(57)【要約】【課題】大型の試験装置を長期間占有することなく、荷重を加えた状態で安定させた鋼材を容易に作製することができるようにする。【解決手段】本発明に係る評価用鋼材の作製方法は、型枠を構成し、互いに対向する２つの壁部材（１０１Ａ、１０１Ｂ）に夫々形成された貫通孔（１０１１、１０１２）に棒状の鋼材（１０）を挿入する第１工程（Ｓ１０１）と、前記第１工程の後に、前記鋼材の軸方向に荷重（Ｓ）を加えた状態で固定部材（１０２）によって前記鋼材を前記型枠に固定する第２工程（Ｓ１０２）とを含むことを特徴とする。【選択図】図４Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
型枠を構成し、互いに対向する２つの壁部材に夫々形成された貫通孔に棒状の鋼材を挿入する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記鋼材の軸方向に荷重を加えた状態で固定部材によって前記鋼材を前記型枠に固定する第２工程と、を含む
ことを特徴とする評価用鋼材の作製方法。
【請求項２】
請求項１に記載の評価用鋼材の作製方法において、
前記第２工程の後に、前記型枠内にコンクリートを打設する第３工程を含む
ことを特徴とする評価用鋼材の作製方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の評価用鋼材の作製方法において、
前記固定部材は、ナットであり、
前記鋼材は、前記型枠から露出した部分の表面の一部にねじ山が形成され、
前記第２工程は、前記ナットを前記鋼材のねじ山に締め付けることによって、前記鋼材を前記型枠に固定する工程を含む
ことを特徴とする評価用鋼材の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の評価用鋼材の作製方法において、
前記第２工程は、前記鋼材の前記型枠から露出した部分を両側から引っ張ることにより前記鋼材の軸方向に荷重を加える工程を含む、
ことを特徴とする評価用鋼材の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、評価用鋼材の作製方法に関し、例えばクリープ現象による劣化を評価するための評価用鋼材の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材等の金属材料は、高温下で力が加わり続けると、組織変化、炭化物の粗大化、および空孔や亀裂の発生等が生じ、徐々に塑性変形が進行することがある。この現象は、一般に、クリープ現象と呼ばれている。
クリープ現象による鋼材の耐久性を評価するための試験として、金属材料に定荷重試験機等によって引張力を加えて、ひずみや破断時間等の測定を行うクリープ試験やクリープ破断試験が知られている（非特許文献１参照）。
クリープ現象は常温条件下でも見られる現象であるが、上記クリープ試験等は、通常、高温条件下でクリープ現象による劣化を加速させることによって行われている。
【０００３】
ところで、金属材料における空孔の発生は、水素脆化の進行に関係することが知られており（非特許文献２参照）、クリープ現象によって発生する空孔も水素脆化に関与している可能性がある。一方、空孔は１００〜２００℃でアニールすることで消滅することが知られている。そのため、上記のように、高温条件下において鋼材のクリープ現象を加速させて試験を行うと、クリープ現象によって生じた空孔が消滅するため、クリープ現象による鋼材への影響や、クリープ現象により生じた空孔が及ぼす水素脆化に対する影響等を正確に知ることができない。
このような空孔の影響も含めたクリープ現象による鋼材の劣化を精度良く評価するためには、常温条件下において荷重を負荷した試験片（鋼材）を数年間安定な状態で保管することによって、クリープ現象によって経年劣化した鋼材を作製する必要があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】神鋼溶接サービス株式会社、“（１０）クリープ試験、クリープ破断試験”、［平成２６年７月３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ： http://www.sws-shinko.co.jp/pdf/sws_pr_09.pdf>.
