(57)【要約】  本発明は、管用ねじ継手及びその製造方法を提供する。管用ねじ継手は、ピン（４）と、ボックス（５）と、Ｚｎ−Ｎｉ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−Ｎｉ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−Ｎｉ合金めっき層（６）はＺｎ、Ｎｉ、微量Ｃｒ及び不純物からなる。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層（６）の微量Ｃｒの含有量は、照射イオンとしてＯ２＋を用いた二次イオン質量分析によるＣｒ強度で５．０×１０カウント／秒以上である。
2019044961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、Ｎｉ、微量Ｃｒ及び不純物からなり、前記微量Ｃｒの含有量が照射イオンとしてＯ２＋を用いた二次イオン質量分析によるＣｒ強度で５．０×１０カウント／秒以上であるＺｎ−Ｎｉ合金めっき層とを備える、管用ねじ継手。
【請求項２】
請求項１に記載の管用ねじ継手であって、
前記Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層表面の光沢度が１００以上である、管用ねじ継手。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の管用ねじ継手であって、
前記Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の厚さは１〜２０μｍである、管用ねじ継手。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の管用ねじ継手であって、
前記Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層のビッカース硬さＨｖが６００以上である、管用ねじ継手。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の管用ねじ継手であって、
前記Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層は、６．０〜１６．０質量％のＮｉを含有し、γ相を含み、前記γ相の（４１１）面の間隔が２．１１１Å以上である、管用ねじ継手。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の管用ねじ継手であってさらに、
前記ピン側接触表面、前記ボックス側接触表面、及び、前記Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の少なくとも１つの上に潤滑被膜を備える、管用ねじ継手。
【請求項７】
請求項１〜６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。
【請求項８】
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を有するピン、及び、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を準備し、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を亜鉛イオン、ニッケルイオン及びクロムイオンを含有し、前記クロムイオンの濃度が３０〜２０００ｐｐｍであ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又は前記ボックス側接触表面の少なくとも一方に通電して、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−Ｎｉ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９】
請求項８に記載の管用ねじ継手の製造方法であって、
前記めっき液の前記クロムイオンの濃度が３０〜８００ｐｐｍである、管用ねじ継手の製造方法。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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する。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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含む場合がある。ねじ無し金属接触部は、金属シール部及びショルダー部を含む。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。【０００４】
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。【０００５】
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。【０００６】
コンパウンドグリースの代わりに、重金属を含有しないグリース（グリーンドープと称される）を使用する管用ねじ継手が提案されている。たとえば、国際公開第２００８／１０８２６３号（特許文献１）には、重金属を含有しないグリースを使用しても耐焼付き性に優れる管用ねじ継手について記載がある。【０００７】
国際公開第２００８／１０８２６３号（特許文献１）に記載されている管用ねじ継手は、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面が、Ｃｕ−Ｚｎ合金及びＣｕ−Ｚｎ−Ｍ１合金（Ｍ１は、Ｓｎ、Ｂｉ及びＩｎから選ばれた１種又は２種以上の元素）から選ばれたＣｕ合金からなる第１のめっき層を有することを特徴とする。これにより、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、十分な耐ゴーリング性を示す管用ねじ継手が得られる、と特許文献１には記載されている。【０００８】
国際公開第２０１６／１７００３１号（特許文献２）に記載されている管用ねじ継手は、ねじ切り部と第１シール表面とを備え、ねじ切り部及び第１シール表面は、重量で亜鉛（Ｚｎ）が主成分である、金属製の耐食及び耐焼付き層で被覆されていることを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２００８／１０８２６３号
【特許文献２】国際公開第２０１６／１７００３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１及び特許文献２に記載された技術によれば、管用ねじ継手の接触表面にめっき層を形成することで耐焼付き性を高めることができる。しかしながら、上述の技術を用いても、十分な耐焼付き性が得られない場合があった。【００１１】
本発明の目的は、優れた耐焼付き性を有する管用ねじ継手及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本実施形態の管用ねじ継手は、ピンと、ボックスと、Ｚｎ−Ｎｉ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−Ｎｉ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−Ｎｉ合金めっき層はＺｎ、Ｎｉ、微量Ｃｒ及び不純物からなる。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の微量Ｃｒの含有量は、照射イオンとしてＯ２＋を用いた二次イオン質量分析によるＣｒ強度で５．０×１０カウント／秒以上である。【００１３】
本実施形態の管用ねじ継手の製造方法は、浸漬工程と、通電工程とを備える。浸漬工程では、はじめにピン側ねじ部を含むピン側接触表面を有するピン、及び、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を準備する。次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、ニッケルイオン及びクロムイオンを含有する。めっき液中のクロムイオンの濃度は３０〜２０００ｐｐｍである。通電工程では、めっき液に浸漬し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−Ｎｉ合金めっき層を形成する。
【発明の効果】
【００１４】
本実施形態の管用ねじ継手は、優れた耐焼付き性を有する。本実施形態の管用ねじ継手はたとえば上述の製造方法によって得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、めっき液中の微量金属イオン濃度とＺｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度との関係を示す図である。
【図２】図２は、Ｃｒを含有しない場合の、Ｎｉ含有量とＺｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度との関係を示す図である。
【図３】図３は、図２に、微量のＣｒを含有するＺｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度のデータを追加した図である。
