WO2020166500A1 - 管用ねじ継手 - Google Patents

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WO2020166500A1
WO2020166500A1 PCT/JP2020/004770 JP2020004770W WO2020166500A1 WO 2020166500 A1 WO2020166500 A1 WO 2020166500A1 JP 2020004770 W JP2020004770 W JP 2020004770W WO 2020166500 A1 WO2020166500 A1 WO 2020166500A1
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plating layer
box
pin
shoulder
friction coefficient
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PCT/JP2020/004770
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English (en)
French (fr)
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石井　一也
後藤　邦夫
正明 杉野
洋介 奥
Original Assignee
日本製鉄株式会社
バローレック・オイル・アンド・ガス・フランス
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Priority to JP2020572215A priority patent/JP7301891B2/ja
Priority to US17/427,256 priority patent/US11933431B2/en
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    • F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
    • F16L15/08—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with supplementary elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
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    • C25D3/565—Electroplating: Baths therefor from solutions of alloys containing more than 50% by weight of zinc

Definitions

  • the present disclosure relates to a threaded joint for pipes.
  • Oil well pipes are used for mining oil fields and natural gas fields.
  • the oil well pipe is formed by connecting a plurality of steel pipes according to the depth of the well. Connection of steel pipes is performed by screwing together threaded joints for pipes formed at the ends of the steel pipes.
  • the oil country tubular good is pulled up for inspection or the like, screwed back, inspected, screwed again, and used again.
  • the pipe threaded joint is equipped with a pin and a box.
  • the pin includes a male screw portion and an unthreaded metal contact portion formed on the outer peripheral surface of the end portion of the steel pipe.
  • the box includes an internally threaded portion and an unthreaded metal contact portion formed on the inner peripheral surface of the end of the steel pipe.
  • Each unthreaded metal contact includes a metal seal and a shoulder.
  • compound grease containing heavy metals has been used to improve seizure resistance.
  • the seizure resistance of the threaded joint for pipes can be improved.
  • heavy metals such as Pb contained in the compound grease may affect the environment. Therefore, it is desired to develop a threaded joint for pipes that does not use compound grease.
  • Patent Document 1 A technique for improving seizure resistance of a threaded joint for pipes by plating instead of compound grease has been proposed in International Publication No. 2016/170031 (Patent Document 1).
  • the threaded joint for pipes disclosed in Patent Document 1 has a threaded portion extending on the outer or inner peripheral surface thereof, a first seal surface on the peripheral surface, and a second seal surface capable of forming metal-metal interference with the first seal surface. Including a sealing surface.
  • the threaded portion and the first sealing surface of this threaded joint for pipes are covered with a metal-corrosion-seizure-resistant layer whose main component is zinc.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 63-130986
  • the pipe threaded joint disclosed in Patent Document 2 is a taper thread and includes a male thread and a female thread. Partial surface treatment such as metal plating or thermal spraying with a thickness of 30 to 200 ⁇ m for maintaining airtightness, phosphate film formation, etc. on the thread surface of the 1.0 to 2.0 pitch part of the male or female thread of this threaded joint for pipes It has been processed.
  • tightening torque the torque at the completion of screw tightening
  • Screw tightening work for pipe threaded joints is performed on marine plants and oil rigs. In an actual site where screw tightening is performed, it is preferable that the screw tightening work efficiency is high. If the fastening torque varies greatly for each threaded joint for pipes, the torque of the device to be screwed needs to be finely adjusted each time, and the work efficiency decreases. Therefore, there is a demand for a pipe threaded joint that can be screw-fastened with the same fastening torque as the conventional one, and that can be screwed even with a higher fastening torque than the conventional one.
  • the threaded joint for pipes be easy to adjust the tightening torque. Specifically, as the pipe threaded joint having the shoulder portion is screwed, the shoulder portions of the pin and the box come into contact with each other. The torque generated at this time is called shouldering torque. When tightening the threaded joint for pipes, after reaching the shouldering torque, further tightening is performed until the tightening is completed. This increases the airtightness of the threaded joint for pipes. If the screws are tightened excessively, the metal forming at least one of the pin and the box starts to undergo plastic deformation. The torque at this time is called yield torque.
  • the fastening torque can be adjusted easily. Therefore, it is preferable that the delta torque of the pipe threaded joint is large.
  • Patent Document 1 or Patent Document 2 With the technology disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2, it is possible to enhance the seizure resistance and airtightness of the threaded joint for pipes.
  • Patent Document 1 or Patent Document 2 make no mention of increasing the delta torque or tightening the screw with a higher tightening torque than in the past.
  • An object of the present disclosure is to provide a pipe threaded joint that has a large delta torque and that can be screwed with both a fastening torque equivalent to the conventional one and a fastening torque higher than the conventional one.
  • the pipe threaded joint includes a pin and a box.
  • the pin includes a pin side threaded portion, a pin side metal seal portion, and a pin side shoulder portion.
  • the box includes a box side screw part, a box side metal seal part, and a box side shoulder part.
  • the pipe threaded joint further includes a shoulder portion plating layer and a non-shoulder portion plating layer.
  • the shoulder portion plating layer is arranged on the pin side shoulder portion and/or the box side shoulder portion.
  • the shoulder plating layer includes one layer or a plurality of layers. The outermost layer of the shoulder plating layer is a high friction coefficient plating layer.
  • the non-shoulder part plating layer is arranged on at least a part of the pin side screw part, the pin side metal seal part, the box side screw part and the box side metal seal part.
  • the non-shoulder part plating layer includes one layer or a plurality of layers.
  • the non-shoulder part plating layer is a low friction coefficient plating layer whose outermost layer has a lower friction coefficient than the high friction coefficient plating layer.
  • the pipe threaded joint according to the present disclosure has a large delta torque and can be screwed with both a fastening torque equivalent to the conventional one and a fastening torque higher than the conventional one.
  • FIG. 1 is a diagram (torque chart) showing the relationship between the rotational speed and the torque of a steel pipe when a pipe threaded joint having a shoulder portion is screwed.
  • FIG. 2 is a torque chart when both the shouldering torque and the yield torque are high.
  • FIG. 3 is a torque chart when both the shouldering torque and the yield torque are low.
  • FIG. 4 is a torque chart when the shouldering torque is low and the yield torque is high.
  • FIG. 5 is a view showing the configuration of the coupling type threaded joint for pipes according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the pipe threaded joint at the initial stage of screw tightening.
  • FIG. 7 is a sectional view of the pipe threaded joint after shouldering.
  • FIG. 1 is a diagram (torque chart) showing the relationship between the rotational speed and the torque of a steel pipe when a pipe threaded joint having a shoulder portion is screwed.
  • FIG. 2 is
  • FIG. 8 is a figure which shows the structure of the integral type threaded joint for pipes by this embodiment.
  • FIG. 9 is a sectional view of a threaded joint for pipes.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the pipe threaded joint according to the present embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a threaded joint for pipes according to another embodiment, which is different from FIG. 10.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a threaded joint for pipes according to another embodiment, which is different from FIGS. 10 and 11.
  • FIG. 13 is a sectional view of a threaded joint for pipes according to another embodiment, which is different from FIGS. 10 to 12.
  • FIG. 14 is an enlarged view of the shoulder plating layer according to this embodiment.
  • FIG. 14 is an enlarged view of the shoulder plating layer according to this embodiment.
  • FIG. 15 is an enlarged view of a shoulder portion plating layer according to another embodiment different from FIG.
  • FIG. 16 is an enlarged view of a shoulder portion plating layer according to another embodiment, which is different from FIGS. 14 and 15.
  • FIG. 17 is an enlarged view of the non-shoulder part plating layer according to the present embodiment.
  • FIG. 18 is an enlarged view of a non-shoulder part plating layer according to another embodiment different from FIG.
  • FIG. 19 is an enlarged view of a non-shoulder part plating layer according to another embodiment different from FIGS. 17 and 18.
  • the present inventors conducted various studies on the relationship between the plating layer on the surface of the threaded joint for pipes and the fastening torque and delta torque. As a result, the inventors have obtained the following findings.
  • FIG. 1 is a diagram (torque chart) showing the relationship between the rotational speed and the torque of a steel pipe when a pipe threaded joint having a shoulder portion is screwed.
  • a diagram showing the relationship between the rotational speed of the steel pipe and the torque is hereinafter referred to as a torque chart.
  • the screw is tightened further after reaching the tightening torque To, the torque becomes too high. If the torque becomes too high, some of the pin and box will plastically deform.
  • the torque at this time is called yield torque Ty. If the delta torque ⁇ T defined by the difference between the shouldering torque Ts and the yield torque Ty is large, the fastening torque To can be easily adjusted. Therefore, it is preferable that the delta torque ⁇ T is large.
  • the shouldering torque Ts and the yield torque Ty could be adjusted by changing the friction coefficient of the surface of the pin and the box.
  • the shouldering torque Ts and the yield torque Ty generally have the same behavior even if the surfaces of the pin and the box are simply changed so as to increase or decrease the friction coefficient.
  • FIG. 2 is a torque chart when both the shouldering torque Ts and the yield torque Ty are high.
  • a conventional torque chart is shown by a broken line.
  • the shouldering torque Ts increases, but the shouldering torque Ts also increases (referred to as high shouldering).
  • the shoulder portions may not come into contact with each other even when the conventional fastening torque To is reached, and tightening may not be completed (referred to as no shouldering).
  • FIG. 3 is a torque chart when both the shouldering torque Ts and the yield torque Ty are low.
  • a conventional torque chart is shown by a broken line.
  • the shouldering torque Ts decreases, but the yield torque Ty also decreases.
  • the yield torque Ty is reached before the predetermined fastening torque To is reached, and the shoulder portion or the metal seal portion yields. In this case, sufficient fastening torque To cannot be obtained.
  • FIG. 4 is a torque chart when the shouldering torque Ts is low and the yield torque Ty is high.
  • a conventional torque chart is shown by a broken line. Referring to FIG. 4, in the torque chart in which the yield torque Ty is increased while keeping the shouldering torque Ts low, the delta torque ⁇ T becomes larger than the conventional delta torque ⁇ T′.
  • the screw joint for pipes can be screwed without yielding.
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a coupling type threaded joint for pipes according to the present embodiment.
  • the pipe threaded joint includes a steel pipe 1 and a coupling 2.
  • pins 3 having male threads on the outer surface are formed.
  • a box 4 having an internal thread portion on the inner surface is formed.
  • the coupling 2 is attached to the end of the steel pipe 1 by screwing the pin 3 and the box 4 together.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the pipe threaded joint at the initial stage of screw tightening.
  • the pin 3 includes a pin side shoulder portion 33, a pin side metal seal portion 32, and a pin side screw portion 31.
  • the box 4 includes a box-side shoulder portion 43, a box-side metal seal portion 42, and a box-side screw portion 41.
  • the pin side screw part 31 and the box side screw part 41 contact and slide.
  • the pin-side metal seal portion 32 and the box-side metal seal portion 42 come into contact and slide next.
  • the pin side shoulder part 33 and the box side shoulder part 43 contact.
  • the torque at this time is the shouldering torque Ts.
  • the pin side screw portion 31 and the box side screw portion 41, and the pin side metal seal portion 32 and the box side metal seal portion 42 come into contact with each other. It is sliding. That is, it is considered that the portion that greatly affects the shouldering torque Ts is a portion other than the pin side shoulder portion 33 and the box side shoulder portion 43. That is, it is considered that the pin-side screw portion 31, the box-side screw portion 41, the pin-side metal seal portion 32, and the box-side metal seal portion 42 have a great influence on the shouldering torque Ts.
  • FIG. 7 is a sectional view of the pipe threaded joint after shouldering.
  • the pin-side shoulder portion 33 and the box-side shoulder portion 43 frictionally slide while receiving a strong force in the axial direction of the steel pipe 1. Move. Therefore, the pressure received by the pin-side shoulder portion 33 and the box-side shoulder portion 43 is lower than the pressure received by the pin-side screw portion 31, the box-side screw portion 41, the pin-side metal seal portion 32, and the box-side metal seal portion 42.
  • a plating layer having a low friction coefficient is formed on at least a part of the pin-side screw portion 31, the box-side screw portion 41, the pin-side metal seal portion 32, and the box-side metal seal portion 42, which greatly influence the shouldering torque Ts
  • a plating layer having a high friction coefficient is formed on the pin-side shoulder portion 33 and/or the box-side shoulder portion 43, which greatly affects the yield torque Ty. According to this configuration, the yield torque Ty can be increased while keeping the shouldering torque Ts low. As a result, a pipe threaded joint having a large delta torque ⁇ T and capable of being screwed with both the fastening torque To equivalent to the conventional one and the fastening torque Toh higher than the conventional one is obtained.
  • the pipe threaded joint of the present embodiment completed based on the above findings includes a pin and a box.
  • the pin includes a pin side threaded portion, a pin side metal seal portion, and a pin side shoulder portion.
  • the box includes a box side screw part, a box side metal seal part, and a box side shoulder part.
  • the pipe threaded joint further includes a shoulder portion plating layer and a non-shoulder portion plating layer.
  • the shoulder portion plating layer is arranged on the pin side shoulder portion and/or the box side shoulder portion.
  • the shoulder plating layer includes one layer or a plurality of layers.
  • the outermost layer of the shoulder plating layer is a high friction coefficient plating layer.
  • the non-shoulder part plating layer is arranged on at least a part of the pin side screw part, the pin side metal seal part, the box side screw part and the box side metal seal part.
  • the non-shoulder part plating layer includes one layer or a plurality of layers.
  • the non-shoulder part plating layer is a low friction coefficient plating layer whose outermost layer has a lower friction coefficient than the high friction coefficient plating layer.
  • the pipe threaded joint according to the present embodiment has a large delta torque and can be screwed with both a fastening torque equivalent to the conventional one and a fastening torque higher than the conventional one.
  • the above-mentioned shoulder portion plating layer may be arranged on the pin side shoulder portion, and the above non-shoulder portion plating layer may be arranged on the pin side screw portion and the pin side metal seal portion.
  • the shoulder plating layer may be arranged on the box-side shoulder portion, and the non-shoulder plating layer may be arranged on the box-side screw portion and the box-side metal seal portion.
