(57)【要約】      （修正有）【課題】４点曲げ腐食試験において、試験片の荷重面のひずみを均一に近づける。【解決手段】４点曲げ腐食試験方法は、一対の第１接触具及び一対の第２接触具を介して試験片ＳＪを支持する工程と、一対の第２接触具の間の試験片ＳＪの幅方向の両側面ＳＪｃであって、試験片ＳＪの厚み方向中央より下の部分に接し、試験片ＳＪの両側面ＳＪｃの幅方向の変位を制限する拘束治具７を取り付ける工程と、一対の第１接触具が第１の面ＳＪａに接し一対の第２接触具が第２の面ＳＪｂに接した状態で支持され、かつ拘束治具７が取り付けられた試験片ＳＪに、試験片の厚み方向に荷重を加える工程と、を有する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片の第１の面に、前記試験片の長手方向に第１の距離だけ離間した一対の第１接触具を接し、前記試験片の前記第１の面と反対側の第２の面における前記一対の第１接触具の間の領域に、前記試験片の長手方向に前記第１の距離より短い第２の距離だけ離間した一対の第２接触具を接した状態で、前記試験片を支持する工程と、
前記長手方向に第２の距離だけ離間する前記一対の第２接触具の間において、前記試験片の前記長手方向及び前記第１の面と前記第２の面の間の厚み方向の双方に垂直な方向である幅方向の両側面であって、前記試験片の厚み方向中央より前記第２の面に近い部分に接し、前記試験片の前記両側面の前記幅方向の変位を制限する拘束治具を取り付ける工程と、
前記一対の第１接触具が前記第１の面に接し前記一対の第２接触具が前記第２の面に接した状態で支持され、かつ前記拘束治具が取り付けられた前記試験片に、前記第１の面に接する前記一対の第１接触具及び前記第２の面に接する前記一対の第２接触具を介して、前記厚み方向に荷重を加える工程と、を有する、４点曲げ腐食試験方法。
【請求項２】
前記試験片は、前記幅方向における中央部の両側に、前記中央部より厚みが大きい厚肉部を有し、
前記一対の第１接触具が前記第１の面に接し前記一対の第２接触具が前記第２の面における前記厚肉部の部分に接した状態で支持され、かつ前記拘束治具が取り付けられた試験片に、前記第１の面に接する前記一対の第１接触具及び前記第２の面に接する前記一対の第２接触具を介して、試験片の厚み方向に荷重を加える、請求項１に記載の４点曲げ腐食試験方法。
【請求項３】
前記試験片の前記厚肉部の厚みと前記中央部の厚みの差は、前記中央部の厚みの４分の１以上である、請求項２に記載の４点曲げ腐食試験方法。
【請求項４】
試験片の上側の第１の面に接触させる一対の第１接触具と、
前記試験片の下側かつ前記第１の面と反対側の第２の面に接触させる一対の第２接触具と、
前記一対の第１接触具を、前記試験片の前記第１の面に上から押し付けて上下方向に垂直な縦方向に第１の距離だけ離間した位置で支持する第１支持部と、
前記一対の第２接触具を、前記一対の第１接触具の間の領域において、前記試験片の前記第２の面に下から押し付けて前記縦方向に前記第１の距離より短い第２の距離だけ離間した位置で支持する第２支持部と、
前記縦方向に第２の距離だけ離間する前記一対の第２接触具の間において、前記試験片の前記縦方向及び前記上下方向の双方に垂直な方向である幅方向の両側面であって、前記試験片の前記上下方向中央より下の部分に接し、前記試験片の前記両側面の前記幅方向の変位を制限する拘束治具と、
前記第１支持部及び前記第２支持部の間に設けられ、前記第１支持部及び前記第２支持部との前記上下方向の相対距離を変化させることで、前記第１支持部に支持された前記一対の第１接触具及び前記第２支持部に支持された前記一対の第２接触具を介して、前記拘束治具が取り付けられた前記試験片に前記上下方向の荷重をかける荷重印加機構とを備えた、４点曲げ腐食試験装置。
【請求項５】
４点曲げ腐食試験に用いる試験片であって、
前記４点曲げ腐食試験において荷重がかけられる第１の面と、
前記第１の面と反対側の面であって、前記４点曲げ腐食試験において荷重がかけられる第２の面とを有し、
前記第１の面と前記第２の面の間の厚みは、前記試験片の長手方向及び厚み方向の双方に垂直な幅方向における前記試験片の中央部より、前記中央部の前記幅方向の両側の部分の方が厚くなっている、試験片。
【請求項６】
前記中央部の厚みと、前記中央部の前記幅方向の両側の部分の厚みとの差は、前記中央部の厚みの４分の１以上である、請求項５に記載の試験片。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４点曲げ腐食試験方法、４点曲げ腐食試験装置及び、４点曲げ腐食試験に用いる試験片に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、４点曲げ試験は、材料の強度試験や腐食試験に用いられてきた。例えば、特開平６―２０７８９５号公報（特許文献１）には、セラミックスの４点曲げ試験用治具が開示されている。この試験治具は、試験片を支持する一対の支持ピンと、この一対の支持ピンの少なくとも１個の支持ピンを支持する基台と、一対の支持ピン間距離を一定に保持する保持手段と、一対の支持ピンにより支持される試験片に荷重を負荷する負荷ピンとを備える。基台は、前記少なくとも１個の支持ピンを、試験片の長手方向軸線と垂直な平面内において揺動可能に支持する。これにより、治具形状や試験片形状により発生する偏荷重による測定誤差を解消する。
