ASTM A370：鋼材の機械的試験

ASTM A370とASTM E8の相違点

ASTM A370は、もう1つの主要な金属試験規格であるASTM E8と試験装置と試験メソッドを共有しています。A370は、E8と異なり、いくつかの異なる製品タイプに特有の鋼材の試験片特性をさらに定義しています。これらの製品は、棒材、管材、ファスナー、丸線の試験について述べており、いくつかの手順の明確化とともにASTM A370の付属書にも記載されています。重要なのは、付属書のセクションは規格の一般セクションを補足するものであるが、矛盾が生じた場合は、製品規格が優先されることが多い点です。

測定の対象となるもの

ASTM A370では、さまざまな種類の試験を参照していますが、引張試験が主体となっています。よく測定される特性は以下のとおりです。

• 弾性係数 – 材料の弾性変形に対する抵抗力を測定します
• 降伏強度 - 材料が永久に変形するときの応力
• 引張強度 - 材料が維持できる最大の力または応力
• 絞り - 材料の延性の測定法
• 全伸び – 破壊後の長さの増加率の測定法

材料試験システム

ASTM A370の試験は多種多様な鋼材と試験片の形状に対して行われるため、システムの応力の要件は大きく異なる可能性があります。インストロンのIndustrialシリーズは、機械加工されたステンレス鋼の丸棒（300kN）から厚肉の管状製品（2000kN）までの試験に適した試験フレームを提供します。Industrialシリーズの荷重フレームは、高剛性ボールネジとコラム、ひずみゲージによる荷重測定、バックラッシュの除去など、耐久性を重視しています。これらの特長は、より正確な結果を示し、試験中に蓄積されるエネルギーを最小限に抑えることで、性能の向上に貢献しています。これは特に、スプリングワイヤーや大径ファスナーなどの高強度材料の試験で顕著です。

引張試験片

ASTM A370の試験片には、丸く削ったもの、平らなもの、製造時のままのものなど、さまざまな形状があります。この規格では、棒材、管材、ファスナー、線材、丸材など、多数の一般的な試験片の寸法を定義しています。

グリップと伸び計

丸棒や平板の試験に適したさまざまなグリップ技術がありますが、油圧のくさび式グリップやサイドアクショングリップは一般的で汎用性の高いオプションです。ただし、ASTM A370の一部の材料（たとえばチューブやファスナーなど）には、より特殊なソリューションが必要となります。

付属書1 - 棒材

この付属書は、平板、円形、矩形、六角形、および八角形の形状を持つ試験片の熱延と冷延棒材の試験片寸法と伸び計ゲージ長さの要求事項について述べています。棒材を試験する場合は、一般的に比例くさび式グリップを推奨します。しかし、棒材は引張強度が非常に高いため、標準的なくさび式グリップで引張試験中に滑りが生じると、一部の棒材（特にばねの製造に用いられるタイプ）がフェースに大きな損傷を与える可能性があります。このような場合、試験中や試験片の破壊時に材料をより確実に保持するために、非比例グリップを使用することを推奨します。

熱間圧延棒鋼の試験片は、全断面で未加工のため、ひずみ測定には8インチのゲージ長の測定器が必要です。伸び計に適したオプションは、ゲージ長が調整可能なインストロンAUTOX750か、インストロンのEシリーズW-6280-8やW-6280-200など、専用の8インチゲージ長の手動クリップ式装置のどちらかです。熱間圧延材は、インストロンのAVE2のような非接触式伸び計では試験できません。試験中の薄片の破片により、ゲージマークが試験片から外れたり、装置のゲージマークが見えなくなる可能性があります。

冷間加工された材料は機械加工により断面が減少しているので、AUTOX750、AVE2、または手動クリップ式装置などの適切な2インチゲージ長の伸び計を使用します。クラスB2の伸び計は0.2%のオフセット降伏点に適していますが、より低いパーセンテージの降伏計算が必要な場合は、B1クラスの装置を推奨します。

また、付属書1は、熱間圧延棒鋼と冷間圧延棒鋼の両方に対する曲げ試験の要件を網羅しています。材料寸法が許せば全断面の材料で試験を行いますが、必要であれば機械加工した試験片の寸法を付属書で規定していますばん 曲げ試験は、材料の表面に亀裂がないかどうかを目視で検査する目的で行われ、インストロンのW-6810とW-6812曲げ試験用治具が必要です。