【非特許文献２】K. Takai et al., ”Lattice defects dominating hydrogen-relatedfailure of metals” 2008, ScienceDirect, Acta MATERIALIA, 56(2008) 5158-5167.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、常温条件下において荷重を加えた状態の鋼材（試験片）を作製するためには、長期間、定荷重試験機などの大型の試験装置を占有しなければならないという問題がある。
【０００６】
そこで、本願発明者は、本願発明に先立って、大型の試験装置を長期間占有することなく、常温条件下において荷重を加えた状態で安定させた評価用鋼材を作製する方法として、プレストレストコンクリートの製造方法を用いることを検討した。しかしながら、プレストレストコンクリートの製造方法を用いた場合、以下に示すような問題があることが明らかとなった。
【０００７】
一般に、プレストレストコンクリートの製造方法として、コンクリートを打設する前に鋼線に張力を与えるプレテンション方式と、コンクリートを打設した後に鋼線に張力を与えるポストテンション方式の２つの方式が知られている。
プレテンション方式によって荷重を負荷した鋼材（試験片）を作製する場合、コンクリートと鋼材の付着力でプレストレスを保持するため、丸棒状の鋼材をそのまま用いることができず、鋼材の形状を異形にする（例えば鋼材に凹凸を設ける）必要がある。
【０００８】
一方，ポストテンション方式によって荷重を加えた鋼材を作製する場合、プレテンション導入後にグラウトを導入する必要があり、通常のコンクリートの打設と比較して、コストが高く、また、高度な技術が必要となる。
【０００９】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、大型の試験装置を長期間占有することなく、荷重を加えた状態で安定させた鋼材を容易に作製できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る評価用鋼材の作製方法は、型枠を構成し、互いに対向する２つの壁部材（１０１Ａ、１０１Ｂ）に夫々形成された貫通孔（１０１１、１０１２）に棒状の鋼材（１０）を挿入する第１工程（Ｓ１０１）と、前記第１工程の後に、前記鋼材の軸方向に荷重（Ｓ）を加えた状態で固定部材（１０２）によって前記鋼材を前記型枠に固定する第２工程（Ｓ１０２）とを含むことを特徴とする。
【００１１】
上記評価用鋼材の作製方法において、前記第２工程の後に、前記型枠内にコンクリート（１０３）を打設する第３工程（Ｓ１０３）を含んでもよい。
【００１２】
上記評価用鋼材の作製方法において、前記固定部材は、ナットであり、前記鋼材は、前記型枠から露出した部分の表面の一部にねじ山（１０Ａ）が形成され、前記第２工程は、前記ナットを前記鋼材のねじ山に締め付けることによって、前記鋼材を前記型枠に固定する工程を含んでもよい。
【００１３】
上記評価用鋼材の作製方法において、前記鋼材の前記型枠から露出した部分を両側から引っ張ることにより前記鋼材の軸方向に荷重を加える工程を含んでもよい。
【００１４】
なお、上記説明において括弧を付した参照符号は、図面において当該参照符号が付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、大型の試験装置を長期間占有することなく、荷重を加えた状態で安定させた鋼材を容易に作製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る評価用鋼材の作製方法によって作製される試験片の材料となる鋼材の一例を示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態に係る評価用鋼材の作製方法において用いる枠型の一例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態に係る評価用鋼材の作製方法を説明するためのフローチャートである。