【０００３】
また、特開２００４−２７９０８３（特許文献２）には、ＦＲＰの試験片に軸圧縮荷重を加え、曲げ変形させ、破壊させる曲げ試験方法が開示されている。この曲げ試験方法では、試験片の長さと厚みの比に係数をかけた値が、曲げ弾性率で表される所定の範囲内にある試験片が用いられる。試験片は、両端部を試験片の曲げ変形の方向に回動自在な治具で支持される。治具は、試験片の一端部を、軸圧縮荷重の軸中心で支持し、他端部を軸圧縮荷重の軸中心からオフセットした位置で支持する。この試験方法によれば、ＦＲＰ板の曲げ強度等を高精度で測定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６―２０７８９５号公報
【特許文献２】特開２００４−２７９０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特開２００４−２７９０８３では、ＦＲＰの試験片に軸圧縮荷重を加える試験において、高測定精度を得るための試験片の細長比についての開示はあるものの、４点曲げ腐食試験において、より適正な評価をするための試験片の構成についての開示はない。一方で、４点曲げ腐食試験において、低コストで適正な評価を行うためには、荷重の大きさを抑えながら、試験片の荷重面のひずみを均一にするのが好ましいことが、発明者らによって認識されている。上記特開平６−２０７８９５号公報には、試験片の荷重面のひずみを均一にするための手段については開示されていない。
【０００６】
そこで、本願は、４点曲げ腐食試験において、試験片の荷重面のひずみを均一に近づけることができる４点曲げ試験方法、４点曲げ試験装置、及び試験片を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点における４点曲げ腐食試験方法は、試験片の第１の面に、前記試験片の長手方向に第１の距離だけ離間した一対の第１接触具を接し、前記試験片の前記第１の面と反対側の第２の面における前記一対の第１接触具の間の領域に、前記試験片の長手方向に前記第１の距離より短い第２の距離だけ離間した一対の第２接触具を接した状態で、前記試験片を支持する工程と、前記長手方向に第２の距離だけ離間する前記一対の第２接触具の間において、前記試験片の前記長手方向及び前記第１の面と前記第２の面の間の厚み方向の双方に垂直な方向である幅方向の両側面であって、前記試験片の厚み方向中央より前記第２の面に近い部分に接し、前記試験片の前記両側面の前記幅方向の変位を制限する拘束治具を取り付ける工程と、前記一対の第１接触具が前記第１の面に接し前記一対の第２接触具が前記第２の面に接した状態で支持され、かつ前記拘束治具が取り付けられた前記試験片に、前記第１の面に接する前記一対の第１接触具及び前記第２の面に接する前記一対の第２接触具を介して、前記厚み方向に荷重を加える工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本願開示によれば、４点曲げ腐食試験において、試験片の荷重面のひずみを均一に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、４点曲げ腐食試験装置の構成例を示す側面図である。
【図２】図２は、ひずみゲージを試験片に貼った状態を示す図である。
【図３】図３は、ひずみゲージを試験片に貼った状態を示す図である。
【図４】図４は、試験片の形状を説明するための図である。
【図５】図５は、試験片の形状を説明するための図である。
【図６】図１に示す試験片、第１接触具、第２接触具及び拘束治具を上から見た構成を示す平面図である。
【図７】図７は、図６に示す構成を横方向（ｘ方向）から見た側面図である。
【図８】図８は、図６及び図７におけるＡ−Ａ線における断面を示す断面図である。
【図９】図９は、試験片ＳＪの断面形状の変形例を示す断面図である。
【図１０】図１０は、シミュレーションの解析モデルを示す図である。
【図１１】図１１は、シミュレーションで用いた材料の応力−ひずみ曲線を示すグラフである。
【図１２】図１２は、内面Ａｓ試験片のｘｙ平面におけるメッシュ（有限要素）を示す。
【図１３】図１３は、内面Ａｓ試験片のＦＥＭ解析で得られたひずみ分布（実線）と実測値（三角プロット）を示すグラフである。
【図１４】図１４は、平滑試験片のｘｙ平面におけるメッシュ（有限要素）及び拘束条件を示す図である。
【図１５】図１５は、内面Ａｓ試験片のｘｙ平面におけるメッシュ（有限要素）及び拘束条件を示す図である。
【図１６】図１６は、図１４に示す平滑試験片の解析モデルを用いたＦＥＭ解析の結果を示すグラフである。
【図１７】図１７は、図１５に示す内面Ａｓ試験片の解析モデルを用いたＦＥＭ解析の結果を示すグラフである。
【図１８】図１８は、試験片の脚長さを変えた場合のひずみ分布の計算結果を示すグラフである。
【図１９】図１９は、脚を付けない平滑試験片の側面を拘束した場合のひずみ分布の解析結果を示すグラフである。
【図２０】図２０は、脚を付けない内面Ａｓ試験片の側面を拘束した場合のひずみ分布の解析結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