【図４】図４は、めっき液中のＣｒ濃度と、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の表面の光沢度との関係を示す図である。
【図５】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】図６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７】図７は、管用ねじ継手の一例の断面図である。
【図８】図８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９】図９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１０】図１０は、図９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１１】図１１は、図９及び図１０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１２】図１２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。
【図１３】図１３は、試験番号２、６、１０、１４、１８及び２２の二次イオン質量分析の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
本発明者らは、管用ねじ継手の耐焼付き性について検討を行った。その結果、以下の知見を得た。
【００１８】
ねじ締め及びねじ戻し時の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、ねじ部を含む接触表面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、局所的にめっき層が高温になった場合でも、めっき層の硬度の低下を抑制できる。その結果、管用ねじ継手の耐焼付き性が高まる。
【００１９】
Ｚｎ合金であるＺｎ−Ｎｉ合金は、十分な高硬度及び高融点を有する。したがって、Ｚｎ−Ｎｉ合金によりめっき層を構成すれば、管用ねじ継手の耐焼付き性を高めることができる。本明細書において、Ｚｎ−Ｎｉ合金及び不純物からなるめっき層を、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層という。
【００２０】
本発明者らは、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度を高める方法を検討した。
【００２１】
従来、めっき層の硬度を高める方法として、（１）有機添加剤、（２）合金化、及び（３）複合めっきの３種類が知られている。（１）有機添加剤を加える方法では、めっき液中に硬度を高める有機添加剤を加える。これにより、めっき層の硬度が高まる。硬度を高める有機添加剤は特に、硬化剤と呼ばれる。硬化剤は市販されている。たとえば、大和特殊株式会社の硫酸銅めっき液であるコスモＧ（商品名）は硬化剤のＧ−１を含む。他の硬化剤の例は、ポリアクリルアミドである。（２）合金化する方法では、数％〜数十％の合金化元素を添加して、めっき層を合金化する。これにより、めっき層の硬度が高まる。合金化めっきはたとえば、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき、及び、Ｎｉ−Ｐめっきである。Ｎｉ−Ｐめっきは２〜１５質量％のＰ、及び、残部はＮｉ及び不純物からなる。（３）複合めっきを形成する方法では、めっき層中に炭化珪素、アルミナ、及びダイヤ等の硬質粒子を共析させる。これにより、めっき層の硬度が高まる。
【００２２】
しかしながら、本発明者らは、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層に微量の金属元素を含有させることにより、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度を高めることができるという従来とは全く異なる知見を得た。
【００２３】
従来、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の金属成分（Ｚｎ及びＮｉ）以外の金属イオンは、めっき液中では不純物であると考えられてきた。つまり、微量の金属元素は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成するためのめっき液において不純物である。めっき液中の不純物は、めっき不良を引き起こす場合がある。めっき不良とはたとえば、外観不良及び物性不良である。外観不良はたとえば、ピット、ざらつき、くもり、色むら及び不めっき等である。物性不良はたとえば、めっき層の硬度低下、延展性低下、及び密着性低下等である。これまで、めっき不良を抑制するためにめっき液中の不純物の低減が試みられてきた。
【００２４】
本発明者らは、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層中に、これまで不純物と考えられてきた微量の金属元素を含有させた場合の影響を調査した。その結果、以下の知見を得た。
【００２５】
図１は、めっき液中の微量金属イオン濃度とＺｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度との関係を示す図である。ここで、めっき液とは、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成するためのめっき液であって、亜鉛イオン及びニッケルイオンを含有するめっき液をいう。図１の横軸は、めっき液中に含まれる微量金属イオンの濃度（ｐｐｍ）である。ここで、微量金属イオンとは、亜鉛イオン及びニッケルイオン以外の金属イオンをいう。図１の縦軸は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層のビッカース硬さ（Ｈｖ）を示す。ビッカース硬さは、試験温度を常温（２５℃）、試験力（Ｆ）を０．０１ＮとしてＪＩＳ  Ｚ２２４４（２００９）に準拠した方法で測定した。
【００２６】
図１を参照して、めっき液中に鉄イオン又は銅イオンが含まれる場合、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度は大きく変化しない。加えて、鉄イオンの濃度が９００ｐｐｍを超えると、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度は低下する傾向にある。しかしながら、めっき液中にクロムイオンが微量に含まれる場合、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度が顕著に高まる。つまり、従来は不純物と考えられてきた微量の金属元素を含有させることにより、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度が高まることが分かった。さらに、金属元素の中でも特にＣｒが、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度を高めるのに有効であることが分かった。
【００２７】
本発明者らは、クロムイオンを含有するめっき液を用いて製造されたＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を詳細に調査した。その結果、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層に微量のＣｒが含有されることを知見した。つまり、本発明者らは、Ｃｒが微量に含まれることにより、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度が高まることを初めて知見した。従来、Ｃｒは不純物であると考えられてきた。そのため本発明者らの知見は、従来とは全く異なるものである。
【００２８】
通常、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度はＮｉ含有量に依存する。図２は、クロムイオン濃度が０ｐｐｍのめっき液を用いて製造されたＺｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度を示す。つまり、図２は、Ｃｒを含有しない場合の、Ｎｉ含有量とＺｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度との関係を示す図である。図２の横軸は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層中のＮｉ含有量（質量％）である。図２の縦軸は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層のビッカース硬さ（Ｈｖ）である。ビッカース硬さは、試験温度を常温（２５℃）、試験力（Ｆ）を０．０１ＮとしてＪＩＳ  Ｚ２２４４（２００９）に準拠した方法で測定した。
【００２９】
図２を参照して、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度はＮｉ含有量に依存することが分かる。図２の範囲では、Ｚｎ−ＮＩ合金めっき層の硬度は、Ｎｉ含有量に比例して高くなることが分かる。
【００３０】
