JP7231483B2

JP7231483B2 - 金属材料の引張試験方法及び装置

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Publication number: JP7231483B2
Application number: JP2019096731A
Authority: JP
Inventors: 暉人鈴木; 康司藤井; 務小森
Original assignee: JFE Techno Research Corp
Current assignee: JFE Techno Research Corp
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2023-03-01
Anticipated expiration: 2039-05-23
Also published as: JP7231483B6; JP2020190516A

Description

本発明は、薄板金属材料の加熱状態での加工特性を測定するための引張試験方法及び装置に関するものであり、特に高強度鋼板の引張試験に好適な引張試験技術である。

近年、自動車分野において、衝突安全性の確保と車体軽量化による燃費向上を目的として、ハイテン材、超ハイテン材と呼ばれるような高い強度を有する鋼板（高強度鋼板）の使用比率が増加している。
一方、車体などの自動車部品の成形に関しては、近年、従来の冷間でのプレス成形に代わり、いわゆるホットスタンプが適用される比率が増している。このホットスタンプは、加熱した高強度鋼板を型で急冷しながら成形することで、焼き入れされた高強度で高精度な部品を製作することができる利点がある。

このような背景から、加熱状態の高強度鋼板の加工特性を正確に把握する必要性が生じており、高強度鋼板の薄板試験片の温間・熱間引張試験技術の確立が求められている。
従来、温間や熱間で丸棒などの引張試験を行う装置が知られており（例えば、特許文献１）、試験片の加熱方式としては、試験片を誘導加熱コイル内に挿通して高周波誘導加熱する方式と、試験片の両端を電極に接続して直接通電加熱する方式がある。

特開平１１－２５８１３５号公報

しかし、温間や熱間で丸棒などの引張試験を行う従来の引張試験装置を薄板試験片の引張試験に適用した場合、以下のような問題がある。
まず、試験片を高周波誘導加熱する方式の装置は、薄板試験片の温度コントロールが容易であるという利点があるが、薄板試験片に伸び計を取り付けることができないという問題がある。すなわち、薄板試験片の引張試験では、材料の加工特性を正確に把握するために、標点間の伸び量を測定することが好ましい。その場合、伸び計の固定具を薄板試験片の標点位置に取り付ける必要があるが、高周波誘導加熱方式の装置では、薄板試験片の主要部分が誘導加熱コイル内に置かれるため、この誘導加熱コイルが邪魔になって伸び計の固定具を試験片に取り付けることができない。したがって、従来のような高周波誘導加熱方式の装置は、薄板試験片の引張試験には適用できない。

一方、試験片を直接通電加熱する方式の装置は、薄板試験片を広範囲に加熱できる利点はあるが、薄板試験片の長手方向を均一に加熱することができない（温度勾配が生じる）という問題がある。試験片を直接通電加熱する方式の装置では、試験片の両端をチャックで把持し、このチャックを電極として試験片を通電加熱するものであるが、チャックを保持する部材が冷却機構（水冷などによる冷却機構）を備え、この冷却機構でチャックが冷却されているため、チャックを通じて薄板試験片からの抜熱が生じる。このため薄板試験片長手方向で大きな温度勾配が生じ、例えば、薄板試験片長手方向の中心点から２０ｍｍ程度離れた位置では、中心点よりも１００℃以上低い温度となる。このため伸び計を用いたとしても、薄板試験片の加工特性を正確に測定することができない。
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、高強度鋼板などの薄板金属材料の加熱状態での加工特性を正確に測定することができる引張試験方法及び装置を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために検討を重ねた結果、両端をチャックで把持された薄板試験片を、両チャックを電極として直接通電加熱するとともに、薄板試験片両端側の部位（両チャック寄りの部位）のみを誘導加熱コイルにより部分的に高周波誘導加熱し、チャックを通じた抜熱分を補償することにより、薄板試験片長手方向での均熱性（温度勾配が小さいこと）を飛躍的に高めることができ、伸び計による測定範囲の温度勾配をほぼ解消できることが判った。
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。

