WO2020021710A1

WO2020021710A1 - 管用ねじ継手及び管用ねじ継手の製造方法

Info

Publication number: WO2020021710A1
Application number: PCT/JP2018/028282
Authority: WO
Inventors: 石井　一也; 後藤　邦夫; 雅也木本
Original assignee: Vallourec Oil and Gas France SAS; Nippon Steel Corp
Current assignee: Vallourec Oil and Gas France SAS; Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-01-30
Anticipated expiration: 2021-01-27

Abstract

本発明は耐焼付き性に優れる管用ねじ継手（１）及び管用ねじ継手（１）の製造方法を提供する。本実施形態の管用ねじ継手（１）は、ピン（４）と、ボックス（５）と、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層（６）とを備える。ピン（４）は、ピン側ねじ部（４１）を含むピン側接触表面（４０）を有する。ボックス（５）は、ボックス側ねじ部（５１）を含むボックス側接触表面（５０）を有する。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層（６）は、ピン側接触表面（４０）及びボックス側接触表面（５０）の少なくとも一方の上に配置される。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層（６）は、Ｚｎ、５質量％超～２５質量％のＣｏ及び不純物からなる。

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を含む。ピン及びボックスはさらに、ねじ無し金属接触部を有する場合がある。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、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２００９／０７２４８６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を備える。ボックスの接触表面は、最上層として、塑性もしくは粘塑性型レオロジー挙動を有する固体潤滑被膜を有する。ピンの接触表面は、最上層として、紫外線硬化樹脂を主成分とする固体防食被膜を有する。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、優れた耐焼付き性と気密性とを示し、かつ表面にべたつきがなく、外観や検査性に優れた管用ねじ継手が得られる、と特許文献１に記載されている。

　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。

　Ｃｕ合金めっきによって管用ねじ継手の耐焼付き性を改善する技術が、特開２００３－０７４７６３号公報（特許文献２）及び特開２００８－２１５４７３号公報（特許文献３）に記載されている。

　特許文献２に記載されている管用ねじ継手は、ピン部とカップリングとを含む。カップリングはＣｒを９質量％以上含有する鋼管である。カップリングの両端には、雌ネジ及びメタル－メタルシール部を有するボックス部が設けられている。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は、Ｃｕ－Ｓｎ合金層が一層配置されている。この管用ねじ継手を用いれば、グリーンドープ（Ｐｂを含有しない潤滑剤）を使用しても従来よりシール性が良好で、且つゴーリングを格段に抑制することができる、と特許文献２に記載されている。

　特許文献３に記載されている管用ねじ継手は、ピン及びボックスを含む。ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面は、Ｃｕ－Ｚｎ合金からなる第１のめっき層を有する。これにより、管用ねじ継手は、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とを示す、と特許文献３には記載されている。

国際公開第２００９／０７２４８６号特開２００３－０７４７６３号公報特開２００８－２１５４７３号公報

　しかしながら、上述の特許文献１～３に開示された技術を用いても、管用ねじ継手の耐焼付き性が十分ではない場合がある。

　本発明の目的は、耐焼付き性に優れ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、ピンと、ボックスと、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層とを備える。ピンは、ピン側ねじ部を含むピン側接触表面を有する。ボックスは、ボックス側ねじ部を含むボックス側接触表面を有する。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層は、ピン側接触表面及びボックス側接触表面の少なくとも一方の上に配置される。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層は、Ｚｎ、５質量％超～２５質量％のＣｏ及び不純物からなる。

　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にＺｎ－Ｃｏ合金めっき層を形成する製造方法である。ピンは、ピン側ねじ部を含むピン側接触表面を有する。ボックスは、ボックス側ねじ部を含むボックス側接触表面を有する。はじめに、ピン側接触表面及びボックス側接触表面の少なくとも一方をめっき液に浸漬する。めっき液は亜鉛イオン及びコバルトイオンを含有する。次に、めっき液に浸漬させたピン側接触表面及びボックス側接触表面の少なくとも一方に通電する。これにより、ピン側接触表面及びボックス側接触表面の少なくとも一方の上にＺｎ－Ｃｏ合金めっき層を形成する。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層はＺｎ、５質量％超～２５質量％のＣｏ及び不純物からなる。