４点曲げ腐食試験は、例えば、油井管やラインパイプの耐腐食性能評価のための試験に用いられる。４点曲げ腐食試験では、試験片に引張の負荷を与えた状態で腐食環境に所定期間（例えば、１ヶ月間）曝して、き裂発生の有無を調べる。この場合、負荷荷重は、試験片上で引張応力が付与される面、すなわち評価面の所定の位置（例えば、中央）でのひずみの長手方向成分が所定値となるように設定される。そのため、本来は、ひずみの値が設定される試験片の所定の位置でのき裂発生有無を評価することが好ましい。
【００１１】
しかし、ひずみの値が設定される所定の位置以外の部位、特に試験片端部で割れが発生する場合があることが発明者によって発見されている。このように、ひずみの値を設定した位置以外の部位で割れが発生すると、適正に鋼管の耐腐食性能を評価できているかが問題となり得る。そこで、発明者らは、試験片端部で割れが発生する原因について検討した。
【００１２】
検討において、発明者らは、試験片の端部で割れが発生する原因は、試験片に一様なひずみが付与されていないことにあると考えた。すなわち、試験片中央に比べ端部でのひずみが大きくなっていることが考えられる。そこで、発明者らは、中央部と端部のひずみ差を低減する方法についてＦＥＭ解析により検討した。その結果、試験片厚さを大きくすればひずみ差を低減できることが示唆された。
【００１３】
この検討結果に基づいて、発明者らは、鋼管サイズ(内径)に応じた中央部と端部のひずみ差を予測し、ひずみ差がない状態で４点曲げ腐食試験を実施できる試験片厚を決定する方法を発明した。
【００１４】
また、試験片厚を大きくすると所定のひずみを得るための４点曲げ荷重も増大する。そこで、発明者らは、荷重を低減できる試験片として、試験片の厚みを確保しつつ、長手方向に貫通孔を設ける試験片を発明した。これにより、試験片の厚みを確保して荷重面のひずみを均一に近づけることができる。
【００１５】
さらに、試験片長手方向に貫通孔を加工する方法以外の方法を検討した。発明者らは、４点曲げ荷重によって、試験片の評価面側とその反対面側とで幅方向の変位に差が生じるように試験片が変形することに着目し、下記の検討を行った。
【００１６】
試験片に４点曲げの荷重をかけた際の応力と変位についてさらに詳しく検討した。４点曲げ試験では、試験片の長手方向に離間する一対のローラが試験片の評価面を押し、評価面の一対のローラの間の領域において、評価面と反対側の面を一対のローラが押すことで試験片に荷重がかけられる。これにより、試験片の評価面において試験片の長手方向の引張の負荷が付与される。一例として、上面が評価面となる場合について説明する。
【００１７】
試験片の厚み方向の中央より上の部分すなわち厚み方向の中央より評価面に近い部分には試験片の長手方向に引張応力が作用する。試験片の厚み方向の中央より下の部分すなわち試験片の厚み方向の中央より評価面と反対側の面に近い部分には圧縮応力が作用する。このため、ポアソン効果により試験片の厚み方向の中央より上の部分は試験片の幅方向に縮む。すなわち幅方向に圧縮する方向の変位が発生する。試験片の厚み方向の中央より下の部分は、試験片の幅方向に伸びる。すなわち、幅方向に引っ張る方向の変位が発生する。
【００１８】
発明者らは、４点曲げ試験において試験片に作用する幅方向の応力及び変位に着目した。試験片に荷重をかけたときの試験片の評価面幅方向の変位と、評価面の反対側の面の幅方向の変位との差を抑えることを検討した。試験片の幅方向に圧縮する方向の変位を拘束することは困難なので、幅方向に引っ張る方向の変位を拘束することで、試験片の評価面の幅方向の変位と評価面の反対側の面の幅方向の変位との差を小さくできるかを検討した。その結果、試験片の幅方向における変位を拘束することで、試験片の評価面の幅方向の変位と評価面と反対側の面の幅方向の変位との差を低減できることがわかった。
【００１９】
さらに、試験片幅方向の外側の側面の幅方向の変位を拘束した状態で４点曲げの荷重をかけた場合の試験片におけるひずみ分布を解析した。その結果、評価面の幅方向の変位と、評価面の反対側の面の幅方向の変位との差を小さくすることで、評価面の幅方向の端部における長手方向のひずみと、評価面の幅方向の中央部における長手方向のひずみとの差を低減できることを見出した。この知見に基づき、下記の本発明の実施形態に想到した。
【００２０】
（方法１）
本発明の実施形態における４点曲げ腐食試験方法は、試験片の第１の面に、前記試験片の長手方向に第１の距離だけ離間した一対の第１接触具を接し、前記試験片の前記第１の面と反対側の第２の面における前記一対の第１接触具の間の領域に、前記試験片の長手方向に前記第１の距離より短い第２の距離だけ離間した一対の第２接触具を接した状態で、前記試験片を支持する工程と、前記長手方向に第２の距離だけ離間する前記一対の第２接触具の間において、前記試験片の前記長手方向及び前記第１の面と前記第２の面の間の厚み方向の双方に垂直な方向である幅方向の両側面であって、前記試験片の厚み方向中央より前記第２の面に近い部分に接し、前記試験片の前記両側面の前記幅方向の変位を制限する拘束治具を取り付ける工程と、前記一対の第１接触具が前記第１の面に接し前記一対の第２接触具が前記第２の面に接した状態で支持され、かつ前記拘束治具が取り付けられた前記試験片に、前記第１の面に接する前記一対の第１接触具及び前記第２の面に接する前記一対の第２接触具を介して、前記厚み方向に荷重を加える工程と、を有する（方法１）。
【００２１】
