鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査
The History of Technology to Enhance the Reliability of Steel長井 寿 Kotobu Nagai■要旨

人類はまず自然から原材料を採取した。19世紀以降は地下資源から作った人工材料が主となる。21世紀では再生可能、循環型資源への期待が高まっている。
「与えられた条件の下で、与えられた期間、故障せずに、要求どおりに遂行できる能力」である信頼性の向上もますます重要になる。そのためには破損、損耗を最小限化しなくてはならない。
構造材料としての鉄鋼には低価格と高強度利用が期待される。高強度利用は構造物の軽量化および省材料化を同時実現する。ところが、高強度利用には脆性、疲労、腐食、高温クリープなどへの耐性の低下がつきまとう。これらの耐性を高めることが信頼性向上に直結する。鉄鋼の「ハイテン化」は、各用途分野で「使える高強度」の限界を改善した積
み上げの歴史である。

技術開発は失敗や事故などのマイナス面の歴史でもあり、100 %の安全・安心はあり得ない。そのため、設計者は材料が使用される条件や環境を理解し、それらの条件に合う材料を選択する必要がある。素材の製造者や提供者はその限界を正しく理解し、関連する情報の公開と普及に努めなければならない。そうすると設計者と材料提供者のコミュニケーションと協力が容易になり強化される。ひいては「使える高強度」のさらなる上昇につながる。その効率的な展開のために、どのような指標が連携および信頼性向上に適しているのか歴史的に検討されてきた。現時点で指標は100 ％完成とは言い切れないが、その方向性は明白である。

西欧に始まった産業革命以降、鉄鋼は安価さと便利さからいろんな用途に大量に利用された。しかし鉄鋼は「完全無欠」ではなく破損、損耗の事例が相次ぐ。それでも鉄鋼が幸運だったのはその弱点を克服できたことである。徐々に改良が積み重なった。信頼性向上のためには物理・化学は勿論のこと、機械工学の発展が鍵になっている。さらに新しい科学理論や観察手段なども動員された。弾性論から材料力学が発展した。そこに脆性的でない鉄鋼が出現し塑性変形に関心が向くようになった。しかしさらに一歩進んで耐破損性にまで関心がなかなか及んでいない。耐破損性への接近は、まず脆性破壊に始まる。
「遷移曲線」と呼ばれる耐破損性の整理（経験論）がいち早く定着し、「耐き裂性」についての基本的考え方（理論）も提案された。疲労では「ヴェーラー線図」と呼ばれる耐破損性の評価手法が見出された。これらは信頼性向上技術の観点からは特筆すべき前進だった。時代が進み、科学者や技術者が専門家集団として現れ、大学の充実、基礎研究所の設置、統一規格に向けた国際会議の始まりなども必然的に起こった。

西欧に遅れをとった日本では、鉄鋼技術において民間産業が主導的な役割を果たしてきたといっても過言ではない。一方、公的研究機関も重要な役割を果たしてきた。大学や研究機関は基礎研究において重要なだけでなく、鉄鋼の信頼性向上技術の進歩のために複数の専門分野の連携にも大きく寄与した。また、学会や公的研究機関は、一企業ではできない大規模な実験や長期試験、産官学連携の研究の実施主体となった。このように学会や公的研究機関の寄与は大きかった。

戦前の日本では、順次試験設備等の整備が進み、経験が蓄積し始めた。しかし、基礎現象の把握という点では、試験設備の改善、工夫がしやすかった脆性分野では日本独自の知見もあったが、疲労のように試験法の統一が遅れた分野では得られた知見は経験的理解でしかなかった。戦後になると欧米の知見が総合的に理解されるようにな

り、1950年ごろまでには少なくとも知識の上では欧米とほぼ同じ地平に到達していたと思える。それに続く半世紀で大きな発展を遂げ、欧米に比肩してグローバルリーダーのプレゼンスを占めるに至っていると自負できる。本稿では、
脆性破壊、高サイクル疲労、大気腐食、高温クリープについて詳述する。

鉄鋼の信頼性向上技術には、材料力学と材料学の連携が不可欠である。技術の成長期では製造者が関わる三角形

が大きな役割を果たすが、技術の成熟期では需要家もしくは使用者が関わる三角形も重視しなくてはならない。この

二つの三角形が有機的に繋がることで、より安全・安心で豊かな社会が持続的に運営されていくだろう。これらの三角形を切り結ぶ役目を果たす、学協会、公的研究機関による具体的な貢献が今後ますます重要になると思われる。自然環境の多様性や耐破損性・耐損耗性を許容条件への反映を考慮した国際標準への期待が高まる。同時に、数値シ
ミュレーション、データ科学の活用も重要である。

3

■ Abstract

Humans first collected raw materials from nature. Since the 19th century, though, humans have mainly usedmaterials made from resources underground. In the 21st century, there are growing expectations for the use ofrenewable and recyclable resources. Improving reliability, which is the ability to perform as requested under
given conditions for a given period of time without failing, will also become increasingly important. To that end,damage and wear must be minimized. As a structural material, steel should be very strong and inexpensive.
The use of a high-strength material in a structure simultaneously reduces its weight and conserves thematerials used. However, increased strength reduces resistance against brittleness, fatigue, corrosion, andhigh-temperature creep. Improving resistance to these phenomena is directly linked to improving reliability.
The development of high-strength steel is a history of increased limits of usable high-strength steel in eachfield of application.
Technological development is also a history of negative outcomes such as failures and accidents. In any
case, achieving perfect safety and reliability is not possible. Therefore, designers must understand theconditions and environments in which a material will be used, and select materials to meet those conditions.
Manufacturers and providers of materials must have a correct understanding of the limitations of those materials
and disclose and share relevant information. This will facilitate and enhance communication and cooperation
between designers and material providers. In turn, this will lead to a further increase in "usable high-strength"materials. Therefore, the indices that are suited to increased cooperation and improved reliability have been
historically examined. The indices are not 100 % perfect at this point, but the direction is clear.
Since the Industrial Revolution began in Western Europe, steel has been used in large quantities for various
purposes due to its low cost and convenience. However, steel is not "perfect," and there are numerous examples of its fracturing and wear and tear. Nonetheless, steel has luckily overcome its weaknesses. Gradualimprovements have been made. In addition to advances in physics and chemistry, advances in mechanicalengineering have been the key to improving the reliability of steel. Moreover, new scientific theories andobservational techniques have also been put to use. The mechanics of materials developed from the theoryof elasticity. Non-brittle steel emerged, and interest turned to plastic deformation. However, interest had not
yet reached fracture resistance, which is a step further on from plastic deformation. The approach to fracture
resistance begins with brittleness. Identification of fracture resistance via a method known as the "transition
curve" (an empirical theory) was quickly established, and the basic concept (theory) of "crack resistance" wasalso proposed. A technique for evaluating fatigue known as the "Wöhler curve" (S-N curve) was identified.
These were remarkable advances from the standpoint of technology to improve reliability. Over time, scientists and engineers emerged as a group of experts. The expansion of universities, the establishment of basic
research institutes, and the beginning of international conferences to unify standards inevitably occurred.
Private industry has undoubtedly played a leading role in steel technology in Japan, which has lagged
behind Western Europe. That said, public research institutes have also played an important role. Universities
and research institutes are not only important to basic research, but they have also greatly contributed to collaboration among specialized fields in order to advance technology to improve the reliability of steel. Moreover, academic societies and public research institutes have become the main entities conducting largescale experiments, long-term tests, and collaborative research involving industry, government, and academiathat cannot be done by a single company. This is how academic societies and public research institutes havemade a significant contribution.
In pre-war Japan, testing facilities gradually improved and experience was being gained. In terms of grasping basic phenomena, Japan had unique knowledge in the field of brittleness, where test facilities and approaches were easy to improve and devise. In fields such as fatigue, however, standardization of testing
methods was delayed and the knowledge obtained was only an empirical understanding. After the war, Western knowledge was comprehensively understood, and by around 1950, Japan seemed to have reached thesame level of knowledge as in the West. In the half-century that followed, Japan has made major advances,
and Japan can proudly say that it now holds a position as a global leader on par with Europe and the UnitedStates. This paper describes brittleness, high-cycle fatigue, atmospheric corrosion, and high-temperature
creep.

Collaboration between material mechanics and materials science is essential to technology to improve thereliability of steel. When a technology is developing, manufacturers play a major role. When a technology
is mature, consumers or users must also be emphasized. A safer, more secure, and more prosperous society can be operated sustainably by organically linking these two groups. Academic societies and publicresearch institutes play a role in connecting those groups, and specific contributions by those societies andresearch institutes will become increasingly important in the future. There are mounting expectations forinternational standards that take into consideration the diversity of the natural environment and the inclusionof fracture and wear in allowable conditions for materials. At the same time, use of numerical simulation anddata science will also be important.

■ Profile長井 寿■ Contents
1. はじめに…………………………………………… 238

Kotobu Nagai

2. 構造・材料の破損、損耗………………………… 239

国立科学博物館産業技術史資料情報センター主任調査員
1974年
1977年
1977年
1981年
1981年
2001年
2002年
2012年
2017年
2018年

東京大学工学部金属工学科 卒業
東京大学工学系大学院金属材料学科修士課程
東京大学工学部助手
工学博士（東京大学）
金属材料技術研究所
物質・材料研究機構に統合
同 超鉄鋼研究センター長
同 構造材料研究拠点長
同 退職
同 名誉研究員

3. 安価で加工しやすい鉄鋼………………………… 244
4. より高強度の壁は信頼性向上…………………… 251

修了

5. 信頼性向上のための科学と技術の		プラットフォーム… ……………………………… 259
6. 脆性破壊…………………………………………… 268
7. 高サイクル疲労… ………………………………… 276
8. 高温クリープ… …………………………………… 287
9. 大気腐食…………………………………………… 298
10. まとめ……………………………………………… 305

1 はじめに鉄鋼は利用範囲が広く、利用量も大きく、多面的多プなど）、および本稿では取り上げないがそれらの複層的に人類の経済と生活を支えてきた。日本には古く合負荷がある。一般的に時間依存型は、試験に長時間から和鉄の技術があった。そこに西洋式の鉄鋼の大量必要な上に考慮すべき条件が複雑なこともあり、短時生産技術（1855 年 べッセマー転炉製鋼法）
が導入
（1887

間で研究の成果が出ることはない。そのこともあり一年 釜石鉱山田中製鉄所、1901 年 官営八幡製鐵所）さ

般社会の注目を浴びにくい、地味な分野である。しかれた。1972 年に粗鋼生産量が 1 億トンを越えて、そし、安全・安心で豊かな社会の構築に不可欠なものでれ以降はその生産水準を維持している。今後、人口減あるとの理解と関心をいくらかでも広げることに本稿に伴う需要減などにより生産量は長期的には減少しては貢献したい。

いくが、材料製造量全体に占める比率は低下せずその信頼性は社会的に「持続可能性（Sustainability）」
とも密接な関係を持つ。持続可能性とは、環境や社会、重要性は変わらないと言われている。
鉄鋼は主に構造物の構成材料すなわち構造材料とな

人々の健康、経済などあらゆる場面において「将来にる。構造材料は高い荷重に耐えなくてはいけない。自わたって機能を失わずに続けていくことができること

重で崩壊するのは論外であるが、その材料強度を高めであり、そのため必要なシステムやプロセス」を指す。

ても使用中に形状を保てなくなったり、破壊したりす

国連行動計画である SDGs（Sustainable Development

ることがある。ここで破損は構造の変形もしくは破壊

Goals）2）の基本概念ともなっている。持続可能性を測で全体の機能が失われること、損耗は損傷によって機る指標として現在は、環境負荷、貧困格差、ジェンダー能が失われることを言う。破損、損耗を避けるために

バランス、健康度、生産性などが提示されている。レ

経験的にそれらの恐れのない低い荷重条件で使うこと

ジリエンス（強い復旧力）などもある。

が多い。もし、より高い荷重条件で使えれば原材料をさらに昨今の国際情勢の種々の変動に伴い、個々の節約してかつ構造物を軽量化できる高いメリットが得国が食料だけでなく、一定以上の資源・エネルギーのられる。一般によく理解されていないが、「高強度化」

自給率もしくは備蓄率を保持する努力を怠らないことというのはより高い荷重条件で使用可能にすることでも強く認識されはじめている。例えば、世界的に高品あり、必ずしも「高い材料強度」を意味しない。材料

位鉱石の枯渇、スクラップ発生量の増加など資源面の強度が高いほど耐破損性、耐損耗性が低下する傾向が課題、製造から使用の全段階での資源効率の抜本的向あり、材料強度の上昇は逆効果となってしまうことが上とエネルギー原単位の削減の課題もこれらの自給率多いと正しく把握する必要がある。

と密接な関係がある。製品などの使用中の破損、損耗

本稿では「信頼性向上技術」という切り口から鉄鋼を最小限に抑えることは自給率向上にも寄与する。

がこの課題に向かい合ってきた歴史を見つめ直し、耐このように考えると、「作る」側と「使う」側の意

破損性、耐損耗性を高める実践的な指針をどのように思疎通、情報共有が希薄では、信頼性向上に向けた力獲得してきたかを整理することで、今後のさらなる高強い転換は起きないのは明らかである。社会的に大き強度利用に役立つ視点を導き出したい。信頼性とは、な前提条件として、「作る」側と「使う」側の「分断」

1）

JIS Z 8115「ディペンダビリティ（総合信頼性）用語」

を無くし、社会全体での情報共有と共通理解を拡大しで「アイテムが、与えられた条件の下で、与えられたていくことができれば、信頼性向上技術の継続的な発期間、故障せずに、要求どおりに遂行できる能力」と展も確実に展望できるだろう。

定義されており、耐破損性、耐損耗性の社会的意義を捉えるのに格好の概念である。
鉄鋼の信頼性向上技術の課題は無数にあるが、本稿

1）ディペンダビリティ（総合信頼性）用語 , JIS Z

では、高強度利用を前提として、破損、損耗の原因と8115：2019, https://webdesk.jsa.or.jp/preview/

して特に重要な、脆性破壊、高サイクル疲労、大気腐

pre_jis_z_08115_000_000_2019_j_ed10_ch.pdf

食、高温クリープを詳しく取り上げる。使用環境下で（2022 年 10 月 31 日閲覧）の材料への負荷には、非時間依存型（衝突など）と時238

参考・引用文献

2）外務省、SDGs とは？ https://www.mofa.go.jp/

間依存型がある。時間依存型には電気化学的負荷（大mofaj/gaiko/oda/sdgs/about/index.html

気腐食など）、
力学的負荷（高サイクル疲労、
高温クリー（2022 年 10 月 31 日閲覧）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March2 構造・材料の破損、損耗
航空機では離発着毎に機体壁に大きな圧力差が生じ、

2.1 災害・事故による甚大な損害

繰返し変形がかかる。また、橋梁の上を大型トラック等が頻繁に通行するが、その度にある部位には繰返し

われわれの行動と生活の空間の安全を脅かし、構造・荷重がかかる。船舶でも波による繰返し変形、荷重を材料の信頼性を損ねる破損や損耗の原因は多々ある考慮する必要がある。繰返し変形で 104 回、繰返し荷（図表 2.01）。

重で 106 回程度以上になると、外形が維持されたまま

阪神淡路大震災（1995 年 1 月 17 日）の被害は、死で突然起こる疲労破壊が問題となってくる。

傷者 50 227 人、住家損壊 512 882 棟、火災焼損床面

この表には載せないが、鉄道のレールや乗り物のブ

積 834 663 m となった。東日本大震災（2011 年 3 月

レーキなどでは磨耗が原因で事故になることもある。

11 日）の被害は、死者 15 467 名、行方不明者 7 482 名、

機械部品などの硬い材質部が使用と共に磨り減って損

負傷者 5 388 名、建物の全壊 10 481 戸、半壊 96 621 戸、

耗する摩耗は大きな問題である。

2

一部損壊 371 258 戸など未曽有だった。地震動では加鉄鋼の用途拡大によって未体験の事故に遭遇するこ

速度が反転振動する。また、加速度による力は質量にともある。1930 年前後、シベリア鉄道やカナダ鉄道で、比例する。観察された最大加速度は、阪神淡路大震災

錬鉄製の車軸破損が頻発し、事故分析の結果、冬季（寒で 891 ガル、東日本大震災では 2 933 ガルである。最冷期）に集中して現れることが明白になった。1920 年

大、自重の 3 倍程度の力がかかったことになる。

以降では、石油液化ガスの利用が急速に高まって、石

風圧は風速と共に急に増加する。10 m 四方の平面

油タンク、圧力容器などの破損が起きるようになった。

に垂直に当たると、風速毎秒 10 m では 0.63トン、毎1944 年の圧力容器（液化天然ガス貯槽、-162 ℃）の

秒 20 m で は 2.5 ト ン、 毎 秒 30 m で は 5.6 ト ン、 毎

破損事故では、128 人の死者と 680 万ドルの被害をも秒 50 m では 15.6 トンの風力がかかる。橋梁、ロープたらしたという。発電、化学プラントなどでの高温、ウェー等では風振動も大きい。

高圧への挑戦も、高温クリープという高温特有の変形

自動車による交通事故死傷者数は減少傾向だが、そ現象の洗礼を受ける。

れでも年間 36 万人以上（2021 年）の犠牲者がある。

また、経年劣化の被害も大きい。例えば金属材料

衝突時の構造変形が、運転者、乗客等の身の安全を脅の腐食によるコストは年間国内総生産（GDP）の 1 %かしてはいけない。

にも及ぶという専門家の見積りもある。直接の災害や船舶同士の衝突事故も危険度が高い。船舶では脆性破壊が発生し、大音響と共に折損し、沈没した事故例

事故に結びつかなくても対策コストは膨大である。
腐食とともに金属中に侵入する水素が思わぬ破壊をもたらすことがある。特に材料強度の高いボルトなどもある。
図表 2.01

様々な破損、損耗原因（筆者作成）

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

239

では、設置後数年経って突然破断するという「遅れ破壊」と呼ばれる現象が生じることがある。

◆ 佐々木新太郎による「日本熔接技術発達史」1）-25）（1904 年～ 1945 年）

いずれにせよ 100 % の安全・安心はあり得ない。
直接の人的被害以外にも災害や事故によって交通遮断、断水、停電、ガス供給停止、電話不通などによる生活と経済への影響が大きく経済的損失も大きい。災◆ 谷垣尚による「日本の溶接技術の発達と将来」26）（1945 年〜 1985 年）◆ 日本溶接協会による「50 年史」27）「60 年史」28）「70
年史」29）（1946 年以降）

害、事故に対する防護をより万全にし、貴重な生命と

本稿では溶接技術 A）の具体に立ち入らず、学協会誌

財産の犠牲を最小限化するために、信頼性向上技術の掲載記事を参考に溶接構造物の破損事例を概観する。

不断の研究と技術開発が求められる。

▪ 1931 年

全溶接軍艦の沈没事故
軽量巡洋艦が演習中に船体の折半破壊で2.2 溶接構造物の国内外での破損事例

沈没する事故が発生し、1931 年以降全溶接の軍艦製造は中止された。
▪ 1938 年 3 月 14 日

Vierendeel トラス橋の崩落

製品、構造物の構成要素である素材は均質が前提で1933 年以降、ベルギーのルーバン大学、ある。だが素材単独で使われることはまずない。部品

A. Vierendeel 教授が企画・設計したト成形、塗装、組合せ接合・溶接などの加工が施される。

ラス橋が、50 橋以上ベルギー各地に架溶接継手（複数の素材を溶接した総体をいう）は、た

設 さ れ た。 長 さ 約 74.5 m、幅 約 10.4 mとえ同じ素材を繋げたものでも図表 2.02 に示すようの Hasselt 橋は、その一例。1937 年 1 月に複雑で不均質な内部構造を持つ。き裂の発生場所、

19 日に載荷試験に合格したが、1938 年

伝播経路には様々な可能性がある。溶接金属、熱影響

3 月 14 日に路面電車通過直後に崩落し部、母材などの個々の性質が分かっていたとしても溶た（ 図 表 2.03）。 幸 い 死 者 は な か っ た。

接継手の性質予測は難しい。溶接構造の主たる素材は他の同型のトラス橋も数年間の内にほと鉄鋼である。溶接構造物の安全性は、鉄鋼の信頼性向

ん ど 破 損 し た ら し い。Hasselt 橋 に は、上技術が抱える複雑さを物語る典型例である。

最大板厚 55 mm のトーマス鋼（引張強さ：412~510 MPa、降伏強さ：274 MPa

溶接学会、日本溶接協会は以下のように日本の溶接程度、伸び：20 % 以上）が使用されて、現場工作も含めすべて溶接によって組立技術史を掲載し続けている。

図表 2.02

溶接継手は複雑系：き裂の様々なでき方（筆者作成）

A）国立科学博物館の系統化調査では、三田常夫『アーク溶接技術発展の系統化調査』（2016 年 3 月）がある。

240

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March図表 2.03 1938 年 3 月 14 日 Vierendeel トラス橋の崩落（文献 30 の第 1 図を転載：溶接学会提供）

てられていた。当時の溶接機ではアーク▪ 1943 年▪ 1968 年、1969 年

は不安定であり、鋼材は不純物が多く炭台風下で、大型鉱石運搬船が船体破壊に素当量も高く、溶接継手には多くの欠陥

よって沈没した。

が発生したと思われる。

▪ 1974 年

米国▪ 1975 年 原 子力発電装置で配管の減肉、応力腐食戦時標準船の船体破壊

割れなどが発生した。

1941 年～ 1948 年に全溶接で同一図面に基づき大量建造された船舶のリバティ型

陸上貯蔵タンクから重油が流出した。

▪ 1980 年

Alexander L. Kielland 号破損

貨物船 2 580 隻の内 114 隻、T-2 型油槽

1980 年 3 月 27 日午後 6 時 30 分頃、北海船 530 隻の内 26 隻が重大な破損事故を起で発生したペンタゴン（5 本脚）型半潜水こした。1943 年冬、ボストン湾に係留中

型石油掘削リグ Alexander L. Kielland 号の T-2 型油槽船の一隻が理由もなく夜間（図表 2.04）の破損・転覆事故は、水平支に突然船体が二分し沈没した例が象徴的えパイプの水中聴音器サポートフランジ

な事故例である。

管取り付け溶接部の欠陥から発生した疲

米国は、鋲構造への後戻りではなく、よ労き裂が原因だった。このリグはホテルり積極的に溶接構造採用のための施策でもあったので滞在者 212 名中 123 名がとして溶接用鋼材の低温脆性に対応する

死亡するという大惨事になった。

基礎研究の推進や溶接工法での溶接継手

1976 年にフランスの造船所で建造された。

位置の設定法など今日溶接施工の常識と水平支えパイプに加工された丸穴に、外なっている数多くの事項を規定化し世界

径 25 mm、板厚 20 mm、長さ 228 mm の的な影響を与えた。これが破壊力学を生水中聴音器サポー卜フランジ管を差し込

み出すきっかけともなった。

み、隅肉溶接してあったが、この隅肉溶▪ 1968 年 山口県と千葉県での球形貯槽タンクが水接のサポートフランジ管側熱影響部に溶

圧試験時に破損した。

図表 2.04 浮体構造 Alexander L. Kielland 号（文献 31 の図 1 を転載：日本高圧力技術協会提供）

接中あるいは溶接後まもなくき裂が発生

図表 2.05 阪神・淡路大震災で切断された鉄筋（文献 32 の図 3 を転載：溶接学会提供）

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

241

しそのき裂から成長した疲労き裂が原因だった。起点になっていたき裂の中に塗料が検出されたので 70 mmもの長いき裂が建造時に発生していたと断定された。
▪ 1995 年 1 月 17 日

阪神・淡路大震災

2章のまとめ
ここでは鉄鋼の溶接構造に焦点を当て、失敗・事故史を概観した。新しい挑戦は新しい可能性を実現する

従来、上下方向の柱・鉄筋などへの大きと同時に、予期せぬ事故をもたらすと認めなくてはな

な引張荷重の負荷は予想されていなかっらない。100 % の安全・安心はあり得ない。失敗・事た。倒壊した高速道路の橋脚（図表 2.05）

故の経験に学びその再発を防止すると共に、原因の解では圧接部で切断された上下方向の鉄筋

明と技術の弱点克服を通して、信頼性を高めていくしが曲がっていないので、大地震のごく初かない。

期の上下方向に大きな引張荷重によって、圧接部で切断された可能性が高い。

参考・引用文献

圧接部での溶接不具合が疑われる。

1）佐々木新太郎 , 熔接技術發達史（I）, 熔接學會誌 , 7,

このように溶接構造物の事故例の一部を見ても、技（1948）, 24-27

術の新しい展開や不測の自然災害などに伴い「必然的」

2）同上 , 同上（II）, 同上 , 17,（1948）, 66-71に発生する歴史を繰返しているとも見える。その都

3）同上 , 同上［III］,同上 , 17,（1948）, 104-109

度、原因の究明と再発防止策を徹底することが大事に

4）同上 , 同上［IIII］,同上 , 17,（1948）, 150-155

なる。

5）同上 , 同上［V］,同上 , 17,（1948）, 189-194
6）同上 , 同上（VI）, 同上 , 17,（1948）, 226-227

2.3 溶接構造物の脆性破壊データベース

7）同上 , 同上［VII］,同上 , 17,（1948）, 262-263
8）同上 , 同上［VIII］,同上 , 17（1948）, 292-293
9）同上 , 同上［XI］,同上 , 17（1948）, 328-329

破壊の出現を予め知ることはできないが、細心の注

10）同上 , 同上［X］,同上 , 17（1948）, 365-366

意を払うと、き裂の発生検出、成長追随などの対応は

11）同上 , 同上［XI］,同上 , 18（1949）, 20-21

できる。そのためにも、実際の事故事例の知識の共有

12）同上 , 同上［XII］,同上 , 18（1949）, 51-53

が極めて有効である。この観点からまとめられたいく

13）同上 , 同上［XIII］,同上 , 18（1949）, 89-90

つかの事故事例の公開データベースがある。それらの14）同上 , 同上［X IV］,同上 , 18（1949）, 131-135

内、鉄鋼の脆性破壊と関係が深いものをいくつかここ

15）同上 , 同上［X V］,同上 , 18（1949）, 166-168

で紹介する。

16）同上 , 同上［X VI］,同上 , 18（1949）, 195-196（1）国土交通省

海難審判所のホームページ

33）17）同上 , 同上［X VII］,同上 , 19（1950）, 30-32

明治時代からの重大海難事故と審判結果がまと

18）同上 , 同上［X VIII］,同上 , 19（1950）, 116-119

められている。

19）同上 , 同上［X IX］,同上 , 19（1950）, 156-158（2）失敗学会

失敗知識データベース

20）同上 , 同上［X X］,同上 , 19（1950）, 191-194

34）

科学技術振興機構（JST）が、2005 年 3 月に公21）同上 , 同上［X XI］,同上 , 19（1950）, 224-226

開した「失敗経験から獲得された新たな知識・

22）同上 , 同上［X XII］,同上 , 20（1951）, 31-39

データ等を構造化したデータベースの構築」を

23）同上 , 同上［X XIII］,同上 , 20（1951）, 74-77

承継したもの。

24）同上 , 同上［X X IV］,同上 , 20（1951）, 127-131

キーワード検索で「脆性破壊」と入力すると、

25）同上 , 同上［X X V］,同上 , 20（1951）, 173-174

20 近い事例が現れる。

26）谷垣尚 , 日本の溶接技術の発達と将来 , 溶接学会

（3）小林英男編「破壊事故―失敗知識の活用」

35）

誌 , 55,（1986）, 193-195（社）日本高圧力技術協会が分担し、（2）のデー27）日 本 溶 接 協 会 , 日 本 溶 接 協 会 50 年 史 , 1999.11,

タベースに収録した材料分野における破損事故

http://www-it.jwes.or.jp/jwes_50th/jwes_50th.

の代表的な事例に基づき、失敗知識の活用の仕

jsp,（2022 年 10 月 31 日閲覧）

方を学べるようにまとめた。

28）日 本 溶 接 協 会 , 日 本 溶 接 協 会 60 年 史 , 2009.11,
http://www-it.jwes.or.jp/jwes_60th/jwes_60th.
jsp,（2022 年 10 月 31 日閲覧）242

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March29）日 本 溶 接 協 会 , 日 本 溶 接 協 会 70 年 史 , 2019.11,

33）国土交通省海難審判所 , 日本の重大海難 , https://

http://www-it.jwes.or.jp/jwes_70th/jwes_70th.

www.mlit.go.jp/jmat/monoshiri/judai/judai.htm,

jsp,（2022 年 10 月 31 日閲覧）

（2022 年 10 月 31 日閲覧）30）南文次郎（訳）, 白耳義における全熔接橋の破壊 ,34）特 別非営利活動法人失敗学会 , 失敗知識データ

熔接協會誌 , 8, 7,（1938）, 341-342：溶接学会提供

ベース ,   http://www.shippai.org/fkd/index.php,

31）篠 原博 , 北海油田海洋構造物 Alexander L. Kielland の転倒事故について , 圧力技術 19, 5,（1981）,
275-276 ：日本高圧力技術協会提供（2022 年 10 月 31 日閲覧）35）小林英男編 , 破壊事故－失敗知識の活用 , 共立出
版 , 東京 ,（2007）32）矢島浩 , 破損例の教訓と基礎技術の大切さ , 溶接
学会誌 ,81,3,（2012）, 151-153：溶接学会提供

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

243

3 安価で加工しやすい鉄鋼
もし鉄鋼が「貴金属」のように希少だったなら構造・材料の信頼性に大きく関わらなかっただろう。鉄の資「歴史における科学（Science in History）、1954 年、
和訳 1966 年、鎮目恭夫、みすず書房」2）

源の賦与性、素材としての利便性がいったん解き放た

J. D. バ ナ ー ル（J. D. Bernal、1901 年 〜 1971 年、れると、大きな社会的役割を担い、同時に信頼性を厳アイルランド生まれ）は、「生命の起源」の著者とししく問われる材料となった。そういう時代が 19 世紀ても有名な科学者（実は結晶学がバックグラウンド）に巡ってきた。

である。この書籍は、「社会史の中での科学」講演から生まれた。
「社会」と「科学」の密接な関係に目を

3.1

科学・技術と産業・社会が初めて結びついた時代（1800年〜1830年）

向けている。第一版序文で「科学者は過去においては自分たちのすぐ前の人々の業績以外の一切のものを無視することができたし、過去の伝統は進歩を助けるよ

信頼性向上に関する技術と科学・学問の生まれと発りはむしろ進歩を妨げがちなものだとしてしりぞける展を大きな視野で見つめるのに役立つ貴重な大著が二ことさえできた。（中略）われわれが直面しているいつある。いずれも戦後まもなく英語で刊行されて、世ろいろな困難を克服し、科学の新しい諸力を破壊にで界に大きな影響を与えた。これらが本稿でのテーマではなく福祉のために解放する道を見出すためには、今ある鉄鋼の信頼性向上、特に疲労、高温クリープ、腐日の事態がどのようにしてもたらされたかを新しいや食などの経年劣化についてすべての事例をとりまとめり方でしらべることが必要である」と第二次世界大戦ているとは言えないが、主だったところを余さず述べ後の時代状況を強く反映しながら、科学が社会に制約ている。二つの大著が特に有益な点は、歴史的に記述を受ける面だけでなく、科学が社会に与える影響を分していることと関連分野との関係を意識して記述して析する面の、すなわち「科学と社会との交互関係」をいることにある。したがって、個別分野の専門書では完全に再吟味することに挑んだ書籍である。

得られない総合的、鳥瞰的、歴史的視点を学ぶのに役立つので、採り上げておきたい。

ティモシェンコはどちらというと技術もしくは工学に軸足を置き、バナールはどちらかというと基礎科学「二つの大著」に軸足を置いている。筆者は両方の視点を持つべきと「材料力学史（History of Strength of Materials）、

考えるので、本稿（4 章の文脈も二つの大著に倣った）1953 年、和訳 1974 年、川口昌弘、鹿島研究所出版会」1）

では、西欧における展開について、ティモシェンコがこの分野の世界的権威である S.P. ティモシェンコ

辿った物語を中心に置き、バナールがそれをどう見て（Stephen P. Timoshenko、1878 年〜 1972 年、キーウ

いたのかの追記と、適宜、他の文献などから補強して、生まれ、1927 年米国籍）が、米国での 25 年にわたる

簡潔に紡ぎ直した。

講義をまとめたものである。序文で「たとえば、鉄道

二人は「1800 年〜 1830 年」を一時代に画している。

輸送の発達と構造材としての鋼の利用により、構造工

バナールによれば、この時期は人類の発達にとっての学の新しい問題が数多く登場し、材料力学の発展に大分かれ目であり、人間の自然に対する支配が人間の手きな影響をもたらしたことは疑う余地はない。
（中略）

を多様な機械に置き換えるだけでなく、人力・畜力・材料力学の発展は、弾性論や構造力学などの関連する

風力・水力を蒸気力に置き換えるという二重の置換に分野の発展を考えずに論ずることはできない」
として、

よって決定的に転回した唯一の時期だったとしてい材料力学の発展の主要なステップを実用現場での問題る。この準備は 16、17 世紀での、実験的定量的科学解決と結びつけて記述している。材料力学も他の工学の誕生と資本主義的生産様式の誕生に始まり、それまと同じように、現実・現場問題を対象にし、関連するで別の道を歩いていた科学と生産が出会い、「世界の諸科学を動員し、問題解決に挑むものであるという主

あらゆる人々の生活を変革する運命にあった諸力を解張が全編ににじみ出ている。

き放った」としている。ヨーロッパ世界では「神は真実を聖書にはもちろん、自然界にも潜まされた。自然の法則を知るのは神に近づくことである」という考えが現れ、古代ギリシア以降に再び「ギリシア科学」が244

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March復興し、技術への関心も高まる。

日本の工部大学校 3） である。これはグラスゴーから

歩み方は国によって異なる。イギリスでは王制と封招聘された弱冠 26 歳のヘンリー・ダイアー（Henry

建制が 17 世紀に早くも一掃されていたが、フランス

Dyer、1848 年〜 1918 年、スコットランド）によるとでの社会システムの転換はそれより遅れた。勢いイギ

ころが大きい。ここで育成された数々のエンジニアがリスが先行する。

明治日本の工業技術分野の草分けになった。1871 年

産業革命は繊維産業に徐々に広がり、その後、加速度的に展開する。当時、燃料も構造材料も木材であり、に工部省工学寮として出発したが、1886 年に帝国大学に合併されて「無くなった」。

生産規模の拡大には木材の欠乏が足かせとなった。そこで燃料に石炭、構造材料に鋳鉄を使う挑戦が始まった。これは木材資源の乏しかったイギリスにとっては好都合だった。イギリスの中でも労賃の安価な地方で3.2 安価で加工しやすい鉄鋼の大量生産（1855年）へ

工業化が速く進展する。繊維関係の事業の地域、規模

人類が最初に手にした鉄は隕鉄だろうと言われていの拡大に伴いそれらを結ぶ運輸を発達させる運河、鉄る。砂鉄と炭素（木炭）を合わせて高温においておく

道が拡大した。動力機関と採鉱冶金技術の大展開へのとスポンジ状の固体の塊（鉧、ケラ）と炉から溶け出

素地ができあがり、関連技術に携わる専門的な人材もたものが冷えて固化したガラス状のもの（ノロ）がで生まれ育っていく。

きる。ノロは砂鉄が含んでいた少量元素（日本ではシ

新しい機械、技術が多大な富を産むという経済的利

リコン、チタンなど）の酸化物でもある。ノロは錆び

点が社会を突き動かした。その中で、科学者も技術者ないので出土すると製鉄遺跡の物的証拠ともなる。鉧

もその社会的地位を高めていく時代に入る。そして、は単純に均一な鉄とはならない。鉄も炭素含有量が「エンジニア」も生まれる。ヴィクトリア期（1837 年

様々で、炭素量の低いものから（海綿）鉄（てつ）、〜 1901 年）、あるスコットランド人技師が「エンジニ鋼（はがね）、銑（ずく、せん）と呼んで選別した（図アとは、社会進化の旗手であり、生涯、研究・創作し表 3.01）。

ていく専門職である」と言ったのがエンジニアの起源だとも言われる。

銑は一番低い温度で溶けるので、溶かして型に鋳込
むのに好都合である。これが鋳鉄である。鋳鉄にはもバナールは、この時期のエンジニアの英仏比較をし

ろく壊れやすい弱点がある。大きなものも作れない。

ている。イギリスのエンジニアは腕が極めて良いが無炭素を減らせば強靭になり鉄にも鋼になる。だが固体学な職人が普通だった。フランスでは工場の役割が小なので、炭素や酸化物などを除くには金床に熱した鉄