［1］両端をチャック（１）で把持された薄板試験片（Ａ）を加熱状態とし、この加熱状態の薄板試験片（Ａ）に引張荷重を負荷する金属材料の引張試験方法であって、
両チャック（１）を電極として薄板試験片（Ａ）を直接通電加熱するとともに、薄板試験片（Ａ）の長手方向のうちの両端側の部位のみを誘導加熱コイル（２）で部分的に高周波誘導加熱することを特徴とする金属材料の引張試験方法。
［2］上記［1］の引張試験方法において、薄板試験片長手方向の中央位置（p）と各チャック（１）間の距離をＬとした場合、誘導加熱コイル（２）が、薄板試験片長手方向において各チャック（１）からの距離がＬ／２の点（p_１）と当該チャック（１）間の範囲内に配置されることを特徴とする金属材料の引張試験方法。
［3］上記［2］の引張試験方法において、誘導加熱コイル（２）が、薄板試験片長手方向において各チャック（１）からの距離がＬ／２の点（p_１）とＬ／１５の点（p_２）間の範囲内に配置されることを特徴とする金属材料の引張試験方法。

［4］上記［1］～［3］のいずれかの引張試験方法において、伸び計（３）により薄板試験片（Ａ）の標点間の伸び量を測定することを特徴とする金属材料の引張試験方法。
［5］上記［4］の引張試験方法において、薄板試験片（Ａ）を所定の熱履歴で加熱又は加熱－冷却し、その熱履歴中の任意の時点で引張試験を行って薄板試験片（Ａ）の標点間の伸び量を測定することを特徴とする金属材料の引張試験方法。
［6］上記［5］の引張試験方法において、薄板試験片（Ａ）を所定の熱履歴で加熱－冷却する際の冷却工程では、薄板試験片（Ａ）に噴射ノズル（４）から冷却ガスを吹き付けることを特徴とする金属材料の引張試験方法。

［7］両端をチャック（１）で把持された薄板試験片（Ａ）を加熱状態とし、この加熱状態の薄板試験片（Ａ）に引張荷重を負荷する金属材料の引張試験装置であって、
両チャック（１）が、薄板試験片（Ａ）を直接通電加熱するための電極を構成するとともに、薄板試験片（Ａ）の長手方向のうちの両端側の部位のみを部分的に高周波誘導加熱する誘導加熱コイル（２）を備えることを特徴とする金属材料の引張試験装置。
［8］上記［7］の引張試験装置において、薄板試験片長手方向の中央位置（p）と各チャック（１）間の距離をＬとした場合、誘導加熱コイル（２）が、薄板試験片長手方向において各チャック（１）からの距離がＬ／２の点（p_１）と当該チャック（１）間の範囲内に配置されることを特徴とする金属材料の引張試験装置。

［9］上記［8］の引張試験装置において、誘導加熱コイル（２）が、薄板試験片長手方向において各チャック（１）からの距離がＬ／２の点（p_１）とＬ／１５の点（p_２）間の範囲内に配置されることを特徴とする金属材料の引張試験装置。
［10］上記［7］～［9］のいずれかの引張試験装置において、薄板試験片（Ａ）の標点間の伸び量を測定する伸び計（３）を備えることを特徴とする金属材料の引張試験装置。
［11］上記［7］～［10］のいずれかの引張試験装置において、薄板試験片（Ａ）に冷却ガスを吹き付ける噴射ノズル（４）を備えることを特徴とする金属材料の引張試験装置。

［12］上記［7］～［11］のいずれかの引張試験装置を用い、金属材料の薄板試験片に所定の熱履歴を付与する方法（但し、薄板試験片の引張試験を行う方法を除く。）であって、
両端をチャック（１）で把持された薄板試験片（Ａ）を所定の熱履歴で加熱又は加熱－冷却することを特徴とする、金属材料の薄板試験片に対する熱履歴付与方法。
［13］上記［12］の熱履歴付与方法において、薄板試験片（Ａ）を所定の熱履歴で加熱－冷却する際の冷却工程では、薄板試験片（Ａ）に噴射ノズル（４）から冷却ガスを吹き付けることを特徴とする、金属材料の薄板試験片に対する熱履歴付与方法。

本発明によれば、加熱状態にある薄板試験片の引張試験において、薄板試験片長手方向での均熱性（温度勾配が小さいこと）を飛躍的に高めることができ、このため高強度鋼板などの薄板金属材料の加熱状態での加工特性を正確に測定することができる。

