ステンレス鋼硬さ試験：規格と技術

1.ステンレス鋼の硬さ試験方法と関連規格

(ナショナル・スタンダード、米国、日本）

ステンレス鋼製品は、納入形状によってステンレス鋼板、ストリップ、パイプ、ロッド、ワイヤーなどに分類することができる。

オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼である。

さまざまなステンレス鋼材料は、次のようなさまざまな熱処理状態で供給されます。 アニール焼き戻し、溶体化処理、焼き入れ、焼き戻し。

硬さ試験では、硬い圧子を一定の条件下で試料の表面にゆっくりと押し込み、その圧痕の深さや大きさを測定して材料の硬さを測定する。

これは、材料の機械的特性試験において、最も単純で、迅速かつ容易に実施できる方法である。

硬さ試験は非破壊であり、硬さ値と引張強さ値の間にはおおよその換算関係がある。

引張試験の不便さと、硬さを強さに変換することの容易さから、材料の硬さを試験する機会が増え、強さを試験する頻度は減っている。

特に、硬さ試験技術の絶え間ない進歩と革新により、ステンレス鋼管、ステンレス鋼線、極薄ステンレス鋼板、ステンレス鋼帯など、以前は直接硬さ試験を行うことができなかった材料でも、現在では直接硬さ試験を行うことができるようになりました。

そのため、硬さ試験が徐々に引張試験に取って代わる傾向にある。

ステンレス鋼の規格では、ブリネル、ロッ クウェル、ビッカースの3種類の硬さ試験法 が一般的に規定されており、それぞれHB、HRB （またはHRC）、HVの硬さ値を測定する。

ステンレスの場合、3つの硬度値のうち1つだけを測定すればよいと規定されている。 鋼の硬度 をテストしている。

アメリカでは 金属材料 硬さ試験に関する顕著な特徴は、ロックウェル硬さ試験が好まれ、ブリネル硬さ試験が補足され、ビッカース硬さ試験はめったに用いられないことである。

アメリカでは、ビッカース硬さ試験は主に金属の研究や薄くて小さな部品の試験に使用されるべきであるという見解がある。

中国と日本の規格は、同時に3つの硬さ試験を採用している。ユーザーは、材料の厚さや状態、個々の状況に応じて、これらの試験のいずれかを選択し、ステンレス鋼材料を試験することができます。

引張試験と硬さ試験に関する日本のステンレス鋼規格は、方法論と数値の両面で対応する中国規格と密接に一致しており、中国規格が日本の規格の影響を受けていることを示している。

ロックウェル硬さ試験機は、次のような用途に最適です。 ステンレス鋼硬度 をテストしている。

シンプルで使いやすく、専門の検査員を必要としない効率的なツールであり、硬度値を直接読み取ることができるため、工場での使用に非常に適している。

ロックウェル硬度計は通常、ステンレス鋼の硬度試験に使用され、規格では一般的にHRCとHRBスケールのみが規定されている。

焼鈍ステンレス鋼の場合、各タイプの ステンレス鋼グレード は、一定のHRB値を超えない硬度を持つことが期待され、通常は88～96HRBの範囲内である。

について 焼き入れと焼き戻し マルテンサイト系ステンレ ス鋼の場合、各鋼種の硬度は一定のHRC値以 下であってはならず、通常は32～46HRCの範囲内 である。

ロックウェル硬さ試験機のHRBおよびHRCスケールはステンレス鋼規格にのみ規定されているが、表面ロックウェル硬さ試験機もステンレス鋼の試験に効果的に使用できる。

その原理はロックウェル硬度計と同じだが、かかる力はより小さい。その硬度値は、HRB、HRC、ブリネル硬度計に変換することができます。 硬度HBまたはビッカース硬度HV。