図３は、図２にさらに、微量のＣｒを含有するＺｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度のデータを加えた図である。図３に追加したデータは後述する実施例から得られた。図３中、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層中のＣｒ強度を示す。ここで、Ｃｒ強度とは、照射イオンとしてＯ２＋を用いた二次イオン質量分析により検出されたＣｒの二次イオン数をいう。図３中、白い丸印（○）は、Ｃｒ強度が１．０×１００カウント／秒のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬さを示す。図３中、バツ印（×）は、Ｃｒ強度が３．６×１０１カウント／秒のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬さを示す。
【００３１】
図３中、白い四角印（□）、黒三角印（▲）、白三角印（△）及び黒丸印（●）は、Ｃｒ強度が５．０×１０カウント／秒以上のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層６の硬さを示す。図３を参照して、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層のＣｒ強度が５．０×１０カウント／秒以上であれば、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度が顕著に高まる。より具体的には、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層のＣｒ強度が５．０×１０カウント／秒以上であれば、本実施形態のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層のビッカース硬さは、式（１）によって示される。
ビッカース硬さ（Ｈｖ）＞−３００＋５５×Ｎｉ    （１）
ここで、ＮｉはＺｎ−Ｎｉ合金めっき層中のＮｉ含有量（質量％）を示す。
【００３２】
微量のＣｒがＺｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度を高める理由は定かではない。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層中に共析した微量のＣｒによって、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の結晶構造が変化している可能性がある。
【００３３】
通常、めっき液に多量のＣｒが含まれることは無い。上述のとおり、従来は亜鉛イオン及びニッケルイオン以外の金属イオンは不純物と考えられてきた。そのため、めっき液中に含まれないような対策が講じられてきた。具体的には、めっき液による腐食や溶解を抑制できる材質のめっき設備が用いられてきた。また、不純物、いわゆるコンタミネーションが多い場合には、めっき液の交換がされてきた。
【００３４】
以上のとおり、本発明者らは、従来とは全く異なる方法でＺｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度を高めることに成功した。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度が高まれば、管用ねじ継手の耐焼付き性が高まる。
【００３５】
ところで、管用ねじ継手には、優れた外観が要求される場合がある。外観の良否は、管用ねじ継手の表面で反射する光の量（光沢度）を基準に判断される。光沢度が高ければ、外観が良いと判断する。
【００３６】
図４は、めっき液中のクロムイオンの濃度と、そのめっき液を用いて電気めっきにより形成したＺｎ−Ｎｉ合金めっき層の表面の光沢度との関係を示す図である。縦軸のめっき層表面の光沢度とは、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層表面の、ＪＩＳ  Ｚ８７４１（１９９７）に準拠した鏡面光沢度を意味する。横軸に示す、めっき液中のＣｒ濃度（ｐｐｍ）とは、めっき液に含まれるクロムイオンの濃度（ｐｐｍ）を意味する。図４は、後述する実施例から得られた。図４では、めっき液中のクロムイオンの濃度、電流密度及びめっき液の流速を変えてＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した結果を示す。電流密度及び流速が同一条件の場合、同一の印を付した。たとえば、図２中、白丸印（○）は、電流密度：４Ａ／ｄｍ２、流速：０．５ｍ／ｓでＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成したことを意味する。
【００３７】
図４を参照して、めっき液中のクロムイオンの濃度が０ｐｐｍから１００ｐｐｍへと高まるのに伴って、電流密度及び流速にかかわらずＺｎ−Ｎｉ合金めっき層表面の光沢度も高まる。しかしながら、めっき液中のクロムイオンの濃度が１００ｐｐｍより多くなると、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層表面の光沢度は、めっき液中のクロムイオンの濃度の増加に伴って低下する。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層表面の光沢度は、めっき液中のクロムイオンの濃度が１０００ｐｐｍに到達した時点で２０〜４０程度になる。これは、めっき液中のクロムイオンの濃度が０ｐｐｍであった場合のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層表面の光沢度６０〜１２０程度と比較して低い。
【００３８】
めっき液中のクロムイオンの濃度を一定以下にすれば、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の表面の光沢度を高めることができることが分かった。この場合、管用ねじ継手は、優れた耐焼付き性に加えて、優れた外観を有する。
【００３９】
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−Ｎｉ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−Ｎｉ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−Ｎｉ合金めっき層はＺｎ、Ｎｉ、微量Ｃｒ及び不純物からなる。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の微量Ｃｒの含有量は、照射イオンとしてＯ２＋を用いた二次イオン質量分析によるＣｒ強度で５．０×１０カウント／秒以上である。
【００４０】
本実施形態の管用ねじ継手は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を備える。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層は微量のＣｒを含有する。微量のＣｒにより、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度が高まる。これにより、管用ねじ継手の耐焼付き性が高まる。
【００４１】
上記Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層表面の光沢度は１００以上であってもよい。
【００４２】
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層表面の光沢度が高ければ、管用ねじ継手は、優れた耐焼付き性に加えて優れた外観を有する。
【００４３】
上記Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の厚さは１〜２０μｍであってもよい。
【００４４】
上記Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層のビッカース硬さＨｖは６００以上であってもよい。
【００４５】
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層のビッカース硬さＨｖが６００以上であれば、管用ねじ継手の耐焼付き性が高まる。
【００４６】
上記Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層は、６．０〜１６．０質量％のＮｉを含有し、γ相を含み、γ相の（４１１）面の間隔が２．１１１Å以上であってもよい。
【００４７】
この場合、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬さがさらに高まる。
【００４８】
管用ねじ継手はさらに、ピン側接触表面、ボックス側接触表面、及び、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の少なくとも１つの上に潤滑被膜を備えてもよい。
【００４９】
管用ねじ継手が潤滑被膜を備える場合、管用ねじ継手の潤滑性が高まる。
【００５０】
上記管用ねじ継手において、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。
【００５１】