さく、国家と軍隊の学校の役割が大きく、学校で養成

材を乗せ鎚で叩く。これが日本刀作りの基本ともなっされたエンジニアが優勢だったとしている。英仏ともている。ただこの方法でも作れる製品の大きさには限最も活躍した人材は、最終的には理論と実践を結合し、界がある。

産業技術の発展に多大な貢献をしているが、平均値で言えばこのような差があった。

そこで古くから「溶かした鉄で、炭素の少ない、強靭な鉄を作る方法」が求められてきた。1840 年頃、

実は、
当時、
両国の良い面を採り入れて、
座学（理論）

炭素を取り除く操作を大規模に行うのに適した新しいと実習（実践）を結合した教育を大学で行い、優秀炉が発明された。 これは高温の燃焼ガスを煉瓦の天なエンジニアを育成しようとした世界最初の試みが、井に当てて、 その輻射熱を利用し燃焼ガス中に含ま

図表 3.01

砂鉄や鉄鉱石を還元してできる鉄は温度によって性質が違う（筆者作成）

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査245

萩
図表 3.02韮山那珂（水戸）

江戸時代に各藩で築造された反射炉。他に佐賀、集成館（薩摩）などもある（筆者撮影）れる酸素で炭素を燃焼して除去する方式だったので力のローラーで圧延して軍艦の部材や鉄橋・鉄骨、鉄反射炉（図表 3.02）と呼ばれた。溶鉄から炭素が抜け

道レールなどが作られた。1889 年完成のパリ・エッるに連れて融点は上昇し粘度が高くなる。銑鉄の融点

フェル塔（図表 3.03）は錬鉄による代表的な建造物では 1 150 ℃辺りであるが炭素をほとんど含まない鉄のある。

融点は 1 500 ℃以上に達する。反射炉の側面から差し

一方、炭素が多いと低い温度で溶けた鉄（銑鉄）が込んだ鉄の棒で粘度の高い半溶融の鉄を丹念にかき回できる原理を利用している高炉法 B）は、14、15 世紀頃

して鉄の棒に絡みつけて取り出したものを錬鉄（英語

ドイツのライン河流域で水車による送風技術を使い発では wrought iron）と呼び、この方法をパドル法と達したものと言われている。

呼んだ。

1855 年、イギリスのヘンリー・ベッセマー（Henry

加工が容易な錬鉄は広く用いられた。炉から一回にBessemer、1813 年〜 1898 年、イングランド）が空取り出す錬鉄の塊は人力で扱える程度の大きさだが、気を大量に吹き込むことができる「底吹き転炉」を発赤熱しているうちに小さな塊を大きくまとめ、蒸気動

明し、鉄鋼の大量生産を導いた（図表 3.04）。錬鉄は図表 3.03
錬鉄で建造されたパリ・エッフェル塔（筆者撮影）

B）現代製鉄技術の主幹である高炉技術の日本での発達史は、彼島秀雄、高炉技術の系統化、国立科学博物館技術の系統化調査報告 , Vol.15 2010 年 3 月に詳しい。

246

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March非能率な上に鉄鋼より強靭さで劣っていたため、錬鉄

こに至って鉄鋼を安く大量に使える技術が確立したとの時代は終わりを迎えた。この転炉法 の出現をもっ

言える。

C）

て「鋼の時代」の始まりとすることが多い。但し、ベッセマーの当初のやり方は必ずしも満足できるものではなくさらなる改良が必要だった。

ベッセマーから一世紀経って、1952 年オーストリ
アのリンツ Linz、1953 年ドナウィッツ Donawitz のベッセマーの成功は反射炉の改良を促した。ジーメ

両工場で工業化された LD 転炉によって、製錬時間わ

ンスが熱い排ガスで吹き込む空気を予熱し炉の温度をずか約 30 分で低リン、低酸素の良質鋼が得られるよ

高めることに成功した（平炉と呼ばれた）。反射炉はうになった。純酸素上吹転炉（図表 3.06）ともいう。

平炉として息を吹き返した。

炉の上部から水冷パイプで、高圧の酸素を炉内の溶銑

1879 年、シドニー・G・トーマス（Sidney Gilchrist

中に吹き込む。生産性が高く従来の平炉、底吹転炉にThomas、1850 年〜 1885 年、イングランド）は炉壁

代わって製鋼炉の主体となった。大型のもので容量は内張りレンガを塩基性に換えて、リンを吸収できるよ200 トン〜 300 トンだった。なお、戦後日本の製鉄業

うに改良した（図表 3.05）。それまでの転炉、平炉でが大きく発展できたのは、この技術を導入し成長・発はリン除去ができず、低リン含有の産地がスウェーデ

展させたことによるところが大きいと言われている。

ン、スペイン、北米スペリオル湖などに限定され、採日本が入手できる鉄鉱石原料の不純物組成に適した方

鉱量も少ない鉱石に頼っていた。含リン鉱石が使える法であり、高度の精錬（不純物除去）にも適していたと鉱石産地が広がり採鉱可能量も増える。その結果、のが技術優位点となる。

ロレーヌ、アルザスでの製鉄が盛んになっていく。こ

図表 3.04 イギリス、シェフィールド、
Kelham Island Museum 展示のベッセマー転炉実機（筆者撮影）

図表 3.06

図表 3.05 川崎市民ミュージアム展示のトーマス転炉実機（文献 4 から転載）
NKK による寄贈：1937 年導入の実機 5）

オーストリア、ウィーン、産業技術博物館展示の実用１号 LD 転炉（筆者撮影）C）ベッセマーは「銑鉄を鋼に変える」という意味で converterと呼んだ。その和訳の「転換炉」が「転炉」となった。
ところが、目に入る回転機能から「回転炉」と誤解することがある。
鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査247

参考・引用文献

3章のまとめ1）S. P. テ ィ モ シ ェ ン コ , 材 料 力 学 史（History ofStrength of Materials, 1953）, 川口昌弘訳 , 鹿島研

科学・技術が社会発展の推進力となる時代になったが、腕の良いエンジニアか、頭でっかちのエンジニアかを巡

2）J. D. バナール , 歴史における科学（Science in His-

る議論が、ティモシェンコとバナール以降、世界の地下

tory, 1954）,鎮目恭夫訳 , みすず書房 , 東京 ,（1966）

水脈を流れ続けている。科学と技術の交流がなければ「科3）長 井 寿 , 工 学 の 第 3 の 波 を 期 し て ― ヘ ン リ ー・学」と「社会」は結び付くはずもないので、このテーマ

ダイアーの日本への思いを読む , ふぇらむ , 15,

はこれからも大きなテーマとなる。

（2010）, 616-622

鉄鋼生産とその利用は、手工業を大型機械工業に一変

4）Thomas converter：https://commons.wikimedia.

した。利用技術も長足の進歩を遂げたが、鉄鋼に関する

org/wiki/File:Thomas_converter.jpg（2022 年 11

科学研究も同時に発達した。この流れは現代でも尽きる

月 9 日閲覧）から転載ことがなく続いている。

5）川 崎市民ミュージアム：https://www.city.kawa-

加工しにくい鉄に対して加工がしやすい鋼を大量生産

saki.jp/miryoku/category/67-1-4-1-1-16-0-0-0-0.

できるようになったことがこの大きな歴史的転換を引き

html（2022 年 11 月 4 日閲覧）

起こし、誤解を恐れず言えば、破損や損耗という単純に※ 2019 年 東日本台風の被害のため、休館・閉鎖中

は原因を解明しにくい病も持ち込んだようにも思える。

248

究所出版会 , 東京 ,（1974）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March最初の「科学技術基本計画」を書いたベーコン
Francis Bacon, The Advancement of Learning,（1603）
服部英次郎、多田英次訳、学問の進歩、岩波文庫、（1974 年）
ベーコンは、イングランド王国の高官の家系に生まれ、国王に重用された。エリザベス一世は 1603 年 3月に亡くなり、1603 年 7 月にジェームズ一世が継いだ。ジェームズ一世への献書の形で著された本書は二巻からなり、第一巻は学問の大切さと価値を述べており、第二巻は考慮すべきあらゆる学問分野において検討すべき諸課題をリストアップしている。今の日本で言えば「科学技術基本計画」と対比できる戦略書である。正式な学問書はラテン語で書かれるのが習わしだった時代に、本書は史上初の英語で書かれた哲学書と言われる。
イングランド王国がネーデルランド王国と一緒にスペイン王国と争った戦争は、海戦での英側の勝利はあったが最後は両者が疲弊して和睦（1604 年）となった。ベーコンは、西欧の繁栄が、印刷術（学問）、火薬（戦争）、羅針盤（航海）の三つの技術によることを見抜き、それまでの西欧の学問がこれらを生みだすことに全く貢献しなかったばかりか、また生活の便益向上には全く役立っていないことを強く嘆いた。この考えを、1605 年「学問の大いなる革新」、1620 年「Novum Organum」へと展開していく。ベーコンは、将来の大英帝国の繁栄を準備する「哲学」の一翼を担ったのではないか。
ベーコンの哲学は、以下の基本認識から入るべきと筆者は考える。（カッコ内は筆者による解釈）「人間は神の言葉を記した書物（聖書）、あるいは神の御業を記した書物（自然）の研究の双方において無限の進歩と上達を遂げるように努めるべきである」（＝自然を理解することは神に近づく道の一つ）「神は、その力を目に見えるところの質料を作られたところで発揮され、その知恵は形相の美を人間が整えられるように示唆されたところにある」（＝自然は創造したが、その解釈は人間に任せた）「今までの学者たちの欠点は、自分自身の幸福や安全よりも、祖国や主人の保護と利益と名誉を重んじている点にある」（＝学者は神の真意を知らず、王に仕えることで自己保身しているだけだ）「学問は、文民としてのとりえである道徳上の美点に、平和と平和な統治との技術や気性に感化を及ぼすだけでなく、戦争と軍事上の徳性と武勇を備えた人間をつくる」（＝学問は学者だけのものではない）
このように人民と国家のために、高邁な精神だけでなく、具体的な便益をもたらすように学問を究めることを強く説いた。特に、技術の効用を以下のように述べている。
「技術の歴史の効用は、すべての歴史の裏で、自然哲学のために最も根本的で基本的なものである。自然哲学と言っても、細かく区別立てしたり、崇高に過ぎたり、あるいは勝手な空論に終わる自然哲学でなくて、人間の生活の幸福と利益とに貢献するような自然哲学である。」「西欧の立派な学院では、すべて専門科目（神学、法学、医学）に専念して、教養科目（哲学と一般原理の研究）をやる余裕のあるものがひとつもない」「（学問の）すべての事業は、十分な報酬（努力を倍加する）、堅実な指導（誤りを防ぐ）と協働的な作業（微力を補う）によって成就できる。指導がけだし大事。」「学問の場所には、建物の建設、定時収入のある基金の寄与、特免権と特権の賦与、管理のための制度と規定（が必要）」などなど、技術の正しい理解と利用のための姿勢から具体的な政策論まで展開していくが、現代の日本が傾聴すべき論点もどんどん出てくる。
この考えが、観察や実験などを繰返し行うことによって、経験を少しずつ積み、結果的に真理に到達す
るという、
「経験論」
、
「帰納法」に昇華していく。筆者はそのような哲学上の分類では隠れてしまうベーコンの思い＝人間の具体的な幸福を考え、それに学者は寄与すべき、に心を打たれるので、あえてそのよ
うな整理学を避け、「演繹法」と言われるフランスのデカルトと対比してみた。真理接近を目的とするのか、手段とするのか、どの生き方もあってよいと思う。ベーコンはあくまでも手段だと言っているように聞こえ、科学だけでなく技術の重要性も指摘したことは歴史的には新鮮だった。

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査249

デカルト「方法序説」（1637 年）の本音は？
小場瀬卓三訳、方法序説、角川文庫、（1968 年 改訳）
デカルトは、結局不本意ながらも教会によって無神論者の烙印をおされてしまった。「方法序説」は、「屈折光学」「気象学」「幾何学」をまとめた書物の序であり、正確な題名は「理性を正しく導き、もろもろの科学における真理を探究するための方法序説」と書かれており、1637 年にフランス語（ラテン語でない）
で上梓された。本当は「宇宙論」（光の本性、光の生じる太陽と恒星、光を伝達する天空、それを反射する
遊星・彗星および地球、地球上にあるすべての物体－そのあるものは色彩を持ち、あるものは透明で、あるものは光を発する―最後に光の観察者である人間を論じる）をまとめ、印刷に回そうとするときにガリレオの断罪を知り法敵とされるのを怖れ出版を断念したが、それでも残すべきは残すと決断してこの書物を出した。
冒頭の一文「良識はこの世で最も公平に配分されているものである」が、史上初の「理性の人間宣言」
とも後世言われるようになるもので、筆者はこの文がこの本で最も大事と思う。
この「序」は 6 部構成だが 5、6 部は前後の事情の「言い訳」で、4 部は誰もが知る「われ思うゆえにわれあり」
を述べている箇所である。デカルトは、神を完全なる存在とし、神はその霊魂を理性的生物である人間に宿し、人間は霊魂とは独立の存在である肉体も持つとする。人間は不完全であるので、完全なる神の教えを知ろうとする理性が、霊魂の力で働く。理性が働くことによって、自分が存在することを自覚できるのだ、だから理性を使え、とデカルトが述べているように筆者は読んだ。
そんなことより、序説の本題は、1、2、3 部にある。デカルトは、法学士として出発し、諸国を旅し様々な人士と議論をかわし、真理に近づく道を探究した。彼が自覚したことは自分も世間も不完全であるということである。ソクラテスに通じる面がある。その結果、徹底した実験に基づく科学者として諸国に知られるようになった。文→理転したわけだ。
自ら絞り込んだ、三つの道徳律、１：法及び習慣に従う、２：一貫性を堅持する、３：自己の確立／変革に徹する、に基づき進め、「わたくしはこの世に自分以上に、楽しい、邪念のない満足を味わうことのできる人は誰もいないだろうと信じ」、科学研究に没頭しつつも、他者との交流もできるようになったと記している。
「方法序説」全体はデカルトの持つ色濃い苦悩と矛盾を含んでおり、現代に至るもその解釈が様々に広がる問題書である。
筆者は、デカルトが自ら行った、正確な実験結果に立脚し、他のものを無批判に受け売りせずに、論理的方法で自他の真偽を検証する科学的態度、に多くを学んできた。デカルトは「違った意見が存在するということは、
違った角度から同じ事を見ている結果であることが多い」とも述べている。「方法序説」の 1、2、
3 部はこのように現代の科学者・技術者にも、自らの根本姿勢がどうあるべきかを深く考えさせてくれる。

250

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March4 より高強度の壁は信頼性向上
安全を脅かす自然災害や事故などの脅威からヒト、使われるようになった。概していえば、定置建造物用モノを守ることが材料に期待される。鉄鋼はその代表として、石・コンクリートに重量、圧縮力、剛性を期例となっているが、最初から約束されたものではない。

待し、木・鉄鋼に軽量、引張力、柔軟性を期待する。

多くの紆余曲折を伴う。

乗り物も木製から出発している。蒸気機関すら木製のケース・タンク・レールが出発点である。（図表 401）
定置構造物の大型化、高層化、乗り物の高速化など、

4.1 より強く、より軽く

利用者の要求の高まりにつれて、より強い材料、より

グローバル化が進んでも材料選択における地域性はコンクリート、鉄鋼などの一層の材料強度上昇を促す

無視できない。西洋は石文化、
東洋は木文化というが、と共に、カーボン材料など全く新しい材料への期待の

ここには材料調達と材料選択の地域性が密接に絡んで高まりももたらす。

軽い材料と期待はさらに高まっていくだろう。これが、いる。日本では古くから建築物は下部構造骨格には石建築物をより高くするためには自重自体が敵となを、上部構造骨格には木材を基本としている。これはる。自重で潰れたり、座屈したりしないようにするた木材が豊富に入手できるという調達容易性の面だけでめには材料の強度を増すしかない。

なく、地震、高温・多湿対策の経験を通じた選択結果

大質量ほど地震力は大きくなるので、大地震多発のとも言える。強風対策が優先される地方では石が重量ところでは上部構造の軽量化が不可欠である。高層化

材として重要性を増す。

や軽量化は材料の高強度利用なしに達成できない。乗

ところが天然資源にも限りがある。大量の材料が必り物も利用者の安全性と燃費向上を両立させるために要となり、近代工業で大量生産できるようになった結は、高強度利用と軽量化の組合せが不可欠である。

果、石の代わりにコンクリート、木の代わりに鉄鋼が図表 4.01

天然材料から人工材料へ（筆者作成、撮影）

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

251

4.2 力学の発展と材料の進化「弾性」D）とは、伸ばされたり、絞られたり、曲げられたり、広げられたりした後、すぐに元のサイズ、形状、または位置に戻るという特性

自潰や座屈は避けるべきものとして紀元前から認識されていた。レオナルド・ダ・ヴィンチ（Leonardo

ゴムの実験では荷重とゴムの伸びが比例し、その比da Vinci、1452 年〜 1519 年、イタリア）が「いろい例定数が弾性率だという説明を受け、これを「弾性」

ろな長さの鉄線の強度試験」をしたノートが残っていのすべてと思い込むことが多い。残念ながらこれは弾る。ガリレオ・ガリレイ（Galileo Galilei、1564 年〜

性の一部を述べたに過ぎない。弾性とは変形を加えて1642 年、イタリア）が、錘による単純引張で材料のもその力を取り除けば変形前に完全に戻る性質をい強さを測る実験によって、棒の強さが断面積に比例すう。そうなると原点に回帰する多様な負荷－除荷の変るが長さとは無関係なことを記している。ロバート・化を想定できるが、基本的には図表 4.02 に示すよう

フック（Robert Hooke、1635 年〜 1703 年、イングラ

なものに大きく分類できる。すなわち、（1）線形、（2）ンド）は「ばねについて」という弾性の論文を発表し、非線形でヒステリシス無、（3）非線形でヒステリシス

錘の重さとばねの伸びが比例するという線形関係を明有（「弾性ヒステリシス」という。ヒステリシスとは、らかにした。だが、レオナルド・ダ・ヴィンチが描い

往路と復路が同じにならない現象とすると理解しやすたような様々な機械の設計図（＝人類の夢）を実働さい）がある。

せるための材料、動力源が揃い、それらに関する科学

現実の金属材料は弾性ヒステリシスを持つ（3）のが「役立つ」ようになるには 18 世紀～ 19 世紀の産業タイプとなる。ヒステリシスは外力による仕事を意味

革命の時代を待たなくてはならない。

するが、熱となって散逸したり、内部構造を変化させ材料に関する知見も大きく変化していく。例えば、るエネルギー源となったりする。

材料すべてが弾性ではない。確かに石は弾性と見なせ

また、弾性変形はフックの式を見れば明らかなようるが、木に替わった鉄鋼は弾性であって弾性でないとにどんな歪（応力）でも成り立ち、歪（応力）に制限いう姿を見せる。そこが材料の難しさであり、面白さ

はなく、無限である。だが、後述する「理論強度」でともなる。

は金属結晶（原子モデル）の弾性変形の「理論限界」

図表 4.02

元に戻る弾性：いろいろなケースがある（筆者作成）

D）Elastic: having the property of immediately returning to its original size, shape, or position after being
stretched, squeezed, flexed, expanded, etc.

252

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. Marchりえないので、ここでも概念上の変形は無限に続く。
しかし、現実の塑性体は変形の途中で破壊し変形は継続できなくなる。

4.3 結晶粒概念の誕生

1）

力学は材料の塊を外部から見て扱うのに対して、材料学は試験片内部の微細な構造に切り込んでいく。
隕鉄、古代鉄、錬鉄などの研磨面を酸で腐食し、顕微鏡で拡大して観察すると内部構造が現れる。この手法は 18 世紀の末頃から始まった。隕鉄などの模様が図表 4.03

独特のもの（天然の物質の美術的価値が言われた）と元に戻らない塑性（筆者作成）

最初は思われていたが、これが人工の錬鉄でも一般的に観察されるものと分かってきた。ものの詳細を顕微を議論するので、それをあたかも弾性体の歪（応力）鏡で拡大して観察するところから Metallography（金限界のように思いこんでしまうことがある。

属組織学の和訳が定着した）という学問分野が生まれた。研究対象は微細な物理的構造と化学成分である。

「塑性」E）とは、型に成形できる、自由な形に成形でその微細な物理構造を microstructure（微視組織とすきる性質る）と呼んで今日に至っている。
1898 年 に ジ ョ ン・ エ ド ワ ー ド・ ス テ ッ ド（John

弾性の対語として塑性がある。変形の力を取り除く

Edward Stead、1851 年 〜 1923 年、 イ ン グ ラ ン ド ）とその時点の変形を保存する（元の形に戻らない。永が論文 ｢ 鉄鋼の結晶構造 ｣ において、細かい単位を

久変形ともいう）性質が塑性と言える（図表 4.03）。

｢grain（粒）｣ と初めて名付け、いくつもの粒から成変形に必要な荷重は、塑性体の「粘性」もしくは変形る多結晶という概念が確立した（図表 4.04）。これは、に対する内部抵抗に依存する。概念的には、同じ荷重

鉄の塑性変形において粒の方向性（結晶方位と関連付で変形し続けるのが塑性である。原子モデルでない限

けられる）を論じ、結晶のすべり面の理論を展開する

り、変形体の断面積が無くなる（0 になる）ことはあことに繋がっていく。

図表 4.04

多結晶概念の誕生（筆者作成）

E）Plastic: capable of being molded or shaped
鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

253

のと考え、トランプ一枚一枚の間が滑ることを想定す

4.4 延性材料の引張試験

る。すべる前と後とを比べるとあたかも固体の軸が回転したかのようになり、外形は引張方向に伸び、引張

19 世紀後半以降、延性材料であるアルミニウムや方向と垂直な方向には縮み、塑性変形の観察結果をよ銅などの単結晶が得られ、延性に関する新しい知見がく再現してくれる。単結晶を引張変形した際に表面に生まれ始めた。単結晶を引張るとある決まった方向でできるすべりや試験片に生じるねじりも上手く説明で「すべる」ように変形する。引張った試験片の表面にきる。弾性体の集合で延性を説明できるのが面白い。

方向性のある段差が生じることからの類推である。こ弾性体は寸法相似なのでマクロでもミクロでも同様のこから「すべり面」「すべり方向」などの言葉が生ま

議論の展開が許される。
そこで、すべりを原子面での相対的な弾性的移動だれた。
脆性材料は弾性体である。弾性変形している固体のと仮定して、すべりに必要な応力を計算すると実験値

どの部分をどのような大きさに切り取っても、そこにとかけ離れた極めて高い値になる。単結晶の引張試験生じている応力、歪は同じ（相似性を保つ）となる。

では変形初期での弾性的な立ち上がりは小さく、多結

この弾性体には「すべり」は考えられない。

晶よりもかなり小さい応力から変形し始める。すべり

そこで、図表 4.05 のような提案がされた。固体をを持続させるのに必要な応力は、歪とともに次第に増薄い弾性体のトランプカードが積み重なったようなも加していく（歪硬化）。変形の途中で応力ゼロまで除図表 4.05塑性変形のトランプすべりモデル。トランプは弾性体である。
（筆者作成）

図表 4.06254

国立科学博物館技術の系統化調査報告

元に戻らないのが塑性（筆者作成）

Vol.32 2023. March荷すると変形が残ってしまうので単結晶は塑性体であどで変形力（荷重制御）を与えて、それによる変形（伸る。そこから再負荷すると弾性的に立ち上がり、除荷び）を計測したので、X 軸に荷重、Y 軸に伸びを描いた。

前の応力以上ではそれまでの応力－歪関係の延長を進

そのうちに材料にかかっている力を別途計測できるよむ。この塑性変形開始応力の低さおよび歪硬化はトラうになった。そこで金属材料に変形を与えた時（変形ンプモデルでは説明できない。

制御）に材料にかかる力を調べたら、荷重―伸び関係

1934 年テーラー（G. I. Taylor）は原子モデルを考が最高荷重点まではそれまでのやり方（荷重制御）とえた。原子の分布に局部的な乱れ（dislocation と名付同等と理解された。そこから、荷重制御試験から変形けた。和訳は転位となった）を想定し、この乱れが結制御試験に大きく移行し、現在に至っている。それで、晶のすべり面に沿って小さな応力で移動することで塑

現代ではグラフの X 軸に変形量、Y 軸に荷重量を描性変形が生じるという新しい考え方を提案した。このくことが一般化した（図表 4.07 左）。フックの法則を

乱れ同士が相互干渉することで歪硬化が起こることもX 軸：荷重、Y 軸：伸びで学んだ初学者にとっては、説明できた。この提案が後に「転位論」として大いに実用材料の試験規格では、あっさり逆転していて面食発展する。

らい、とっつきにくい。
「引張強さ」

4.5 鉄鋼はいろいろ「変人」である

大きな力が加わった時に構造・部材がその外形を持
ちこたえ、壊れないことがまず問われる。
その能力は
「降

金属、特に鉄鋼は、変形の当初は弾性的だが、ある

伏強さ」「引張強さ」が目安になる。

限界を超えると「塑性的」になる（図表 4.06）。その「降伏点」と「降伏強さ」は同じなのか、違うのか疑限界を“降伏点”と呼ぶことが多い。しかしこれは純問に思うだろう。
強いて言えば、「降伏点」
は現象を指し、粋な「塑性」ではない。変形継続に必要な荷重が増加「降伏強さ」はその荷重を測ったものとすればよい。

していくことは、純粋な塑性とは言えない。変形と共「引張強さ」は荷重制御試験時代この荷重で試験片がに硬くなっていくのでこの現象を「加工硬化」ともい破壊したことに由来する。荷重がこれ以上になると試う（図表 4.07

験片の変形は荷重を増さなくとも破壊するまで進むの

左）。

厄介なことは尽きない。降伏点以上の負荷でないとでここが「破断荷重」となる。変形制御試験では図表 4.07

永久変形が残らないかというとそうでもない。降伏点のようになり、「最高荷重点」の値は変わらない。両方

以下の負荷でもわずかな永久変形を示すことが多い。

を睨めばこの荷重を「引張強さ」とする合理性はある。

変形の測定精度を増せば増すほど、その変化点が低荷

しかし変形制御試験で「破断荷重」に至るにはさらに重側に下がっていく。

変形が必要になる。この点も初学者には混乱をもたら材料を変形させる実験器械は、歴史的にはまず錘な

図表 4.07

す。応力に換算すると「最高荷重点」以降も応力は単加工硬化、引張強さ、破壊（筆者作成）

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

255

調に増加していく。減少することはなく、歪硬化は続いていることに気付いて欲しい。

4.6 強いだけではだめ、耐破損性を高くする「理論強度」

各種の実用強度範囲 2）を図表 4.08 に示した。スチー

結晶構造の原子結合が引張で切れるかせん断で切れ

ルコードの 4 GPa 超が最高値であり、実験室的に見るかの応力限界を「理論強度」と呼んでいる。せん断てもこれを大きく上回る高い破断強度の報告例はなの場合、剛性率 80 GPa の 1/6 前後、10 GP 程度とさい。これを理論強度と比較してよいかは疑義があるが、れる。
原子結合の破壊を議論しているのは確かである。

4 割というところである。ここから高強度利用の伸び

原子モデルでのこの指標（＝ある一定値）はひとつの代は随分あるという研究者もいる。

目安にはなるが、原子結合の破壊を実材料の耐破損性

ところが、図表 4.08 が示すように最高強度が 1 GPaにも達していない分野がある。しかもその分野が実はに直ちに結びつけることに筆者は躊躇う。

最も使用量の大きい厚板構造用や薄板自動車用であ「耐破損性」

る。機械部品分野では 1.5 GPa を超える実用例がある

実材料はどこかで外見的に破壊して、変形は中断する。鉄鋼の変位制御型引張試験では破壊点までの伸びを「破断伸び」と呼ぶ（図表 4.07、左）。経験的には引張強さと破断伸びはトレードオフ関係（図表 4.07、
右）にある。需要側は高強度でかつ破断伸びの大きい材料を求める。破断伸びの大きいものが耐破損性は高いと経験的に知られているからだ。このように、この破壊点が実用上極めて重要な意味を持つのだがこの破壊点が実はあまり深く研究されていない。にもかかわらず、要求にこたえて鉄鋼開発史は歩みを刻んできた（後述）。材料研究はこのような未熟さ（経験則）と、奥深さ（経験則の打破）を同時に持っている。耐破損
性は弾性からも塑性からも導き出せない。その原理が分からなくてもたまたま耐破損性を高める手段を見つけると経験則を打破する材料開発に遭遇できる。

図表 4.09256

国立科学博物館技術の系統化調査報告

図表 4.08 鉄鋼の高強度利用限界は製品分野ごとに違う（文献 2 を参考に筆者作成）

鉄鋼材料の引張強さと破断伸びの関係（文献 3 を参考に筆者作成）

Vol.32 2023. March

が、構造材料分野では 1 GPa に達していない。
なぜこういう限界があるのか。これは必要な性質が強度だけではないからだ。もし強度と共に他の性質も

4.7 日本における「高張力鋼」の発展

4）5）

向上すればよいが実態は全く逆である。図表 4.09 は「高張力鋼」は「ハイテン材」と呼ばれることも多薄板分野を説明しているが、同じ分類でみると強度い。これは“High Tensile Strength Steel Sheets（高が増すほど耐破損性（この場合は破断伸びで示す）は張力鋼板）”という英語から由来したもので、日本で明らかに低下する。しかし、需要家は高強度－高耐破

多用される略語のようである。世界では低合金高張損性を望むので、経験論に抗して材料開発は進み高強力鋼 High Strength Low Alloyed Steel という意味で

3）度かつ高耐破損性の新しい鉄鋼が開発される。実用強度を高めるためには耐破損性を高めないといけない。
耐破損性は破断伸びだけでない。1 GPa を越える辺
りから、破断伸びの他に、耐疲労性、耐き裂性、溶接性などで評価される他の耐破損性が使用基準を満たさなくなる。その顕著な例は図表 4.10 に示す水素起因の破壊強度である。材料強度を上げれば上げるほど破壊強度が低下する領域がある。これは「強いほど弱い、耐破損性が低下する」典型例である。
このように高強度利用の障害は材料強度にはなく、耐破損性にある。図表 4.09 は材料強度と破断伸びを同時に高める改善例が積み重なってきた歴史も示しているが、高強度での耐破損性の改善例はまだまだ少な
いことも物語っている。

図表 4.10 高強度ほど弱くなる代表的な例（文献 2 を参考に筆者作成）

図表 4.11

高強度利用史の例（文献 4,5 を参考に筆者作成）

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

257

HSLA 鋼と略称することが多い。張力とは引張強さのに置き、高延性前提での高強度化が図られた（高延ことである。

性重視では、より低強度化・高延性志向もある）。さ

当初は、引張強さが 500 MPa 級で、溶接性が考慮

らに 1 GPa を越える「超ハイテン化」が話題となっされた構造用低合金鋼を指した。
その後用途が拡大（特ていく。溶接構造用厚板の超ハイテン化はしばらくに自動車向け）されるにつれ、引張強さがある程度の足踏み状態だったが、溶接性などの改善が図られ、21以上のものを広く指すように変わっていったが、「構世紀に入って超ハイテンの実用例がでてきた（図表

造物の重量軽減と加工の簡単容易化、耐久性、高性能

4.11）。

化のために使う」鉄鋼を指すのは不変である。
したがって、満たすべき性質は材料強度に留まらない。例示となるが、溶接構造用として満たすべき性質

本稿ではこれらの材料の詳細には触れない。それでも高強度利用に立ちはだかる諸課題に研究者・技術者が格闘してきた姿を垣間見ることになろう。

は以下のように多面的である。
⃝ 材 料強度が高い。正確に言えば、引張強さが高いだけでなく降伏比（降伏強さ／引張強さ）も高く。

4章のまとめ⃝ 溶 接性が良い。材料強度と溶接性は一般には相構造材料としての鉄鋼には、低価格で高強度利用と反するので、材料強度の増加に伴い溶接施工の軽量の両立への寄与が期待される。ところが、高強度工夫が必要になる。

では脆性破壊、疲労、腐食、高温クリープなどへの耐⃝ 耐 き裂性が優れている。材料強度と耐き裂性は性が低下する。これらの耐性を高めないと信頼性は向相反するので、耐き裂性を高めるために良く精上できない。鉄鋼の「ハイテン化」は信頼性を高めて「使製し、細粒とする。

える高強度」の限界を突破してきた歴史の途上にある。

⃝ 耐 摩耗性、耐食性が優れている。合金元素を添
参考・引用文献

加し必要な特性を得る。
⃝ 安 価である。広範かつ大量に使われるので高いと採用されない。

鉄の基礎理論 , 東洋書店 , 東京 ,（2013）

戦前から高張力鋼の国産化、材料強度上昇が求められたが、主流は輸入のままだった。また、強度水準も

2）中山武典 , 鉄鋼材料の高強度化と防食技術 , 材料と環境 , 48,（1999）, 484-489

400 MPa 級が主で、500 MPa 級は用途が限定されて

3）高 橋学 , 薄板技術の 100 年－自動車産業と共に歩いた（艦艇、潜水艦など）。戦後になって海外の高張んだ薄鋼板と製造技術 , 鉄と鋼 , 100,（2014）, 82-

力鋼技術の輸入から、1960 年代以降、国産化と材料

93

強度上昇が盛んになった。材料強度上昇は溶接構造用
厚板から始まって、造船、橋梁、建設などの大きな需2581）長井寿 , 守谷英明 , アジアから鉄を変える－新しい4）堀川一男 , 高張力鋼の歴史 , 安全工学 , 15,（1976）,
1-7

要に応えた。鋼材の形状としては厚板や棒材となる。

5）柴 田浩司 , 我が国における溶接構造用高張力鋼の薄板は自動車用に用途が拡大した。プレス成型を念頭発展とその特徴 , 鉄と鋼 , 67,（1981）, 1026-1029

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

5 信頼性向上のための科学と技術のプラットフォーム
鉄鋼技術の主たる担い手は産業界である。だが、ア身である。

カデミアをはじめとした公的セクターの役割も大き『1850 年に特殊用途の大型試験機が製造され始めたい。特に、信頼性向上、産業規格整備においては不可

後、伸びと延性が注意深く研究され始め、1870 年以欠である。

降すぐに、製品の均一性を確保するために金属の物理的試験が不可欠なことが多くの製造者に認識された。

5.1

西欧における材料試験所の開設（1865年以降）から
国際試験材料協会の設立（1895年以降）へ

これらの試験を増やす‥につれて、試験片の強度はそのサイズと比率、および荷重が加えられた方法に依存するという知識が得られた。‥結果を比較できるよう鉄鋼が普及し、鉄鋼の性質を実験的に調べることがにするには、同様の方法で試験を行う必要があること必須となった。そのために多くの国々が材料試験所をが分かった‥信頼できる結論に到達するよう努めるた

設立した（図表 5.01）。

めに、国際試験材料協会が設立された。』

イギリスでは個人企業が試験所をつくった。そのう

彼の講演によると、1882 年バウシンガー（後述）

ちで成功したーつに 1865 年ロンドンのサウスワーク

が呼びかけ、ドイツ人実験者が多数ミュンヘンに集に開設のカーコルディ（David Kirkaldy、1820 年〜

まった。それを受けて、1884 年ドレスデン、1886 年

1897 年、スコットランド）による試験所がある。カー

ベルリン、1888 年ミュンヘン、1893 年ウィーンと、

コルディは独自の試験機、試験片、取付具を作り、当正式な会議が継続的に開催され、ヨーロッパ諸国から時使われていた鉄鋼の性質を自らの著書に非常に詳しの代表者が出席するようになった。米国は支部を作っ

くまとめた。

て参加した。

ドイツ、オーストリア、スイス、スウェーデン、ロ1890 年パリで開催された国際工学会議を受けて、シアなどでも材料試験所を設立し、それぞれの国のそ

フランス政府が建設資材試験の標準的方法を策定する

れぞれの目的のための材料試験を実施した。多くは政委員会を任命し、1894 年に報告書を発行した。だが、

府の手で整備を進め、工科大学内に試験機を設置した。

単一国による決定は国際的に意味をなさ無かった。

いろいろな試験所での試験結果を相互比較できるよ1895 年チューリッヒでの第 5 回会議にはトルコをうにするためには、試験方法を統一する必要がある。

除くすべてのヨーロッパ諸国の代表が参加した。米国

1899 年 8 月にペンシルバニア州ピッツバーグで開政府とアメリカ機械学会も代表者を派遣した。この会催された国際試験材料協会（International Associa-