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の一実施の形態に係る評価用鋼材の作製方法の各工程を説明するための図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の一実施の形態に係る評価用鋼材の作製方法の各工程を説明するための図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の一実施の形態に係る評価用鋼材の作製方法の各工程を説明するための図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明の一実施の形態に係る評価用鋼材の作製方法の各工程を説明するための図である。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態に係る評価用鋼材の作製方法によって製造された試験片の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１８】
先ず、本実施の形態に係る方法によって評価用鋼材を作製する準備段階として、予め、評価対象の試験片の材料となる鋼材１０と型枠１０１を用意しておく。
図１は、本発明の一実施の形態に係る評価用鋼材の作製方法によって作製される試験片の材料となる鋼材の一例を示す図である。図２は、本発明の一実施の形態に係る評価用鋼材の作製方法において用いる枠型の一例を示す図である。
【００１９】
図１に示される鋼材１０は、評価対象の試験片の材料となる鋼を主成分とした合金であり、例えば丸棒状に形成されている。鋼材１０としては、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ合金（Ｓｉ：０．２５％）から成り、引張強度が１４５０ＭＰａ、直径Φが９ｍｍの高強度の鋼棒を用いることができる。
【００２０】
図２に示される型枠１０１は、鋼材１０を固定するためのものである。型枠１０１は、例えば、平面視矩形状で箱状の部材である。型枠１０１の側面を構成する壁部材１０Ａ、１０Ｂは、例えば鋼を主成分とする金属材料から構成されており、後述するように鋼材１０に引張力を加えた状態で固定しても、型枠１０１が変形しない程度の強度を有している。
【００２１】
図２示されるように、型枠１０１の互いに対向する２つの壁部材１０１Ａ、１０１Ｂには、貫通孔１０１１、１０１２が夫々形成されている。貫通孔１０１１、１０１２の形状は、鋼材１０の軸線に直交する断面形状に合わせて形成されている。例えば、後述するように貫通孔１０１１，１０１２に鋼材１０を挿入したときに、貫通孔１０１１，１０１２と鋼材１０との間に隙間ができないように、貫通孔１０１１、１０１２の径が調整されている。
【００２２】
また、型枠１０１のサイズは、試験片としての鋼材の長さに応じて適宜決定することができる。例えば、鋼材の長さが４０〜５０ｃｍ程度の試験片を作製する場合には、型枠１０１の貫通孔１０１１，１０１２に鋼材１０を挿入したときに、型枠１０１内の鋼材１０の長さが４０〜５０ｃｍ程度になるように型枠１０１のサイズ（長さＬと幅Ｗ）を決めれば良い。なお、型枠１０１の高さＨは、例えば、後述するように型枠１０１内にコンクリートを打設したときに、型枠１０１内の鋼材１０がコンクリートに十分に埋まるように決定すれば良い。
【００２３】
図３は、本発明の一実施の形態に係る評価用鋼材の作製方法を説明するためのフローチャートである。図３には、例えば鉄筋コンクリート等に用いられる鋼材のクリープ現象による劣化を評価するために、その評価に用いる試験片としての評価用鋼材を作製する手順が示されている。
【００２４】
本発明の一実施の形態に係る評価用鋼材の作製方法では、先ず、図４Ａに示されるように、型枠１０１の２つの貫通孔１０１１、１０１２に鋼材１０を挿入する（Ｓ１０１）。
【００２５】
次に、鋼材１０の型枠１０１から露出した部分を両側から引っ張ることにより、鋼材１０の軸方向に引張力を加えた状態で固定部材１０２によって鋼材１０を型枠１０１に固定する（Ｓ１０２）。
具体的には、図４Ｂに示されるように、鋼材１０の型枠１０１から露出した部分の両側を例えばジャッキ等によって一定の力Ｓで引っ張ることにより、鋼材１０に荷重を加える。鋼材１０に与える応力（引張力）の大きさは、試験内容に応じて適宜調整すればよい。例えば、ＪＩＳ  Ａ  ５３６４の試験を行う場合には、鋼材１０の引張強度の０．７倍の応力を与えればよい。
【００２６】
固定部材１０２は、鋼材１０に荷重を加えた状態で鋼材１０を型枠１０１に固定するための部材であり、例えばナットを用いることができる。