換算表は、米国規格ASTMまたは国際規格ISOから入手し、当社のウェブサイトでご覧いただけます。

表面ロックウェル硬度計は、薄肉ステンレス鋼管、薄肉ステンレス鋼板、薄肉ステンレス鋼帯、薄肉ステンレス鋼線の試験に特に便利です。

特に、当社の最新開発品であるポータブル表面ロックウェル硬さ試験機とパイプロックウェル硬さ試験機は、0.05mmの薄さのステンレス鋼板や帯鋼、4.8mmの細長いステンレス鋼管の硬さ試験を迅速かつ正確に行うことができ、これまで国内では困難であった課題を解決しています。

2.ステンレス鋼板および帯鋼の硬さ試験

ステンレス鋼板は、熱間圧延品と冷間圧延品の両方を含み、品質と性能を保証するために精密な硬さ試験が必要です。採用される試験方法とスケールは、材料の厚さと加工状態によって異なります。

厚さ1.2mmを超えるステンレス鋼板または鋼帯の 場合は、ロックウェル硬さ試験が望ましい。この試験で は、軟質鋼種にはHRBスケール（1/16インチの スチールボール圧子を使用）、硬質鋼種には HRCスケール（ダイヤモンドコーン圧子を使用） を使用する。ロックウェル硬さ試験は、最小限の表面処理で迅速な結果が得られるため、生産環境に最適です。

0.2mmから1.2mmの薄い材料を扱う場合は、表面ロックウェル硬さ試験機を使用します。この特殊な装置では、材料の硬度範囲に応じて、HRTスケール（1/16インチ鋼球圧子付き）またはHRNスケール（1/8インチ鋼球圧子付き）のいずれかを使用します。これらのスケールは、下地の支持体の影響を受けずに、より薄い試験片でも正確な読み取りができるように特別に設計されています。

0.2mm以下の極薄のステンレス鋼板や帯材には、ダイヤモンド圧子を装備した表面ロックウェル硬さ試験機HR30TMスケールを使用します。この方法では、より低い試験力を適用し、より感度の高い圧子を使用することで、極薄材料の正確な測定が保証されます。

また、厚さ0.3mmから13mmの焼鈍済みステンレ ス鋼板およびストリップの場合は、ビッカース硬 さ試験が有効な選択肢となる。この方法は、ダイヤモンドピラミッド圧子を使用し、幅広い硬さ値で優れた分解能を発揮します。ビッカース硬さ試験は、過剰な圧痕を形成することなく、より軟らかい組織を正確に測定できるため、焼鈍材に特に有利です。

ビッカース硬さ試験機は、迅速かつシンプルな操作性に優れており、特に焼鈍ステンレス鋼材料の生産現場における効率的な品質管理に最適です。その多用途性により、加えられる荷重に応じてマクロ硬さとミクロ硬さの両方を試験することができ、包括的な材料特性評価を提供します。

信頼性の高い結果を得るためには、ロックウェル試験のASTM E18やビッカース試験のASTM E92などの関連規格を遵守し、最小厚さ要件、表面処理、試験機器の適切な校正などの要素を考慮することが極めて重要です。

3.ステンレス鋼パイプの硬さ試験

硬度試験は、溶接鋼管と冷間引抜鋼管を 含むステンレス鋼管の重要な品質管理 手段である。試験方法は、正確な結果を保証するため、パイプの寸法や加工条件によって異なります。

内径が30mmを超え、肉厚が1.2mmを超え るパイプには、標準的なロックウェル硬 度試験が採用される。この方法は、HRBスケール (軟質ステンレス鋼用)またはHRCスケール (硬質鋼種用)のいずれかを利用し、圧痕に対する材料の耐性を総合的に評価する。

内径30mm以上の薄肉パイプ（肉厚1.2mm未満）を扱う場合、表面ロックウェル硬さ試験が望ましい方法です。HRTまたはHRNスケールを使用するこの方法は、特に薄肉材料用に設計されており、パイプの構造的完全性を損なうことなく正確な測定が可能です。

直径の小さいパイプ（4.8mm < 内径 < 30mm）には、パイプ専用のロックウェル硬度計を使用します。この装置は、通常HR15Tスケールを採用し、小型パイプの曲面に対応するように設計されているため、難しい形状にもかかわらず正確な測定値が得られます。