　本実施形態の管用ねじ継手は、耐焼付き性に優れる。

　本実施形態の管用ねじ継手の製造方法によれば、耐焼付き性に優れる管用ねじ継手を製造可能である。

図１は、本実施形態によるカップリング型の管用ねじ継手の構成を示す図である。図２は、本実施形態によるインテグラル型の管用ねじ継手の構成を示す図である。図３は、管用ねじ継手の一例の断面図である。図４は、金属シール部及びショルダー部を有さない場合の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５は、本実施形態による管用ねじ継手の一例の断面図である。図６は、図５とは異なる他の実施形態による管用ねじ継手の一例の断面図である。図７は、図５及び図６とは異なる他の実施形態による管用ねじ継手の一例の断面図である。図８は、固体潤滑被膜を備える場合の管用ねじ継手の断面図である。

　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、管用ねじ継手の耐焼付き性について種々検討を行った。その結果、以下の知見を得た。

　管用ねじ継手の耐焼付き性を高めるには、高硬度及び高融点を有するめっき層をねじ部及びねじ無し金属接触部（以下、接触表面という。）に形成することが有効である。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。

　そこで、本実施形態では、Ｚｎ－Ｃｏ合金からなる合金めっき層を接触表面上に形成する。Ｚｎ－Ｃｏ合金の硬度及び融点は高い。したがって、管用ねじ継手の耐焼付き性を高めることができる。純金属の場合、亜鉛（Ｚｎ）は、従来めっきに用いられてきた銅（Ｃｕ）と比較して硬度及び融点が低い。しかしながら、Ｚｎ－Ｃｏ合金であれば、めっき層は十分な高硬度及び高融点を有し、耐焼付き性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、ピンと、ボックスと、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層とを備える。ピンは、ピン側ねじ部を含むピン側接触表面を有する。ボックスは、ボックス側ねじ部を含むボックス側接触表面を有する。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層は、ピン側接触表面及びボックス側接触表面の少なくとも一方の上に配置される。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層は、Ｚｎ、５質量％超～２５質量％のＣｏ及び不純物からなる。

　本実施形態の管用ねじ継手は、Ｚｎ、５質量％超～２５質量％のＣｏ及び不純物からなるＺｎ－Ｃｏ合金めっき層を備える。そのため、耐焼付き性に優れる。

　好ましくは、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層の厚さは、１．０～２０．０μｍである。

　好ましくは、上記管用ねじ継手はさらに、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層上に固体潤滑被膜を備える。

　この場合、管用ねじ継手の潤滑性が高まる。

　上記管用ねじ継手のピン側接触表面はさらに、ピン側金属シール部及びピン側ショルダー部を含んでもよい。ボックス側接触表面はさらに、ボックス側金属シール部及びボックス側ショルダー部を含んでもよい。

　好ましくは、上記製造方法はさらに、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層上に固体潤滑被膜を形成する工程を備える。

　上記管用ねじ継手の製造方法においては、ピン側接触表面はさらに、ピン側金属シール部及びピン側ショルダー部を含んでもよい。ボックス側接触表面はさらに、ボックス側金属シール部及びボックス側ショルダー部を含んでもよい。

　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１］
　管用ねじ継手は、ピン及びボックスを備える。図１は、本実施形態による管用ねじ継手１の構成を示す図である。図１を参照して、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、外面に雄ねじ部を有するピン４が形成される。カップリング３の両端には、内面に雌ねじ部を有するボックス５が形成される。ピン４とボックス５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４及びカップリング３のボックス５には、それぞれのねじ部を保護するため、プロテクターが装着される場合がある。

