管材の引張試験用供試材及び引張試験方法
【課題】管材の引張試験に好適に用いられる引張試験用供試材を提供する。
【解決手段】引張試験に供される管材１の引張試験用供試材であって、管材１の周囲に軸線方向に延びるスリット２が複数並んで形成されることによって、各スリット２の間に試験片部３が形成されてなる。これにより、引張試験時に引張試験用供試材を管状のまま縮径させることなく引っ張ることができるため、各試験片部３の縮径に伴う曲げモーメントの発生や、長手方向の反りの発生などを防ぎつつ、単軸引張による正確な測定を行うことが可能となる。
【解決手段】引張試験に供される管材１の引張試験用供試材であって、管材１の周囲に軸線方向に延びるスリット２が複数並んで形成されることによって、各スリット２の間に試験片部３が形成されてなる。これにより、引張試験時に引張試験用供試材を管状のまま縮径させることなく引っ張ることができるため、各試験片部３の縮径に伴う曲げモーメントの発生や、長手方向の反りの発生などを防ぎつつ、単軸引張による正確な測定を行うことが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引張試験に供される管材の引張試験用供試材、並びにこの引張試験用供試材を用いた管材の引張試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、引張試験に供される管材の引張試験用供試材としては、「ＪＩＳ Ｚ ２２０１」に規定される引張試験片がある（非特許文献１を参照。）。このうち、小径・薄肉の分野では、例えばＪＩＳ１１号試験片のように管材のまま引張試験に供されるものと、ＪＩＳ１１号試験片のように管材から弧状の試験片を切り出して引張試験に供されるものとがある。
【０００３】
しかしながら、このような従来の引張試験片を用いた管材の引張試験では、その管材の引張特性を評価する上で、必ずしも正確に測定できるものとは言えなかった。特に、管材の塑性ひずみ比を求める場合には、引張試験の前後で測定された引張試験片の幅と標点距離から「ＪＩＳ Ｚ ２２５４」に規定される方法を用いて、その値を求めることになる（非特許文献２を参照。）。
【０００４】
また、その試験片の形状も「ＪＩＳ Ｚ ２２０１」に規定される引張試験片の中の５号試験片又は１３号試験片と規定されており、何れも平坦な薄板形状である（非特許文献１を参照。）さらに、その試験片の平坦度も厳密に規定しており、幅方向に反っている形状では試験として無効となる。このため、管材については、従来の試験方法では塑性ひずみ比を測定することができなかった。
【０００５】
具体的に、管材のまま引張試験に供される試験片の場合は、例えば図７に示すように、管材１００の両端に一対の芯金１０１ａ，１０１ｂを挿入した状態で取り付けた試験片を引張試験機に取り付けて引張試験を行う。この場合、図７（ａ）に示すように、管材１００の長さが短いと、芯金１０１ａ，１０１ｂのつかみ部１００ａ，１００ｂでの拘束が大きくなるために、管材１００の引張り伴う縮径が阻害され、単軸引張による測定が困難となる。したがって、単軸引張による測定を行うためには、図７（ｂ）に示すように、管材１００を十分に長くする必要がある。また、管材１００を十分に長くした場合でも、図７（ｃ）に示すように、引張試験の前後で縮径に伴う曲げモーメントＭが円周方向に作用するため、正確な測定が困難となる。
【０００６】
一方、管材から弧状の試験片を切り出して引張試験に供される試験片の場合は、例えば図８に示すように、弧状の試験片２００のつかみ部２００ａ，２００ｂについては、チャッキングを容易にするため、平坦にすることがある。この場合、図８（ａ）に示すように、引張試験後に試験片２００の横断面において、円弧が平坦になろうとする変形が生じるために、試験片２００の幅方向の変化を正確に測定することが困難となる。また、図８（ｂ）に示すように、試験片２００の長手方向（軸線方向）においても、反りが生じるために、試験片２００の長手方向の変化を正確に測定することが困難となる。
【０００７】
一方、図８（ｃ）に示すように、つまみ部２００ａ，２００ｂの形状を弧状のままとした場合には、その径や板厚等に合わせたチャッキングのための治具が必要となる。また、管材の径や板厚にはばらつきがあるため、同一のチャッキング治具でチャックすると、管材によっては円弧が平坦になろうとする変形が生じたり、逆により小さな曲げ半径の円弧になろうとする変形が生じたりする場合もあるために、試験片２００の幅方向の変化を正確に測定することが困難となる。さらに、試験片２００の長手方向（軸線方向）においても、反りが生じるために、試験片２００の長手方向の変化を正確に測定することが困難となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「ＪＩＳ Ｚ ２２０１ 金属材料引張試験片」 ＪＩＳハンドブック(１)鉄鋼Ｉ（Ｐ．２８１〜２８８） 日本規格協会 ２００９年度
【非特許文献２】「ＪＩＳ Ｚ ２２５４ 薄板金属材料の塑性ひずみ比試験方法」 ＪＩＳハンドブック(１)鉄鋼Ｉ（Ｐ．４６９〜４７４） 日本規格協会 ２００９年度
【非特許文献３】「ＪＩＳ Ｚ ２２４１ 金属材料引張試験方法」 ＪＩＳハンドブック(１)鉄鋼Ｉ（Ｐ．２８９〜２９３） 日本規格協会 ２００９年度
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、管材の引張試験に好適に用いられる引張試験用供試材、並びに、この引張試験用供試材を用いて管材の引張特性を正確に測定することを可能とした管材の引張試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決することを目的とした本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１） 引張試験に供される管材の引張試験用供試材であって、