パイプの内径が26mmを超える場合、内壁硬さ試験が可能になる。これは、肉厚に応じて標準ロックウェル試験機または表面ロックウェル試験機を使用して実施できます。この機能は、パイプ断面全体の硬度の均一性を評価するために特に有用であり、熱処理効果や潜在的な微細構造の変化を示すことができます。

アニール処理されたステンレス鋼管はユニークなケースです。内径6.0mm以上、肉厚13mm未満のパイプには、ウェブスター硬さ試験機W-B75が効率的なソリューションを提供します。この携帯型硬さ試験機は、迅速な非破壊試験が可能なため、現場での品質チェックや大量生産環境に最適です。ウェブスター硬さ試験機は、焼鈍パイプの成形性や耐食性に影響を及ぼす可能性のある焼鈍工程の不一致を検出できるため、焼鈍パイプを素早く適格に評価できる点で特に価値があります。

これらの試験方法は貴重なデー タを提供するが、ステンレス鋼管の用途に合 わせた包括的な特性評価を確実に行うには、微 細構造分析、腐食試験、機械的特性評価など の他の品質保証手段で補完する必要があるこ とに留意する必要がある。

4.ステンレス鋼棒の硬さ試験

直径50mmまでのステンレス鋼棒の表面硬 度測定には、ロックウェル硬さ試験が好 ましい。ロックウェルB (HRB)スケールは、オーステナイト系およびフェライト系ステンレス鋼に一般的に使用され、ロックウェルC (HRC)スケールは、マルテンサイト系鋼種または冷間加工が多いオーステナイト系ステンレス鋼に適している。

試験手順としては、軽荷重の後に大荷重を加え、圧痕の深さを測定する。HRBでは、直径1/16インチの鋼球圧子を用い、100kgfの主荷重をかける。HRCについては、ダイヤモンドコーン圧子を用い、150kgfの主荷重をかける。硬さ値は自動的に計算され、最新のロックウェル硬さ試験機で表示されます。

ロッドの表面が清浄で滑らかであり、酸化膜や脱炭がないなど、適切に準備されていることを確認することが極めて重要である。正確な結果を得るためには、ロッドの長さと円周に沿って異なる箇所で複数の測定を行い、平均値を報告する必要があります。ASTM E18規格は、金属材料のロックウェル硬さ試験に関する詳細なガイドラインを規定しており、これにはステンレス鋼棒に関する特定の要件も含まれている。

直径50mmを超える棒材については、携帯型硬さ試験機や標準的なベンチ試験用の切片作成などの代替方法が必要になる場合があります。より大きな直径のロッドに非破壊検査が必要な場合は、超音波硬さ試験が実行可能なオプションとして考慮されます。

5.ステンレス鋼線の硬さ試験

直径が2.0mmを超えるステンレス鋼ワイヤーでは、HRT (Rockwell 30T)またはHRN (Rockwell 30N)硬度を測定するために、表面ロックウェル硬度計が通常使用される。この非破壊試験方法は、特に薄い材料に適しており、表面を大きく準備することなく、迅速で正確な結果を得ることができます。

HRTスケールでは、直径1/16インチの鋼球圧子を30kgの荷重で使用し、HRNスケールでは直径1/8インチの鋼球圧子を同じ荷重で使用します。HRTとHRNのどちらを選択するかは、ワイヤーの予想硬度範囲と表面状態によって決まります。一般的に、HRTはやや軟らかい材質に適し、HRNはより硬いステンレス鋼種に適している。

直径が2.0mmから6.0mmのワイヤの場合、代表的な結果を確実にするために、ワイヤの円周上の異なるポイントで複数の測定を行う必要がある。直径が6.0mmを超えると、表面曲率の影響が無視できるようになり、より簡単な試験手順が可能になります。

直径2.0mm以下のワイヤーでは、正確で信頼性の高い硬さ測定には、ビッカース硬さ試験やヌープ硬さ試験などの微小硬さ試験法が適しています。