JP6893978B2 - 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、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、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。

国際公開第２０１４／０４２１４４号（特許文献１）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に記載されている固体潤滑被膜層形成用組成物は、水と双極性非プロトン溶媒とを含む混合溶媒中に、双極性非プロトン溶媒に対して少なくとも部分的に可溶性を有する粉末状有機樹脂を含有させた組成物である。特許文献１の固体潤滑被膜層形成用組成物では、粉末状有機樹脂が混合溶媒中に溶解状態または分散状態で存在している。これにより、コンパウンドグリースを使用せずに、錆の発生を抑制し、優れた耐焼付き性を有することができる、と特許文献１には記載されている。

国際公開第２０１４／０４２１４４号

ところで、ピン及びボックスのねじ部及び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、上述の耐焼付き性に加え、高いトルクオンショルダー抵抗ΔＴ’、つまりオーバートルク性能を有することが要求される。

特許文献１ではトルクオンショルダー抵抗ΔＴ’が考慮されていないため、オーバートルク性能が低い場合がある。

本発明の目的は、高いオーバートルク性能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。

本実施形態による管用ねじ継手は、ピン及びボックスを備える管用ねじ継手である。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。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上に固体潤滑被膜層を備える。上述の固体潤滑被膜層は、樹脂と、固体潤滑粉末と、Ｃｒ_２Ｏ_３とを含有する。

本実施形態による管用ねじ継手の製造方法は、上述のピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面上に、上述の固体潤滑被膜層を形成する工程を備える。

本実施形態による管用ねじ継手は、固体潤滑被膜層を備える。上述の固体潤滑被膜層は、Ｃｒ_２Ｏ_３を含有する。そのため、本実施形態による管用ねじ継手は、高いオーバートルク性能を有する。

図１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２は、固体潤滑被膜層中のＣｒ_２Ｏ_３含有量とオーバートルク性能との関係を示す図である。 図３は、固体潤滑被膜層中のＣｒ_２Ｏ_３含有量と耐焼付き性との関係を示す図である。 図４は、本実施形態の管用ねじ継手の構成を示す図である。 図５は、管用ねじ継手の断面図である。 図６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７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、管用ねじ継手と、オーバートルク性能及び耐焼付き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。

［オーバートルク性能］
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、鋼管の回転数とトルク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。本明細書において、オーバートルク性能が高いとは、トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’が高いことを意味する。

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。硬質粒子を固体潤滑被膜層中に含有させれば、高面圧時にイールドトルクが高まると考えられる。イールドトルクが高まれば、トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’が高まる。

しかしながら、本発明者らが調査検討した結果、単純に硬質粒子固体潤滑被膜層に含有させても、高いトルクオンショルダー抵抗ΔＴ’は得られなかった。たとえばＣａＦ_２は硬質粒子であるが、後述の実施例でも示すとおり、ＣａＦ_２では高いトルクオンショルダー抵抗ΔＴ’は得られなかった。

そこで、本発明者らはさらに種々検討を行い、固体潤滑被膜層中にＣｒ_２Ｏ_３を含有させることにより高いトルクオンショルダー抵抗ΔＴ’が得られることを見出した。

図２は、固体潤滑被膜層中のＣｒ_２Ｏ_３含有量とオーバートルク性能との関係を示す図である。図２は後述の実施例により得られた。図２の横軸は、固体潤滑被膜層中のＣｒ_２Ｏ_３の含有量を示す。図２の縦軸は、オーバートルク性能を示す。なお、オーバートルク性能は、後述の実施例中の試験番号１において、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トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’の数値を基準（１００）として相対値として求めた。図２中の白丸印（○）は、固体潤滑被膜層を形成した実施例のオーバートルク性能を示す。図２中の白三角印（△）は、固体潤滑被膜層の代わりにＡＰＩ（米国石油協会）規格ドープを使用した際のオーバートルク性能を示す。

図２より、固体潤滑被膜層がＣｒ_２Ｏ_３を含有すれば、オーバートルク性能が１００を超える。つまり、Ｃｒ_２Ｏ_３を含有すれば、高いオーバートルク性能が得られる。

［耐焼付き性］
本発明者らはさらに、固体潤滑被膜層中のＣｒ_２Ｏ_３の含有量を調整すれば、オーバートルク性能だけでなく、耐焼付き性も高まることを見出した。

図３は、固体潤滑被膜層中のＣｒ_２Ｏ_３含有量と耐焼付き性との関係を示す図である。図３は後述の実施例により得られた。図３の横軸は、固体潤滑被膜層中のＣｒ_２Ｏ_３の含有量を示す。図３の縦軸は、焼付かずに締結できた回数（回）を示す。

図３より、Ｃｒ_２Ｏ_３含有量が１．０〜２０．０質量％であれば、焼付かずに締結できた回数が１０回を超える。つまり、Ｃｒ_２Ｏ_３含有量が１．０〜２０．０質量％であれば、高い耐焼付き性が得られる。

以上の知見に基づいて完成した本実施形態による管用ねじ継手は、以下の特徴を備える。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。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上に固体潤滑被膜層を備える。上述の固体潤滑被膜層は、樹脂と、固体潤滑粉末と、Ｃｒ_２Ｏ_３とを含有する。