本発明の一実施形態における薄板試験片Ａの引張試験部を示す斜視図本発明で使用する薄板試験片Ａの形状例（平面形状）を示す図面本発明における薄板試験片Ａ及びチャック１x，１yに対する誘導加熱コイル２x，２yの位置関係を示す説明図図１の実施形態において、伸び計により薄板試験片Ａの標点間の伸び量を測定している状況を示す斜視図図１の実施形態において、伸び計により薄板試験片Ａの標点間の伸び量を測定している状況を示す正面図上下のチャックで把持された薄板試験片を直接通電加熱のみで加熱した場合（図６（ア）の場合）と、上下のチャックで把持された薄板試験片を直接通電加熱するとともに、上下の加熱コイルにより、薄板試験片の長手方向のうちの両端側（上部側・下部側）の部位を部分的に高周波誘導加熱した場合（図６（イ）の場合）について、薄板試験片の各部位の温度と薄板試験片の画像を示す図面図６（ア）の場合と同じく薄板試験片を直接通電加熱のみで加熱した場合について、中央位置ｐからの距離と試験片温度との関係を示す図面本発明法においてクロスヘッド間（薄板試験片全体）で伸び量を測定して得られた応力－歪曲線と、伸び計により薄板試験片の標点間の伸び量を測定して得られた応力－歪曲線を示すグラフ図１の実施形態において、薄板試験片Ａに噴射ノズルから冷却ガスを吹き付ける場合の実施状況を示す斜視図本発明において、薄板試験片Ａに付与される熱履歴の一例を示す説明図本発明例に相当する図６（イ）と同様の条件で薄板試験片を加熱－冷却した場合の熱履歴を示す図面

本発明は、両端をチャック１で把持された薄板試験片Ａを加熱状態とし、この加熱状態の薄板試験片Ａに引張荷重を負荷する金属材料の引張試験方法であり、両チャック１を電極として薄板試験片Ａを直接通電加熱するとともに、薄板試験片Ａの長手方向のうちの両端側の部位のみを誘導加熱コイル２で部分的に高周波誘導加熱することにより、チャックを通じた抜熱分を熱補償し、薄板試験片長手方向での均熱性（温度勾配が小さいこと）を高めるものである。これにより、試験片中央部での伸び計による測定範囲（標点間位置）の温度を均一にすることができる。
なお、本発明の引張試験方法の対象となる薄板とは、一般に厚さが６ｍｍ以下の板状金属材料を指す。

図１（斜視図）は、本発明の一実施形態における薄板試験片Ａの引張試験部を示しており、薄板試験片Ａは、その長手方向が上下方向となるようにして、両端（上下端）をチャック１x，１yで把持される。本実施形態では、チャック１xが可動側、チャック１yが固定側であり、引張試験時には、チャック１x，１yが薄板試験片Ａの両端を把持した状態で、図示しない駆動機構（アクチュエータなどによる駆動機構）によりチャック１xが移動（上昇）することにより、薄板試験片Ａに引張荷重が負荷される。また、通常、引張荷重は可動側（チャック１xの支持部材）に設けられるロードセルなどで検出される。

本発明では、薄板試験片Ａの主たる加熱を直接通電加熱で行い、補助的な局部加熱を高周波誘導加熱で行うものであり、このため、両チャック１x，１yが、薄板試験片Ａを直接通電加熱するための電極を構成するとともに、薄板試験片Ａの長手方向のうちの両端側の部位ａのみを部分的に高周波誘導加熱する誘導加熱コイル２x，２yが設けられる。
本発明の引張試験方法で使用される薄板試験片Ａの形状に特別な制限はないが、通常は、図２（ア）に示すような細長矩形の平面形状を有するものや、図２（イ）に示すようなＪＩＳ５号試験片（この例はＪＩＳ５号ハーフ試験片）が使用される。図２（ア），（イ）は薄板試験片Ａの平面形状を示している。薄板試験片Ａの長手方向両端部には、チャック１x，１yに対してボルト締めするための複数のボルト挿通孔ｅが貫設されている。このように複数のボルト挿通孔ｅにボルトを通してボルト締めすることにより、薄板試験片Ａをチャック１x，１yにしっかりと固定することができる。
薄板試験片Ａのサイズも特に制限はないが、通常、幅が３０～５０ｍｍ程度（図２（イ）に示すＪＩＳ５号試験片の場合は両端部分の幅）、全長が１００～２００ｍｍ程度、チャック１ｘ，１ｙ間の薄板試験片長さが５０～１５０ｍｍ程度、板厚が０．１～５ｍｍ程度である。