議で国際試験材料協会が正式に発足し、「建設材料おtion for Testing Materials）のアメリカ支部年次総会

よびその他の材料の特性を決定するための標準的な試での Mansfield Merriman 会長による演説がこの時

験方法の開発と統一および試験装置の完成」を目的に

代の国際的合意形成の過程を詳しく紹介している。こ

決めた。ここに国際的統一規格制定の源流を見ることのアメリカ支部は、現在の ASTM International の前ができる。

図表 5.011）

ヨーロッパ各国に設置された材料試験所（筆者が作成）

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査259

19 世紀末からの材料科学および材料力学の進歩は急だった。材料試験の国際会議には、ますます多くの技術者と物理学者が集まるようになった。前者は材料

5.2 鉄鋼に関わる工学系学会の始動と展開の力学的性質に、後者は固体の物理学に関心があっ図表 5.02 に見るように、工学系学会は工部大学校

た。力学的性質と固体物理を結合し、かつ産業界の課

卒業生の親睦会から始まった日本工学会に起源があ

題に正面から向かう専門研究所が設立されたのもこる。そこから、日本鉱業会（1885 年）、造家学会（後の時期である。ドイツでは 1883 年にドイツ理工学研の日本建築学会、1886 年）、電気学会（1887 年）、造究所（Physikalisch-Technischen Reichsanstalt）をベ船協会（後の日本造船学会、1897 年）、機械学会（1897

ルリンに設立し、物理学者の研究と産業界の要求を近年）、工業化学会（後の日本化学会、1898 年）などがづける役割を果たした。これを手本にイギリスでは次々と独立し、残った土木技術者も土木学会（1914 年）

1899 年に国立物理学研究所（National Physical Labo-を設立した。これらの個別学会は日本工学会の傘の下

ratory）、
アメリカでは 1901 年に国立標準局（Nationalに自らを位置づけた。日本工学会は現在でも、100 近

Bureau of Standards）を設立した。名称からは信頼い工学系学会を会員とする学会の横断的組織として活性向上技術と関係があるとは見えないかもしれない

動している。

が、材料の力学的性質の研究のための大きな実験室を

西洋式鉄鋼生産体系が 1900 年前後から始動し、あ持ち、その実験に不可欠な精度の高い測定法の物理的まり時期を置かずに鉄鋼、金属、溶接などの専門学会

な科学研究と機器開発を行った。

も組織されていく。その後、腐食の学会もでき、材料

民間企業も科学研究の重要性を次第に認めはじめ、試験機に関わる工業会、協会なども揃うのが 1950 年

企業研究所の設立を急速に進めた。その結果、材料の力頃となる。いわば、1900 年〜 1950 年は日本での鉄鋼学的研究の量が増加するだけでなく質も変わってきた。

の信頼性向上技術の「導入期」と区切ることができ

材料力学および弾性学の基礎は既に確立していた。

よう。

その結果、構造工学の応力解析はすでに行き渡ってい日本鉄鋼協会は、1915 年 2 月 6 日に設立され、同た。20 世紀ではその適用が複雑な形状と負荷応力分

年 3 月 30 日には機関誌「鉄と鋼」を創刊し、活動を布を持つ機械部品の精密な応力解析に向いていく。一開始した。その創刊号の巻頭祝辞で、今泉嘉一郎（1867

方、金属を初め固体の微視的内部構造に関する科学研年〜 1941 年）（1912 年日本鋼管創業に加わる）はそ

究はこの時代に根底からの発展期を迎えた。驚くようの先進モデルをドイツ鉄鋼協会（1880 年設立）に求な発展は、1901 年から始まったノーベル賞にも如実めている。同協会の機関誌である「スタール・ウント・に反映している。

アイゼン、Stahl und Eizen」
が、「学術的経済上の論説、その頃の日本はどうだったか。明治は 1868 年 10 月

報告を遺憾なく会員に紹介し、34 年間一日のごとく

23 日に始まり、1900 年に閉じる。日本の鉄道は 1872

ドイツ製鉄事業の発展に努め」た結果、1880 年に 270

年 10 月 14 日に新橋駅〜横浜駅間で正式開業して、し万トンだった生産量が 1912 年に 2 000 万トンを越え、

ばらくは鉄原料もしくはレールそのものも輸入に頼っ英仏を凌駕し米国に次ぐまでになったことに驚嘆し、ていた。橋梁などについても良質な鉄原料はほぼ海外「機関雑誌は世界各国に配布せられ専門技術者をしてに依存していた。1900 年に官営の八幡製鉄所が設立

随一の参考書たらしむ。およそ一個の私立協会としてされ、1901 年からレールの生産が始まった。

その活動、（中略）わが鉄鋼協会の亀鑑とするに足る

1871 年に工部省工学寮（後の工部大学校）を開校

べきものならん」2） とし、着実に活動、事業を進め、した。1871 年には「大蔵省造幣局試金場」という日追尾することを謳っている。1910 年頃の日本の粗鋼本初の試験研究機関も設置した。そこでは金属成分分

生産量は 20 万トン程度で多くを輸入に頼っていた時

析は行われたようだが、強度試験等を実施したかは分代である。

からない。1885 年に度量衡のメートル条約に加盟し、戦前の「鉄と鋼」では欧米はじめ世界の鉄鋼業、研1889 年原器を交付されている。材料試験については究所、大学などの調査（文献、実地）による設備など

未だ手つかずで、日本の国際試験材料協会へのこの段の詳細な報告が目立つ。国内の現状報告も合わせて掲

階での参加は時期尚早だったようである。

載されている。多くないが、高温クリープ、脆性破壊、疲労、腐食など信頼向上技術に関するテーマを見ることができる。それが日本におけるすべてを網羅しているとは言えないが、鉄鋼に関する主要な取り組みを反260

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March図表 5.02

鉄鋼に関係が深い日本の学協会設立と展開（筆者作成）

映しているものとして、それぞれ簡単に概要をまとめ

中「科学技術」という新熟語を生み出した背景にもあてみる。年代としては 1950 年までを戦前を含む区切るという。

りとして扱う。

また、「学協会」（learned societies and other asso-

また、鉄鋼以外の金属も扱う日本金属学会（1937ciations）も、とくに戦前期日本で一般的に使用されて

年 2 月 14 日設立）が東北大学において、本多光太郎

いた用語で、学術的な学会・研究会から技術者などの（1870 年〜 1954 年）を中心に旺盛な活動を展開し始同業者団体や業界団体に近いものまでを含めた概念とめている。日本金属学会誌（1937 年創刊）を発行し、してそのまま用いられてきた。特に、産業界の技術者

そこにも信頼性向上技術に関わる貴重な報告もある。

などが高いプレゼンスで活躍できる場として「学協会」

また、それに先行し「金属の研究」という学術誌が、は良い響きの用語だったようである。

東北大学金属材料研究所（1916 年 4 月 1 日を設立日と戦前・戦後の鉄鋼を対象とした官立研究機関（大学、している）
から 1924 年～ 1937 年の間発行されている。

国立研究所）の設置と展開 3）-6）も年表的に見てみる（図表 5.03）。

5.3 鉄鋼に関係する官公立研究機関の
設置と展開

5.3.1

日本では「研究開発」活動の担い手となる組織のこ

併して、法・理・文・医の四学部制の東京大学を設け、とを戦前から「試験研究機関」（testing and research

工部省は工部学校を母胎として工部大学校を置き、そinstitutes）と呼び、研究業務だけでなく試験・検定

れぞれ多数の外人教師、外人技術者を招き、近代科学業務を行う機関も含めた概念として位置づけてきた。

と技術の移植・育成を急いだ。採鉱・冶金科は当初か

こ れ は 日 本 の「 研 究 開 発 」（research and develop-らあった。その後、1907 年以降、京都帝国大学理工ment）活動が研究というよりも試験・検定業務を中心

科大学、東北帝国大学理科大学、九州帝国大学工科大に行っていたことと関係している。現実として欧米で学を開設した。帝国大学の特徴として産業に直結したいうような「開発」はやれていなかった。それが戦時工科大学、農科大学を積極的に置いた点がある。旧七1887 年

東京帝国大学など

1887 年に文部省は東京開成学校と東京医学校を合鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

261

帝大と東京工業大学に鉄鋼を対象とした学科が揃うの開発体制」の整備を国家的課題とした。理化学研究所、は 1941 年のことである。第一次大戦後急いで拡充し帝国大学付置研究所、陸海軍・官立研究所などの設置、たがこのテンポだっだ。それでも人材育成に極めて大帝国大学へ工学系学部増設、工業専門学校の開校などきな寄与があったことはうかがえる。

により技術人材の育成を急いだ。
秋田鉱山専門学校が秋田市に民間からの寄付などに

5.3.2

1910 年

帝国鉄道庁鉄道調査所

鉄道用材料に関する理学的試験は 1910 年 8 月に鉄より 1910 年 3 月に設立された。設立時は採鉱学科と冶金学科だった。

道試験所の業務の一つとして開始された。第 2 科が「鉄道金属材料その他の理学的試験並研究」が担当となっ

5.3.4

1919 年

東北帝国大学金属材料研究所ている。1916 年当時のこの第二試験室には主任室、

東北帝国大学の金属材料研究所は、物理冶金学に関

事務室、試験機械室、加熱試験室、写真室、工作職場する本多光太郎のすぐれた業績を中心に 1919 年設立（試作工場の前身）があった。東京帝国大学の冶金学された附属鉄鋼研究所を改組・拡充したものである。

の俵国一教授（1872 年〜 1958 年）が鉄道院嘱託とし大学附置研究所は特定の一大学に附置してあるとは言て毎週金曜日に来訪し、後には東北帝国大学鉄鋼研究

え、全国的な立場から設けられた研究機関であり、な所長の本多光太郎教授も嘱託として上京の折には指導かには特定の国家業務そのものを実施する使命を有すのために第二試験室に立ち寄ったといわれている。

るものも含まれていた。

5.3.3

秋田鉱山専門学校や鉄鋼の自給の必要に迫られていた。そのため1915 年

第一次大戦を通じて「欧米工業国へのキャッチアッ

8 月に東北帝国大学理科大学に併設された臨時理化学プ」だけでは足りないことを痛感した。来るべき戦争研究所に不燃性セルロイドの研究を目的とする第 1 部

は膨大な補給を伴う「総力戦」となる、戦争で諸外国が、続く 1916 年 4 月に鉄鋼の研究を目的とする第 2からの輸入が途絶えるとどうしようもなくなることな部が本多光太郎を研究主任として発足した。以来、日どを自覚した。そこで、工業製品の輸入代替、兵器の本における金属研究の中心的存在として数多くの業績

国産化を国家目標に設定し直し、それを支える「研究をあげ、すぐれた人材を世に送り出す先駆けとなった。

金属材料研究所が誕生した頃の日本では、化学薬品
1910 年

図表 5.03 鉄鋼を対象とした戦前の官立研究機関（筆者作成）

262

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March5.3.5

1919 年

官営八幡製鐵所

研究所 7）

振興、（4）科学技術者の優遇、（5）研究成果の実用化

製鐵所官制改正（1919 年 5 月 17 日勅令第 223 号）のための国庫補助及び金融措置の実施などである。

によって、研究課にかわって製鐵所の中に研究所が設しかしこの決議は結実することがなかった。そこで置された。この背景には、第一次大戦の勃発によりド

1954 年 10 月 15 日に経済同友会は「科学技術促進対策」

イツは日本と交戦国となってドイツからの技術、機械を発表し科学技術にかかわる総合的行政機関の設置をの導入が途絶し、製鐵所も技術的に独立することが早政府に強く要望した。「外国技術の導入に依存する我

急に求められた事情がある。

が国の科学技術の現状に対する懸念」を表明し自主開

1919 年に作られた研究所は主に科学的研究と工業発促進の必要性を強調している。総合的な行政機関の的研究に担当部署が分かれていた。①銑鉄部に関する設置、科学技術教育の促進、「科学技術開発公社」と研究、②製鋼部および鋼材部に関係する研究、③機械、研究組合の設立などを提案した。科学技術政策を経済

電気、諸般動力に関する研究、④研究所に共通の実験、政策及び産業政策の一環として位置付けている。

具体的には化学分析、顕微鏡、機械試験、工作、製図

そのような中で、1954 年に工業技術協議会（工業技術院長の諮問機関）において金属材料に関する総合などである。
研究所は製鐵所に必要な科学的研究をする一方で、的研究所を設立すべきとの意見があり、また航空技術

関連して作業工場に研究成果を適用して諸問題を解決

審議会においても航空機材料の研究体制強化が強く要することを目指した。

望された。さらに工業技術院は金属材料研究委員会（通
商産業省内関係部課長で構成）での審議の結果、国立

5.3.6

1937 年

機械試験所

もしくは特殊法人の研究所を設立するという結論に達

1882 年に設立された地質調査所を皮切りに次々とした。1955 年 7 月内閣総理大臣から航空技術審議会設立された農商務省（1945 年商工省、1949 年通商産に諮問された「関係行政機関の航空技術に関する研究

業省）の国立研究機関のひとつに機械試験所がある。

のための経費を必要とする計画の連絡調整に必要な措

おそらく機械試験所は鉄鋼も所掌範囲に含んだ最初の置」に対して、1955 年 11 月に提出された答申は「金国立基礎研究機関と思われる。1952 年には通商産業

属材料技術研究所は、航空機工業に必要な金属材料に省の国立試験研究機関は工業技術院にまとめて組織さ関する研究に主眼をおくこと。金属材料の研究は広範れた。

な分野にわたるものであるから、航空機材料においては、その特殊性のあること等からみて緊密な連絡をと

5.3.7

1956 年 科学技術庁、金属材料技術研究所

8）9）

第二次大戦で日本の産業は徹底的に破壊され戦後のりつつ計画を進めること。」（一部要約）等の内容を含むものだった。

日本経済は疲労困ぱいの極に達していた。生産や輸送

その後、政府提案としてまとめられた「科学技術庁

は麻痺状態となり国民は食料難とインフレにあえいで設置法案」が 1956 年 3 月 26 日に成立し、1956 年 5いた。特に航空機産業は破壊され生産施設の賠償指定

月 19 日に総理府の外局の一つとして科学技術庁が発により完全に存在しなくなっていた。また、戦争中大足した。発足時の内局定員は関係各省庁からの定員の学の工学部に設置されていた航空学科は廃止され、日移し替えにより 204 名（航空技術研究所及び 1956 年

本の将来には航空機産業の発達は望めないような状況に発足した金属材料技術研究所の定員を加えると 293だった。だがこの時期、基礎産業の傾斜生産、米国の名）、予算は 15 億円だった。

対日占領政策の大転換、朝鮮動乱の勃発、賠償問題の解決等により、民間の重化学工業の合理化計画が策定されて外国技術の導入などが盛んになった。

設置法第 17 条

航空技術研究所は、航空技術の戦後約 10 年経ち、日本の科学技術がようやく一時向上を図るため必要な研究及び試験並びに調査で、期の停滞から抜け出し、産業の立ち直りと歩を合せて次の各号に掲げるもの（略）を行い、あわせて、活動を見せ始めた。占領状態を脱した日本において、その施設及び設備を関係行政機関の共用に供する

科学技術行政機構が未整備だと不満を持っていた国会機関とする。

議員が中心に議員提案をまとめ、1953 年 8 月 7 日の設置法第 18 条

金属材料技術研究所は、金属材

第 17 国会において「科学・技術振興決議」が全会一

科その他これに類する材料の品質の改善を図るた

致で採択された。主な内容は、（1）科学技術行政機構

め必要な研究を行う機関とする。

の強化（2）科学研究予算の拡大、（3）科学技術教育の鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

263

当時の工業技術発展の課題は、まず米欧先進国の技と課題解決できない”と本質的な提言をしている。

術を導入、消化して生産効率と品質を大幅に向上させ、

この産業界などからの要望が戦後に実を結ぶ。1964

新しい品質、製品の製造を可能にすることにあった。

年に日本学術会議が政府に大学付置の共同利用研究所

一方、航空機、宇宙、原子力開発など国家的な革新技として溶接研究所の設立を勧告 12）し、1966 年政府の術の育成推進も重要な課題となっていた。これら産業省議で研究所の設立を決定した。

発展と国家的開発目標を達成する上での重要課題の一

1969 年に大阪大学工学部に溶接工学研究施設が設つとして、それまで先進国に比べて品質と性能の面に置され、1972 年に全国共同利用施設として溶接工学

おいて遜色がみられるとされていた国産材料の品質改研究所が発足した（現在は接合科学研究所となって善が強く要望 F）されるようになった。

いる）。

このように金属材料技術研究所は 1956 年 4 月予算成立とともに経費１億円、人員 40 名（うち 20 名は機械試験所より移管〉として正式に認められた。以後工業技術院から科学技術庁に設立事務が移管され、1956

5.4 標準化へ対応と展開

年 7 月 1 日金属材料技術研究所（以下、金材技研）が誕

1895 年に国際試験材料協会が発足したことは既に生した。1963 年度にほぼ第一次整備段階を終了した。

述べた。1865 年以降、各国で材料試験所が設置され、機械試験所より出向した技官は、河田和美、三橋鉄

その中でドイツを核として、国際会議を数回開催して

太郎、吉田進、田中龍男、上野學、中川龍一、津谷和の出発である。これは、「（材料の）特性を決定するた男、木村勝美、荒木喬、吉田英彦、細井祐三、俣野宣久、めの標準的な試験方法の開発と統一および試験装置の

横井信、渡辺亨、中島宏興、田村皖司、磯野譲、大庭完成」を目的とする点で先駆的だった。

幸夫、
村松晃、
川瀬晃、
池田清一の諸氏（21 名）である。

ここでは、試験法について定義、説明、使い方など

新研究所は、管理部と研究四部の体制で発足した。

をまとめたものを「規格」と呼び、「規格」を国内的管理部の部長は戸部健次郎、庶務課長は石井義馬で、もしくは国際的に共通化、統一化することを「標準化」

企画課長は河田和美が代行し、上野學が課長補佐、細とする。

井祐三が係長に就いた。
トップ人事は、科学研究官として東京大学小川芳樹

5.4.1

標準化への全体的な歴史的経緯 13）-15）

教授（兼任）、研究部長として、東京大学より小西芳吉

18 世紀後半フランスで、兵器部品の互換性担保の教授（兼任）、東北大学・金属材料研究所より柳原正ために規格制定を講じたのが発端とされる。皮肉なこ

部長、機械試験所より河田和美部長、八幡製鉄株式会とにフランスでは浸透せずに、アメリカで銃器、ミシ社より遠藤勝次郎部長が定まり、新研究所が発足した。

ン製造などに適用され、「フォード・システム」の大量生産システムにつながっていく。

5.3.8

1972 年

溶接研究所「同じさ」を保証するためには、部品であれば形状、溶接研究所の必要性は早くから言われていた。1931

寸法、さらには重量などが「同じ」であるべきである。

年に溶接協会の本部が大阪帝大内に置かれたが、1939

明白、明確な度量衡の計測基準が求められ、フランス

年の熔接協會誌には、舞鶴海軍工廠造船部長福田烈ののメートル法が国際的な先導役を果たす。

寄稿

で『大學に烙接研究所の設立と熔接講座設置

1875 年のメートル条約は、度量衡の国際的な統一促進に關する意見』は、“極めて複雜で、従来の経験を目的とした。1921 年の第 6 回国際度量衡総会により、理論では解決できない多くの因子を含んでいる溶接のすべての物理単位を対象とする条約に改正した。1960

実体を確かめないといけない。それを正しく応用し、年の第 11 回国際度量衡総会で単位系は精査され、「国事故等を起こさないようにするために、溶接の根本の際単位系（SI）」が始動した。日本は 1885 年に条約に研究を大学で行うべきだ。各帝大に付置されている航加入している。

11）

空研究所、金属材料研究所、地震研究所等と並んで、個々の生産者が個々に工業規格を定めている段階か溶接研究所を設置すべきだ。総合大学に設置し、理学ら、国全体で「同じ規格」を定めるのが良いという段部、工学部あるいは医学部から直接の援助をうけない階になる。そのための標準化機関が各国で設立される。

10）F）北海道新聞（1967年1月11日） は、インドの原子炉材料の入札の際、長時間のクリープ試験データがないという理由で、入札資格さえ与えられなかったというエピソードを紹介している。

264

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

イギリスが先陣を切り、第一次大戦後に各国に波及する。
1901 年 イギリス：Engineering Standards
Committee）➡ BS（British Standards）
1917 年 ド イ ツ：Normenausschuß der Deutschen  Industrie）➡ DIN

規格を巡る状況は時代と共に変化する。特に 1995
年は大きな変わり目となった。国際的基準が複数ある
事態は確かに国際市場では合理的ではない。また、特定の国内規格が優位を占める状態を放置しておくことも自由貿易の観点からは憂慮される。1995 年 1 月に1918 年 オランダ、アメリカ：American Engineering

WTO（ 世 界 貿 易 機 構：World Trade Organization）

Standards Committee）➡ ANSI、が発足した。日本は 1994 年 12 月の国会で WTO 協定

フランス：Commission Permanente deを批准し、発足と同時に加盟した。これ以降、国内規Standardisation）➡ NF（Norme Française）、

格である JIS に準拠し貿易するのではなく、WTO がスイス

認める国際規格に基づき貿易することが国際的決まり

1919 年 カナダ、ベルギーとなった。その後、JIS は国際規格（例えば ISO）準

1920 年 オーストリア、ハンガリー

拠に書き換えるとともに、日本は国際規格の基準作り

1921 年 イ タリア、日本：工業品規格統一調査会への参画を進めている。

➡ JIS、オーストラリア

また、日本では 1994 年 7 月に国会を通過した製造

1922 年 スウェーデン、チェコスロヴァキア

物責任（PL）法が 1995 年より実施され、もの作りに

1923 年 デンマーク、ノルウェー、ソ連

おける製造側の責任が一段と強まる時代に入った。も1924 年 ポーランド、フィンランド

の作りには企業連関があり、材料供給－製品組立－使

並行して国際標準化も意識される。その点で先行し用者という流れがある。製造者の中でも使用者に近いた電気通信技術は 1881 年以降国際電気会議を開き、1906 年には、電気設備・機器などの標準化機関として、
国際電気標準会議（IEC）を設立した。
それ以外の工業製品に関しては、1921 年に幹事会

側の製造者責任をより強く問う仕組みになった。
これらの仕組みの変化がもたらす功罪や変化への対
応不適合などがあり得る。四半世紀を過ぎて、一度冷静に総括してみるべき時機と筆者は考える。

が申し合わせ、1926 年に「万国規格統一協会」（ISA：
International Federation of the National Standardizing Association）の設立が決定された。ISA は 1928

5.4.2

金 属材料の力学的性質試験 JIS 規格にはどのようなものがあるか年に正式に発足し、国際規格の設定を管理していた。

JIS の規格は、原案作成団体（工業会、学会、日本

しかし、ISA は第二次世界大戦の影響を受け、1942

規格協会等）が、原案作成委員会をガイドラインに沿っ

年 に 活 動 停 止 と な る。 そ の 後、1944 年 に 連 合 国 がて組織し、監督官庁のチェック等を経て、それを主務「連合国規格調整委員会」（UNSCC： United Nations

大臣が「日本産業標準調査会」（分野別に専門委員会

Standards Coordinating Committee）を設立し、1947がある）に諮り、審議、修正等を経て、成案となった

年 2 月に、ISA と UNSCC を統合した、「国際標準化ものを主務大臣がパブリックコメント等を受けて国内機構」（ISO）が発足した。

のコンセンサスを得たのち認可して公布される。改正

一方、日本での産業規格への取り組みの経緯を年代順に記すと以下のようになる。

においても同じ仕組みで行われる。
JIS で現在まで制定された本稿に関連した規格は下1921 年～ 1941 年 ：日本標準規格（JES）

表のとおりである。1950 年代制定のものは、引張、曲げ、工業品規格統一調査会

衝撃、高温クリープであり、70 年代に疲労が加わり、1939 年～ 1945 年 ：臨時日本標準規格（臨 JES）

90 年代以降に大気腐食関係が整えられ始める。

同上

鉄鋼に関係する JIS 規格の原案作成においては、多1938 年～ 1945 年 ：日本航空機規格（航格）

くの実績と貢献があり、それらが継承されている（社）

航空機技術委員会（2 回改名）
1946 年～ 1949 年 ：日本規格（新 JES）

日本鉄鋼連盟・標準化センターが中心となる件が多い。
試験規格においてもその役割は大きい。

日本工業標準調査会

耐き裂性については、「G 0564：金属材料－平面ひ1949 年～ 2019 年 ：日本工業規格（JIS）

ずみ破壊じん（靭）性試験方法」が、1999 年に制定

日本工業標準調査会（JISC）
2019 年以降

   ：日本産業規格（JIS）
日本産業標準調査会（JISC）されたが、2020 年に廃止されているのでこのリストには掲載しなかった。
「破壊靭性」については後述する。
JIS 以外によく参照されるものとしては学会基準が鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査265

図表 5.04 鉄鋼の信頼性向上技術に関する JIS 規格（文献 16 を利用して、筆者作成）ある。疲労試験法の内、JIS 化されていないものでも

参考・引用文献

日本材料学会および日本機械学会が定めた学会基準が

1）Mansfield Merriman, The Work of the Interna-

ある。破壊靭性試験法については日本機械学会が定め

tional Association for Testing Materials, Science,

た学会基準がある。

New York Vol. 10, No. 247（Sep. 22, 1899）, 396-

溶接継手試験の JIS 規格の数は金属材料の力学的性
質試験規格よりも多い。1956 年〜 1962 年の間に制定・

4022）今 泉嘉一郎 , 日本鐵鋼協會の設立並に其機關雜誌

整備され、その後、技術の展開に伴って制定・改正を第一號の發刊を祝す , 鐵と鋼 , 1,（1915）, 3-5

繰返している。日本溶接協会が規格の制定・改正等の3）文部科学省『学制百年史』, https://www.mext.go.

ナショナルセンターになっている。
大気腐食関係では、腐食防食学会が JIS 原案作成団
体として貢献している。

jp/b_menu/hakusho/html/others/detail/1317552.
htm,（2022 年 11 月 1 日閲覧）4）青木洋 ,『戦前期日本における試験研究機関・学協会の制度化とその特徴』, 経営史学 , 46,（2011）,
30-55

5章のまとめ5）沢 井実 , 戦間期日本の研究開発体制―官公私立校
苦行試験研究機関の変遷とその特質 , 中村哲編集 ,日本の鉄鋼技術においては民間産業が主導的な役割を果たしてきたといっても過言ではないが、公的研究機関も重要な役割を果たしてきた。大学や研究機関は基礎研究において重要なだけでなく、鉄鋼の信頼性向
上技術の進歩のために複数の専門分野の連携にも大きく寄与した。また、学会や公的研究機関は、一企業ではできない大規模な実験や長期試験、産官学連携の研究の実施主体となった。

『東アジア近代経済の形成と発展―東アジア資本主
義形成史Ⅰ』, 日本評論社 , 東京 ,（2005）6）沢井実 ,『近代日本の研究開発体制』, 名古屋大学
出版会 , 名古屋 ,（2012）7）長島修 , 官営八幡製鐵所における研究開発の制度化 ,立命館経究営学 , 48,（2009）8）金 属 材 料 技 術 研 究 所 編 ,『 三 十 年 の あ ゆ み 』,
（1986 年 7 月 1 日）
9）金 属 材 料 技 術 研 究 所 編、
『 目 黒 の 思 い 出 』,
（1986 年 7 月 1 日）
10）北海道新聞、
ただいま研究中①、
メタルの寿命試験、

266

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March金属材料技術研究所、（1967 年 1 月 11 日）,9 面
11）福田烈 , 大學に熔接研究所の設立と熔接講座設置促進に關する意見 , 熔接協會誌 , 9,（1939）, 1-212）日本学術会議 , 溶接研究所（仮称）の設立について（勧告）, 1964.05.18, https://www.scj.go.jp/ja/info/
kohyo/03/06-16-k.pdf,  
（2022 年 10月 31 日閲覧）13）長谷川亮一 , 近代日本における「標準化」の概念について ,『日本における「標準化」の史的考察』

14）日 本産業標準調査会 , 産業標準化と JIS, http://
www.jisc.go.jp/jis-act/index.html,（2022 年 11 月
1 日閲覧）
15）日 本規格協会、60 年の歩み－創立 60 周年記念 ,日本規格協会 , 東京 ,（2005）16）日本産業標準調査会 JIS 検索：https://www.jisc.
go.jp/app/jis/general/GnrJISSearch.html,  （2022
年 11 月 1 日閲覧）

（千葉大学人文社会科学研究科 研究プロジェクト
報告書 第 217 集）, 千葉大学大学院人文社会科学研究科 ,（2012）, 3-14

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査267

6 脆性破壊鉄鋼はもともと弾性＝脆性とされていたが、19 世

鉄道車軸の一連の実験をしており、寒冷地で鉄道敷設、

紀には塑性を持ち、室温で延性＝可鍛性がある鉄鋼が橋梁建設が進んだので、-45 ℃での鉄鋼の力学的性質

作れるようになった。しかし、それも低温に持っていを知る必要が生じた。
ハ ッ ド フ ィ ー ル ド（R. A. Hadfield） は、1905 年

くとやはり脆性だった。
脆性破壊の発生を抑える力学条件（温度条件を含む）に入手できたと思われるほとんどの鉄合金について、-182 ℃で引張試験を行った 2）。その結果、脆性破壊を知りたいというのが狙いになる。
脆性破壊は非時間依存型の材料負荷によって生じるしにくい鋼として低炭素ニッケル（Ni）鋼を提案し破損である。低温で現れる現象なので温度支配だと考て い る。 そ の Ni の 効 果 に つ い て、“Iron is a very

えるのが自然であるが、負荷応力や応力負荷速度も関

crystalline metal, whereas nickel appears to be much

係しており、必ずしも単純に理解できない。その材料

more amorphous; it is possible, therefore, that nickelに固有の破壊応力というものがあるのか、あるとすれtends to prevent iron crystallising” と考察している。

ばどうしたら測定できるのか…などと考えながら読ん脆性に関する当時の理論は、1902 年～ 1914 年に著さでいただきたい。

れた教科書・参考書によると、例えば“Brittleness isthe sudden interruption of molecular cohesion.” 3）,

6.1 シャルピー試験機の誕生まで（1900年以前）

the crystals is feeble, then the metal is brittle.” 4）などとされている。後日これらの「理論」は完全否定さアンウィン（W. C. Unwin） によると、鉄鋼の低れる。経験的には、鉄鋼の切欠感受性は高い、純度が温における力学的性質を調べた最初は、フェアベア

悪いと脆化しやすい、脆化しやすさと鋼の強度とは無ン（W. Fairbain）、Report of the British Association

関係などは早くから知られていた。

1）（1857 年）によるとされている。フェアベアンは、
リベッ

低温用途の拡大につれ、衝撃に対する性質を求める

ト用鉄の -30 ℉（-33 ℃）の強度が 60 ℉（27 ℃）の試験法（図表 6.01）の確立が望まれるようになる。文

それよりも若干高いことを報告した。鉄鋼の衝撃抵抗

献に見られる最初の衝撃試験設備は、1890 年前後でが低温で減少することを最初に指摘したのは、アンドある。前述のアンウィンによると、年代不明だがクチェ

リュース（T. Andrews）だろう。アンドリュースはラ（Kuczera）とライニッシュ（Reinisch）による -4 ℉

図表 6.01

268“If a metal is crystalline, and the cohesion between

国立科学博物館技術の系統化調査報告

衝撃試験：試験片、落錘試験、
振り子型落錘試験（筆者作成）

Vol.32 2023. March（-20 ℃）での落錘試験、
シャルピー（M. G. Charpy）5）

準の設定などに極めて有効になる。

によると、1892 年ルシャトリエ（M. A. Le Chatelier）

1925 年頃、低温脆性（ドイツで、Kaltsprödigkeit、による幅 1 mm、深さ 1 mm の切欠きを入れた正方形

英 語 に 直 訳 す れ ば cold brittleness。 現 在 で は low

断面棒での落重試験などが初期のものとして紹介され

temperature brittleness）という用語が生まれた。日ている。錘を振り子型にしたのは、
1897 年ラッセル（M.

本でも、1925 年には研究が始まっており、1935 年にRussel）である。錘の重さや高さを変える落重試験とは藤井芳郎 6） が「臨界帯脆点」という言葉を用いて比べると容易さが増した。

低温脆性を論じている。これは世界的に見ても「遷後世“pendulum drop-weight machine”をシャル移温度」の最も早い概念の一つである。欧米では、

ピー試験機と呼ぶようになるのは、シャルピーがこの1937 年に設計上の安全基準として、吸収エネルギー形式を発明したからでなく、試験機の規模、錘の重さ、10 ft-lb 以上を保証できる温度域をキンゼル（A. B.