本実施形態の管用ねじ継手は、固体潤滑被膜層中にＣｒ_２Ｏ_３を含有する。そのため、高いオーバートルク性能を有する。

上述の固体潤滑被膜層において、Ｃｒ_２Ｏ_３の含有量は、１．０〜２０．０質量％であることが好ましい。

固体潤滑被膜層中のＣｒ_２Ｏ_３の含有量が１．０〜２０．０質量％であれば、固体潤滑被膜層の耐焼付き性が高まる。

上述の固体潤滑被膜層は、１．０〜２０．０質量％のＣｒ_２Ｏ_３、５０．０〜９０．０質量％の樹脂、及び、５．０〜３０．０質量％の固体潤滑粉末を含有してもよい。

好ましくは、上述の樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、及び、ポリエーテルエーテルケトン樹脂からなる群から選ばれる１種又は２種以上である。

この場合、固体潤滑被膜層のオーバートルク性能及び耐焼付き性がさらに高まる。

上述の樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドイミド樹脂、及び、ポリアミド樹脂、からなる群から選ばれる１種又は２種以上であってもよい。

好ましくは、上述の固体潤滑粉末は、黒鉛、酸化亜鉛、窒化硼素、タルク、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、有機モリブデン、チオ硫酸塩化合物、ポリテトラフルオロエチレン、及び、メラミンシアヌレートからなる群から選択される１種又は２種以上である。

好ましくは、上述の固体潤滑粉末は、黒鉛及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選ばれる１種以上である。

この場合、固体潤滑被膜層のオーバートルク性能及び耐焼付き性がさらに高まる。

本実施形態による管用ねじ継手の製造方法は、塗布工程と、固化工程とを備える。塗布工程では、上述のピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面上に、樹脂、固体潤滑粉末及びＣｒ_２Ｏ_３を含有する組成物を塗布する。固化工程では、接触表面上に塗布された組成物を固化して固体潤滑被膜層を形成する。

上述の製造方法はさらに、塗布工程の前に、Ｚｎ合金めっき層形成工程を備えてもよい。Ｚｎ合金めっき層形成工程では、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面上に、電気めっきによりＺｎ合金めっき層を形成する。

上述の製造方法はさらに、Ｚｎ合金めっき層形成工程の前に、表面粗さ形成工程を備えてもよい。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上に、表面粗さを形成する。

以下、本実施形態による管用ねじ継手及び管用ねじ継手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４は、本実施形態の管用ねじ継手の構成を示す図である。管用ねじ継手１は、鋼管２と、カップリング３とを備える。鋼管２の両端には外面に雄ねじ部４を有するピン５が形成される。カップリング３の両側には、内面に雌ねじ部７を有するボックス８が形成される。ピン５とボックス８とをねじ締めすることによって、鋼管２の端に、カップリング３が取り付けられる。図示していないが、相手部材が装着されていない鋼管２のピン５及びカップリング３のボックス８には、それぞれのねじ部を保護するため、プロテクター（図示せず）が装着される場合がある。

典型的な管用ねじ継手１は、図４に示すとおり、鋼管２とカップリング３とを備える、カップリング方式である。一方、カップリング３を使用せず、鋼管２の一端をピン５とし、他端をボックス８としたインテグラル方式の管用ねじ継手もある。本実施形態の管用ねじ継手１は、カップリング方式及びインテグラル方式のいずれにも適用可能である。

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有する。図５は、管用ねじ継手１の断面図である。ピン５は、雄ねじ部４とねじ無し金属接触部とを備える。ピン５のねじ無し金属接触部は、ピン５の先端に形成され、金属シール部１０及びショルダー部１１とを備える。ボックス８は、雌ねじ部７とねじ無し金属接触部とを備える。ボックス８のねじ無し金属接触部は、ボックス８の先端に形成され、金属シール部１３及びショルダー部１２とを備える。ピン５とボックス８とをねじ締めしたときに接触する部分を、接触表面６，９という。具体的には、ピン５とボックス８とをねじ締めすると、ショルダー部同士（ショルダー部１１及び１２）、金属シール部同士（金属シール部１０及び１３）、及び、ねじ部同士（雄ねじ部４及び雌ねじ部７）が互いに接触する。つまり、図５では、ピン５側の接触表面６は、ショルダー部１１、金属シール部１０、及び、ねじ部４を含む。ボックス８側の接触表面９は、ショルダー部１２、金属シール部１３、及び、ねじ部７を含む。図５では、ピン５は、鋼管２の先端からショルダー部１１、金属シール部１０及び雄ねじ部４の順で各構成を備える。また、ボックス８は、鋼管２又はカップリング３の先端から、雌ねじ部７、金属シール部１３及びショルダー部１２の順で各構成を備える。しかしながら、ショルダー部１１，１２、金属シール部１０，１３及びねじ部４，７の配置は、図５に限定されない。各構成の配置は、適宜調整される。

［固体潤滑被膜層２１］
管用ねじ継手１は、ピン５及びボックス８の少なくとも一方の接触表面６，９上に、固体潤滑被膜層を備える。図６は、本実施形態による管用ねじ継手１の接触表面６，９の断面図である。固体潤滑被膜層２１は、後述の製造方法のとおり、固体潤滑被膜層２１を形成するための組成物を、ピン５及びボックス８の少なくとも一方の接触表面６，９上に塗布し、固化することで形成される。