チャック１x，１yは、それぞれ、薄板試験片Ａのボルト挿通孔ｅと対応するボルト挿通孔（図示せず）を有する１対のチャック構成部材５を有し、この１対のチャック構成部材５で薄板試験片両端部を両側から挟み、ボルト（ボルト６）締めすることにより、薄板試験片Ａの両端を把持する。
チャック１x，１yは、それぞれ支持部材（図示せず）などを介して装置本体に支持されており、チャック１xの支持部材は、上述したように駆動機構（アクチュエータなどによる駆動機構）に連結され、移動（上下昇降）可能である。チャック１x，１yは、薄板試験片Ａを直接通電加熱するための電極を構成するものであるため、それらの支持部材などを介して直接通電加熱用電源（図示せず）に接続される。また、通電加熱による発熱からチャック１x，１yを保護するため、それらの支持部材は水冷などの冷却機構を備え、この冷却機構でチャック１x，１yを冷却する。

誘導加熱コイル２x，２yは、薄板試験片Ａの長手方向のうちの両端側の部位ａのみを部分的に高周波誘導加熱するものであるので、このような局部加熱に適したコイル厚（図３に示す薄板試験片長手方向でのコイル厚ｔ）に構成されるとともに、両チャック１x，１yに近い位置に配置される。
誘導加熱コイル２x，２yは、それぞれチャック１x，１yとの位置関係が一定に維持される必要があるので、誘導加熱コイル２xは、チャック１xの支持部材（可動側の支持部材）に支持され、引張試験時にはチャック１xと一体に移動する。一方、誘導加熱コイル２yは、チャック１yの支持部材などのような固定側の支持部材に支持される。なお、誘導加熱コイル２x，２yのチャック１x，１yに対する位置関係を微調整するための機構を付設してもよい。

誘導加熱コイル２x，２yは、薄板試験片長手方向のうちの両端側の部位ａの幅方向を均一に加熱できるものであれば、その構成や形状などに特別な制限はない。本実施形態の誘導加熱コイル２x，２yは、薄板試験片幅方向に沿って対向する１対のコイル部２０と、両コイル部２０をそれらの一端側で連結するコイル２１からなる平面コ字状の構成を有し、両コイル部２０間に薄板試験片Ａが位置し、部位ａの幅方向を均一に加熱できるようにしている。

誘導加熱コイル２x，２yは、各チャック１x，１yにあまり近すぎると、電極であるチャック１x，１y（上述したように支持部材の冷却機構で冷却されている）を加熱してしまい、直接通電加熱に支障を生じるおそれがある。一方、誘導加熱コイル２x，２yが各チャック１x，１yから離れすぎると、電極（チャック１x，１y）からの抜熱分を熱補償することによる均熱性の確保ができなくなるおそれがあるとともに、後述するような伸び計による測定範囲を狭めてしまうため好ましくない。
引張試験の試験片としては、丸棒形状のものがあるが、丸棒試験片は表面積が小さく、しかも薄板試験片とは異なり幅方向での端部が存在しないため、熱が逃げにくく、このため長手方向での温度分布が生じにくい。これに対して本発明が試験対象とする薄板試験片は、丸棒試験片に較べて表面積が大きく、しかも幅方向での端部が存在するため、熱の放射（抜熱）により熱が逃げやすく、このため長手方向において温度分布が生じやすい。このような点からも、本発明では誘導加熱コイル２x，２yを配置する位置を最適化することが好ましい。

図３は、薄板試験片Ａ及びチャック１x，１yに対する誘導加熱コイル２x，２yの位置関係を示したものであり、pは薄板試験片長手方向の中央位置、Ｌはその中央位置pと各チャック１x，１y間の距離である。ここで、上述したような観点から、誘導加熱コイル２x，２yは、薄板試験片長手方向の中央位置pと各チャック１x，１y間におけるチャック寄りの位置、すなわち、薄板試験片長手方向において各チャック１x，１yからの距離がＬ／２の点p_１と当該チャック１x，１y間の範囲内に配置されることが好ましい。また、さらに好ましい条件としては、誘導加熱コイル２x，２yは、薄板試験片長手方向において各チャック１x，１yからの距離がＬ／２の点p_１とＬ／１５の点p_２間の範囲S1（薄板試験片長手方向での範囲）内に配置されることが好ましい。また、より好ましい条件としては、誘導加熱コイル２x，２yが、薄板試験片長手方向において各チャック１x，１yからの距離がＬ／２．５の点p_３とＬ／１２の点p_４間の範囲S2（薄板試験片長手方向での範囲）内に配置されることが好ましく、また、薄板試験片長手方向において各チャック１x，１yからの距離がＬ／３の点p_５とＬ／１０の点p_６間の範囲S3（薄板試験片長手方向での範囲）内に配置されることが特に好ましい。