本実施形態の管用ねじ継手の製造方法は、浸漬工程と、通電工程とを備える。浸漬工程では、はじめにピン側ねじ部を含むピン側接触表面を有するピン、及び、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を準備する。次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、ニッケルイオン及びクロムイオンを含有する。めっき液中のクロムイオンの濃度は３０〜２０００ｐｐｍである。通電工程では、めっき液に浸漬し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−Ｎｉ合金めっき層を形成する。
【００５２】
上記製造方法により、微量のＣｒを含有するＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を備える管用ねじ継手が製造できる。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度は高い。そのため、管用ねじ継手の耐焼付き性が高まる。
【００５３】
上記めっき液のクロムイオンの濃度は３０〜８００ｐｐｍであってもよい。
【００５４】
めっき液のクロムイオンの濃度の上限が８００ｐｐｍの場合、管用ねじ継手は優れた耐焼付き性に加え、優れた外観を有する。
【００５５】
上記製造方法で製造される管用ねじ継手において、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。
【００５６】
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。
【００５７】
［管用ねじ継手］
管用ねじ継手は、ピン及びボックスを備える。図５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５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。
【００５８】
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６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６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。
【００５９】
図７は、管用ねじ継手１の断面図である。図７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７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７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７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。
【００６０】
図７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７の配置に限定されず、適宜変更できる。たとえば、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。
【００６１】
図５及び図６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８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。
【００６２】
図９は、本実施形態の管用ねじ継手１の断面図である。図９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−Ｎｉ合金めっき層６を備える。図９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−Ｎｉ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１０に示すように、ピン側接触表面４０上のみに、Ｚｎ−Ｎｉ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１１に示すように、ボックス側接触表面５０上のみに、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６を備えてもよい。
【００６３】
また、Ｚｎ−Ｎｉ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−Ｎｉ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−Ｎｉ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−Ｎｉ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−Ｎｉ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。
【００６４】
［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層］
Ｚｎ−Ｎｉ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−Ｎｉ合金めっき層６は、Ｚｎ−Ｎｉ合金及び不純物からなる。Ｚｎ−Ｎｉ合金は、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、微量のクロム（Ｃｒ）及び不純物からなる。ここで、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の不純物、及び、Ｚｎ−Ｎｉ合金の不純物とは、Ｚｎ、Ｎｉ及びＣｒ以外の物質で、管用ねじ継手の製造中等にＺｎ−Ｎｉ合金めっき層６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。不純物とはたとえば、Ｆｅ及びＣｕである。
【００６５】
［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の組成］
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の化学組成全体を１００質量％とした場合に、Ｎｉ含有量は６．０〜２０．０質量％である。この場合、Ｚｎ−Ｎｉ合金はη相及びγ相の混相となる場合がある。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６のＮｉ含有量の下限が１０．０質量％であれば、Ｚｎ−Ｎｉ合金はγ相単相となる。この場合、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の硬度がさらに高まる。したがって、好ましくは、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６のＮｉ含有量の下限は１０．０質量％であり、より好ましくは１２．０質量％であり、さらに好ましくは１４．０質量％である。好ましくは、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６のＮｉ含有量の上限は１８．０質量％であり、より好ましくは１７．０質量％であり、さらに好ましくは１６．０質量％である。
【００６６】
Ｚｎ含有量は８０．０〜９４．０質量％である。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６には、微量のＣｒが含有される。しかしながら、Ｃｒの含有量は微量であるため、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の組成は、主にＺｎとＮｉとからなる。Ｚｎ含有量の下限は好ましくは８２．０質量％であり、より好ましくは８３．０質量％であり、さらに好ましくは８４．０質量％である。Ｚｎ含有量の上限は好ましくは９０．０質量％であり、より好ましくは８８．０質量％であり、さらに好ましくは８６．０質量％である。
【００６７】
［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の組成の測定方法］
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６のＮｉ含有量は次の方法で測定する。ハンドヘルド蛍光Ｘ線分析装置（日本電子株式会社製ＤＰ２０００（商品名ＤＥＬＴＡ  Ｐｒｅｍｉｕｍ））を用いて測定する。測定は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の表面の４箇所（管用ねじ継手の管周方向０°、９０°、１８０°、２７０°の４箇所）を組成分析する。Ａｌｌｏｙ  ＰｌｕｓモードによりＺｎ及びＮｉの測定含有量を求める。求めたＺｎ及びＮｉの測定含有量の総量でＮｉの測定含有量を除したものをＮｉ含有量（質量％）とする。Ｎｉ含有量（質量％）は、組成分析した４箇所の測定結果の算術平均とする。Ｚｎ含有量についても同様に測定する。
【００６８】
［Ｃｒ含有量］
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６には、微量のＣｒが含まれる。具体的には、Ｃｒ含有量は、照射イオンとしてＯ２＋を用いた二次イオン質量分析によるＣｒ強度で５．０×１０カウント／秒以上である。ここで、照射イオンとしてＯ２＋を用いた二次イオン質量分析により検出されたＣｒの二次イオン数をＣｒ強度（カウント／秒）という。Ｃｒ強度が５．０×１０カウント／秒以上であれば、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の硬度が高まる。