　一方で、カップリング３を使用せず、鋼管２の一方の端をピン４とし、他方の端をボックス５とした、インテグラル形式の管用ねじ継手１を用いてもよい。図２は、本実施形態によるインテグラル型の管用ねじ継手１の構成を示す図である。図２を参照して、管用ねじ継手１は、鋼管２を備える。鋼管２の一方の端には、外面に雄ねじ部を有するピン４が形成される。鋼管２の他方の端には、内面に雌ねじ部を有するボックス５が形成される。ピン４とボックス５とをねじ締めすることによって、鋼管２同士を連結できる。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形式の両方の管用ねじ継手１に使用できる。

　図３は、管用ねじ継手１の一例の断面図である。図３では、ピン４は、ピン側ねじ部４１、ピン側金属シール部４２及びピン側ショルダー部４３を備える。図３では、ボックス５は、ボックス側ねじ部５１、ボックス側金属シール部５２及びボックス側ショルダー部５３を備える。ピン４とボックス５とをねじ締めした時に接触する部分を、接触表面４０，５０という。具体的には、ピン４とボックス５とをねじ締めすると、ねじ部同士（ピン側ねじ部４１及びボックス側ねじ部５１）、金属シール部同士（ピン側金属シール部４２及びボックス側金属シール部５２）、及び、ショルダー部同士（ピン側ショルダー部４３及びボックス側ショルダー部５３）が互いに接触する。図３では、ピン側接触表面４０は、ピン側ねじ部４１、ピン側金属シール部４２及びピン側ショルダー部４３を含む。図３では、ボックス側接触表面５０は、ボックス側ねじ部５１、ボックス側金属シール部５２及びボックス側ショルダー部５３を含む。

　図３では、ピン４においては、鋼管２の端から、ピン側ショルダー部４３、ピン側金属シール部４２及びピン側ねじ部４１の順で配置される。また、ボックス５においては、鋼管２又はカップリング３の端から、ボックス側ねじ部５１、ボックス側金属シール部５２及びボックス側ショルダー部５３の順で配置される。しかしながら、ピン側ねじ部４１及びボックス側ねじ部５１、ピン側金属シール部４２及びボックス側金属シール部５２、及び、ピン側ショルダー部４３及びボックス側ショルダー部５３の配置は図３の配置に限定されず、適宜変更できる。たとえば、図２において示す様に、ピン４においては、鋼管２の端から、ピン側ショルダー部４３、ピン側金属シール部４２、ピン側ねじ部４１、ピン側金属シール部４２、ピン側ショルダー部４３、ピン側金属シール部４２及びピン側ねじ部４１の順で配置されてもよい。ボックス５においては、鋼管２又はカップリング３の端から、ボックス側ねじ部５１、ボックス側金属シール部５２、ボックス側ショルダー部５３、ボックス側金属シール部５２、ボックス側ねじ部５１、ボックス側金属シール部５２及びボックス側ショルダー部５３の順に配置されてもよい。

　図１及び図２では、金属シール部（ピン側金属シール部４２及びボックス側金属シール部５２）及びショルダー部（ピン側ショルダー部４３及びボックス側ショルダー部５３）を備える、いわゆるプレミアムジョイントを図示した。しかしながら、金属シール部（ピン側金属シール部４２及びボックス側金属シール部５２）及びショルダー部（ピン側ショルダー部４３及びボックス側ショルダー部５３）は無くてもよい。金属シール部４２，５２及びショルダー部４３，５３を有さない管用ねじ継手１を図４に例示する。本実施形態の管用ねじ継手１は、金属シール部４２，５２及びショルダー部４３，５３が無い管用ねじ継手１にも好適に適用可能である。金属シール部４２，５２及びショルダー部４３，５３無しの場合、ピン側接触表面４０は、ピン側ねじ部４１を含み、ボックス側接触表面５０は、ボックス側ねじ部５１を含む。