  • the thickness of the shoulder plating layer may be 1 to 50 ⁇ m, and the thickness of the non-shoulder plating layer may be 1 to 50 ⁇ m.
  • the pipe threaded joint may further be provided with a lubricating coating.
  • the lubricating coating is liquid or semi-solid, and at least part of the pin side screw part, the pin side metal seal part, the pin side shoulder part, the box side screw part, the box side metal seal part and the box side shoulder part. It is arranged as the outermost layer on the top.
  • the threaded joint for pipes has a lubricating coating as the outermost layer, the lubricity of the threaded joint for pipes will increase.
  • the high friction coefficient plating layer may be selected from the group consisting of a Ni-P alloy plating layer, a Zn-Ni alloy plating layer, a Cu plating layer, a Cr plating layer and a Cu-Sn-Zn alloy plating layer, and has a low friction coefficient.
  • the plating layer may be selected from the group consisting of a Zn-Ni alloy plating layer, a Cu plating layer, a Cr plating layer, a Cu-Sn-Zn alloy plating layer and a Zn plating layer.
  • composition of each plating layer is the above composition, the effect of increasing the yield torque can be more stably obtained while keeping the shouldering torque low.
  • the high friction coefficient plating layer may be selected from the group consisting of a Ni-P alloy plating layer and a Zn-Ni alloy plating layer
  • the low friction coefficient plating layer may be a Cu plating layer, a Cr plating layer, a Cu-Sn-Zn layer. It may be selected from the group consisting of an alloy plating layer and a Zn plating layer.
  • composition of each plating layer is the above composition, the effect of increasing the yield torque can be more stably obtained while keeping the shouldering torque low.
  • the threaded joint for pipes according to the present embodiment includes a pin and a box.
  • FIG. 5 is a figure which shows the structure of the coupling type threaded joint for pipes by this embodiment.
  • the coupling type threaded joint for pipes includes a steel pipe 1 and a coupling 2. At both ends of the steel pipe 1, pins 3 having male threads on the outer surface are formed. At both ends of the coupling 2, a box 4 having an internal thread portion on the inner surface is formed.
  • the coupling 2 is attached to the end of the steel pipe 1 by screwing the pin 3 and the box 4 together.
  • a protector may be attached to the pin 3 of the steel pipe 1 and the box 4 of the coupling 2 to which the mating members are not attached, in order to protect the respective screw portions.
  • FIG. 8 is a figure which shows the structure of the integral type threaded joint for pipes by this embodiment.
  • the integral pipe threaded joint includes a steel pipe 1.
  • a pin 3 having a male screw portion on the outer surface is formed at one end of the steel pipe 1.
  • a box 4 having an internal thread portion on its inner surface is formed at the other end of the steel pipe 1.
  • a plurality of steel pipes 1 can be connected to each other by screwing the pin 3 and the box 4 together.
  • the pipe threaded joint of the present embodiment can be used for both the coupling type and integral type threaded pipe joints.
  • FIG. 9 is a sectional view of a pipe threaded joint.
  • the pin 3 includes a pin side screw portion 31, a pin side metal seal portion 32, and a pin side shoulder portion 33.
  • the box 4 includes a box-side screw portion 41, a box-side metal seal portion 42, and a box-side shoulder portion 43.
  • the pin side shoulder portion 33, the pin side metal seal portion 32, and the pin side screw portion 31 are arranged in this order from the end of the steel pipe 1.
  • the box side screw portion 41, the box side metal seal portion 42, and the box side shoulder portion 43 are arranged in this order from the end of the steel pipe 1 or the coupling 2.
  • the arrangement of the pin side screw part 31 and the box side screw part 41, the pin side metal seal part 32 and the box side metal seal part 42, and the pin side shoulder part 33 and the box side shoulder part 43 is limited to the arrangement of FIG. 9. Instead, it can be changed as appropriate. For example, as shown in FIG.
  • a pin side metal seal part in the pin 3, from the end of the steel pipe 1, a pin side metal seal part, a pin side thread part, a pin side metal seal part, a pin side shoulder part, a pin side metal seal part and a pin side. You may arrange
  • the box-side metal seal part, the box-side screw part, the box-side metal seal part, the box-side shoulder part, the box-side metal seal part, and the box-side screw part are arranged in this order from the end of the steel pipe 1 or the coupling 2. May be done.
  • FIG. 10 is a sectional view of the pipe threaded joint of the present embodiment.
  • the pipe threaded joint according to the present embodiment further includes a shoulder portion plating layer 5 and a non-shoulder portion plating layer 6.
  • the shoulder portion plating layer 5 is arranged on the pin side shoulder portion 33 and/or the box side shoulder portion 43. Referring to FIG. 10, the shoulder portion plating layer 5 may be arranged on both the pin side shoulder portion 33 and the box side shoulder portion 43.
  • the shoulder plating layer 5 according to the present embodiment may be further arranged only on one of the pin side shoulder portion 33 and the box side shoulder portion 43.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a threaded joint for pipes according to another embodiment, which is different from FIG. 10.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a threaded joint for pipes according to another embodiment, which is different from FIGS. 10 and 11.
  • FIG. 13 is a sectional view of a threaded joint for pipes according to another embodiment, which is different from FIGS. 10 to 12.
  • the shoulder plating layer 5 may be disposed only on the pin side shoulder 33.
  • shoulder plating layer 5 may be further arranged only on box-side shoulder 43.
  • the shoulder plating layer 5 includes one layer or a plurality of layers.
  • FIG. 14 is an enlarged view of the shoulder plating layer 5 of this embodiment.
  • shoulder plating layer 5 may be formed of one layer.
  • the shoulder plating layer 5 is the high friction coefficient plating layer 50.
  • FIG. 15 is an enlarged view of the shoulder plating layer 5 according to another embodiment, which is different from FIG. Referring to FIG. 15, shoulder plating layer 5 may be formed of a plurality of layers. In this case, the shoulder portion plating layer 5 has the high friction coefficient plating layer 50 disposed on the outermost layer thereof.
  • the shoulder plating layer 5 may include an optional plating layer 70 under the high friction coefficient plating layer 50.
  • the optional plating layer 70 may further include a plurality of plating layers stacked.
  • the friction coefficient of the high friction coefficient plating layer 50 is higher than the friction coefficient of the low friction coefficient plating layer 60 described later.
  • the pin side shoulder portion 33 and the box side shoulder portion 43 frictionally slide while receiving high surface pressure at the final stage of screw tightening. Therefore, if the outermost surface layer of the shoulder portion plating layer 5 on the pin side shoulder portion 33 and/or the box side shoulder portion 43 is the high friction coefficient plating layer 50, high torque can be obtained in the final stage of screw tightening. As a result, the yield torque Ty increases.
  • the friction coefficient of the high friction coefficient plating layer 50 is not particularly limited as long as it is higher than the friction coefficient of the low friction coefficient plating layer 60.
  • the lower limit of the friction coefficient of the high friction coefficient plating layer 50 is 0.10, more preferably 0.11, even more preferably 0.12, and even more preferably 0.13.
  • the upper limit of the friction coefficient of the high friction coefficient plating layer 50 is 0.40, more preferably 0.30, and further preferably 0.20.
  • the friction coefficient of the high friction coefficient plating layer 50 can be adjusted, for example, by changing the composition of the high friction coefficient plating layer 50.
  • the high friction coefficient plating layer 50 may be a single metal plating layer or an alloy plating layer.
  • the chemical composition of the high friction coefficient plating layer 50 is not particularly limited.
  • the chemical composition of the high friction coefficient plating layer 50 can be appropriately selected from known chemical compositions of the plating layer.
  • the high friction coefficient plating layer 50 is, for example, a Cu plating layer, a Cr plating layer, a Zn plating layer, a Ni plating layer, a Cu—Sn alloy plating layer, a Zn—Co alloy plating layer, a Zn—Ni alloy plating layer, a Ni—P alloy. It may be selected from the group consisting of a plated layer and a Cu-Sn-Zn alloy plated layer.
  • the high friction coefficient plating layer 50 may be selected from the group consisting of a Ni—P alloy plating layer, a Zn—Ni alloy plating layer, a Cu plating layer and a Cr plating layer.
  • the high friction coefficient plating layer 50 may be selected from the group consisting of a Ni—P alloy plating layer and a Zn—Ni alloy plating layer.
  • FIG. 16 is an enlarged view of the shoulder plating layer 5 according to another embodiment, which is different from FIGS. 14 and 15.
  • a lubricating coating 80 may be provided on the shoulder plating layer 5. The lubricating coating 80 will be described later.
  • the non-shoulder part plating layer 6 is disposed on at least a part of the pin side screw part 31, the pin side metal seal part 32, the box side screw part 41, and the box side metal seal part 42.
  • the non-shoulder part plating layer 6 may be arranged on all of the pin side screw part 31, the pin side metal seal part 32, the box side screw part 41 and the box side metal seal part 42. ..
  • the non-shoulder part plating layer 6 may be further arranged in a part of the pin side screw part 31, the pin side metal seal part 32, the box side screw part 41 and the box side metal seal part 42.
  • the non-shoulder part plating layer 6 may be arranged only on the pin side screw part 31 and the pin side metal seal part 32.
  • the non-shoulder part plating layer 6 may be arranged only on the box-side screw part 41 and the box-side metal seal part 42.
  • the non-shoulder part plating layer 6 may be further arranged only on the pin side screw part 31 and the box side screw part 41.
  • the non-shoulder part plating layer 6 may be arranged only on the pin side metal seal part 32 and the box side metal seal part 42.
  • the non-shoulder part plating layer 6 may be disposed on at least a part of the pin side screw part 31, the pin side metal seal part 32, the box side screw part 41, and the box side metal seal part 42.
  • the non-shoulder part plating layer 6 includes one layer or a plurality of layers.
  • FIG. 17 is an enlarged view of the non-shoulder part plating layer 6 of the present embodiment. With reference to FIG. 17, the non-shoulder part plating layer 6 may be formed of one layer. In this case, the non-shoulder part plating layer 6 is the low friction coefficient plating layer 60.
  • FIG. 18 is an enlarged view of the non-shoulder part plating layer 6 according to another embodiment, which is different from FIG. With reference to FIG. 18, the non-shoulder part plating layer 6 may be composed of a plurality of layers. In this case, the low-friction coefficient plating layer 60 is arranged on the outermost surface layer of the non-shoulder portion plating layer 6. As shown in FIG. 18, an optional plating layer 70 may be provided below the low friction coefficient plating layer 60. The optional plating layer 70 may further include a plurality of plating layers stacked.
  • the friction coefficient of the low friction coefficient plating layer 60 according to the present embodiment is lower than the friction coefficient of the high friction coefficient plating layer 50.
  • the pin-side screw portion 31, the pin-side metal seal portion 32, the box-side screw portion 41, and the box-side metal seal portion 42 frictionally slide with each other before shouldering for screw tightening. Therefore, the outermost layer of the non-shoulder part plating layer 6 on at least a part of the pin side screw part 31, the pin side metal seal part 32, the box side screw part 41 and the box side metal seal part 42 is the low friction coefficient plating layer 60. Then, a low torque can be obtained in the initial stage of screw tightening. As a result, the shouldering torque Ts can be suppressed low.
  • the friction coefficient of the low friction coefficient plating layer 60 is not particularly limited as long as it is lower than the friction coefficient of the high friction coefficient plating layer 50.
  • the lower limit of the friction coefficient of the low friction coefficient plating layer 60 is preferably 0.01, more preferably 0.05, still more preferably 0.08, still more preferably 0.10.
  • the upper limit of the friction coefficient of the low friction coefficient plating layer 60 is preferably less than 0.13, more preferably 0.12, and even more preferably 0.11.
  • the friction coefficient of the low friction coefficient plating layer 60 can be adjusted, for example, by changing the composition of the low friction coefficient plating layer 60.
  • the low friction coefficient plating layer 60 may be a single metal plating layer or an alloy plating layer.
  • the chemical composition of the low friction coefficient plating layer 60 is not particularly limited.
  • the chemical composition of the low friction coefficient plating layer 60 can be appropriately selected from known chemical compositions of the plating layer.
  • the low friction coefficient plating layer 60 is, for example, a Cu plating layer, a Cr plating layer, a Zn plating layer, a Ni plating layer, a Cu—Sn alloy plating layer, a Zn—Co alloy plating layer, a Zn—Ni alloy plating layer, a Ni—P alloy. It may be selected from the group consisting of a plated layer and a Cu-Sn-Zn alloy plated layer.
  • the low friction coefficient plating layer 60 may be selected from the group consisting of a Zn—Ni alloy plating layer, a Cu plating layer, a Cr plating layer and a Zn plating layer.
  • the low friction coefficient plating layer 60 may be selected from the group consisting of a Cu plating layer, a Cr plating layer and a Zn plating layer.
  • the low friction coefficient plating layer 60 is arranged on the outermost surface layer of the non-shoulder part plating layer 6.
  • the low friction coefficient plating layer 60 may not be disposed on the outermost surface layer of the pin side screw part 31, the pin side metal seal part 32, the box side screw part 41 or the box side metal seal part 42.
  • FIG. 19 is an enlarged view of the non-shoulder part plating layer 6 according to another embodiment, which is different from FIGS. 17 and 18.
  • a lubricating coating 80 may be provided on the non-shoulder part plating layer 6. The lubricating coating 80 will be described later.
  • the friction coefficients of the high friction coefficient plating layer 50 and the low friction coefficient plating layer 60 can be measured by the following method.
  • a sample on which the high friction coefficient plating layer 50 or the low friction coefficient plating layer 60 is formed is prepared.
  • a Bowden sliding test is performed on the high friction coefficient plating layer 50 or the low friction coefficient plating layer 60. The Bowden sliding test is conducted under the following conditions.
  • the optional plating layer 70 may or may not be formed.
  • the optional plating layer 70 may be a single layer or a plurality of layers.
  • the optional plating layer 70 may be a single metal plating layer or an alloy plating layer. That is, in this embodiment, the chemical composition of the optional plating layer 70 is not particularly limited.