【００６９】
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６中のＣｒ含有量は微量である。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６中のＣｒは一般的な測定方法では検出できない場合がある。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６中のＣｒは蛍光Ｘ線分析では検出できない。したがって、Ｃｒ含有量は二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により測定し、Ｃｒ強度（カウント／秒）として表現する。Ｃｒ強度の下限は５．０×１０カウント／秒であり、より好ましくは１．０×１０２カウント／秒であり、さらに好ましくは１．０×１０３カウント／秒である。Ｃｒ強度の上限は特に限定されないが、たとえば１．０×１０１０カウント／秒である。
【００７０】
［Ｃｒ強度の測定方法］
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６のＣｒ強度は次の方法で測定する。アルバックファイ株式会社製、四重極型二次イオン質量分析装置ＰＨＩ  ＡＤＥＰＴ−１０１０ＴＭを用いる。測定条件は以下のとおりである。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の表面から深さ方向分析を行う。Ｃｒ強度は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の表面から１．５〜２．０μｍ深さの測定値の算術平均値とする。
真空度：５×１０−７Ｐａ以下
照射イオン：Ｏ２＋
加速電圧：６．０ｋＶ
測定範囲：６４μｍ角（６４μｍ×６４μｍ）
測定頻度：深さ方向に２０ｎｍごと
【００７１】
深さは、測定時間、つまりスパッタ時間を深さに換算した数値とする。測定時間と深さとの換算は次のとおりに行う。測定後、測定によって生じたクレーターの深さを測定する。クレーターの深さは、ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ株式会社製、触針式プロファイラー、Ｐ−１７  Ｓｔｙｌｕｓ  Ｐｒｏｆｉｌｅｒを用いて測定する。クレーターを含めた表面形状を測定し、クレーターによる段差を計測し、クレーターの深さとする。クレーターの深さと測定時間との関係式を作成する。この関係式と、測定時間とから、測定箇所の深さ（μｍ）を換算する。
【００７２】
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６がその上に１μｍ以上の厚さの他の被膜を備えている場合は、被膜を除去した後に二次イオン質量分析を実施する。この場合、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の表面とは、被膜を除去した後のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層６の表面を意味する。被膜はたとえば、リン酸塩被膜及び潤滑被膜である。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６がその上にリン酸塩被膜を備えている場合は、リン酸塩被膜を溶解して除去する。リン酸塩被膜の溶解は、市販の剥離液を用いる。市販の剥離液はたとえば、クロム酸溶液である。クロム酸溶液は、インヒビターを含有する。剥離液により、リン酸塩被膜のみを溶解させる。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６がその上に潤滑被膜を備える場合は、潤滑被膜を除去する。潤滑被膜の除去は、溶剤による溶解、拭き取り、高圧洗浄又はドライアイスブラスト等の周知の方法で実施できる。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６がその上にクロメート被膜を備える場合は、クロメート被膜を除去せずに二次イオン質量分析を実施する。その場合、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の表面とは、クロメート被膜の表面を意味する。
【００７３】
［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層のビッカース硬さ］
本実施形態のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層６は、Ｃｒ強度が５．０×１０カウント／秒以上である。そのため、ビッカース硬さが顕著に高まる。本実施形態のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層６のビッカース硬さは、式（１）によって示される。
ビッカース硬さ（Ｈｖ）＞−３００＋５５×Ｎｉ    （１）
ここで、ＮｉはＺｎ−Ｎｉ合金めっき層６中のＮｉ含有量（質量％）を示す。
【００７４】
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６のビッカース硬さＨｖの下限は好ましくは−２５０＋５５×Ｎｉであり、より好ましくは−２００＋５５×Ｎｉである。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６のビッカース硬さＨｖの上限は高い程好ましい。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６のビッカース硬さＨｖの上限はたとえば、３００＋５５×Ｎｉである。
【００７５】
より具体的には、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６のビッカース硬さＨｖの下限は好ましくは４００であり、より好ましくは５００であり、さらに好ましくは６００であり、さらに好ましくは６５０であり、さらに好ましくは７００である。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６のビッカース硬さＨｖの上限は高い程好ましい。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６のビッカース硬さＨｖの上限はたとえば、１２００である。
【００７６】
［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層のビッカース硬さ測定方法］
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６のビッカース硬さは次の方法で測定する。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６を備えるピン４又はボックス５を準備する。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６を備えるピン４又はボックス５を軸方向に垂直に切断する。現れたＺｎ−Ｎｉ合金めっき層６の断面の任意の５点に対して、ＪＩＳ  Ｚ２２４４（２００９）に準拠した方法でビッカース硬さを測定する。測定には、株式会社フィッシャー・インストルメンツ製微小硬度計Ｆｉｓｃｈｅｒ  ｓｃｏｐｅ  ＨＭ２０００を用いる。試験温度は常温（２５℃）、試験力（Ｆ）は０．０１Ｎとする。得られた測定結果５点の内、最大値及び最小値を除いた３点の算術平均を、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６のビッカース硬さＨｖ（Ｈｖ０．００１）とする。
【００７７】
［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層表面の光沢度］
好ましくは、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６表面の光沢度は１００以上である。ここで、光沢度とは、ＪＩＳ  Ｚ８７４１（１９９７）に定義される、屈折率が可視波長範囲全域にわたって一定値１．５６７であるガラス表面において、入射角６０°での鏡面光沢度（鏡面反射率ρ０（θ）＝０．１００１）を１００％とした場合の鏡面光沢度をいう。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６表面の光沢度が１００以上であれば、管用ねじ継手は優れた外観を有する。好ましくは、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６表面の光沢度の下限は、１０５であり、さらに好ましくは、１１０である。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６表面の光沢度の上限は高い程好ましい。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６表面の光沢度はたとえば、２００である。
【００７８】
［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層表面の光沢度の測定方法］