固体潤滑被膜層２１は、樹脂と、固体潤滑粉末と、Ｃｒ_２Ｏ_３とを含有する。したがって、固体潤滑被膜層２１を形成するための組成物も、樹脂と、固体潤滑粉末と、Ｃｒ_２Ｏ_３とを含有する。組成物は、無溶媒型の組成物（つまり、上述の成分のみ含有）であっても、溶媒に溶解させた溶媒型の組成物であってもよい。溶媒型の組成物の場合、各成分の質量％とは、組成物に含まれる溶媒以外の全成分を合計した質量を１００％とした場合の質量％をいう。つまり、組成物中の各成分の含有量と、固体潤滑被膜層２１中の各成分の含有量とは、同じである。また、組成物中の溶媒以外の各成分と、固体潤滑被膜層２１中の各成分とは同じである。以下、固体潤滑被膜層２１を形成するための組成物を単に「組成物」とも称する。

以下、各成分について詳述する。

［樹脂］
樹脂は結合剤としての作用を有する。樹脂は、公知のものを選択できる。

樹脂はたとえば、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂からなる群から選択される１種又は２種である。熱硬化性樹脂はたとえば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂及びポリイミド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、ポリアミド樹脂及びポリエーテルエーテルケトン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。

好ましくは、樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、及び、ポリエーテルエーテルケトン樹脂からなる群から選ばれる１種又は２種以上である。これらの樹脂は、適切な硬度を有する。そのため、固体潤滑被膜層２１の耐摩耗性、耐焼付き性、及びオーバートルク性能がさらに高まる。

さらに好ましくは、樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、及び、ポリアミド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。

特に好ましくは、樹脂は、エポキシ樹脂、ポリアミドイミド樹脂、及び、ポリアミド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。

エポキシ樹脂は、熱硬化性樹脂である。エポキシ樹脂は、熱硬化処理を行うと、高分子内に残存するエポキシ基により、架橋ネットワーク化する。これにより、エポキシ樹脂は硬化する。

ポリアミドイミド樹脂は、熱可塑性樹脂である。

ポリアミド樹脂は、熱可塑性樹脂である。ポリアミド樹脂は、アミド結合によって多数のモノマーが結合してできたポリマーである。

固体潤滑被膜層２１中の樹脂の含有量は、５０．０〜９０．０質量％であることが好ましい。結合剤の含有量が６０．０質量％以上であれば、固体潤滑被膜層２１の密着性がさらに高まる。したがって、固体潤滑被膜層２１中の樹脂の含有量の下限は、より好ましくは６０．０質量％、さらに好ましくは６４．０質量％、さらに好ましくは７０．０質量％である。固体潤滑被膜層２１中の樹脂の含有量の上限は、より好ましくは８５．０質量％、さらに好ましくは８０．０質量％、さらに好ましくは７５．０質量％である。

［固体潤滑粉末］
固体潤滑被膜層２１は、固体潤滑被膜層２１の潤滑性をさらに高めるために、固体潤滑粉末を含有する。固体潤滑粉末とは、潤滑性を有する固体の粉末である。固体潤滑粉末は、公知のものを使用できる。

潤滑剤はたとえば、以下の５種類に大別される。固体潤滑粉末は、以下の（１）〜（４）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（例えば、黒鉛、酸化亜鉛、窒化硼素及びタルク）、
（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（例えば、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、硫化ビスマス及び有機モリブデン）、
（３）化学反応性により潤滑性を示すもの（例えば、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（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、及びメラミンシアヌレート（ＭＣＡ））、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（例えば、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ））。

上述の（１）〜（４）のいずれの固体潤滑粉末も使用できる。固体潤滑粉末は、上述の（１）〜（４）のいずれかを単独で使用してもよい。たとえば、（１）固体潤滑粉末を単独で使用してもよい。固体潤滑粉末は、上述の（１）〜（４）の複数を組み合わせて使用してもよい。たとえば、上述の（１）に加え、（４）を組み合わせて使用してもよい。つまり、好ましくは、固体潤滑性粉末は、黒鉛、酸化亜鉛、窒化硼素、タルク、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、有機モリブデン、チオ硫酸塩化合物、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、及びメラミンシアヌレート（ＭＣＡ）からなる群から選択される１種又は２種以上である。

好ましくは、固体潤滑粉末は上述の（１）及び（４）からなる群から選ばれる１種以上を含有する。固体潤滑粉末（１）としては、固体潤滑被膜層２１の密着性及び防錆性の観点から黒鉛が好ましく、成膜性の観点からは土状黒鉛が好ましい。潤滑添加剤（４）としてはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が好ましい。

さらに好ましくは、固体潤滑粉末はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である。

固体潤滑被膜層２１中の固体潤滑粉末の含有量は、５．０〜３０．０質量％であることが好ましい。固体潤滑粉末の含有量が５．０質量％以上であれば、耐焼付き性がさらに高まる。このため、焼付きを生じないでねじ締め及びねじ戻しができる回数が増加する。固体潤滑粉末の含有量の下限は、より好ましくは１０．０質量％、さらに好ましくは１５．０質量％である。一方、固体潤滑粉末の含有量が３０．０質量％以下であれば、固体潤滑被膜層２１の強度がさらに高まる。このため、固体潤滑被膜層２１の損耗が抑制される。固体潤滑粉末の含有量の上限は、より好ましくは２８．０質量％、さらに好ましくは２５．０質量％、さらに好ましくは２０．０質量％である。