  • the chemical composition of the optional plating layer 70 can be appropriately selected from known chemical compositions of the plating layer.
  • the optional plating layer 70 is, for example, a Cu plating layer, a Cr plating layer, a Zn plating layer, a Ni plating layer, a Cu—Sn alloy plating layer, a Zn—Co alloy plating layer, a Zn—Ni alloy plating layer, a Ni—P alloy plating layer. And a Cu—Sn—Zn alloy plating layer.
  • the configuration of the optional plating layer 70 may be the same on the pin 3 side and the box 4 side, or may be different.
  • the configuration of the optional plating layer 70 may be the same under the high friction coefficient plating layer 50 and under the low friction coefficient plating layer 60, or may be different.
  • the chemical composition of the optional plating layer 70 may be the same or different on the pin 3 side and the box 4 side.
  • the chemical composition of the optional plating layer 70 may be the same under the high friction coefficient plating layer 50 and under the low friction coefficient plating layer 60, or may be different.
  • the arrangement of the shoulder plating layer 5 and the non-shoulder plating layer 6 is not limited to that shown in FIG.
  • the shoulder portion plating layer 5 is arranged on the pin side shoulder portion 33
  • the non-shoulder portion plating layer 6 is arranged on the pin side screw portion 31 and the pin side metal seal portion 32. May be.
  • nothing may be placed on the box-side shoulder portion 43, the box-side metal seal portion 42, and the box-side threaded portion 41, and a lubricating coating 80 described below may be placed, such as a phosphate coating.
  • the chemical conversion treatment coating of may be arranged.
  • the shoulder portion plating layer 5 is arranged on the box side shoulder portion 43, and the non-shoulder portion plating layer 6 is arranged on the box side screw portion 41 and the box side metal seal portion 42. May be. In this case, nothing may be arranged on the pin-side shoulder portion 33, the pin-side metal seal portion 32, and the pin-side screw portion 31, and a lubricating coating 80, which will be described later, may be arranged, such as a phosphate coating. The chemical conversion treatment coating of may be arranged. Further, referring to FIG. 13, the shoulder portion plating layer 5 is arranged on the pin side shoulder portion 33, and the non-shoulder portion plating layer 6 is arranged on the box side screw portion 41 and the box side metal seal portion 42. May be.
  • the thickness of the shoulder plating layer 5 is not particularly limited.
  • the thickness of the shoulder plating layer 5 is 1 to 50 ⁇ m. In this case, the effect of increasing the yield torque Ty can be obtained more stably.
  • the more preferable lower limit of the thickness of the shoulder plating layer 5 is 3 ⁇ m, and more preferably 5 ⁇ m.
  • the more preferable upper limit of the thickness of the shoulder plating layer 5 is 40 ⁇ m, and more preferably 25 ⁇ m.
  • the thickness of the non-shoulder part plating layer 6 is not particularly limited.
  • the thickness of the non-shoulder part plating layer 6 is 1 to 50 ⁇ m. In this case, the effect of maintaining the shouldering torque Ts low can be obtained more stably.
  • a more preferable lower limit of the thickness of the non-shoulder plating layer 6 is 3 ⁇ m, and further preferably 5 ⁇ m.
  • a more preferable upper limit of the thickness of the non-shoulder part plating layer 6 is 40 ⁇ m, and further preferably 25 ⁇ m.
  • compositions of the high friction coefficient plating layer 50 are higher than the friction coefficient of the low friction coefficient plating layer 60, the combination of the compositions is not particularly limited.
  • the combination of compositions of the high friction coefficient plating layer 50 and the low friction coefficient plating layer 60 is as follows, for example.
  • the low friction coefficient plating layer 60 is a Cu plating layer, a Cr plating layer, a Zn plating layer, a Ni plating layer, a Cu—Sn alloy plating layer, a Zn— It may be selected from the group consisting of a Co alloy plating layer, a Zn—Ni alloy plating layer, and a Cu—Sn—Zn alloy plating layer.
  • the low friction coefficient plating layer 60 is a Cu plating layer, a Cr plating layer, a Zn plating layer, a Ni plating layer, a Cu—Sn alloy plating layer, a Zn— It may be selected from the group consisting of a Co alloy plating layer and a Cu—Sn—Zn alloy plating layer.
  • the high friction coefficient plating layer 50 is a Ni plating layer, a Cu—Sn alloy plating layer, a Zn—Co alloy plating layer, a Zn—Ni alloy plating layer, or a Ni—P. It may be selected from the group consisting of an alloy plating layer and a Cu-Sn-Zn alloy plating layer.
  • the high friction coefficient plating layer 50 is a Cu plating layer, a Ni plating layer, a Cu-Sn alloy plating layer, a Zn-Co alloy plating layer, a Zn-Ni alloy plating layer.
  • the low friction coefficient plating layer 60 is a Zn plating layer
  • the high friction coefficient plating layer 50 is a Cr plating layer, a Cu plating layer, a Ni plating layer, a Cu—Sn alloy plating layer, a Zn—Co alloy plating layer, a Zn— It may be selected from the group consisting of a Ni alloy plating layer, a Ni—P alloy plating layer, and a Cu—Sn—Zn alloy plating layer.
  • the high friction coefficient plating layer 50 is selected from the group consisting of a Ni—P alloy plating layer, a Zn—Ni alloy plating layer, a Cu plating layer, a Cr plating layer and a Cu—Sn—Zn alloy plating layer.
  • the low friction coefficient plating layer 60 is selected from the group consisting of a Zn-Ni alloy plating layer, a Cu plating layer, a Cr plating layer, a Cu-Sn-Zn alloy plating layer and a Zn plating layer. That is, the combination of the high friction coefficient plating layer 50 and the low friction coefficient plating layer 60 is preferably the following combination (1) to (5).
  • the low friction coefficient plating layer 60 is a Zn—Ni alloy plating layer, a Cu plating layer, a Cr plating layer, or a Cu—Sn—Zn alloy plating layer. And a Zn plating layer.
  • the high friction coefficient plating layer 50 is a Zn—Ni alloy plating layer
  • the low friction coefficient plating layer 60 is a group consisting of a Cu plating layer, a Cr plating layer, a Cu—Sn—Zn alloy plating layer and a Zn plating layer.
  • the low friction coefficient plating layer 60 is selected from the group consisting of a Cr plating layer, a Cu—Sn—Zn alloy plating layer and a Zn plating layer, (4) When the high friction coefficient plating layer 50 is a Cr plating layer, the low friction coefficient plating layer 60 is selected from the group consisting of a Cu—Sn—Zn alloy plating layer and a Zn plating layer, (5) When the high friction coefficient plating layer 50 is a Cu—Sn—Zn alloy plating layer, the low friction coefficient plating layer 60 is a Zn plating layer.
  • the chemical composition of each plating layer described above is, for example, as follows.
  • the Cu plating layer is a plating layer having a chemical composition of Cu and impurities.
  • the Cr plating layer is a plating layer having a chemical composition of Cr and impurities.
  • the Zn plating layer is a plating layer having a chemical composition of Zn and impurities.
  • the Ni plating layer is a plating layer having a chemical composition of Ni and impurities.
  • the Cu-Sn alloy plating layer is a plating layer having a chemical composition of Sn: 10 to 75%, the balance: Cu and impurities.
  • the Zn-Co alloy plating layer is a plating layer having a chemical composition of Co: 5 to 25%, the balance: Zn and impurities.
  • the Zn-Ni alloy plating layer is a plating layer having a chemical composition of Ni: 5 to 25%, balance: Zn and impurities.
  • the Ni-P alloy plating layer is a plating layer having a chemical composition of P: 0.1 to 20%, balance: Ni and impurities.
  • the Cu-Sn-Zn alloy plating layer is a plating layer having a chemical composition of Sn: 20 to 60%, Zn: 3 to 30%, and the balance: Cu and impurities.
  • the chemical composition of the plating layer can be measured by the following method. Specifically, the chemical composition of the plating layer to be measured is measured using a handheld fluorescent X-ray analyzer (DP2000 (trade name: DELTA Premium) manufactured by JEOL Ltd.). The measurement is performed at four points on the surface of the high friction coefficient plating layer 50, the low friction coefficient plating layer 60, or the optional plating layer 70 (four points in the pipe circumferential direction 0°, 90°, 180°, 270° of the threaded joint for pipes). ) Is analyzed. The handheld X-ray fluorescence analyzer can analyze the chemical composition by using the Alloy Plus mode.
  • DP2000 trade name: DELTA Premium
  • the handheld X-ray fluorescence analyzer can analyze the chemical composition by using the Alloy Plus mode.
  • the pipe threaded joint according to the present embodiment may further include a lubricating coating 80.
  • lubricating coating 80 may be arranged on shoulder portion plating layer 5.
  • the lubricating coating 80 may be arranged on the non-shoulder part plating layer 6.
  • the arrangement of the lubricating coating 80 is not limited to that shown in FIGS. 16 and 19.
  • the threaded joint for pipes according to the present embodiment includes the lubricating coating 80, the pin side screw portion 31, the pin side metal seal portion 32, the pin side shoulder portion 33, the box side screw portion 41, the box side metal seal portion 42, and the box side shoulder. It may be arranged as an outermost layer on at least a part of the portion 43.
  • the lubricating coating 80 may be directly arranged on the pin side shoulder portion 33 or the box side shoulder portion 43.
  • the lubricating coating 80 is directly arranged on at least a part of the pin side screw part 31, the pin side metal seal part 32, the box side screw part 41 and the box side metal seal part 42. May be done.
  • the lubricating coating 80 may be arranged as the outermost layer on the entire pin side screw portion 31, the pin side metal seal portion 32, and the pin side shoulder portion 33.
  • the lubricating coating 80 may be disposed as the outermost layer on the entire box-side screw portion 41, the box-side metal seal portion 42, and the box-side shoulder portion 43.
  • the lubricating coating 80 is liquid or semi-solid.
  • the liquid state means a state having a constant volume but not a constant shape.
  • the semi-solid state is a state in which fluidity is lost in a stationary state, but fluidity can be obtained by receiving external force (pressure, heat, etc.).
  • the liquid or semi-solid state includes highly viscous substances such as grease.
  • a well-known lubricant can be used for the lubricating coating 80.
  • the lubricating coating 80 contains, for example, lubricating particles, basic aromatic organic acid metal salt, rosin, metal soap and wax.
  • the lubricating coating 80 may contain a solvent and other components as needed.
  • Lubricating particles are not particularly limited as long as they are particles having lubricity.
  • the lubricating particles include graphite, MoS 2 (molybdenum disulfide), WS 2 (tungsten disulfide), BN (boron nitride), PTFE (polytetrafluoroethylene), CF x (graphite fluoride) and CaCO 3 (carbonic acid). And one or more selected from the group consisting of calcium).
  • the content of the lubricating particles is, for example, 1 to 20% when the total of all components of the lubricating coating 80 excluding the solvent is 100%.
  • a basic aromatic organic acid metal salt is a salt composed of an aromatic organic acid and excess alkali (alkali metal or alkaline earth metal).
  • the content of the basic aromatic organic acid metal salt is, for example, 40 to 90% when the total of all components of the lubricating coating 80 excluding the solvent is 100%.
  • Rosin is a natural resin whose main component is abietic acid represented by C 20 H 30 O 2 .
  • the content of rosin is, for example, 5 to 30% when the total of all components of the lubricating coating 80 excluding the solvent is 100%.
  • Metal soaps are metal salts of fatty acids.
  • the content of the metal soap is, for example, 2 to 30% when the total of all components of the lubricating coating 80 excluding the solvent is 100%.
  • Wax is an organic substance that is solid at room temperature and becomes liquid when heated.
  • the content of the wax is, for example, 2 to 30% when the total of all components of the lubricating coating 80 excluding the solvent is 100%.
  • the lubricating coating 80 may contain water and a solvent such as an organic solvent.
  • the lubricating coating 80 may contain 10% or less in total of known rust preventive additives, preservatives, coloring pigments and the like.
  • the lubricant film 80 may use a commercially available lubricant.
  • a commercially available lubricant is, for example, (trade name) SEAL-GUARD ECF manufactured by JET-LUBE Co., Ltd.
  • the chemical composition of the lubricating coating 80 formed on the pin 3 side and the chemical composition of the lubricating coating 80 formed on the box 4 side may be the same or different.
  • the thickness of the lubricating coating 80 is not particularly limited.
  • the thickness of the lubricating coating 80 is, for example, 10 to 300 ⁇ m.
  • the thickness of the lubricating coating 80 is 10 ⁇ m or more, the lubricity of the threaded joint for pipes is stably enhanced. Even if the thickness of the lubricating coating 80 exceeds 300 ⁇ m, the above-mentioned effect is saturated because the excessive lubricating coating 80 is removed during screw tightening.
  • the thickness of the lubricating coating 80 can be measured by the following method.
  • the pin 3 or the box 4 provided with the lubricating coating 80 is prepared.
  • An arbitrary measurement point (area: 5 mm ⁇ 20 mm) on the lubricating coating 80 is wiped off with absorbent cotton soaked with ethanol.
  • the amount (g) of the lubricating coating 80 is calculated from the difference between the weight of the absorbent cotton before wiping and the weight of the absorbent cotton after wiping.
  • the average thickness of the lubricating coating 80 is calculated from the amount (g) of the lubricating coating 80, the density (g/cm 3 ) of the lubricating coating 80, and the area of the measurement location, and the thickness ( ⁇ m) of the lubricating coating 80 is calculated. To do.
  • the chemical composition of the base material of the threaded joint for pipes according to the present embodiment is not particularly limited.
  • the base material is, for example, carbon steel, stainless steel, alloy steel or the like.
  • alloy steels duplex stainless steels containing alloy elements such as Cr, Ni and Mo and high alloy steels such as Ni alloys have high corrosion resistance. Therefore, when these high alloy steels are used as the base material, the corrosion resistance of the threaded joint for pipes is enhanced.
  • the pipe threaded joint according to the present embodiment can be manufactured, for example, by the following method.
  • the manufacturing method includes a plating layer forming step.
  • the high friction coefficient plating layer 50 and the low friction coefficient plating layer 60 are formed.