前記管材の周囲に軸線方向に延びるスリットが複数並んで形成されることによって、各スリットの間に試験片部が形成されてなることを特徴とする管材の引張試験用供試材。
（２） 前記管材の両端に一対の芯金が挿入された状態で取り付けられていることを特徴とする（１）に記載の管材の引張試験用供試材。
（３） 前記一対の芯金は、前記管材の内側で軸線方向において互いに噛合される噛合部を有することを特徴とする（２）に記載の管材の引張試験用供試材。
（４） 前記スリットの長さをＰ、前記試験片部の幅をｂ０としたときに、
Ｐ／ｂ０≧５
の関係を満足することを特徴とする（２）又は（３）に記載の管材の引張試験用供試材。
（５） 前記試験片部は、前記管材の両端に至るスリットを形成することによって互いに分割されると共に、全体が管状を為した状態で前記一対の芯金に固定されていることを特徴とする（２）又は（３）に記載の管材の引張試験用供試材。
（６） （１）〜（５）の何れか一項に記載の引張試験用供試材を用いて引張試験を行うことを特徴とする管材の引張試験方法。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、上記引張試験用供試材を用いて引張試験を行った場合に、この引張試験用供試材を管状のまま縮径させることなく引っ張ることができるため、各試験片部の縮径に伴う曲げモーメントの発生や、長手方向の反りの発生などを防ぎつつ、単軸引張による正確な測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を適用した管材の引張試験用供試材の一例を示し、（ａ）はその試験前の外観を示す透視斜視図、（ｂ）はその試験前の変位測定部を拡大して示す側面図である。
【図２】図１中に示す引張試験用供試材において、（ａ）はその試験後の外観を示す透視斜視図、（ｂ）はその試験後の変位測定部を拡大して示す側面図である。
【図３】本発明を適用した管材の引張試験用供試材の他例を示す透視斜視図である。
【図４】本発明を適用した管材の引張試験用供試材の他例を示す透視斜視図である。
【図５】本発明を適用した管材の引張試験用供試材の他例を示す透視斜視図である。
【図６】本発明を適用した管材の引張試験用供試材の他例を示す透視斜視図である。
【図７】管材のまま引張試験を行った場合であり、（ａ）は管材の長さが短い場合の引張試験後の状態を示す透視斜視図、（ｂ）は管材の長さが長い場合の引張試験後の状態を示す透視斜視図、（ｃ）は（ｂ）の管材の長さが長い場合の引張試験前後の管材の状態を説明するための断面図である。
【図８】管材から弧状の試験片を切り出して引張試験を行った場合であり、（ａ）は試験片の引張試験前後での断面の変形状態を示す側面図及び断面図、（ｂ）は引張試験後に試験片の長手方向に反りが発生した状態を示す側面図、（ｃ）はつまみ部の形状を弧状としたまま引張試験を行った場合を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した管材の引張試験用供試材及び引張試験方法について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明を適用した管材の引張試験用供試材は、例えば図１（ａ）に示すように、管材１の周囲に軸線方向に延びるスリット２が複数並んで形成されることによって、各スリット２の間に試験片部３が形成されてなることを特徴とするものである。
【００１４】
具体的に、管材１は、円形の中空断面を有する直線状の中空柱状部材であり、引張試験に供するのに十分な長さを有している。スリット２は、この管材１の中央部において一定の長さＰを有して周方向に並んで設けられている。一方、各スリット２の間に形成される試験片部３は、管材１の中央部において周方向に並んで設けられている。すなわち、管材１の中央部には、スリット２と試験片部３とが交互に並んで設けられている。
【００１５】
各試験片部３は、図１（ｂ）に拡大して示すように、互いに平行となるスリット２の間で軸線方向に一定の幅ｂ０を有して形成されている。これら試験片部３は、引張試験時に軸線方向（長手方向）に引張荷重が加わることによって、長手方向に伸び、且つ、幅方向に縮む部分であり、その引張試験の前後で幅ｂ０と標点距離Ｌ０との変位を測定する変位測定部となる。
【００１６】
ここで、スリット２の長さＰ及び試験片部３の幅ｂ０については、Ｐ／ｂ０≧５の関係を満足することが好ましい。一方、Ｐ／ｂ０＜５となる場合には、引張試験中に各試験片部３の幅方向の縮みが抑制されてしまうために、単軸引張による正確な測定を行うことが困難となる。
【００１７】
なお、上記スリット２の形成方法については、例えばレーザー加工や、ウォータージェット加工、グラインダー加工、長手方向の両端に孔部を形成した後、その孔部の間を糸ノコで切断する方法など、上記スリット２を形成できる加工方法であれば、特に限定されるものではない。
【００１８】
管材１の両端には、図１（ａ）に示すように、一対の芯金４ａ，４ｂが挿入された状態で取り付けられている。これら一対の芯金４ａ，４ｂは、引張試験機にチャッキングされる部分として管材１の両端に設けられたつかみ部１ａ，１ｂの変形を防ぐためのものであり、管材１の内径に対応した外径を有してつかみ部１ａ，１ｂの内側に挿入されるのに十分な長さを有して円柱状に形成されている。また、一対の芯金４ａ，４ｂは、管材１の両端から抜けないように管材１の内側に嵌め込まれている。また、一対の芯金４ａ，４ｂは、管材１に溶接等を用いて固定することもできる。
【００１９】