　図５は、本実施形態による管用ねじ継手１の一例の断面図である。図５を参照して、管用ねじ継手１は、ピン側接触表面４０及びボックス側接触表面５０の少なくとも一方の上に、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６を備える。図５では、管用ねじ継手１は、ピン側接触表面４０及びボックス側接触表面５０の両方の上にＺｎ－Ｃｏ合金めっき層６を備える。しかしながら、管用ねじ継手１は、図６に示すように、ピン側接触表面４０上のみに、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６を備えてもよい。また、管用ねじ継手１は、図７に示すように、ボックス側接触表面５０上のみに、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６を備えてもよい。

　また、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６は、ピン側接触表面４０又はボックス側接触表面５０上の全体に配置されてもよいし、一部にのみ配置されてもよい。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６を、ピン側ねじ部４１上にのみ配置してもよい。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６を、ボックス側ねじ部５１上にのみ配置してもよい。ピン側接触表面４０がピン側金属シール部４２及びピン側ショルダー部４３を有する場合、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６を、ピン側金属シール部４２上にのみ配置してもよいし、ピン側ショルダー部４３上のみに配置してもよい。ボックス側接触表面５０がボックス側金属シール部５２及びボックス側ショルダー部５３を有する場合、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６を、ボックス側金属シール部５２上にのみ配置してもよいし、ボックス側ショルダー部５３上のみに配置してもよい。

　［Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６］
　管用ねじ継手１は、ピン側接触表面４０及びボックス側接触表面５０の少なくとも一方の上に、Ｚｎ、５質量％超～２５質量％のＣｏ及び不純物からなるＺｎ－Ｃｏ合金めっき層６を備える。ここで、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６の不純物とは、Ｚｎ及びＣｏ以外の物質で、管用ねじ継手１の製造中等にＺｎ－Ｃｏ合金めっき層６又はＺｎ－Ｃｏ合金に含有され、本発明の効果に影響を与えない範囲の含有量で含まれる物質を含む。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６の硬度及び融点は高い。したがって、管用ねじ継手１の耐焼付き性が高まる。

　Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６は、Ｚｎ－Ｃｏ合金からなる。Ｚｎ－Ｃｏ合金は、Ｚｎ、Ｃｏ及び不純物からなる。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６におけるＣｏ含有量は、質量％で、５％超～２５％であり、Ｚｎ含有量は７５～９５％未満である。Ｃｏ含有量が５％超～２５％の場合、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６の組織は亜鉛とコバルトとの金属間化合物であるγ相を多く含む組織である。そのため、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６の硬度が高まる。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６の硬度が高ければ、管用ねじ継手１のねじ締め及びねじ戻し時にＺｎ－Ｃｏ合金めっき層６が損傷を受けにくい。そのため、管用ねじ継手１の耐焼付き性が高まる。

　Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６におけるＣｏ含有量の下限は、より好ましくは１０質量％であり、さらに好ましくは１２質量％である。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６におけるＣｏ含有量の上限は、より好ましくは２０質量％であり、さらに好ましくは１８質量％である。

　Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６におけるＣｏ含有量は次の方法で測定する。測定は、エネルギー分散形Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）付き走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（ＥＤＳ：アメテック株式会社製Ｐｅｇａｓｕｓ、ＳＥＭ：株式会社エリオニクス製ＥＲＡ－８９００ＦＥ）を用いて行う。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６表面の任意の３箇所を走査型電子顕微鏡にて観察し、組成分析する。測定倍率：１０００倍、加速電圧：１５ｋＶ、照射電流：最大１ｎＡの電子ビームを照射し、Ｃｏ－ｋα線の強度を測定し、Ｃｏの含有量（質量％）を算出する。３箇所の平均値を採用し、Ｃｏ含有量とする。

　Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６の厚さは、１．０～２０．０μｍであることが好ましい。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６の厚さが１．０μｍ以上であれば、管用ねじ継手１の耐焼付き性を安定して高めることができる。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６の厚さが２０．０μｍ以下であれば、めっきの密着性が安定する。したがって、合金めっき層の厚さは１．０～２０．０μｍであることが好ましい。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６の厚さの下限は、より好ましくは５．０μｍであり、さらに好ましくは８．０μｍである。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６の厚さの上限は、より好ましくは１５．０μｍであり、さらに好ましくは１２．０μｍである。

　Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６の厚さは次の方法で測定する。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６を形成した管用ねじ継手１を、管用ねじ継手１の長手方向に対して直角に切断し、切断片を得る。切断面が観察面となるように切断片を樹脂に埋め込む。観察面を研磨し、観察試料を作製する。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によりＺｎ－Ｃｏ合金めっき層６の断面観察をして、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６の厚さを測定する。

　［固体潤滑被膜７］
　図８は、固体潤滑被膜７を備える場合の管用ねじ継手１の断面図である。図８を参照して、好ましくは、管用ねじ継手１はさらに、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６上に固体潤滑被膜７を備える。この場合、管用ねじ継手１の潤滑性が高まる。固体潤滑被膜７は周知のものを使用できる。固体潤滑被膜７はたとえば、潤滑性粒子及び結合剤を含む。固体潤滑被膜７は、必要に応じて、溶媒及び他の成分を含有してもよい。

　潤滑性粒子は、固体潤滑被膜７の表面の摩擦係数を低下させる。潤滑性粒子は、潤滑性を有する粒子であれば特に限定されない。潤滑性粒子はたとえば、黒鉛、ＭｏＳ_２（二硫化モリブデン）、ＷＳ_２（二硫化タングステン）、ＢＮ（窒化ホウ素）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＣＦ_ｘ（フッ化黒鉛）及びＣａＣＯ_３（炭酸カルシウム）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、潤滑性粒子は黒鉛、フッ化黒鉛、ＭｏＳ_２及びＰＴＦＥからなる群から選択される１種又は２種以上である。潤滑性粒子の含有量はたとえば、溶媒以外の成分の合計を１００質量％とした場合に１～５０質量％であり、好ましくは５～３０質量％である。

　結合剤は、潤滑性粒子を固体潤滑被膜７中に結合させる。結合剤はたとえば、有機系樹脂及び無機系樹脂からなる群から選択される１種又は２種である。有機系樹脂を用いる場合は、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、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、ポリチタノキサン（Ｔｉ－Ｏ）及びポリシロキサン（Ｓｉ－Ｏ）が用いられる。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。結合剤の含有量はたとえば、溶媒以外の成分の合計を１００質量％とした場合に１０～８０質量％であり、好ましくは２０～７０質量％である。

　潤滑性粒子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７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、有機溶媒及び水からなる群から選択される１種又は２種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からなる群から選択される１種又は２種である。

　固体潤滑被膜７は、必要に応じて、他の成分を含有できる。他の成分はたとえば、防錆剤、腐食抑制剤、界面活性剤、ワックス、摩擦調整剤及び顔料等である。他の成分の含有量はたとえば、溶媒以外の成分の合計を１００質量％とした場合に合計で３～４５質量％であり、好ましくは１０～４０質量％である。潤滑性粒子、結合剤、溶媒及びその他の成分のそれぞれの含有量は、適宜設定される。

　［管用ねじ継手１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。合金鋼はたとえば、Ｎｉ基合金及びＣｒ、Ｎｉ及びＭｏ等の合金元素を含んだ二相ステンレス鋼である。

　［製造方法］
　本実施形態による管用ねじ継手１の製造方法は、浸漬工程と、通電工程とを備える。

　［浸漬工程］
　浸漬工程では、初めにピン４、ボックス５及びめっき液を準備する。ピン４は上述のとおりピン側ねじ部４１を含むピン側接触表面４０を有する。ボックス５は、ボックス側ねじ部５１を含むボックス側接触表面５０を有する。めっき液は、亜鉛イオン及びコバルトイオンを含有する。めっき液はさらに、溶媒を含有する。溶媒は水であることが好ましい。亜鉛イオン及びアニオンの塩（たとえば硫酸亜鉛）を溶媒に溶かすことによって、めっき液中に亜鉛イオンを含有させる。同様に、コバルトイオン及びアニオンの塩（たとえば硫酸コバルト）を溶媒に溶かすことによって、めっき液中にコバルトイオンを含有させる。アニオンはたとえば、硫酸イオン、塩化物イオン及びピロリン酸イオンからなる群から選択される１種又は２種以上である。

