安全資料

折損した鋳鉄製 T字管についての応力試験
労働省産業安全研究所編.
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産業安全博物館協会
東 京 都 港 区 芝 田 町 2‑13

某硫酸製造工場において，発煙硫酸の循環系統中の鋳鉄製 T字管が折損したために，噴流した硫酸の飛沫をあびて，作業中であった 2名の若きエ員が犠牲となる事故が起った。本文はこの折損した T字管に対する応力試験と材質試験の結果である。

I 事故当時の監督署の調査内容の要約
1. 折損した T字管の近くで，他の管を取替作業中であった作業者が死亡しており，また事故発生当時，確かな目撃者もなかったので折損の原因が判明しない。

2. T字管門には循環ポンプの能力からみて，毎分・ 10.8m3 の 発 憫 硫 酸 が流れていたものと恩われる。

3. 管内を流れていたのが 10% の発煙硫酸であるから，発煙塔の高さ 8in
からみて， T 字管には 1.4kg/cm2 の圧力がかかっていたものと息われ，管の自重その他を加算すると， T字管にかかる応力はさらに増加する。

4. 取替作業中の管と，折損した管系とは連絡はないが，作業の際に
写真 2の⑭①および写真 3に示す
c下の H管に連なる管上に作業者が乗ったり，もたれかかったりしたものと恩われ， また写真 1に示すRに接続する管を取外しの際，その間が 90mmであったから，それと相接する T字管上部に衝撃を与えたものと推定される。

5. T字管に接続する管は，別にサポートされていない。
最も多くモーメントを受けたの

写真 lI‑

写真 3

写真 2―i―!

図‑2‑

は写真 3のc下左右の管で，衝動もあり，静荷重より相当うわまわる荷重がかかったものと推定される。

6. 写真中管上に白墨で印をしているのは亭故発生当時固玉して避難した
際，目撃したものの証言に基くもので，絶対的に信粕できないが管の取替の際にはどうしても渠ったり，もたれたりしたくなる伽所である。

7. 折損した T字管に接続した管は総て 2吋管である。
8. 折損した T字管は昭和 26年 4月から使用しているものである。
以上の通りであり，この他に加瓢のように会社側から提畠した鋳鉄製 T字管の［窮 i
生 試諭成績書および弛度叶雰書が添附されておる。なお折損した T字管は図 1のような構迄であり，写真 1に折損硯場の状況が示され，写真 2,
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4は現場の配管状況，写真

6 が 折 損 し た T字 管 で ある。

II 抵抗線歪計による応力試験管の取替作業中， T字 管に接続された配管に，乗っ写真 4b.

写真 5 a.
‑3‑

たり，もたれかかったりしたくなる個所が 3個所あるが，そのうち， どの部分に荷重がかかった場合に，T字管の破断線に沿って応力が集中するかということを抵抗線歪計によって測定した。
写直、、 6

折損した T字管と同じ管を写真 5ea.b.に示すように試験塔に固定し，これに H 管 お よ び I管を現場における配管と同様に装置して，作業中に乗ったと息われる点に，それぞれ体重に近い静荷重をかけて試験した。
これに使用した試験器は新興通信工業製の PS6‑R型 (10接点切換箱付）の抵抗線静歪計である。
配管上に作業者が乗ったと恩われる場所すなわち荷重をかける位置は次の3個所とした。
1. H管

T字管の垂直軸心から 2,800mm のcの部位

2.・H管

写真 2に示す⑭の部分で T 字管の垂直軸心から 600mm離れた

部位

3.

I管

写真 2に示す①の部分で T字管の匪直軸心から 600mm離れた部位
このうち 1. の H管のcに荷重をかけた場合が最も闊い応力が起るであろうことは想像できるけれども，なお 1.と 2.
,1.と 3. などに同時に荷重をかける試験も実施してみた。
第 1回試験
このときの負荷位置は 1. の場合の下向のもので，ゲージの貼付個所，すなわち測定位置は図 2に示し，そのときの各点の応力の変化状態は図 5‑4‑のグラフにみられるように，荷重を 10kg から 50kgまで順次増大していくと，応力は各点とも直線的に増加するが，破断線に貼った No.6が最も.1.
2kg/mm2 となる。この場合の応力はほとんど(‑)の圧縮応高く，約 4カであるけれども No.2 のみがわずかに（＋）の引張応力となる。
第 2回試験
ゲージの貼付位懺は図 3に 示 す 通 り で あ る が ， 第 1回の場合と異るのは， No.2 を第 1回の場合の No.6の正反対間に貼っただけであって負荷の位鼠やその方向も同じである。
図 6がこのときの応力分布状態であって，初め No.2は No.6 と同じ位の応力がでるものと想像したが，試験の結果は予想に反して，やはりNo.6 が特に高く， No.2 は，はるかに低い。この理由は曲応力の他に捩り応力が影響しているからであろうと考えられる。
この場合の応力は総て（一）の圧縮力である。
第 3回試験
測定位置は図 4に示すように片側の破断線に沿った点であり，このときの応力は図 7のように Nol, No.2に特に高く表われた。このときの応力も（一）の圧縮力である。
第 4回試験
次に H 管の (0)の部位に 5.
2g の負荷をかけ，I管の①の位置に 65kgの荷重を同時にかけてみると，図 2における測定位置で No.6にでる応力は8.8kg/mm2 (‑)である。
0)諭こ 52kg, ⑭部に 65kg の荷重を同時 i
こかけると No.6
また H 管の (に 9.7kg/mm2 (‑)の応力が起る。
この試験は H 管と I管とに同時に 2人の作業者が乗った場合，および1本の H 管の 2個屑に同時：こ 2人の作業者が乗った場合を仮定した試験である。