本発明を適用した管材の引張試験方法は、上記引張試験用供試材を用いて引張試験を行うことを特徴とする。なお、引張試験については、例えば「ＪＩＳ Ｚ ２２４１」等に規定される引張試験方法に準拠して行うことができる（非特許文献３を参照。）。
【００２０】
上記引張試験用供試材は、引張試験を行うと、図２（ａ）に示すように、全体として長手方向（軸線方向）のみに伸びた形状となり、管材１のつかみ部１，１はもちろん、スリット２及び試験片部３が形成された中央部も縮径されずに、引張試験前と同じ径が維持される。但し、図２（ｂ）に示すように、管材２の中央部を拡大して見ると、スリット２の幅が広がり、その分、試験片部３の幅ｂが狭くなる。なお、図２（ｂ）では、実際は図中の囲み部分よりもスリット２が長くなるものの、便宜上、スリット２の長さを図中の囲み部分に納まるように短縮して示している。
【００２１】
ここで、管材の引張特性として、例えば管材の塑性ひずみ比を求める場合について説明する。この管材の塑性ひずみ比を求める際は、先ず、図１（ｂ）に示すように、引張試験前に、上記引張試験用供試材における各試験片部３の幅ｂ０と標点距離Ｌ０を測定する。なお、標点距離Ｌ０は、試験後でも一様な変形となる範囲に設定しておくことが望ましいため、スリット２の長さＰより短く設定する。そして、上記引張試験用供試材を引張試験機に取り付けて引張試験を行った後に、図２（ｂ）に示すように、この引張試験用供試材における各試験片部３の幅ｂと標点距離Ｌを測定する。
【００２２】
上記幅ｂ０，ｂの測定方法については、例えば、試験片部３にノギス等を直接当てて測定する方法や、試験片部３にテープを貼り付けて目印を付けた後、そのテープを剥がして目印の距離を測定する方法、ＣＣＤカメラ等で撮影しながら画像処理によりリアルタイムで測定する方法などを用いることができる。
【００２３】
一方、上記標点距離Ｌ０，Ｌの測定方法については、例えば、予め試験片部３にマーキングした標点を試験前後にノギス等で測定する方法や、通常の引張試験で用いられる押し付け方式の伸び計で測定する方法、予めマーキングした標点をＣＣＤカメラ等で撮影しながら画像処理によりリアルタイムで測定する方法などを用いることができる。
【００２４】
そして、測定した各試験片部３の幅ｂ０，ｂと標点距離Ｌ０，Ｌから「ＪＩＳ Ｚ ２２５４」に規定される方法を用いて、塑性ひずみ比（ｒ：ランクフォード値）を求めることができる（非特許文献２を参照。）。
【００２５】
すなわち、ｒ値は、上記測定した引張試験前の試験片部３の幅ｂ０、引張試験後の試験片部３の幅ｂ、引張試験前の試験片部３の標点距離Ｌ０、引張試験後の試験片部３の標点距離Ｌから、下記式（１）を用いて計算により求めることができる。
【００２６】
【数１】
【００２７】
また、ｒ値を測定する際の所定の標点距離Ｌでの試験停止方法としては、上述した伸び計やＣＣＤカメラ等による画像処理を用いた場合、その測定値を見ながら所定の伸び（標点距離）に到達した時点で停止する方法を用いることができる。また、上述したノギス等を用いた場合は、事前に数回の引張試験を実施しておき、引張試験機のクロスヘッドのストロークと伸び（標点距離）との相関を求めておき、その相関関係を参考にして、クロスヘッドが所定のストロークに到達した時点で停止する方法を用いることができる。
【００２８】
また、本引張試験では、複数の試験片部３の中から、任意の数の試験片部３について測定を行えばよく、その測定数については特に限定されるものではない。なお、上述した伸び計やＣＣＤカメラ等による画像処理を用いた場合は、同時に複数の試験片部３を測定することは困難であるが、試験前後に測定する方法であれば容易である。
【００２９】
なお、本引張試験では、上記ｒ値以外にも、通常の引張特性（伸び、引張強さ、降伏応力、ｎ値等）を測定することも当然可能である。
【００３０】
以上のように、本発明を適用した引張試験用供試材を用いて引張試験を行った場合には、図２に示すように、この引張試験用供試材を管状のまま縮径させることなく引っ張ることができるため、各試験片部３の縮径に伴う曲げモーメントの発生や、長手方向の反りの発生などを防ぎつつ、単軸引張による正確な測定を行うことが可能となる。したがって、本発明によれば、上記塑性ひずみ比（ｒ値）など管材の引張特性を正確に求めることが可能である。
【００３１】
なお、本発明は、上記図１に示す引張試験用供試材に必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。なお、以下の説明では、上記図１に示す引張試験用供試材と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【００３２】
具体的に、本発明を適用した引張試験用供試材は、例えば図３に示す構成とすることができる。この引張試験用供試材は、上記一対の芯金４ａ，４ｂが中空円柱状に形成された構成を有している。このように一対の芯金４ａ，４ｂの形状については、上記つかみ部１ａ，１ｂの変形を防ぐためのものであれば、特に限定されるものではない。
【００３３】
本発明を適用した引張試験用供試材は、例えば図４に示す構成とすることができる。この引張試験用供試材は、上記一対の芯金４ａ，４ｂのうち、一方の芯金４ａが管材１の中央部まで延長された構成である。すなわち、一方の芯金４ａは、上記スリット２及び試験片部３が形成された部分まで延長して設けられている。これにより、本発明では、引張試験時に上記スリット２及び試験片部３が形成された部分が縮径されるのを防ぎつつ、同一径のまま安定した状態で引張試験を行うことが可能である。
【００３４】