［Ｃｒ_２Ｏ_３］
Ｃｒ_２Ｏ_３は、酸化クロム（ＩＩＩ）ともいう。Ｃｒ_２Ｏ_３は、無機化合物である。Ｃｒ_２Ｏ_３の式量は１５１．９９である。Ｃｒ_２Ｏ_３は、二クロム酸アンモニウム（重クロム酸アンモニウム）の熱分解により得られる。Ｃｒ_２Ｏ_３は、昇華精製により、暗緑色金属光沢の結晶となる。Ｃｒ_２Ｏ_３はきわめて安定で、石英より硬い。Ｃｒ_２Ｏ_３には、毒性や危険性はない。

上述のとおり、固体潤滑被膜層２１がＣｒ_２Ｏ_３を含有すれば、オーバートルク性能が高まる。Ｃｒ_２Ｏ_３含有量が１．０〜２０．０質量％であればさらに、耐焼付き性も高まる。

固体潤滑被膜層２１中のＣｒ_２Ｏ_３含有量は、１．０〜２０．０質量％であることが好ましい。Ｃｒ_２Ｏ_３含有量が１．０質量％以上であれば、十分なオーバートルク性能が得られ、また、耐焼付き性も高まる。Ｃｒ_２Ｏ_３含有量が２０．０質量％以下であれば、固体潤滑被膜層２１の強度の低下や摩擦の増加が抑制され、耐焼付き性が高まる。Ｃｒ_２Ｏ_３含有量の下限は、好ましくは１．０質量％であり、より好ましくは５．０質量％であり、さらに好ましくは７．０質量％であり、さらに好ましくは１０．０質量％である。Ｃｒ_２Ｏ_３含有量の上限は、好ましくは２０．０質量％であり、より好ましくは１８．０質量％であり、さらに好ましくは１６．０質量％であり、さらに好ましくは１５．０質量％である。

Ｃｒ_２Ｏ_３はたとえば、暗緑色の粒子である。Ｃｒ_２Ｏ_３の好ましい粒子径は４５μｍ以下である。均一分散性の観点からより好ましくは１０μｍ以下である。粒子径は、レーザー回折・散乱法による粒度分布測定（株式会社島津製作所製ＳＡＬＤシリーズ）で得られる有効径分布の算術平均値である。Ｃｒ_２Ｏ_３の好ましい粒子径の下限はたとえば、１μｍである。

Ｃｒ_２Ｏ_３はたとえば、和光純薬工業株式会社の酸化クロム（ＩＩＩ）である。

［その他の成分］
固体潤滑被膜層２１は、その他、公知の防錆添加剤、防腐剤等を含有してもよい。

［防錆添加剤］
固体潤滑被膜層２１は、実際に使用されるまでの長期間に渡る防錆性を有する必要がある。そのため、固体潤滑被膜層２１は、防錆添加剤を含有してもよい。防錆添加剤とは、耐食性を有する添加剤の総称である。防錆添加剤はたとえば、トリポリリン酸アルミニウム、亜燐酸アルミニム及びカルシウムイオン交換シリカからなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する。好ましくは、防錆添加剤は、カルシウムイオン交換シリカ及び亜燐酸アルミニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する。防錆添加剤として、他に市販の反応撥水剤なども使用できる。

固体潤滑被膜層２１中の防錆添加剤の含有量は２〜１０質量％であることが好ましい。防錆添加剤の含有量が２質量％以上であれば、固体潤滑被膜層２１の防錆性がさらに安定的に高まる。一方、防錆添加剤の含有量が１０質量％以下であれば、固体潤滑被膜層２１の潤滑性が安定的に高まる。防錆添加剤の含有量が、１０質量％を超えれば、防錆効果は飽和する。

［防腐剤］
固体潤滑被膜層２１はさらに、防腐剤を含有してもよい。防腐剤も、耐食性を有する添加剤の総称である。

［固体潤滑被膜層の厚さ］
固体潤滑被膜層２１の厚さは１０〜４０μｍであることが好ましい。固体潤滑被膜層２１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２１の厚さが４０μｍ以下であれば、固体潤滑被膜層２１の密着性が安定する。さらに、固体潤滑被膜層２１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２１の厚さは１０〜４０μｍであることが好ましい。

固体潤滑被膜層２１の厚さは、次の方法で測定する。固体潤滑被膜層２１を形成した接触表面６，９の４箇所に対して、Ｈｅｌｍｕｔ Ｆｉｓｃｈｅｒ ＧｍｂＨ製、渦電流位相式膜厚計ＰＨＡＳＣＯＰＥ ＰＭＰ９１０を用いて、固体潤滑被膜層２１の厚さを測定する。測定は、ＩＳＯ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ）２１９６８（２００５）に準拠する方法で行う。測定箇所は、管用ねじ継手１の管周方向の４箇所（０°、９０°、１８０°、２７０°の４箇所）である。測定結果の算術平均を、固体潤滑被膜層２１の厚さとする。

固体潤滑被膜層２１は、単層でもよいし、複層でもよい。複層とは、固体潤滑被膜層２１が接触表面側から２層以上積層している状態をいう。組成物の塗布と固化とを繰り返すことにより、固体潤滑被膜層２１を２層以上形成できる。固体潤滑被膜層２１は、接触表面上に直接形成してもよいし、後述する下地処理をした後に形成してもよい。