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６表面の光沢度は次の方法で測定する。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６表面の任意の２点に対して、ＢＹＫ−Ｇａｒｄｎｅｒ  ＧｍｂＨ製ｍｉｃｒｏ−ＴＲＩ−ｇｌｏｓｓ（ポータブル光沢度計）を用いて、ＪＩＳ  Ｚ８７４１（１９９７）に準拠した方法で鏡面光沢度を測定する。得られた測定値の算術平均を、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６表面の光沢度とする。
【００７９】
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６は、後述するめっき層形成工程で形成される。このとき、好ましくは、亜鉛イオン、ニッケルイオン及びクロムイオンを含有し、クロムイオンの濃度が３０〜８００ｐｐｍであるめっき液を用いためっき処理により、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６が形成される。この場合、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の光沢度が高まり、管用ねじ継手は、優れた耐焼付き性に加えて、優れた外観を有する。
【００８０】
［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の厚さ］
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の厚さは特に限定されない。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の厚さはたとえば、１〜２０μｍである。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の厚さが１μｍ以上であれば、十分な耐焼付き性を安定して得ることができる。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の厚さが２０μｍを超えても、上記効果は飽和する。
【００８１】
［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の厚さの測定方法］
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の厚さは、次の方法で測定する。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６を形成した接触表面３４及び４４の４箇所に対して、Ｈｅｌｍｕｔ  Ｆｉｓｃｈｅｒ  ＧｍｂＨ製、渦電流位相式膜厚計ＰＨＡＳＣＯＰＥＰＭ９１０を用いて、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の厚さを測定する。測定は、ＩＳＯ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ）２１９６８（２００５）に準拠する方法で行う。測定箇所は、管用ねじ継手の管周方向の４箇所（０°、９０°、１８０°、２７０°の４箇所）である。測定結果の算術平均を、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の厚さとする。
【００８２】
［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の結晶構造］
めっきにより形成されたＺｎ−Ｎｉ合金には、η相、γ相及びα相が含まれる。η相は、化学式Ｚｎ、格子定数ａ＝０．２６７ｎｍ及びｃ＝０．４９５ｎｍの六方晶の結晶構造を有する相である。γ相は、化学式Ｎｉ５Ｚｎ２１、格子定数α＝０．８９０ｎｍの立方晶の結晶構造を有する相である。α相は、化学式Ｎｉ、格子定数ａ＝０．３５２ｎｍの面心立方晶の結晶構造を有する相である。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の結晶構造は、これらの相の混相であってもよい。しかしながら、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の結晶構造が、γ相単相であれば、硬度がさらに高まる。したがって、好ましくは、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の結晶構造は、γ相単相である。
【００８３】
［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の結晶構造の同定方法］
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の結晶構造は、次の方法で同定する。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６表面に対して、以下の測定条件でＸ線回折測定を実施する。得られた実測プロファイルとＡＳＴＭカードに記載された値とを比較して相を同定する。
・装置：株式会社リガク製  ＲＩＮＴ−２５００
・Ｘ線管球：Ｃｏ‐Ｋα線
・スキャンレンジ：２θ＝１０〜１１０°
・スキャンステップ：０．０２°
【００８４】
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６は組成に応じてγ相、ε相、及びη相を含む。以下、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６に含まれるγ相の（４１１）面の間隔を、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の面間隔という。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の面間隔が広がれば、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６に歪が付与され、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の硬度が高まると推測される。したがって、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の面間隔は２．１１１Å以上であってもよい。
【００８５】
上述のとおり、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の結晶構造は、組成に依存する。そのため、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の面間隔はＮｉ含有量に大きく影響を受ける。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の面間隔は、微量のＣｒにも影響を受ける。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の面間隔は、６．０〜１６．０質量％のＮｉを含有し、かつ、微量のＣｒを含有する場合、２．１１１Å以上になる。
【００８６】
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の面間隔が２．１１１Å以上であれば、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６のビッカース硬さＨｖが６００以上になる。この場合、管用ねじ継手の耐焼付き性がさらに高まる。好ましくは、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の面間隔の下限は、２．１１２Åであり、さらに好ましくは、２．１１３Åである。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の面間隔の上限は、特に限定されない。しかしながら、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の面間隔の上限はたとえば、２．１１６Åである。
【００８７】
［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層中のγ相の（４１１）面の間隔の測定方法］
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６に含まれるγ相の（４１１）面の間隔は、次の方法で測定する。上述の、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の結晶構造の同定方法と同じ条件で、Ｘ線回折測定を実施する。得られた実測プロファイル中、（４１１）面に対応する２θ＝４９．０〜５２．０°の回折データをローレンツ関数でフィッティングする。ローレンツ関数は式（２）で与えられる。
回折強度（ｃｐｓ）＝ＰＨ／（１＋（２θ−ＰＰ）２／ＦＨ２）＋ＢＧ    （２）
ここで、ＰＨ；ピーク高さ（ｃｐｓ）、ＰＰ；ピーク位置（ｄｅｇ）、ＦＨ；半値幅（ｄｅｇ）、ＢＧ；バックグラウンド（ｃｐｓ）及び２θ；回折角度である。
実測プロファイルの回折強度とローレンツ関数で算出した強度との差の二乗を２θ＝４９．０〜５２．０°にわたって積算し、その総和が最小となるようにＰＨ、ＰＰ、ＦＨおよびＢＧの各変数を最適化する。変数の最適化にはエクセルソフトのソルバーを用いる。（４１１）面の間隔を最適化したピーク位置ＰＰ（ｄｅｇ）からブラッグの法則に従い算出する。得られた値を、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６に含まれるγ相の（４１１）面の間隔（Å）とする。