振り上げ高さ、試験片形状、切欠形状などが破断吸収

Kinzel）とイーガン（J. J. Egan）が提唱した 7）ことが、エネルギーに与える影響、さらには再現性などについ「遷移温度」概念の契機となったようである。

て精力的に実証的な研究を行い、この手軽な試験法の続けて破壊力学の基礎となる概念が提唱された。脆確立、普及に努めたからである。シャルピーは試験機性を示すガラスの引張試験で得られる強度は小さく、の発明はしていない。

破壊に要する仕事も小さい。だが、分子同士を引き離すのに必要なエネルギーを弾性率から見積もると、測6.2 遷移曲線と脆性理論（1900年～1940年）
シャルピー試験機の登場で、試験温度を変化させ脆性温度範囲を決めることが可能になった。

定強度の 3 万倍にもなってしまう。この大きなギャップをどう説明するかという問題が投げかけられていた。
1920 年にグリフィス（A. A. Griffith）が“The Phenomena of Rupture and Flaw in Solids” 8）を発表した。
グリフィスの疑問は脆性破壊の切欠き感受性が高いこ

図表 6.02 の左図のような曲線が得られる。理想的とだった。ガラスの強度が低下するのは内部に顕微鏡なケースを描いたが、高温側の脆性のない上部棚（延的に小さいき裂があってこれが切欠きと同様に応力増性）から、低温側の脆性を示す下部棚に「遷移」し、幅すると考えた。切欠きは肉眼で見えるという意味で下部棚では吸収エネルギーはゼロに近くなる。これを「マクロモデル」であるが、彼は“表面につけた切欠き”

遷移曲線と呼んでいる。破断した破面を観察しその延を“内部の微細なき裂”という「ミクロ」イメージに性破面率を横軸に取ると、右図のように破断吸収エネ

置き換えた（図表 6.03）。このような微細なき裂の実

ルギーは延性破面率と完全に対応できる。

在は検証しようがなく、あくまでも仮説なので「グリ原理が導かれていない状況では、信頼性に結び付く

フィスき裂」とわざわざ断って論じる場合もある。

耐破損性の指標（この場合は破断吸収エネルギー）と

彼はこのき裂を板厚貫通の極めて薄くて細長い楕円

試験条件や材料指標（この場合は延性破面率）との一孔と仮定し、き裂ができることで開放される歪エネル

対一の関係を探し出すことが理解の発展および安全基

ギー（弾性エネルギー）が、き裂が新しい破面（表面）

図表 6.02

試験温度を変えて遷移曲線を得る（筆者作成）

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

269

実験や試験片準備の不備による「バラツキ」かなどの判断に適用できる。また、破壊強度を決定する因子が複数ある場合や不明な場合の考察に役立てることもできる。

6.4 戦前の足跡
日本でも脆性破壊の研究では水準の高い試みが比較的早くから見られる。
【鉄と鋼】
9 巻（1923 年）では、室井嘉治馬、武内武夫（住友金属工業）が、落錘式の衝撃破壊試験を実施 10） している。錘重量、落下高さを調節して与える衝撃エネル
ギーを変化させて吸収エネルギーを測定した。完全破図表 6.03

グリフィスのき裂モデル（筆者作成）

断する場合は、衝撃エネルギーを変えても吸収エネル
ギーには影響がないことを確認している。

を作るために必要な仕事（＝表面エネルギーもしくは

14 巻（1928 年）では、吉川晴十（呉海軍工廠）が、表面張力）を上回ると、外から何ら追加の仕事を加え錬鉄、鋳鉄のアイゾット式衝撃試験を実施 11）している。

なくともき裂が成長し破壊に至るというクライテリア

18 巻（1931 年）では、室井嘉治馬（住友金属工業）を設定した。これをき裂「発生」基準と捉える誤解もがシャルピー衝撃試験機を用い、それに光学装置を付一部にある。

けて、衝撃の際の力－変形曲線の計測 12）を試みている。

詳しい説明は省くが、弾性論に基づくので、固体の弾性率、表面エネルギーが分かれば、破壊応力とき裂

現在の計装化シャルピー試験の原型とも言えるものである。

の長さの関係が定まる。き裂が大きいほど限界応力が21 巻（1935 年）には、渡辺三郎、永澤清（日本特低くなることを明快に説明している。脆性破壊が「不殊鋼）が、-60 ℃～ +25 ℃の温度範囲でのエネルギー可思議」な現象から脱し、基礎研究の対象となった。

遷移曲線 13）を描いている。エネルギー遷移曲線の（この調査における日本での）初出である。低温脆性を起

6.3 破壊の確率論の登場（1930年以降）
1939 年ワイブル（W. Weibull）は、（脆性）材料の破壊強度の実験値はただ一つではなく平均値の周りに一定の分布を持つことを確率論の立場から論じた 。
9）

彼は、破壊確率 S を試験片内に一様に分布する負荷応力の関数として定義した。極めて低い応力域では22 巻（1936 年）には、永澤清（日本特殊鋼）の同様の報告があり、試験温度範囲は -190 ℃ 14）までに広がっている。
この後、脆性破壊、衝撃特性に関する報告は、「鉄と鋼」には見当たらない。
【日本金属学会誌】
8 巻（1944 年）には、池島俊雄（住友金属工業）が、

S=0 すなわち破壊しないが、十分高い応力域では S=1低合金鋼、オーステナイト鋼の -80 ℃および -183 ℃

すなわち確実に破壊し、S は応力による増加関数になでの衝撃値（アイゾット型）に及ぼす各種合金元素、るとした。試験片モデルとしてある長さの rod（体積

熱処理の影響をつぶさに調べた結果を報告 15） していが単位体積）の直列モデルと並列モデルいずれも想る。寒地使用（航空機含む）、液化石油・ガス工業な定したが、確率論的取り扱いは同じとした。その後、

どの実用のための調査である。

直列モデルは、Weakest Link Model（最弱環モデル）

9 巻（1945 年）では、壽時富彌（東北帝国大学）が、として、素材、構造体などの破壊モデルとして定着し種々の金属材料の液体窒素温度までの、シャルピー衝ていく。

撃試験を実施 16）している。

脆性材料の破壊強度の測定値は確かに「バラツク」
がこの整理で解析すると、確率論的な「バラツキ」か、

270

こさない鉄鋼の開発を目指している。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March【機械学会】
会誌 31 巻（1928 年）には、吉川晴十（呉海軍工廠）

による脆性全般のよくまとまった概説 17） が掲載され

論文集 12 巻（1947 年）では、柏原方勝（日本鋼管）ている。脆性の種類、試験機の種類などをまとめていが、鋼種によって「切欠感受性」が異なる 19） ことをるが、この時代に既に水素ガス吸収による脆性につい

実験的に求めている。

ても触れていることが注目される。

衝撃試験と脆性破壊に関する試験方法や考え方は、

会誌 31 巻（1928 年）には、
山田良之助
（東京工業大学）による衝撃破壊の際の応力―時間変化曲線の実測

18）民間を中心に、欧米に早くから追随している。試験機には動力が不要で、簡便かつ原理が明快だったことがその要因のひとつと思われる。

を示している。

グリフィスの公式のひとつの求め方
応力σにより、楕円孔が弾性的に開口している。
開口最大幅 t は、応力σ、弾性率 E（=2G）
、長さ
2c により、t=cσ 2cσ=GEとなり、x 位置の開口幅は長軸 c、短軸 t の楕円
上にある。

1
2
応力σに逆らって、楕円孔を閉口させる（tcσ 2cσ→ 0）のに必要な仕事t =cσ cσ=2cσ2cσ -c、c 間で積分した
W は、開口方向の弾性仕事をG
t =t = = 1= E 2cσG（G E× E
ものとなる。
W = −πc = −πc
σ×
）
2
E
cσ w
2cσ
x 位置の弾性仕事はπc²σ²
t = cσ = 2cσ= − t1= G = E
GE=1 E
1 ×（応力）×（ x 位置の開口幅）= =22 2x 位置の弾性仕事も楕円上にあるとする。長軸 c、1
図表 6.A1 グリフィスき裂の力学条件（筆者作成）= 1 w の楕円面積πcw1が求めるものとなる。
短軸最大
2cσ
= 4cγ
= S2W
）
2 = −πc = −πc（1 21 × σ ×2cσ2cσ
W−πc= −πc= −πc= −πcW=（ （ × σ××σ × E） ）
E E
2 2
πc²σ²
= −πc²σ²
πc²
σ² 1
2cσ
E
−= −πc（ 1 × σ × 2cσ ）==−=−dSW=−πcdW
W = −πc =E−πc
E（ 2 × σ × E ）2
Eδ πc²σ²πc²σ²
こうやって閉口させたものは、無垢な試験体に入れるために付加的な仕事は要らないので、W
は楕円孔
=−
（W
+
S
）
=
0
=δ c− Eによって開放されている弾性エネルギーとなる。
S E= 4cγ
グリフィスは、「閉じたき裂」（＝き裂が“潜在”しており、無い状態と考える）が開口すると新しい表= 4cγ
S =S 4cγ=面を作る。その仕事 S は、γを表面張力（表面エネルギー）とするとき、

S = 4cγ 2γ E
dW = −dS
S = 4cγ

σ² =
となる。
πc
= −dS
dWdW
= −dS
δ
き裂が成長するときは、δδ cδ（W + S ）= 0dW =（W
−dS
（W
S=）
+ S+）
0= 0
c
dWδ=c δ−dSδδ（W + S ）= 0
δ c（W + S ）= 0
δc2γ E
σ ² =2γ 2γ
E E
ここから、σ ² σ=² = πc
πc πc
2γ E
σ ² = 2γ Eのいわゆるグリフィスの公式が得られる。
σ ² = πcπcここで述べた導出法は厳密なものではないが、原理の理解には役立つだろう。

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

271

6.5

棚エネルギーの特定の百分率（例：50 %）となる温度、

戦後発達した様々な破壊靭性評価試験法20）-22）

破面率が特定の百分率（例：50 %）となる温度、横膨出量が特性の値となる温度などが紹介されている。

アメリカでの戦時標準船の脆性破壊を契機に、溶接継手のように元々内部にき裂がある疑いが強い構造、

6.5.2

落重試験（ここでは、Naval ResearchLaboratory による落重試験を紹介する）

もしくはき裂ができやすい構造を前提に、「き裂を持つ構造が破壊に耐えうる力学的環境の上限」を定めら

JIS には規定されていないが、｢JEAC 4202：フェ

れないかという試みが大展開した。この「力学的環境

ライト鋼の落重試験方法 ｣（原子力規格委員会）24）がの上限」を「破壊靭性」とし、定まった評価法で実測ある。

された上限を「破壊靭性値」と呼ぶことが多いが、ここでは単に「破壊靭性」と呼ぶことにする。

爆発、衝突などの急速変形によって、鉄鋼はへき開を起こしやすくなる（変形速度が増加すると遷移温度破壊が実際問題となるのは実構造物なので、実体寸が上昇するという説明が一般的）。その脆性き裂が瞬法の大型の装置立てで、力学的環境の上限を決定する

時に板厚を貫通すれば大事故になるが、へき開がわずのが本筋である。だが、大型試験を常とするのは無理

か起きてもそれが成長しない上限の温度（Nil-Ductilityである。大型の実条件を再現できる小型模擬試験が望Transition Temperature）を判定する。小型だが十ましい。

分な厚さ（5/8 インチ以上）を持つ板材に切欠を加工

破壊靭性の考え方に違いはあっても、延性域と脆性した試験片を使う。負荷は「動的」である。

域の境界をどう定めるかが一番大事だろう。脆性域を他の落重試験法でも動的負荷下で脆性き裂の成長を何で決定するか、温度で見るか、応力、歪で見るかな

抑制する力学的限界条件を求める点が共通している。

ど、決定法の選択肢は多々あり得る。微視的に破壊形態を見る立場からすると金属で完全な脆性破壊を断定

6.5.3

平面歪破壊靭性試験

しにくいが、極めて小さな仕事で急激に破壊する事象

JIS G 0564：金属材料－平面ひずみ破壊じん（靭）として脆性破壊を扱うことは力学的には妥当である。

性 試 験 方 法 は、2020 年 に JIS か ら 廃 止 25） さ れ て い

また、破壊はマクロな観点で論じるのが好都合である。廃止の理由は「対応国際規格である ISO 12737 はる。き裂の成長開始条件を定めるのか、き裂の高速成

2010 年に廃止された。使用実態もないことから廃止

長条件を定めるのか、き裂成長の抑制条件を定めるのする」となっている。

か、いろいろな視点があるが、全体としては、き裂成

元々脆性材料であれば気にすることもないが、金属長を効果的に抑制する力学的条件を定めるのが大事と材料ではき裂周りに「平面歪」状態が実現できるよう考える。

にし、き裂先端近傍の「小規模降伏」しか「塑性変形」
を許さないという構えとなっている。試験においては、

6.5.1

シャルピー試験

き裂が成長し始める荷重をどう決定するか、求めた荷JIS Z 2242：金属材料のシャルピー衝撃試験方法

23）

重が仮定条件を満たすかの検証が大事になる。負荷は「静的」な部類である。

が JIS に規定されている。
動的負荷による破断吸収エネルギー結果が基準値以「平面歪」検証は意外と壁になる。例えば、フェラ下である試験温度を脆性域と判定する。歴史的に有名

イト鋼は十分な低温では「脆性材料」だが、室温ではなのはアメリカの船体構造委員会が戦時標準船の脆性

強度水準が低い「延性材料」なので、「平面歪」条件

破壊を調査、分析して定めた「10 ft-lb（もしくは 15 ft-

を満たしにくい。試験片の板厚をかなり増やせば「平lb）」で、長年定着している。この基準値の採用によっ

面歪」条件を満たせるようになるが、それでは「小型て著しく破損事故は減ったが皆無とはならなかった。

試験法」ではなくなる。「延性材料」であるオーステ

そこでイギリスの船級協会が再検討して延性破面率ナイト鋼では、相当強度水準が高くないと「平面歪」

30 ％以上も考慮した 35 ft-lb がより安全であると結論

条件を満たせない。極めて単純化していえば、この方付けた。これは厚鋼板の溶接構造船体等に積極的に適法は破壊靭性が低いものには有効だが、高いものには用されている。負荷は「動的」である。

あまり「有効」でない。

JIS Z 2242：金属材料のシャルピー衝撃試験方法での「遷移温度」の決め方は、ここで述べた既定の吸収エネルギーとなる温度の他に、吸収エネルギーが上部

272

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

6.5.4

J 積分

JSME S001：弾塑性破壊靭性 JIC 試験法（増補第 1

26）版）
を日本機械学会が定めている（1981 年 10 月 15 日、増補版 1992 年 2 月 29 日）。

こうやって決定される限界 COD は、様々な構造体においてき裂の存在を前提とした際にき裂が成長開始

これは学理的には線形破壊力学の発展形になる。
『弾する力学的条件の数値シミュレーションに使いやすそ塑性破壊靭性』とするようにのっけから弾塑性体を対うである。また、脆性とか延性とかをことさら議論し象にしている。したがって、延性的過ぎて有効な破壊なくともよい点も、違和感を持たれにくい基準となり靭性値が得られない場合、エンジニアリング的には受やすいように思える。

け入れやすい。

鉄鋼では、予め入れたき裂がそのまま「脆性き裂」

学理的な点を避けて説明すれば、負荷を増加していとして自動的に成長しないことが多い。図表 6.04 の

くと J 積分が上昇しまずはき裂が「開口」するだけだように多くの場合、き裂の成長に先立って、き裂の開が、さらに J 積分を上昇させると「き裂」が安定成長

口が観察される。き裂が成長し始める限界の開口量がするようになり、最後には急速成長し試験片の破断にあるというのは、現象的には理解しやすい。

至る。この「安定」成長開始の J 積分値を限界値として求める。

耐き裂性評価は構造体におけるき裂計測技術と結びつくのが良い。き裂の大きさが分かれば、構造体内のいくつかの方法があるが、試験片、き裂の形状、大き裂の位置に即して、限界の力学的条件を算出できる。

きさと荷重により J 積分は計算できるので、「き裂成より小さなき裂を検出できれば、安全監視がより確実長」をなんらかの方法で測れれば良い。

になる。構造物に建造の段階で既にき裂が発生している、または使用段階で気づかずき裂が発生するという

6.5.5

小型 COD 試験

前提で、耐き裂性評価を行うとより安全側になる。

WES 1108：亀裂先端開口変位（CTOD）試験方法を、
日本溶接協会が定めている。JISには規定されていない。
イギリスでは、アメリカの平面歪破壊靭性試験法
での三点曲げ試験片を外形的にはそのまま使い、限界 COD を定めるという規準を定めた。大きな特徴は、

6.6 今後の展望（1）脆性遷移条件判定法の重要性

疲労予き裂を導入する際に応力拡大係数の平面歪条件

鉄鋼で脆性では延性―脆性遷移現象が大事である。

を満たせばよいと単純化した点、そしてき裂が成長し大きな犠牲と損失をもたらす構造物の低エネルギー、始める荷重の決定ではなくその予き裂が成長し始める

急速破断を防止することを第一義として、実寸法の構時の限界 COD（Crack Opening Displacement）を計造体における急速破断を抑制できる力学的条件を小型測することに換えた点にある。
この試験での負荷は「静試験法で再現できることが期待される。この点で、
シャ的」にも「動的」にも与えることができる。

ルピー試験もしくは落重試験は動的試験でもあり有効

図表 6.04 き裂導入、き裂開口、き裂成長（筆者作成）
開口の段階で、き裂先端に塑性変形が生じる

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査273

性は今後とも変わらないだろう。

8）A. A. Griffith, The Phenomena of Rupture andFlow in Solids, Phl. Trans., A, 221（1920）, 163-198（2）耐き裂性判定法の展開に大きな期待
耐き裂性判定においては、小型化、簡便化、低コスト化を図り、力学的条件を再現でき、耐き裂性の限界

9）W. Wiebull, A Statistical Theory of the Strengthof Materials, Ingeniörs Etanskaps Akademien,151,（1939）, 1-45基準を実験的に求めることがますます大事になる。さ10）室井嘉治馬 , 武内武夫 , 衝撃試驗に於ける衝撃エ

らに、実構造模擬の大型試験結果、実構造でのき裂実

ネルギーの衝撃値に及ぼす影響に就て ,   鐵と鋼 ,測を結び付け、数値シミュレーションによって実構造の「き裂」管理、耐き裂性を保障するような展開が望

9,（1923）, 552-557
11）吉 川晴十 , 錬鐵の衝撃抗力に就て , 鐵と鋼 , 14,（1928）, 228-243

まれる。

12）室井嘉治馬 , 衝撃に對する合金鋼の二三の性質 ,  
（3）脆性論のさらなる発展に期待
グリフィスの脆性理論は、き裂の成長基準を考える
基本となっているが、弾性、塑性が共存する鉄鋼での耐き裂性の試験法への適用では、未解決部分を残したままになっている。鉄鋼の脆性を完全に理解するにはさらなる追究が必要である。き裂がない状態からのき裂発生を論じる脆性論の発展も待たれる。

其の一 , 衝撃屈曲試驗に於ける力－變形曲線 , 鐵と鋼 , 18,（1932）, 922-941
13）渡辺三郎 , 永澤清 , 鋼の低温度脆性及び燒鈍鋼の
急冷脆性 ,  鐵と鋼 , 21,（1935）, 880-887
14）永澤清 , 鋼の低温脆性の原因に就て , 鐵と鋼 ,  22,
（1936）, 774-785
15）池島俊雄 , 合金鋼の低温脆性に就いて（第 1，2，3 報）, 日本金屬學會誌 , 8,（1944）, 97-106

参考・引用文献16）壽 時富彌 , 低温脆性の機構 , 日本金屬學會誌 , 9,1）W. C. Unwin, The Testing of Materials of Construction, Longmans Green, London,（1899）
2）R. A. Hadfield, Experiments relating to the effect17）吉川晴十 , 脆性に起因する鋼材の破斷に就て , 機械學會誌 , 31,（1928）, 159-168

on mechanical and other properties of iron and18）Ryonosuke Yamada, On the Relation between

its alloys produced by liquid air temperature,

Stress and Strain in the Impact Test, 機械學會Journal of the Iron and Steel Institute, 67,（1905）,

誌 ,  31,（1928）, 420-446
19）柏原方勝 , 鋼の低温脆性に就て , 日本機械學會論

147-2193）W. Roberts-Austen, An Introduction to the Studyof Metallurgy, Charles Griffin, London,（1902）,

文集 , 12,（1947）, 115-118
20）L. M. カチャノフ , 破壊力学の基礎 ,（1974）, 大
橋義夫訳 , 森北出版 , 東京 ,（1977）

194）A. H. Hiorns, Principles of Metallurgy, Macmillan,21）岡 村 博 之 , 線 形 破 壊 力 学 入 門 , 培 風 館 , 東 京 ,（1976）

London,（1914）
5）M. G. Charpy, Note sur l’ essai des métaux à laflexion par choc de barreaux entaillés, Mémoire22）金 沢武 , 越賀房夫 , 脆性破壊 2= 破壊靭性試験 ,  
培風館 , 東京 ,（1977）

et comptes rendus de la Société des ingénieurs

23）日本規格協会グループ , JIS Z 2242：2018 金属材

civils de France, Juni,（1901） ※ こ の 和 訳 題 目

料のシャルピー衝撃試験方法 , https://webdesk.

「ノッチ付きバーの衝撃曲げによる金属の試験」はjsa.or.jp/books/W11M0090/?bunsyo_id=JIS%20

1901 年 9 月 , ブダペストでの国際試験材料協会でZ%202242:2018,（2022 年 11 月 2 日閲覧）24）原 子力規格委員会 , JEAC 4202-2004 フェライト

発表された。
6）藤井芳郎 , 低温度に於ける金屬の蔕脆性 , 金属の研鋼 の 落 重 試 験 方 法 , https://nusc.jp/jeac/4202/
jeac4202.html,  （2022 年 11 月 2 日閲覧）

究 , 12,（1935）, 189-209

274（1945）, 1-3

7）A. B. Kinzel, W. Crafts and J. Egan, Fine-grained25）日本規格グループ , JIS G 0564：1999 金属材料―

Structural Steels for Low- temperature Pres-

平面ひずみ破壊じん（靱）性試験方法 , https://sure-vessel Service, Transactions of the Ameri-

webdesk.jsa.or.jp/books/W11M0090/index

can Institute of Mining and Metallurgical Engi-/?bunsyo_id=JIS+G+0564%3A1999,（2022年11 月

neers, 125,（1937）, 560-593

2 日閲覧）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March26）日 本 機 械 学 会 ,   規 格 基 準 類 と は , 学 会 基 準 ,27）日本規格協会グループ , WES 1108：2016 亀裂先https://www.jsme.or.jp/std/standards/,  （2022端開口変位（CTOD）試験方法 , https://webdesk.

年 11 月 2 日閲覧）

jsa.or.jp/preview/pre_WES_1108_000_000_
j___2016.pdf,  （2022 年 11 月 2 日閲覧）

『線形破壊力学』に戸惑う
鉄鋼材料研究者を自負する筆者からすると、材料力学は理路整然としており、そのとおり理解するしかないという圧迫感を感じることが多い。特に、『線形破壊力学（fracture mechanics）』においては、前提条件をすんなりと受け入れられない段階で面食らっているのに、突然、論考が先に進んでしまい、ついていけなくなったりすることが多い。
線形破壊力学は、「連続体力学」というより「線形弾性論」として読んでもよいのではないかと思うが、それも、近似仮定を出発点としている。この近似仮定が筆者の躓きの原因となる。
すなわち、扱う材料が弾性体近似できると断った後にすぐに、き裂先端に十分小さい塑性域ができる（そこ以外は弾性変形する）という。こう言われて、戸惑わない材料研究者は少ないだろう。
ところが、実際に、線形破壊力学に基づく材料試験を自分でやってみると、なるほどと頷くのも不思議なところだ。
グリフィスは、鋭いき裂を仮定した（あるかどうかは確かめないで「無いもの」を「ある」と仮定した）。
それで試験片のある部分に、「鋭いき裂」を見なせるものをなんとか作ったとしよう。さあ、これにある限界値以上に応力を掛けるとき裂は確かに成長する。だが、簡単に問屋が卸さない。
「鋭いき裂」の先端近傍に塑性変形が生じて後、初めてき裂が成長を始めるのだ。これは「鋭いき裂」が十分鋭くないので、「鋭さ」を増すためにさらに仕事が必要なのかと思ったりするが、試験温度が十分脆性となる温度域であって、新しい破面がき裂先端から完全に脆性となると見なせる場合にも、しっかり観察するとどうもき裂先端と脆性破面域の間や脆性破面上にわずかな「塑性変形」の形跡があるので、単純にグリフィスの仮定は実際にはそぐわないと納得する。
Irwin（1948 年）、Orowan（1949 年）は、これらのことを勘案し、グリフィスの表面張力項に、塑性仕事項を加算することを提案した。
驚くべきことに（筆者は心底驚いた）、
後者が前者の千倍程度に見積もられるとした。表面張力項が 0.1 %しか占めないとしたら、それは表面張力を考える意味はほぼないのではないかと思った。さらに、初学者からすると、それは「グリフィスき裂（脆性）」ではなくて、延性き裂とならないのかと心配した。妥協
しないと前に進めないので、まあ元来「グリフィスき裂」は「実在」しないので、概念としては、「き裂に伴う新しい表面を試験片内部に作るのに必要な仕事」と割り切り、「き裂の成長の力学的クライテリア」
をエンジニアリング的に定める方法と割り切ることにした。
慣れ親しんでくるとこの試験によって求めた破壊靭性のバラツキは大きくないことを認める。試験を繰
返し、対象材料の種類を拡大していくと、試験法の再現性にも自信がついてくる。
だが、同時に、弾性体としての脆性を計測しようとしているのに、実は材料のもつ塑性を測っているのではないかとの疑念がいよいよ高まってくる。実は、この「納得感」と「違和感」の同居は、破壊靭性（き裂を有する材料が破壊に耐えうる力学的環境の上限）の様々な試験法のどれをとっても多かれ少なかれ共通して抱くものである。
破壊力学の大先輩の中にも、破壊靭性も「耐き裂性」と理解し、そう表現すべきだと早くから述べている人たちもいるので、この辺りの違和感は材料研究者に限らないようだ。

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査275

7 高サイクル疲労
疲労破壊に出逢った頃は、鉄鋼は「弾性材料」と見なされていた。
「弾性」であれば破断荷重以下の負荷を永遠に繰返しても可逆的な弾性変形しかしないので、

7.1 金属疲労との闘いの始まり

破壊は勿論、変形すら生じないと考えるべきである。

金属が繰返し応力を受けると静的破断荷重よりはる

実際には引張強さより低い力学条件で疲労破壊する。

かに小さい荷重で破断することを現場技術者達は早くこの問題への工学的取り組みが疲労研究の歴史であから知っていたようだ。鉄道建設が進むにつれ、機関る。長時間使う場合、疲労破壊しない力学条件を知り車の車軸の疲労問題が非常に重要になった。例えば、7たいというのが狙いになる。

万 km 走行すると鉄道の車軸の断面急変部、特に鋭い

高サイクル疲労は、負荷パターンの繰返し回数を数

凹角部に小さなき裂が現われる傾向があるので、7 万えるという意味で時間依存型の材料負荷によって生じkm 走ったら車軸を注意深く調べるように勧めていたとる破損である。
負荷が材料内部に蓄積もしくは作用し、いう。

き裂が発生し、成長、破損に至ると整理されてきた。

外観は良好な車軸が何年か使用の後予期せず破損す

負荷が蓄積しない負荷パターンがあるのか、蓄積してるのは、鍛鉄の繊維組織がしだいに結晶構造状態になもき裂が発生しないのか、き裂が発生しても成長しなるからだと説明されていた。だが現場の技師たちはこいのか…などと考えながら読んでいただきたい。

の理論に同意できなかった。例えば長く使った軸を観察しても金属の内部構造には変化はなかった。むしろ

ヴェーラーは繰返し応力のかけ方をいろいろと変えて実験した。

図表 7.01 S（応力振幅）-N（破断までの繰返し数）曲線。
かつてはヴェーラー線図と呼ばれた。
（筆者作成）

276

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

車軸の形状が決定的という気づきが生まれていたよう

実験は回転曲げ方式で行ったが、彼はさらにねじり方

だが、繊維性から結晶性への遷移説も根強く残った。

式、軸力方式の実験も行い、図表 7.01 の整理をすれこの問題は 19 世紀後半から各国の機械学会での主要ばすべての実験データが一本に集約されることを確認な議論テーマになった。この頃までは弾性変形の理解した。ここから S-N 曲線の整理が生まれた。

は深まっていたが、「塑性変形」はよく理解されていS-N 曲線では、X 軸の破断までの繰返し数は対数で表さなければならないほどの広い範囲となる。106 回なかった。
このような中で、金属疲労に関する材料力学を大き（百万回）辺りで破断しない領域に入ることも経験的く前進させたヴェーラー、バウシンガーなどが現れるに知られた。彼はこれを耐久限度（endurance limit）（以上は、主に 3 章の参考・引用文献 1 に基づく）。

とした（現在では疲労限界、疲労限（fatigue limit）と呼ばれることが多い）。

7.1.1

ヴェーラー（A. Wöhler、1819 年～1914 年、
ドイツ

フランクフルト）

限られた時間内でこれだけの繰返し数を稼ぐには、回転速度をできるだけ速くしながら一定の繰返し応力

ヴェーラーはプロシアのハノーバー州で学校長の家を維持しなくてはならない。この点でも納得できる試に生まれ、ハノーバー工科大学を卒業後、汽車会社で験機をヴェーラーは開発できていた。ヴェーラーの凄

鉄道建設の実地訓練を受けた。1843 年に汽車製造のさが分かる。

研究のためにベルギーに派遣された。帰国後、鉄道関

しかしながら時間と経費をできるだけ節約したい。

係の機械工場を任され、1847 年には車両と機械の工

そこで、ヴェーラーは疲労限と静的な力学的性質との場を担当して、それから 23 年間フランクフルトに留関係を見出そうとした。この完全解は今でも得られてまり、金属の疲労強さの研究に取り組んだ。

いない。それでもヴェーラーが提案した「許容応力

材料の信頼性向上を考える際の出発点であり最重要（working stress）」は大発明と言える。彼は、許容応

点は、実験結果が正確でありかつ再現性が得られる試力を一様引張応力の場合は引張強さの 1/2、繰返し応

験法を持つことである。実物実験は大掛かりで大変で力の場合は疲労限の 1/2 とすることを提案した。安全ある。同じ設計図から全く同じ実物ができるかの確証率で言えば 2 である。安全率という考え方に確たる根もない。それに対して、なるべく寸法の小さい試験片

拠がある訳でないが、設計上の指針としては定着してに模擬負荷を与えることで実物での結果を再現できるいる。ヴェーラーは引張強さを基準に置いた。何を基試験法があると良い。さらにその試験法が理論的にも準と置くかも後年の研究課題となっていく。

実用的に信頼性が十分に高く、経験の蓄積で正当性を

S-N 曲線を使う中でヴェーラー自身が極めて重要な高めていくのが望まれる。改良が加わることで益々信示唆を得ている。構造物、機械では、最大応力が同程頼性が向上していくものでなければ試験法は生き残れ度に大きい箇所でも、両振り繰返し応力の振幅が小さない。ヴェーラーはこの点で最初に成功した材料力学

いところは金属疲労の心配が低くなる。両振り繰返し研究者だと思う。

応力がかかり、応力振幅が相対的に大きくなる機械部

彼の業績は広範囲に及ぶが、今でも「ヴェーラー

品では、金属疲労が大事になると見抜いた。橋梁桁や線図」として記憶されている図に基本業績は凝集さ

レールでの金属疲労は勿論だが、機械部品での金属疲れている。S は Stress amplitude（応力振幅）、N は労に注意を向かせるきっかけになった。

Number of cycles to failure（破断までの繰返し数）

このように、金属疲労の科学的研究の扉を開いたの頭文字をとって、
現在は S-N 曲線と呼ばれている（図ヴェーラーの貢献は大きい。彼は必要な試験機と測定

表 7.01）。この整理はなぜ破損するのかという原理は器をすべて自ら試作した。力と変形を精度よく測るた

分からなくても、疲労での耐破損性の工学的な判断にめに厳しい設計条件をつけたので、彼の試験機は金属使える。

材料の試験方法全般にも大きな進歩をもたらした。ここの図での Y 軸は応力ではなく応力振幅（最大応れも引き継ぐべき重要な教訓である。

力と最小応力の差の半分）である。実験（Ⅰ）では、平均応力を一定（= 0）として応力振幅を変化させた。
そうすると応力振幅が大きくなるにつれて破断までの

7.1.2 ヨ ハン・バウシンガー（Johann Bauschinger、1834 年～ 1893 年、ドイツ ミュンヘン）繰返し数が減少した。実験（Ⅱ）では、最大応力を一バウシンガーは、ニュルンベルクで職人の家庭に生定にして応力振幅を変化させたら、応力振幅と破断ままれ、ニュルンベルク商業学校と工科大学で教育を受での繰返し数の関係は実験（Ⅰ）の結果に重なった。

けた。ミュンヘン大学に進学できて、数学と物理学を鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査277

図表 7.02

降伏点、歪時効の発見（筆者作成）

学んだ後、1857年フィアースの商業学校の教師になった。

の際の弾性限が引張変形の際のそれより低下すること

その後、1868 年以降亡くなるまで、ミュンヘン工科を見つけた（バウシンガー効果、図表 7.03）。低下し大学の Engineering Mechanics 教授を務めた。材料

た弾性限を圧縮変形で増やすことができるが、圧縮力

力学におけるバウシンガー効果（以下に紹介する）は、がある限界を越えると、今度は引張変形の際の弾性彼にちなんで名付けられた。

限が低下する。試験片に何サイクルかの荷重を加え彼は、ミュンヘン工科大学の機械試験機の責任者でると、荷重範囲内での引張―圧縮で完全弾性を示すよあり、徹底的に精緻で精度の高い実験に拘った。弾性うになる。バウシンガーはこれを引張および圧縮の自歪を精密に測定するために、歪の精度が 1 × 10 の鏡然（natural）弾性限とよんだ。そして、初期（initial）

式伸び計を発明した。これを使って、純鉄および軟鋼

弾性限は製造工程によるが、自然弾性限は“真”の物の引張試験を行い、ある限界まで伸びが荷重に比例し理的特性を示すものと考えた。試験片が自然弾性限内て増加し、除荷しても残留歪がないことに気づいた。

にあるかぎり、無限の繰返し荷重に耐えられ、疲労破

これから、鉄あるいは鋼の弾性限（elastic limit）は壊はないと断言した。

-6比例限（proportional limit）と一致するとした（※現バウシンガーの断言の重要な意味は、金属疲労は弾在ではこれは正しいとは言えない。
より正確に言えば、性変形内では生じない、弾性変形を越えて起こる、と比例限＜弾性限である）。

いうことである。自然な発想とも言える。このようにさらに図表 7.02 のように、弾性限以上に荷重を増バウシンガーは、弾性変形の研究を深めて、後年、「塑加させていくと、伸びは荷重より速い割合で増加し始め、ある荷重で急に変形が増加し、この荷重を一定に保っておけば時間とともに変形はたえず増加を続けた。この荷重を降伏点（yield point）とした。軟鋼の降伏点は、降伏点以上に荷重を加えて一端除荷した後に、すぐに再負荷すると弾性限は低くなるが、降伏点は増加する。除荷後、何日か置いて再負荷すると、弾性は回復し、弾性限、降伏点とも増加した。これは後世、「歪時効」と名付けられる現象の最初の観察である（※現在では、降伏点以上の変形で導入された格子欠陥が炭素原子と結びついて生じる現象とされている）。
バウシンガーは軟鋼に繰返し負荷をかけたとき、弾性限以上に引張変形した試験片を圧縮変形すると、そ278

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

図表 7.03

バウシンガー効果の説明例（筆者作成）

性変形」と呼ばれる変形現象に大きく足を踏み入れたがある閾値以上となるいくつかの結晶の表面に直線的研究者である。バウシンガーも極めて精密な測定に心なすべり帯（slip bands）が現われた。すべり帯は繰

を砕き、自ら測定道具を開発したことを特筆しておき返しが進むにつれて広がるように見え、終にはすべりたい（※弾性ヒステリシスまでには踏み込んだと言え帯のひとつからき裂が発生した。ハンフリーによるすない点にはご留意いただきたい）。

べり帯の観察は、金属結晶の塑性変形モデルと合致しており、疲労現象が塑性変形と不可分なことも物語っ

7.1.3

機械部品の金属疲労ている。この観察が、疲労破壊のき裂が表面にまず生機械工業の発展にともない、使用中の機械的破損の主要な原因となる、機械部品の疲労が 20 世紀におけるじ、それが内部に広がっていき、最終的な破断に至るという考え方を定着させていく。

材料試験所の最も重要な研究分野の一つとなっていく。

ほとんどの疲労き裂は応力集中点から始まるという

疲労限と静的試験で求めうる他の機械的特性との間知見は苦い経験から得られた。応力集中は機械部品のの関係については、両振り繰返し応力を受ける鉄鋼の隅部、みぞ、孔、キーみぞなどに生じる。これは幾何

疲労限は、近似的に、（0.40 ～ 0.55）×引張強さとな

学的には必然なので、現場的には応力集中を減らす工ることがほぼ一般的に見られるようになった。

夫が常識的処置となった。

バウジンガーが示したヒステリシスと疲労との関係も調べられた。繰返し応力によって比例限は一定値に近づく。この限界が疲労の安全範囲を決めるだろうと思われた。ヒステリシスの幅が繰返し応力の最大値とほぼ直線関係になった。この直線の応力軸切片が応力の安全上限を決めるとされ、それが疲労限と関連付けられた。

7.2 戦前の足跡【機械学会】
疲労に関する報告数は極めて多い。会誌には、試験機の開発と試験法の詳細に関する検討が多い。試験機

1903 年にユーイング（J. A. Ewing）とハンフリーの開発については、欧米からの輸入の他に、松村式繰（J. C. W. Humfrey） が繰返し変形によって試験片表