［管用ねじ継手の母材］
管用ねじ継手１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］
以下、本実施形態による管用ねじ継手１の製造方法を説明する。

本実施形態による管用ねじ継手１の製造方法は、固体潤滑被膜層形成工程を備える。固体潤滑被膜層形成工程では、ピン５及びボックス８の少なくとも一方の接触表面上に、固体潤滑被膜層２１を形成する。

［固体潤滑被膜層形成工程］
固体潤滑被膜形成工程は、塗布工程と固化工程とを含む。塗布工程では、ピン５及びボックス８の少なくとも一方の接触表面上に、固体潤滑被膜層形成用組成物（単に、組成物ともいう）を塗布する。固化工程では、接触表面上に塗布された組成物を固化して固体潤滑被膜層２１を形成する。

初めに、固体潤滑被膜層形成用組成物を製造する。固体潤滑被膜層形成用組成物は、樹脂、固体潤滑粉末及びＣｒ_２Ｏ_３を含有する。無溶媒型の組成物はたとえば、樹脂を加熱して溶融状態とし、固体潤滑粉末及びＣｒ_２Ｏ_３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。

溶媒型の組成物はたとえば、溶媒中に、樹脂、固体潤滑粉末及びＣｒ_２Ｏ_３を溶解又は分散させて混合することにより製造できる。溶媒はたとえば、水、各種アルコール、及び、有機溶剤である。溶媒の割合は特に限定されない。溶媒の割合は、塗布方法に応じて適正な粘性に調整すればよい。溶媒の割合はたとえば、溶媒以外の全成分の合計を１００質量％とした場合に、３０〜５０質量％である。

［塗布工程］
塗布工程では、組成物を周知の方法で接触表面６，９上に塗布する。

無溶媒型の組成物の場合、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、組成物を加熱して樹脂を溶融させ、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樹脂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、樹脂の融点より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５及びボックス８の少なくとも一方の接触表面６，９は、樹脂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。

溶媒型の組成物の場合、溶液状態となった組成物をスプレー塗布等で接触表面上に塗布する。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、接触表面上に塗布された組成物を固化して固体潤滑被膜層２１を形成する。

無溶媒型の組成物の場合、接触表面６，９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２１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。

溶媒型の組成物の場合、接触表面６，９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２１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６，９の反対面（ボックス８の場合は鋼管２又はカップリング３の外面、ピン５の場合は鋼管２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２１の急速冷却による劣化を抑制できる。

固体潤滑被膜層２１はピン５及びボックス８の少なくとも一方の接触表面６，９の全てを被覆するのが好ましい。固体潤滑被膜層２１は、接触表面６，９の一部のみ（例えば、金属シール部１０及び１３のみ）を被覆してもよい。

本実施形態による管用ねじ継手１の製造方法はさらに、固体潤滑被膜層形成工程の前に、Ｚｎ合金めっき層形成工程を備えてもよい。Ｚｎ合金めっき層形成工程は、固体潤滑被膜層形成工程の前、つまり、上記塗布工程の前に実施する。Ｚｎ合金めっき層形成工程では、ピン５及びボックス８の少なくとも一方の接触表面上に、電気めっきによりＺｎ合金めっき層を形成する。

［Ｚｎ合金めっき層形成工程］
Ｚｎ合金めっき層形成工程では、ピン５とボックス８の少なくとも一方の接触表面上に、電気めっきによりＺｎ合金めっき層を形成する。

又は、Ｚｎ合金めっき層形成工程では、ピン５とボックス８の少なくとも一方の接触表面上、又は、接触表面上に形成された表面粗さの上に、電気めっきによりＺｎ合金めっき層を形成する。

Ｚｎ合金めっき層形成工程を実施すれば、管用ねじ継手１の耐焼付き性及び耐食性が高まる。Ｚｎ合金めっき層形成工程はたとえば、Ｚｎ金属による単層めっき処理、Ｚｎ層とＮｉ層との２層めっき処理、及び、Ｚｎ層とＣｕ層とＳｎ層による３層めっき処理である。Ｃｒ含有量が５％以上の鋼からなる鋼管２に対しては、Ｚｎ−Ｃｏ合金めっき処理、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき処理、及び、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき処理が好ましい。

電気めっき処理は、周知の方法で実施することができる。たとえば、Ｚｎ合金めっき層に含まれる金属元素のイオンを含むめっき浴を準備する。次に、ピン５及びボックス８の接触表面６，９の少なくとも一方をめっき浴に浸漬する。接触表面６，９に通電することにより、接触表面上にＺｎ合金めっき層が形成される。めっき浴の温度及びめっき時間等の条件は、適宜設定できる。

より詳しくは、たとえば、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成する場合、めっき浴は銅イオン、錫イオン及び亜鉛イオンを含有する。めっき浴の組成は好ましくは、Ｃｕ：１〜５０ｇ／Ｌ、Ｓｎ：１〜５０ｇ／Ｌ及びＺｎ：１〜５０ｇ／Ｌである。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：６０℃、電流密度：１〜１００Ａ／ｄｍ^２及び、処理時間：０．１〜３０分である。

Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成する場合、めっき浴は亜鉛イオン及びニッケルイオンを含有する。めっき浴の組成は好ましくは、Ｚｎ：１〜１００ｇ／Ｌ及びＮｉ：１〜５０ｇ／Ｌである。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：６０℃、電流密度：１〜１００Ａ／ｄｍ^２及び、処理時間：０．１〜３０分である。