上記方法１では、試験片に対して、一対の第１接触具及び一対の第２接触具を介して厚み方向に荷重をかけた場合、試験片の厚み方向の中央より第１の面に近い部分には長手方向に引張応力が発生し、試験片の厚み方向の中央より第２の面に近い部分には長手方向に圧縮応力が発生する。すなわち、第１の面が、引張応力が付与される面すなわち評価面となる。そのため、試験片の第１の面は、長手方向に伸びるよう変形しようとし、試験片の第２の面は、長手方向に縮むように変形しようとする。そのため、試験片の第１の面は、幅方向に縮むよう変形しようとし、第２の面は、幅方向に伸びるよう変形しようとする。ここで、試験片に荷重が加えられる時に、一対の第２接触具の間の領域において、拘束治具が、試験片の厚み方向中央より第２の面に近い部分に接し、試験片の幅方向外側の両側面の幅方向の変位を制限している。拘束治具により、一対の第２接触具の間において、試験片の厚み方向中央より第２に面に近い部分が幅方向に伸びようとする変形が抑えられる。これにより、試験片の第１の面の幅方向の変位と第２の面の幅方向の変位との差が低減する。その結果、一対の第２接触具の間の領域において、幅方向中央部と幅方向端部の長手方向のひずみの差が小さくなる。すなわち、４点曲げ腐食試験において、試験片の荷重面のひずみを均一に近づけることができる。
【００２２】
（方法２）
上記方法２において、前記試験片は、前記幅方向における中央部の両側に、前記中央部より厚みが大きい厚肉部を有してもよい。この場合、試験片は、前記一対の第２接触具が前記第２の面における前記厚肉部の部分に接した状態で、前記拘束治具が取り付けられる。この試験片に対して、前記第１の面に接する前記一対の第１接触具及び前記第２の面に接する前記一対の第２接触具を介して、試験片の厚み方向に荷重が加えられる。
【００２３】
このように、試験片の幅方向中央部の厚みを幅方向の両端部に比べて薄くすることで、４点曲げ試験における必要な荷重をより抑えながら、試験片の荷重面のひずみを均一に近づけることができる。
【００２４】
（方法３）
上記方法２において、前記試験片の前記厚肉部の厚みと前記中央部の厚みの差は、前記中央部の厚みの４分の１以上とすることが好ましい。これにより、４点曲げ試験における必要な荷重をさらに抑えながら、試験片の荷重面のひずみを均一に近づけることができる。
【００２５】
（構成１）
本発明の実施形態における４点曲げ腐食試験装置は、試験片の上側の第１の面に接触させる一対の第１接触具と、前記試験片の下側かつ前記第１の面と反対側の第２の面に接触させる一対の第２接触具と、前記一対の第１接触具を、前記試験片の前記第１の面に上から押し付けて上下方向に垂直な縦方向に第１の距離だけ離間した位置で支持する第１支持部と、前記一対の第２接触具を、前記一対の第１接触具の間の領域において、前記試験片の前記第２の面の下から押し付けて前記縦方向に前記第１の距離より短い第２の距離だけ離間した位置で支持する第２支持部と、前記縦方向に第２の距離だけ離間する前記一対の第２接触具の間において、前記試験片の前記縦方向及び前記上下方向の双方に垂直な方向である幅方向の両側面であって、前記試験片の前記上下方向中央より下の部分に接し、前記試験片の前記両側面の前記幅方向の変位を制限する拘束治具と、前記第１支持部及び前記第２支持部の間に設けられ、前記第１支持部及び前記第２支持部との前記上下方向の相対距離を変化させることで、前記第１支持部に支持された前記一対の第１接触具及び前記第２支持部に支持された前記一対の第２接触具を介して、前記拘束治具が取り付けられた前記試験片に前記上下方向の荷重をかける荷重印加機構とを備える。
【００２６】
上記構成１によれば、荷重印加機構により試験片に荷重が加えられる時に、一対の第２接触具の間の領域において、拘束治具が、試験片の厚み方向中央より下の部分に接し、試験片の幅方向外側の両側面の幅方向の変位を制限している。拘束治具により、一対の第２接触具の間において、試験片の厚み方向中央より下の部分が幅方向に伸びようとする変形が抑えられる。これにより、試験片の第１の面の幅方向の変位と第２の面の幅方向の変位との差が低減する。その結果、一対の第２接触具の間の領域において、幅方向中央部と幅方向端部の長手方向のひずみの差が小さくなる。すなわち、４点曲げ腐食試験において、試験片の荷重面のひずみを均一に近づけることができる。
【００２７】
（構成２）
本発明の実施形態における４点曲げ腐食試験に用いる試験片は、前記４点曲げ腐食試験において荷重がかけられる第１の面と、前記第１の面と反対側の面であって、前記４点曲げ腐食試験において荷重がかけられる第２の面とを有する。前記試験片の前記第１の面と前記第２の面の間の厚みは、前記試験片の長手方向及び厚み方向の双方に垂直な幅方向における前記試験片の中央部より、前記中央部の前記幅方向の両側の部分の方が厚くなっている。
【００２８】
このように、試験片の幅方向中央部の厚みを幅方向の両端部に比べて薄くすることで、４点曲げ試験において必要な試験片への荷重をより抑えながら、試験片の荷重面のひずみを均一に近づけることができる。
【００２９】
（構成３）
上記構成２の試験片において、前記中央部の厚みと、前記中央部の前記幅方向の両側の部分の厚みとの差は、前記中央部の厚みの４分の１以上とすることが好ましい。これにより、４点曲げ試験における必要な試験片への荷重をさらに抑えながら、試験片の荷重面のひずみを均一に近づけることができる。
【００３０】