付属書2 - パイプとチューブ

パイプやチューブから切り出した全断面パイプやドッグボーン型試験片などのチューブ製品を試験する場合、比例くさび式グリップは適切かつ経済的なソリューションとなります。ドッグボーン型試験片の端面を平らにすることが望ましくない場合は、湾曲した固定具セットの使用をお勧めします。これは、スリップをなくし、試験開始時のひずみ精度を高めるため、肉厚で引張強度の高い試験片の試験に特に有効です。

パイプやチューブのひずみ測定には、AUTOX750のような自動接触式伸び計や、インストロンのW-6280シリーズのような手動クリップ式装置があります。全断面管状製品の試験には、AUTOX750は最大直径100 mm、ゲージ長2インチの試験片を受け入れることができます。クラスB2の伸び計は0.2%のオフセット降伏点に適していますが、より低いパーセンテージの降伏計算が必要な場合は、B1クラスの装置を推奨します。

付属書2は、平坦化、逆平坦化、破砕、フランジ、フレアリング、曲げ、および横断ガイド曲げ試験を含む特定の管状製品の延性を証明するための、いくつかの圧縮試験についても記述しています。基本的な圧縮アンビルやダイは、これらの試験の多くを容易に満たすことができますが、ガイド曲げ試験については例外で、インストロンはW-6810治具を提供しています。

付属書3 - ファスナー

ファスナー試験には、ファスナーの頭部を支え、試験片のねじ部に引張応力を集中させる特殊なグリップ付属品が必要です。ボルトホルダーとワッシャーで構成され、ファスナーのサイズに合わせて、直径、角度、ねじ山、ピッチが異なります。ファスナーが大きすぎて所定の試験システムで試験できない場合は、標準2インチゲージ長の従来の0.505インチ試験片を加工して試験することが可能です。軸方向試験に加えて、2種類のせん断試験（ダブルとシングル）も重要で、ASTM F-606とMIL-STD 1312では、ナットプルーフマンドレルによる証明試験とともに要求されています。

伸び計は一般にファスナーの試験には必要ありませんが、材料にひずみがあるかどうかを判断する際に役立ちます。インストロンのW-E439が適切な選択です。

付属書4 - 丸線

付属書4では、丸線製品のグリップとして、主に補助的なくさび式グリップとカム式緩衝グリップの2種類について触れています。これらのソリューションはいずれも、性質上、可鍛性もある低容量ワイヤーのテストに適しているとみなされます。全断面丸線試験片のゲージ長は10インチです。この種の試験片に対する試験では、グリップの近くで試験片の破損が発生した場合、試験結果は報告対象とはみなされないため、フェースの破損が課題となる場合があります。そのため、グリップアライメントが重要です。ひずみ測定が必要な場合は、10インチのゲージ長のクリップ式装置や、AUTOX750のような自動ソリューションが適切です。

A370丸線ソリューション
2714-107タイヤコードグリップ

In the most recent update to ASTM A370, annex A7 (multi-wire strand) and annex A9 (steel reinforcing bar) have been moved to their respective product standards ASTM A1061/A1061M and ASTM A615. Due to their lengthy inclusion in past versions of ASTM A370, we will still touch on those applications within this guide. 

7 wire strand is normally used in the production of pre-stressed concrete. It is difficult to test stranded wire without the right equipment, and although a proportional wedge grip is acceptable, a non-proportional side-acting grip is a much better choice for both consistency and results. Per the ASTM A1061/A1061M standard, specimen lengths are 48 inches and require a 24” gauge length strain device for proper measurement of change in length.

Reinforcing bar, or “rebar” is another material where specimens do not include a reduced section and thus requires an 8”/200mm gauge length extensometer. A proportional wedge grip is appropriate for this test. In North America the sizing convention is based upon # 8 rebar being a nominal 1”, or 8/8 ths. The largest diameter material included in the product standard within recent years is # 20 thread bar which also includes a tensile strength of 100 ksi. Testing of the largest product yields peak test loads of 720,000 lbs. An additional test under the AC133 standard is a rebar coupling test that runs in a through zero cyclic manner using a dual side-acting, or single side-acting non proportional grip.