以上のような条件を満たす位置に配置された誘導加熱コイル２x，２yで薄板試験片Ａを部分的に高周波誘導加熱することにより、その熱がチャック１x，１yに及んでチャックの機能が害されるようなことが避けられ、且つ伸び計による測定範囲が狭められるようなこともなく、薄板試験片長手方向の均熱性を高めることができる。
また、誘導加熱コイル２のコイル厚ｔ（薄板試験片長手方向でのコイル厚）は、必要とされる範囲を局所的に誘導加熱するために３～１０ｍｍ程度とすることが好ましい。また、誘導加熱コイル２と薄板試験片Ａの間隔ｃは、小さすぎると誘導加熱コイル２が試験片からの放射熱を強く受けるため好ましくなく、一方、遠すぎると高周波誘導加熱による加熱能力が低下するので、５～１０ｍｍ程度とすることが好ましい。
なお、図３では、範囲S1～S3、コイル厚t及び間隔cを、一つの誘導加熱コイル２x，２yについてのみ示しているが、他の誘導加熱コイル２x，２yについても同様である。

また、直接通電加熱による薄板試験片Ａの加熱温度を制御するため、薄板試験片長手方向の中央位置p（中央位置pの幅方向中央）に熱電対７が取り付けられ、この熱電対７で中央位置pの試験片温度が測定される。この中央位置pの試験片温度を直接通電加熱の制御温度とし、測定された試験片温度に基づく直接通電加熱電源のフィードバック制御などにより温度制御が行われる。
また、図示しないが、誘導加熱コイル２x，２yで加熱される薄板試験片Ａの部位ａ（部位ａの幅方向中央）にも熱電対が取り付けられ、この熱電対で部位ａの試験片温度が測定され、この測定された試験片温度に基づく高周波誘導加熱電源のフィードバック制御などにより部位ａの温度制御が行われる。

本発明の引張試験方法では、通常、伸び計３により薄板試験片Ａの標点間の伸び量を測定する。これによりクロスヘッド間（試験片全体）で伸び量を測定するよりも、薄板試験片Ａの加工特性をより的確に把握することができる。
図４（斜視図）及び図５（正面図）は、図１の実施形態において、伸び計３により薄板試験片Ａの標点間の伸び量を測定している状況を示している（なお、図４では熱電対７の図示を省略してある）。伸び計３は、薄板試験片Ａの長手方向で間隔をおいた２点（標点b_１，b_２）において、薄板試験片Ａの厚み方向を両側から挟んで拘束する２つの固定具８x，８yと、この２つの固定具８x，８yの相対変位を検出する変位検出器（図示せず）を備えている。この変位検出器は、例えば、差動トランス式検出器などで構成することができる。

各固定具８x，８yは、薄板試験片Ａを両側から一定の圧力で挟むための１対のアーム９を備え、各アーム９は、尖った先端部を有する接触子１０を備えている。各固定具８x，８yは、薄板試験片Ａの両側から接触子１０を試験片表面に一定の圧力で押し付け、試験片表面に食い込ませることにより、薄板試験片Ａにしっかりと固定することができる。このため薄板試験片Ａを速い引張速度（例えば最大１００ｍｍ／ｓ）で引っ張っても試験片に適切に追従することができる。

各固定具８x，８yは、１対のアーム９（及び接触子１０）で薄板試験片Ａを両側から一定の圧力で挟むための機構を有している。この機構は公知のものでよく、例えば、１対のアーム９を回転ネジ軸などで機械的に連動させて接近・離間できるようにした機構などが適用できる。
本発明では、薄板試験片Ａが直接通電加熱により高温に加熱されるため、接触子１０は高い耐熱性と耐摩耗性を有するとともに、導電性と熱伝導性が低い材料で構成することが好ましく、特に窒化珪素などで構成することが好ましい。また、アーム９も耐熱材（例えば、インコネルなど）で構成することが好ましい。