また、本発明を適用した引張試験用供試材は、例えば図５に示す構成とすることができる。この引張試験用供試材は、上記一対の芯金４ａ，４ｂが、管材１の内側で軸線方向において互いに噛合される噛合部５ａ，５ｂを有する構成である。具体的に、一対の芯金４ａ，４ｂは、中空円柱状に形成されると共に、管材１の中央部まで延長された先端に、噛合部５ａ，５ｂとして、軸線方向に切り欠かれた複数の凹部６ａと、その間に形成された凸部６ｂとが、一方の芯金４ａと他方の芯金４ｂとの間で互いに噛合された構成を有している。この場合も、引張試験時に上記スリット２及び試験片部３が形成された部分が縮径されるのを防ぎつつ、同一径のまま安定した状態で引張試験を行うことが可能である。
【００３５】
また、本発明を適用した引張試験用供試材は、例えば図６に示す構成とすることができる。この引張試験用供試材は、管材１の両端に至るスリット２Ａを形成することによって、複数の試験片部３Ａが互いに分割されると共に、これら試験片部３Ａが全体として管状を為した状態で一対の芯金４ａ，４ｂに固定された構成を有している。
【００３６】
この場合も、この引張試験用供試材を管状のまま縮径させることなく引っ張ることができるため、各試験片部３Ａの縮径に伴う曲げモーメントの発生や、長手方向の反りの発生などを防ぎつつ、単軸引張による正確な測定を行うことが可能である。
【００３７】
なお、上記管材１の材質については、引張試験に供するものであればよく、例えば、鋼管やアルミ管、銅管などの金属製の管材以外にも、樹脂材料等からなる管材などに本発明を適用することが可能である。また、本発明は、外径１２０ｍｍ以下の管材に対して好適に用いられるが、引張試験用供試材を管状のまま引っ張ることができるため、短い管材に対しても正確な測定が可能である。
【００３８】
また、上記実施形態では、管材１の中央部にスリット２を設けた構成となっているが、スリット２は、この管材１の長手方向における正確な中間位置に設ける必要はなく、上記つかみ部１ａ，１ｂ以外の部分に設けることも可能である。
【００３９】
また、上記スリット２の数については、少なくとも２つ以上であればよく、管材１の径や板厚等を考慮して適宜決定すればよい。また、本発明では、周方向に並ぶスリット２の間隔や幅を等間隔に形成したり、このスリット２の間隔や幅を異ならせて形成したりすることも可能である。この場合、周方向に並ぶ試験片部３の間隔や幅も同じとしたり異ならせたりすることが可能である。さらに、上記スリット２及び試験片部３を軸線方向に複数並べて配置することも可能である。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【００４１】
（実施例１）
実施例１では、実際に図１に示す引張試験用供試材を作製し、この引張試験用供試材に対して引張試験を行い、ｒ値を求めた。具体的には、上記管材１として、全長６００ｍｍ、外径６０．５ｍｍ、板厚２ｍｍの鋼管（ＳＴＫＭ１１Ａ）を用いた。また、芯金４ａ，４ｂの管材１に挿入された部分の長さ（つかみ部１ａ，１ｂの長さ）１５０ｍｍである。そして、この管材１の中央部に周方向において等間隔に並ぶ８本のスリット２をレーザー加工により形成した。このスリット２は、長さ（Ｐ）が１４０ｍｍ、幅が約１ｍｍである。試験片部３は、幅（ｂ０）が約２３ｍｍであり、Ｐ／ｂ０≒６．１≧５となっている。また、標点距離（Ｌ０）は、１００ｍｍである。なお、試験片部３の幅（ｂ０）は、試験前後に全試験片部３（８本）にテープを貼り付けて目印を付けた後、そのテープを剥がして目印の距離を測定した。一方、標点距離（Ｌ０）は、押し付け方式の伸び計を用いて試験中にリアルタイムで測定した。また、停止させる標点距離（Ｌ）は、１１６ｍｍとした。（管軸方向真ひずみ：Ｌｎ（Ｌ／Ｌ０）＝０．１５）
【００４２】
そして、この引張試験用供試材に対して引張試験を用いて引張試験を行ったところ、管材１の外径は試験前と変わらず６０．５ｍｍであった。また、各試験片部３の幅（ｂ）を測定し、ｒ値を求めたところ、それぞれ０．７１／０．６９／０．７４／０．７４／０．６９／０．７３／０．７３／０．７２となり、平均するとｒ値は０．７２となった。
【００４３】
（実施例２）
実施例２では、上記図５に示す引張試験用供試材を作製して引張試験を行った以外は、実施例１と同様である。その結果、各試験片部３の幅（ｂ）を測定し、ｒ値を求めたところ、それぞれ０．７２／０．７３／０．７２／０．７１／０．７１／０．７０／０．７３／０．７２となり、平均するとｒ値は０．７２となった。平均値としては変わらないものの、各試験片７の変形のばらつきが少なく、より均一な変形を生じさせることができた。
【符号の説明】
【００４４】
１…管材 １ａ，１ｂ…つかみ部 ２，２Ａ…スリット ３，３Ａ…試験片部 ４ａ，４ｂ…芯金 ５ａ，５ｂ…噛合部 ６ａ…凹部 ６ｂ…凸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引張試験に供される管材の引張試験用供試材、並びにこの引張試験用供試材を用いた管材の引張試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、引張試験に供される管材の引張試験用供試材としては、「ＪＩＳ Ｚ ２２０１」に規定される引張試験片がある（非特許文献１を参照。）。このうち、小径・薄肉の分野では、例えばＪＩＳ１１号試験片のように管材のまま引張試験に供されるものと、ＪＩＳ１１号試験片のように管材から弧状の試験片を切り出して引張試験に供されるものとがある。
【０００３】
しかしながら、このような従来の引張試験片を用いた管材の引張試験では、その管材の引張特性を評価する上で、必ずしも正確に測定できるものとは言えなかった。特に、管材の塑性ひずみ比を求める場合には、引張試験の前後で測定された引張試験片の幅と標点距離から「ＪＩＳ Ｚ ２２５４」に規定される方法を用いて、その値を求めることになる（非特許文献２を参照。）。
【０００４】