  • the high friction coefficient plating layer 50 and the low friction coefficient plating layer 60 can be manufactured by, for example, a masking method or a brush plating method.
  • a manufacturing method in the case of forming a Zn—Ni alloy plating layer as the high friction coefficient plating layer 50 and a Cu plating layer as the low friction coefficient plating layer 60 will be described.
  • the pipe threaded joint according to the present embodiment is manufactured by the masking method, it can be manufactured by the following procedure.
  • a Cu plating layer is formed on the pin side screw part 31, the pin side metal seal part 32, the box side screw part 41, and the box side metal seal part 42, and the pin is formed.
  • a Zn—Ni alloy plating layer is formed on the side shoulder portion 33 and the box side shoulder portion 43 will be described.
  • two kinds of plating solutions are prepared.
  • the two types of plating solutions are, for example, a plating solution for forming a Zn—Ni alloy plating layer and a plating solution for forming a Cu plating layer.
  • the plating solution for forming the Zn-Ni alloy plating layer contains zinc ions and nickel ions.
  • the metal ion concentration is, for example, zinc ion: 1 to 100 g/L, nickel ion: 1 to 150 g/L.
  • a plating solution for forming the Cu plating layer for example, a commercially available plating bath can be used.
  • the plating solution for forming the Cu plating layer is, for example, DAIN COPER LS-001 (trade name) manufactured by Daiwa Kasei Co., Ltd.
  • the pin 3 and/or the box 4 is immersed in a plating solution for forming a Cu plating layer.
  • a plating solution for forming a Cu plating layer is formed on the screw portion 41.
  • the electroplating conditions can be set appropriately.
  • the electroplating conditions are, for example, a plating solution pH: 1 to 10, a plating solution temperature: 10 to 60° C., a current density: 1 to 100 A/dm 2 , and a treatment time: 0.1 to 250 minutes.
  • a Cu plating layer corresponding to the low friction coefficient plating layer 60 is formed on the entire surface of the pin 3 and/or the entire surface of the box 4.
  • Masking can be performed by a known method. Specifically, aluminum tape may be attached on the pin-side metal seal portion 32, the pin-side screw portion 31, the box-side metal seal portion 42, and the box-side screw portion 41 for masking, and it may be covered with a caulking agent. You may mask it.
  • the masked pin 3 and/or the masked box 4 is immersed in a plating solution for forming a Zn—Ni alloy plating layer. Specifically, the pin 3 and/or the box 4 is energized to form a Zn—Ni alloy plating layer. Since the pin-side metal seal portion 32, the pin-side screw portion 31, the box-side metal seal portion 42, and the box-side screw portion 41 are masked, only the unmasked pin-side shoulder portion 33 and box-side shoulder portion 43 are provided. A Zn-Ni alloy plating layer is formed on. The electroplating conditions can be set appropriately.
  • the electroplating conditions are, for example, a plating solution pH: 1 to 10, a plating solution temperature: 10 to 60° C., a current density: 1 to 100 A/dm 2 , and a treatment time: 0.1 to 250 minutes.
  • a Zn—Ni alloy plating layer corresponding to the high friction coefficient plating layer 50 is formed on the pin side shoulder portion 33 and/or the box side shoulder portion 43.
  • the masking may be removed from the pin-side metal seal portion 32 and the pin-side screw portion 31, and/or the box-side metal seal portion 42 and the box-side screw portion 41.
  • the pipe threaded joint according to the present embodiment is manufactured by the brush method, it can be manufactured by the following procedure.
  • two kinds of plating solutions are prepared as in the masking method.
  • the two types of plating solutions are, for example, a plating solution for forming a Cu plating layer and a plating solution for forming a Zn—Ni alloy plating layer.
  • the pin side shoulder portion 33, the pin side metal seal portion 32 and the pin side screw portion 31, and/or the box side shoulder portion 43, the box side metal seal portion 42 and the box side screw portion A Cu plating layer is formed on 41.
  • a brush in which absorbent cotton is wrapped around the electrodes is prepared.
  • the absorbent cotton is dipped in a plating solution for forming a Zn-Ni alloy plating layer, so that the absorbent cotton contains the plating solution.
  • the absorbent cotton containing the plating solution and the electrode are brought into contact with the pin-side shoulder portion 33 and/or the box-side shoulder portion 43 to conduct electricity.
  • the Zn—Ni alloy plating layer can be formed on the pin side shoulder portion 33 and/or the box side shoulder portion 43.
  • the electroplating conditions can be set appropriately.
  • the electroplating conditions are, for example, a plating solution pH: 1 to 10, a plating solution temperature: 10 to 60° C., a current density: 1 to 100 A/dm 2 , and a treatment time: 0.1 to 200 minutes.
  • a Zn—Ni alloy plating layer corresponding to the high friction coefficient plating layer 50 is formed on the pin side shoulder portion 33 and/or the box side shoulder portion 43.
  • each plating layer After each plating layer is formed, it may be washed with water or dried if necessary.
  • the pin 3 or the box 4 is immersed in a plating solution for forming the optional plating layer 70 before the formation of the Cu plating layer to form the optional plating layer 70.
  • the conditions for forming the optional plating layer 70 can be set as appropriate.
  • the threaded joint for pipes of this embodiment can be manufactured by the above steps.
  • the case where the Zn—Ni alloy plating layer is formed as the high friction coefficient plating layer 50 and the Cu plating layer is formed as the low friction coefficient plating layer 60 has been described. Different plating layers may be formed as the low friction coefficient plating layer 60.
  • a plating bath containing the metal ions contained in the plating layer to be formed may be used to carry out the same manufacturing method as described above.
  • the lubricating coating 80 can be formed by applying a composition containing The coating method is not particularly limited.
  • the coating method is, for example, spray coating, brush coating or dipping.
  • the composition containing the above-mentioned components may be heated to be sprayed in a state where the fluidity is increased.
  • the lubricating film forming step may be performed on both the pin 3 and the box 4, or may be performed on only one of them.
  • the above-described manufacturing method may optionally include a base treatment step before the plating layer forming step.
  • the base treatment step is, for example, pickling and alkaline degreasing. In the base treatment step, oil and the like adhering to the contact surface is washed.
  • the ground treatment step may further include a grinding process such as sandblasting and mechanical grinding finishing. Only one kind of these base treatments may be performed, or a plurality of base treatments may be performed in combination.
  • % means mass %.
  • plating layer forming process Various plating layers were formed on the surface of carbon steel sheet, and the friction coefficient was measured.
  • the steel plate SPCC manufactured by Paltec Co., Ltd. (JIS G3141 (2017)) was used.
  • the composition of the steel sheet was C ⁇ 0.15%, Mn ⁇ 0.60%, P ⁇ 0.100%, and S ⁇ 0.050%.
  • a plating layer was formed on the surface of the steel sheet under the following conditions.
  • Ni-P alloy plating layer A Ni-P alloy plating layer having a thickness of 10 ⁇ m was formed on the surface of the steel sheet by using SEK797 plating solution (trade name) manufactured by Nippon Kanigen Co., Ltd.
  • the plating conditions were a plating solution temperature: 90° C. and a treatment time: 40 minutes (electroless plating).
  • the Ni-P alloy plating layer had a chemical composition of P: 5 to 15 mass% and the balance: Ni and impurities.
  • Zn-Ni alloy plating layer A Zn-Ni alloy plating layer having a thickness of 10 ⁇ m was formed on the surface of the steel sheet using a Dainjin alloy N-PL plating solution (trade name) manufactured by Daiwa Kasei Co., Ltd.
  • the plating conditions were: plating solution temperature: 35° C., current density: 4 A/dm 2 , and treatment time: 15 minutes.
  • the Zn-Ni alloy plating layer had a chemical composition of Ni: 10 to 20% by mass, the balance: Zn and impurities.
  • Cu Plating Layer A Cu plating layer having a thickness of 10 ⁇ m was formed on the surface of the steel sheet by using a plating solution prepared by preparing a commercially available reagent to form a bath.
  • the plating solution contained 200 g/L of copper sulfate pentahydrate and 50 g/L of sulfuric acid.
  • the plating conditions were a plating solution temperature: 35° C., a current density: 10 A/dm 2 , and a treatment time: 5 minutes.
  • the Cu plating layer had a chemical composition of Cu: 99 mass% or more and the balance: impurities.
  • Zn Plating Layer A Zn plating layer having a thickness of 10 ⁇ m was formed on the surface of a steel sheet by using a plating solution prepared by preparing a commercially available reagent and making a bath.
  • the plating solution contained 350 g/L of zinc sulfate heptahydrate and 75 g/L of sodium sulfate, and had a pH of 2.
  • the plating conditions were: plating solution temperature: 50° C., current density: 10 A/dm 2 , and treatment time: 4 minutes.
  • the Zn plating layer had a chemical composition of Zn: 99 mass% or more and the balance: impurities.
  • Cu-Sn-Zn alloy plating layer Using a plating bath manufactured by Nippon Kagaku Sangyo Co., Ltd., a Cu-Sn-Zn alloy plating layer having a thickness of 10 ⁇ m was formed on the surface of the steel sheet.
  • the plating conditions were a plating solution pH: 14, a plating solution temperature: 45° C., a current density: 2 A/dm 2, and a treatment time: 40 minutes.
  • the Cu-Sn-Zn alloy plating layer had a chemical composition of Sn: 40% by mass, Zn: 7% by mass, and the balance: Cu and impurities.
  • Cr Plating Layer A Chromium plating solution manufactured by SIFCO Industries was used to form a Cr plating layer having a thickness of 10 ⁇ m on the surface of the steel sheet.
  • the plating conditions were a plating solution temperature: 40° C., a current density: 30 A/dm 2 , and a treatment time: 30 minutes.
  • the Cr plating layer had a chemical composition of Cr: 95 mass% or more and the balance: impurities.
  • the column of "Analysis value” shows each torque value (ft.lbs) obtained by the FEM analysis.
  • the column of “rate of increase/decrease” shows the rate of increase/decrease (%) based on the numerical value of the conventional example of test number 7 (a Cu plating layer is formed on the entire surface on the pin side).
  • Ts indicates shouldering torque
  • Ty indicates yield torque
  • ⁇ T indicates delta torque.
  • the yield torque is higher than that of the test number 7 (conventional example).
  • the shouldering torque was also higher than that of Test No. 7 (conventional example).