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5 ‑

図2

図3

図

4‑6‑

図

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H 管のcの負荷位置に上向きの荷重をかけてみると次表のような結果となる。このときの測定位置は図 2による。
H管のc部に上向の菊重をかけた場合の応力 (kg/mmり‑‑測荷No. 4‑ ‑

無負荷（管の自霊のみ）

‑‑‑

位

定‑‑‑‑

No. 7‑‑

1.13‑ 0.57‑ 2.08‑ 0.90

12‑ O,78‑ 0.40‑1.30‑ 0.2322‑ 0.40‑ 0.20‑ 0.59+ 0.05+ 0.20+ 0.47+ 0.49+ 1.35+ 2.36+ 0.38+ 1.23+ I.77+ 2.60324252

゜+ 0.46+ 0.80‑‑

置No. 6‑‑

各測定部には初め管の自重によって(‑)の圧縮応力がかかっているが，荷直を漸次瑣加していくと，絶対値が次第に減少して，遂に（＋）側の引張応力に変る。この場合は No.6 とNo.7に高く現われた。
以上の試験結果から，破断線近くに高い応力が起るのは H管のc部に荷重をかけた場合であり，なお H管のc部と⑭部に同時に負荷したときが，最も高い応力となる。
しかし，このときの応力も 9.7kg/mm2であるから，管の材質を Fc19と仮定しても，まだ破断するまでには至らない。
また実際試験の結果は曲げ応力と，捩り応力とが重合して作用するので，試験茄に想像したより，はるかに複雑となり，下向きの負荷に対しては，各測定点ともほとんど圧縮応力として表われた。
鋳鉄に対する圧縮応力は，引張応力よりはるかに強い筈であるが， この破断部に引張応力が起るのは，第 5回の試験における H管のc点に上向の荷重をかけた場合である。
なお I管の①部にだけ負荷した場合の応力は極めて小さく，影響も少いも‑8‑のと思われるので， ここに記録することは省略した。

田材質試験折損した T字管から試料をとって材料の引張強さ，衝撃り蛮さについて検討した。
しかし，引張試験片は硯晶からは規格寸法のものがとれないので作れる範囲のもので試験した。
なお破断面は各部にわたって顕微鏡によってワレの状況を調査した。

1. 機械的試験(i) 引 張 強 さ

20.1kg/mm2(ii) 衝撃強さ
シャルピー衝撃試験値

0.538kg.m/cm22. 腐食状況
現品の管内面は全般にわたって 0.5,.
.
.
.
̲,1.0mm深さの点食が認められるけ
れども，これが直ちに管の強度に大きく影響する程のものではない。破断面の状況については，現品が当所に到着したときは，破断面は既に赤錆が発生していたので，破面の判断はできなかった。

3. その他の欠陥
写真 7に示す破断面のゲージ No.2側の矢印部に管の円周方向に約 9mmの断層状の破面がある。

（管門面から約 5mm) この部分

写真7‑9‑写真 8を縦に切断すると写真 8にみられるようなヘヤークラックが発見される。
このワレは断層の部分で，ラミネーションの状 態 に 拡 が っ て お り （ 軸 方 向 2Qmm, 円周方向 16mm) ワレの門部に硫酸の浸透した形跡中）はないが，ワレは伸びた途中で写真 8(写真 9のように網状となったり，断続したりしているので，破断の影響によって派生的にできたワレとも考えられない。
製造当初の収縮の影響などで初めから潜在していたものとすれば， No2側は局部的に弱くなっていたといえる。

破面

また No.6側の破面およびその近くに

図 7に み ら れ る よ う な ワ レ が 生 じ て おる。
このワレは No.2側のワレと違って，破断面に平行であるから，破断の影響に図7よって生じたものといえる。
しかも，このワレの方向は破断開始方向を想定するに役立ち，また管に荷重をかけた位置やその方向など推定する参考資料ともなる。