なお、本発明において、上下方向は、鉛直方向すなわち重力方向に一致してもよいし、一致しなくてもよい。また、上下方向は、天地方向と一致しもよいし、一致しなくてもよい。すなわち、重力の向きを下向き、重力と反対の向きを上向きとしてもよいし、重力の向きを上向き、重力と反対の向きを下向きとしてもよい。すなわち、４点曲げ腐食試験において、評価面である第１の面が地面を向き、第２の面が天を向いた状態で、試験片に荷重が加えられてもよいし、第１の面が天を向き、第２の面が地面を向いた状態で、試験片に荷重が加えられてもよい。
【００３１】
［実施形態］
（４点曲げ腐食試験装置の構成例）
図１は、本実施形態における４点曲げ腐食試験装置の構成例を示す側面図である。図１に示す４点曲げ腐食試験装置は、一対の第１接触具８ａ、一対の第２接触具８ｂ、第１支持部９ａ、第２支持部９ｂ、拘束治具７、及び荷重印加機構６を備える。
【００３２】
一対の第１接触具８ａは、試験片ＳＪの上側の第１の面ＳＪａに接触する。一対の第１接触具８ａは、例えば、中実の円柱すなわちローラである。一対の第２接触具８ｂは、試験片ＳＪの下側の第２の面ＳＪｂに接触する。一対の第２接触具８ｂは、例えば、中実の円柱すなわちローラである。第２の面ＳＪｂは、試験片ＳＪにおいて、第１の面ＳＪａの反対側の面である。
【００３３】
第１支持部９ａは、一対の第１接触具８ａを、試験片ＳＪの第１の面ＳＪａに上から押し付けて上下方向（ｙ方向）に垂直な縦方向（ｚ方向）に第１の距離だけ離間した位置で支持する。第２支持部９ｂは、試験片ＳＪの第２の面ＳＪｂに下から押し付けて縦方向（ｚ方向）に第１の距離より短い第２の距離だけ離間した位置で支持する。第２支持部９ｂは、一対の第１接触具８ａの間の領域において、一対の第２接触具８ｂを支持する。
【００３４】
試験片ＳＪの第２の面ＳＪｂは、第１の面ＳＪａの反対側の面である。試験片ＳＪの長手方向は、４点曲げ腐食試験装置の縦方向に相当し、図１ではｚ方向である。試験片ＳＪの厚み方向は、４点曲げ腐食試験装置の上下方向に相当し、図１ではｙ方向である。試験片ＳＪの幅方向は、４点曲げ腐食試験装置の横方向に相当し、図１ではｘ方向である。
【００３５】
拘束治具７は、一対の第２接触具８ｂの間において、試験片ＳＪの幅方向の両側面であって、試験片ＳＪの厚み方向中央より下の部分に接する。拘束治具７は、試験片ＳＪの両側面の幅方向の変位を制限する。
【００３６】
第１支持部９ａは、一対の第１接触具８ａを上から抑える上部９ａ１と、この上部９ａ１から第２支持部９ｂの下に回り込んで伸びる下部９ａ２とを含む。
【００３７】
荷重印加機構６は、第１支持部９ａの下部９ａ２と第２支持部９ｂとの間の長さを変更できる構成となっている。この例では、荷重印加機構６は、第１支持部９ａの下部９ａ２のネジ穴を貫くネジで構成される。ネジが回転すると、第１支持部９ａの下部９ａ２に対する第２支持部９ｂの相対位置が変化する。
【００３８】
試験片ＳＪの第１の面ＳＪａは、第１支持部９ａの上部９ａ１によって、一対の第１接触具８ａを介して上から支持されている。第２支持部９ｂが上に移動すると、第２接触具８ｂが試験片ＳＪの長手方向中央部を下から押す。そのため、試験片ＳＪに厚み方向の曲げ荷重が負荷される。
【００３９】
なお、第１支持部、第２支持部及び荷重機構の構成は、図１に示す例に限られない。上記例では、荷重機構が、第１支持部と第２支持部を互いに連結し、かつ、連結された第１支持部と第２支持部の間の距離を可変にする構成である。荷重機構は、上記構成と異なる構成で、第１支持部と第２支持部の相対位置が変化させるものであってもよい。
【００４０】
腐食試験では、このようにして曲げ荷重を負荷した試験片ＳＪを、腐食溶液（例えば、Ｈ２Ｓ溶液）に７２０時間曝し、き裂発生の有無を調べる。試験片ＳＪに所定の引張応力を発生させるために、負荷する荷重が制御される。負荷荷重を設定する方法のひとつとして、図２又は図３に示すように、ひずみゲージ２１を試験片ＳＪに貼り、ひずみ値を調節する。ひずみゲージ２１の検出値が所定のひずみ（例えば、対象材の降伏強度（ＹＳ）１００％相当のひずみ）となるまで、試験片ＳＪに荷重を負荷して、撓ませる。図２では、ひずみゲージ２１を試験片ＳＪの長手方向中央に貼っている。この構成は、試験片ＳＪが、溶接部分を含まない場合、例えば、鋼管の母材部分から採取された試験片である場合等に適用される。図３では、試験片ＳＪ中央部の溶接金属ＳＪｗの両側にひずみゲージ２１が貼られる。この構成は、試験片ＳＪが、溶接金属を含む場合、例えば、溶接継手部分から採取された試験片である場合等に適用される。
【００４１】
図４及び図５は、試験片ＳＪの形状を説明するための図である。図４に示す試験片ＳＪ１は、直方体であり、平滑試験片と称される。図５に示す試験片ＳＪ２は、対象材である鋼管８０の内面ＳＪｓの一部が、そのまま試験片の一面となっており、内面Ａｓ試験片と称される。
【００４２】
上記の４点曲げ腐食試験では、一例として、試験片ＳＪ中央付近におけるき裂発生の有無が評価される。荷重を負荷した試験片ＳＪの表面におけるひずみが一様でない場合、試験片ＳＪ中央から離れた位置でき裂が発生し得る。中央から離れた位置でき裂が発生した場合は、適正な評価が難しくなる。そこで、本実施形態では、拘束治具７を、試験片ＳＪに取り付けた状態で、試験片ＳＪに荷重を負荷することで、試験片ＳＪの厚みを増すことなく、表面におけるひずみを均一に近づける。
【００４３】
（拘束治具）