固定部材１０２としてナットを用いる場合、図４Ｂに示すように鋼材１０の型枠１０１から露出した部分の表面にねじ山１０Ａを形成しておき、図４Ｃに示すように、ジャッキ等によって一定の力Ｓで引っ張った状態において鋼材１０の２つのねじ山１０Ａにナット１０２を夫々締め付けることによって、鋼材１０を型枠１０１に固定する。鋼材１０をナット１０２によって型枠１０１に固定したら、鋼材１０をジャッキ等から取り外す。
【００２７】
なお、ねじ山１０Ａは、例えば、ステップＳ１０１で鋼材１０を貫通孔１０１１、１０１２に挿入する前に形成しても良いし、鋼材１０を貫通孔１０１１、１０１２に挿入した後に形成しても良く、ねじ山１０Ａを形成するタイミングに特に制限はない。
【００２８】
次に、型枠１０１にコンクリートを打設する（Ｓ１０３）。具体的には、図４Ｄに示されるように、セメント、砂、砂利、および水を予め決めた分量で配合したコンクリート１０３を型枠１０１内に流し込み、養生させる。その後、コンクリート１０３が固まったら、ナット１０２を残して鋼材１０の両端部を切断する（Ｓ１０４）。これにより、図５に示されるような、引張力が加えられた試験片（評価用鋼材）１を作製することができる。
【００２９】
以上、本実施の形態に係る評価用鋼材の作製方法によれば、定荷重試験機等の大型の試験装置を用いることなく、常温条件下において荷重を加えた状態の評価用鋼材を作製することが可能となる。これにより、例えば風雨にさらされない屋内等の予め決められた場所に作製した試験片１を設置して、予め決められた期間だけ保管し、試験片１を調べることにより、クリープ現象による鋼材の劣化を評価することが可能となる。
【００３０】
また、本実施の形態に係る評価用鋼材の作製方法によれば、鋼材１０を型枠１０１に固定した後に、枠型１０１内にコンクリートを打設するので、鋼材１０の表面に形成された不働態膜とそれを覆うアルカリ性のコンクリートにより、荷重を加えた状態の鋼材１０１を非常に安定した状態で保管することが可能となる。
【００３１】
また、本実施の形態に係る評価用鋼材の作製方法によれば、プレストレストコンクリートの製造方法をそのまま適用する場合に比べて、制約が少なく、容易に評価用鋼材を作製することが可能となる。例えば、本作製方法によれば、プレストレステンション方式のようにコンクリートと鋼材との付着力を利用してプレストレスを保持するのではなく、固定部材によって鋼材を型枠に固定することにより鋼材に加える荷重を一定にするので、例えば丸棒状の鋼材をそのまま用いることができ、鋼材の形状を異形にする等の制約が少ない。また、ポストテンション方式のようにグラウトを導入する必要がないので、高度な技術が不要となり、作製コストも抑えることができる。
【００３２】
また、本実施の形態に係る評価用鋼材の作製方法によれば、固定部材としてナットを用いるので、容易に、鋼材を型枠に固定して荷重を加えることが可能となる。
【００３３】
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【００３４】
例えば、上記実施の形態において、鋼材１０を型枠１０１に固定した後に枠型１０１内にコンクリートを打設する場合を例示したが、例えば温度や湿度等が管理された場所に試験片１を長期間保管することができる場合には、枠型１０１内にコンクリートを打設しなくても良い。これによれば、作業工程を減らすことができるので、評価用鋼材の作製コストの更なる低減を図ることができる。
【００３５】
また、上記実施の形態において、鋼材１０に引張力を加えて型枠１０１に固定する場合を例示したが、例えば鋼材の圧縮試験用の試験片を作製する場合には、鋼材１０を両端から圧縮させた状態で型枠１０１の内側からナット１０２で固定してもよい。
【００３６】
また、上記実施の形態において、鋼材１０が丸棒形状である場合を例示したが、これに限られず、例えば鋼材１０が角状であってもよい。
【００３７】
また、上記実施の形態において、型枠１０１が平面視矩形状である場合を例示したが、対向する２つの壁部材に形成された貫通孔に挿入した鋼材に荷重を加えた状態で型枠に固定することができれば、型枠の形状に特に制限はない。
【符号の説明】
【００３８】
１…試験片（評価用鋼材）、１０…鋼材、１０Ａ…ねじ山、１０１…型枠、１０１１、１０１２…貫通孔、１０１Ａ、１０１Ｂ…壁部材、１０２…固定部材（ナット）、１０３…コンクリート、引張力…Ｓ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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