Ｚｎ合金めっき層の硬度は、マイクロビッカースで３００以上であることが好ましい。Ｚｎ合金めっき層の硬度が３００以上であれば、管用ねじ継手１の耐食性がさらに安定して高まる。

Ｚｎ合金めっき層の硬度は、次のとおり測定できる。得られた管用ねじ継手１のＺｎ合金めっき層において、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合金めっき層の硬度と定義する。

多層めっき処理の場合、最下層のめっき層は、膜厚１μｍ未満とすることが好ましい。めっき層の膜厚（多層めっきの場合は合計膜厚）は５〜１５μｍとすることが好ましい。

Ｚｎ合金めっき層の厚さは、次のとおり測定する。Ｚｎ合金めっき層を形成した接触表面上に、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合金めっき層上の渦電流との位相差を測定する。この位相差をＺｎ合金めっき層の厚さに変換する。

本実施形態による管用ねじ継手１の製造方法はさらに、Ｚｎ合金めっき層形成工程の前に、ピン５及びボックス８の少なくとも一方の接触表面上に、表面粗さを形成する、表面粗さ形成工程を備えてもよい。

［表面粗さ形成工程］
表面粗さ形成工程では、ピン５とボックス８の少なくとも一方の接触表面上に表面粗さを形成する。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であるのが好ましい。算術平均粗さＲａが１μｍ以上かつ最大高さ粗さＲｚが１０μｍ以上であれば、固体潤滑被膜層２１の密着性がさらに高まる。算術平均粗さＲａが８μｍ以下かつ最大高さ粗さＲｚが４０μｍ以下であれば、摩擦が抑制され、固体潤滑被膜層２１の損傷及び剥離が抑制される。

本明細書でいう最大高さ粗さＲｚ及び算術平均粗さＲａ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。最大高さ粗さＲｚが大きいほど、固体潤滑被膜層２１との接触面積が高まる。このため、アンカー効果により固体潤滑被膜層２１との密着性が高まる。固体潤滑被膜層２１の密着性が高まれば、管用ねじ継手１の耐焼付き性がさらに高まる。

管用ねじ継手１の接触表面６，９の表面粗さは、一般に最大高さ粗さＲｚが３〜５μｍ程度である。接触表面６，９の表面粗さが適度に大きければ、その上に形成される被膜（固体潤滑被膜層２１又はＺｎ合金めっき層）の密着性が高まる。その結果、管用ねじ継手１の耐焼付き性及び耐食性がさらに高まる。したがって、上述の固体潤滑被膜層２１を形成するための組成物が塗布される前の接触表面６，９に、表面粗さ形成工程を実施することが好ましい。表面粗さ形成工程はたとえば、サンドブラスト処理、酸洗処理及び化成処理からなる群から選ばれる１種以上である。

［サンドブラスト処理］
サンドブラスト処理は、ブラスト材（研磨剤）と圧縮空気とを混合して接触表面６，９に投射する処理である。ブラスト材はたとえば、球状のショット材及び角状のグリッド材である。サンドブラスト処理により、接触表面６，９の表面粗さを大きくできる。サンドブラスト処理は、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。サンドブラスト処理の投射速度等の条件は、適宜設定できる。

［酸洗処理］
酸洗処理は、硫酸、塩酸、硝酸もしくはフッ酸等の強酸液に、接触表面６，９を浸漬して接触表面を荒らす処理である。これにより、接触表面６，９の表面粗さを大きくできる。

［化成処理］
化成処理は、表面粗さの大きな多孔質の化成被膜を形成する処理である。化成処理はたとえば、燐酸塩化成処理、蓚酸塩化成処理及び硼酸塩化成処理である。固体潤滑被膜層２１密着性の観点からは、燐酸塩化成処理が好ましい。燐酸塩化成処理はたとえば、燐酸マンガン、燐酸亜鉛、燐酸鉄マンガン又は燐酸亜鉛カルシウムを用いた燐酸塩化成処理である。

燐酸塩化成処理は周知の方法で実施できる。処理液としては、一般的な亜鉛めっき材用の酸性燐酸塩化成処理液が使用できる。たとえば、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を含有する燐酸亜鉛系化成処理を挙げることができる。管用ねじ継手１に慣用されている燐酸マンガン系化成処理液も使用できる。液温はたとえば、常温から１００℃である。処理時間は所望の膜厚に応じて適宜設定でき、たとえば１５分である。化成被膜の形成を促すため、燐酸塩化成処理前に、表面調整を行ってもよい。表面調整は、コロイドチタンを含有する表面調整用水溶液に浸漬する処理のことである。燐酸塩化成処理後、水洗又は湯洗してから、乾燥することが好ましい。

化成被膜は多孔質である。そのため、化成被膜上に固体潤滑被膜層２１を形成すれば、いわゆる「アンカー効果」により、固体潤滑被膜層２１の密着性がさらに高まる。燐酸塩被膜の好ましい厚さは、５〜４０μｍである。燐酸塩被膜の厚さが５μｍ以上であれば、十分な耐食性が確保できる。燐酸塩被膜の厚さが４０μｍ以下であれば、固体潤滑被膜層２１の密着性が安定的に高まる。

