクロビッカースで１５以上であった。そのため、試験番号５と比べて耐焼付き性が高かった。

一方、試験番号６のボックス表面は、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成しなかった。そのため、耐焼付き性が低かった。

試験番号７のボックス表面は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成しなかった。そのため、耐焼付き性が低かった。さらに、塩水噴霧試験では、５００時間後に錆が発生し（ピッチング）、耐食性が低かった。

試験番号８のボックス表面は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層及びＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の積層順が逆であった。そのため、耐焼付き性が低かった。さらに、塩水噴霧試験では、７５０時間後に錆が発生し（ピッチング）、耐食性が低かった。

試験番号９のボックス表面は、ブラスト加工を行わなかった。そのため、算術平均粗さＲａ及び最大高さ粗さＲｚの両方が本発明の範囲以下となり、耐焼付き性が低かった。

試験番号１０のボックス表面は、固体潤滑被膜層がフッ素樹脂粒子を含まなかった。そのため、トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’が１００未満であった。

試験番号１１のボックス表面は、固体潤滑被膜層がフッ素樹脂粒子を含まなかった。そのため、トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’が１００未満であった。

試験番号１２のボックス表面は、固体潤滑被膜層の組成がエポキシ樹脂及びポリアミドイミド樹脂のいずれも含有しなかった。そのため、トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’が１００未満であった。固体潤滑被膜層の摩擦係数が低かったためと考えられる。

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、１３ ピン
１４ ボックス
１５ 雄ねじ部
１６、１９ 金属シール部
１７、１８ ショルダー部
２０ 雌ねじ部
２１ Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層
２２ Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層
２３ 固体潤滑被膜層
１３０、１４０ 接触表面

Claims (6)

1. ピン及びボックスを備える管用ねじ継手であって、
   前記ピン及び前記ボックスは、ねじ部及びねじ無し金属接触部を有する接触表面を備え、
   前記ピン及び前記ボックスの少なくとも一方の前記接触表面は、算術平均粗さＲａが１〜８μｍ、かつ最大高さ粗さＲｚが１０〜４０μｍの表面粗さを有し、
   前記管用ねじ継手は、前記表面粗さを有する前記接触表面に、Ｚｎ−Ｎｉ合金からなるＺｎ−Ｎｉ合金めっき層と、
   前記Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層上に、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金からなるＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層と、
   前記Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層上に、固体潤滑被膜層とを備え、
   前記固体潤滑被膜層は、エポキシ樹脂及びポリアミドイミド樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種以上、及び、フッ素樹脂粒子を含有する、管用ねじ継手。
2. 請求項１に記載の管用ねじ継手であって、
   前記Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度がマイクロビッカースで３００以上、かつ、前記Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の厚さが５〜２０μｍである、管用ねじ継手。
3. 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Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の硬度がマイクロビッカースで５００以上、かつ、前記Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の厚さが５〜２０μｍである、管用ねじ継手。
4. 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、
   前記固体潤滑被膜層の硬度がマイクロビッカースで１５〜２５、かつ、前記固体潤滑被膜層の厚さが１０〜４０μｍである、管用ねじ継手。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の管用ねじ継手であって、
   前記フッ素樹脂粒子が、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（４．６フッ化）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド（２フッ化）、及びポリクロロトリフルオロエチレン（３フッ化）からなる群から選択される１種又は２種以上である、管用ねじ継手。
6. 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は、ねじ部及びねじ無し金属接触部を有する接触表面を備え、
   前記管用ねじ継手の製造方法は、前記ピン及び前記ボックスの少なくとも一方の前記接触表面に、
   ブラスト加工により算術平均粗さＲａが１〜８μｍ、かつ最大高さ粗さＲｚが１０〜４０μｍの表面粗さを形成する工程と、
   前記表面粗さを形成した後に、電気めっきにより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Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した後に、電気めっきにより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Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成した後に、固体潤滑被膜層を形成する工程とを備える、管用ねじ継手の製造方法。

Images