また、その試験片の形状も「ＪＩＳ Ｚ ２２０１」に規定される引張試験片の中の５号試験片又は１３号試験片と規定されており、何れも平坦な薄板形状である（非特許文献１を参照。）さらに、その試験片の平坦度も厳密に規定しており、幅方向に反っている形状では試験として無効となる。このため、管材については、従来の試験方法では塑性ひずみ比を測定することができなかった。
【０００５】
具体的に、管材のまま引張試験に供される試験片の場合は、例えば図７に示すように、管材１００の両端に一対の芯金１０１ａ，１０１ｂを挿入した状態で取り付けた試験片を引張試験機に取り付けて引張試験を行う。この場合、図７（ａ）に示すように、管材１００の長さが短いと、芯金１０１ａ，１０１ｂのつかみ部１００ａ，１００ｂでの拘束が大きくなるために、管材１００の引張り伴う縮径が阻害され、単軸引張による測定が困難となる。したがって、単軸引張による測定を行うためには、図７（ｂ）に示すように、管材１００を十分に長くする必要がある。また、管材１００を十分に長くした場合でも、図７（ｃ）に示すように、引張試験の前後で縮径に伴う曲げモーメントＭが円周方向に作用するため、正確な測定が困難となる。
【０００６】
一方、管材から弧状の試験片を切り出して引張試験に供される試験片の場合は、例えば図８に示すように、弧状の試験片２００のつかみ部２００ａ，２００ｂについては、チャッキングを容易にするため、平坦にすることがある。この場合、図８（ａ）に示すように、引張試験後に試験片２００の横断面において、円弧が平坦になろうとする変形が生じるために、試験片２００の幅方向の変化を正確に測定することが困難となる。また、図８（ｂ）に示すように、試験片２００の長手方向（軸線方向）においても、反りが生じるために、試験片２００の長手方向の変化を正確に測定することが困難となる。
【０００７】
一方、図８（ｃ）に示すように、つまみ部２００ａ，２００ｂの形状を弧状のままとした場合には、その径や板厚等に合わせたチャッキングのための治具が必要となる。また、管材の径や板厚にはばらつきがあるため、同一のチャッキング治具でチャックすると、管材によっては円弧が平坦になろうとする変形が生じたり、逆により小さな曲げ半径の円弧になろうとする変形が生じたりする場合もあるために、試験片２００の幅方向の変化を正確に測定することが困難となる。さらに、試験片２００の長手方向（軸線方向）においても、反りが生じるために、試験片２００の長手方向の変化を正確に測定することが困難となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「ＪＩＳ Ｚ ２２０１ 金属材料引張試験片」 ＪＩＳハンドブック(１)鉄鋼Ｉ（Ｐ．２８１〜２８８） 日本規格協会 ２００９年度
【非特許文献２】「ＪＩＳ Ｚ ２２５４ 薄板金属材料の塑性ひずみ比試験方法」 ＪＩＳハンドブック(１)鉄鋼Ｉ（Ｐ．４６９〜４７４） 日本規格協会 ２００９年度
【非特許文献３】「ＪＩＳ Ｚ ２２４１ 金属材料引張試験方法」 ＪＩＳハンドブック(１)鉄鋼Ｉ（Ｐ．２８９〜２９３） 日本規格協会 ２００９年度
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、管材の引張試験に好適に用いられる引張試験用供試材、並びに、この引張試験用供試材を用いて管材の引張特性を正確に測定することを可能とした管材の引張試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決することを目的とした本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１） 引張試験に供される管材の引張試験用供試材であって、
前記管材の周囲に軸線方向に延びるスリットが複数並んで形成されることによって、各スリットの間に試験片部が形成されてなることを特徴とする管材の引張試験用供試材。
（２） 前記管材の両端に一対の芯金が挿入された状態で取り付けられていることを特徴とする（１）に記載の管材の引張試験用供試材。
（３） 前記一対の芯金は、前記管材の内側で軸線方向において互いに噛合される噛合部を有することを特徴とする（２）に記載の管材の引張試験用供試材。
（４） 前記スリットの長さをＰ、前記試験片部の幅をｂ０としたときに、
Ｐ／ｂ０≧５
の関係を満足することを特徴とする（２）又は（３）に記載の管材の引張試験用供試材。
（５） 前記試験片部は、前記管材の両端に至るスリットを形成することによって互いに分割されると共に、全体が管状を為した状態で前記一対の芯金に固定されていることを特徴とする（２）又は（３）に記載の管材の引張試験用供試材。
（６） （１）〜（５）の何れか一項に記載の引張試験用供試材を用いて引張試験を行うことを特徴とする管材の引張試験方法。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、上記引張試験用供試材を用いて引張試験を行った場合に、この引張試験用供試材を管状のまま縮径させることなく引っ張ることができるため、各試験片部の縮径に伴う曲げモーメントの発生や、長手方向の反りの発生などを防ぎつつ、単軸引張による正確な測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を適用した管材の引張試験用供試材の一例を示し、（ａ）はその試験前の外観を示す透視斜視図、（ｂ）はその試験前の変位測定部を拡大して示す側面図である。
【図２】図１中に示す引張試験用供試材において、（ａ）はその試験後の外観を示す透視斜視図、（ｂ）はその試験後の変位測定部を拡大して示す側面図である。
【図３】本発明を適用した管材の引張試験用供試材の他例を示す透視斜視図である。
【図４】本発明を適用した管材の引張試験用供試材の他例を示す透視斜視図である。