本発明の引張試験方法では、両端をチャック１x，１yで把持された薄板試験片Ａを、両チャック１x，１yを電極として直接通電加熱するとともに、薄板試験片Ａの長手方向のうちの両端側の部位ａのみを誘導加熱コイル２x，２yで部分的に高周波誘導加熱し、その際の薄板試験片Ａの伸び量を測定する。通常、この伸び量の測定は、図４及び図５に示すように伸び計３を用いて行われ、伸び計３の２つの固定具８x，８yを薄板試験片Ａの長手方向で間隔をおいた標点b_１，b_２にそれぞれ固定し（接触子１０で薄板試験片Ａを両側から挟んで固定する）、変位検出器でこの２つの固定具８x，８yの相対変位を検出することにより、薄板試験片Ａの標点b_１，b_２間の伸び量を測定することができる。
なお、標点間の伸び量の測定は、伸び計３の代わりに非接触のレーザー式や光学式などの変位計を用いて行ってもよい。

本発明では、薄板試験片Ａの主たる加熱が直接通電加熱で行われるとともに、チャック１x，１yを通じた抜熱分が誘導加熱コイル２x，２yによる補助的な加熱（部位ａの加熱）により熱補償されるので、薄板試験片長手方向での均熱性（温度勾配が小さいこと）が高められる。特に、薄板試験片Ａに対して図３に示すような条件で配置された加熱コイル２x，２yによって、薄板試験片Ａの長手方向のうちの両端側の部位ａを部分的に高周波誘導加熱することにより、伸び計による測定範囲（標点b_１，b_２間の距離）を十分に確保しつつ、薄板試験片長手方向での均熱性を格段に高めることができ、その結果、伸び計３による標点b_１，b_２間の測定範囲の温度勾配をほぼ解消することができる。

図６は、上下のチャックで把持された薄板試験片（板厚１ｍｍ）を直接通電加熱のみで加熱した場合（図６（ア）の場合）と、本発明法のように薄板試験片を直接通電加熱するとともに、上下の加熱コイルにより、薄板試験片の長手方向のうちの両端側（上部側・下部側）の部位ａを部分的に高周波誘導加熱した場合（図６（イ）の場合）について、薄板試験片の各部位の温度とデジタルカメラによる薄板試験片の画像を示したものである。この試験では、両チャック間での薄板試験片の長さを８０ｍｍとし、標点間距離を３０ｍｍとした仮想の標点b_１，b_２（薄板試験片長手方向の中央位置pと各標点b_１，b_２間の距離：１５ｍｍ）を設定し、薄板試験片長手方向の中央位置pと各標点b_１，b_２に熱電対を取り付け、温度測定を行った。また、図６（イ）の場合は、図３に示すように、薄板試験片長手方向の中央位置pと各チャック１x，１y間の距離をＬとした場合、各チャック１x，１yからの距離がＬ／３の点p_５とＬ／１０の点p_６間の範囲S3に配置された加熱コイル２x，２yにより、薄板試験片Ａの長手方向のうちの両端側の部位ａを部分的に高周波誘導加熱した。

図６（ア）の場合、図６（イ）の場合ともに、加熱速度１０℃／secとし、中央位置pに取り付けた熱電対の測定温度に基づくフィードバック制御により、薄板試験片長手方向の中央位置pでの制御温度を９００℃として直接通電加熱を行った。この直接通電加熱による温度制御では、中央位置pが加熱開始から約１００sec後に制御温度である９００℃まで昇温し、それ以降は９００℃に保持されるようにした。また、図６（イ）の場合には、上記のような温度制御に加えて、加熱コイル２x，２yによる高周波誘導加熱を行った。この加熱コイル２x，２yによる高周波誘導加熱では、各標点b_１，b_２に取り付けた熱電対の測定温度に基づく手動によるフィードバック制御を行うとともに、各標点b_１，b_２の温度が制御温度（９００℃）と同等の温度に達する直前で手動による調整を行い、制御温度（９００℃）と同等の一定温度に保持されるようにした。

図６（ア）の場合には、薄板試験片の中央位置ｐの温度に較べて標点b_１，b_２の温度は５０℃以上低くなっており、画像を見ても中央位置ｐと標点b_１，b_２の明るさには大きな違いがある。この図６（ア）の場合と同じく薄板試験片を直接通電加熱のみで加熱した場合（但し、図６（ア）の場合とは若干異なる試験条件で直接通電加熱した）について、中央位置ｐからの距離と試験片温度との関係を調べた。その結果を図７に示すが、薄板試験片長手方向に大きな熱勾配が生じていることが分かる。
図６（ア）の場合に対して、本発明例に相当する図６（イ）の場合には、薄板試験片の中央位置ｐと標点b_１，b_２は温度差が殆どなく、標点内の均熱性が確保されていることが分かる。