【００８８】
［潤滑被膜］
上記管用ねじ継手はさらに、ピン側接触表面４０、ボックス側接触表面５０、及び、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の少なくとも１つの上に潤滑被膜７を備えてもよい。この場合、管用ねじ継手の潤滑性が高まる。潤滑被膜７は、たとえば図１２に示すように、ピン側接触表面４０上のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層６及びボックス側接触表面５０上のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層６の両方の上に配置されてもよい。潤滑被膜７は、ピン側接触表面４０上のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層６上のみに配置されてもよい。潤滑被膜７は、ボックス側接触表面５０上のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層６上のみに配置されてもよい。潤滑被膜７は、ピン側接触表面４０上又はボックス側接触表面５０上に直接配置されてもよい。たとえば、ピン側接触表面４０上又はボックス側接触表面５０上にＺｎ−Ｎｉ合金めっき層６が配置されない場合、潤滑被膜７は、ピン側接触表面４０上又はボックス側接触表面５０上に直接配置されてもよい。
【００８９】
潤滑被膜７は、固体であってもよいし、半固体状及び液体状であってもよい。潤滑被膜７は、周知の潤滑剤を使用できる。潤滑被膜７はたとえば、潤滑性粒子及び結合剤を含有する。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。
【００９０】
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。溶媒以外の成分の合計を１００質量％とした場合、潤滑性粒子の含有量はたとえば、１〜５０質量％であり、好ましくは５〜３０質量％である。
【００９１】
結合剤はたとえば、有機結合剤及び無機結合剤からなる群から選択される１種又は２種である。有機結合剤はたとえば、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂からなる群から選択される１種又は２種である。熱硬化性樹脂はたとえば、ポリエチレン樹脂、ポリイミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂からなる群から選択される１種又は２種以上である。無機系結合剤はたとえば、アルコキシシラン及びシロキサン結合を含有する化合物からなる群から選択される１種又は２種である。溶媒以外の成分の合計を１００質量％とした場合、結合剤の含有量はたとえば、１０〜８０質量％であり、好ましくは２０〜７０質量％である。
【００９２】
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。溶媒以外の成分の合計を１００質量％とした場合、他の成分の含有量はたとえば、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。
【００９３】
潤滑剤はたとえば、ＪＥＴ−ＬＵＢＥ株式会社製、ＳＥＡＬ−ＧＵＡＲＤＴＭＥＣＦＴＭである。他の潤滑剤はたとえば、ロジン、金属石鹸、ワックス及び潤滑性粉末を含有する潤滑剤である。ピン側接触表面４０上に配置される潤滑被膜７の化学組成と、ボックス側接触表面５０上に配置される潤滑被膜７の化学組成と、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６上に配置される潤滑被膜７の化学組成とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００９４】
潤滑被膜７の厚さは特に限定されない。潤滑被膜７の厚さはたとえば、３０〜３００μｍである。潤滑被膜７の厚さが３０μｍ以上であれば、管用ねじ継手のねじ締めの際に、ショルダー部４３，５３同士が接触する際のトルク値を低下する効果が高い。そのため、ねじ締めの際のトルク値の調整が容易になる。潤滑被膜７の厚さが３００μｍを超えても、ねじ締め時に過剰分の潤滑被膜７が接触表面４０，５０上から排除されるため、上記効果は飽和する。
【００９５】
潤滑被膜７の厚さは、次の方法で測定する。潤滑被膜７を備えたピン４又はボックス５を準備する。ピン４又はボックス５を管の軸方向に垂直に切断する。潤滑被膜７を含む断面に対して顕微鏡観察を行う。顕微鏡観察の倍率は５００倍とする。これにより、潤滑被膜７の膜厚を求める。
【００９６】
［管用ねじ継手の母材］
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。合金鋼はたとえば、Ｎｉ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。
【００９７】
［製造方法］
本実施形態の管用ねじ継手の製造方法は、上記管用ねじ継手の製造方法である。管用ねじ継手の製造方法は、準備工程と、めっき層形成工程とを備える。
【００９８】
［浸漬工程］
浸漬工程では、はじめに、ピン４、ボックス５及びめっき液を準備する。次に、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。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。めっき液は、亜鉛イオン、ニッケルイオン及びクロムイオンを含有する。クロムイオンの濃度は３０〜２０００ｐｐｍである。めっき液がクロムイオンを含有することによって、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６に微量のクロムが取り込まれる。この場合、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６の硬度が高まり、管用ねじ継手の耐焼付き性が高まる。めっき液には、好ましくは、亜鉛イオン：１〜１００ｇ／Ｌ、ニッケルイオン：１〜１００ｇ／Ｌが含有される。
【００９９】
めっき液中の金属イオンの種類及びクロムイオンの濃度は、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製、高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析装置（ｉＣＡＰ６３００）を用いて測定する。
【０１００】
［通電工程］
通電工程では、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−Ｎｉ合金めっき層６を形成する。つまり、Ｚｎ−Ｎｉ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／ｄｍ２、及び、処理時間：０．１〜３０分である。
【０１０１】
上記めっき液のクロムイオンの濃度は３０〜８００ｐｐｍであってもよい。この場合、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６は、硬度が高まるだけでなく、表面の光沢度が１００以上になる。そのため、管用ねじ継手は、優れた耐焼付き性に加えて、優れた外観を有する。
【０１０２】
［成膜工程］
上述のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層をピン側接触表面４０上又はボックス側接触表面５０上の少なくとも一方に形成した後に、成膜工程を実施してもよい。成膜工程では、ピン側接触表面４０上、ボックス側接触表面５０上、及び、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６上からなる群から選択される少なくとも１つに、潤滑被膜７を形成する。
【０１０３】
上述のピン側接触表面４０上、ボックス側接触表面５０上、及び、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層６上からなる群から選択される少なくとも１つに、上述の潤滑性粒子及び結合剤を含有する組成物を塗布することで、潤滑被膜７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、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７は、接触表面の一部に形成してもよいが、接触表面全体に均一に形成することが好ましい。成膜工程は、ピン４及びボックス５の両方に実施してもよいし、片方のみに実施してもよい。
【０１０４】
［下地処理工程］
上記製造方法は、必要に応じて、浸漬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除去する。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。
【実施例】
【０１０５】
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。【０１０６】
［準備工程］