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Abstract

大きいデルタトルクを有し、かつ、従来と同等の締結トルク及び従来よりも高い締結トルクの両方でねじ締め可能な管用ねじ継手を提供する。本開示による管用ねじ継手はピン（３）、ボックス（４）、ショルダー部めっき層（５）及び非ショルダー部めっき層（６）を備える。ショルダー部めっき層（５）は、最表層が高摩擦係数めっき層（５０）であり、ピン側ショルダー部（３３）及び／又はボックス側ショルダー部（４３）上に配置される。非ショルダー部めっき層（６）は、最表層が高摩擦係数めっき層（５０）よりも摩擦係数の低い低摩擦係数めっき層（６０）であり、ピン側ねじ部（３１）、ピン側金属シール部（３２）、ボックス側ねじ部（４１）及びボックス側金属シール部（４２）の少なくとも一部の上に配置される。

Description

管用ねじ継手
　本開示は、管用ねじ継手に関する。
　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、鋼管の端部の内周面に形成された雌ねじ部及びねじ無し金属接触部を含む。ねじ無し金属接触部はそれぞれ、金属シール部及びショルダー部を含む。鋼管同士がねじ締めされる際、雄ねじ部及び雌ねじ部、金属シール部同士並びにショルダー部同士が接触する。
　ピン及びボックスのねじ部及びねじ無し金属接触部は、鋼管のねじ締め及びねじ戻し時に強い摩擦を繰り返し受ける。これらの部位に、摩擦に対する十分な耐久性がなければ、ねじ締め及びねじ戻しを繰り返した時にゴーリング（修復不可能な焼付き）が発生する。したがって、管用ねじ継手には、摩擦に対する十分な耐久性、すなわち、優れた耐焼付き性が要求される。
　従来、耐焼付き性を向上するために、重金属入りのコンパウンドグリースが使用されてきた。管用ねじ継手の表面にコンパウンドグリースを塗布することで、管用ねじ継手の耐焼付き性を改善できる。しかしながら、コンパウンドグリースに含まれるＰｂ等の重金属は環境に影響を与える可能性がある。このため、コンパウンドグリースを使用しない管用ねじ継手の開発が望まれている。
　コンパウンドグリースの代わりに、めっきによって管用ねじ継手の耐焼付き性を高める技術が国際公開第２０１６／１７００３１号（特許文献１）に提案されている。
　特許文献１に開示された管用ねじ継手は、その外周又は内周面上に延びるねじ部と、周面上の第１シール面と、第１シール面と金属－金属干渉を形成可能な第２シール面とを含む。この管用ねじ継手のねじ部及び第１シール面は、重量で亜鉛を主体とする金属耐食－耐焼付き層で覆われている。
　その他に、管用ねじ継手の表面にめっきを形成することにより、管用ねじ継手の気密性を高める技術が、特開昭６３－１３０９８６号公報（特許文献２）に提案されている。
　特許文献２に開示された管用ねじ継手は、テーパーねじであって、雄ねじ及び雌ねじを含む。この管用ねじ継手の雄ねじ又は雌ねじの１．０～２．０ピッチ部のねじ表面に、気密性保持のための厚さ３０～２００μｍの金属めっき又は溶射、リン酸塩皮膜形成等の部分表面処理加工が施されている。
国際公開第２０１６／１７００３１号 特開昭６３－１３０９８６号公報
　ところで、管用ねじ継手は、ねじ締め完了時のトルク（以下、締結トルクという）があらかじめ決められている。ねじ締めの完了時に決められた締結トルクが得られるように、ねじ締めを行う。近年、油井の深井戸化により、従来よりも高い締結トルクでねじ締めを行う必要がある場合がある。
　管用ねじ継手のねじ締め作業は、海洋プラントや石油リグ上で行われる。ねじ締めが行われる実際の現場では、ねじ締めの作業効率は高いことが好ましい。管用ねじ継手ごとに締結トルクが大きく変動すれば、ねじ締めする機器のトルクを毎回微調整する必要が生じ、作業効率が低下する。したがって、従来と同様の締結トルクでねじ締めができ、さらに、従来よりも高い締結トルクであってもねじ締め可能な管用ねじ継手が求められている。
　一方で、管用ねじ継手は締結トルクの調節が容易であることが好ましい。具体的には、ショルダー部を有する管用ねじ継手をねじ締めしていくと、ピン及びボックスのショルダー部同士が接触する。この時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。ねじ締めを過剰に行えば、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。このときのトルクをイールドトルクという。
　イールドトルクとショルダリングトルクとの差で定義されるデルタトルクの値が大きければ、締結トルクの調整が容易になる。そのため、管用ねじ継手のデルタトルクは大きいことが好ましい。
　特許文献１又は特許文献２に開示された技術によって、管用ねじ継手の耐焼付き性や気密性を高めることが可能である。しかしながら、これらの文献には、デルタトルクを大きくしたり、従来よりも高い締結トルクでねじ締めすることについて、言及がない。
　本開示の目的は、大きいデルタトルクを有し、かつ、従来と同等の締結トルク及び従来よりも高い締結トルクの両方でねじ締め可能な管用ねじ継手を提供することである。
　本開示による管用ねじ継手はピンとボックスとを含む。ピンは、ピン側ねじ部、ピン側金属シール部及びピン側ショルダー部を含む。ボックスは、ボックス側ねじ部、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含む。管用ねじ継手はさらに、ショルダー部めっき層と、非ショルダー部めっき層とを備える。ショルダー部めっき層は、ピン側ショルダー部及び／又はボックス側ショルダー部上に配置される。ショルダー部めっき層は、１層又は複数の層を含む。ショルダー部めっき層は、最表層が高摩擦係数めっき層である。非ショルダー部めっき層は、ピン側ねじ部、ピン側金属シール部、ボックス側ねじ部及びボックス側金属シール部の少なくとも一部の上に配置される。非ショルダー部めっき層は、１層又は複数の層を含む。非ショルダー部めっき層は、最表層が高摩擦係数めっき層よりも摩擦係数の低い低摩擦係数めっき層である。
　本開示による管用ねじ継手は、大きいデルタトルクを有し、かつ、従来と同等の締結トルク及び従来よりも高い締結トルクの両方でねじ締めできる。
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（トルクチャート）である。 図２は、ショルダリングトルク及びイールドトルクの両方が高い場合のトルクチャートである。 図３は、ショルダリングトルク及びイールドトルクの両方が低い場合のトルクチャートである。 図４は、ショルダリングトルクが低く、イールドトルクが高い場合のトルクチャートである。 図５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６は、ねじ締め初期の管用ねじ継手の断面図である。 図７は、ショルダリング後の管用ねじ継手の断面図である。 図８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９は、管用ねじ継手の断面図である。 図１０は、本実施形態による管用ねじ継手の断面図である。 図１１は、図１０とは異なる、他の実施形態による管用ねじ継手の断面図である。 図１２は、図１０及び図１１とは異なる、他の実施形態による管用ねじ継手の断面図である。 図１３は、図１０～図１２とは異なる、他の実施形態による管用ねじ継手の断面図である。 図１４は、本実施形態によるショルダー部めっき層の拡大図である。 図１５は、図１４とは異なる、他の実施形態によるショルダー部めっき層の拡大図である。 図１６は、図１４及び図１５とは異なる、他の実施形態によるショルダー部めっき層の拡大図である。 図１７は、本実施形態による非ショルダー部めっき層の拡大図である。 図１８は、図１７とは異なる、他の実施形態による非ショルダー部めっき層の拡大図である。 図１９は、図１７及び図１８とは異なる、他の実施形態による非ショルダー部めっき層の拡大図である。
　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、管用ねじ継手の表面のめっき層と、締結トルク及びデルタトルクとの関係について種々検討を行った。その結果、本発明者らは、以下の知見を得た。
　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（締結トルクという）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（トルクチャート）である。鋼管の回転数とトルクとの関係を示す図を以下、トルクチャートと呼ぶ。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Ｔｓという。ショルダリングトルクＴｓに達した後、さらにねじ締めをすれば、再び回転数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Ｔｏ）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Ｔｏ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。また、油井内では、ねじ継手に高い圧縮応力や高い曲げ応力がかかる。この様な応力下においても管用ねじ継手の締結が緩まないためには、十分に高いトルク（適切な締結トルクＴｏ）で管用ねじ継手が締結されている必要がある。
　締結トルクＴｏに達した後さらにねじ締めを実施すれば、トルクが高くなり過ぎる。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Ｔｙという。ショルダリングトルクＴｓとイールドトルクＴｙとの差で定義されるデルタトルクΔＴが大きければ、締結トルクＴｏの調整が容易になる。したがって、デルタトルクΔＴは大きい方が好ましい。
　デルタトルクΔＴを大きくするには、ショルダリングトルクＴｓを低下させるか、イールドトルクＴｙを高めることが有効である。本発明者らは、ピン及びボックスの表面の摩擦係数を変化させることで、ショルダリングトルクＴｓ及びイールドトルクＴｙを調整できるのではないかと考えた。しかしながら、ピン及びボックスの表面を、単純に摩擦係数が増減するように変化させても、ショルダリングトルクＴｓとイールドトルクＴｙとは一般的には同様の挙動をする。
　図２は、ショルダリングトルクＴｓ及びイールドトルクＴｙの両方が高い場合のトルクチャートである。図２中、従来のトルクチャートを破線で示す。図２を参照して、ピン及びボックスの摩擦係数が高くなると、イールドトルクＴｙは高くなるが、ショルダリングトルクＴｓも高くなる（ハイショルダリングという）。その結果、従来の締結トルクＴｏに達してもショルダー部が互いに接触せず、締付けが完了しない場合がある（ノーショルダリングという）。
　図３は、ショルダリングトルクＴｓ及びイールドトルクＴｙの両方が低い場合のトルクチャートである。図３中、従来のトルクチャートを破線で示す。図３を参照して、ピン及びボックスの摩擦係数が低くなると、ショルダリングトルクＴｓは低くなるが、イールドトルクＴｙも低くなる。その結果、定められた締結トルクＴｏに達する前にイールドトルクＴｙに達し、ショルダー部又は金属シール部が降伏してしまう。この場合、十分な締結トルクＴｏが得られない。
　ショルダリングトルクＴｓを低く抑えつつ、イールドトルクＴｙを高めることができれば、デルタトルクΔＴが大きくなるだけでなく、従来と同じ締結トルクＴｏでねじ締めでき、さらに、従来よりも高い締結トルクＴｏｈでねじ締めできる。図４は、ショルダリングトルクＴｓが低く、イールドトルクＴｙが高い場合のトルクチャートである。図４中、従来のトルクチャートを破線で示す。図４を参照して、ショルダリングトルクＴｓを低く維持したまま、イールドトルクＴｙを高めたトルクチャートでは、従来のデルタトルクΔＴ’よりもデルタトルクΔＴが大きくなる。また、従来の締結トルクＴｏでねじ締めしても、ショルダリングトルクＴｓ以上であることから十分な気密性を確保できる。さらに、従来の締結トルクＴｏよりも高い締結トルクＴｏｈでねじ締めしても、イールドトルクＴｙ以下であるため、管用ねじ継手を降伏させずに、ねじ締めすることができる。
　本発明者らの鋭意検討の結果、ピン及びボックスの表面のうち、ショルダリングトルクＴｓの発生に大きく影響を与える部分と、イールドトルクＴｙの発生に大きく影響を与える部分とが異なっていることがわかった。
　図５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５を参照して、管用ねじ継手は、鋼管１とカップリング２とを備える。鋼管１の両端には、外面に雄ねじ部を有するピン３が形成される。カップリング２の両端には、内面に雌ねじ部を有するボックス４が形成される。ピン３とボックス４とをねじ締めすることによって、鋼管１の端に、カップリング２が取り付けられる。
　図６は、ねじ締め初期の管用ねじ継手の断面図である。図６を参照して、ピン３は、ピン側ショルダー部３３、ピン側金属シール部３２及びピン側ねじ部３１を備える。ボックス４は、ボックス側ショルダー部４３、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ねじ部４１を備える。ねじ締めの初期では、ピン側ねじ部３１とボックス側ねじ部４１とが接触及び摺動する。ねじ締めが進むと、次にピン側金属シール部３２とボックス側金属シール部４２とが接触及び摺動する。続いて、ピン側ショルダー部３３とボックス側ショルダー部４３とが接触する。この時のトルクがショルダリングトルクＴｓである。
　ピン側ショルダー部３３とボックス側ショルダー部４３とが接触する前には、ピン側ねじ部３１とボックス側ねじ部４１、及び、ピン側金属シール部３２とボックス側金属シール部４２とが接触及び摺動している。つまり、ショルダリングトルクＴｓに大きく影響する部分は、ピン側ショルダー部３３及びボックス側ショルダー部４３以外の部分であると考えられる。つまり、ショルダリングトルクＴｓに大きく影響するのは、ピン側ねじ部３１、ボックス側ねじ部４１、ピン側金属シール部３２及びボックス側金属シール部４２であると考えられる。
　図７は、ショルダリング後の管用ねじ継手の断面図である。図７を参照して、ピン側ショルダー部３３とボックス側ショルダー部４３とが接触した後、ピン側ショルダー部３３及びボックス側ショルダー部４３は、鋼管１の軸方向に強い力を受けながら摩擦摺動する。そのため、ピン側ねじ部３１、ボックス側ねじ部４１、ピン側金属シール部３２及びボックス側金属シール部４２が受ける圧力よりも、ピン側ショルダー部３３及びボックス側ショルダー部４３が受ける圧力の方が大きいと予想される。つまり、イールドトルクＴｙに大きく影響するのは、ピン側ショルダー部３３及びボックス側ショルダー部４３であると考えられる。
　以上の検討より、本発明者らは次の知見を得た。ショルダリングトルクＴｓに大きく影響するピン側ねじ部３１、ボックス側ねじ部４１、ピン側金属シール部３２及びボックス側金属シール部４２の少なくとも一部の上に低摩擦係数のめっき層を形成し、イールドトルクＴｙに大きく影響する、ピン側ショルダー部３３及び／又はボックス側ショルダー部４３上に高摩擦係数のめっき層を形成する。この構成によれば、ショルダリングトルクＴｓを低く維持したまま、イールドトルクＴｙを高めることができる。この結果、大きなデルタトルクΔＴを有し、従来と同等の締結トルクＴｏ及び従来よりも高い締結トルクＴｏｈの両方でねじ締め可能な管用ねじ継手が得られる。
　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を含む。ピンは、ピン側ねじ部、ピン側金属シール部及びピン側ショルダー部を含む。ボックスは、ボックス側ねじ部、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含む。管用ねじ継手はさらに、ショルダー部めっき層と、非ショルダー部めっき層とを備える。ショルダー部めっき層は、ピン側ショルダー部及び／又はボックス側ショルダー部上に配置される。ショルダー部めっき層は、１層又は複数の層を含む。ショルダー部めっき層は、最表層が高摩擦係数めっき層である。非ショルダー部めっき層は、ピン側ねじ部、ピン側金属シール部、ボックス側ねじ部及びボックス側金属シール部の少なくとも一部の上に配置される。非ショルダー部めっき層は、１層又は複数の層を含む。非ショルダー部めっき層は、最表層が高摩擦係数めっき層よりも摩擦係数の低い低摩擦係数めっき層である。
　本実施形態による管用ねじ継手は、大きいデルタトルクを有し、かつ、従来と同等の締結トルク及び従来よりも高い締結トルクの両方でねじ締め可能である。
　上記ショルダー部めっき層は、ピン側ショルダー部上に配置され、上記非ショルダー部めっき層はピン側ねじ部上及びピン側金属シール部上に配置されてもよい。