上述したように、本発明法の引張試験方法では、クロスヘッド間（試験片全体）で伸び量を測定するよりも、伸び計３により薄板試験片Ａの標点間の伸び量を測定した方が薄板試験片Ａの加工特性をより的確に把握することができる。
図８は、本発明法においてクロスヘッド間（薄板試験片全体）で伸び量を測定して得られた応力－歪曲線と、伸び計３により薄板試験片Ａの標点間の伸び量を測定して得られた応力－歪曲線を示しており、両者の違いが分かる。

本発明の引張試験方法の好ましい実施形態では、薄板試験片Ａを所定の熱履歴で加熱又は加熱－冷却し、その熱履歴中の任意の時点で引張試験を行って薄板試験片Ａの標点間の伸び量を測定する。この場合に薄板試験片Ａに付与される熱履歴は、例えば、高強度鋼板をホットスタンプする際の熱履歴を模擬したものである。
この実施形態において、薄板試験片Ａを所定の熱履歴で加熱－冷却する際の冷却工程では、薄板試験片Ａに噴射ノズル４から冷却ガスを吹き付けることが好ましい。図９（斜視図）は、薄板試験片Ａに噴射ノズル４から冷却ガスを吹き付ける場合の実施状況の一例を示しており、薄板試験片Ａの長手方向の両端寄りの薄板試験片Ａの両側位置に噴射ノズル４が配置され、各噴射ノズル４から薄板試験片Ａの両面に冷却ガスが吹き付けられる。各噴射ノズル４からの冷却ガスの噴射方向は、薄板試験片の板面に垂直の方向に対して薄板試験片長手方向の中央位置p側に傾きを持たせており、冷却ガスが薄板試験片Ａの板面全体に当たり、薄板試験片Ａを効率的に冷却できるようにしている。冷却ガス（通常、常温ガス）としては、例えば、Ｎ_２、Ａｒ、Ｈｅなどを使用できる。

図１０は、薄板試験片Ａに付与される熱履歴の一例を示しており、この例では、９００℃に加熱・保持した後、６００～３００℃まで冷却し、その温度に一定時間保持されている間に薄板試験片Ａに引張荷重が負荷され、加工特性が測定される。
本発明では、上述したように直接通電加熱と高周波誘導加熱を組合わせた加熱手段を用いることにより薄板試験片Ａの均熱性を高めることができ、しかも、上記のような冷却手段（噴射ノズル４）を有することにより、薄板試験片Ａを任意の熱履歴で正確に加熱又は加熱－冷却することができ、例えば、高強度鋼板をホットスタンプする際の鋼板の加工特性を正確に把握することが可能となる。図１１は、本発明例に相当する図６（イ）と同様の条件で薄板試験片を加熱－冷却した場合の熱履歴を示しており、薄板試験片Ａの標点間を所定の熱履歴で正確に加熱又は加熱－冷却できることが分かる。

このため本発明の引張試験装置は、薄板試験片Ａの引張試験ではなく、薄板試験片Ａに所定の熱履歴（例えば、図１１に示すような熱履歴）を付与するための装置として使用することもできる。すなわち、上述したような本発明の引張試験装置を用い、薄板試験片の引張試験を行うことなく、両端をチャック１x，１yで把持された薄板試験片Ａを所定の熱履歴で加熱又は加熱－冷却することにより、薄板試験片Ａに所定の熱履歴を付与するものである。この場合、薄板試験片Ａを所定の熱履歴で加熱－冷却する際の冷却工程では、薄板試験片Ａに噴射ノズル４から冷却ガスを吹き付けることができる。このような熱履歴を付与された薄板試験片は、他の装置を用いた各種試験に供される。

なお、以上説明した本実施形態の引張試験方法及び装置は、薄板試験片Ａを上下方向に保持して引張を行うものであるが、例えば、薄板試験片Ａを水平方向に保持して引張を行うようにしてもよい。また、本実施形態では、チャック１xを可動側、チャック１yを固定側としているが、可動側と固定側を逆にしてもよい。
本発明の試験対象となる薄板金属材料に特別な制限はないが、本発明は特に高強度鋼板（一般に引張強度４９０ＭＰａ以上の鋼板）の引張試験に好適な引張試験技術である。また、試験対象となる薄板金属材料としては、例えば、アルミニウム合金や銅合金などのような非鉄材料でもよい。