　めっき液中における亜鉛イオンの含有量の下限は亜鉛換算で、好ましくは１０ｇ／Ｌ、より好ましくは２０ｇ／Ｌである。めっき液中における亜鉛イオンの含有量の上限は亜鉛換算で、好ましくは５５ｇ／Ｌ、より好ましくは３０ｇ／Ｌである。めっき液中におけるコバルトイオンの含有量の下限はコバルト換算で、好ましくは１０ｇ／Ｌ、より好ましくは３０ｇ／Ｌである。めっき液中におけるコバルトイオンの含有量の上限はコバルト換算で、好ましくは５０ｇ／Ｌ、より好ましくは４５ｇ／Ｌである。

　めっき液は必要に応じて、電導度塩、アノード溶解促進剤、錯化剤、ｐＨ緩衝剤、界面活性剤、還元剤、安定剤及びその他の添加剤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。

　続いて、上述のとおり準備しためっき液にピン側接触表面４０及びボックス側接触表面５０の少なくとも一方を浸漬する。

　［通電工程］
　通電工程では、上記めっき液に浸漬したピン側接触表面４０及びボックス側接触表面５０の少なくとも一方に通電する。これによりピン側接触表面４０及びボックス側接触表面５０の少なくとも一方の上にＺｎ－Ｃｏ合金めっき層６を形成する。つまり、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６は、電気めっきにより形成される。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、めっき液ｐＨ：１～１０、めっき液温度：１０～６０℃、電流密度：１～１００Ａ／ｄｍ^２、及び、処理時間：０．１～３０分である。

　［固体潤滑被膜形成工程］
　好ましくは、上記製造方法は、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６上に固体潤滑被膜７を形成する工程（固体潤滑被膜形成工程）を備える。固体潤滑被膜形成工程では、はじめに、固体潤滑被膜用組成物（以下、組成物とも称する。）を準備する。組成物は、上述の潤滑性粒子及び結合剤を混合することで形成される。組成物はさらに、上述の溶媒及び他の成分を含有してもよい。

　得られた組成物をＺｎ－Ｃｏ合金めっき層６上に塗布する。塗布の方法は特に限定されない。たとえば、スプレーガンを用いて、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６上に組成物を噴霧する。組成物が塗布されたピン４又はボックス５を、加熱乾燥させる。これにより、組成物が硬化し、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６上に固体潤滑被膜７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。溶媒を用いない組成物に対しては、ホットメルト法を用いることができる。ホットメルト法では、組成物を加熱して流動状態にする。流動状態になった組成物をたとえば、温度保持機能を有するスプレーガンを用いて噴霧する。組成物を塗布したピン４又はボックス５を、空冷等により冷却する。これにより、組成物が硬化し、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６上に固体潤滑被膜７が形成される。

　［その他の工程］
　上記製造工程はさらに、必要に応じて、浸漬工程の前に前処理工程を備えてもよい。前処理工程はたとえば、酸洗及びアルカリ脱脂である。前処理工程では、接触表面４０及び５０上に付着した油分等を除去する。前処理工程はさらに、機械研削仕上げ等の研削加工を備えてもよい。

　上記製造工程はさらに、必要に応じて、燐酸塩被膜形成工程を備えてもよい。燐酸塩被膜形成工程では、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層６と固体潤滑被膜７との間に燐酸塩被膜を形成する。燐酸塩被膜により、固体潤滑被膜７の密着性を高めることができる。燐酸塩はたとえば、燐酸亜鉛及び燐酸マンガンからなる群から選択される１種又は２種である。燐酸塩被膜形成工程は、周知の方法で実施できる。