返打撃試験機（松村鶴造、京都帝国大学）、小野式回面にすべり帯ができることを初めて報告した。彼らは

転曲げ疲労試験機（小野鑑正、1911 年九州帝国大学、

スウェーデン鋼試験片の表面をよく磨いて、繰返し応

1936 年東京帝国大学）、西原式引張圧縮疲労試験機（西力を加えながら表面を顕微鏡で観察した。すると応力

原利夫、京都帝国大学）など大学教授の苗字を冠した

1）

図表 7.04 「耐久力線図」（文献 2 を参考に筆者が作成）

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

279

試験機が多いのが面白い。それ以外にも試験機の開発

海外の報告にもあまり見られないとして、ノッチの形

報告や、海外製の試験機（ヘエー式、シェンク式など）状、屈曲部の曲率半径の違いが、破断寿命に大きな影の紹介も多い。

響を及ぼす 7）ことを示し、単にノッチの有無を示すの

論文集 5 巻（1939 年）に、西原利夫（京都帝国大学）
らによる「耐久力線図」 （図表 7.04
2）

現在では「疲では不十分で、ノッチの形状、大きさなどを明確に示さないと相互比較はできないことを訴えている。

労限度線図」と呼ばれるものの原形）が示されている。

「鉄と鋼」ではこれ以降、疲労に触れた報告は見当

これは横軸に平均応力、縦軸に応力振幅を置き、こたらない。しかし、次に紹介する「日本金属学会誌」の図の中に、両振耐久限 A、降伏強さ R,S,S’ と置く。

には、それに続くようにほぼ毎巻、疲労に関する報告もし真の破断応力 T が与えられれば、A と T を結ぶが掲載されている。

直線を引き、
三角形 RSS’ の辺との交点を B、B’ を得る。
そうすると多角形 B’ BSS’ で囲まれた領域が「安全使【日本金属学会誌】

用範囲」になる。実験的には下の図のように諸条件で1 巻（1937 年）には、高橋越二、鹽谷喜久男（住友

疲労破壊の有無を調べ、「安全使用範囲」内での境界

金属工業）が、螺旋発条の繰返圧縮を行う実験装置をと A 点を通る直線を引き、横軸との交点を T とする。

開発 8） したことを報告している。工学的方法で負荷応力の時間変化を求めたことは注目に値する。変動応【鉄と鋼】

力となっていることが明らかである。

12 巻（1926 年）に、藤井寛（日本製鋼所）は、疲

4 巻（1940 年）〜 5 巻（1941 年）に、大柴文雄（米労した材料はどうすればその損傷を回復できるかとい

沢高等工業学校）が 5 回にわたって『金属の疲労』をう関心から検討した結果 3） を報告している。損傷は

解説 9） している。ヴェーラー線図の紹介を基礎にし焼もどし処理で回復できるとしている。

ている。詳細内容は、欧米での先端研究を参考にした

14 巻（1928 年）に、松下徳治郎、永澤清、小松桂

もので、日本では 1930 年以降機械学会で報告された之助（日本特殊鋼）が、種々の鉄鋼の焼もどし温度と研究成果を紹介している。この辺りで、知見としては

疲労寿命の関係

欧米に追い付いていたものと見える。

4）を調べている。

18 巻（1930 年）に、高瀬孝次（陸軍航空技術研究6 巻（1942 年）に、市原通敏、石原康正、稲垣耕司（東所）が、航空機発動機部品に使われる種々の鉄鋼につ

北帝国大学）、今野豊昌（日立兵器）が、疲労試験にいて、特に焼もどし温度による疲労寿命、衝撃値など

おいて生じる疲労変形 10） を詳細に検討している。注の変化を極めて詳細に報告 5）している。
「繰返し打撃目すべきは、試験片に係る応力、応力幅を一定に保つ

エネルギーと破断回数」の関係図を示していることに機構を設計したことである。（この調査の限りおいて、注目した。本稿で紹介する戦前の学術誌には、いわゆ

日本での）このような機構の初めて報告となる。

るヴェーラー曲線は見当たらない。戦前疲労試験に使佐藤忠雄（海軍航空技術研究所）が、対象が超ジュわれたのは、松村式繰返打撃試験機という名称が表す

ラルミンだが、シェンク式繰返し曲げ疲労試験機（負ように、設定された打撃エネルギーが繰返し試験片に荷応力、応力範囲を一定に保つことができる形式）で、負荷される方式で、試験片にかかっていた応力、応力

重複荷重の影響を求めている。設計の参考値として信

振幅の一定性が保証できない方式のものだったことが頼性の高い試験手法が共有されてきていることが窺わ背景にある。

れる。

19 巻（1933 年）には、大阪工業大学に移った藤井

7 巻（1943 年）では、神戸製鋼所に移った大柴文雄

寛が小林幸一と連名で、疲労き裂の起源に関する微視が、松村式試験機で炭素鋼のノッチ加工試験片を用い、的なモデル 6）を論じている。

ノッチ底の側面での疲労き裂の発生と進展 11） を観察『応力の繰返によってまずすべり面を生じ、試料のしている。同様に砂時計型試験片を用い、小野式疲労

表面、結晶粒界、鉱滓、気泡など材質の均等でない場試験機で同様の試みをしている。

所では凸凹がだんだん甚だしくなる。空隙がますます

8 巻（1944 年）および 9 巻（1945 年）には、津田覚（中大きくなって、ある程度以上の応力の下ではそれが初

央航空研究所）が、Ｘ線回折装置を疲労過程の観察に期き裂となって、終に決定的き裂となる。
（筆者：現

利用 12）しようとした報告がある。その続報が、11 巻

代語に直している）』という考察は、そのモデルが十（1947 年）に 2 報見られる。いずれも物性論的な視点分ではないとしても現在も通じる。

である。

20 巻（1934 年）に、玉置正一（日本特殊鋼）は、

280

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

9 巻（1945 年）には、石田制一（海軍技術研究所）

が異なった試験機を用いて疲労結果を比較した報告

疲労試験機、衝撃疲労試験機について述べている。

13）がある。ヘエー式引張圧縮、小野式回転曲げ、シェそれぞれの得失を整理している。衝撃疲労試験機

ンク式回転曲げ、アプトンルイス型の 4 種類を比較使

は、応力の測定と一定制御が困難で、繰返し速度用している。いずれもきちんと調整すれば性能通りのに上限があるなどの欠点から使用例が減っている

使い方はできるとしているが、得られる試験結果におことに言及している。

いて試験機間の比較に問題があったことが窺える。

これほどの多様多種の試験機が使われているとする

13 巻（1949 年）には、川田雄一（東北大学）によと一般的に言って、基準値を得ること自体が難しく、相る表面仕上げが疲労限に及ぼす影響、軸に直角方向互比較する客観的根拠を得ることも難しい。一方、疲にあけた孔の疲労限への影響を調べた 2 報 14）がある。

労の性質を明らかにする要求はいっそう高まっていく。

小野式試験機を用い、ヴェーラー曲線を描いて比較し「材料」第 12 巻（1962 年）第 115 号掲載の報告「日ている。表面仕上げでは、サンドブラスト＞エメリー

本材料学会疲労試験方法規格および同規格解説につい仕上げ＞旋盤加工ままという現在では常識となったこ

16）て」は、日本材料学会疲労部門委員会が、1962 年に「工とが示されている。

業技術院より日本材料学会に疲労試験方法の JIS 規格

このように、海外の文献から総合的に知見が紹介さ

原案作成が委託され」ており、その原案が「日本材料れ、効率的に取りこまれている。しかし、当時の試験学会規格」を母体としていることを紹介している。
「日

機は応力、応力振幅の精度よい制御に難があったよう

本材料学会規格」の作成の際に、ドイツ、イギリスのだ。1940 年以降欧米でのこの点での知見も正しく理関係規格を参考にしようとしたが、一般的な解説の域解され、データ整理もいわゆるヴェーラー曲線を基礎を出ないもので試験法規格としての十分な参考例とはとするように急速に進んだ。一方、疲労き裂の発生、ならなかったので、独自の成案を得るために審議、試発展の観測とその原理的説明に鋭い視点が見られるの験を繰返した苦労も述べている。以後、疲労試験法には日本に特徴的な一面のように思われる。

係る JIS 規格の制定、改正、見直しなどには日本材料学会が積極的に関与している。

7.3 戦後、まず試験法の統一に向けて「材料試験」第 3 巻（1954 年）第 13 号に「疲労試験機」というタイトルの疲労部門委員会による総説 15） がある。
（「材料試験」誌は、1952 年創刊の材料学会発行の学術誌で、1963 年に「材料」と名称変更している。）
これからいくつかの点が読み取れる。
• 多種多様な疲労試験機を分類している

疲労試験法の JIS 規格が成立したのは 1974 年となったが、その後、広く定着している。

7.4 金材技研「疲れデータシート」事業

17）

金属材料技術研究所では、1969 年度以降 4 ヶ年計
画で疲れ試験関係の整傭に着手し、1972 年度に完成をみた。完成時の規模は、人員 28 名、疲れ試鹸機 73

応力（平面曲げ、回転曲げ、引張圧縮、ねじり、台、建物延面積 2 100 ㎡となり、1974 年度に疲れに関組合せ）、駆動方式（クランク、回転、遠心力、する受託研究が開始され、1975 年 3 月には疲れデータ

電磁力、油圧、圧縮空気）、共振性（非共振型、シ一ト作成に関する「金材技研疲れデータシート懇談

準共振型、共振型）などに分類しているが、特に「荷会」が組織された。そこで、審議されまとめられた「国重一定型」か「変形一定型」かという制御方式に

産実用金属材料の疲れデータシート作成計画」は、骨注目している。

格は「クリープデータシート」（後述）のそれを踏襲

疲労試験の経過中に微小なき裂が発生すれば、荷したものとなった。

重制御型では変形量が増大し、比較的速やかに破大きな目標は、疲れ強さに影響を及ぼす、金属学的断に至ると考えられるが、変形制御型では荷重が因子、形状寸法因子、環境条件など多くの因子の作用

低下し、き裂の成長が緩やかになる恐れがあるのを解きほぐしていくことにあったと類推される。とこで、「なるべく荷重一定型が望ましい」としている。

ろが、既に各所で取得、蓄積されていた膨大なデータ• それぞれのタイプの試験機について客観的に講評からそのような知見を導き出すことができなかった。

している

そこで、試験材料を国内の代表的な企業における通常

回転曲げ疲労試験機、平面曲げ疲労試験機、引張の製品の内から新しく採取し、標準試験法に基づいた

圧縮疲労試験機、ねじり疲労試験機、組合せ応力疲れ試験を行い、データ整理までを一貫して金材技研
鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

281

で実施して、すべての関係者が共通基盤として共有で「試験データ」を計画的に取得することと疲労に関きる「試験データ」をまず得ることとした。

する基礎研究、例えば、統計的疲れ試験及び解析法の具体的には 3 つのサブテーマが設定された。すなわ

研究、疲れにおける切欠感受性及びき裂伝ぱ挙動の研ち、「ばらつきを含めた基準的疲れ特性」、「溶接継手

究、突合せ溶接継手の疲れ特性の研究、組合せ荷重下の疲れ特性」、「高温疲れ特性」である。それぞれに対の疲れ特性の研究、繰返し応力歪挙動の研究、疲れ破応した分科会が組織された。材料採取、溶接、各種試

壊のフラクトグラフィ的研究、クリープ疲れ相互作用

験や測定などの方法については各分科会が詳細に検討も含めた高温疲れ特性の研究などを結合して進めるこした。

とで、得られる成果をより豊かにする姿勢を宣言してデータシートの作成は以下の JIS 規格に遵った。
Z 2273 及び Z 2274 は、1974 年に制定されたばか始まった。
金材技研疲れデータシート事業は、いったん「終了」
し、その後「再開」されている。これらのいきさつをりのものである。
• JIS Z 2273「金属材料の疲れ試験方法通則」

当事者ができる限り客観的に記述したものに、古谷• JIS Z 2274「金属材料の回転曲げ疲れ試験方法」（2011 年）18）、Furuya ら（2019 年）19）が挙げられる。

• JIS Z 3103「溶接部の引張疲れ試験方法」

本稿ではこの二つの文献を参考に、サブテーマ 1に• JIS Z 2241「金属材料の引張試験方法」

絞って照準を当てて、紹介する。

• JIS G 0567「鉄鋼材料の高温引張試験方法」
7.4.1などである。
各サブテーマの計画概要は以下のようである。

前期の疲労データシート（1974 年〜1995 年）

計 85 冊の疲労データシートが出版された。100 台（1）ばらつきを含めた基準的疲れ強さのデータシート

近い疲労試験機（回転曲げ、ねじり、軸荷重、さらにJIS 規格の機械構造用鋼について、材料規格の歪制御試験も始めた）による試験データをまとめて公範囲に対応したばらつきを含め、基準的な疲れ表した他に類例のない分量の試験データベースであ特性を求める。

る。国産実用金属材料の疲労特性基準データとなる。

（2）溶接継手の疲れ強さのデータシート

解説書である「データシート資料」も 18 冊出版され実
 用条件内の各種溶接法により作られた溶接継た。同じ試験条件で行ったので、試験法の違いによる

手の疲れ特性を、余盛形状に注目しつつ求める。

ばらつきがない。同じ規格で相当数のサンプリング（10程度）を行ったので、試験片準備条件の偏りがない。

（3）高温疲れ強さのデータシート
対象材種に関する使用の実状に応じ、高温における高サイクル範囲または低サイクル範囲、あその上で、以下のような貴重な知見が得られた（図表 7.05）。

るいは両範囲の疲れ特性を求める。

図表 7.05 引張強さと疲労限の関係（文献 18 を参考に筆者が作成）

282

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March• 当初、リンや硫黄などの不純物の影響をみるため

長期疲労に着目したのは、様々な用途でより長期でに製造番号の異なるサンプリングを意図的に行っの使用が求められるようになったこともあるが、疲労たが、試験の結果、疲労限に不純物の影響がない

限が 106回～ 107 回で現れるという「常識」が必ずしことが明らかになった。疲労限の支配因子が第一も成り立たず、ばね鋼等の高強度鋼では 108 回でも疲には静的な強度であることが示された。

労限に達しないという事例が多く認識されるように• さらに、第二の因子として、金属組織の種類の違いの影響が明白になった。

なっていたことなどが背景にある。疲労限の有無の確証は実験でしか得られない。

• また、データシートには、引張特性、硬さ、衝撃

長期疲労に挑戦するためには、試験の「加速」なし

特性なども併記してあるため、データベースの解に試験研究体制を維持するのは難しい。そこで、ひと析によって、疲労限－延性バランス、疲労限－耐つはマルチ回転曲げ試験機の積極的な活用により、一き裂性バランスなども解析できる。

本の S-N 曲線の取得に費やすべき総時間を増やさな※後日、より高強度のばね鋼の結果が加わり、図表

いように計画実施することにした。さらに、試験周波

7.05 に描き込んだように、引張強さ 1 200 MPa

数を大幅に増加させるために超高速超音波疲労試験法

以上のばね鋼の疲労限が、引張強さに依らない一を開発した。これらは従来方法による試験結果と比較定値となり、材料強度上昇の効果が得られない結して十分な再現性が確保できるかの検証を十分におこ果となっている。これはこれで貴重な安全指針をなって進めた。超音波疲労では、試験片の温度上昇の与えているし、使える高強度の向上のための課題

有効な抑制が肝要なことも明らかにし、20 kHZ を実も示している。

現した（図表 7.06）。
破断繰返し数を四桁近く増やしたこの図表 7.06 は

7.4.2

後期の疲労データシート（1997 年以降）

いくつかの重要なことを教えている。一つは、試験

前期は基本的には当初の計画を完遂して終了した。

周波数を 30 Hz、100 Hz、20 kHz と変えても一つの

いったん、「冷却期間」を置き、人員、投入できる予S-N 曲線となり、周波数依存性はなく、20 kHz 試験

算などの減少を十分認識したが、本事業の貴重さをなが妥当であることを立証している。さらに、高強度鋼でるべく継承すべく、
従来のサブテーマを堅持しながら、は確かに 1010 回に至っても「疲労限」に明白に達して打ち切り繰返し数を一桁から二桁延長することを目指いるとは言えないのでさらなる継続が必要となる。

して継続することにした。基準疲労では 10 回を 10

10

Furuya はその後、同種の鉄鋼で、1011 回までの超回へ、溶接継手疲労では 107 回を 108 回へ、高温疲労

音波疲労試験を実施 20）した（図表 7.07）。図表 7.06 のでは、104 回を 106 回へ延長した。この計画変更後も試験材料より材料強度が低めのものだが、1010 回辺り

順調に疲労データシートを出版している。

までは「疲労限」が見えない点は再現されている。応8

図表 7.06

SCM440 鋼の S-N 曲線における周波数の影響（文献 19 を参考に筆者が作成）

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査283

図表 7.07 SCM440 鋼の 1011 回までの S-N 曲線（文献 20 を参考に筆者が作成）

力振幅 640 MPa で 1011 回を目指す 4 本の試験を実施

ズム解明に極めて大きな影響を与えるはずである。

し、1 点は 1010 回直前で破断、1011 回で未破断停止がこの 1010 回〜 1011 回まで延長した S-N 曲線取得の2 点、10 回直前での試験停止が 1 点となった。これ威力をさらに雄弁に物語るのは図表 7.08 である。従らを総合し、従来の判定法によると 640 MPa で「疲来の知見ではアルミニウム合金には「疲労限」が現れ労限」に達したと見ることができる。Furuya は疲労ないとされていたが、いくつかのアルミニウム合金でき裂の発生と進展に関する詳細な検討も同時に行い、1010 回までの S-N 曲線を求めたところ、A5083P-O で

この「疲労限」では微細第二相周辺にき裂発生が認めは 107 回辺りで「疲労限」に達してるように見えるが、られるも、それが進展せず、破断には至らない条件でA7075-T6 合金では 1010 回に至っても「疲労限」に達あることを解析によって示している。

していないように見える（ここでも周波数依存性がな

11

これらは実験的に確定された新しい知見だが、1010

いことを立証している）。

回〜 1011 回まで延長した S-N 曲線は、実用上の意義

疲労破壊に強い材料設計については、経験的に様々は勿論、今後、高サイクル領域での疲労破壊のメカニな知見が述べられているが、以上のような新しい知見を鑑みれば、それらの原理的合理的説明については従来のものが完全ではないと言わざるを得ない。今後は、検討する合金種を拡大することによって、1010回〜 1011 回までのもしくはそれ以上の繰返し数領域での疲労破壊メカニズムを総合的にかつ合理的に説明できるようになっていくことが期待される。

7.5 関連学協会による疲労データベースと疲労設計指針「NIMS 疲労データシート（当初は金材技研疲れデー
タシート）」は、あくまでも試験データをありのままにまとめたものであり、そのデータの解釈や実際問題への適用の仕方などについては、一切述べていない。
図表 7.08284

アルミニウム合金の 1010 回までの S-N 曲線（文献 19 を参考に筆者が作成）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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NIMS の研究者が、学術誌に自らのデータ「解釈」などを発表することはあっても、その「解釈」には「公的な位置づけ」は全くない形としている。したがって、いた疲労試験を行うため、世界で最大規模の大型予備知識のない一般需要家にとっては、明らかな壁が疲労試験機 22）を製作し、数多くの大型疲労試験をある。

実施してきた。設備の一部は、施工技術総合研究

そのような事情もあり、関連学協会では、独自に主所疲労試験研究センターに移管されている。

に学術誌等に公表された疲労データを収集してデータベース化したり、それらを「疲労設計」に活かすための指南書となる書籍等をとりまとめて公表したりしている。本稿と関連深いものを以下に紹介する。それらには基本、有償のものが多い。

7.6 今後の展望以上に基づくと今後の展望は以下のようになる。
（1）超音波疲労試験法の国際標準化への期待

日本材料学会

超音波疲労試験法は日本溶接協会規格 23）24）として「‘96年版金属材料疲労強度データ集」（1996年、図書）制定された。これを今後、世界に広げていくことを期「‘96 年版金属材料疲労強度データベース」（1996 年、待する。この方法が国際的に普及、定着すると比較的

電子媒体）「WEB 版疲労データベースシステム」（2013 年、会員向）

21）

低コストで破断寿命が 1010 回を超える高サイクル疲
労試験が様々な国の様々な機関で実施可能となることが想定される。そうなると、世界的に 1010 回を超え

「金属材料疲労強度データベース」と「S-N 曲線回る高サイクル疲労データが通常になり、その成果発表

帰ソフトウエア」を統合したシステム。Web 上のが活発化すると思われる。

データベースに 320 材料 2 997 種類（うち鉄系材

疲労破壊のメカニズムについては依然として明快に料 233 材料 2 631 種類）の疲労データが収録されなったとは思えない。引張強さ 1 200 MPa 級以上ではており、今後順次追加される予定。このシステム

疲労限（106 回〜 107 回まででの判定）が必ずしも静的では、試験条件や材料物性などをもとにした疲労

強度増加に沿わない実験事実があるので、1 200 MPa

データの検索、疲労データのグラフ表示、S-N 曲級以上の使用が避けられている。今後 1010 回を超え線の回帰式の計算などが可能。

る高サイクル領域までの実験データが蓄積すると、新しい安全基準としてまとめられる時が来ると期待され

鋼構造協会「鋼構造物の疲労設計指針・同解説

る。この点については、
弾性歪振幅（弾性ヒステリシス）との関係での考え方の整理も進むことを期待する。

― 付・設計例 ― 2012 年改定版」（2012 年、図書）1993 年版の指針を全面的に見直し、より合理的な疲労設計のための有用な知見を盛り込んで改定。

（2）ひ とつの試験機関をプラットフォームとして実施する意義の再確認

近年主流になった鋼構造物の CO2 溶接等の疲労試

実用材料の疲労データが単一の試験機関で同じ試験

験データを収集・整理して加え、新たなデータベー法で実施される意義は大きい。これまでに、長年の疑スを作成した。各溶接継手の疲労強度等級の検討

問だった、疲労限をどの因子が決めるのかという基本に役立つ。

的テーマでは、第一義的に引張強さ、硬さの関数であり、第二義的に金属組織によってその関係は左右され溶接学会るということがプラットフォーム参加者は勿論、そのIIW「溶接構造の疲労設計」の翻訳（1999年、図書）枠を超えて納得された。また、繰返し数を 1010 回まで

教本「溶接構造の疲労」の編纂（2015 年、図書）

伸ばすことにより、高強度材料の疲労限があるのかな

構造物の安全性と長寿命化を意識した基礎から最新

いのかの決着に近づいていることも共有成果となる。

の知見および関連知識を網羅する教科書。疲労の歴これらの知見は、機器の安全基準の設計、判定の基礎

史、疲労損傷事例、材料力学、溶接の基礎知識、疲となるばかりか、高サイクル疲労での変形と破壊のメ

労強度改善法、疲労損傷モニタリングなどをまとめカニズムの解明にも貢献することは明らかである。

ている。
（3）オールジャパン体制の継続
本四公団（1970 年〜 2005 年）
本州四国連絡橋公団では実物大に近い試験体を用

超音波疲労試験機の普及とプラットフォームの設置は矛盾するようにも見える。しかしながら、基準デー
鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査285

タの蓄積は今後もオールジャパン体制で継続すべきである。しかるべき資源を投じない限り継続は難しいの

13）石田制一 , 材料の疲勞に關する基礎的研究（第 1報）, 日本金屬學會誌 , 9,（1945）, 5-7は明らかだが、より広い関心を集めるためにも、専門

14）川 田雄一 , 切欠棒の二三の疲試驗結果について ,分野を越えた協力、例えばデータ科学、計算科学や新日本金屬學會誌 , 12,（1948）,（第 1 報）
： 25-26,（第しい計測手段を活用すべきである。また、今まで密接2 報）： 31-33

な付き合いが無かった層にも参加を呼び掛けて、新しい地平を切り開いていくことが期待される。例えば、

15）疲労部門委員会 , 疲労試験機 , 材料試験 , 3,（1954）,
154-164

他の材料についても研究対象に加えるなどが思いつ

16）日本材料学会疲労部門委員会 , 日本材料学会疲労く。さらに、鋭意、国際連携を進めることも大事にな

試験方法規格および同規格解説について , 材料 ,るだろう。

12,（1963）, 250-255
17）金 属材料技術研究所疲れ試験部編 , 金材技研疲

参考・引用文献れデータシート No. 0,「国産実用金属材料の疲れ

1）J. A. Ewing and J. C. W. Humfrey, The Fracture

データシート作成計画」, 金属材料技術研究所 ,of Metals under Repeated Alternations of Stress,

東京,（1978.12）：一部は https://smds.nims.go.jp/

Philosophical Transactions of the Royal Society,openTest/ja/content/fatigue_program.html

200,（1903）, 241-250（2022 年 11 月 2 日閲覧）で閲覧できる。

2）西原利夫 , 櫻井忠一 , 繰返引張圧縮應力を受ける鋼の強さ , 機械學會論文集 , 5,（1939）, 93-973）藤 井寛 , 鋼の疲勞と其恢復 , 鐵と鋼 , 12,（1926）,
152-1761022-1027
19）Yoshiyuki Furuya, Hideaki Nishikawa, Hisashi
Hirukawa, Nobuo Nagashima, Etsuo Takeuchi,

4）松下徳治郎 , 永澤清 , 小松桂之助 , 鋼の疲勞に就て ,鐵と鋼 , 14,（1928）, 985-996
5）高 橋孝次 , 特殊鋼の分離抗張力と疲勞による耐久
限 に 就 て , 鐵 と 鋼 , 18,（1932）,（I）：1099-1130,

Catalogue of NIMS fatigue data sheets, Scienceand Technology of Advanced Materials,（2019）
20:1, 1055-1072, DOI:
10.1080/14686996.2019.1680574
20）Yoshiyuki FURUYA, 1011 Gigacycle Fatigue（II）：1333-1374
6）藤井寛 , 小林幸一 , 鋼の限界應力に就て , 鐵と鋼 ,19,（1933）, 358-361

Properties of High-strength Steel,
ISIJ International, 61,（2021）, 396-400

7）玉 置正一 , 特殊鋼の疲勞並に衝撃破壊に於ける破21）日 本材料学会 ,「WEB 版疲労データベースシス

壊起點の形状の影響に就て , 鐵と鋼 , 20,（1934）,

テム」, https://fatigue.jsms.jp/WEB-manual_trial.

705-707

pdf（2022 年 11 月 2 日閲覧）8）高橋越二 , 鹽谷喜久男 , 繰返し壓縮を受けるヘリカ

22）田 島次郎 , 600t/400t 大型疲労試験機 , 溶接学会

ルスプリングに現はれる疲勞破損に就て , 日本金誌 , 44,（1975）, 855-856: https://www.cmi.or.jp/

屬學會誌 .  1.（1937）, 320-334

oogatahiroushikentou/（2022 年 11 月 2 日）9）大 柴文雄 , 金屬の疲勞 , 日本金屬學會誌 ,（I）：423）WES 1112

金属材料の超音波疲労試験方法 , 日（1940）, A491-A496,（II）： 4（1940）, A564-A570,

本溶接協会 ,（2022 年 3 月1日改正 2017 年 3 月 1 日（III）： 4（1940）, A635-A640,（IV）： 5（1941）,

制定）

A48-A54,（V）： 5（1941）, A86-A91

http://www-it.jwes.or.jp/beviewer/viewer/?id=10）市原通敏 ,   石原康正 , 今野豐昌 , 稻垣耕司 , 疲勞

0999412cff904895b8475233f2d970c6&key=

試驗に依る疲勞變形の研究 , 日本金屬學會誌 , 6,

68dd8937f20e4a91adcbd1f327f451c2（1942）, 405-411（2022 年 11 月 11 日閲覧）11）大柴文雄 , 疲勞割の發生及びその進展 , 日本金屬學會誌 , 7,（1943）, 425-433
12）津田覚 , 疲勞に關する研究 , 日本金屬學會誌 ,（第１報）：8,（1944）, 129-138,（第 2 報）
： 9,（1945）,
4-5,（第 3 報）
： 11,（1947）, 6a,（第 4 報）
： 11,（1947）
,
6-7

286

18）古谷佳之 ,「疲労データシート」, 金属 , 81,（2011）,

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

24）松浦融 , 超音波疲労試験機によるギガサイクル疲
労試験 , 軽金属 , 68,（2018）, 316-320

8 高温クリープ
高温クリープ試験は通常大気中で実施される。すな

発電所の使用温度が 650 ℉（=343 ℃）だったが、30

わち鉄鋼の試験片は否応なく表面から酸化され経年的年間で 1 000 ℉（=538 ℃）にまで上昇した。そうなに減肉していく。
不活性雰囲気での試験も有意義だが、ると、高温での金属の性質の正しい把握が不可欠に

実環境模擬という点では大気中試験を優先している。

なる。室温で鉛がクリープ（creep）変形するように、大気の温度と流れ（風）の変動は、試験温度の擾乱の高温になると鉄鋼も引張力を受けてクリープ変形する原因となるので大気変動はできる限り抑制しなくてはことがわかった。

ならない。このように、高温クリープ試験はそれ自体が「複雑系」現象であることを予め断って置く。
高温クリープ試験は、プラントの運転計画時間内で、設計温度をできるだけ高くしたいという点と設計温度

高温での一定荷重試験では図表 8.01 のように、伸びの時間変化は荷重の影響を受ける。1926 年にこの時間変化について、ベイリ（R. W. Bailey）は以下のような現象論的な解釈 1）を加えた。

での応力をできるだけ高くしたいという点の両方を確

まず、載荷した瞬間に⓪まで伸び、次第に変形速度

かめることが狙いになる。設計温度を高めることは熱を下げながらクリープする。これが①まで続くと、変効率の向上、設計応力を高めることはパイプや容器の形速度は一定となる。しかし、さらに変形が進むと②肉厚の削減にも結び付く。

辺りから変形速度が時間とともに増す。そして、最後

高温クリープは負荷をかけ続けるのでまさしく時間には破断する。ベイリは、⓪は弾性変形分、①までは依存型の破損である。負荷による作用によって破損にクリープ変形が増加するが、「クリープによる歪硬化至ると考えられている。クリープ変形が進み減厚するが高温による焼なまし効果によって連続的に打ち消さので破損に至るのか、別にき裂が発生し、それが成長れてクリープ速度が抑えられ、①以降バランスしてクして破損に至るのか…などと考えながら読んでいただ

リープ速度が一定になり」、②以降は断面が減少してきたい。

引張応力が増加するので加速するためとした。この①〜②間の“最小クリープ速度”の範囲が設計者にとっ

8.1 金属の高温クリープ
19 世紀における高温での材料強度試験の目的は、高温での引張強さと弾性率の計測だった。
20 世紀になると燃料効率の向上のために蒸気プラントの使用温度が上がっていった。1920 年には火力て重要になる。
クリープ変形そのものに関する理論的な考察は
1925 年のベッカー（R. Becker）に始まる 2）とされている。ベッカーは、高温における局所的な熱撹拌により局所的な応力振動が起きて、最も弱いところからすべりの局所ジャンプが始まる…というようなモデルを提案したようである。
この時代、実験室で数千時間を越える高温での連続実験はまず無理だった。そうなるとなるべく短時間のデータから長時間を外挿する試みが自ずから盛んになる。このアプローチが学理的に成功するか、実用的に使えるようになるかは未知数だが、まずは正確なデータを得ることが鍵になる。

8.2 戦前の足跡【鉄と鋼】
8 巻（1922 年）に、菊田多利男（東北大学）が、弾図表 8.01 高温での一定荷重試験では、伸びが時間とともに増加する。伸び方は荷重が大きいほど（温度が高いほど）大きい（筆者作成）

性率測定について試験機と測定結果の紹介 3） をしている。試験機の設計図はその後の高温実験用の試験装置の作成に大いに役立ったと推察される。
鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査287

14 巻（1928 年）に、佐々川清（呉工廠製鋼部）が、1 000 ℃までの衝撃曲げ試験、衝撃引張試験、疲労試
験のそれぞれの試験装置の設計図を実験結果

4）と共【機械学会】
機械学会においてもクリープ変形に関する興味が中
心のいくつかの報告がある。
実用上の問題を念頭に置いて、会誌 36 巻（1933 年）に示している。
28 巻（1942 年）に、池島俊雄（住友金属工業）が、に、絹川武良司（住友伸銅鋼管）が、高温高圧鋼管 9）圧縮試験で 1 200 ℃までの変形抵抗 5）を測っている。

についてまとめている。欧米諸国での要求圧力、温度

試験法は基礎現象を解析するために十分信頼度の高いの上昇の歴史に触れ、日本でもまた、高圧高温化が帰データを得ることができる方法である。

趨となっていることを述べている。また、鋼管に最低【日本金属学会誌】

限必要な性質として、（イ）熱処理に鈍感なる材質、（ロ）

3 巻（1939 年 ） で 市 原 通 敏（ 東 北 帝 国 大 学 ） は、

時効硬化の無い材質、（ハ）高温度の匍匐限度の高い

1 000 時間までの定荷重クリープ試験が可能な試験機

材質、（ニ）充分な耐き裂性を具えること、（ホ）良質の制作に成功したことを報告している。特に自動の素材で作ってあること、（へ）管の寸法が正確なこと、恒温機能を設計し、温度制御± 1 % を実現したとし（ト）水圧試驗に合格することを挙げており、信頼性ている。歪の計測も 0.01 % 単位で読み取れるとして確保のために多様な要求が顕在化してきていることがいる。

うかがえる。

6）

4 巻（1940 年）では、清水篤麿（広島高等工業学校）

このように、海外の文献から総合的に知見が紹介さが 6 回にわたり「金属の匍匐」について「講義」 しれているのが印象深い。その中で、クリープ変形を正ている。匍匐とはクリープの和訳に当たる。1922 年

確かつ長時間計測する試験機や測定法で着実な前進を

以降の内外の発表論文の総合的な概説となっており、していることが分かる。だが、「クリープ破断寿命」

クリープ速度に対する合金元素の影響、試験前の金属の日本における実測値の発表は見られず、海外文献値

組織の影響などもまとめている。
「クリープ破断応力」

からの紹介として初出となったのも 1940 年以降なの（図表 8.02）の紹介もあり、これは「鉄と鋼」に先んで、信頼性向上技術としてはまだまだの段階だったとじている。

言わざるを得ない。

7）5 巻（1941 年）では、市原通敏（東北帝国大学）が3 巻で紹介した装置を使って、「クリープ限」（クリー
プ変形を生じさせる最小応力）を実測し、それと内外の多数の異なった決定法による推定値と比較 8） している。

図表 8.02288

クリープ破断寿命が応力と温度をパラメータにすると整理できることを発見（文献 7 を元に、筆者作成）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. Marchラーソン・ミラー（Larson-Miller）のパラメータ（1952 年）10）

PP=T
（log
tt++tk）
=T
（log
k）
P
=T
（log
+ k）

クリープ破断強度の外挿の際によく用いられる指標である。
P =T（log t + k）

P =T（log t + k）

絶対温度 T および破断時間 t の関数として表す。温度、負荷応力を変えたすべての実験値を、縦軸に負
荷応力，横軸にパラメータ P をとって図示したとき、１本のマスタカーブが得られるように定数 k の値を重回帰分析して定める。1952 年に既に提案されていたので、戦後日本には早くから導入された。
このほかにも多くの同様の提案があるが、ここでは、Larson-Miller のパラメータ P の背景を見てみる 11）ことにする。
Arrhenius 型の反応速度 r は、活性化エネルギー Q、気体定数 R、定数 A でもってrr ==r A=Aexp
// RT
）
exp
（−Q
RT
））
−Q
A（
exp
（
/ RT
−Q
r
A
exp
（
/
RT
）
=
−Q
と書かれる。この熱活性化型反応が破断までの時間
t の限り一定で進行すると仮定すると反応量 C は、
r
A
exp
（
/
RT
）
=
−Q
CC =C
rt
==
rt rt
で表される。ここから、数式を変形していくと、
C = rtC = rt
Q 1
log
CC =C= log
tt−−t − Q Q 1 +1+log
AA A
log
log
log
=log
log
log
Q TT T
1 +
2.3R
2.3R
2.3R
log C = log t − Q 1 + log A
QQCQ = log t − 2.3R T+ log A
log= T（logtt+2.3R
A−
log
C）
==T（
++k）
TA−
+tlog
log
A−
log
C）
T（
logt
k）
T（log
+ log
log
C）
= logtT（logt+ k）
Q = T=（log
2.3R
2.3R
2.3R
（log t + log A− log C）= T（logt + k）
Q2.3R =P T
log
tt++
P==PT（T=（tT（）= T（log
+log
log
A−
log
log
tkk+）
k ）C）= T（logt + k）
2.3Rとなる。最右辺がP = T（ log t + k ） となる。
P = T（ log tP+は活性化エネルギーに直接的に対応する。
k）
したがって、パラメータ

そうすると、図表 8.02 は、図表 8. A1 のような一本の直線に整理できることが多い（高温側３温度だけにした。K=22）。このように「外挿」によって長時間側の破断強度（寿命）を予測するという手法が生まれて、発展した。
このような整理の利用の仕方は多様に発展する。ひとつは、自ら取得した実験データに基づいて、寿命予測に使うことである。さらに有力なものは、第三者機関で得られた基準データから導かれた整理を参照
として、自らの実績と比較することである。一般的には後者の信頼性がより高い。
ただ、この設定にいくつかの大事な仮定があるので、適用が問題のない範囲かどうかは実績データ次第で変化することはやむを得ない。

図表 8.A1

図表 8.02 のデータをパラメータ P で整理（筆者作成）

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

289

で、TAF 鋼（Todai-Akutagawa-Fujita）と命名した

8.3 戦後まもなくの時期

フェライト系耐熱鋼を発表 16）17） している。TAF 鋼はその後、様々な改良が加えられ、現在では ASME

戦後となり、日本金属学会誌 13 巻（1949 年）には、Grade 92 と規定されている耐熱鋼の起源となった。

小柴定雄、野原孝三郎（日立製作所安来工場）が「各

現在、Grade 92 は高温高圧石炭火力発電などにおい

種耐熱鋼の諸性質の比較」として、常温、高温の力学て世界で最も普及しているフェライト系耐熱鋼の一的性質（引張、衝撃値）、耐酸化性など、実用上不可つである。研究設備などが未熟な段階での発明とし欠な性能ては驚愕に値する成果である。いわばこの Grade 92