１，１x，１y チャック
２，２x，２y 誘導加熱コイル
３伸び計
４噴射ノズル
５チャック構成部材
６ボルト
７熱電対
８x，８y 固定具
９アーム
１０接触子
２０，２１コイル部
Ａ薄板試験片
ａ部位
ｅボルト挿通孔

Claims

両端をチャック（１）で把持された薄板試験片（Ａ）を加熱状態とし、この加熱状態の薄板試験片（Ａ）に引張荷重を負荷する金属材料の引張試験方法であって、
両チャック（１）を電極として薄板試験片（Ａ）を直接通電加熱するとともに、薄板試験片（Ａ）の長手方向のうちの両端側の部位に対向して、当該部位のみを加熱する誘導加熱コイル（２）をそれぞれ設け、前記部位のみを各誘導加熱コイル（２）で部分的に高周波誘導加熱し、その際の薄板試験片（Ａ）の標点間の伸び量を伸び計（３）により測定する引張試験方法であり、
薄板試験片長手方向の中央位置（p）と各チャック（１）間の距離をＬとした場合、誘導加熱コイル（２）が、薄板試験片長手方向において各チャック（１）からの距離がＬ／３の点（p _５）とＬ／１０の点（p _６）間の範囲内に配置され、
誘導加熱コイル（２）のうち一方の誘導加熱コイル（２）は、可動側のチャック（１）の支持部材に支持され、他方の誘導加熱コイル（２）は、固定側のチャック（１）の支持部材に支持されることを特徴とする金属材料の引張試験方法。
薄板試験片（Ａ）を所定の熱履歴で加熱又は加熱－冷却し、その熱履歴中の任意の時点で引張試験を行って薄板試験片（Ａ）の標点間の伸び量を測定することを特徴とする請求項１に記載の金属材料の引張試験方法。
薄板試験片（Ａ）を所定の熱履歴で加熱－冷却する際の冷却工程では、薄板試験片（Ａ）に噴射ノズル（４）から冷却ガスを吹き付けることを特徴とする請求項２に記載の金属材料の引張試験方法。
両端をチャック（１）で把持された薄板試験片（Ａ）を加熱状態とし、この加熱状態の薄板試験片（Ａ）に引張荷重を負荷する金属材料の引張試験装置であって、
両チャック（１）が、薄板試験片（Ａ）を直接通電加熱するための電極を構成するとともに、薄板試験片（Ａ）の長手方向のうちの両端側の部位にそれぞれ対向して設けられ、当該部位のみを部分的に高周波誘導加熱する誘導加熱コイル（２）と、薄板試験片（Ａ）の標点間の伸び量を測定する伸び計（３）を備える引張試験装置であり、
薄板試験片長手方向の中央位置（p）と各チャック（１）間の距離をＬとした場合、誘導加熱コイル（２）が、薄板試験片長手方向において各チャック（１）からの距離がＬ／３の点（p _５）とＬ／１０の点（p _６）間の範囲内に配置され、
誘導加熱コイル（２）のうち一方の誘導加熱コイル（２）は、可動側のチャック（１）の支持部材に支持され、他方の誘導加熱コイル（２）は、固定側のチャック（１）の支持部材に支持されることを特徴とする金属材料の引張試験装置。
薄板試験片（Ａ）に冷却ガスを吹き付ける噴射ノズル（４）を備えることを特徴とする請求項４に記載の金属材料の引張試験装置。
請求項４又は５に記載の引張試験装置を用い、金属材料の薄板試験片に所定の熱履歴を付与する方法（但し、薄板試験片の引張試験を行う方法を除く。）であって、
両端をチャック（１）で把持された薄板試験片（Ａ）を所定の熱履歴で加熱又は加熱－冷却することを特徴とする、金属材料の薄板試験片に対する熱履歴付与方法。
薄板試験片（Ａ）を所定の熱履歴で加熱－冷却する際の冷却工程では、薄板試験片（Ａ）に噴射ノズル（４）から冷却ガスを吹き付けることを特徴とする、請求項６に記載の金属材料の薄板試験片に対する熱履歴付与方法。