【図５】本発明を適用した管材の引張試験用供試材の他例を示す透視斜視図である。
【図６】本発明を適用した管材の引張試験用供試材の他例を示す透視斜視図である。
【図７】管材のまま引張試験を行った場合であり、（ａ）は管材の長さが短い場合の引張試験後の状態を示す透視斜視図、（ｂ）は管材の長さが長い場合の引張試験後の状態を示す透視斜視図、（ｃ）は（ｂ）の管材の長さが長い場合の引張試験前後の管材の状態を説明するための断面図である。
【図８】管材から弧状の試験片を切り出して引張試験を行った場合であり、（ａ）は試験片の引張試験前後での断面の変形状態を示す側面図及び断面図、（ｂ）は引張試験後に試験片の長手方向に反りが発生した状態を示す側面図、（ｃ）はつまみ部の形状を弧状としたまま引張試験を行った場合を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した管材の引張試験用供試材及び引張試験方法について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明を適用した管材の引張試験用供試材は、例えば図１（ａ）に示すように、管材１の周囲に軸線方向に延びるスリット２が複数並んで形成されることによって、各スリット２の間に試験片部３が形成されてなることを特徴とするものである。
【００１４】
具体的に、管材１は、円形の中空断面を有する直線状の中空柱状部材であり、引張試験に供するのに十分な長さを有している。スリット２は、この管材１の中央部において一定の長さＰを有して周方向に並んで設けられている。一方、各スリット２の間に形成される試験片部３は、管材１の中央部において周方向に並んで設けられている。すなわち、管材１の中央部には、スリット２と試験片部３とが交互に並んで設けられている。
【００１５】
各試験片部３は、図１（ｂ）に拡大して示すように、互いに平行となるスリット２の間で軸線方向に一定の幅ｂ０を有して形成されている。これら試験片部３は、引張試験時に軸線方向（長手方向）に引張荷重が加わることによって、長手方向に伸び、且つ、幅方向に縮む部分であり、その引張試験の前後で幅ｂ０と標点距離Ｌ０との変位を測定する変位測定部となる。
【００１６】
ここで、スリット２の長さＰ及び試験片部３の幅ｂ０については、Ｐ／ｂ０≧５の関係を満足することが好ましい。一方、Ｐ／ｂ０＜５となる場合には、引張試験中に各試験片部３の幅方向の縮みが抑制されてしまうために、単軸引張による正確な測定を行うことが困難となる。
【００１７】
なお、上記スリット２の形成方法については、例えばレーザー加工や、ウォータージェット加工、グラインダー加工、長手方向の両端に孔部を形成した後、その孔部の間を糸ノコで切断する方法など、上記スリット２を形成できる加工方法であれば、特に限定されるものではない。
【００１８】
管材１の両端には、図１（ａ）に示すように、一対の芯金４ａ，４ｂが挿入された状態で取り付けられている。これら一対の芯金４ａ，４ｂは、引張試験機にチャッキングされる部分として管材１の両端に設けられたつかみ部１ａ，１ｂの変形を防ぐためのものであり、管材１の内径に対応した外径を有してつかみ部１ａ，１ｂの内側に挿入されるのに十分な長さを有して円柱状に形成されている。また、一対の芯金４ａ，４ｂは、管材１の両端から抜けないように管材１の内側に嵌め込まれている。また、一対の芯金４ａ，４ｂは、管材１に溶接等を用いて固定することもできる。
【００１９】
本発明を適用した管材の引張試験方法は、上記引張試験用供試材を用いて引張試験を行うことを特徴とする。なお、引張試験については、例えば「ＪＩＳ Ｚ ２２４１」等に規定される引張試験方法に準拠して行うことができる（非特許文献３を参照。）。
【００２０】
上記引張試験用供試材は、引張試験を行うと、図２（ａ）に示すように、全体として長手方向（軸線方向）のみに伸びた形状となり、管材１のつかみ部１，１はもちろん、スリット２及び試験片部３が形成された中央部も縮径されずに、引張試験前と同じ径が維持される。但し、図２（ｂ）に示すように、管材２の中央部を拡大して見ると、スリット２の幅が広がり、その分、試験片部３の幅ｂが狭くなる。なお、図２（ｂ）では、実際は図中の囲み部分よりもスリット２が長くなるものの、便宜上、スリット２の長さを図中の囲み部分に納まるように短縮して示している。
【００２１】
ここで、管材の引張特性として、例えば管材の塑性ひずみ比を求める場合について説明する。この管材の塑性ひずみ比を求める際は、先ず、図１（ｂ）に示すように、引張試験前に、上記引張試験用供試材における各試験片部３の幅ｂ０と標点距離Ｌ０を測定する。なお、標点距離Ｌ０は、試験後でも一様な変形となる範囲に設定しておくことが望ましいため、スリット２の長さＰより短く設定する。そして、上記引張試験用供試材を引張試験機に取り付けて引張試験を行った後に、図２（ｂ）に示すように、この引張試験用供試材における各試験片部３の幅ｂと標点距離Ｌを測定する。
【００２２】
上記幅ｂ０，ｂの測定方法については、例えば、試験片部３にノギス等を直接当てて測定する方法や、試験片部３にテープを貼り付けて目印を付けた後、そのテープを剥がして目印の距離を測定する方法、ＣＣＤカメラ等で撮影しながら画像処理によりリアルタイムで測定する方法などを用いることができる。
【００２３】
一方、上記標点距離Ｌ０，Ｌの測定方法については、例えば、予め試験片部３にマーキングした標点を試験前後にノギス等で測定する方法や、通常の引張試験で用いられる押し付け方式の伸び計で測定する方法、予めマーキングした標点をＣＣＤカメラ等で撮影しながら画像処理によりリアルタイムで測定する方法などを用いることができる。
【００２４】
そして、測定した各試験片部３の幅ｂ０，ｂと標点距離Ｌ０，Ｌから「ＪＩＳ Ｚ ２２５４」に規定される方法を用いて、塑性ひずみ比（ｒ：ランクフォード値）を求めることができる（非特許文献２を参照。）。