　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。

　基材には、高合金鋼の１種であるＣｒ１３％鋼（Ｃ：０．１８％、Ｓｉ：０．２３％、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）を用いた。このＣｒ１３％鋼を用いて、継目無鋼管及びカップリングを製造した。継目無鋼管のサイズは外径２４４．５ｍｍ、肉厚１３．８４ｍｍ、長さ１２００ｍｍであった。継目無鋼管の両端の外面には、切削加工によってピン側ねじ部及びねじ無し金属接触部（ピン側金属シール部及びピン側ショルダー部）を有するピンを形成した。カップリングの両端の内面には、切削加工によってボックス側ねじ部及びねじ無し金属接触部（ボックス側金属シール部及びボックス側ショルダー部）を有するボックスを形成した。

　［浸漬工程］
　亜鉛イオン及びコバルトイオンを含有するめっき液を準備した。めっき液は、市販特級の硫酸亜鉛七水和物、硫酸コバルト七水和物、塩化アンモニウム：０．５ｍｏｌ／Ｌ及びホウ酸：０．５ｍｏｌ／Ｌを純水に溶かして作製した。亜鉛イオン濃度とコバルトイオン濃度とが合計で１．０ｍｏｌ／Ｌとなるように調整し、各イオン濃度を変化させて数種類のめっき液を建浴した。続いて各試験番号のめっき液にカップリングを浸漬した。

　［通電工程］
　試験番号１～試験番号６のボックス表面にＺｎ－Ｃｏ合金めっき層を形成した。具体的には、上記めっき液に浸漬した各試験番号のカップリングに通電することでＺｎ、Ｃｏ及び不純物からなるＺｎ－Ｃｏ合金めっき層を形成した。めっき条件は、めっき液ｐＨ：３．５、めっき液温度：３５℃、電流密度：２～２０Ａ／ｄｍ^２（定電流電解法）であった。

　試験番号７のボックス表面には、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層を形成した。具体的には、銅イオン、錫イオン及び亜鉛イオンを含有するシアン浴を用いて、電気めっきによりボックス表面にＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層を形成した。Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層は、Ｚｎ：約７％、Ｓｎ：約４０％、Ｃｕ：約５３％を含有した。

　［固体潤滑被膜形成工程］
　各試験番号のボックス表面にさらに固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜形成用の組成物は、ポリアミドイミド樹脂：１２質量％、ジメチルスルホキシド：４５質量％、ＰＴＦＥ粒子：５質量％、純水：残部を含有した。この組成物を合金めっき層上にスプレー塗布した後、予備乾燥（８５℃、１０分）及び本加熱（２８０℃、３０分）し、平均膜厚３０μｍの固体潤滑被膜を形成した。

　ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）を施した後、固体防食被膜を形成した。固体防食被膜形成用の組成物は、アクリル樹脂系紫外線硬化型樹脂、亜燐酸アルミニウム及びポリエチレンワックスを含有した。亜燐酸アルミニウム及びポリエチレンワックスの含有量は、アクリル樹脂系紫外線硬化型樹脂１に対して、それぞれ０．０５及び０．０１であった。この組成物をピン表面に塗布した後、組成物にＵＶランプ（空冷水銀ランプ、出力４ｋＷ、紫外線波長：２６０ｎｍ）で紫外線を照射して硬化させた。固体防食被膜の厚さは２５μｍであった。

　［Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層中のＣｏ含有量測定試験］
　試験番号１～試験番号６のＺｎ－Ｃｏ合金めっき層中のＣｏ含有量を上述の方法により測定した。結果を表１に示す。

　［Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層の膜厚測定試験］
　各試験番号のＺｎ－Ｃｏ合金めっき層の膜厚を上述の方法により測定した。結果を表１に示す。