図６は、図１に示す試験片ＳＪ、第１接触具８ａ、第２接触具８ｂ及び拘束治具７を上から見た構成を示す平面図である。図７は、図６に示す構成を横方向（ｘ方向）から見た側面図である。図８は、図６及び図７におけるＡ−Ａ線における断面を示す断面図である。
【００４４】
図６に示すように、拘束治具７は、試験片ＳＪの幅方向の両端の側面ＳＪｃに接する一対の両端部７１と、一対の両端部７１をつなぐ架橋部７２を含む。架橋部７２は、一対の第２接触具８ｂの間において、試験片の幅方向に、一対の両端部７１の一方から他方へ伸びて形成される。一対の両端部７１とそれらの間の架橋部７２は、互いに固定される。そのため、一対の両端部７１が、試験片ＳＪの幅方向の両端の側面ＳＪｃに接した状態において、拘束治具７は、試験片ＳＪの側面ＳＪｃが幅方向外側に変位するのを制限する。これにより、試験片ＳＪの下面である第２の面ＳＪｂが幅方向に広がる変形が抑制される。
【００４５】
図７に示すように、両端部７１は、試験片ＳＪの幅方向両端の側面ＳＪｃの厚み方向の中央Ｃ１より下の部分に接する。両端部７１は、試験片ＳＪの幅方向両端の側面ＳＪｃの厚み方向の中央Ｃ１より上の部分に接しないことが好ましい。試験片ＳＪの上面である第１の面ＳＪａが評価面である場合、両端部７１が側面ＳＪｃの厚み方向の中央Ｃ１より上の部分に接すると、試験結果に影響を与える可能性があるためである。
【００４６】
図７に示す例では、拘束治具７の両端部７１の試験片ＳＪの長手方向の長さは、一対の第２接触具８ｂの間の長手方向の距離Ｌｂと略同じになっている。また、図７及び図８に示すように、拘束治具７の両端部７１の上面は、幅方向から見て、すなわち側面視で、試験片ＳＪの厚み方向の中央Ｃ１より第２の面ＳＪｂに近い位置にある。拘束治具７の両端部７１は、一対の第２接触治具８ｂの間の試験片ＳＪの側面ＳＪｃにおいて、厚み方向中央Ｃ１から第２の面ＳＪｂまでの領域の一部に接している。
【００４７】
また、図７に示すように、両端部７１は、試験片の長手方向（ｚ方向）において、一対の第２接触具８ｂの間の領域で、試験片ＳＪの幅方向両端の側面ＳＪｃに接する。これにより、最も試験結果に影響を与える、一対の第２接触具８ｂの間の試験片ＳＪの部分において、幅方向のひずみの分布を均一に近づけることができる。
【００４８】
架橋部７２の長手方向の寸法は、両端部７１の長手方向の寸法より小さい。また、架橋部７２の長手方向の寸法は、一対の第２接触具８ｂの間の距離Ｌｂより小さい。架橋部７２の上下方向の寸法すなわち厚みは、第２接触具８ｂの上下方向の寸法（例えば、第２接触具８ｂを構成するローラの直径）より小さい。架橋部７２は、試験片ＳＪの下であって、一対の第２接触具８ｂの間において、一対の両端部７１の間に架け渡される。
【００４９】
拘束治具７において、一対の両端部７１と架橋部７２は、一体的に形成されてもよい。又は、一対の両端部７１の少なくとも一方と架橋部７２とは、ネジやボルト等の締結部材により、締結されてもよい。すなわち、一対の両端部７１の少なくとも一方と架橋部７２を、締結部材を介して連結することができる。締結部材で締結することにより、両端部７１と試験片ＳＪとをより密着させることができる。また、一対の両端部７１の間の寸法精度が緩和される。このように、拘束治具７は、一対の両端部７１の間の距離を調整可能な構成であってもよい。
【００５０】
拘束治具７は、枠材として、試験片ＳＪの外側に嵌められる。すなわち、拘束治具７の一対の両端部７１の間に試験片ＳＪが挿入される。拘束治具７は、両端部７１の間に試験片ＳＪが挿入される際に、弾性変形するよう形成されてもよい。これにより、両端部７１が弾性力で試験片ＳＪに押し付けられた状態で、拘束治具７を試験片ＳＪに取り付けることができる。なお、拘束治具７の材料は、特に限定されない。例えば、金属、樹脂、又はセラミックで拘束治具７を形成することができる。
【００５１】
上記例における拘束治具７は、第２接触具８ｂの間の領域において、試験片の側面の幅方向の変位を拘束する構成である。これに対して、拘束治具７は、一対の第２接触具８ｂの間の領域から外方に伸びて形成されてもよいし、試験片の長手方向の全体にわたって、試験片の側面の上下方向中央より下の部分を拘束してもよい。
【００５２】
また、上記例では、架橋部７２は、一対の第２接触具８ｂの間であって、試験片１の下に配置されるが、架橋部７２の位置はこの例に限られない。例えば、架橋部７２は、一対の第２接触具８ｂの長手方向外側において、幅方向に伸び、一対の両端部７１をつなぐ構成であってもよい。
【００５３】
図６及び図７に示す例では、両端部７１の長手方向の長さは、一対の第２接触具８ｂの間の長手方向の距離Ｌｂより長くてもよい。この場合、両端部７１は、長手方向において、一対の第２接触具８ｂの間の領域から外方に伸びて形成される。また、拘束治具７の両端部７１は、一対の第２接触治具８ｂの間の試験片ＳＪの側面ＳＪｃにおいて、厚み方向中央Ｃ１から第２の面ＳＪｂまでの領域の全域で接していてもよい。
【００５４】
（試験片）
図８に示す例では、試験片ＳＪの断面は、矩形である。すなわち、試験片ＳＪの幅方向において、試験片ＳＪの厚みは均一である。図９は、試験片ＳＪの断面形状の変形例を示す断面図である。図９に示す例では、試験片ＳＪは、幅方向における中央部ＳＪｍの両側に、中央部ＳＪｍより厚みが大きい厚肉部ＳＪｔを有する。すなわち、試験片ＳＪの幅方向の中央部ＳＪｍより、中央部ＳＪｍの幅方向の両側の厚肉部ＳＪｔの方が、厚くなっている。
【００５５】