　上記ショルダー部めっき層は、ボックス側ショルダー部上に配置され、上記非ショルダー部めっき層はボックス側ねじ部上及びボックス側金属シール部上に配置されてもよい。
　上記ショルダー部めっき層の厚さは１～５０μｍであり、上記非ショルダー部めっき層の厚さは１～５０μｍであってもよい。
　各めっき層の厚さが上記範囲の場合、ショルダリングトルクを低く抑え、イールドトルクを高める効果がより安定的に得られる。
　管用ねじ継手はさらに、潤滑被膜を備えてもよい。潤滑被膜は、液体状又は半固体状であって、ピン側ねじ部、ピン側金属シール部、ピン側ショルダー部、ボックス側ねじ部、ボックス側金属シール部及びボックス側ショルダー部の少なくとも一部の上に最表層として配置される。
　管用ねじ継手が潤滑被膜を最表層として備える場合、管用ねじ継手の潤滑性が高まる。
　高摩擦係数めっき層は、Ｎｉ－Ｐ合金めっき層、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択されてもよく、低摩擦係数めっき層は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択されてもよい。
　各めっき層の組成が上記組成の場合、ショルダリングトルクを低く維持したまま、イールドトルクを高める効果がより安定的に得られる。
　高摩擦係数めっき層は、Ｎｉ－Ｐ合金めっき層及びＺｎ－Ｎｉ合金めっき層からなる群から選択されてもよく、低摩擦係数めっき層は、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択されてもよい。
　各めっき層の組成が上記組成の場合、ショルダリングトルクを低く維持したまま、イールドトルクを高める効果がさらに安定的に得られる。
　以下、本実施形態の管用ねじ継手について詳述する。
　［管用ねじ継手］
　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。図５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５を参照して、カップリング型の管用ねじ継手は、鋼管１とカップリング２とを備える。鋼管１の両端には、外面に雄ねじ部を有するピン３が形成される。カップリング２の両端には、内面に雌ねじ部を有するボックス４が形成される。ピン３とボックス４とをねじ締めすることによって、鋼管１の端に、カップリング２が取り付けられる。図示していないが、相手部材が装着されていない鋼管１のピン３及びカップリング２のボックス４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２を使用せず、鋼管１の一方の端をピン３とし、他方の端をボックス４とした、インテグラル形式の管用ねじ継手を用いてもよい。図８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８を参照して、インテグラル型の管用ねじ継手は、鋼管１を備える。鋼管１の一方の端には、外面に雄ねじ部を有するピン３が形成される。鋼管１の他方の端には、内面に雌ねじ部を有するボックス４が形成される。ピン３とボックス４とをねじ締めすることによって、複数の鋼管１同士を連結できる。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。
　図９は、管用ねじ継手の断面図である。図９を参照して、ピン３は、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２及びピン側ショルダー部３３を備える。ボックス４は、ボックス側ねじ部４１、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ショルダー部４３を備える。
　図９では、ピン３においては、鋼管１の端から、ピン側ショルダー部３３、ピン側金属シール部３２及びピン側ねじ部３１の順で配置される。また、ボックス４においては、鋼管１又はカップリング２の端から、ボックス側ねじ部４１、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ショルダー部４３の順で配置される。しかしながら、ピン側ねじ部３１及びボックス側ねじ部４１、ピン側金属シール部３２及びボックス側金属シール部４２、及び、ピン側ショルダー部３３及びボックス側ショルダー部４３の配置は図９の配置に限定されず、適宜変更できる。たとえば、図８において示すように、ピン３においては、鋼管１の端から、ピン側金属シール部、ピン側ねじ部、ピン側金属シール部、ピン側ショルダー部、ピン側金属シール部及びピン側ねじ部の順で配置されてもよい。ボックス４においては、鋼管１又はカップリング２の端から、ボックス側金属シール部、ボックス側ねじ部、ボックス側金属シール部、ボックス側ショルダー部、ボックス側金属シール部及びボックス側ねじ部の順に配置されてもよい。
　図１０は、本実施形態の管用ねじ継手の断面図である。図１０を参照して、本実施形態による管用ねじ継手はさらに、ショルダー部めっき層５と、非ショルダー部めっき層６とを備える。
　［ショルダー部めっき層］
　本実施形態によるショルダー部めっき層５は、ピン側ショルダー部３３及び／又はボックス側ショルダー部４３上に配置される。図１０を参照して、ショルダー部めっき層５は、ピン側ショルダー部３３及びボックス側ショルダー部４３の両方の上に配置されてもよい。
　本実施形態によるショルダー部めっき層５はさらに、ピン側ショルダー部３３又はボックス側ショルダー部４３の一方の上のみに配置されてもよい。図１１は、図１０とは異なる、他の実施形態による管用ねじ継手の断面図である。図１２は、図１０及び図１１とは異なる、他の実施形態による管用ねじ継手の断面図である。図１３は、図１０～図１２とは異なる、他の実施形態による管用ねじ継手の断面図である。図１１及び図１３を参照して、ショルダー部めっき層５は、ピン側ショルダー部３３のみの上に配置されてもよい。図１２を参照して、ショルダー部めっき層５はさらに、ボックス側ショルダー部４３のみの上に配置されてもよい。
　本実施形態によるショルダー部めっき層５は、１層又は複数の層を含む。図１４は、本実施形態のショルダー部めっき層５の拡大図である。図１４を参照して、ショルダー部めっき層５は、１層で構成されていてもよい。この場合、ショルダー部めっき層５は、高摩擦係数めっき層５０である。図１５は、図１４とは異なる、他の実施形態によるショルダー部めっき層５の拡大図である。図１５を参照して、ショルダー部めっき層５は、複数の層で構成されていてもよい。この場合、ショルダー部めっき層５は、その最表層に高摩擦係数めっき層５０が配置される。図１５に示すように、ショルダー部めっき層５は、高摩擦係数めっき層５０の下に、任意めっき層７０を備えてもよい。任意めっき層７０はさらに、複数のめっき層が積層していてもよい。
　［高摩擦係数めっき層］
　高摩擦係数めっき層５０の摩擦係数は、後述する低摩擦係数めっき層６０の摩擦係数よりも高い。ピン側ショルダー部３３及びボックス側ショルダー部４３は、ねじ締めの最終段階において、高い面圧を受けながら摩擦摺動する。そのため、ピン側ショルダー部３３及び／又はボックス側ショルダー部４３上のショルダー部めっき層５の最表層が高摩擦係数めっき層５０であれば、ねじ締めの最終段階において高いトルクが得られる。その結果、イールドトルクＴｙが高まる。高摩擦係数めっき層５０の摩擦係数は、低摩擦係数めっき層６０の摩擦係数よりも高ければ特に限定されない。好ましくは、高摩擦係数めっき層５０の摩擦係数の下限は０．１０であり、より好ましくは０．１１であり、さらに好ましくは０．１２であり、さらに好ましくは０．１３である。好ましくは、高摩擦係数めっき層５０の摩擦係数の上限は０．４０であり、より好ましくは０．３０であり、さらに好ましくは０．２０である。高摩擦係数めっき層５０の摩擦係数は、たとえば、高摩擦係数めっき層５０の組成を変えることによって、調整することができる。
　本実施形態において、高摩擦係数めっき層５０は単一金属のめっき層であってもよく、合金めっき層であってもよい。本実施形態ではさらに、高摩擦係数めっき層５０の化学組成は特に限定されない。高摩擦係数めっき層５０の化学組成は、周知のめっき層の化学組成から適宜選択できる。高摩擦係数めっき層５０はたとえば、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｚｎめっき層、Ｎｉめっき層、Ｃｕ－Ｓｎ合金めっき層、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層、Ｎｉ－Ｐ合金めっき層及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択されてもよい。高摩擦係数めっき層５０は、Ｎｉ－Ｐ合金めっき層、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕめっき層及びＣｒめっき層からなる群から選択されてもよい。高摩擦係数めっき層５０は、Ｎｉ－Ｐ合金めっき層及びＺｎ－Ｎｉ合金めっき層からなる群から選択されてもよい。
　上述のとおり、ショルダー部めっき層５が複数の層を含む場合、高摩擦係数めっき層５０は、ショルダー部めっき層５の最表層に配置される。しかしながら、高摩擦係数めっき層５０は、ピン側ショルダー部３３及び／又はボックス側ショルダー部４３の最表層に配置されなくてもよい。図１６は、図１４及び図１５とは異なる、他の実施形態によるショルダー部めっき層５の拡大図である。図１６を参照して、ショルダー部めっき層５の上に、潤滑被膜８０を備えてもよい。潤滑被膜８０については後述する。
　［非ショルダー部めっき層］
　本実施形態による非ショルダー部めっき層６は、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ボックス側ねじ部４１及びボックス側金属シール部４２の少なくとも一部の上に配置される。図１０を参照して、非ショルダー部めっき層６は、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ボックス側ねじ部４１及びボックス側金属シール部４２の全ての上に配置されてもよい。
　本実施形態による非ショルダー部めっき層６はさらに、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ボックス側ねじ部４１及びボックス側金属シール部４２のうち、一部に配置されてもよい。図１１を参照して、非ショルダー部めっき層６は、ピン側ねじ部３１及びピン側金属シール部３２上のみに配置されてもよい。図１２及び図１３を参照して、非ショルダー部めっき層６は、ボックス側ねじ部４１及びボックス側金属シール部４２上のみに配置されてもよい。
　非ショルダー部めっき層６はさらに、ピン側ねじ部３１及びボックス側ねじ部４１上のみに配置されてもよい。非ショルダー部めっき層６は、ピン側金属シール部３２及びボックス側金属シール部４２上のみに配置されてもよい。このように、非ショルダー部めっき層６は、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ボックス側ねじ部４１及びボックス側金属シール部４２の少なくとも一部の上に配置されればよい。
　本実施形態による非ショルダー部めっき層６は、１層又は複数の層を含む。図１７は、本実施形態の非ショルダー部めっき層６の拡大図である。図１７を参照して、非ショルダー部めっき層６は、１層で構成されていてもよい。この場合、非ショルダー部めっき層６は、低摩擦係数めっき層６０である。図１８は、図１７とは異なる、他の実施形態による非ショルダー部めっき層６の拡大図である。図１８を参照して、非ショルダー部めっき層６は、複数の層で構成されていてもよい。この場合、非ショルダー部めっき層６は、その最表層に低摩擦係数めっき層６０が配置される。図１８に示すように、低摩擦係数めっき層６０の下に、任意めっき層７０を備えてもよい。任意めっき層７０はさらに、複数のめっき層が積層していてもよい。
　［低摩擦係数めっき層］
　本実施形態による低摩擦係数めっき層６０の摩擦係数は、高摩擦係数めっき層５０の摩擦係数よりも低い。ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ボックス側ねじ部４１及びボックス側金属シール部４２は、ねじ締めのショルダリング前において、互いに摩擦摺動する。そのため、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ボックス側ねじ部４１及びボックス側金属シール部４２の少なくとも一部の上の非ショルダー部めっき層６の最表層が低摩擦係数めっき層６０であれば、ねじ締めの初期段階において低いトルクが得られる。その結果、ショルダリングトルクＴｓが低く抑えられる。低摩擦係数めっき層６０の摩擦係数は、高摩擦係数めっき層５０の摩擦係数より低ければ特に限定されない。しかしながら、低摩擦係数めっき層６０の摩擦係数の下限は、好ましくは０．０１、より好ましくは０．０５、さらに好ましくは０．０８、さらに好ましくは０．１０である。低摩擦係数めっき層６０の摩擦係数の上限は、好ましくは０．１３未満、より好ましくは０．１２、さらに好ましくは０．１１である。低摩擦係数めっき層６０の摩擦係数は、たとえば、低摩擦係数めっき層６０の組成を変えることによって、調整することができる。
　本実施形態において、低摩擦係数めっき層６０は単一金属のめっき層であってもよく、合金めっき層であってもよい。本実施形態ではさらに、低摩擦係数めっき層６０の化学組成は特に限定されない。低摩擦係数めっき層６０の化学組成は、周知のめっき層の化学組成から適宜選択できる。低摩擦係数めっき層６０はたとえば、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｚｎめっき層、Ｎｉめっき層、Ｃｕ－Ｓｎ合金めっき層、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層、Ｎｉ－Ｐ合金めっき層及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択されてもよい。低摩擦係数めっき層６０は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択されてもよい。低摩擦係数めっき層６０は、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択されてもよい。
　上述のとおり、非ショルダー部めっき層６が複数の層を含む場合、低摩擦係数めっき層６０は、非ショルダー部めっき層６の最表層に配置される。しかしながら、低摩擦係数めっき層６０は、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ボックス側ねじ部４１又はボックス側金属シール部４２の最表層に配置されなくてもよい。図１９は、図１７及び図１８とは異なる、他の実施形態による非ショルダー部めっき層６の拡大図である。図１９を参照して、非ショルダー部めっき層６の上に、潤滑被膜８０を備えてもよい。潤滑被膜８０については後述する。
　［高摩擦係数めっき層及び低摩擦係数めっき層の摩擦係数］
　本実施形態において、高摩擦係数めっき層５０及び低摩擦係数めっき層６０の摩擦係数は、次の方法によって測定できる。高摩擦係数めっき層５０又は低摩擦係数めっき層６０を形成したサンプルを準備する。高摩擦係数めっき層５０又は低摩擦係数めっき層６０に対してバウデン摺動試験を行う。バウデン摺動試験は次の条件によって行う。摺動圧子：３／１６”（直径４．７６２５ｍｍ）の鋼球（Ｆｅ、鋼種ＳＵＪ２）、押付荷重：３ｋｇｆ、摺動様式：直線往復摺動、摺動幅：３０ｍｍ、摺動往復回数：５回、摺動速度：４ｍｍ／秒、試験温度：２５℃、潤滑油：ＪＥＴ－ＬＵＢＥ株式会社製（商品名）ＳＥＡＬ－ＧＵＡＲＤ　ＥＣＦ、潤滑油塗布量：４０ｇ／ｍ2。５回の摺動往復によって得られた摩擦係数の算術平均値を、各めっき層の摩擦係数と定義する。
　［任意めっき層］
　本実施形態において、任意めっき層７０は形成されてもよく、形成されなくてもよい。任意めっき層７０はさらに、１層であってもよく、複数の層で構成されていてもよい。本実施形態において、任意めっき層７０は単一金属のめっき層であってもよく、合金めっき層であってもよい。すなわち、本実施形態において、任意めっき層７０の化学組成は特に限定されない。任意めっき層７０の化学組成は、周知のめっき層の化学組成から適宜選択できる。任意めっき層７０はたとえば、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｚｎめっき層、Ｎｉめっき層、Ｃｕ－Ｓｎ合金めっき層、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層、Ｎｉ－Ｐ合金めっき層及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択されてもよい。