12）について調べている。

「鉄と鋼」では、出口喜勇爾（日本特殊鋼）が、35の原点は上記に藤田が検討すべき要素とした多くの巻〜 36 巻（1949 年〜 1950 年）の間だけでも精力的点で要求基準に総体的に良く適合していたものともな 6 連報（最終的には 10 報以上）によって「耐熱鋼言える。

に関する研究」を報告している。主に高温引張の結果

単発の性能で抜きんでても技術としては社会的経で、6 報に「高温匍匐強度（高温クリープ強度）」を済的に適応せず、より正しく言えば、抜きんでた性

引張とねじりで求めている13）

能を活かそうと思えば、お互いに矛盾するような他

だ破断試験には至っていない。

の諸性能もバランスよく改善するように考え、工夫。上記のいずれも、ま36 巻（1950 年）では、芥川武（東京大学）が、ガすることの大事さを教えている。また、先端研究設

14）

備が十分でなくても開発できる実例を示したとも言をまとめている。ここで最小クリープ速度応力に加ええるが、藤田の研究手法においても「温度制御の正て、10、100、1 000 時間の破断応力を表で示している。

確な実験装置の自作」が際立っており、最先端実験

これが、「鉄と鋼」に現れた「クリープ破断応力」のを自ら実現したので信頼できるデータが得られたと初出と思われる。芥川は、今後日本が苦労すべき点が捉えるべきと思う。

スタービン用耐熱材料に関する米国論文調査結果

多々あることを念頭に置いてこの文献調査を行ったよ

この後、TAF 鋼に留まらず新耐熱材料の研究開発
が、産業界、大学でさらに推し進められる時代に移っうだ。
少し後になるが、47 巻（1961 年）では藤田利夫（東ていくがその詳細は別 18）に譲る。

京大学）が、耐熱材料が満たすべき多様な因子をまとめて、耐熱鋼の合金設計論を展開 15）している。
• 室温力学的性質：引張試験値、硬度、衝撃• 高温力学的性質：クリープ、クリープ破断、疲労8.4.1 1955年 日本鉄鋼協会「鉄鋼技術開発研究会」

強度、リラクゼーション• 表面の安定性：耐酸化性、ガス中化合物に対する耐食性、溶融金属・溶融塩に対する耐食性• 金属組織の安定性：炭化物・窒化物の析出・凝集、
焼きもどし脆性・σ脆性、結晶粗大化• 使用温度における性質の安定性：耐き裂性の低下、衝撃値の低下、応力腐食割れ• 急激な熱疲労による性質の変化：耐き裂性、衝撃

クリープ部会 19）
従来、日本学術振興会第 129 委員会、日本材料試験協会などでクリープを取り上げ、研究が多数行なわれたが、残念ながら国として総合的に取纏めた権威のあるデータはなかった。前述のように国際市場に耐熱材料を持ち込むためには長時間データをつけないと相手にされなかった。そこで、1955 年 12 月に通商産業省、値、金属組織工業技術院の要望もあり、日本鉄鋼協会内に「鉄鋼技• 熱間での加工性術開発研究会」クリープ部会を、まずは鉄鋼メーカー• 溶接性の八幡製鉄、富士製鉄、日本鋼管、川崎製鉄、住友金• 物理的性質：熱膨張率、熱伝導率、弾性率、減衰

属工業、神戸製鋼、日本製鋼所、日本特殊鋼の 8 社で能など作り共同研究を開始した。共同研究はクリープ試験機• 経済性の標準化、クリープ試験法の確立を目的とした。東北といった項目を挙げている。その中でも、クリー

大学金属材料研究所、日本学術振興会、材料試験協会

プと耐酸化性の性質の重要度が高いとして詳述してなどの協力も得た。将来に『クリープセンター』の実いる。

現を期し、その基礎を築こうとするものだった。

藤 田、 芥 川 は、1955 年 頃 以 降 鉄 鋼 協 会 講 演 大 会

290

8.4 ナショナルセンターを目指した
民間主体の活動

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March8.4.2

1961 年「クリープ試験技術研究組合」

共同研究が進むにつれ、速やかに国家的権威ある組織を望む要望が盛んになった。1961 年 5 月に鉱工業技

ナショナルセンターとしての
8.5 1964年
金材技研材料試験設備の整備開始

術研究組合法が成立をみた機会に通商産業省の指導を1964 年より、金材技研では、国産金属材料のクリー得て「クリープ試験技術研究組合」を設立した。前記

プ及び疲れに関する材料試験を中立国立機関の立場で8 社が発起人となり 1961 年 12 月に創立総会を開催し、系統的に実施する試験部門の建設を開始した。まずク1962 年 3 月には通商産業省の認可を受けた。日立製

リープ試験関係の整備に着手し、1968 年度に完成し作所、東京芝浦電気、川崎重工業、日立金属、新三菱

た。次いで 1969 年度に疲れ試験関係の整備に着手し、重工、いすゞ自動車、三菱製鋼、三菱鋼材、特殊製鋼、1972 年度に完成した。これらの材料試験設備の規模

大同製鋼、太平金属工業、八幡鋼管、島津製作所、東は世界的にみて最大級・最高水準のものだった。

京衡機製造所の 14 社が新たに加わりオールジャパン

この材料試験設備を有効、有益に利活用するために、の組合となった。組合は「金属材料のクリープに関す

産学官の有識者からなるクリープ委員会（図表 8.03）

る試験研究、組合員の技術水準の向上を図るための事を日本鉄鋼協会に設置し、技術部会を設け、そこにク業を行なう」ことを目的に掲げた。クリープ試験機のリープデータシート分科会、クリープ試験分科会、資標準化ならびにクリープ試験法による金属材料の物理料分科会、材質研究分科会を作って、具体的な事項に常数の決定などの事業を推進しようとした。

ついて審議し、金材技研への要望という形で諸事を決1963 年 1 月に組合内に「クリープセンター設立準めた。この時の体制は下図のようになっている。

備委員会」を置き、各学会、団体、火力関係などに働

クリープデータシート分科会は「クリープデータ

きかけた。折しも科学技術庁が 1964 年の予算で、金シート作成作業方案」をまとめるのが役割で、試験対材技研に材料試験所を設立する計画があるという情報

象鋼種をどうするか、試験鋼材をどうサンプリングすに対応し、1963 年 9 月に理事長名をもって設置要望

るか、鋼材製造会社をどこにするか、試験鋼材をどう

書を科学技術庁、大蔵省に提出した。予算が成立し、サンプリングするか、クリープデータシート作成のた世界的にも有数な試験所が実現することになった。組

めのクリープ試験計画表などを議論し作業法案をまと合としては新設される設備利用にも多大な期待があっめた。分科会は、その後「金材技研クリープデータシー

たようである。

ト連絡分科会」に再定義され、以降 1986 年まで活動

図表 8.03 クリープ委員会の構成（木村一弘氏提供 20）のものを元に筆者作成）

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

291

を継続し作業法案の実施のために機能した。
1986 年以降は、金属材料技術研究所が組織する「材データを得ることが困難なものである。その結果に影料強度データシート懇談会」および「クリープ分科会」

響を与える因子が多く、したがって各所で得られるクでの審議に移され、事業の進め方に関する意見交換やリープ値の相互関連性は耐熱材料の強度判定にとって得られた成果の共有が継続的に進められている。

極めて重要な問題である」と試験機の標準化に期待す

クリープ試験分科会の主査を務めた平修二教授は、る基本認識を述べている。

「クリープ試験技術研究組合」の技術委員会委員長と試験機に関する諸元の影響を参加社によるラウンド

して、クリープ試験機の統一化の共同研究を主導した。

ロビンテストの結果に基づき検討し、その内、シング

その成果は、「鉄と鋼」で 2 報 21）22）にまとめて報告さルタイプについては、以下のような指針を出している。
• ジョイントは安価なピンジョイントを用いて簡略れている。
平は冒頭で「わが国においては、第二次大戦と戦後の混乱のため、欧米諸国に比してクリープ研究体制において極端な立ち遅れを来し、国際的に見て由々しい問題として認識されるようになり、過去数年間に急速にその試験設備の設置を必要とするようになった。日
本各所におけるクリープ試験設備の拡充の速度は実に化してよい。
• 試験片の形状の簡略化はできない。伸び測定にはダイヤルゲージ方式で十分。
• 加熱炉は安定性の高い大型炉でなくても、比較的小型炉でもよい。
• 温度調節装置としては、価格ではなく、長期の安急速であって、約十年以前には国内でわずか数十台で定性が担保できればできる限り安価を追求すべき。

あったものが、現在ではすでに二千台に近いものが稼• 試験片寸法は直径 4 mm 〜 10 mm の間であればク動しているものと思われる。しかし、この数とても日

リープ破断試験に影響がないが、工作上の問題を本全体として見ればその必要数をはるかに下回るもの

考慮すると直径は 6 mm 〜 10 mm の間がよい。

である。元来、クリープ試験は一見簡単であるが、上• 温 度変動の影響は材質、試験温度にもよるが、記のごとく、同時に多数本の試験片について、長時間

図表 8.04

292

にわたり精密な試験を行なう性質のもので、信頼ある

国立科学博物館技術の系統化調査報告± 4 ℃程度までは許される。

稼働中のクリープ試験機が整然と並ぶクリープ実験室（NIMS 提供 28））

Vol.32 2023. March

当時の試験最長時間が比較的短時間側であったの

20 万時間以上が 125 本、30 万時間以上が 18 本。

で、その点の制約があるが、お互いのデータの相互比

最長時間は 14 853 日（＝約 40 年 8 か月）を越え、較性を有意化するという志向が共有されるようにな

それまでの世界最長の 356 463 時間（ドイツり、日本規格を制定（関連 JIS 規格は 1956 年に制定）、

メンス社）を上回った。積算試験時間は年換算で見直しするための自前の共通基盤を形成した意義は大約 3 億年に及ぶ。

ジー

きい。おそらくこの研究組合の成果がクリープ試験分• データシートの発行：延べで 143 冊が発行されて科会を通じて金材技研の事業にも注入、踏襲されたもおり、当初は印刷版配布だったが、現在ではデジのと推察される。関連 JIS 規格は、以下のような経過を経て、現在 JIS Z 2271 に統合されている。

タル版が HP で公開されている。
• 試験設備：総台数 998 台、実施可能試験片本数 3106 本。内、単式は 874 台（874 本）。独自の試験

JIS Z 2271

機規格を設けて管理している。つくば地区では、

1956 年：金属材料の引張クリープ試験方法

単式試験機が 500 台に集約されて、試験は中断措

1968 年：金属材料の引張クリープ試験方法

置を施した上で、継続されている。

1978 年：金属材料の引張クリープ試験方法• 温度測定：白金・白金ロジウム熱電対で温度監視

1993 年：金属材料の引張クリープ試験方法

している。当初、氷零接点使用、起電力の定時ア

1999 年：金 属材料のクリープ及びクリープ破断試験

ナログ計測などだったが、現在では電子冷却式零度基準接点（精度：0 ± 0.06 ℃）、1 日 2 回のデジ方法2010 年：金 属材料のクリープ及びクリープ破断試験
方法

タル自動計測、データ保存となっている。
• 熱 電対校正：約 3 000 対の熱電対を温度標準の国際的トレーサビリティを基準として、校正精度

JIS Z 2272

± 1 ℃以内とし、試験温度は JIS 規格の許容範囲

1956 年：金属材料のクリープ破断試験方法の 1/2 以内の厳しい温度制御を実施している。

1968 年：金属材料の引張クリープ破断試験方法• 試験材の選択基準：①国産材料である、②原則と1978 年：金属材料の引張クリープ破断試験方法

して市販材、③複数社で製造されている、④製造

1993 年：金属材料の引張クリープ破断試験方法

実績がある、⑤高温装置・機器用材料として、一般に使用されている規格材、⑥近い将来使用され、資料分科会については、データシート以外にデータかつ重要であると判断される材料（開発中は除ブック（『金属材料高温強度データ集』23）-26）がクリーく）。かつては「日本鉄鋼協会・高温強度研究委

プ委員会編で出版されている）の編集なども関心では員会」及びその下部組織である「金材技研クリー

なかったかと思われる。

プデータシート連絡分科会」で審議され、金材技研への要請となっていたが、1986 年以降は研究所

8.6

金材技研（物質・材料研究機構）をナショナルセンターとした超年事業の展開の「材料強度データシート懇談会」および「クリープ分科会」での審議による。これらは産官学の有識者から構成されている。

どのように金材技研のこの事業の展開を紹介すべき• 試験手順：マニュアル化されており、また計測法か悩んだが、歴史的記述の手法を堅持し、かつ研究現などの改善に伴い適宜見直しされている。詳細は

場の苦心、苦労をできるだけ現場の声を反映する形で「金属」誌に詳しい。

まとめることができないかと思い、調べたら、一定のここに至る経緯やトピックスは、大場ら以前に書か間隔で研究現場からの小史録が学術誌に掲載されていることを見出した。以下にそれらを紹介する。
まず、全体感を把握するには、45 年間全体をまとめた大場ら（2011 年）による論稿

れた論稿群からピックアップしてみる。
横井信（1973 年）29） は、1 万時間を超すクリープ
破断データが得られるようになったタイミングで書いが分かりやすい。

ている。この事業開始の背景について、高温設備の許

これは、中目黒地区をベースにしているが、2011 年に容応力の決定において米国などの海外例を参考にして設備をつくば地区に全面移転した結果も含めている。

いたが国産材料の自前データへの要望が高まったこと• 試験数：67 の材種、370 の製造番号、引張試験をを述べている。日本鉄鋼協会クリープ委員会の意見を含めて約 15 000 本。内、10 万時間以上が 734 本、十分に反映しながら事業を進める基本姿勢を強調し、

27）

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

293

十分信用に足る試験データが蓄積したことを丁寧に説

響、固溶元素と浸入型元素との原子対などと変形との明している。

関係を原理的に説いた。精確な長時間試験を実現した

横井信ら（1976 年）

は、数万時間のデータが得からこそ見えた新しい世界と言って過言でない。なぜられるようになったことを報告し、大場ら（2011 年）

破断するのかという耐破損性の根本には至っていないに至る基本線を示している。ここでほぼ試験実施の基が、確実な土台の一つとなろう。

30）

盤が固まったと言える。データシートの配布について

阿部冨士男（1998 年）33） は、1950 年代あたりではは、「金属材料の高温特性に関する情報交換を原則的

10 万時間クリープ破断強度は外挿推定値だったが、な条件」として、国内約 160 か所、国外 32 か国、約

今は 10 万時間試験値に基づいて許容応力設計される

180 か所の大学、研究機関および関連企業に配布（無ようになったことを示し、31 年が経過した本事業の料、郵送）していることを述べている。今後、考慮す

社会的意義を訴求している。3 万時間データから 10べき問題点として、①試験材料の熱処理条件が必ずし万時間強度を外挿で決めたとしても、5 万時間あたりも明白ではない、②試験材料が含む微量な不純物の影

で強度低下が見え始め、10 万時間強度が許容値を満

響を勘案する必要がある、③室温を含む所定の温度でたさなくなる、という重大な事態になる。この現象をの材料強度の評価法が統一されていない、などを指摘

正しく理解していくためにも長時間クリープ試験の結している。

果は有力となるとしている。

田中千秋、八木晃一（1994 年）

は、27 年経過時

木村一弘ら（2004 年）34） は、2004 年 3 月時点で、点での報告である。10 万時間越えが 538 本に達した。

当初の計画数はほぼ終了し、試験片本数が 10 403 本

溶接継手の試験も開始している。長時間試験事業を継に達し、10 万時間を超えるデータ数が 708 点となっ続する難しさを痛感しつつ、事業開始時には世界にクたとしている。得られた成果、知見は国際的にも貴重リープ実施機関が多数あったが、一つ欠け、二つ欠けな基盤データとなりつつあるという認識を強くしていして、気づいたら、広範な材料、試験条件で長時間クる。それにしたがって、知見のまとめかたおよびそのリープ試験を実施している中立的研究機関が国際的に公表についての新しい試みを紹介している。従前から

他にはなくなってしまったことを述べ、この事業の貴のクリープ破断データに加えて、長時間クリープ変形

重さを訴えている。長時間データが国際的に研究者のデータ、金属組織写真集、応力リラクセーションデー

共通財産化してきた。長時間クリープデータ、長時間

タ、溶接継手クリープデータのデータシート化とそれ応力緩和データに加えて、クリープき裂成長速度計測

らのインターネットによる発信に取り組むとしていなども定着してきた。また、長時間試験に頼ることなる。さらに、国内外の規格検討作業に積極的に貢献しく余寿命予測ができないかという発想の研究も盛んにていく決意を述べている。

31）

なっている。金材技研独自のアイデアとして、「長時

民間企業が 単独では実施不可能な数十年に及ぶ長間を極めた究極のクリープ強度はいかん？」という問時間試験を系統的かつ大規模に実施することができた

いかけが発せられた。既に述べたように当初は、「クのは、関連する産学官の強力な連携プラットフォーム

リープには限界応力」があると考えられたが、温度上が機能し続けたことにあることを指摘し、今後とも状昇、試験時間延長に伴いクリープ強度は低下するばか況の変化に対応しながら事業の継続を追求する意義とりであり、限界応力があるとも思えない。しかし、合それに伴う難しさを訴えている。

金組成や試験前の金属組織の影響がだんだんと小さく

大場敏夫ら（2011 年）27） の内容は上述したが、こなっていく。これは長時間保持によっていわば「安定のプロジェクトにとって大きな転換点となったつくば構造」に漸近するものとすれば当然とも言える。そう全面移転が規模等の見直しを含めて、見事に成し遂げ

するとこれ以下にはならない「基底クリープ強度」とられた感慨が背景に読み取れる。

いうアイデアが生まれた。このように金属組織の変化

Sawada ら（2019 年）35） は、50 年にも及ぶ事業におのダイナミックスと変形・破壊を関連付けて考える方

いて蓄積し、得られた知見を以下のようにまとめて向性が一層強まっていく。

いる。

木村一弘
（1996 年） は、自らが提唱した「基底クリー
32）

プ強度」を解説している。この考えが提唱された当初

294• 長時間側強度が短時間側強度による外挿から外れる度合いは鋼種による。

は「材料開発の意義を否定するのか」というような反• 同一鋼種でも製造番号による差は生じるが、その発を一部招いた。木村はそれに対して、「基底クリー

度合いも鋼種による。化学成分、粒径、微量元素

プ強度」の材料設計こそ大事と反論し、微量元素の影などの影響を考慮していく必要がある。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March図表 8.05

クリープデータシートの長時間データから利用基準の新しい考え方を提案（文献 36、37 を参考に筆者が作成）• フェライト系耐熱鋼では、超長時間での「基底（固有）クリープ（破断）強度」があり、それが微量の固溶強化元素による「固溶強化」と関係している。
• クリープ変形挙動は、クリープ中に析出現象が起8.7 今後の展望
高温クリープでは、使用温度においてきると極めて複雑な変化を示す。この影響は、低• クリープ変形量が許容量以下であること

合金鋼やオーステナイト系ステンレス鋼で顕著に• 破断寿命と破断応力が設計値より十分に安全側でなる。
• 焼きもどしマルテンサイトを試験前の金属組織とあることが問われる。

するフェライト系耐熱鋼における長時間側のク

これらについて、それぞれの研究者や企業で独自のリープ強度の判定法として、「領域分割法」と名データ取得やデータ解析があってしかるべきだが、社付けた新しい考え方を提案した。

会的責任の高いプラント設計に向けて、以下のような※図表 8.05 は、筆者が「領域分割法」に倣い、段階を踏んでいくことが分かった。

それぞれの試験温度での破断応力が降伏強さ• 関係者間で慎重に検討され合意された統一試験規の半分になる破断時間の点を描き込んで結ん格に基づくデータ取得を行うことが共通土台となだものである。彼らの提案通り、この破断時る。信頼できる規格が他の国にあればそれに倣う

間より短時間側領域と長時間側領域では、破のもよいし、参考例が無ければ関係者が共同研究

断応力－破断時間の関係を示す曲線が分かれなどを通じて合意形成を目指すのもよい。戦後日ている。また、短時間側データによる外挿と本では共同研究も実施しつつ、海外の勉強もした

比べると高温ほど長時間側破断応力が大きくものと思われる。

低下していることが良く分かる。しかも、高• 全体が納得できる安全基準（設計基準）が求めら温ほど外挿から外れる時間が短くなっていれる。統一試験規格に基づき得られた実験データる。高温プラントの信頼性マネージメントのを解析することにより、クリープ変形量の予測、ためには、このような長時間側データの取得

クリープ破断強度の予測などが進められるのは当が不可欠なことを如実に示すものである。

然であり、データの蓄積によってそれらの精度や• いくつかの耐熱鋼については、金属組織アトラス、
時間－温度－析出ダイヤグラム、破壊モードマッ
プなどを作成している。

確度がだんだんと高まっていく。
• 社会的にオーソライズされた参照値を期待する声が高まる。実験をどこが実施するかは肝要ではな
く、社会的にオーソライズできればよい。大学研究所であれ、企業試験所であれ構わないが、日本はオールジャパン体制を採りながら国立研究所を実験実施場所に選んだ。その際に、国産材料の国
際的競争力アップを目標として、全国的な大同団
鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査295

ムの解明にも貢献できる基盤データとなるはずである。

結を図っている。
• 日 本のこの選択は、第三者性の利点のみならず、
長期間の継続性の担保で結果的に大きな効果が

参考・引用文献あった。これは国際的にも特筆される特徴である。

1）R. W. Bailey, Note on the softening of strain hard-

これからもこの仕組みの優位点を活かしながら、以ened metals and its relation to creep, Journal of

下のような展開が期待される。

the Institute of Metals, 35,（1926）, 27-40.
2）R. Becker, Thermal Inhomogeneities,（1）国際規格や設計基準への反映得られる試験データの解析が進むと新しいアイデア
やより信頼度の高い判断基準が生まれていくことは間違いない。それらの成果を速やかに国際規格や設計基準の見直しなどに反映していくべきである。

Physikalische Zeitschrift, 26,（1925）, 9193）菊 田多利男 , 高温度における各種金屬の剛性及び粘性に就て , 鐵と鋼 , 8,（1922）, 1-18
4）佐々川清 , 鋼の機械的性質に對する温度の影響（II）,
鐵と鋼 , 14,（1928）, 637-658
5）池 島俊雄 , 高温度に於ける鋼の變形抵抗に關する（2）オールジャパン体制の堅持
しかるべき資源を投じ続けない限り、このような事
業の継続は難しい。より効率的効果的に推進する工夫が常に求められる。さらに、専門分野を越えたより幅広い参画を呼び込むことも大事である。
例えば、他の専門分野である、データ科学、計算科
学や新しい計測手段の活用を通じて、新しいより高い
地平を切り開いていくべきである。また、ニーズが高い新しい対象（材料、環境など）を試験対象に加えていくことも大事である。さらに、国際的な連携を有効に活用する姿勢も一層大事になるだろう。

研究（第 1 報）, 鐵と鋼 , 28,（1942）, 1185-11946）市原通敏 , 簡單な匍匐試驗裝置と一實驗例 , 日本金屬學會誌 , 3,（1939）, 45-47
7）清 水 篤 麿 , 金 屬 の 匍 匐 , 日 本 金 屬 學 會 誌 , 4（1940）,（I）：A213-A216,（II）：A253-A257,（III）：
A290-A293,（IV）： A335-A339,（V）： A380-A387,（VI）：A432-A4358）市原通敏 , 匍匐限諸定義の實驗による比較 , 日本金屬學會誌 , 5,（1941）, 286-294
9）絹川武良司 , 高温高圧気罐用鋼管に就て , 機械學會誌 , 36,（1933）, 12-21

実験設備が比較的小型で簡明なので様々な機関に設

10）Larson, F. R. and Miller, J., Time-Temperature

置して全体で共有することも考え得るが、それは決し

Relationship for Rupture and Creep Stresses,て得策ではない。管理とデータ取得が統一した同じ方Transactions of the American Society of

法でなされることを保証することが難しい。

Mechanical Engineers, 74,（1952）, 765-771

試験対象を新しく広げることが今後も想定される

11）井上毅 , 新しい焼きもどしパラメータとその連続が、上記のようなオールジャパンで共有できる手法と昇温曲線に沿った焼きもどし効果の積算法への応

進め方で行うのがよい。試験設備を大型化せざるを得

用 , 鉄と鋼 , 66,（1980）, 1532-1541

ない場合は、躊躇うことなく公的機関に設置し、運用する方向で検討するのがよい。

12）小柴定雄 , 野原孝三郎 , 各種耐熱鋼の諸性質の比較 , 日本金属學會誌 ,13,（1949）, 25-29
13）出口喜勇爾 , 耐熱構造用鋼の研究 - 耐熱鋼の研究（3）貴重なデータの共有から新しい価値を生み出す
NIMS データシートには、化学組成、試験前の金属組織が特定できる各々の試験材で、一定温度、一定荷重におけるクリープ変形の時間変化が、破断までもしくは 10 万時間を超える「生データ」が記録保存されているのは他に類を見ない財産である。クリープ破断時間の測定値、さらに破断時の金属組織観察データなども付記されている。これは、天文観測データのように宇宙の運動方程式を求める基盤となったものに匹敵するが、人工データとしては他に類例を見ないものと思われる。機器の安全基準の設計、判定の基礎となるば
かりか、高温クリープにおける変形と破壊のメカニズ

296

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March（VI）, 鐵と鋼 , 36,（1950）, 30-35
14）芥 川武 , 最近の耐熱材料について , 鐵と鋼 , 36,（1950）, 500-509
15）藤 田 利 夫 , 耐 熱 材 料 に つ い て , 鉄 と 鋼 , 47,（1961）, 53-78
16）芥川武 , 藤田利夫 , 竹村数男 , 鉄と鋼 ,41,（1955）,986-988 が最初ではないだろうか
17）藤田利夫 , 火力発電プラント用耐熱鋼の発展 , ま
てりあ , 40,（2001）, 938-942
18）太田定雄 , フェライト系耐熱鋼 , 地人書館 , 東京 ,（1998）
19）俵 信次 , クリープ研究組合の現状 , 鉄と鋼 , 51,

（1965）, 99-10020）木村一弘 , 私信 ,（2022 年 7 月 13 日）※ NIMS に29）横井信 , 金材技研における長時間クリープ破断試
験 , 材料 , 22,（1973）, 188-193

保管されている「クリープ委員会」議事録による30）横井信 , 池田定雄 , 伊藤弘 , 馬場英次 , 金属材料

21）平 修二 , 昭和 36 年度シングルタイプ・クリープ

技術研究所におけるクリープデータシート作成の試験機の標準化に関する研究（クリープ試験機の標準化に関する研究 -I）, 鉄と鋼 , 51,（1965）,
101-11922）平 修二 , 昭和 37 年度マルチタイプ・クリープ試

現状 , 鉄と鋼 , 61,（1979）, 2076-2087
31）田中千秋 , 八木晃一 , 耐熱金属材料の 10 万時間クリープ特性の評価と高温クリープ研究の新たな展
開 , 鉄と鋼 , 80,（1994）, 255-262

験機の標準化に関する研究（クリープ試験機の32）木村一弘 , 金材技研クリープデータシートから生標準化に関する研究 - Ⅱ）, 鉄と鋼 , 51,（1965）,

まれた高温強度の新しいとらえかた , まてりあ ,269-285

35,（1996）, 535-641

23）日 本学術振興会 第 129 委員会第 3 分科会編、金属材料高温強度データ集 第 1 編 低合金鋼編 , 養賢堂 , 東京 ,（1964）24）日 本学術振興会 第 129 委員会第 3 分科会編 , 金
属材料高温強度データ集 第 2 編 ステンレス鋼編 ,養賢堂 , 東京 ,（1968）33）阿部冨士男 , 世界最長時間のクリープ試験 , まてりあ ,37,（1998）, 734）木 村一弘 , 田淵正明 , 山崎政義 , NIMS クリープ
データシートプロジェクト－38 年間の足跡と今後の展開－ , ふぇらむ , 9,（2004）, 816-820
35）K. Sawada et al, Catalog of NIMS creep data25）日本鉄鋼協会クリープ委員会 , 金属材料高温強度

sheets, Science and Technology of Advanced

データ集 第 3 編 炭素鋼及び鋳鉄編 , 日本鉄鋼協

Materials, 20［1］（2019）,, 1131-1149, DOI:10.1080/

会 , 東京 ,（1977）

14686996.2019.1697616

26）日本鉄鋼協会クリープ委員会 , 金属材料高温強度36）物質・材料研究機構 クリープデータシート , No.

データ集 第 4 編 耐熱合金編 , 日本鉄鋼協会 , 東

43A, 物質・材料研究機構 中核機能部門 材料情報

京 ,（1979）

ステーション , 改訂第 1 版 , 平成 26 年 3 月 31 日

27）大場敏夫 , 澤田浩太 , 木村一弘 , クリープデータ37）物質・材料研究機構 クリープデータシート , No.

シート , 金属 , 81,（2011）, 1006-1015

48B, 物質・材料研究機構 構造材料研究拠点 構造

データシート資料集 No. 10, 金属材料技術研究所

材料試験プラットフォーム , 改訂第 2 版 , 平成 30

クリープデータシート作成の試験計画と試験技

年 3 月 31 日

術 , NIMS 構造材料強度データシートオンライン ,（1996）, https://mits.nims.go.jp
28）NIMS（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
千現地区 クリープ試験機群 , https://www.nims.
go.jp/news/archive/2020/02/202002280.html（2022 年 11 月 4 日閲覧）

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査297

9 大気腐食地球のコアの化学成分は、Fe-5 %Ni と推定されて14 巻（1928 年）に、川上義弘（日本特殊鋼）の「耐いるので、鉄の源は無限とも言える。しかし、人類が錆鋼」に関する報告 2） がある、これは各種鋼材の多採掘できるのは地殻の地表部分に限られるので、鉄の種多様な腐食試験とその結果をまとめたものである

実質的な源は地殻の鉄鉱石だけになる。鉄鉱石は、酸が、その一節に「露天試験」がある。ガラス板の上に化鉄が海底に沈殿して鉱床、鉱脈となったものが地殻

一辺 15 mm の立方体サンプルを置き、夏期の 2 か月

変動で地表近くに上がってきたとされる。光合成する

間、晴雨、昼夜問わず、戸外に暴露して錆びの有無、

シアノバクテリアが海水に溶け込んでいた二酸化炭素

変化を目視で観察している。対象は銃身鋼、砲身鋼、を摂り入れ酸素を出し、それが海水中で鉄イオンと結

半硬鋼、耐錆合金 3 種の 6 種類である。鋼種によってびついて固体の酸化鉄ができたとされる。その鉄鉱石

発錆時期の違い、錆びの成長の違いなどが顕著になるを高温で還元し（酸化鉄から酸素を奪って）できたもことを報告している。

のが人工の鉄である。

【日本金属学会誌】

化学的に「無理矢理」鉄と酸素を引き離しているの

日本金属学会誌には「大気腐食」に関する報告は見で、固体の鉄は室温でも容易に、気体の酸素、水があ

当たらなかった。

ると鉄の酸化物、水酸化物などに戻るのは至極自然で【機械学会】

ある。これを大気腐食と呼ぶが単純そうで実は単純で

会誌 37 巻（1934 年）に山本洋一（理化学研究所）

ない。典型的な複雑系現象であり、経年的な損耗の典による腐食全般の精緻な講義 3） があるが、残念なこ

型例でもある。また、世界的に見ても損耗の深刻さでとに大気腐食までは紙幅が及んでいない。

の地域性が際立つ。

以上から、大気腐食が日本では避けて通れないこと

大気腐食は、応力がかかる場合も重要だが負荷応力の認識は早くから得られていたことが分かるが、これ無しでも生じるので、基本は上で述べたように電気化らの学会誌で見る以上、あまり多くの研究例が戦前に学的負荷による時間依存型の損耗である。水、酸素、電は無い。専門学会の活動が盛んになるのも戦後になる。

位差などからの絶縁を考えれば、塗装などの表面処理が大事になるが、ここでは敢えて「裸表面」を対象にしている。耐食、防食を考えるのに、腐食をまず知る
意義はどこにあるのか…などと考えながら読んで欲い。

9.2 腐食損失の見積もり
日本における腐食が社会にとって大きな損失となることを社会にどのように訴求し、関心を集め、技術開9.1 戦前の足跡

発への投資を効果的に呼び込むかについて、腐食関係
者達は常に腐心してきた。その大きなヒントを与えた【鉄と鋼】のは、米国、MIT の Uhlig 教授の試算である。

4 巻（1918 年）に「橋梁鋼材の腐蝕調査」 が、塚
1）

本小四郎、張忠一（鉄道院）から報告されている。湿9.2.1

1952 年 「腐食に支払う莫大な金額」4）

度の高い山陰線余部鉄橋（脚）、北陸線庄川橋（桁）、『防食技術資料』編集委員署名記事で、1949 年の東海道線山北－駿河間（桁）の三か所が対象となった。

米国、MIT の Uhlig による試算で年間腐食損失額 55

いずれも米国製錬鉄が使われていたと思われる。前二億ドル（約 2 兆円）としていることを詳しく紹介し、者では海塩分の影響、後一者では煤煙・煤の影響を心

Uhlig の算定方式に倣い、日本の腐食損失を約 350 億配した。調査対象外だった東北線利根川橋梁、信越線円と推定している。半分が塗装経費となっているので、

犀川橋梁には建設後 30 年経過しても著しい腐食はな

これはほぼ大気腐食対策と見てよい。

いのに、16 年〜 17 年しか経過しない庄川橋、山北―

298

駿河間の橋には一部取り換えが必要なほどの腐蝕が認

9.2.2 1977 年 「わが国における腐食損失調査報告書」5）められた。余部鉄橋はさらに腐食がはげしいものだっ

通商産業省の補助を受け、日本防錆技術協会と腐食たことを報告している。爾来、日本特有の大気腐食要防食協会が、「腐食損失調査委員会」を設置し、調査因があることを雄弁に示す調査結果となった。

結果をまとめた。Uhlig 方式による生産・製造面から

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March算出した腐食対策費の総計は 2.55 兆円、Hoar 方式による業界分野毎の腐食対策費の総計は 1.04 兆円となった。両者の差は大きいがいずれにせよ 1974 年の GNP

9.3 暴露試験場の全国展開である 136 兆円の 1 ％〜 2 ％に相当することは明ら「大気腐食」というので「大気＝酸素」と理解するかである。なお、Uhlig 方式試算における塗装経費は、人も多いだろうが、残念ながらそう単純ではない。
「大62.5 ％を占めた。

気中腐食」の方が誤解は減るように思うが、大気の状態がすべて関係する腐食を「大気腐食」と定義してい

9.2.3

2001 年「わが国の腐食コスト」

6）

物質・材料研究機構「超鉄鋼材料研究」プロジェク
トからの要請もあり、日本防錆技術協会と腐食防食協る。すなわち、考慮すべき環境条件は温度、湿度、日
照・降雨・風条件、付着物の種類や量、腐食性ガス濃度など多岐多様である。

会が「腐食コスト調査委員会」を設置し調査結果をそれぞれの影響因子が単独に腐食度合いに及ぼす影まとめた。Uhlig 方式で算出した腐食対策費の総計は響を実験的に求めたとしても、それらの影響が加算さ

約 3.9 兆円で 1977 年の 1.54 倍となった（名目 GNP はれるのか、そうではないのか、最も影響度の高い影響

約 3 倍）。塗装経費は 58.4 % だった。Hoar 方式で調因子はなにか、などの疑問に説得的に答えられるとは査した腐食対策費の総計は 5.26 兆円と大幅に増えた。

言い切れない。試験材料が違えば影響度も異なるかも

これは調査がより関連業界網羅的になったことが反映しれない、場所が違えば影響度の順位も変わるかもしした影響が大きいのだろうが、メンテナンスコストのれない、などの問題もあるだろう。大きな難点の一つ

比重が高まったことも増額の要因になっていると考察

は影響因子が時間と共に変動するので「定型パターン」

している。第 3 の方法として産業連関表を利用したを想定し、模擬試験、加速試験を行う意義が薄れてし

In/Out 方式での試算も試みている。Uhlig 方式に使っまうことだ。

たデータをこの方式に当てはめると試算結果は 9.7 兆

したがって、実環境で一定時間の暴露試験を実施す円となった。In/Out 方式では「数え落とし」は最小ることが必然的な帰結になる。もしわが国の気象の季化されるはずなので積み上げ方式である Uhlig 方式、