本実施例においては、ねじ継手の母材を想定して、市販の冷延鋼板を使用した。冷延鋼板は縦１５０ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ０．８ｍｍであった。冷延鋼板表面の、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍの領域にめっきを施した。鋼種は、極低炭素鋼であった。【０１０７】
続いて、めっき液を準備した。めっき液は、大和化成株式会社製、商品名ダインジンアロイＮ２（商品名）を使用した。めっき液中に塩化クロム（ＩＩＩ）六水和物（ＣｒＣｌ３・６Ｈ２Ｏ）を溶解して、各試験番号のめっき液のクロムイオン濃度を調整した。なお、表１中の「めっき液中Ｃｒ濃度（ｐｐｍ）」とは、めっき液中のクロムイオンの濃度（ｐｐｍ）をいい、その数値は狙い値である。「めっき液中Ｃｒ濃度（ｐｐｍ）」の値が０とは、めっき液中に前述の塩化クロム（ＩＩＩ）六水和物を添加しなかったことを意味する。【０１０８】
［めっき層形成工程］
各試験番号の冷延鋼板に、準備しためっき液を用いてＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の形成は、電気めっきにより実施した。めっき液ｐＨ：３〜６、めっき液温度：３０〜４０℃、処理時間：５〜２０分であった。その他の各試験番号の試験条件を表１に示す。表１中、「めっき液流速（ｍ／ｓ）」は、めっき液の攪拌速度であり、めっき液をポンプで循環させた場合の循環量を、めっき液の線速で示した値である。【０１０９】
【表１】
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【０１１０】
［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の組成の測定試験］
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の組成を次の方法で測定した。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））を用いて測定した。測定は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した冷延鋼板の表面の任意の４箇所を組成分析した。Ａｌｌｏｙ  ＰｌｕｓモードによりＺｎ及びＮｉの測定含有量を求めた。求めたＺｎ及びＮｉの測定含有量の総量でＮｉの測定含有量を除したものをＮｉ含有量（質量％）とした。結果を表１に示す。同様に、Ｃｒ含有量を測定した。しかしながら、蛍光Ｘ線による分析では、全ての実施例でＣｒは検出限界以下であった。【０１１１】
［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層のＣｒ強度の測定試験］
試験番号２、試験番号６、試験番号１０、試験番号１４、試験番号１８及び試験番号２２のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層のＣｒ強度を次の方法で測定した。アルバックファイ株式会社製、四重極型二次イオン質量分析装置ＰＨＩ  ＡＤＥＰＴ−１０１０ＴＭを用いた。測定条件は以下のとおりであった。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の表面から深さ方向分析を行った。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の表面から１．５〜２．０μｍ深さのＣｒ強度の測定値の算術平均値を表１に示す。
照射イオン：Ｏ２＋
加速電圧：６．０ｋＶ
測定範囲：６４μｍ
測定頻度：深さ方向に２０ｎｍごと
測定元素：Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｒ【０１１２】
二次イオン質量分析の結果を図１３に示す。図１３において、横軸は深さである。深さとは、上述の方法で測定時間から換算した深さ（μｍ）である。縦軸は、二次イオン強度である。図１３のデータは、試験番号２、試験番号６、試験番号１０、試験番号１４、試験番号１８及び試験番号２２のＺｎ−Ｎｉ合金めっき層の上にさらにクロメート被膜を形成した後に測定した結果である。そのため、各データの表層付近（深さ０μｍ〜約０．４μｍまで）は、クロメート被膜のＣｒを検出し、Ｃｒ強度が高かった。【０１１３】
［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層のビッカース硬さ測定試験］
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した冷延鋼板を表面に対して垂直に切断し、現れたＺｎ−Ｎｉ合金めっき層の断面に対して、上述の方法でビッカース硬さ（Ｈｖ）を測定した。結果を表１の硬度（Ｈｖ）の欄に示す。また、式（１）の欄に、上述の式（１）とＮｉ含有量とから算出されるビッカース硬さ（Ｈｖ）を示す。【０１１４】
［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層表面の光沢度測定試験］
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した冷延鋼板の表面に対して、上述の方法で光沢度を測定した。結果を表１に示す。【０１１５】
［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の厚さ測定試験］
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した冷延鋼板の表面の任意の４箇所に対して、上述の方法により測定試験を実施し、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の厚さ（μｍ）を測定した。結果を表１に示す。【０１１６】
［Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層のＸ線回折測定試験］
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した冷延鋼板の表面に対して、上述の測定条件でＸ線回折測定を実施した。得られた実測プロファイルとＡＳＴＭカードに記載された値とを比較して相を同定した。その結果、全ての実施例でγ相単相であった。また、得られた実測プロファイルから、（４１１）面に対応するピーク位置ＰＰ（ｄｅｇ）を上述の方法で算出した。そして、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層に含まれるγ相の（４１１）面の間隔（Å）を求めた。結果を表１の面間隔（Å）の欄に示す。【０１１７】
［評価結果］
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の硬度と耐焼付き性とは相関する。そのため、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層のビッカース硬さＨｖが高ければ、耐焼付き性に優れる。表１を参照して、試験番号１〜試験番号１６の冷延鋼板では、３０ｐｐｍ以上の濃度のクロムイオンを含有するめっき液でＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した。そのため、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層のＣｒ強度が５．０×１０カウント／秒以上であり、ビッカース硬さＨｖが高まった。具体的には、ビッカース硬さが、式（１）及びＮｉ含有量から算出されるビッカース硬さよりも高くなった。つまり、試験番号１〜試験番号１６は、優れた耐焼付き性を示した。【０１１８】
さらに、試験番号１〜試験番号１２の冷延鋼板では、８００ｐｐｍ以下のクロムイオン濃度のめっき液でＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した。その結果、光沢度が１００．０以上となり、優れた耐焼付き性に加え、優れた外観を示した。【０１１９】
さらに、試験番号１〜試験番号１６の冷延鋼板では、γ相の（４１１）面の面間隔が２．１１１Å以上になった。その結果、ビッカース硬さＨｖが６００以上となり、さらに優れた耐焼付き性を示した。【０１２０】
一方、試験番号１７〜試験番号２２の冷延鋼板では、３０ｐｐｍ未満のクロムイオン濃度のめっき液でＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した。そのため、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層のＣｒ強度が５．０×１０未満となった。その結果、ビッカース硬さが式（１）及びＮｉ含有量から算出されるビッカース硬さよりも低くなり、耐焼付き性が悪かった。【０１２１】
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。
【符号の説明】
【０１２２】
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−Ｎｉ合金めっき層
７          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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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