　任意めっき層７０の構成は、ピン３側とボックス４側とで同じであってもよく、異なっていてもよい。任意めっき層７０の構成は、高摩擦係数めっき層５０の下と、低摩擦係数めっき層６０の下とで同じであってもよく、異なっていてもよい。任意めっき層７０の化学組成は、ピン３側とボックス４側とで同じであってもよく、異なっていてもよい。任意めっき層７０の化学組成は、高摩擦係数めっき層５０の下と、低摩擦係数めっき層６０の下とで同じであってもよく、異なっていてもよい。
　［ショルダー部めっき層と非ショルダー部めっき層の配置］
　本実施形態において、ショルダー部めっき層５と非ショルダー部めっき層６との配置は図１０に限定されない。たとえば、図１１を参照して、ショルダー部めっき層５は、ピン側ショルダー部３３上に配置され、非ショルダー部めっき層６はピン側ねじ部３１上及びピン側金属シール部３２上に配置されてもよい。この場合、ボックス側ショルダー部４３、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ねじ部４１上には何も配置されなくてもよく、後述する潤滑被膜８０が配置されてもよく、リン酸塩被膜などの化成処理被膜が配置されてもよい。
　また、図１２を参照して、ショルダー部めっき層５は、ボックス側ショルダー部４３上に配置され、非ショルダー部めっき層６はボックス側ねじ部４１上及びボックス側金属シール部４２上に配置されてもよい。この場合、ピン側ショルダー部３３、ピン側金属シール部３２及びピン側ねじ部３１上には何も配置されなくてもよく、後述する潤滑被膜８０が配置されてもよく、リン酸塩被膜などの化成処理被膜が配置されてもよい。さらに、図１３を参照して、ショルダー部めっき層５は、ピン側ショルダー部３３上に配置され、非ショルダー部めっき層６はボックス側ねじ部４１上及びボックス側金属シール部４２上に配置されてもよい。
　［ショルダー部めっき層と非ショルダー部めっき層の厚さ］
　本実施形態において、ショルダー部めっき層５の厚さは特に限定されない。好ましくは、ショルダー部めっき層５の厚さは１～５０μｍである。この場合、イールドトルクＴｙを高める効果が、より安定して得られる。ショルダー部めっき層５の厚さのより好ましい下限は３μｍであり、さらに好ましくは５μｍである。ショルダー部めっき層５の厚さのより好ましい上限は４０μｍであり、さらに好ましくは２５μｍである。
　本実施形態において、非ショルダー部めっき層６の厚さは特に限定されない。好ましくは、非ショルダー部めっき層６の厚さは１～５０μｍである。この場合、ショルダリングトルクＴｓを低く維持する効果が、より安定して得られる。非ショルダー部めっき層６の厚さのより好ましい下限は３μｍであり、さらに好ましくは５μｍである。非ショルダー部めっき層６の厚さのより好ましい上限は４０μｍであり、さらに好ましくは２５μｍである。
　［高摩擦係数めっき層と低摩擦係数めっき層との組合せ］
　本実施形態において、高摩擦係数めっき層５０の摩擦係数が、低摩擦係数めっき層６０の摩擦係数よりも高ければ、その組成の組合せは、特に限定されない。高摩擦係数めっき層５０と低摩擦係数めっき層６０との組成の組合せは、たとえば、次のとおりである。高摩擦係数めっき層５０がＮｉ－Ｐ合金めっき層である場合、低摩擦係数めっき層６０は、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｚｎめっき層、Ｎｉめっき層、Ｃｕ－Ｓｎ合金めっき層、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択されてもよい。高摩擦係数めっき層５０がＺｎ－Ｎｉ合金めっき層である場合、低摩擦係数めっき層６０は、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｚｎめっき層、Ｎｉめっき層、Ｃｕ－Ｓｎ合金めっき層、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択されてもよい。
　低摩擦係数めっき層６０がＣｕめっき層である場合、高摩擦係数めっき層５０は、Ｎｉめっき層、Ｃｕ－Ｓｎ合金めっき層、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層、Ｎｉ－Ｐ合金めっき層及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択されてもよい。低摩擦係数めっき層６０がＣｒめっき層である場合、高摩擦係数めっき層５０は、Ｃｕめっき層、Ｎｉめっき層、Ｃｕ－Ｓｎ合金めっき層、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層、Ｎｉ－Ｐ合金めっき層及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択されてもよい。低摩擦係数めっき層６０がＺｎめっき層である場合、高摩擦係数めっき層５０は、Ｃｒめっき層、Ｃｕめっき層、Ｎｉめっき層、Ｃｕ－Ｓｎ合金めっき層、Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層、Ｎｉ－Ｐ合金めっき層及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択されてもよい。
　好ましくは、高摩擦係数めっき層５０は、Ｎｉ－Ｐ合金めっき層、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択される。好ましくは、低摩擦係数めっき層６０は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択される。すなわち、高摩擦係数めっき層５０と、低摩擦係数めっき層６０とは、次の（１）～（５）に記載の組み合わせが好ましい。
　（１）高摩擦係数めっき層５０がＮｉ－Ｐ合金めっき層の場合、低摩擦係数めっき層６０は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択され、
　（２）高摩擦係数めっき層５０がＺｎ－Ｎｉ合金めっき層の場合、低摩擦係数めっき層６０は、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択され、
　（３）高摩擦係数めっき層５０がＣｕめっき層の場合、低摩擦係数めっき層６０は、Ｃｒめっき層、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択され、
　（４）高摩擦係数めっき層５０がＣｒめっき層の場合、低摩擦係数めっき層６０は、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択され、
　（５）高摩擦係数めっき層５０がＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層の場合、低摩擦係数めっき層６０は、Ｚｎめっき層である。
　［めっき層の化学組成］
　上述する各めっき層の化学組成は、たとえば、次のとおりである。Ｃｕめっき層は、Ｃｕ及び不純物からなる化学組成を有するめっき層である。Ｃｒめっき層は、Ｃｒ及び不純物からなる化学組成を有するめっき層である。Ｚｎめっき層は、Ｚｎ及び不純物からなる化学組成を有するめっき層である。Ｎｉめっき層は、Ｎｉ及び不純物からなる化学組成を有するめっき層である。Ｃｕ－Ｓｎ合金めっき層は、Ｓｎ：１０～７５％、残部：Ｃｕ及び不純物からなる化学組成を有するめっき層である。Ｚｎ－Ｃｏ合金めっき層は、Ｃｏ：５～２５％、残部：Ｚｎ及び不純物からなる化学組成を有するめっき層である。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層は、Ｎｉ：５～２５％、残部：Ｚｎ及び不純物からなる化学組成を有するめっき層である。Ｎｉ－Ｐ合金めっき層は、Ｐ：０．１～２０％、残部：Ｎｉ及び不純物からなる化学組成を有するめっき層である。Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層は、Ｓｎ：２０～６０％、Ｚｎ：３～３０％、残部：Ｃｕ及び不純物からなる化学組成を有するめっき層である。
　本実施形態では、めっき層の化学組成は、次の方法で測定することができる。具体的には、測定したいめっき層の化学組成を、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、高摩擦係数めっき層５０、低摩擦係数めっき層６０、又は、任意めっき層７０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。なお、ハンドヘルド蛍光Ｘ線分析装置では、Ａｌｌｏｙ　Ｐｌｕｓモードを用いることで、化学組成を分析できる。
　［潤滑被膜］
　本実施形態による管用ねじ継手はさらに、潤滑被膜８０を備えてもよい。図１６を参照して、潤滑被膜８０は、ショルダー部めっき層５上に配置されてもよい。図１９を参照して、潤滑被膜８０は、非ショルダー部めっき層６上に配置されてもよい。しかしながら、潤滑被膜８０の配置は、図１６及び図１９に限定されない。本実施形態による管用ねじ継手が潤滑被膜８０を備える場合、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ピン側ショルダー部３３、ボックス側ねじ部４１、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ショルダー部４３の少なくとも一部上に最表層として配置されればよい。すなわち、ショルダー部めっき層５が形成されない場合、潤滑被膜８０は、ピン側ショルダー部３３又はボックス側ショルダー部４３上に直接配置されてもよい。非ショルダー部めっき層６が形成されない場合、潤滑被膜８０は、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ボックス側ねじ部４１及びボックス側金属シール部４２の少なくとも一部の上に直接配置されてもよい。潤滑被膜８０は、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２及びピン側ショルダー部３３全体の上に最表層として配置されてもよい。潤滑被膜８０は、ボックス側ねじ部４１、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ショルダー部４３全体の上に最表層として配置されてもよい。管用ねじ継手が潤滑被膜８０を最表層として備える場合、管用ねじ継手の潤滑性が高まる。
　潤滑被膜８０は、液体状又は半固体状である。液体状とは、一定の体積を有するが一定の形状を持たない状態をいう。半固体状とは、静止状態では流動性を失っているが、外部からの力（圧力及び熱等）を受けて流動性を獲得し得る状態をいう。液体状又は半固体状には、グリースのような高粘性体が含まれる。潤滑被膜８０は、周知の潤滑剤を使用できる。潤滑被膜８０はたとえば、潤滑性粒子、塩基性芳香族有機酸金属塩、ロジン、金属石鹸及びワックスを含有する。潤滑被膜８０は、必要に応じて、溶媒及びその他の成分を含有してもよい。
　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、ＭｏＳ2（二硫化モリブデン）、ＷＳ2（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）、ＣＦx（フッ化黒鉛）及びＣａＣＯ3（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。潤滑性粒子の含有量は、溶媒を除く潤滑被膜８０の全成分の合計を１００％とした場合に、たとえば１～２０％である。
　塩基性芳香族有機酸金属塩は、芳香族有機酸と過剰のアルカリ（アルカリ金属又はアルカリ土類金属）とから構成される塩である。塩基性芳香族有機酸金属塩の含有量は、溶媒を除く潤滑被膜８０の全成分の合計を１００％とした場合に、たとえば４０～９０％である。
　ロジンは、Ｃ20Ｈ30Ｏ2で示されるアビエチン酸を主成分とする天然樹脂である。ロジンの含有量は、溶媒を除く潤滑被膜８０の全成分の合計を１００％とした場合に、たとえば５～３０％である。金属石鹸は、脂肪酸の金属塩である。金属石鹸の含有量は、溶媒を除く潤滑被膜８０の全成分の合計を１００％とした場合に、たとえば２～３０％である。ワックスとは、常温で固体であり、加熱すると液体となる有機物である。ワックスの含有量は、溶媒を除く潤滑被膜８０の全成分の合計を１００％とした場合に、たとえば２～３０％である。
　潤滑被膜８０は、水及び有機溶剤等の溶媒を含有してもよい。潤滑被膜８０は、公知の防錆添加剤、防腐剤及び着色顔料等を合計で１０％以下含有してもよい。
　潤滑被膜８０は市販の潤滑剤を使用してもよい。市販の潤滑剤はたとえば、ＪＥＴ－ＬＵＢＥ株式会社製、（商品名）ＳＥＡＬ－ＧＵＡＲＤ　ＥＣＦである。ピン３側に形成される潤滑被膜８０の化学組成と、ボックス４側に形成される潤滑被膜８０の化学組成とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
　潤滑被膜８０の厚さは特に限定されない。潤滑被膜８０の厚さはたとえば、１０～３００μｍである。潤滑被膜８０の厚さが１０μｍ以上であれば、管用ねじ継手の潤滑性が安定して高まる。潤滑被膜８０の厚さが３００μｍを超えても、ねじ締め時に過剰分の潤滑被膜８０が排除されるため、上記効果は飽和する。
　潤滑被膜８０の厚さは、次の方法で測定できる。潤滑被膜８０を備えたピン３又はボックス４を準備する。潤滑被膜８０の任意の測定箇所（面積：５ｍｍ×２０ｍｍ）を、エタノールを染み込ませた脱脂綿で拭き取る。拭き取る前の脱脂綿の重量と、拭き取った後の脱脂綿の重量との差から、潤滑被膜８０の量（ｇ）を算出する。潤滑被膜８０の量（ｇ）と、潤滑被膜８０の密度（ｇ／ｃｍ3）及び測定箇所の面積とから、潤滑被膜８０の平均厚さを算出し、潤滑被膜８０の厚さ（μｍ）とする。
　［管用ねじ継手の母材］
　本実施形態による管用ねじ継手の母材の化学組成は、特に限定されない。母材はたとえば、炭素鋼、ステンレス鋼及び合金鋼等である。合金鋼の中でも、Ｃｒ、Ｎｉ及びＭｏ等の合金元素を含んだ二相ステンレス鋼及びＮｉ合金等の高合金鋼は耐食性が高い。そのため、これらの高合金鋼を母材に使用すれば、管用ねじ継手の耐食性が高まる。
　［製造方法］
　本実施形態による管用ねじ継手は、たとえば次の方法で製造できる。製造方法は、めっき層形成工程を備える。めっき層形成工程では、高摩擦係数めっき層５０及び低摩擦係数めっき層６０を形成する。高摩擦係数めっき層５０及び低摩擦係数めっき層６０はたとえば、マスキング法又はブラシめっき法で製造できる。以下、一例として、高摩擦係数めっき層５０としてＺｎ－Ｎｉ合金めっき層を、低摩擦係数めっき層６０としてＣｕめっき層を形成する場合の製造方法について説明する。
　［めっき層形成工程］
　マスキング法で本実施形態による管用ねじ継手を製造する場合は以下の手順で製造できる。以下、めっき層形成工程を具体的に説明するため、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ボックス側ねじ部４１、及び、ボックス側金属シール部４２にＣｕめっき層を形成し、ピン側ショルダー部３３、及び、ボックス側ショルダー部４３にＺｎ－Ｎｉ合金めっき層を形成する場合について説明する。初めに、２種類のめっき液を準備する。２種類のめっき液はたとえば、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層を形成するためのめっき液と、Ｃｕめっき層を形成するためのめっき液である。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層を形成するためのめっき液は、亜鉛イオン及びニッケルイオンを含有する。金属イオンの濃度はたとえば、亜鉛イオン：１～１００ｇ／Ｌ、ニッケルイオン：１～１５０ｇ／Ｌである。Ｃｕめっき層を形成するためのめっき液はたとえば、市販のめっき浴を使用できる。Ｃｕめっき層を形成するためのめっき液はたとえば、大和化成株式会社製（商品名）ＤＡＩＮ　ＣＯＰＰＥＲ　ＬＳ－００１である。
　次に、ピン３及び／又はボックス４を、Ｃｕめっき層を形成するためのめっき液に浸漬する。具体的に、ピン３及びボックス４に通電して、ピン側ショルダー部３３、ピン側金属シール部３２、ピン側ねじ部３１、ボックス側ショルダー部４３、ボックス側金属シール部４２、及び、ボックス側ねじ部４１にＣｕめっき層を形成する。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／ｄｍ2、及び、処理時間：０．１～２５０分である。これにより、低摩擦係数めっき層６０に相当するＣｕめっき層がピン３の表面全体及び／又はボックス４の表面全体に形成される。