【００２５】
すなわち、ｒ値は、上記測定した引張試験前の試験片部３の幅ｂ０、引張試験後の試験片部３の幅ｂ、引張試験前の試験片部３の標点距離Ｌ０、引張試験後の試験片部３の標点距離Ｌから、下記式（１）を用いて計算により求めることができる。
【００２６】
【数１】
【００２７】
また、ｒ値を測定する際の所定の標点距離Ｌでの試験停止方法としては、上述した伸び計やＣＣＤカメラ等による画像処理を用いた場合、その測定値を見ながら所定の伸び（標点距離）に到達した時点で停止する方法を用いることができる。また、上述したノギス等を用いた場合は、事前に数回の引張試験を実施しておき、引張試験機のクロスヘッドのストロークと伸び（標点距離）との相関を求めておき、その相関関係を参考にして、クロスヘッドが所定のストロークに到達した時点で停止する方法を用いることができる。
【００２８】
また、本引張試験では、複数の試験片部３の中から、任意の数の試験片部３について測定を行えばよく、その測定数については特に限定されるものではない。なお、上述した伸び計やＣＣＤカメラ等による画像処理を用いた場合は、同時に複数の試験片部３を測定することは困難であるが、試験前後に測定する方法であれば容易である。
【００２９】
なお、本引張試験では、上記ｒ値以外にも、通常の引張特性（伸び、引張強さ、降伏応力、ｎ値等）を測定することも当然可能である。
【００３０】
以上のように、本発明を適用した引張試験用供試材を用いて引張試験を行った場合には、図２に示すように、この引張試験用供試材を管状のまま縮径させることなく引っ張ることができるため、各試験片部３の縮径に伴う曲げモーメントの発生や、長手方向の反りの発生などを防ぎつつ、単軸引張による正確な測定を行うことが可能となる。したがって、本発明によれば、上記塑性ひずみ比（ｒ値）など管材の引張特性を正確に求めることが可能である。
【００３１】
なお、本発明は、上記図１に示す引張試験用供試材に必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。なお、以下の説明では、上記図１に示す引張試験用供試材と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【００３２】
具体的に、本発明を適用した引張試験用供試材は、例えば図３に示す構成とすることができる。この引張試験用供試材は、上記一対の芯金４ａ，４ｂが中空円柱状に形成された構成を有している。このように一対の芯金４ａ，４ｂの形状については、上記つかみ部１ａ，１ｂの変形を防ぐためのものであれば、特に限定されるものではない。
【００３３】
本発明を適用した引張試験用供試材は、例えば図４に示す構成とすることができる。この引張試験用供試材は、上記一対の芯金４ａ，４ｂのうち、一方の芯金４ａが管材１の中央部まで延長された構成である。すなわち、一方の芯金４ａは、上記スリット２及び試験片部３が形成された部分まで延長して設けられている。これにより、本発明では、引張試験時に上記スリット２及び試験片部３が形成された部分が縮径されるのを防ぎつつ、同一径のまま安定した状態で引張試験を行うことが可能である。
【００３４】
また、本発明を適用した引張試験用供試材は、例えば図５に示す構成とすることができる。この引張試験用供試材は、上記一対の芯金４ａ，４ｂが、管材１の内側で軸線方向において互いに噛合される噛合部５ａ，５ｂを有する構成である。具体的に、一対の芯金４ａ，４ｂは、中空円柱状に形成されると共に、管材１の中央部まで延長された先端に、噛合部５ａ，５ｂとして、軸線方向に切り欠かれた複数の凹部６ａと、その間に形成された凸部６ｂとが、一方の芯金４ａと他方の芯金４ｂとの間で互いに噛合された構成を有している。この場合も、引張試験時に上記スリット２及び試験片部３が形成された部分が縮径されるのを防ぎつつ、同一径のまま安定した状態で引張試験を行うことが可能である。
【００３５】
また、本発明を適用した引張試験用供試材は、例えば図６に示す構成とすることができる。この引張試験用供試材は、管材１の両端に至るスリット２Ａを形成することによって、複数の試験片部３Ａが互いに分割されると共に、これら試験片部３Ａが全体として管状を為した状態で一対の芯金４ａ，４ｂに固定された構成を有している。
【００３６】
この場合も、この引張試験用供試材を管状のまま縮径させることなく引っ張ることができるため、各試験片部３Ａの縮径に伴う曲げモーメントの発生や、長手方向の反りの発生などを防ぎつつ、単軸引張による正確な測定を行うことが可能である。
【００３７】
なお、上記管材１の材質については、引張試験に供するものであればよく、例えば、鋼管やアルミ管、銅管などの金属製の管材以外にも、樹脂材料等からなる管材などに本発明を適用することが可能である。また、本発明は、外径１２０ｍｍ以下の管材に対して好適に用いられるが、引張試験用供試材を管状のまま引っ張ることができるため、短い管材に対しても正確な測定が可能である。
【００３８】
また、上記実施形態では、管材１の中央部にスリット２を設けた構成となっているが、スリット２は、この管材１の長手方向における正確な中間位置に設ける必要はなく、上記つかみ部１ａ，１ｂ以外の部分に設けることも可能である。
【００３９】
また、上記スリット２の数については、少なくとも２つ以上であればよく、管材１の径や板厚等を考慮して適宜決定すればよい。また、本発明では、周方向に並ぶスリット２の間隔や幅を等間隔に形成したり、このスリット２の間隔や幅を異ならせて形成したりすることも可能である。この場合、周方向に並ぶ試験片部３の間隔や幅も同じとしたり異ならせたりすることが可能である。さらに、上記スリット２及び試験片部３を軸線方向に複数並べて配置することも可能である。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【００４１】
