引張試験（JIS Z 2241）を発注で指定する——試験片の番号、耐力の求め方、報告の項目

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引張試験は、試験片を引っ張って破断させ、引張強さ・降伏点または耐力・破断伸び・絞りなどを求める試験である。JIS Z 2241（金属材料引張試験方法）は、金属材料の引張試験方法と、室温（10〜35 ℃）で測定可能な金属材料の機械的性質を規定している^[1]。現行は 2022 年に改正され、2023 年の追補 1 で試験片断面の寸法測定の考え方が改められた版（JIS Z 2241:2023）である^[1]。

この記事は試験そのものの解説ではなく、材料や部品を買うときに、引張試験について注文書・仕様書に何を書き、ミルシートや試験報告書で何を確かめるかを扱う。ミルシートの種類（2.2・3.1・3.2）の違いはEN 10204 のミルシート区分に、衝撃試験の指定はシャルピー衝撃試験（JIS Z 2242）を発注で指定するときに送る。硬さで強度を代用できるかという問いは、同じ束の硬さ換算（HRC・HV・HB）の扱いで扱う。

試験片の番号で、規定値が変わる

JIS Z 2241 は、材料の形状と製品の区分に応じて試験片の種類を附属書 B〜E に分けて規定し、いずれの試験片を用いるかはそれぞれの製品規格の指定によるとしている。指定がない場合は、規格の表 4 の使用区分によることが望ましいとされる^[1]。試験片には、断面積に応じて原標点距離を決める比例試験片（2 号・14A 号・14B 号・14C 号）と、寸法が決まっている定形試験片（1A 号・1B 号・4 号・5 号・13A 号など）がある^[1]。

試験片の違いがいちばん効くのは伸びである。規格は、伸び（%）の比較は原標点距離または伸び計標点距離と形状・断面積が同じ場合か、比例定数が同じ場合にだけ可能だとしている^[1]。定形試験片で測った伸びを比例標点距離の値に置き換える変換式・表（例えば ISO 2566-1・-2）もあるが、使うには受渡当事者間の協定が要る^[1]。

製品規格の側も、試験片の番号と規定値を組で決めている。一般構造用圧延鋼材（JIS G 3101）では、引張試験片は JIS Z 2241 の 1A 号・1B 号・2 号・4 号・5 号・14A 号・14B 号のいずれかによるとし^[2]、鋼板・平鋼・形鋼の伸びの規定値を厚さと試験片ごとに分けている。次の表は SS400 の例である。

数値は JIS G 3101:2024 の表 3 による^[2]。それより厚い範囲と棒鋼の規定は規格の表 3・表 4 を見る。

同じ SS400 でも、5 mm の板と 6 mm の板では試験片の番号が変わり、伸びの規定値も 21 % から 17 % に変わる^[2]。ミルシートの伸びの値だけを見て「前のロットより伸びが落ちた」と判断する前に、試験片の番号が同じかを確かめる。部品から試験片を削り出して受入で試験する場合は、製品規格と同じ試験片で測らなければ規定値と比べられない。

試験片の採取位置と方向

試験片をどこから、どの向きに採るかで値は変わりうる。鋼材の一般受渡し条件（JIS G 0404）は、試験片の採取位置・方向・調製は JIS G 0416 と JIS G 0417、製品規格の規定または注文書の要求事項によるとし、製品規格や注文書に指定がない場合の採取方向を、棒鋼・線材・線・形鋼・平鋼は圧延方向（軸方向）、鋼板・鋼帯・鋼管は圧延方向（軸方向）またはその直角方向としている^[3]。鋼板では、どちらの方向で採るかが規格の上で決め切られていない場合がある。

製品規格が 2 種類以上の試験片を認めていて、製品規格にも注文書にも指定がない場合は、使用する試験片は製造業者の選択による^[3]。設計で圧延直角方向の強度が効く部品なら、方向を注文書に書く（当方の提案）。JIS Z 2241 の試験報告書の項目にも、試験片の採取位置及び採取方向（分かっている場合）が入っている^[1]。