　続いて、低摩擦係数めっき層６０に相当するＣｕめっき層を形成したピン側金属シール部３２及びピン側ねじ部３１、及び／又は、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ねじ部４１の上にマスキングをする。マスキングは周知の方法で実施できる。具体的に、ピン側金属シール部３２、ピン側ねじ部３１、ボックス側金属シール部４２、及び、ボックス側ねじ部４１の上にアルミテープを張り付けてマスキングをしてもよく、コーキング剤で覆ってマスキングをしてもよい。
　マスキングしたピン３及び／又はマスキングしたボックス４を、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層を形成するためのめっき液に浸漬する。具体的に、ピン３及び／又はボックス４に通電して、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層を形成する。ピン側金属シール部３２、ピン側ねじ部３１、ボックス側金属シール部４２、及び、ボックス側ねじ部４１はマスキングされているため、マスキングされていないピン側ショルダー部３３及びボックス側ショルダー部４３のみにＺｎ－Ｎｉ合金めっき層が形成される。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／ｄｍ2、及び、処理時間：０．１～２５０分である。これにより、高摩擦係数めっき層５０に相当するＺｎ－Ｎｉ合金めっき層が、ピン側ショルダー部３３及び／又はボックス側ショルダー部４３上に形成される。最後に、ピン側金属シール部３２及びピン側ねじ部３１、及び／又は、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ねじ部４１から、マスキングを除去すればよい。
　ブラシ法で本実施形態による管用ねじ継手を製造する場合は、以下の手順で製造できる。初めに、上記マスキング法と同様に２種類のめっき液を準備する。２種類のめっき液はたとえば、Ｃｕめっき層を形成するためのめっき液と、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層を形成するためのめっき液である。
　次に、上記マスキング法と同様にしてピン側ショルダー部３３、ピン側金属シール部３２及びピン側ねじ部３１、及び／又は、ボックス側ショルダー部４３、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ねじ部４１にＣｕめっき層を形成する。
　続いて、電極の周りに脱脂綿を巻いたブラシを準備する。脱脂綿をＺｎ－Ｎｉ合金めっき層を形成するためのめっき液に浸漬して、脱脂綿にめっき液を含ませる。めっき液を含んだ脱脂綿及び電極を、ピン側ショルダー部３３及び／又はボックス側ショルダー部４３に接触させて通電する。これにより、ピン側ショルダー部３３及び／又はボックス側ショルダー部４３にＺｎ－Ｎｉ合金めっき層を形成できる。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／ｄｍ2、及び、処理時間：０．１～２００分である。これにより、高摩擦係数めっき層５０に相当するＺｎ－Ｎｉ合金めっき層が、ピン側ショルダー部３３及び／又はボックス側ショルダー部４３上に形成される。
　各めっき層の形成後に、必要に応じて、水洗や乾燥を行ってもよい。任意めっき層７０を形成する場合は、上記Ｃｕめっき層の形成前に任意めっき層７０を形成するためのめっき液にピン３又はボックス４を浸漬して、任意めっき層７０を形成する。任意めっき層７０を形成する条件は適宜設定できる。
　以上の工程により、本実施形態の管用ねじ継手を製造できる。なお、上述の製造方法の説明では、高摩擦係数めっき層５０としてＺｎ－Ｎｉ合金めっき層を、低摩擦係数めっき層６０としてＣｕめっき層を形成する場合について説明したが、高摩擦係数めっき層５０と低摩擦係数めっき層６０として異なるめっき層を形成してもよい。その場合は、形成したいめっき層に含まれる金属のイオンを含有するめっき浴を使用して、上述の製造方法と同様に製造すればよい。
　［潤滑被膜形成工程］
　上述のめっき層を形成した後に、潤滑被膜形成工程を実施してもよい。潤滑被膜形成工程では、ピン側ショルダー部３３、ピン側金属シール部３２、ピン側ねじ部３１、ボックス側ショルダー部４３、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ねじ部４１の少なくとも一部の上に、最表層として潤滑被膜８０を形成する。
　上述のピン側ショルダー部３３、ピン側金属シール部３２、ピン側ねじ部３１、ボックス側ショルダー部４３、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ねじ部４１の少なくとも一部の上に、上述の成分を含有する組成物を塗布することで、潤滑被膜８０が形成できる。塗布方法は特に限定されない。塗布方法はたとえば、スプレー塗布、刷毛塗り及び浸漬である。スプレー塗布を採用する場合、上述の成分を含有する組成物を加熱して、流動性を高めた状態で噴霧してもよい。潤滑被膜形成工程は、ピン３及びボックス４の両方に実施してもよく、片方のみに実施してもよい。
　［下地処理工程］
　上記製造方法は、必要に応じて、めっき層形成工程の前に下地処理工程を備えてもよい。下地処理工程はたとえば、酸洗及びアルカリ脱脂である。下地処理工程では、接触表面上に付着した油分等を洗浄する。下地処理工程はさらに、サンドブラスト及び機械研削仕上げ等の研削加工を備えてもよい。これらの下地処理は、１種のみ実施してもよく、複数の下地処理を組み合わせて実施してもよい。
　以下、実施例を説明する。実施例中の％は、質量％を意味する。
　［めっき層形成工程］
　炭素鋼の鋼板表面に各種めっき層を形成し、その摩擦係数を測定した。鋼板は、株式会社パルテック製ＳＰＣＣ（ＪＩＳ　Ｇ３１４１（２０１７））を使用した。鋼板の組成は、Ｃ≦０．１５％、Ｍｎ≦０．６０％、Ｐ≦０．１００％、Ｓ≦０．０５０％であった。鋼板の表面に以下の条件でめっき層を形成した。
　Ｎｉ－Ｐ合金めっき層
　日本カニゼン株式会社製（商品名）ＳＥＫ７９７めっき液を用いて、鋼板表面に１０μｍ厚さのＮｉ－Ｐ合金めっき層を形成した。めっき条件は、めっき液温度：９０℃、処理時間：４０分であった（無電解めっき）。Ｎｉ－Ｐ合金めっき層は、Ｐ：５～１５質量％、残部：Ｎｉ及び不純物からなる化学組成を有した。
　Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層
　大和化成株式会社製（商品名）ダインジンアロイＮ－ＰＬめっき液を用いて、鋼板表面に１０μｍ厚さのＺｎ－Ｎｉ合金めっき層を形成した。めっき条件は、めっき液温度：３５℃、電流密度：４Ａ／ｄｍ2、及び、処理時間：１５分であった。Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層は、Ｎｉ：１０～２０質量％、残部：Ｚｎ及び不純物からなる化学組成を有した。
　Ｃｕめっき層
　市販の試薬を調合して建浴しためっき液を用いて、鋼板表面に１０μｍ厚さのＣｕめっき層を形成した。めっき液は、硫酸銅五水和物を２００ｇ／Ｌ及び硫酸を５０ｇ／Ｌ含有した。めっき条件は、めっき液温度：３５℃、電流密度：１０Ａ／ｄｍ2、及び、処理時間：５分であった。Ｃｕめっき層は、Ｃｕ：９９質量％以上、残部：不純物からなる化学組成を有した。
　Ｚｎめっき層
　市販の試薬を調合して建浴しためっき液を用いて、鋼板表面に１０μｍ厚さのＺｎめっき層を形成した。めっき液は、硫酸亜鉛七水和物を３５０ｇ／Ｌ及び硫酸ナトリウムを７５ｇ／Ｌ含有し、ｐＨ：２であった。めっき条件は、めっき液温度：５０℃、電流密度：１０Ａ／ｄｍ2、及び、処理時間：４分であった。Ｚｎめっき層は、Ｚｎ：９９質量％以上、残部：不純物からなる化学組成を有した。
　Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層
　日本化学産業株式会社製のめっき浴を用いて、鋼板表面に１０μｍ厚さのＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層を形成した。めっき条件は、めっき液ｐＨ：１４、めっき液温度：４５℃、電流密度：２Ａ／ｄｍ2及び、処理時間：４０分であった。Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層は、Ｓｎ：４０質量％、Ｚｎ：７質量％、残部：Ｃｕ及び不純物からなる化学組成を有した。
　Ｃｒめっき層
　ＳＩＦＣＯ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ製Ｃｈｒｏｍｉｕｍめっき液を用いて、鋼板表面に１０μｍ厚さのＣｒめっき層を形成した。めっき条件は、めっき液温度：４０℃、電流密度：３０Ａ／ｄｍ2、及び、処理時間：３０分であった。Ｃｒめっき層は、Ｃｒ：９５質量％以上、残部：不純物からなる化学組成を有した。
　［摩擦係数測定試験］
　各めっき層を形成した鋼板に対してバウデン摺動試験を実施して、各めっき層の摩擦係数を測定した。バウデン摺動試験は次の条件で実施した。摺動圧子：３／１６”（直径４．７６２５ｍｍ）の鋼球（Ｆｅ、鋼種ＳＵＪ２）、押付荷重：３ｋｇｆ、摺動様式：直線往復摺動、摺動幅：３０ｍｍ、摺動往復回数：５回、摺動速度：４ｍｍ／秒、試験温度：２５℃、潤滑油：ＪＥＴ－ＬＵＢＥ株式会社製（商品名）ＳＥＡＬ－ＧＵＡＲＤ　ＥＣＦ、潤滑油塗布量：４０ｇ／ｍ2。５回の摺動往復で得られた摩擦係数の算術平均値を、各めっき層の摩擦係数とした。各めっき層の摩擦係数を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　［ＦＥＭ解析］
　表１の結果を基に、管用ねじ継手へ各めっき層を形成したときのショルダリングトルク、イールドトルク及びデルタトルクについてＦＥＭ解析を行った。管用ねじ継手は、日本製鉄株式会社製（商品名）ＶＡＭ２１ＨＴ、サイズ：９－５／８”　５３．５＃を適用した。ボックス側にはめっき層を形成せず（ボックス側は研削まま、ボックス側の表面はＦｅ）、ピン側にのみめっき層を形成した条件でＦＥＭ解析を行った。試験番号７は全面にＣｕめっき層を形成した例であり、従来例に相当する。結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２中、「解析値」の欄には、ＦＥＭ解析によって得られた各トルク値（ｆｔ．ｌｂｓ）を示す。表２中、「増減率」の欄には、試験番号７の従来例（ピン側の全面にＣｕめっき層を形成）の数値を基準とした増減率（％）を示す。表２中、Ｔｓはショルダリングトルクを示し、Ｔｙはイールドトルクを示し、ΔＴはデルタトルクを示す。
　［評価結果］
　表１及び表２を参照して、ショルダー部に摩擦係数の高いめっき層を形成し、ねじ部及び金属シール部に摩擦係数の低いめっき層を形成した試験番号１及び試験番号２では、各トルク値が改善された。具体的には、試験番号１及び試験番号２では、ショルダリングトルクが、試験番号７（従来例）と比較して変わらなかったにもかかわらず、イールドトルクが試験番号７よりも高かった。さらに、デルタトルクも試験番号７（従来例）と比較して大きくなった。
　一方、ショルダー部のみではなく、金属シール部にも摩擦係数の高いめっき層を形成した試験番号３及び試験番号４では、イールドトルクは試験番号７（従来例）と比較して高くなったものの、ショルダリングトルクも試験番号７（従来例）と比較して高くなってしまった。
　ねじ部に摩擦係数の高いめっき層を形成し、金属シール部及びショルダー部に摩擦係数の低いめっき層を形成した試験番号５及び試験番号６では、ショルダリングトルクが試験番号７（従来例）と比較して低くなったものの、イールドトルクも試験番号７（従来例）と比較して低くなってしまった。試験番号５及び試験番号６ではさらに、デルタトルクも試験番号７（従来例）と比較して低くなってしまった。
　ねじ部、金属シール部及びショルダー部に、従来のＣｕめっきよりも摩擦係数の高いめっき層を形成した試験番号８及び試験番号９では、イールドトルクは試験番号７（従来例）と比較して高くなったものの、ショルダリングトルクも試験番号７（従来例）と比較して高くなってしまった。
　以上、本開示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開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示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　鋼管
　２　カップリング
　３　ピン
　３１　ピン側ねじ部
　３２　ピン側金属シール部
　３３　ピン側ショルダー部
　４　ボックス
　４１　ボックス側ねじ部
　４２　ボックス側金属シール部
　４３　ボックス側ショルダー部
　５　ショルダー部めっき層
　５０　高摩擦係数めっき層
　６　非ショルダー部めっき層
　６０　低摩擦係数めっき層
　７０　任意めっき層
　８０　潤滑被膜

Claims (7)

  1. 　管用ねじ継手であって、
    　ピン側ねじ部、ピン側金属シール部及びピン側ショルダー部を含むピンと、
    　ボックス側ねじ部、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含むボックスと、
    　前記ピン側ショルダー部及び／又は前記ボックス側ショルダー部上に配置され、１層又は複数の層を含み、最表層が高摩擦係数めっき層であるショルダー部めっき層と、
    　前記ピン側ねじ部、前記ピン側金属シール部、前記ボックス側ねじ部及び前記ボックス側金属シール部の少なくとも一部の上に配置され、１層又は複数の層を含み、最表層が前記高摩擦係数めっき層よりも摩擦係数の低い低摩擦係数めっき層である非ショルダー部めっき層とを備える、
    　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、
    　前記ショルダー部めっき層は、前記ピン側ショルダー部上に配置され、
    　前記非ショルダー部めっき層は、前記ピン側ねじ部上及び前記ピン側金属シール部上に配置される、
    　管用ねじ継手。
  3. 　請求項１に記載の管用ねじ継手であって、
    　前記ショルダー部めっき層は、前記ボックス側ショルダー部上に配置され、
    　前記非ショルダー部めっき層は、前記ボックス側ねじ部上及び前記ボックス側金属シール部上に配置される、
    　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、
    　前記ショルダー部めっき層の厚さは１～５０μｍであり、
    　前記非ショルダー部めっき層の厚さは１～５０μｍ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さらに、
    　前記ピン側ねじ部、前記ピン側金属シール部、前記ピン側ショルダー部、前記ボックス側ねじ部、前記ボックス側金属シール部及び前記ボックス側ショルダー部の少なくとも一部の上に最表層として液体状又は半固体状の潤滑被膜を備える、
    　管用ねじ継手。
  6. 　請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の管用ねじ継手であって、
    　前記高摩擦係数めっき層は、Ｎｉ－Ｐ合金めっき層、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層及びＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択され、
    　前記低摩擦係数めっき層は、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択される、
    　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であって、
    　前記高摩擦係数めっき層は、Ｎｉ－Ｐ合金めっき層及びＺｎ－Ｎｉ合金めっき層からなる群から選択され、
    　前記低摩擦係数めっき層は、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ合金めっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択される、
    　管用ねじ継手。
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