言い換えれば、図９に示す試験片ＳＪは、幅方向の両端部に下方に突出する一対の脚を有する。さらに言い換えれば、試験片ＳＪの幅方向の中央部ＳＪｍの第２の面ＳＪｂに凹部が形成される。
【００５６】
このように、試験片ＳＪの幅方向両端に厚肉部ＳＪｔを設けることで、試験片ＳＪの荷重負荷時の第１の面ＳＪａの幅方向の中央のひずみと、幅方向の端部のひずみとのひずみ差をより小さくすることができる。
【００５７】
厚肉部ＳＪｔの厚みｔａと、中央部ＳＪｍの厚みｔｃとの差Δｔは、例えば、中央部ＳＪｍの厚みｔｃの４分の１以上とすることが好ましい（ｔａ−ｔｃ＝Δｔ≧ｔｃ／４）。これにより、試験片ＳＪの荷重負荷時の評価面となる第１の面ＳＪａのひずみの幅方向の分布をより均一することができる。なお、この差Δｔは、試験片ＳＪの脚の高さもしくは脚の長さということもできるし、中央部ＳＪｍに形成された凹部の深さということもできる。
【００５８】
また、試験片ＳＪの厚みが増すと、試験片ＳＪに付与する必要荷重が大きくなる。そのため、試験片ＳＪの厚みは、荷重負荷時の第１の面ＳＪａのひずみを均一化できる程度に厚くしつつも、厚すぎない方がよい。この観点から、厚肉部ＳＪｔの厚みｔａと、中央部ＳＪｍの厚みｔｃとの差Δｔは、例えば、中央部ＳＪｍの厚みｔｃ以下（ｔｃ≧Δｔ）とすることが好ましく、差Δｔを、中央部ＳＪｍの厚みｔｃの２分の１以下（（ｔｃ／２）≧Δｔ）とすることがより好ましい。
【００５９】
試験片ＳＪの厚肉部ＳＪｔの幅方向の寸法ｗ２は、試験片ＳＪ全体の幅方向の寸法ｗ１の１０分の１以上（ｗ２≧ｗ１／１０）とすることが好ましく、５分の１以上（ｗ２≧ｗ１／５）とすることがより好ましい。厚肉部ＳＪｔの幅が小さすぎると厚肉部ＳＪ４（脚）が荷重により変形してしやすくなるためである。また、試験片ＳＪの厚肉部ＳＪｔの幅方向の寸法ｗ２は、試験片ＳＪ全体の幅方向の寸法ｗ１の５分の２以下（ｗ２≦ｗ１×２／５）とすることが好ましく、１０分の３以下（ｗ２≦ｗ１×３／１０）とすることがより好ましい。厚肉部ＳＪｔの幅が大きすぎると必要荷重が増大するためである。
【００６０】
図９に示す例では、試験片ＳＪの幅方向の両端が厚肉部ＳＪｔとなっている。中央部ＳＪｍより厚みが大きい厚肉部ＳＪｔは、試験片ＳＪの幅方向の両端から内側に入った領域に設けられてもよい。また、試験片ＳＪに厚肉部ＳＪｔがある場合も、試験片ＳＪの側面ＳＪｃであって、試験片ＳＪの厚み方向における中央より第２の面に近い部分に、拘束治具７が接する構成とすることができる。図９に示す例では、試験片ＳＪの厚み方向において、試験片ＳＪの下端すなわち第２の面ＳＪｂから、厚肉部ＳＪｔの厚みｔａの２分の１（ｔａ／２）の位置が、試験片ＳＪの厚み方向の中央となる。
【実施例】
【００６１】
発明者らは、荷重を負荷した試験片の上面の幅方向における中央付近と、端部付近とのひずみの長手方向成分の差を測定した。測定は、実測及びシミュレーションで行った。シミュレーションでは、図１０に示す解析モデルを用いて、４点曲げ腐食試験を対象としたＦＥＭ解析を行った。
【００６２】
図１０では、試験片ＳＪｖの長手方向をｚ方向、試験片ＳＪｖの上下方向すなわち荷重方向をｙ方向、ｚ方向及びｙ方向に垂直な方向をｘ方向としている。図１０に示す例では、試験片ＳＪｖにおいて、上から荷重がかかる第１の面（評価面）のｚ方向及びｘ方向における中央の点を中央点Ｃ０とする。ｘ方向の対称境界線ＴＫｘを通りｘｙ平面に平行な面は、試験片ＳＪｖの長手方向（ｚ方向）の対称境界面である。ｚ方向の対称境界線ＴＫｚを通りｙｚ平面に平行な面は、試験片ＳＪｖのｘ方向の対称境界面である。
【００６３】
第１接触具８ａｖ及び第２接触具８ｂｖは、ローラの剛体モデルとした。試験片ＳＪｖのサイズは、幅ＳＷ＝１０ｍｍ、高さＳＨ＝２ｍｍ、長さＳＬ＝７５ｍｍとした。試験片ＳＪｖの形状は、平滑試験片の場合と、内面Ａｓ試験片の場合の２通りについて解析を行った。試験片ＳＪｖの対象材は、マルテンサイト系ステンレス鋼管とした。対象材の応力−ひずみ特性のデータとして、図１１に示す応力−ひずみ曲線を用いた。
【００６４】
図１２に、内面Ａｓ試験片のｘｙ平面におけるメッシュ（有限要素）を示す。図１２は、対称境界線ＴＫｚを含む対称境界面ＴＳｚの右半分のみ示している。
【００６５】
図１３は、内面Ａｓ試験片のＦＥＭ解析で得られたひずみの長手方向成分の分布（実線）と実測値（三角プロット）を示すグラフである。図１３の横軸は、試験片ＳＪｖの上面において中央点Ｃ０を通りｘ方向に伸びる線上の位置を示す。図１３に示すように、解析結果と実測値はおおむね一致している。これにより、ＦＥＭ解析でひずみ分布を精度よく推定可能と考えられる。
【００６６】
図１３に示す結果から、試験片の上面の幅方向における中央部付近に比べ端部付近でのひずみが大きくなっていることがわかった。試験片の上面の幅方向端部付近で割れが発生する原因としては、試験片の上面に一様なひずみが付与されていないことが考えられる。すなわち、試験片の上面の幅方向の中央付近に比べ、端部付近でのひずみが大きくなっているため、試験片の上面の中央から離れた端部付近で割れが発生すると考えられる。
【００６７】
発明者らは、さらに、４点曲げ腐食試験における試験片への荷重の負荷において、試験片上面の幅方向の中央部と端部付近のひずみ差を低減する方法についてＦＥＭ解析により検討した。発明者らは、試験片の上面側と下面側との幅方向の変位の差を小さくできれば、中央部と端部の長手方向のひずみの差を低減できると予想した。そこで、試験片の幅方向の両端に中央部より厚みが大きい厚肉部を有する試験片で、試験片の幅方向外側の側面を試験片幅方向に拘束した条件で、ＦＥＭ解析を実施して、ひずみ分布を算出した。
