シャルピー衝撃試験：KV 値、遷移温度、J0/J2/K2

試験

振り子式ハンマーが小さな切欠き付き試験片を打撃し、破壊するのに吸収されたエネルギーがジュール単位で記録されます。標準試験片は 10 × 10 × 55 mm で、深さ 2 mm の V ノッチを備え、結果は KV と表記されます（K は試験の種類、V は V ノッチ形状を表します）。適用方法は、欧州では EN ISO 148-1、米国では ASTM E23 です。エネルギーと併せて、試験所が横膨出量や、破面における延性（せん断）破壊の割合を報告する場合もあります。

温度がすべてを変える理由

フェライト系鋼は、一定量のエネルギーを吸収するわけではありません。温度が下がると、吸収エネルギーは — 時には急激に — 高い上部棚（粘り強い延性破壊）から低い下部棚（平らな脆性破壊）へと低下します。その間の範囲が延性–脆性遷移です。構造物が低温で安全であるのは、その使用温度がその鋼の遷移範囲より上にとどまる場合であり、まさにそのため、規格では室温の値ではなく、試験温度とその温度における最小エネルギーを定めています。

面心立方構造を持つオーステナイト系ステンレス鋼は、急激な遷移を示しません — これが極低温用途で主流となる理由の一つです。

J0、J2、K2 の読み方

EN 10025 の構造用鋼では、記号の接尾辞が衝撃要求を符号化しています。

接尾辞	最小エネルギー	試験温度
JR	27 J	+20 °C（室温）
J0	27 J	0 °C
J2	27 J	−20 °C
K2	40 J	−20 °C

文字はエネルギーレベルを示し（J = 27 J、K = 40 J）、数字は温度を示します（R = 室温、0 = 0 °C、2 = −20 °C）。したがって S355J2 と S355K2 は同じ −20 °C で試験されますが、K2 は 27 J ではなく 40 J を吸収しなければなりません。他の製品規格はこの階梯をより低温の用途へ広げています — EN 10025 の焼きならし鋼種や EN 10028 の圧力容器用鋼種は、一般に −40 °C または −50 °C で試験されます。

合否を決める細部

• 方向。 製品規格は、衝撃試験片が圧延方向に対して縦方向か横方向かを定めています。横方向の値は通常より低く、より容易な方向を引用した証明書は、要求される方向を証明しません。
• 三本一組。 合否判定は通常、三本の試験片の平均で行われ、個々の値は通常、指定された最小値の約 70% まで低下することが許されます。一組が不合格となった場合には、定義された再試験規則が適用されます。
• サブサイズ試験片。 製品が 10 mm より薄い場合、幅 7.5、5 または 2.5 mm の試験片が使用されます。その場合、要求される最小平均エネルギーは、製品規格に定めるとおり、試験片の断面積に比例して低減されます — サブサイズの結果はフルサイズの値と直接互換ではありません。
• ノッチの品質と機械の校正が重要です。鈍いノッチや摩耗した打撃刃は結果を膨らませるため、認定試験所は認証された基準試験片で機械を検証しています。