表面粗さ形成工程では１種類の処理のみを実施してもよいが、複数の処理を組み合わせてもよい。１種類の処理を実施する場合、サンドブラスト処理、酸洗処理及び燐酸塩化成処理からなる群から選ばれる処理を実施することが好ましい。表面粗さ形成工程では、２種類以上の処理を実施してもよい。その場合、たとえば、サンドブラスト処理の後に燐酸塩化成処理を実施してもよい。表面粗さ形成工程を実施した後、固体潤滑被膜層２１を形成する。これにより、固体潤滑被膜層２１の密着性をさらに高めることができる。

［三価クロメート処理］
上述のＺｎ合金めっき処理を実施した場合、Ｚｎ合金めっき層形成工程の後であって固体潤滑被膜層形成工程の前に、三価クロメート処理を実施してもよい。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被膜は、Ｚｎ合金めっき層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（Ｚｎ合金めっき層の白錆は、管用ねじ継手１母材の錆ではない。そのため、管用ねじ継手１の耐焼付き性及び耐食性に影響は与えない）。三価クロメートによる被膜の上に固体潤滑被膜層２１を形成すれば、固体潤滑被膜層２１の密着性がさらに高まる。

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５及びボックス８の少なくとも一方の接触表面６，９をクロメート処理液に浸漬又はクロメート処理液を接触表面６，９にスプレー塗布する。その後接触表面６，９を水洗する。あるいは、接触表面６，９をクロメート処理液に浸漬し、通電した後水洗する。あるいは、接触表面６，９にクロメート処理液を塗布し、加熱乾燥する。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。

三価クロメート被膜の厚さは、固体潤滑被膜層２１と同様の方法で測定できる。

本実施形態の管用ねじ継手１の製造方法では、ピン５及びボックス８の少なくとも一方の接触表面６，９に固体潤滑被膜層形成工程が実施されればよい。つまり、Ｚｎ合金めっき層形成工程、表面粗さ形成工程及び三価クロメート処理は、ピン５とボックス８とで同じ処理としてもよいし、ピン５とボックス８とで異なる処理を実施してもよい。

以下、本発明の実施例を説明する。ただし、本発明は実施例により制限されるものではない。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、特に指定しない限り、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：１７７．８０ｍｍ（７インチ）、肉厚１１．５０６ｍｍ（０．４５３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、表１及び表２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、表面粗さを形成した。各試験番号の算術平均粗さＲａ及び最大高さ粗さＲｚは表１及び表２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１及び表２に示す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て、各試験番号のピン及びボックスを準備した。表１及び表２中、「固体潤滑被膜層」の欄には、主要組成物のみ記載した。固体潤滑被膜層の詳細な組成は以下のとおりであった。表１及び表２中、「固体潤滑被膜層」の欄の「厚さ」には、得られた固体潤滑被膜層の厚さを示す。固体潤滑被膜層の厚さの測定方法は上述のとおりであった。

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形成方法は以下のとおりであった。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厚さは表１及び表２に示すとおりであった。各層の厚さの測定方法は上述のとおりであった。

［試験番号１］
試験番号１では、ピン及びボックス表面に対し、機械研削仕上げを行った。その上に、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（残部）、ＰＴＦＥ粒子（２０．２％）、Ｃｒ_２Ｏ_３粒子（５．１％）、溶媒（水、アルコール、及び、界面活性剤）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、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２］
試験番号２では、ピン及びボックス表面に対し、機械研削仕上げを行った。その上に、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（残部）、ＰＴＦＥ粒子（２０．２％）、Ｃｒ_２Ｏ_３粒子（ピンでは７．１％、ボックスでは７．０％）、溶媒（水、アルコール、及び、界面活性剤）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、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３］
試験番号３では、ピン及びボックス表面に対し、機械研削仕上げを行った。その上に、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（残部）、ＰＴＦＥ粒子（１９．９％）、Ｃｒ_２Ｏ_３粒子（１５．５％）、溶媒（水、アルコール、界面活性剤）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、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、ピン表面に対し、ブラスト加工により表面粗さを形成した。表面粗さを有するピン表面に、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、機械研削仕上げを行った。その上に、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（残部）、ＰＴＦＥ粒子（１０．３％）、Ｃｒ_２Ｏ_３粒子（１９．２％）、溶媒（水、アルコール、及び、界面活性剤）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、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５］
試験番号５では、ピン表面に対し、ブラスト加工により表面粗さを形成した。表面粗さを有するピン表面に、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面粗さを形成した。表面粗さを有するボックス表面上に、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、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（残部）、ＰＴＦＥ粒子（１５．３％）、Ｃｒ_２Ｏ_３粒子（１６．７％）、溶媒（水、アルコール、及び、界面活性剤）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、２３０℃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、ピン表面に対し、機械研削仕上げを行った。その上に、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面粗さを形成した。表面粗さを有するボックス表面上に、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、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、フェノール樹脂（残部）、ＰＴＦＥ粒子（２０．０％）、Ｃｒ_２Ｏ_３粒子（１０．０％）、溶媒（水、アルコール、及び、界面活性剤）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、２３０℃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７］
試験番号７では、ピン表面に対し、機械研削仕上げを行った。その上に、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面粗さを形成した。表面粗さを有するボックス表面上に、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、得られたＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層上に、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、ポリアミド樹脂（残部）、黒鉛粒子（５％）、Ｃｒ_２Ｏ_３粒子（８％）、溶媒（水、アルコール、及び、界面活性剤）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、２３０℃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８］
試験番号８では、ピン表面に対し、機械研削仕上げを行った。その上に、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面粗さを形成した。その上に、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、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（残部）、ＰＴＦＥ粒子（１０．３％）、溶媒（水、アルコール、及び、界面活性剤）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、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９］
試験番号９では、ピン表面に対し、機械研削仕上げを行った。その上に、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、機械研削仕上げを行った。その上に、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。電気めっきの条件はピン表面と同様であった。Ｚｎ−Ｎｉ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（残部）、ＰＴＦＥ粒子（１０．４％）、Ｃｒ_２Ｏ_３粒子（２５．０％）、溶媒（水、アルコール、及び、界面活性剤）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、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１０］
試験番号１０では、ピン及びボックス表面に対し、機械研削仕上げを行った。その上に、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（残部）、ＰＴＦＥ粒子（２０．１％）、フッ化カルシウム粒子（６．９％）、溶媒（水、アルコール、及び、界面活性剤）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、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１１］
試験番号１１では、ピン及びボックス表面に対し、機械研削仕上げを行った。その上に、ＡＰＩ規格ドープを刷毛で塗布した。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、質量％で、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。