降伏点か、耐力か

降伏の取り方は、材料の性質と製品規格で決まる。JIS Z 2241 は、上降伏応力 ReH を試験力が最初に減少する直前の応力の最大値、下降伏応力 ReL を初期の過渡的な影響を除いた塑性降伏中の応力の最小値と定義している^[1]。降伏点がはっきり現れない材料では、耐力を求める。耐力（オフセット法）Rp は、試験力－伸び計伸び曲線の直線部分に対して、例えば 0.2 % の規定された塑性伸びだけ離れた平行線を引き、曲線との交点の試験力を原断面積で除して求める^[1]。規定された全伸びで求める耐力（全伸び法）Rt もある^[1]。

どれを報告させるかは製品規格による。JIS G 3101 は、特に指定がない場合、降伏点は上降伏点（ReH）とし、降伏点が現出しないときは耐力（0.2 % オフセット法：Rp0.2）を測定するとしている^[2]。ボルトの JIS B 1051 では、下降伏応力が求められない場合には 0.2 % 耐力による、という扱いになっている^[5]。同じ「降伏点」の欄でも、規格によって上・下どちらか、あるいは耐力かが違う。図面や仕様書に「降伏点 ○○ MPa 以上」とだけ書くなら、どの規格の定義で測るかを添える。

JIS Z 2241 は、製品規格か受渡当事者間の協定がない限り、不連続降伏中および不連続降伏後に耐力を測定するのは不適切だとしている^[1]。降伏点が出る鋼材に「0.2 % 耐力で報告」と書いた仕様書は、この規定と食い違う。

また、永久伸び法による耐力 Rr の検証方法は、規定応力に相当する試験力を 10〜12 秒かけたあと除荷し、永久伸びが規定値以下かを確かめる合否試験で、標準的な引張試験では通常行われていないと注記されている^[1]。こうした検証を求めるなら、付与する応力と許容する永久伸びを、試験の要求者として仕様書に書く必要がある^[1]。

試験の方法と速度は、記号で指定できる

JIS Z 2241 には、応力増加速度に基づいた試験方法（試験方法 1）と、ひずみ速度に基づいた試験方法（試験方法 2、附属書 JA）がある^[1]。特に指定がない限り試験方法 1 とし、試験速度は規格の要求事項を満たしていれば製造業者または製造業者が指名した試験所の裁量による。疑義がある場合は試験方法 1 による^[1]。

試験の方式と速度は略号で表せる。「JIS Z 2241 1 30」は試験方法 1 で公称応力増加速度 30 MPa/s の試験、「JIS Z 2241 2 224」は試験方法 2 で特性ごとの推定ひずみ速度の範囲を指定した試験を表す^[1]。顧客から特定のひずみ速度での試験を求められている材料なら、この記号で注文書に書けば、仕入先の試験所に条件が一行で伝わる（当方の提案）。航空宇宙など、製品規格や対応する試験規格が別の試験速度を決めている場合もある^[1]。

伸びの試験は、破断位置で無効になることがある

破断した試験片を突き合わせて伸びを測る場合、その結果は、破断点と近いほうの標点との距離が原標点距離の 4 分の 1 以上離れている場合にだけ有効である^[1]。ただし、破断伸びが規定値以上なら、破断位置に関係なく有効とみなしてもよい^[1]。必要な場合は破断位置を A（標点から原標点距離の 4 分の 1 以上離れて破断）、B（4 分の 1 より近く）、C（標点外）の記号で付記して区別する^[1]。伸び計で測る場合は、伸び計の標点距離内で破断した場合だけ有効で、伸び計の結果に疑義があれば、突き合わせる方法で検証してその結果を採用する^[1]。

受入で自社や第三者の試験所が試験をして伸びが規定値に届かなかったとき、破断位置が B や C なら、その試験は材料の不合格を示すものになっていない可能性がある。報告書に破断位置の記号を書かせておくと、再試験の要否を判断しやすい。

試験報告書の項目は、協定で選ぶ

JIS Z 2241 は、試験報告書が必要な場合、報告する事項を次のうちから受渡当事者間の協定によって選択するとしている^[1]。

1. 試験条件を含めて、この規格で試験された旨（例えば JIS Z 2241 2 224）
2. 試験片の識別
3. 材料の種類（分かっている場合）
4. 試験片の形状
5. 試験片の採取位置及び採取方向（分かっている場合）
6. 試験結果^[1]

