金属材料が硬い物体による表面のへこみに抵抗する能力を硬度といいます。硬度は、試験方法や適用範囲によって、ブリネル硬度、ロックウェル硬度、ビッカース硬度、ショア硬度、微小硬度、高温硬度などに分類されます。パイプに一般的に用いられる硬度は、ブリネル硬度、ロックウェル硬度、ビッカース硬度の3種類です。
A. ブリネル硬度（HB）
所定の直径の鋼球または超硬合金球を用いて、規定の試験力（F）で試料表面に押し込みます。規定の保持時間後、試験力を解放し、試料表面の圧痕直径（L）を測定します。ブリネル硬さ値は、試験力を圧痕球の表面積で割った値です。HBS（鋼球）で表され、単位はN/mm²（MPa）です。
計算式は以下のとおりです。
式中、Fは金属サンプルの表面に押し込まれた試験力（N）です。
D：試験用鋼球の直径（mm）
d – 圧痕の平均直径（mm）。
ブリネル硬度の測定はより正確で信頼性が高いが、一般的にHBSは450N/mm2（MPa）以下の金属材料にのみ適しており、より硬い鋼や薄い板には適していない。鋼管規格の中では、ブリネル硬度が最も広く使用されている。圧痕直径dは材料の硬度を表すためによく用いられ、直感的で便利である。
例: 120HBS10/1000130: これは、直径10mmの鋼球を1000Kgf (9.807KN)の試験力で30秒間測定して得られたブリネル硬度値が120N/mm2 (MPa)であることを意味します。
B. ロックウェル硬度（HR）
ロックウェル硬さ試験は、ブリネル硬さ試験と同様に、圧痕試験法です。違いは、圧痕の深さを測定することです。つまり、初期試験力（Fo）と総試験力（F）の連続作用により、圧子（コーンまたは製鉄所の鋼球）が試料の表面に押し込まれます。所定の保持時間後、主力を取り除き、測定された残留圧痕深さの増加分（e）を使用して硬さ値を計算します。その値は匿名の数値で、記号HRで表され、使用されるスケールにはA、B、C、D、E、F、G、H、Kの9つのスケールがあります。その中で、鋼の硬さ試験で一般的に使用されるスケールは、一般的にA、B、C、つまりHRA、HRB、HRCです。
硬度値は以下の式を用いて計算されます。
AスケールとCスケールでテストする場合、HR=100-e
Bスケールでテストする場合、HR=130-e
この式において、e（残留圧痕深さ増加量）は0.002mmという指定単位で表されます。つまり、圧子の軸方向変位が1単位（0.002mm）の場合、ロックウェル硬度が1段階変化することに相当します。eの値が大きいほど金属の硬度は低くなり、逆にeの値が小さいほど硬度は高くなります。
上記３つの尺度の適用範囲は以下のとおりです。
HRA（ダイヤモンドコーンインデンター）20-88
HRC（ダイヤモンドコーン圧子）20-70
HRB（直径1.588mmの鋼球圧子）20-100
ロックウェル硬度試験は現在広く用いられている方法であり、鋼管規格ではブリネル硬度HBに次いでHRCが用いられています。ロックウェル硬度は、極めて軟らかいものから極めて硬いものまで、金属材料の硬度を測定するために使用できます。ブリネル法の欠点を補うものであり、ブリネル法よりも簡便で、硬度値は硬度計のダイヤルから直接読み取ることができます。ただし、圧痕が小さいため、硬度値の精度はブリネル法ほど高くありません。
C. ビッカース硬度（HV）
ビッカース硬さ試験も圧痕試験法の一つです。試験面の対向面間の角度が1360°の四角錐形ダイヤモンド圧子を、所定の試験力（F）で試験面に押し込み、所定の保持時間後に圧子を取り外します。圧子の両端の対角線の長さを測定します。
ビッカース硬さの値は、試験荷重を圧痕面積で割った値です。計算式は以下のとおりです。
式中：HV – ビッカース硬度記号、N/mm2 (MPa)
F：試験力（N）
d – くぼみの2つの対角線の算術平均、mm。
ビッカース硬さ試験で使用される試験力Fは、5（49.03）、10（98.07）、20（196.1）、30（294.2）、50（490.3）、100（980.7）Kgf（N）の6段階です。測定可能な硬さ値の範囲は5～1000HVです。
表現方法の例：640HV30/20は、30Hgf（294.2N）の試験力で20秒測定されたビッカース硬さの値が640N/mm2（MPa）であることを意味します。
ビッカース硬さ試験法は、非常に薄い金属材料や表面層の硬さを測定するのに使用できます。ブリネル硬さ試験法やロックウェル硬さ試験法の主な利点を持ち、それらの基本的な欠点を克服していますが、ロックウェル硬さ試験法ほど単純ではありません。ビッカース硬さ試験法は、鋼管規格ではほとんど使用されていません。
投稿日時：2024年4月3日