節変動などが小さくある幅の変動条件で模擬できるとHoar 方式は過少評価となっている可能性があることしたら事情は異なっていただろうが、南北に広がる海を示している。いずれにせよ腐食コストとして「失わ洋国家であり、四季変動が大きいモンスーン地帯にあれる」ものは巨額となると強く認識する必要がある。

るので、単純化は土台無理であり暴露試験の意義は極めて高くなる。

9.2.4

2015 年「わが国における腐食コスト」7）

JIS 制定規格 Z 2381（1979 年）「大気暴露試験方法

日本防錆技術協会と腐食防食協会の「腐食コスト調

通則」、Z 2382（1998 年）「大気環境の腐食性を評価査委員会」が前回から約 20 年後に同様の調査を行っするための環境因子の測定」、Z 2383（1998 年）「大た。Uhlig 方式の集計では 2015 年の損失総額は 4.3 兆

気環境の腐食性を評価するための標準金属試験片及び円、GNI の 0.78 ％だった。1997 年の約 4.6 兆円の 0.94

その腐食度の測定方法」に基づき、民間会社でも公的倍、1974 年の約 2.6 兆円の 1.68 倍となった。塗装経

規格に基づき大気環境での腐食を観察し、また第三費が 58 ％と最も多い内訳を占めている。Hoar 方式で者から受託業務を旺盛に展開できるようにしている。

は 2015 年の総額は約 6.6 兆円、GNI の 1.27 ％だった。

JIS 規格制定過程を見ると大気暴露試験がまず 1979

1997 年には 5.2 兆円の 1.27 倍、
1974 年の 1.1 兆円の 6.22

年に制定され、1998 年に試験片、腐食度、腐食環境倍となった。Hoar 方式はメンテナンスコストも積算など測定に係る詳細な検討が進んだことがフォローでするので、Hoar 方式の積算の伸びが大きいのはメン

きる。これが丁度、前記のオールジャパン体制での腐テナンスコストの比重が高まっているためと委員会は食コスト調査の実施・公開時期と重なっていることが分析している。

注目される。なお、Z 2381 に対応する国際規格は未腐食を 100 ％避けることは無理としてなるべく腐だなく、国際的に日本が先行して定めている。

食に強く安価な素材と安価で一定期間緻密に保護する

以下に、民間会社を除き公的機関で公開されている

表面処理（塗料）の組合せの選択となる。だが、それ暴露試験場を列挙してみた。大雑把に言えば公的機関

らの防食性はいかほどか、最も避けるべき環境条件はの役割は法的基準を定める際の基礎データの取得とそ

何か、などについての、実験データと原理的理解がまれにかかわる基礎・基盤研究であり、民間では商取引だまだ乏しい。

に係る保証データを自ら取得、または受託による取得
鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査299

錆びで錆びを制す耐候性鋼
Fe（鉄）に Cu（銅）や P（リン）などを添加すると大気腐食を抑制する効果があることは早くから知られており、1900 年頃からアメリカでは含 Cu 鋼が市販されていた。さらに強度を上げようと様々な元素の少量添加を検討する中で Cu、Cr（クロム）、Ni（ニッケル）、P などが大気腐食抑制に効果があることが分かった。ここから耐候性鋼として 1933 年に CORTEN-A（US Steel）、MAYARI-R（Bethlehem Steel）
が商品化された。だが無塗装で橋梁用に使うようになったのは 1960 年代になってからとされている。
日本では鉄鋼各社で 1950 年代から開発競争が始まった。1957 年に日本鋼管による含 Cu 鋼に若干の Pを添加した成分系の耐候性熱延鋼板の市販を皮切りに、1958 年に川崎製鉄が Cu-P 系の耐候性鋼高張力鋼
を市販、1960 年に八幡製鉄、Cu-P-Cr 系を開発。富士製鉄が Cu-P-Cr-Ni 系の耐候性高張力鋼を販売開始。
日本鋼管が Cu-P-Cr-Mo（モリブデン）系を開発。
、1962 年に日本製鋼所が Cu-P-Cr-Zr（ジルコニウム）系を開発。1963 年に住友金属工業、1964 年に川崎製鉄、Cu-P-Cr-Ni-Nb（ニオブ）系を発表、神戸製鋼所がP-Cu-Ni-Cr 系と次々と発表が続いた。
現在、耐候性鋼は JIS で二つの規格にまとめられている。
JIS G 3114：溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材
鉄骨造に使われる溶接構造用圧延鋼材の耐候性を高めたもの
JIS G 3125：高耐候性圧延鋼材
P 添加で耐候性を高めているがそのため溶接性が劣るので、非溶接用途に利用する。
近年においても、さらなる研究開発がなされており、海浜環境用に Ni を増量した Ni 系耐候性鋼が市販されている。また、再精製過程で容易に取り除ける Si（ケイ素）、Al（アルミニウム）などの元素（Cu、Ni などはほぼ取り除けない）のみで設計された Si-Al 系耐候性鋼の研究開発も行われている。
【保護性錆】
耐候性鋼の表面には最初赤みが強く発錆するが、徐々に緻密なアモルファス層に変化していきそれが錆びのそれ以上の進行を抑えるとされている。保護性錆となる目安は施工後３か月〜４か月程度だと言われているが、その後絶対に錆が侵食しないとは言えない。

という風に仕分けができていると思われる。
腐食防食協会（1974 年設立）よりも早く設立（1970

9.3.2

国立研究開発法人土木研究所

先端材料資源研究センター、茨城県つくば市

年）された日本ウェザリングテストセンターは、双方

以下の施設を持つ。

の役割を果たすことができる。なお、同センターは• 茨城県つくば市、つくば屋外暴露場：温暖な環境、

JIS Z 2381：大気暴露試験方法通則の原案作成団体と他の厳しい環境の暴露試験場との比較基準。
• 静 岡 県 富 士 宮 市、 朝 霧 屋 外 暴 露 場： 標 高 が 約なっている。

900 mと高いため、紫外線量が多い。
9.3.1 一
 般財団法人 日本ウェザリングテストセンター、
東京都港区• 新潟県糸魚川市：冬季に強い季節風と塩分の影響

1970 年 に 設 立、 大 気 暴 露 試 験 を 中 心 と し た 耐 候を受ける。

性試験を専門とする一般財団法人。国際規格〔ISO/• 東京都品川区：交通の激しい道路わきに設置。

IEC 17025〕に適合した品質の大気暴露試験を実施で• 静岡県焼津市沿岸：温帯の海上・海中での暴露。

きる国内唯一の第三者試験機関である。

• 東京都小笠原村沖ノ鳥島：熱帯での海の影響を強• 千葉県銚子市、銚子暴露試験場• 沖縄県宮古島市、宮古島暴露試験場• 沖縄県宮古島市、宮古島海岸暴露場• 北海道旭川市、旭川暴露試験場

300• 北海道陸別町小利別：日本有数の寒冷地。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

く受ける。
• 沖縄県国頭郡大宜味村：亜熱帯の沿岸で、海の影
響を強く受ける。

9.3.3

国立研究開発法人土木研究所
寒地土木研究所、北海道札幌市

以下の施設を持つ。

とめ、頒布している。
第 1 巻：炭素鋼の屋外暴露、第 2 巻：亜鉛、銅の屋
外暴露、第 3 巻：各種金属材料の屋内暴露である。

• 北海道苫小牧市、美々暴露試験場：初代十勝大橋の 200 年長期耐久性試験• 北海道増毛郡増毛町、留萌海岸コンクリート暴露
試験場：潮風や塩害の影響を調べる。
• 北海道苫小牧市、美々コンクリート・凍害実験場：
凍害の影響を試験。

9.4.2

国立研究開発法人物質・材料研究機構、「大気腐食データシート」の公刊

以下のように事業を進めている。
（1）材料選定：外部委員を含む検討会で審議した市
販材及び溶製した合金材料で製造履歴の明確なもの。試験片は板状とし JIS Z 2381：2001 に

9.3.4

国立研究開発法人建築研究所、茨城県つくば市

以下の施設を持つ。

準ずる。
（2）暴露試験

ばくろ試験場：建築材料部材の耐久性能を解明する• 直接暴露試験：南面 45°に傾斜させた暴露架ため、日光や風雨にさらして実験。材料ばくろ架台、台を使用し、試験片を雨、風、日光などの自部材ばくろ架台、動ばくろ架台をはじめ、気象条件を然環境下に直接暴露。

把握するための日照時間、日射量、気温、湿度、紫外• 遮 へい暴露試験：遮へい構造物の下に暴露架

線量、雨量、風速、試験体表面温度等を計測する機器

台を水平に設置し、雨、日光の直接の影響を類等が設置されている。

避けた状態で暴露。各試験をつくば、銚子、宮古島の３個所で実施。

9.3.5 国
 立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所（3）評価項目

港湾空港技術研究所、神奈川県横須賀市• 外 観観察：外観の目視観察および試験片の対「海水循環水槽」、「海水シャワー暴露試験場」およ空面（表）及び対地面（裏）のカラー撮影。

び「海上大気暴露試験場」の 3 つの暴露場で構成され、• 断 面観察：さびの断面観察のため、埋込み、環境区分として「海水中」
、
「干満帯」
、
「飛沫帯」および「海上大気中」の 4 環境を模擬した陸上の屋外暴露試験施設がある。

研磨後、顕微鏡観察。
• 質量測定：1 mg の単位で初期質量、暴露後質量を計量。JIS Z 2383 及び ISO 8407 に記載の方法で腐食生成物の除去処理。

9.3.6

国立研究開発法人物質・材料研究機構、茨城県つくば市

大気暴露試験場にて大気腐食データおよび気象因子
データを収集している。

• 腐 食度算出：腐食度を一定の式（略）に従って算出。
（4）今までの発刊実績
ü
低合金鋼：大気腐食特性データシート作成計
画（2002 年 12 月 25 日）

9.4 大気暴露試験データの共有・データベース
このように貴重な大気暴露試験データを適切に広く共有できるようにすることが期待されるが、あまり多くの関連事業はないようである。

üFe-Al、Fe-Si 二元系合金：大気腐食特性デー
タシート（2005 年 3 月 31 日）üFe-Cr、Fe-Ni 二元系合金：大気腐食特性デー
タシート（2010年 3月 31日）
ü
炭素鋼：短期繰り返し暴露の大気腐食特性デー
タシート（2011 年 3 月 31 日）
ü
炭素鋼、耐候性鋼：大気腐食特性データシー

9.4.1

スガウェザリング技術振興財団、「グローバル
大気腐食データベースの構築」

これまで各国の研究機関や公設試験機関をはじめ、さまざまな協会・学会・団体で実施されてきた金属材
料の屋外暴露試験（炭素鋼、亜鉛、・銅）および屋内

ト（2014 年 3 月 31 日）üFe-P、Fe-Cu 二元系合金：大気腐食特性デー
タシート（2016 年 3 月 31 日）
ü
炭素鋼：大気腐食特性データシート－大気環
境因子の影響－（2019 年 3 月 31 日）

暴露試験（炭素鋼、亜鉛、銅、銀、ニッケル、すず）の腐食データを、一元的に抽出したデータベースにま鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

301

9.5

ACMセンサ（大気腐食モニタリングセンサ）

ACM（Atmospheric Corrosion Monitor）型腐食センサ（通称 ACM センサ）

8）9）は、1994 年頃、日本で• 渇 き大気腐食：水膜厚さが 10 nm 以下。乾燥大
気中と同程度の腐食反応。
• 湿り大気腐食：水膜厚さが 1 μm 以下。水膜が厚くなるとともに腐食速度が増加し、1 μmで最大の腐食速度になる。
• ぬれ大気腐食：水膜厚さが 1 mm 以下。水膜が厚開発された。
大気腐食は水と酸素がないと生じない。酸素も水分も空気中にあるが、水というより金属表面に付いくなると、大気からの酸素供給が低下し、腐食速度が減少する。

た水膜とする方が分かりやすいだろう。水膜は空気• 浸漬腐食：それ以上の厚さの水膜。

中の水分による結露、雨水による濡れでも形成されしたがって、時間変化による積算腐食量は水膜の状る。水膜の厚さを変えて腐食反応の度合いを調べた

態変化に大きく左右される。となると、水膜の状態変基礎研究によると水膜の厚さによる以下のような現化を示すことができる何らかの計測可能な因子（セン象が観察される。

サ出力）と腐食量変化（計測可能）を結びつけること

図表 9.01 炭素鋼での ACM センサの出力（平均電流）と腐食速度の関係（文献 10 を参考に、筆者が作成）

302

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

ができると任意の自然環境でのセンサ出力から大気腐は十分小型であり、定置構造物に限らず移動体にも設食量を見積もることができようになる。

置可能である。また、24 時間データの有効な解析が基板となる対象金属（Fe、亜鉛メッキ鋼板など）

進めば、影響因子の絞り込みがより確度を増すだろう。

の表面に、まず絶縁ペーストをスクリーン印刷・焼成

複雑現象の多階層的観察技術がまだまだ十分とは言え硬化し、さらにその上に基板との絶縁が保たれるようないが、ミクロ、メソ、マクロな各階層での観察を統に導電性ペースト（Ag など）を積層印刷・焼成硬化合しながら、より妥当な現象モデルを導き出し、数値させる。乾燥状態で両極間の抵抗が 10 MΩ以上（絶シミュレーションも援用し、信頼性を格段に高める展縁状態と見なせる）のものを作る。

開を近い将来に期待する。

これが、大気中に暴露され、降雨や結露などによっ

また、センサが国際規格化されていけば、共通課題て基板と導電性ペーストの間に薄い水膜が形成されるを持つ国々の間での国際連携も極めて重要になる。そとガルバニック電流が流れるようになる。

の局面で日本には大きな貢献ができるはずである。

この電流は腐食速度と良い相関関係があることが、開発者らによる様々な環境での実験で確かめられた

参考・引用文献（図表 9.01） 。この図は、鉄の腐食速度（mm/ 年）

1）塚本小四郎 , 張忠一 , 橋梁構材の腐蝕調査 , 鐵と鋼 ,10）と ACM センサの日平均電気量（Q）の間の良い相関関係を示している。
横軸の左端側はほぼ乾燥状態なので、腐食は実質ないと見なせる。これらを大気腐食の基準関係と見なすことができると新しい出発点となる。
このセンサをベースに、2019 年に腐食防食学会が原案作成団体となり、JIS に Z 2384：大気腐食モニタ
リングセンサが制定された。研究面等で既に十分な使用実績があるが、市販されてさらに多方面に適用されている。

4,（1918）, 1172-1184
2）川上義弘 , 耐錆鋼に關する研究 , 鐵と鋼 , 14,（1928）,（I）： 838-951,（II）： 996-1071
3）山本洋一 , 金屬材料の腐蝕に就て , 機械學會誌 , 37,（1934）,（前編）：531-545,（後編）：621-635
4）編輯委員 , 腐食に支払う莫大な金額 , 防蝕技術資料 ,1,（1952）, 66-72
5）腐 食損失調査委員会 , わが国における腐食損失調
査報告書 , 防食技術 , 26,（1977）, 401-428
6）腐 食 コ ス ト 調 査 委 員 会 , わ が 国 の 腐 食 コ ス ト ,Zairyo-to-Kankyo, 50,（2001）, 490-512

9.6 今後の展望7）腐食コスト調査委員会 , わが国における腐食コスト ,

大気腐食については、ヨーロッパでの研究例が乏し

8）元田慎一 , 鈴木揚之助 , 篠原正 , 兒島洋一 , 辻川茂

いのに比して、日本では早くから大きな問題となって

男 , 押川渡 , 糸村昌祐 , 福島敏郎 , 出雲茂人 , 海洋

いた。高温・多湿・海塩粒子飛散の自然環境である、性大気環境の腐食性評価のための CM 型腐食セン

インド沿岸部、東南アジア、中国沿岸部などでも共通

サ , Zairyo-to-Kankyo, 43,（1994）, 550-556

Zairyo-to-Kankyo, 69,（2020）, 283-306

する課題である。だが、あまりにも複雑な現象であり、

9）篠原正 , 元田慎一 , 押川渡 , ACM センサによる環

長い間攻め込めなかった感が強い。それでも大気腐食

境腐食性評価 , Zairyo-to-Kankyo, 54,（2005）, 375-

による損耗は大きいので、それを減らすために材料の382

選択・改善および塗装技術の開発の方向性を探って対

10）押川渡 , 糸村昌祐 , 篠原正 , 辻川茂男 , 雨がかり処してきた。
そのために暴露試験を全国規模で展開し、のない 条件下に暴露された炭素鋼の腐食速度と役立ててきた。
このような中で大気腐食モニタリングセンサが開発

ACM センサ出力との関係 , Zairyo-to-Kankyo, 51,（2002）, 398-403

され、JIS 化されたことは大きな意義を持つ。センサ

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

303

定時観測によるデータ記録
極めて長期間にわたる試験において、制御条件を一定に保つか、データをどう計測するかなどで、この50 年間にいくつもの大きな発展を経験した。
例えば高温クリープでは、電気炉の温度をどう一定に保つかは難題だった。電気的な自動制御が可能になる前は、例えば、出力を一定にして、定常となる温度を予め知っておき、頻繁に温度変動を観察し、それに応じて、スライダックで電圧を微調整するとかの工夫がされた。しかし、このやり方で何十年も継続することは可能としても、得られるデータの信頼性が損なわれる危険が高い。筆者自身、目的は違うが、電気炉の PID 制御装置を購入して試してみた時、最新技術の恩恵を実感したものである。
ほぼどのような現象も、最初の期間は測定値の変化が大きく、急速に変化速度が低下し、変化がなくなったように感じるが、試験片が破壊する時が近づいてくると、今度は変化率が時間と共に増えるようになる。
始めた当初は、頻度良く測定値を読み取り、データブックに記録する。変化がないときは、一日に何回、何時と決めて定時観察、記録する。終わりが近づくことを見逃さないようにして、終盤はまた頻度良く読み取ることになる。だが、いつ、終盤が来るか予測できない。だが不思議なことに、経験が重なってくると、なんとなく予感できるようになる。最近ではＡＩとか騒ぐが、どうも人間にもそのような能力が潜んでいると思うことがある。というか、まだ論理的な説明はできないが、おぼろげに現象論的な理解ができてくるというべきかと思う。
その後、アナログでの連続記録を一気に放逐するような、デジタルの連続記録がパソコンを利用してできるようになった。解像度は 12 ビットだったが、工夫すれば十分な精度が得られた。記録容量が高ければまさに 24 時間、適切な時間間隔で自動的に記録してくれる。1980 年代だったと思うが、記録容量が十分でないので、プリンターに印字させることで「自動記録」とした。その後、解像度は 16 ビットになり、記憶容量はどんどん増えていった。そうなると、文字通りの自動記録が可能になる。
少なくとも長時間実験での人力によるデータ記録を交代制で行う必要はなくなった。しかも、多くの台数の、それが遠隔地にあっても、リアルタイムの監視システムで、データの現状を一気に知ることができる。
このような技術開発を最大限利用するためにも、高い実験精度を持つことこそが肝要だと強く思う。ビッグ・データのそれぞれの要素の精度が十分でないとしたら、それを解析してもある意味無駄だ。高精度のビッグ・データを得て、それを解析しきる中から、新しいサイエンスが生まれてくるような予感がする。

304

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March10 まとめ

信頼性を論じるための前提となる基本認識は、本稿では詳しくは触れなかったが、以下のようになる。
• 均質均一な素材であれば、その素材に固有の限界値を得ることができる。
• 但 し、定められた大きさ以上の試験片を確保し、試験片の形状制限を守らなければならない。

• 学術的には、関連学協会で各分野の観点からの研究、技術開発が旺盛に行われた。
• 試験法の統一を目指した共同事業をまず産が企業の枠を超えて実施し、それが効果的な助走となる。
• 規格の制定、改正に当たっては、官製起案委員会
等による官の原案「内製」から学協会プラット• 一方、内部、表面に不均一性や欠陥があれば、限フォームによる原案ボトムアップ重視へと変遷

界値はその影響を明白に受ける。したがって、均し、官の責任下での産学連携の仕組みが機能した。

質均一な素材に寸法、形状が分かった欠陥を意図• 学協会等においては、特に重大事故については高的に作り込むことができると、その影響を再現性

い責任感を持って問題点を自主的に把握する姿勢

良く計測できる。

を歴史的に貫いており、解明事実の公開データ• 試験環境、すなわち、温度、雰囲気などの影響を受けるので、試験環境を一定に保つか、その時間変化を正確に把握すべきである。

ベース化もなされている。
• 客観性の高い世界標準に見合う基準データの取得と整備の必要性が痛感され、公的機関に産学官の• 力学的な性質は、変形速度（歪速度）の影響を受プラットフォームを作り、公的機関が標準法試験

けるので、歪速度を記録し、その影響を把握しなを実施し、その成果を公開・共有する仕組みが機ければならない。

能するようになった。特に公的機関が長期間試験• 高温では勿論、室温であっても、素材は熱力学的を確実に実施してきた点は、世界的に稀有と言っに安定とは言えないので、経年変化があることをてよい。その背景には産学官の密接な連携が存在前提にしなくてはいけない。経年変化が実用上でする。

軽微な水準を越える場合は、極めて重要になる。

• これらが相まって、日本の鉄鋼の信頼性向上技術

これらの前提条件を十分に整えることができないとは世界的な手本となる水準に到達し、グローバル

説得力のある試験ができない。これらの前提条件は科規格へも影響力を持ち始めている。

学研究と共通するか、それ以上に厳しいものであるこ• 一方、大気腐食のように欧米では大きな問題となとは読者には自明だろう。すなわち、信頼性向上技術

らず、日本独自のアプローチが必要な課題が存在

研究は科学研究の重要な一翼を占め、担っている。こすることも早くから認識されていた。気候学的にの点に関する基本が薄弱だということは、その社会のは必然とはいえ驚かされる。このように世界的に科学的基盤が薄弱だと断ぜざるを得ない。本稿で見て「共通しない」ことをどのように世界的に「共通

きた通り、幸い日本の信頼性向上技術研究の水準は世化＝規格化」するかという課題がある。

界的に見ても高いのは明らかである。
今後、この基本の共有を広めつつ強化し、さらなる前進を図っていく必要がある。

これらの教訓はすべて今後にも活かすべきである。
連携には時間の推移と共に齟齬、分断が生じ、それが拡大し消滅する例がよく見られる。状況の変化に応じ、機敏に連携の目標を見つめ直し、連携への参画者につ

10.1

日本の鉄鋼の信頼性向上技術研究の特徴

歴史の振り返りから分かった日本の鉄鋼の信頼性向
上技術研究の特徴点は、以下のようになる。

いても見直していかないと継承できない。

10.2 中国の台頭と国際連携• 戦後の出発点で国産技術を世界標準に見合う水準

国際規格を考える際には、変化速度の速い世界情勢に押し上げることを産学官の統一目標としたことを見ることが不可欠である。ここでは益々注目度が高が大きな前進要因となっている。国産技術とは、まる中国を取り上げてみる。

国産材料に留まらず、世界標準に見合う総合技術としての国産化をいう。

中国の名目 GDP は 2022 年に約 20 兆米ドルで、日本の約 4 倍である。1990 年以降の日本の経済成長は鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

305

小さいので、2010 年に追い越されてから 10 年余りでミュレーションするための大型コンピュー夕も導入す

中国は 4 倍に成長したことになる。1990 年代に「世る。世界の多くの機関との協力関係も進めており、物界最大の製鉄国」になった頃に、次の目標は「世界最質・材料研究機構も協力覚書を結んでいる（2009 年 7強の鉄を作る国」と意気盛んだったことを思い出す。

月筆者が現地で覚書に署名した）。

中国は地理的に日本に近くしかも偏西風の風上に位置するので、中国の大気、海洋の汚染は少なからず日本

10.2.2石炭火力に傾倒する中国のエネルギー政策の広域の自然環境に影響を及ぼす。それに留まらず、経

中国は、一時はその比重を低減する姿勢も見せたが、済、食料問題などの中国の動向も世界および日本に大き石炭火力に多くを依存する姿勢を変えず、さらなる増な影響を及ぼすことを冷静に捉えざるを得ない。鉄鋼を設も視野に入れている。
当然、発電プラントの高効率化、できる限り適切に使い、どんな事故でもその発生と被害長寿命化も狙っている。ここには二つの大きな挑戦課を最小化することを望む立場からは、中国の今後がどう題がある。一つは高性能耐熱鋼の国産化および発電プ

なるかに大きな関心を払わざるを得ない。そういう思い

ラントの国産化であり、もう一つは持続可能性の高い、から、中国における近年の信頼性向上技術研究に詳しい

高度な運転・保守・管理技術とそれを支える技術者の八木晃一氏へのヒアリングおよび氏の著作物を通じて、育成・確保である。どの課題でも中国は経験が浅いが中国の現状について貴重な情報を得た。

他国の支援（日本は競合国に先を越されている）も視野に入れ、まずは後者を優先するように見受けられる。

10.2.1 国 家材料服役安全科学中心（NCMS）の整備プロジェクト

1）-3）

八木氏によるとこの計画は、第 11 期 5 カ年計画でその上で国際規格の Grade 92 系に重きを置き、その上級鋼の自主開発を目指している。発電機器の国産化については大型部品を除いて国産化が進んでいる。

位置づけられた 12 のキー科学技術施設整備の一つと日本が将来の国際市場でこの分野で寄与しようとすして、2007 年 2 月に国家発展改革委員会が正式に認るならば、ハード面での高みを活かし、それをさらにめたものである。和訳としては「国立材料使用安全科

伸ばすのは勿論として、ソフト面でも世界的な水準を学センター」が適切（八木氏）だろう。建設は 2008

謙虚に学び、高品質を産み出す日本の特質を生かした

年 12 月から開始された。

運転・保守・管理技術とその人材育成で成果を出すよ

このセン夕ーは、北京科技大学を中核とし、瀋陽のう考えるべきと思われる。ハード面では、特に大型部

中国科学院金属研究所、西安の西北工業大学、ハルピ

品の一品もの製造では高い信頼性を持っており、国際ン工業大学などの協力で進められているので、中国科市場への貢献が期待される。

学院のネットワーク下のプロジェクトと言える。北京市昌平区に 30 万 m2 超の土地を入手、建築面積は八木氏からのご説明をうかがって上記のような思いを持ったが、その上で日本独自の国際連携戦略がない

10.7 万 m である。
2

このセンターが目指している材料安全研究の領域は広範で、例示すれば以下となる。

ものかと思い巡らした。信頼性向上技術における産学の良好な連携は日本独自の強さであり、グローバル局•原子力発電および火力発電プラント用構造材料の面におけるバーゲニング・パワーとして活かせると好

力学的性質および材料使用環境での評価

いとまず思う。

•石油化学プラント用材料の腐食に及ぼす多相流の影響•構造材料の大気腐食の特性評価および寿命予測•力学および化学相互作用下での構造材料の適用性

10.3 風土へ適合した持続可能性の徹底追及
10.3.1 「使う」場面の安全・安心を強化するため
の評価•極限環境下での航空および海洋用構造材料の特性に素材・製品の共同・連携を強める

評価•土木分野（道路を含む）での構造材料の特性評価

306

製品規格の中でその原料素材（材料規格）を指定し、と寿命予測必要な性質の測定法（試験規格）を指定するのは自然

材料の特性を調べる小型試験機の整備とともに、大である。事故等の社会的責任を問う場合、事故の原因

型部材（部品）を使って複合的条件下での特性を調べを究明して原料素材の破損、損傷が主因であったといる大型実験施設も整備し、構造材料が被る損傷をシう場合、素材供給側が①遵守すべき材料規格、試験規国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March格等に明らかに違反していた場合、②規格等の要求内てグループ間の調整を合理的に行う、例えば、国際的容には違反していない場合の両方がありえる。①の場

なダブルスタンダートの容認も合理性が高い。生じる合は明らかに素材供給側の責任が問われるが、これは摩擦の最小限化に役立つとすれば考慮の余地がある。

製品製造の際にチェックが入るべきものである。見落

このような差異についての理解をお互いに深めていして事故に至ったとすれば製品製造側の責任が問われく上では、基礎研究の役割が大きい。現象のメカニズるのは当然となる。それに対して②の場合は製品製造

ムをより深く追求、解明した研究成果を国際的に共有側が専ら責を負うという方向になっている。これ自体する努力が求められる。同時に、深刻な課題を解決すは不当な裁定とは言えない。

るのに必要な技術を特許化することも大事である。そしかし、問題解決・再発防止のためには素材供給側

れによって科学的および技術的に対応できていることの参画が必要な場合が多いはずである。事故防止、撲を具体的に「見える化」して示すことは、相手の理解

滅に、素材供給側が無関心になるとしたら、素材そのを得て国際的なコンセンサスを構築する鍵になる。

ものの発展の可能性を閉ざしていく懸念が生まれる。

日本の経済、インフラを自然災害に強く持続可能性

本稿でみてきたように、①破損性、損耗性を予め断定の高いものに維持しさらに発展させていくためにもこ的に予測することにリスクがある。②材料強度を上げの戦略は不可欠である。自己防衛の上でのオープンなる（もしくは許容応力を上げる）には、耐破損性、耐共創戦略が好都合と思われる。

損耗性が十分確保されることを保証しなくてはならな
い（保証できない場合は許容応力を下げるべきである）

10.3.3

注目すべき他のテーマなど、信頼性確保こそが構造物の安全・安心な利用を

本稿では、鉄鋼の信頼性向上技術の内、高温クリー

担保できる。関連規格の許容条件がしかるべく耐破損

プ、高サイクル疲労、脆性破壊、大気腐食だけを取り性・耐損耗性を反映する規定に徹底することを強く提上げたが、大事なテーマはこれらに限られることはな

案する。

く、現状でも多くのテーマが鋭意検討されている。

構造物の素材供給側と製品製造側が腕を組んで、「使う」場面での信頼性確保のためのリスクマネジメント

未来を考えた時に筆者が最も注目すべきと考えているテーマは以下の二つである。

を進め、「使う側」とのリスクコミュニケーションを

水素社会を展望すれば、鉄鋼と水素の関係の重要度展開すべきである。そのことが、技術とそれを担う人

は否が応にも増してくるはずだ。水素による破損促進材のさらなる高度化や新しい展開の契機となるはずで懸念は高強度になればなるほど増す。材料強度は低温ある。

で増すので、水素を低温環境で使う場合は、二重の意
味で高強度との闘いが顕在化する。

10.3.2

グローバル化と自然環境延性における破壊限界には原理的なブレークスルー

国際規格は制定委員会での多数決による。この手続が期待される。高強度かつ高延性な材料の開発は経験きに異論はないが注意すべき点がある。多数派工作の論の枠内で活発に行われてきたが、そこから脱して科

ポリティクスのことではない。金属材料が晒される自学的に論理的なものとなることが強く期待される。

然環境が国によって違うことへの合理的な対応策が必要である。

これらに関する助走は確かに積み重ねられてきているので、近い将来、大きな前進があると期待する。

強い地震の多発地帯であるか否かで耐震性の要求が違う。一案として想定震度幅が十分広く、各国がそれぞれの対応基準を持てるように合意すればよいかもしれない。耐食性は、温度、湿度、塩分濃度の関数とな

鉄鋼協会設立の初志（1914年）に10.4 立ち返るるので、欧州と東アジアでは求められる基準レベルが鉄鋼協会の初代会長は野呂景義（1854 年〜 1923 年）、

全く違う。これも多様な自然環境を前提とした基準を二代目は今泉嘉一郎（1867 年〜 1941 年）、三代目は制定し合意すればよいかもしれない。

香村小録（1866 年〜 1939 年）、そして 4 代目が俵国だが、要求が厳しい自然環境の国に製品を輸出しようとすると、自国仕様のものは輸出できず、相手国仕一（1872 年〜 1958 年）である。鉄鋼協会創立 40 周
年の際に俵が設立余話を回顧 4）している。

様に合わせて製造しなくてはならない。深刻さによっ

将来歴代の会長となる 4 名が集まって鉄鋼協会の設て真剣さも違ってくる。このような場合、深刻さに応立について相談した。曰く、『大正 3（1914）年 6 月 8

じてグループ分けし、グループ内のコンセンサスを得日今泉嘉一郎、俵国一、野呂景義、香村小録の 4 名会
鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

307

合し我国において鉄および鋼に関する事業の発達を助ず協会と唱えるようになった筈である』と述べている。

成する目的を以て 1 つの協会を組織せんと欲し協議の「協会」と名付けたのは、「鉄の使用者、需要家」の協結果力を得るためだと言い切っている。

（イ）機関雑誌を発行すること（ロ）協会の発展に伴い理化学的試験所および参考品陳列所を設置すること（ハ）学術上および経済上時宜に適する研究調査をなすこと翻って見ると、名称、会員資格の初志が鉄鋼協会において十分達成されているとは思えない。むしろ、これから未来を展望する際にこそ傾聴すべき問題提起と捉えることもできる。本稿での検討の結果、鉄鋼の信頼性向上研究は、作る側が使う側、究極的には市民、会員の資格を鉄鉱採堀業者、鉄鋼製造業者およびそ社会と連携しないと成功できないと結論付けたが、実の加工者、鉄鋼使用者、鉄鋼販売者ならびにこれらには、その点は一世紀以上も前に既に先人たちが見越し関する技術者および従業者その他鉄鋼に関係ある特志ていたことに驚愕する。改めて先人たちの初志を受け者とすることと一応決定したのである』

止める時代がやってきたと思う。

4 名の中の大先輩である野呂の提案がベースになっているということだが、4 名はそれぞれ海外視察もしていて欧米の情勢にも通じていた。
例えばドイツでは、鉄鋼研究所を 1917 年に設立、ドイツ博物館を 1903 年

10.5 終わりにに提唱、1925 年に一般開館の機運があったことも何

鉄鋼の信頼性向上技術には、まず材料力学と材料学

らかの影響を与えているかもしれない。いささか牽強の連携が不可欠である。技術の成長期では製造者がか付会かもしれないが、「理化学的試験所の設置」が「金かわる三角形が大きな役割を果たすが、技術の成熟期

属材料技術研究所の設置」の発端的底流となったのか

では需要家もしくは使用者がかかわる三角形も重視しもしれない。

なくてはならない。この二つの三角形が有機的につな

4 名の初志で、現代及びこれからにも通じるのではがれば、より安全・安心で豊かな社会の持続性が確保ないかと感心するのは、会員資格と組織名である。俵されるだろう。その上に、倫理、法律、保険・金融なはこの点について、以下のように回顧している。

どの自然科学以外の諸科学との連携も不可欠である。

『本協会会則の特色と思うことは会員の資絡である。

そのような多様な連携を意味あるものにしていくため

鉄鋼製造者は勿論のこと、それに鉄鋼販売者の外鉄鋼には、これらを切り結ぶ役目を果たすべき学協会、公使用者を含めたこと、（中略）、主として鉄の使用者、的研究機関などによるプラットフォーム活動が重要に需用家の協力なしには成り立たない理に基ずくと考えなる。その展開によって、計算科学・データ科学の活る。これは飽迄心して貰い度い、製鉄業のような各種用、自然環境の多様性を入れ込んだ国際基準の制定な

専門家の総合技術を必要とするものでは是非心得えね

どの力強い取り組みが結実していくと確信する。

ばならぬと愚考する。そんな意昧を含めて学会といわ

図表 10.01 「つくる」「成長」の三角形（連携）と「つかう」「成熟」の三角形の両方が大事（筆者作成）

308

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March参考・引用文献
1）八 木晃一 , 中国で材料安全研究のための新たな拠謝辞

点が立ち上がる , CROSS T&T, No.36,（2010 年 9月）, 27-29
2）八 木晃一 , NIMS クリープデータシートの経緯と執筆にあたり、助言および資料提供いただいた方々に感謝します。

成果、耐熱金属材料委員会研究報告、日本学術藤田利夫（東京大学名誉教授）

振興会耐熱金属材料第 123 委員会 , 58, 3,（2017）,

柴田浩司（東京大学名誉教授）

249-258友田3）八 木晃一 , 中国の石炭火力発電プラントの状況と
課題 , 私信 ,（2021 年 3 月 20 日）
4）俵国一 , 日本鉄鋼協会設立當時の回顧 , 41,（1955）,
680-682

陽（茨城大学名誉教授）

八木晃一（コ ンサルタント、元物質・材料研究機構
材料基盤情報ステーション長、北京科技
大学国家材料服役安全科学中心高扱顧問）
木村一弘（物質・材料研究機構  構造材料研究拠点長）
澤田浩太（物質・材料研究機構   構造材料研究拠点
プラットフォーム長）
一般社団法人日本高圧力技術協会
一般社団法人溶接学会
国立研究開発法人物質・材料研究機構

