学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和4年度 学科Ⅳ（構造） 問29
問題・正答・学習用解説
問題
鋼材に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。選択肢
正答と解説
正答：（3）
正答の考え方
SN材C種には板厚方向の絞り値の制限がないという記述が誤りです。絞り値は、引張試験で破断した部分の断面積が、元の断面積からどれだけ小さくなったかを百分率で表した値です。板厚方向の絞り値は、鋼板の表裏を引き離す向きに引っ張ったときの変形性能を評価します。
SN材C種は、B種に要求される性能に加え、板厚方向の性能を必要とする部位に対応する鋼材です。角形鋼管柱のダイアフラムなどでは、梁フランジからの力や溶接に伴う応力が鋼板の厚さ方向に働くため、その方向で層状の割れを起こしにくい品質が重要になります。
圧延鋼板では、製造時に内部の介在物が板面に沿って伸ばされることがあり、板面内と板厚方向では性質が同じとは限りません。硫黄の低減などでこうした弱点を抑え、板厚方向の絞り値等を規定します。SN400やSN490の数字だけでは材料の適性を判断できず、A・B・Cの種別と、使う場所でどの方向の力を受けるかまで読むことが要点です。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）硫黄は鋼中で硫化物系の介在物を形成し、衝撃に対する靱性や板厚方向の変形性能へ悪影響を及ぼすことがあります。含有量を抑えると、一般にシャルピー吸収エネルギーと板厚方向の絞り値を高めやすくなるので記述は適切です。前者は切欠きのある試験片を衝撃で壊す際に吸収するエネルギー、後者は厚さ方向に引っ張った破断部の断面減少率です。ともに強度の数字だけでは表せない、割れにくさや変形性能を確認します。
選択肢2
（2）常温で鋼板を急な半径に曲げると、外側の鋼材に大きな塑性ひずみが入り、加工硬化が起こります。加工後は強度が上がる一方、さらに塑性変形できる余裕が減り、延性が低下する方向です。そのため板厚に比べて極端に小さい曲げ半径を避ける必要があります。強度の上昇をそのまま望ましい性能向上とみなすのではなく、割れや変形能力の低下と合わせて評価します。加工条件は鋼材の種類や厚さに応じて定めます。
選択肢3
（3）SN材C種は、板厚方向の絞り値について規定を持ちます。柱のダイアフラムなど、厚さ方向に引張力が働く部位で、層状の割れを防ぐために必要な性能です。板の幅や長さ方向に十分強くても、板厚方向にも同じ変形性能があるとは限りません。C種を選ぶ目的そのものを否定する記述なので不適切です。使う部位の応力方向を先に把握し、その方向に対して保証された性能がある鋼材かを確認します。
選択肢4
（4）SN400Aは、降伏後の十分な変形性能を積極的に保証するための鋼材区分ではなく、一般に弾性範囲で使う部位へ用います。降伏点の下限は、少なくとも必要な応力度までは降伏しないという側の保証です。降伏点の上限や降伏比、靱性などを管理して塑性変形を期待する性能とは区別します。SN400Aが実際には全く伸びないという意味ではなく、設計で大きな塑性変形能力を前提にする用途へ、保証なく用いないという考え方です。
周辺知識
鋼材の引張試験では、初めは力と伸びがおおむね比例し、荷重を除くと戻ります。降伏すると永久変形が増え、その後に達する最大の応力度が引張強さです。降伏比は降伏点を引張強さで割った比で、降伏後にどれだけ強度の余裕を持つかを見る指標の一つです。
伸びや絞りは、破断までに変形できる能力を表します。シャルピー吸収エネルギーは、切欠きと衝撃のある条件で急に割れにくいかを評価します。それぞれ測る現象が違うため、強度が高ければ全て優れるとは限りません。冷間加工のように強度が上がっても延性が下がる場合があります。
溶接された厚い鋼板に厚さ方向の引張りが作用すると、内部の介在物に沿う層状の割れ、ラメラテアが問題になります。材料の厚さ方向性能を確保し、接合形状や溶接手順にも配慮します。鋼材の選定は名称や強度値だけでなく、応力の方向、溶接性、靱性、加工の影響まで含めて行うものです。