　［耐焼付き性評価試験］
　各試験番号のピン及びボックスに対して耐焼付き性を評価した。具体的には、各試験番号のピン及びボックスを有する継目無鋼管及びカップリングを用いて、常温でねじ締め及びねじ戻しを繰り返した。ねじ締め及びねじ戻しは最大１０回繰り返された。ねじ締めの締付けトルクは４９３５１．８Ｎ・ｍ（３６４００ｆｔ・ｌｂｓ）であった。ねじ締め及びねじ戻しを１回行うごとに、ピン表面を目視観察した。目視観察により焼付きが発生した回数を測定した。結果を表１に示す。表１中、「＞１０」とあるのは、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しなかったことを示す。

　［評価結果］
　表１を参照して、試験番号１～試験番号４の管用ねじ継手は、ピン側接触表面及びボックス側接触表面の少なくとも一方の上にＺｎ、５質量％超～２５質量％のＣｏ及び不純物からなるＺｎ－Ｃｏ合金めっき層を備えた。そのため、従来のＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層（試験番号７）と比較して、優れた耐焼付き性を示した。具体的には、試験番号１～試験番号４の管用ねじ継手は、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しなかった。

　一方、試験番号５では、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層中のＣｏ含有量が５質量％であり、低すぎた。そのため、ねじ締め及びねじ戻しを７回繰り返すと焼付きが発生した。

　試験番号６では、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層中のＣｏ含有量が２８質量％であり、高すぎた。そのため、ねじ締め及びねじ戻しを７回繰り返すと焼付きが発生した。

　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
　２　　　　　鋼管
　３　　　　　カップリング
　４　　　　　ピン
　５　　　　　ボックス
　６　　　　　Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層
　７　　　　　固体潤滑被膜
　４０　　　　ピン側接触表面
　４１　　　　ピン側ねじ部
　４２　　　　ピン側金属シール部
　４３　　　　ピン側ショルダー部
　５０　　　　ボックス側接触表面
　５１　　　　ボックス側ねじ部
　５２　　　　ボックス側金属シール部
　５３　　　　ボックス側ショルダー部

Claims

　管用ねじ継手であって、
　ピン側ねじ部を含むピン側接触表面を有するピンと、
　ボックス側ねじ部を含むボックス側接触表面を有するボックスと、
　前記ピン側接触表面及び前記ボックス側接触表面の少なくとも一方の上に、Ｚｎ、５質量％超～２５質量％のＣｏ及び不純物からなるＺｎ－Ｃｏ合金めっき層とを備える、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－Ｃｏ合金めっき層の厚さは１．０～２０．０μｍ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さらに、
　前記Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層上に固体潤滑被膜を備える、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、
　前記ピン側接触表面はさらに、ピン側金属シール部及びピン側ショルダー部を含み、
　前記ボックス側接触表面はさらに、ボックス側金属シール部及びボックス側ショルダー部を含む、管用ねじ継手。
　管用ねじ継手の製造方法であって、
　ピン側ねじ部を含むピン側接触表面及びボックス側ねじ部を含むボックス側接触表面の少なくとも一方を、亜鉛イオン及びコバルトイオンを含有するめっき液に浸漬する工程と、
　前記めっき液に浸漬した前記ピン側接触表面及び前記ボックス側接触表面の少なくとも一方に通電することにより、前記ピン側接触表面及び前記ボックス側接触表面の少なくとも一方の上にＺｎ、５質量％超～２５質量％のＣｏ及び不純物からなるＺｎ－Ｃｏ合金めっき層を形成する工程とを備える、管用ねじ継手の製造方法。
　請求項５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－Ｃｏ合金めっき層上に、固体潤滑被膜を形成する工程を備える、管用ねじ継手の製造方法。
　請求項５又は請求項６に記載の管用ねじ継手の製造方法であって、
　前記ピン側接触表面はさらに、ピン側金属シール部及びピン側ショルダー部を含み、
　前記ボックス側接触表面はさらに、ボックス側金属シール部及びボックス側ショルダー部を含む、管用ねじ継手の製造方法。