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査309

鉄鋼の信頼性向上技術研究の系統図

1900-1950
鉄鋼の国産化へ
鉄鋼の国産化へ
1887
釜⽯鉱⼭⽥中製鉄所
釜石鉱山田中製鉄所
1901
官営⼋幡製鐵所
官営八幡製鐵所

独に学び英⽶に追いつけ。まずは増産。
独に学び英米に追いつけ。まずは増産。
しかし、量的にも質的にも及ばず
しかし、量的にも質的にも及ばず

溶接構造物の破壊
溶接構造物の破壊

鉄鋼の展開 鉄
鋼の展
開1931 全溶接軍艦の沈没
1938 トラス橋の崩落(ベ
ルギ
ギー
ー)
)
ベル
米
1943 戦時標準船の船
船体
体破
破壊
壊(米
(米
米)
)

溶接
接継
継手
手は
は複
複雑
雑系
系
溶

高強度利用を阻む信頼性低下要因
⾼強度利⽤を阻む信頼性低下要因

欧⽶
欧米
量的に
量的に

19
196
 1
 1

使

鉄鋼への期待
鉄鋼への期待より高強度の利用
より⾼強度の利⽤➡構造物の
➡構造物の軽量化と省素材
軽量化と省素材

 日-(6   臨
(1921)日
日本
本標
標準
準規
規格
格(JES)-(1939)臨
臨-(6新JES- 新新-(6
JES   -(19 (1938) 航航格
航格

試験法の標準化
試験法の標準化

信頼性向上技術の
信頼性向上技術の共通基盤拡大へ
共通基盤拡⼤へ

出会いの場の拡⼤ 
出
会
い
の
場
の
拡
大

つくる
つくる

つかう
つかう

製造者
製造者

ユーザー
ユーザー

材料
材料
力学
⼒学

材料学
材料学

「成長」三角形「成⻑」三⾓形

材料
材料
力学
⼒学

310

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

情報循環
情報循環

「成熟」三角形「成熟」三⾓形

日本工学会
⽇本⼯学会
 (1879-)
日本機械学会
⽇本機械学会 (1897-)


(1952


(19

エビデンス・
エビデンス・
データベース構築
データベース構築

材料学
材料学

科学と技術
科学と技術
産業とアカデミアの連携
産業とアカデミアの連携


(1952

日本鉄鋼協会
⽇本鉄鋼協会 (1915-)

共有
共有
共創
共創

日本金属学会
⽇本⾦属学会 (1937-)


(1
クリープ
クリープ

 科(1956)科

日本材料試
⽇本材料 
(1952)

電気鎔接協會→鎔接協會→鎔接学会→溶接学
電気鎔接協會→鎔接協會→鎔接学会→溶接     

(1926)(1927)(1943)
(196
土木学会
カタサ研
⼟⽊学会
カタサ研
   (1914-)(1956)

1950-2000


2000

欧⽶に学び、追いつけ、追い越せ。
欧米に学び、追いつけ、追い越せ。
量的にも質的にもグローバルリーダーへ
量的にも質的にもグローバルリーダーへ

より⾼い信頼性のより高い信頼性の
鉄鋼の供給と利⽤へ鉄鋼の供給と利用へ

1968㻌㻌 球
ンン
クク
破破
損損
㻌
球形
形貯
貯槽
槽タタ
1968
阪神
神・
・淡
淡路
路大
大震
震災
災
1995阪 1974
1974 陸上貯蔵タン
ンク
クか
から
ら重
重油
油流
流出
出
2011東
東日
日本
本大
大震
震災
災
 1975
1975 原子力発電装
装置
置配
配管
管の
の応
応力
力腐
腐食
食割
割れ
れ
1980 浮体構
北
構造
造物
物破
破損
損(北
(北
北海
海)
)

使える高強度の拡大
使える⾼強度の拡⼤

絶え間ない耐破損性・耐損耗性向上
絶え間ない耐破損性・耐損耗性向上

(6新
新JES
-(6   日） 日）ES新-(1949-2019)日
日本
本工
工業
業規
規格
格（
（-,6）
JIS）
）            -(2019-)日
日本
本産
産業
業規
規格
格（
（-,6）
JIS）
）
 金属材料引張試験方法
(1952)⾦属材料引張試験⽅法 金属材料のシャルピー衝撃試験方法
(1952)⾦属材料のシャルピー衝撃試験⽅法
 金属材料のクリープ及びクリープ破断試験方法
(1956)⾦属材料のクリープ及びクリープ破断試験⽅法
 金属材料の回転曲げ疲れ試験方法
(1974)⾦属材料の回転曲げ疲れ試験⽅法
 金属材料の平面曲げ疲れ試験方法
(1974)⾦属材料の平⾯曲げ疲れ試験⽅法
 大気暴露試験方法通則
(1979)⼤気暴露試験⽅法通則
   (1966-)(1976-)(2002-)
クリープデータシート
疲れデータシート
腐食データシート
クリープデータシート
疲れデータシート
腐⾷データシート 科学技術庁、金属材料技術研究所               物質・材料研究機構
(1956)科学技術庁、⾦属材料技術研究所(2001-)物質・材料研究機構

日本材料試験協会→日本材料学会
⽇本材料試験協会→⽇本材料学会
   (1952)(1963-)
腐食防食協会→                    腐食防食学会
→溶接学会
腐⾷防⾷協会→                     腐⾷防⾷学会
 →溶接学会

 (1974)(2012-)(1960-)
カタサ研究会→日本材料試験研究会→日本材料試験技術協会
カタサ研究会→⽇本材料試験研究会→⽇本材料試験技術協会
     (1956)(1973)(1985-)

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査311

鉄鋼材料の信頼性向上技術の系統化調査

産業技術史資料

番号

製作者

名称

制作年

所在確認

所有者

1

鉄鋼協会「クリー 昭和 40年〜 日本鉄鋼協会
プ委員会」関連 昭和 41年の議事録及び議事資料

2「構造材料データ 昭 和 4 1 年 物質・材料研究シート」バック 以降現在に 機構
ナンバー
至る

所在地

物質・材 305-0047
料 研 究 茨城県
機構
つくば市
千現 1-2-1

選定理由

備考

産官学が連携し、クリープデータシート事業の発足に至った経緯を示す貴重な資料
世界的に資料価値の Pdf版が高いクリープ、疲労、 公開され
腐 食 な ど の デ ー タ シ ているートは適宜更新されているので、バック
ナンバーがあればその改訂経緯もフォローできる。

クリープデータシート
No.

312

名

称

発刊年

0

国産高温用材料のクリープデータシート試験プログラム

1972

1B

ボイラ・熱交換器用クロムモリブデン鋼鋼管 STBA 22（1Cr-0.5Mo）のクリープデータシート

1996

2B

ボイラ・熱交換器用クロムモリブデン鋼管 STBA 23（1.25Cr-0.5Mo-Si）のクリープデータシート

2001

3B

ボイラ・熱交換器用合金鋼管 STBA 24（2.25Cr-1Mo）のクリープデータシート

1986

4B

ボイラ・熱交換器用ステンレス鋼管 SUS 304H TB（18Cr-8Ni）のクリープデータシート

1986

5B

ボイラ・熱交換器用ステンレス鋼管 SUS 321H TB（18Cr-10Ni-Ti）のクリープデータシート

1987

6B

ボイラ・熱交換器用ステンレス鋼管 SUS 316H TB（18Cr-12Ni-Mo）のクリープデータシート

2000

7B

ボイラ・熱交換器用炭素鋼鋼管 STB 410（0.2C）のクリープデータシート

1992

8B

ボイラ・熱交換器用モリブデン鋼鋼管 STBA 12（0.5Mo）のクリープデータシート

1991

9B

蒸気タービンロータ用クロムモリブデンバナジウム鋼 ASTM A470-8（1Cr-1Mo-0.25V）のクリープデータシート

1990

10B タービンブレード用耐熱鋼棒 SUH 616-B（12Cr-1Mo-1W-0.3V）のクリープデータシート

1998

11B ボイラ及び圧力容器用クロムモリブデン鋼鋼板 SCMV 4 NT（2.25Cr-1Mo）のクリープデータシート

1997

12B ボイラ・熱交換器用クロムモリブデン鋼鋼管 STBA 25（5Cr-0.5Mo）のクリープデータシート

1992

13B タービンブレード用ステンレス鋼棒 SUS 403-B（12Cr）のクリープデータシート

1994

14B 熱間圧延ステンレス鋼板 SUS 316-HP（18Cr-12Ni-Mo）のクリープデータシート

1988

15B ステンレス鋼棒 SUS 316-B（18Cr-12Ni-Mo）のクリープデータシート

1988

16B リフォーマー用耐熱鋼遠心力鋳鋼管 SCH 22-CF（25Cr-20Ni-0.4C）のクリープデータシート

1990

17B ボイラ及び圧力容器用炭素鋼鋼板 SB 480（0.3C）のクリープデータシート

1994

18B ボイラ及び圧力容器用マンガンモリブデンニッケル鋼 SBV 2（1.3Mn-0.5Mo-0.5Ni）のクリープデータシート

1987

19B ボイラ・熱交換器用クロムモリブデン鋼鋼管 STBA 26（9Cr-1Mo）のクリープデータシート

1997

20B ボイラ・熱交換器用クロムモリブデン鋼鋼管 STBA 20（0.5Cr-0.5Mo）のクリープデータシート

1994

21B ボイラ及び圧力容器用クロムモリブデン鋼鋼板 SCMV 3 NT（1.25Cr-0.5Mo-Si）のクリープデータシート

1994

22B ガスタービンディスク用鉄基耐熱合金 Iron based 15Cr-26Ni-1.3Mo-2.1Ti-0.3V のクリープデータシート

1993

23B ガスタービンブレード用鉄基耐熱合金 Iron based 20Cr-20Ni-20Co-4W-4Mo-4（Nb+Ta）のクリープデータシート

1989

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

No.

名

称

発刊年

24B ガスタービンブレード用ニッケル基耐熱合金 Nickel based 15Cr-28Co-4Mo-2.5Ti-3Al のクリープデータシート

1989

25B 圧力容器用 590 MPa 級高張力鋼鋼板のクリープデータシート

1994

26B 熱交換器用継目無ニッケルクロム鉄合金管 NCF 800H TB（Fe based 21Cr-32Ni-Ti-Al）のクリープデータシート

1998

27B 耐食耐熱超合金 NCF 800H-P（Fe based 21Cr-32Ni-Ti-Al）のクリープデータシート

2000

28B ボイラ・熱交換器用ステンレス鋼 SUS 347H TB（18Cr-12Ni-Nb）のクリープデータシート

2001

29B

ガスタービンブレード用ニッケル基耐熱合金 Nickel based 13Cr-4.5Mo-0.75Ti-6Al-2.3（Nb+Ta）-Zr-Bのクリープデータシート

1990

30B ガスタービンブレード用コバルト基耐熱合金 Cobalt based 25Cr-10Ni-7.5W-B のクリープデータシート

1988

31B タービンケーシング用クロムモリブデンバナジウム鋳鋼 ASTM A356/A356M-9（1Cr-1Mo-0.25V）のクリープデータシート

1994

32A 熱間圧延ステンレス鋼板 SUS 304-HP（18Cr-8Ni）母材、溶接金属及び溶接継手のクリープデータシート

1995

33A ガスタービンブレード用鉄基耐熱合金［Fe based 21Cr-20Ni-20Co-3Mo-2.5W-（Nb+Ta）-N］のクリープデータシート

1999

34B ガスタービンブレード用ニッケル基耐熱合金 Nickel based 19Cr-18Co-4Mo-3Ti-3Al-B のクリープデータシート

1993

35B ボイラ及び圧力容器用クロムモリブデン鋼鋼板 SCMV 2 NT（1Cr-0.5Mo）のクリープデータシート

2002

36B 圧力容器用焼入れ焼戻しクロムモリブデン鋼鋼板 ASTM A542/A542M（2.25Cr-1Mo）のクリープデータシート

2003

37A 耐熱鋳鋼 SCH 13（25Cr-12Ni-0.4C）のクリープデータシート

1992

38A 耐熱鋼遠心力鋳鋼管及びブロック SCH 24（25Cr-35Ni-0.4C）のクリープデータシート

1991

39A 耐食耐熱超合金 NCF 750-B（Nickel based 15.5Cr-2.5Ti-0.7Al-1Nb-7Fe）のクリープデータシート

1992

40A ボイラ・熱交換器用炭素鋼鋼管 STB 510（0.2C-1.3Mn）のクリープデータシート

2000

41A

耐食耐熱超合金棒 NCF 600-B、耐食耐熱超合金板 NCF 600-P 及び熱交換器用継目無ニッケルクロム
鉄合金管 NCF 600 TB（Nickel based 15.5Cr-8Fe）のクリープデータシート

1999

42

熱間圧延ステンレス鋼板 SUS 316-HP（18Cr-12Ni-Mo）のリラクセーションデータシート

1996

ボイラ・熱交換器用クロムモリブデン鋼鋼管 ASME SA-213/SA-213M Grade T91（9Cr-1Mo-V-Nb）、ボイラ及
43A び圧力容器用クロムモリブデン鋼鋼板 ASME SA-387/SA-387M Grade 91（9Cr-1Mo-V-Nb）及び高温配管用クロムモリブデン鋼シームレス鋼管 ASME SA-335/SA-335M Grade P91（9Cr-1Mo-V-Nb）のクリープデータシート
44

高温用合金鋼ボルト材 1Cr-0.5Mo-0.25V 鋼 及び 12Cr-1Mo-1W-0.25V 鋼のリラクセーションデータシート

2014
1997

45A 熱間圧延ステンレス鋼板 SUS 316-HP（18Cr-12Ni-Mo-middle N-low C）母材、溶接金属及び溶接継手のクリープデータシート

2005

46A 発電ボイラー用合金鋼鋼管 火 STBA 27（9Cr-2Mo）のクリープデータシート

2005

47

耐食耐熱超合金棒 NCF 800H-B（Fe based 21Cr-32Ni-Ti-Al）のリラクセーションデータシート

1999

48B

発電ボイラー用合金鋼鋼管 ASME SA-213/SA-213M Grade T92（9Cr-0.5Mo-1.8W-V-Nb）及び発電配管用合金鋼鋼管 ASME SA-335/SA-335M Grade P92（9Cr-0.5Mo-1.8W-V-Nb）のクリープデータシート

2018

49A ガスタービン用ニッケル基耐熱合金 Nickel based 16Cr-8.5Co-3.5Al-3.5Ti-2.6W-1.8Mo-0.9Nb のクリープデータシート

2012

50A クリープデータシート最終版発行後に取得した長時間クリープ破断データ

2015

発電配管用ステンレス鋼管 火 SUS 410J3 TP（11Cr-2W-0.4Mo-1Cu-Nb-V）、発電用ステンレス鋼板 火
51B SUS 410J3（11Cr-2W-0.4Mo-1Cu-Nb-V）及び発電ボイラーステンレス鋼管 火 SUS 410J3 TB（11Cr-2W0.4Mo-1Cu-Nb-V）のクリープデータシート

2020

52B 発電ボイラー用ステンレス鋼管 火 SUS 410J3 DTB（12Cr-2W-0.4Mo-1Cu-Nb-V）のクリープデータシート

2021

53

高温圧力容器用高強度クロムモリブデン鋼鍛鋼品 JIS SFVCM F22V（2.25Cr-1Mo-0.3V）のクリープデータシート

2007

54A

発電用ボイラー用合金鋼鋼管 火 STBA24J1（2.25Cr-1.6W）及び発電配管用合金鋼鋼管 火 STPA24J1（2.25Cr-1.6W）のクリープデータシート

2016

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

313

No.
55

名

称

ニッケル合金板 NW6002（Nickel based 21Cr-18Fe-9Mo）及びニッケル合金棒 NW6002（Nickel based
21Cr-18Fe-9Mo）のクリープデータシート

56A 発電ボイラー用ステンレス鋼管 火 SUS304J1HTB（18Cr-9Ni-3Cu-Nb-N）のクリープデータシ－ト

発刊年
2008
2018

57A

ボイラ・熱交換器用ステンレス鋼管 ASME SA-213/SA-213M Grade TP347HFG（18Cr-10Ni-Nb）のク
リープデータシート

2017

58

発電ボイラー用ステンレス鋼管 火 SUS310J1 TB（25Cr-20Ni-Nb-N）のクリープデータシート

2011

59

耐食耐熱超合金棒 JIS NCF 718-B（Nickel based 19Cr-18Fe-3No-5Nb-Ti-Al）のクリープデータシート

2011

注（No. に付したアルファベットの意味）：
数字のみの初版：約１万時間まで、A 版：約 3 万時間～ 5 万時間まで、B 版：>10 万時間。
ただし初版の内容は A 版に、A 版の内容は B 版に吸収される。

疲労データシート
No.

314

名

称

発刊年

0

国産実用金属材料の疲れデータシート作成計画

1978

1

機械構造用炭素鋼 S25C（0.25C）の疲れ特性データシート

1978

2

機械構造用炭素鋼 S35C（0.35C）の疲れ特性データシート

1978

3

機械構造用炭素鋼 S45C（0.45C）の疲れ特性データシート

1978

4

機械構造用炭素鋼 S55C（0.55C）の疲れ特性データシート

1978

5

溶接構造用圧延鋼 SM50B 突合せ溶接継手の疲れ特性データシート

1978

6

タービンブレード用ステンレス鋼 SUS403-B（12Cr）の高温高サイクル疲れ特性データシート

1978

7

圧力容器用クロムモリブデン鋼 SCMV 4（2.25Cr-1Mo）の高温低サイクル疲れ特性データシート

1978

8

機械構造用合金鋼 SCr440（0.40C-1Cr）の疲れ特性データシート

1979

9

機械構造用合金鋼 SCM435（0.35C-1Cr-0.2Mo）の疲れ特性データシート

1979

10 機械構造用合金鋼 SCM440（0.40C-1Cr-0.2Mo）の疲れ特性データシート

1979

11 溶接構造用圧延鋼 SM58Q 突合せ溶接継手の疲れ特性データシート―試験片寸法の効果―

1979

12 溶接構造用 800N/mm2 級高張力鋼突合せ溶接継手の疲れ特性データシート―試験片寸法の効果―

1979

13 溶接構造用圧延鋼 SM50B リブ十字すみ肉溶接継手の疲れ特性データシート―試験片寸法の効果―

1979

14 機械構造用炭素鋼 S45C（0.45C）の高温高サイクル疲れ特性データシート

1979

15 熱間圧延ステンレス鋼板 SUS316-HP（18Cr-12Ni-2Mo）の高温高サイクル及び低サイクル疲れ特性データシート

1979

16 機械構造用合金鋼 SMn438（0.38C-1.5Mn）の疲れ特性データシート

1980

17 機械構造用合金鋼 SMn443（0.43C-1.5Mn）の疲れ特性データシート

1980

18 溶接構造用圧延鋼 SM50B 十字溶接継手の疲れ特性データシート ―試験片寸法の効果―

1980

19 溶接構造用 800N/mm2 級高張力鋼突合せ溶接継手の疲れ特性データシート―溶接法の効果―

1980

20 溶接構造用圧延鋼 SM50B リブ十字すみ肉溶接継手の疲れ特性データシート―溶接法の効果―

1980

21 溶接構造用圧延鋼 SM50B 突合せ溶接継手の疲れき裂伝ぱ特性データシート ―溶接法の効果―

1980

22 ボイラ及び圧力容器用炭素鋼 SB49 の高温低サイクル疲れ特性データシート

1980

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

No.

名

称

発刊年

23 機械構造用合金鋼 SCM435（0.35C-1Cr-0.2Mo）の高温高サイクル疲れ特性データシート

1980

24 機械構造用合金鋼 SNC631（0.31C-2.7Ni-0.8Cr）の疲れ特性データシート

1981

25 機械構造用合金鋼 SNCM439（0.39C-1.8Ni-0.8Cr-0.2Mo）の疲れ特性データシート

1981

26 機械構造用合金鋼 SNCM447（0.47C-1.8Ni-0.8Cr-0.2Mo）の疲れ特性データシート

1981

27 溶接構造用圧延鋼 SM50B 突合せ溶接継手の疲れ特性データシート―溶接法の効果―

1981

28 圧力容器用クロムモリブデン鋼 SCMV 3（1.25Cr-0.5Mo）の高温低サイクル疲れ特性データシート

1981

29 機械構造用ステンレス鋼棒 SUS430（17Cr）の疲れ特性データシート

1982

30 機械構造用ステンレス鋼棒 SUS403（12Cr）の疲れ特性データシート

1982

31 溶接構造用 800N/mm2 級高張力鋼突合せ溶接継手の疲れき裂伝ぱ特性データシート―溶接法の効果―

1982

32 耐食耐熱超合金棒 NCF800H（Fe-21Cr-32Ni-Ti-Al）の高温高サイクル疲れ特性データシート

1982

33 機械構造用ステンレス鋼棒 SUS304（18Cr-8Ni）の疲れ特性データシート

1983

34 ボイラー及び圧力容器用炭素鋼板 SB42 突合せ溶接継手の疲れ特性データシート―応力比の効果―

1983

35 耐熱鋼棒 SUH616-B（12Cr-1Mo-1W-0.3V）の高温高サイクル疲れ特性データシート

1983

36 耐食耐熱超合金棒 NCF800H-B（Fe-21Cr-32Ni-Ti-Al）の高温時間依存低サイクル疲れ特性データシート

1983

37 機械構造用肌焼鋼 SCr420（0.20C-1Cr）の疲れ特性データシート

1984

38 機械構造用炭素鋼 S25C（0.25C）の低サイクル疲れ特性データシート

1984

39 機械構造用炭素鋼 S35C（0.35C）の低サイクル疲れ特性データシート

1984

40 圧力容器用炭素鋼板 SPV50 突合せ溶接継手の疲れ特性データシート―応力比の効果―

1984

41 ボイラー及び圧力容器用炭素鋼板 SB42 突合せ溶接継手の疲れき裂伝ぱ特性データシート―応力比の効果―

1984

42 熱間圧延ステンレス鋼板 SUS304-HP（18Cr-8Ni）の高温高サイクル疲れ特性データシート

1984

43 機械構造用肌焼鋼 SCM420（0.20C-1Cr-0.2Mo）の疲れ特性データシート

1985

44 機械構造用炭素鋼 S45C（0.45C）の低サイクル疲れ特性データシート

1985

45 機械構造用炭素鋼 SCr440（0.40C-1Cr）の低サイクル疲れ特性データシート

1985

46 圧力容器用鋼板 SPV50（Si-Mn, 500N/mm2 YS）突合せ溶接継手の疲れき裂伝ぱ特性データシート―応力比の効果―

1985

47 圧力容器用鋼板 SPV50（Si-Mn, 500N/mm2 YS）溶接金属及び熱影響部の疲れ特性データシート

1985

48 圧力容器用クロムモリブデン鋼 SCMV 4（2.25Cr-1Mo）の高温高サイクル疲れ特性データシート

1985

49 熱間圧延ステンレス鋼板 SUS304-HP（18Cr-8Ni）の高温時間依存低サイクル疲れ特性データシート

1985

50 機械構造用肌焼鋼 SNCM220（0.20C-0.5Ni-0.5Cr-0.2Mo）の疲れ特性データシート

1986

51 機械構造用肌焼鋼 SNCM420（0.20C-1.8Ni-0.5Cr-0.2Mo）の疲れ特性データシート

1986

52 機械構造用合金鋼 SCM435（0.35C-1Cr-0.2Mo）の低サイクル疲れ特性データシート

1986

53 熱間圧延ステンレス鋼板 SUS304-HP（18Cr-8Ni）突合せ溶接継手の疲れ特性データシート ―応力比の効果―

1986

54 熱間圧延ステンレス鋼板 SUS304-HP（18Cr-8Ni）突合せ溶接継手の疲れき裂伝ぱ特性データシート ―応力比の効果―

1986

55 タービンロータ用クロムモリブデンバナジウム鋼 ASTM A470-8（1Cr-1Mo-0.25V）の高温高サイクル疲れ特性データシート

1986

56 機械構造用合金鋼 SNCM439（0.39C-1.8Ni-0.8Cr-0.2Mo）の低サイクル疲れ特性データシート

1987

57 ボイラー及び圧力容器用炭素鋼 SB42（C-Si, 420N/mm2 TS）溶接金属及び熱影響部の疲れ特性データシート

1987

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

315

No.
58

称

タービンロータ用クロムモリブデンバナジウム鋼 ASTM A470-8（1Cr-1Mo-0.25V）の高温時間依存低
サイクル疲れ特性データシート

発刊年
1987

59 ばね鋼 SUP7（2.0Si-0.8Mn）の高サイクル疲労特性データシート

1988

60 ばね鋼 SUP9A（0.8Mn-0.8Cr）の高サイクル疲労特性データシート

1989

61 アルミニウム合金板 A5083P-O（Al-4.5Mg-0.6Mn）の低サイクル疲労特性データシート

1989

62 圧力容器用クロムモブデン鋼 SCMV 4（2.25Cr-1Mo）の高温時間依存低サイクル疲労特性データシート

1989

63 ばね鋼 SUP12（1.4Si-0.7Cr）の高サイクル疲労特性データシート

1990

64 アルミニウム合金板 A5083P-O（Al-4.5Mg-0.6Mn）突合せ溶接継手の疲労特性データシート

1990

65 熱間圧延ステンレス鋼板 SUS304-HP（18Cr-8Ni）突合せ溶接継手の溶接金属及び母材の疲労特性データシート

1990

66 ボイラ及び圧力容器用炭素鋼 SB46 の中温高サイクル疲労特性データシート

1990

67 ボイラ及び圧力容器用炭素鋼 SB450 の溶接金属及び母材の中温低サイクル疲労特性データシート

1991

68 耐熱鋼棒 SUH616-B（12Cr-1Mo-1W-0.3V）の高温時間依存低サイクル疲労特性データシート

1991

69 工具鋼 SKD61（0.36C-5Cr-1.25Mo-1V）の高サイクル疲労特性データシート

1992

70 アルミニウム合金押出形材 A7N01S-T5（Al-4.6Zn-1.2Mg）の低サイクル疲労特性データシート

1992

71 アルミニウム合金押出形材 A7N01S-T5（Al-4.6Zn-1.2Mg）の突合せ溶接継手の疲労特性データシート

1992

72 ボイラ及び圧力容器用クロムモリブデン鋼 SCMV2-2NT（1Cr-0.5Mo）の中温高サイクル疲労特性データシート

1992

73 工具鋼 SKD11（1.5C-12Cr-1Mo-0.35V）の高サイクル疲労特性データシート

1993

74 アルミニウム合金板 A7N01P-T6（Al-4.5Zn-1.5Mg）の低サイクル疲労特性データシート

1993

75 ボイラ及び圧力容器用クロムモリブデン鋼 SCMV2-2NT（1Cr-0.5Mo）突合せ溶接継手の中温疲労特性データシート

1993

76 アルミニウム合金板 A7N01P-T6（Al-4.5Zn-1.5Mg）の突合せ溶接継手の疲労特性データシート

1993

ボイラ及び圧力容器用クロムモリブデン鋼 SCMV2-2NT（1Cr-0.5Mo）の溶接金属及び母材の中温低サイクル疲労特性データシート

1993

78 圧力容器用クロムモリブデン鋼 ASTM A387 Grade 91（9Cr-1Mo）の高温時間依存低サイクル疲労特性データシート

1993

79 ボイラ及び圧力容器用炭素鋼 SB450 突合せ溶接継手の中温疲労特性データシート

1994

80 アルミニウム合金押出形材 A6N01S-T5（Al-0.6Mg-0.65Si）の突合せ溶接継手の疲労特性データシート

1994

81 ボイラ及び圧力容器用クロムモリブデン鋼 SCMV2-2NT（1Cr-0.5Mo）突合せ溶接継手の中温疲労き裂伝ぱ特性データシート

1994

82 ボイラ及び圧力容器用炭素鋼 SB450 突合せ溶接継手の中温疲労き裂伝ぱ特性データシート

1994

83 鋼の弾性係数データシート

1994

84 金属材料技術研究所疲労データシート 目録

1994

85 チタン合金 Ti-6Al-4V（900MPa 級）の疲労特性データシート

2000

86 フェライト系耐熱鋼（12Cr-2W）の長期高温低サイクル疲労特性データシート

2000

87 ばね鋼 SUP7（2.0Si-0.8Mn）のギガサイクル疲労特性データシート

2002

88 フェライト系耐熱鋼（9Cr-2W）の長期高温低サイクル疲労特性データシート

2002

89 チタン合金 Ti-6Al-4V（1100MPa 級）の疲労特性データシート

2002

90 溶接構造用圧延鋼 SM570Q 荷重非伝達すみ肉溶接継手の疲労特性データシート―残留応力の効果―

2002

91 溶接構造用圧延鋼 SM490B 荷重非伝達すみ肉溶接継手の疲労特性データシート―残留応力の効果―

2003

77

316

名

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

No.

名

称

発刊年

92 Ti-6Al-4V チタン合金（900MPa 級）のギガサイクル疲労特性データシート

2003

93 ばね鋼 SUP7（2.0Si-0.8Mn）の超音波疲労特性データシート

2004

94 ボイラ及び圧力容器用クロムモリブデン鋼 SCMV4（2.25Cr-1Mo）の長期高温低サイクル疲労特性データシート

2004

95 純チタンの疲労特性データシート

2004

96 溶接構造用圧延鋼 SM490B 荷重非伝達すみ肉溶接継手の疲労特性データシート―板厚の効果（その１，板厚 9mm）―

2004

97 炭素鋼 S40C（0.40C）のギガサイクル疲労特性データシート

2005

98 チタン合金 Ti-6Al-4V（1100MPa 級）のギガサイクル疲労特性データシート

2005

99 溶接構造用圧延鋼 SM490B 荷重非伝達すみ肉溶接継手の疲労特性データシート―板厚の効果（その 2, 板厚 160mm）―

2006

100 熱間圧延ステンレス鋼板 SUS310S（25Cr-20Ni）の長期高温低サイクル疲労特性データシート

2006

101 チタン合金 Ti-6Al-4V ELI（900MPa 級）の疲労特性データシート

2006

102 炭素鋼 S40C（0.40C）の超音波疲労特性データシート

2007

103 チタン合金 Ti-6Al-4V ELI（1100MPa 級）の疲労特性データシート

2007

104 機械構造用合金鋼 SCM440（0.40C-1Cr-0.2Mo）のギガサイクル疲労特性データシート

2008

105 チタン合金 Ti-6Al-4V ELI（900MPa 級）のギガサイクル疲労特性データシート

2008

106 機械構造用合金鋼 SCM440（0.40C-1Cr-0.2Mo）の超音波疲労特性データシート

2009

107 チタン合金 Ti-6Al-4V ELI（1100MPa 級）のギガサイクル疲労特性データシート

2009

108 溶接構造用圧延鋼 SM490B 荷重非伝達すみ肉溶接継手の疲労特性データシート―板厚の効果（その 3、板厚 80mm）―

2009

109 耐食耐熱超合金板 NCF800H（21Cr-32Ni-Ti-Al）長期高温低サイクル疲労特性データシート

2010

110 マグネシウム合金押出し材 AZ61（Mg-6Al-1Zn）と AZ31（Mg-3Al-1Zn）の疲労特性データシート

2010

111 チタン合金 Ti-6Al-4V（900MPa 級）の高応力比側ギガサイクル疲労特性データシート

2010

112 軸受鋼 SUJ2（1.0C-1.5Cr）のギガサイクル疲労特性データシート

2011

113 ニッケル合金板 NW6617（Ni-22Cr-12Co-9Mo）の長期高温低サイクル疲労特性データシート

2011

114 溶接構造用圧延鋼 SM490B 荷重非伝達すみ肉溶接継手の疲労特性データシート―板厚の効果（その 4、板厚 40mm）―

2011

115 チタン合金 Ti-6Al-4V ELI（900MPa 級）の高応力比側ギガサイクル疲労特性データシート

2011

116 水素チャージした機械構造用合金鋼 SCM440（0.4C-1Cr-0.2Mo）のギガサイクル疲労特性データシート

2012

117 球状黒鉛鋳鉄 FCD400 と FCD800 のギガサイクル疲労特性データシート

2012

118 ステンレス鋼 SUS630（16Cr-4Ni-4Cu）の低・高サイクル疲労特性データシート

2014

119 アルミニウム合金板 A5083P-O（Al-4.5Mg-0.6Mn）のギガサイクル疲労特性データシート

2015

120 ステンレス鋼 SUS630（16Cr-4Ni-4Cu）のギガサイクル疲労特性データシート

2016

121 アルミニウム合金板 A5083P-O（Al-4.5Mg-0.6Mn）高応力比側ギガサイクル疲労特性データシート

2016

122 ステンレス鋼 SUS630（16Cr-4Ni-4Cu）の高応力比側ギガサイクル疲労特性

2017

123 アルミニウム合金 A7075-T6（Al-5.6Zn-2.5Mg-1.6Cu）の低・高サイクル疲労特性シート

2017

124 二相ステンレス鋼 SUS329J3L（22Cr-5Ni-3Mo）の低・高サイクル疲労特性データシート

2018

125 アルミニウム合金 A7075-T6（Al-5.6Zn-2.5Mg-1.6Cu）のギガサイクル疲労特性データシート

2018

126 アルミニウム合金 A7075-T6（Al-5.6Zn-2.5Mg-1.6Cu）の高応力比側ギガサイクル疲労特性データシート

2019

鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査

317

No.

名

称

発刊年

127 二相ステンレス鋼 SUS821L1（21Cr-3Mn-2Ni-1Cu）の低・高サイクル疲労特性データシート

2020

128 アルミニウム合金 A6061-T6（Al-1.0Mg-0.6Si）の低・高サイクル疲労特性データシート

2020

129 二相ステンレス鋼 SUS327L1（25Cr-7Ni-4Mo）の低・高サイクル疲労特性データシート

2021

腐食データシート
No.

名

称

0

低合金鋼 大気腐食特性データシート作成計画

2002

1C

Fe-Cr、Fe-Ni 二元系合金 大気腐食特性データシート

2010

2

Fe-Al、Fe-Si 二元系合金 大気腐食特性データシート

2005

3C

炭素鋼、耐候性鋼 大気腐食特性データシート

2014

4C

Fe-P、Fe-Cu 二元系合金 大気腐食特性データシート

2016

5

炭素鋼の短期繰返し暴露の大気腐食特性データシート

2011

6

炭素鋼 大気腐食特性データシート ―大気環境因子の影響―

2019

注（No. に付したアルファベットの意味）：
数字のみの初版：約１年、A 版：約 3 年、B 版：約 7 年、C 版：10 年。

318

発刊年

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March「鉄鋼の信頼性向上技術の系統化調査」
報告書冊子との相違点（正誤表）
全文 PDF 版
2023 年 8 月（正）第 32 集冊子版
2023 年 3 月

ページ

段落

行

241

左

11

T-2 型油層船の一隻

T-2 型油槽船の一隻

241

右

8

午前 6 時 30 分頃

午後 6 時 30 分頃

245

左下から 3 〜 2

実習（理論）と座学（実践）

座学（理論）と実習（実践）

265

右

17

材料供給―製品組立－使

材料供給－製品組立－使

277

左

25

実物での結果を再現性できる

実物での結果を再現できる

277

右

14

試験機をヴェーラーが開発できていた試験機をヴェーラーは開発できていた

287

左

下から 1

蒸気

火力

287

右

1

650 ̊F（=344 ℃）

650 ̊F（=343 ℃）

287

右

2

1 000 ̊F（=544 ℃）

1 000 ̊F（=538 ℃）

289

コラム

11

一定で進行と仮定すると一定で進行すると仮定すると

290

右

12

抜きんでいても抜きんでても290

右13

抜きんでいる性能

抜きんでた性能291

右5立場で系統釣に実施する立場で系統的に実施する

293

右

下から 6

破断データ得られる破断データが得られる

294

左

3

数万時間データ得られる

数万時間のデータが得られる

294

右下から 20

国内外への規格検討作業へに

国内外の規格検討作業に

296

左下から 19でなされるとことを保証するでなされることを保証する

301

左

8〜9

当該実験場：当該の影響

凍害実験場：凍害の影響

306

右下から 7（タイトル）

安全・安全

安全・安心

307

左

1〜2

規格等にはなんら違反していない

規格等の要求内容には違反していない

33A

Fe based 21Cr-20Ni-20Co-3MO-2.5W（Nb+Ta）-N

Fe based 21Cr-20Ni-20Co-3Mo-2.5W（Nb+Ta）-N313