［耐焼付き性評価試験］
試験番号１〜試験番号１１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３の「耐焼付き性（焼付かずに締結できた回数（回））」欄に示す。

［オーバートルク性能試験］
試験番号１〜試験番号１１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７に示す様なトルクチャートを作成した。図７中のＴｓは、ショルダリングトルクを表す。図７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、本実施例のトルクオンショルダー抵抗ΔＴ’とした。オーバートルク性能は、試験番号１１において、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トルクオンショルダー抵抗ΔＴ’の数値を基準（１００）として、相対値として求めた。結果を表３に示す。

［評価結果］
表１〜表３を参照して、試験番号１〜試験番号７及び試験番号９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、固体潤滑被膜層を有した。固体潤滑被膜層は、樹脂と、固体潤滑粉末と、Ｃｒ_２Ｏ_３とを含有した。そのため、オーバートルク性能が１００を超え、優れたオーバートルク性能を示した。

試験番号１〜試験番号７の管用ねじ継手は、Ｃｒ_２Ｏ_３の含有量が１．０〜２０．０質量％であった。そのため、試験番号９の管用ねじ継手に比べて、焼付かずに締結できた回数が多く、試験番号９の管用ねじ継手よりもさらに優れた耐焼付き性を示した。

一方、試験番号８の管用ねじ継手は、ボックス表面に固体潤滑被膜層を有したものの、固体潤滑被膜層がＣｒ_２Ｏ_３を含有しなかった。そのため、オーバートルク性能が低かった。

試験番号１０の管用ねじ継手は、ボックス表面に固体潤滑被膜層を有したものの、固体潤滑被膜層がＣｒ_２Ｏ_３ではなく、フッ化カルシウムＣａＦ_２を含有した。そのため、オーバートルク性能が低かった。

試験番号１１の管用ねじ継手は、本実施形態の固体潤滑被膜層を有さなかった。そのため、オーバートルク性能が低かった。

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。

１ 管用ねじ継手
４ 雄ねじ部
５ ピン
７ 雌ねじ部
８ ボックス
６、９ 接触表面
１０、１３ 金属シール部
１１、１２ ショルダー部
２１ 固体潤滑被膜層

Claims (9)

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、
   前記管用ねじ継手は、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上に固体潤滑被膜層を備え、
   前記固体潤滑被膜層は、
   樹脂と、
   固体潤滑粉末と、
   １．０〜１９．２質量％のＣｒ_２Ｏ_３とを含有する、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、
   前記固体潤滑被膜層は、
   １．０〜１９．２質量％の前記Ｃｒ_２Ｏ_３と、
   ５０．０〜９０．０質量％の前記樹脂と、
   ５．０〜３０．０質量％の前記固体潤滑粉末とを含有する、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、
   前記樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、及び、ポリエーテルエーテルケトン樹脂からなる群から選ばれる１種又は２種以上である、管用ねじ継手。
4. 請求項３に記載の管用ねじ継手であって、
   前記樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドイミド樹脂、及び、ポリアミド樹脂、からなる群から選ばれる１種又は２種以上である、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、
   前記固体潤滑粉末は、黒鉛、酸化亜鉛、窒化硼素、タルク、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、有機モリブデン、チオ硫酸塩化合物、ポリテトラフルオロエチレン、及び、メラミンシアヌレート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. 請求項５に記載の管用ねじ継手であって、
   前記固体潤滑粉末は、黒鉛及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選ばれる１種以上である、管用ねじ継手。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の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少なくとも一方の前記接触表面上に、前記樹脂、前記固体潤滑粉末及び１．０〜１９．２質量％の前記Ｃｒ_２Ｏ_３を含有する組成物を塗布する工程と、
   前記接触表面上に塗布された前記組成物を固化して前記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。
8. 請求項７に記載の管用ねじ継手の製造方法であってさらに、
   前記組成物を前記塗布する工程の前に、
   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上に、
   電気めっきによりＺｎ合金めっき層を形成する工程を備える、管用ねじ継手の製造方法。
9. 請求項８に記載の管用ねじ継手の製造方法であってさらに、
   前記Ｚｎ合金めっき層を形成する工程の前に、
   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上に、
   表面粗さを形成する工程を備える、管用ねじ継手の製造方法。

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