（実施例１）
実施例１では、実際に図１に示す引張試験用供試材を作製し、この引張試験用供試材に対して引張試験を行い、ｒ値を求めた。具体的には、上記管材１として、全長６００ｍｍ、外径６０．５ｍｍ、板厚２ｍｍの鋼管（ＳＴＫＭ１１Ａ）を用いた。また、芯金４ａ，４ｂの管材１に挿入された部分の長さ（つかみ部１ａ，１ｂの長さ）１５０ｍｍである。そして、この管材１の中央部に周方向において等間隔に並ぶ８本のスリット２をレーザー加工により形成した。このスリット２は、長さ（Ｐ）が１４０ｍｍ、幅が約１ｍｍである。試験片部３は、幅（ｂ０）が約２３ｍｍであり、Ｐ／ｂ０≒６．１≧５となっている。また、標点距離（Ｌ０）は、１００ｍｍである。なお、試験片部３の幅（ｂ０）は、試験前後に全試験片部３（８本）にテープを貼り付けて目印を付けた後、そのテープを剥がして目印の距離を測定した。一方、標点距離（Ｌ０）は、押し付け方式の伸び計を用いて試験中にリアルタイムで測定した。また、停止させる標点距離（Ｌ）は、１１６ｍｍとした。（管軸方向真ひずみ：Ｌｎ（Ｌ／Ｌ０）＝０．１５）
【００４２】
そして、この引張試験用供試材に対して引張試験を用いて引張試験を行ったところ、管材１の外径は試験前と変わらず６０．５ｍｍであった。また、各試験片部３の幅（ｂ）を測定し、ｒ値を求めたところ、それぞれ０．７１／０．６９／０．７４／０．７４／０．６９／０．７３／０．７３／０．７２となり、平均するとｒ値は０．７２となった。
【００４３】
（実施例２）
実施例２では、上記図５に示す引張試験用供試材を作製して引張試験を行った以外は、実施例１と同様である。その結果、各試験片部３の幅（ｂ）を測定し、ｒ値を求めたところ、それぞれ０．７２／０．７３／０．７２／０．７１／０．７１／０．７０／０．７３／０．７２となり、平均するとｒ値は０．７２となった。平均値としては変わらないものの、各試験片７の変形のばらつきが少なく、より均一な変形を生じさせることができた。
【符号の説明】
【００４４】
１…管材 １ａ，１ｂ…つかみ部 ２，２Ａ…スリット ３，３Ａ…試験片部 ４ａ，４ｂ…芯金 ５ａ，５ｂ…噛合部 ６ａ…凹部 ６ｂ…凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張試験に供される管材の引張試験用供試材であって、
前記管材の周囲に軸線方向に延びるスリットが複数並んで形成されることによって、各スリットの間に試験片部が形成されてなることを特徴とする管材の引張試験用供試材。
【請求項２】
前記管材の両端に一対の芯金が挿入された状態で取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の管材の引張試験用供試材。
【請求項３】
前記一対の芯金は、前記管材の内側で軸線方向において互いに噛合される噛合部を有することを特徴とする請求項２に記載の管材の引張試験用供試材。
【請求項４】
前記スリットの長さをＰ、前記試験片部の幅をｂ０としたときに、
Ｐ／ｂ０≧５
の関係を満足することを特徴とする請求項２又は３に記載の管材の引張試験用供試材。
【請求項５】
前記試験片部は、前記管材の両端に至るスリットを形成することによって互いに分割されると共に、全体が管状を為した状態で前記一対の芯金に固定されていることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の管材の引張試験用供試材。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の引張試験用供試材用いて引張試験を行うことを特徴とする管材の引張試験方法。
【請求項１】
引張試験に供される管材の引張試験用供試材であって、
前記管材の周囲に軸線方向に延びるスリットが複数並んで形成されることによって、各スリットの間に試験片部が形成されてなることを特徴とする管材の引張試験用供試材。
【請求項２】
前記管材の両端に一対の芯金が挿入された状態で取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の管材の引張試験用供試材。
【請求項３】
前記一対の芯金は、前記管材の内側で軸線方向において互いに噛合される噛合部を有することを特徴とする請求項２に記載の管材の引張試験用供試材。
【請求項４】
前記スリットの長さをＰ、前記試験片部の幅をｂ０としたときに、
Ｐ／ｂ０≧５
の関係を満足することを特徴とする請求項２又は３に記載の管材の引張試験用供試材。
【請求項５】
前記試験片部は、前記管材の両端に至るスリットを形成することによって互いに分割されると共に、全体が管状を為した状態で前記一対の芯金に固定されていることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の管材の引張試験用供試材。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の引張試験用供試材用いて引張試験を行うことを特徴とする管材の引張試験方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２５７１９６（Ｐ２０１１−２５７１９６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３０４１４（Ｐ２０１０−１３０４１４）
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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