‑ 10‑

w 試験結果の考察
この実験においては T字管は，その一端を固定し， これに接続した H管および I管は必要な長さのところで切断して自由端とし，実際現場のように長く連結されているときの応力関係などは全部無視して試験したので， この点は実際硯場の状況とは，かなりの相違があるものと息われる。
実 際 T字管のうける応力は相当複雑なものと考えられるけれども，当所で現場とまったく同じ応力のかかりエ合を再現することは到底不可能であるので，以上の試験租度で止めることとした。
各試験の結果を綜合考察すると，管の材質は別に欠陥は認められない F
cl9'材であって，門部腐食も，管の強度に大きな影響をおよぼすほどのものでは鼻ない。
抵抗線歪計による応力試験の結果によっても， H管および I管を前のような自由端とした場合は，c⑪①などの点に 1人または他の点と同時に 2人 が管上に単に乗った位では， T字管が破断する応力とはならない。
しかし，作業中なんらかの必要で，これらの管にテコをかけるようなことがあったとすれば，その外力は相当大きなものとなることが予想されるから，破断する危険は充分あり得ると考えられる。
また写真 7におけるゲージ No.2側のヘヤークラックが初めから潜在していたものとすれば，管の弛度は局部的ながら相当低下していたのであろう。
ゲージ No.6側の破断面のワレの状況から考察し て，破断はゲージ No,6,側から始まったもののようである。
従って No.6側に大きな引張応力がかかったはずであるが， No.6側に主として引張応力の起るのは，前記第 5回試験の際の H管のc点に上向の力をかけた場合である。
このことから考察すると，作業中誰かがc点に上向の外力のかかるような操作をしたか，またはどの部分かに，これと同じ結果になるような瞬間的な‑11‑

面撃を加えたために T字管が破断したものと想定される。

V 事故再発防止対策(1) 配管は大部分鋼管が使用されているようであるが，管の分岐部には鋳鉄製品が使用されている。
この鋳鉄分岐管に連結された配管には，乗ったり，つまずいたり，その他いろいろな外力のかかることは予想せねばならない。
このような外力がかかった揚合，鋳鉄製品の T字形分岐管や，弁などには意外に大きな応力が集中して破断する危険があるから， もし外力が加えられても，集中応力がかからないように，配管の各所で管を固定しておく必要がある。
もちろん，管門の門容物によって起る材料の伸縮のための応力の分散も充分考慮されなければならない。

(2) 危険物の流れる管で，応力の集中するおそれのある部分に，鋳鉄製品のiし使用はなるべく避けた方がよい。
やむをえず使用ずるときは，念のために磁気探傷器などによって試験されることが望ましい。

(3) 本例のように無数の管が管配されたなかで，しかも危険な薬晶の通る管の近くで作業させるときは，作業着手前，その危険性について作業者に充分注意を与えらるべきである。
なお作業方法，作業用具についても，ある程度の制阪をされる必要も起るであろう。

(4) 硫酸のような危険物の流れる管は，色彩を施して，作業者の注意を喚起、する必要がある。
1{5) 本例のような現場の修理作業には，その硯場の総てに精通した責任者が必ず立会い，その指揮，監督によって事故の発生を防止されるように特に＇要望したい。
‑ 12‑

硫 酸 課 鋳 鉄 製 T管確性試験
（ニエ作係依頼）

1. 機械試験結果(1) 引張試験
テンソメーターによる小型引張試験結果は

T1 = 19T2 = 20kg/mm2(2) 衝撃試験
シャ Jレビー衝撃試験値

B
1= 0.4B2 = 0.3kg.m/cm2(3)硬度試験
プリネル硬度HE = 1702. 分析結果
CSiMnp3.44

1.760.750.
4033. 顕微鏡組織

4‑ 考sCu

誓―0.1
50.1
5祠

（写真 9参照）察

機械的性質，分析，組織の諸点から Fc19級の鋳物で記る。
発煙硫酸

配管に荷重を与えた場合の応力計算

p田1,苓干~しi3￡.20← ←‑,t/500計 算‑ 13‑1,M 与 300pkg‑cm (75/50) 管の一端固定に生ずるモーメントより計算すると pipe(75/50) の断面係数 zはz= ‑万‑
3.
23l冗?

CTd~- didz

(dz= 7.5cmd~= 3,170cm4¥
d1= 5.0cmdi~625cm4),170‑ 6.
25.
2,545•3‑‑‑‑ ‑ ‑ ― ‑ ‑ ‑‑・‑ ‑ ‑ = 33.3cm3冗7.
5‑=‑= Mtz

3.
27.
5300p
33.3

Fc19 とすれば
1900 ‑ ‑300p'33.3

もし荷重が半分（.
・.p =1,900X 3
3.3 = .
21lkg

300211
与 106kg) であっても衝撃加重が加われば，当2然その荷重の 2,.
.
̲
,3倍の荷重が加わり， Fe1
9 でもいささか危険と息われる。

‑ 14‑