【００６８】
図１４は、平滑試験片のｘｙ平面におけるメッシュ（有限要素）及び拘束条件を示す。図１５は、内面Ａｓ試験片のｘｙ平面におけるメッシュ（有限要素）及び拘束条件を示す。図１４及び図１５に示す解析モデルにおいて、厚肉部ＳＪｖｔの幅方向の寸法ｗｆ＝２ｍｍ、中央部ＳＪｖｍの厚みｔｓ＝２ｍｍ、中央部ＳＪｖｍの厚みｔｓと厚肉部ＳＪｖｔの厚みとの差ｔｄ＝１ｍｍとした。対称境界面ＴＳｚから側面までの幅方向の寸法ｗｄは、ｗｄ＝５ｍｍとした。拘束条件は、厚肉部ＳＪｖｔにおける脚（試験片ＳＪｖの下からｔｄの部分）の外側の側面の幅方向の変位を拘束するものとした。また、比較として、脚を付けない試験片、すなわち図１４及び図１５のｔｄ＝０ｍｍの試験片にて、幅方向の拘束なしの条件でＦＥＭ解析を実施した。対象材の応力−ひずみ特性のデータとして、図１１に示す応力−ひずみ曲線を用いた。
【００６９】
図１６は、図１４に示す平滑試験片の解析モデルを用いたＦＥＭ解析にて得られたグラフである。比較のため、拘束なし（脚なし）の平滑試験片でのＦＥＭ解析結果も示している。図１７は、図１５に示す内面Ａｓ試験片の解析モデルを用いたＦＥＭ解析にて得られたグラフである。比較のため、拘束なし（脚なし）の内面Ａｓ試験片でのＦＥＭ解析結果も示している。図１６及び図１７は、試験片の長手方向のひずみの幅方向における分布を示すグラフである。グラフの縦軸は、試験片幅方向の中央部における長手方向ひずみの値を１とした時の各位置でのひずみの比の値である。図１６に示す平滑試験片の解析結果では、拘束ありの場合、試験片の幅方向中央のひずみと各位置におけるひずみの比は、ほぼ１となっている。すなわち、幅方向の変位を拘束した場合は、拘束しない場合に比べて、幅方向中央部と端部のひずみの差が低減している。図１７に示す内面Ａｓ試験片の解析結果では、拘束ありの場合、試験片の幅方向中央のひずみと各位置におけるひずみの比は、端部に向かうに従って大きくなる傾向にあるが、拘束がない場合に比べて低減している。すなわち、平滑試験片及び内面Ａｓ試験片のいずれにおいても、幅方向の変位を拘束した場合は、拘束しない場合に比べて、幅方向中央部と端部のひずみの差が低減している。
【００７０】
発明者らは、さらに、図１４及び図１５に示す解析モデルにおいて、試験片ＳＪｖの脚長さすなわち、中央部ＳＪｖｍの厚みｔｓと厚肉部ＳＪｖｔの厚みとの差ｔｄを０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍとした場合の、ひずみ分布を計算した。拘束条件は、厚肉部ＳＪｖｔにおける脚の外側の側面の幅方向の変位を拘束するものとした。図１８に、試験片の脚の長さと、試験片幅方向の中央部と端部との長手方向ひずみの比との関係を示す。比較として、図１６及び図１７で示した、拘束なし（脚なし）の平滑試験片及び内面Ａｓ試験片でのＦＥＭ解析結果を脚長さｔｄ＝０ｍｍの位置にプロットした。図１８より、脚長さが長くなるにしたがって中央部と端部とのひずみ差は小さくなることがわかる。平滑試験片及び内面Ａｓ試験片のいずれでも、０．５ｍｍの脚を付けることで、ひずみ比が大きく低減するが、それ以上の脚長さではひずみ比の値はほとんど変わらない。脚長さを長くすると必要荷重も大きくなるので、必要以上に長くすることはない。つまり、脚長さ０．５ｍｍ、すなわち、試験片中央部ＳＪｖｍの厚みｔｓ（＝２ｍｍ）の４分の１の脚長さを付与すればひずみ差の低減に対する十分な効果があることがわかった。
【００７１】
発明者らは、脚（厚肉部）を付けない試験片、すなわち図１４及び図１５のｔｄ＝０ｍｍの試験片について、試験片幅方向の拘束ありと拘束なしの場合のひずみ分布を計算した。拘束条件は、試験片の第２の面から１ｍｍの高さまでについて幅方向変位を拘束するものとした。また、比較として、ｔｄ＝１ｍｍで、拘束あり（脚の外側の側面の幅方向変位を拘束）の条件についても計算した。
【００７２】
図１９は、平滑試験片の解析結果を示すグラフであり、図２０は、内面Ａｓ試験片の解析結果を示すグラフである。平滑試験片及び内面Ａｓ試験片ともに、脚を付けない試験片であっても、幅方向の拘束をすれば、拘束なしかつ脚なしの試験片に比べて、試験片中央部と端部とのひずみ差は低減することが分かる。また、脚を有する試験片の方が、中央部と端部とのひずみ差がさらに低減することが分かる。つまり、試験片は、厚肉部すなわち脚をつけることが好ましいと言える。
【００７３】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施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形態を適宜変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
６：荷重機構
７：拘束治具
８ａ：第１接触具
８ｂ：第２接触具
９ａ：第１支持部
９ｂ：第２支持部
ＳＪ：試験片
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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