試験結果は、製品規格に規定のない場合、強度の値は MPa の整数、降伏伸びは小数第 1 位、破断伸びは整数、その他の伸びは 0.5 % の倍数、絞りは整数に丸める^[1]。成績書の小数点以下の桁が多い場合は、どの規則で丸めたかを確かめる。

規格はさらに、試験の条件や上下限を測定の不確かさを考慮して調整してはならず、見積もった不確かさを製品規格の規定値に組み合わせて合否を評価してはならないとしている^[1]。製品規格の規定値は測定の不確かさの寄与を内在しているので、さらに不確かさを適用すると合格の製品を不合格とする危険があるからだと説明されている^[1]。受入で「不確かさを引いた値が規定値を上回ること」を条件にする仕様は、この規定と合わない。

ミルシートの引張試験の値を読むとき

鋼材を買う場合、引張試験は多くの場合、製造業者が出荷前に行い、ミルシートに載る。検査証明書 3.1 は、製造業者が受渡検査による試験結果を記載し、注文書の要求事項に適合していることを宣言して発行する文書で、試験単位と試験方法は製品仕様または注文書による^[4]。3.1 は製造部門から独立し権限を与えられた検査代表者によって妥当性が確認されなければならない^[4]。

ミルシートで確かめたいのは、次の 4 点である（当方の提案）。

1. 試験片の番号と、規定値の組が製品規格どおりか^[2]
2. 降伏の欄が、上降伏点か下降伏点か耐力か^[1][2]
3. 試験単位（同一溶鋼・同一熱処理などのまとまり）が、届いた品物を含むか^[3]
4. 採取方向の指定をした場合、その方向で試験されているか^[3]

JIS G 0404 は、試験単位を同一溶鋼・同一鋳込み・同一圧延単位・同一熱処理条件・同一製品形状・同一厚さの範囲などの組合せで作るとしている^[3]。ミルシートの値は、その試験単位から採った試験片の値であり、届いた一本一本の値ではない。ミルシート 3.1 を出せない仕入先の見分け方はミルシート Type 3.1 を出せない仕入先を発注前に見抜くで扱っている。

規定値に届かなかったときの再試験

不適切な試験片の加工や試験操作の誤りによる結果は無効とし、規定値に適合しないときは試験単位を不合格とするか規定の手順で再試験してよい、という扱いは JIS G 0404 が決めている^[3]。引張試験のように個々の値で判定する試験では、試験単位が製品 1 個なら同じ試験を新たに 2 回行い、2 回とも規定値を満たさなければならない^[3]。試験単位が製品 2 個以上（圧延ロット単位、鋳込みまたは熱処理条件単位など）なら、規定値を満たさなかった供試製品を試験単位に残すかどうかを製造業者が判断し、除く場合は検査代表者が同じ試験単位の中から別の供試製品を二つ指定して前回と同じ条件で試験し、二つとも規定値を満たさなければならない^[3]。再試験・選別・再処理の流れは、組試験で判定する衝撃試験の例としてシャルピー衝撃試験（JIS Z 2242）を発注で指定するときで扱っている。仕入先から「再試験で合格した」という報告を受けたら、最初の試験が無効だったのか、再試験の手順で合格したのかを確かめる。

ボルトなどの部品は、部品の規格の試験方法による

ボルト・小ねじのような部品は、材料の規格ではなく部品の規格が引張試験の方法を決めている。JIS B 1051 は、完全な部品のままの引張試験（フルサイズの引張試験）、保証荷重試験、機械加工試験片の引張試験などを試験シリーズとして分け、どの試験が適用できるかを部品の形状と寸法で決めている^[5]。供給者は規定の機械的性質を満たすなら自ら選ぶ方法で検査してよいが、疑義が生じた場合は規格の試験方法を適用する、とされている^[5]。購入者も規格の試験シリーズから選んだ試験で検査してよい^[5]。ボルトの強度区分の指定はボルトの強度区分と規格の指定で扱っている。

めっきをした部品を受入で引張試験するときは、めっき前後の処理が強度に影響することもある。めっき後の水素ぜい性除去の扱いは同じ束の無電解ニッケルめっき（JIS H 8645）の指定で、溶融亜鉛めっきした部材のめっき脆性の事例は溶融亜鉛めっき（JIS H 8641）の指定で紹介している。

注文書・仕様書に書く項目

以上を、発注側が書く項目としてまとめる。規格がすでに決めている部分は「規格番号と種類」を書けば足りるが、規格が協定や注文書に任せている部分は、書かなければ仕入先の判断になる。

1. 試験規格と試験方法の記号（JIS Z 2241、必要なら「2 224」などの方法と速度）^[1]
2. 試験片の番号（製品規格の指定がなければ）^[1]
3. 採取位置と方向（鋼板で方向を決めたい場合など）^[3]
4. 求める特性値（引張強さ、上降伏点・下降伏点・0.2 % 耐力のどれか、破断伸び、絞り）^[1][2]
5. 試験報告書の項目（試験片の形状、採取位置と方向、破断位置の記号など）^[1]
6. 検査文書の種類（3.1 か 3.2 か）^[4]

取適法の対象となる取引では、発注時に検査基準がはっきりしていないのに受け取りを拒んだり、発注後に基準を厳しくしたりすることは認められない。試験片や降伏の取り方を後から変えて不合格にするのは、基準を後から変えるのと同じ問題になりうる。扱いは受領拒否・返品・やり直しはどこまで許されるかで扱っている。

よくある質問

Q. 仕様書に「引張強さ 400 MPa 以上」とだけ書いています。足りますか。
その一行では、試験片の番号、採取方向、報告書の項目が決まっていない。JIS Z 2241 は試験片を製品規格の指定によるとし、報告書の項目を協定で選ぶとしている^[1]。製品規格のある材料なら規格番号と種類の記号を、ない材料なら試験片と報告の項目を書く。

Q. ミルシートの降伏点が、自社で測った値より高く出ています。
まず、どちらも同じ定義かを確かめる。JIS G 3101 では指定がない場合の降伏点は上降伏点である^[2]。自社で下降伏点や 0.2 % 耐力を測っていれば値は違う。試験片の番号、採取方向、試験の方法と速度も突き合わせる^[1]。

Q. 受入で試験したら、伸びが規定値をわずかに下回りました。
試験片の番号が製品規格と同じか、破断位置が標点から原標点距離の 4 分の 1 以上離れていたかを確かめる^[1]。そのうえで、試験が有効なら再試験の手順は JIS G 0404 による^[3]。

Q. 測定の不確かさを考慮して合否を判定してほしいと言われました。
JIS Z 2241 は、見積もった不確かさを製品規格の規定値に組み合わせて合否を評価してはならないとしている^[1]。不確かさは参考として扱われる^[1]。

まとめ

引張試験（JIS Z 2241）は、試験片の種類を製品規格の指定で決め、伸びは標点距離と形状が同じか比例定数が同じ場合にだけ比べられる^[1]。SS400 のように、製品規格は厚さと試験片の番号ごとに規定値を変えている^[2]。降伏点は規格によって上降伏点・下降伏点・0.2 % 耐力の扱いが違い、降伏点が出る材料で耐力を測るのは協定がない限り不適切とされる^[1][2][5]。試験方法と速度は記号で指定でき、伸びの試験は破断位置で無効になることがある^[1]。報告書の項目は協定で選ぶので、試験片・採取位置と方向・特性値・検査文書の種類を発注時に書き、不合格の扱いは JIS G 0404 の再試験の手順で確かめる^[1][3][4]。

出典・参考資料

1. JIS Z 2241:2023 金属材料引張試験方法（JIS 検索。本体 2022 年版と追補 1）（日本産業標準調査会／2023 年 8 月改正）
2. JIS G 3101:2024 一般構造用圧延鋼材（JIS 検索）（日本産業標準調査会／2024 年 2 月改正）
3. JIS G 0404:2023 鋼材の一般受渡し条件（JIS 検索）（日本産業標準調査会／2023 年 12 月改正）
4. JIS G 0415:2024 鋼及び鋼製品－検査文書（JIS 検索）（日本産業標準調査会／2024 年 6 月改正）
5. JIS B 1051:2014 炭素鋼及び合金鋼製締結用部品の機械的性質－強度区分を規定したボルト，小ねじ及び植込みボルト（JIS 検索）（日本産業標準調査会／2014 年 9 月改正・2024 年 10 月確認）

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