Question 1

鋼材の材質記号「SM490A」の意味に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。

Accepted Answer

溶接構造用圧延鋼材であり、490は引張強さの下限値を示す。【解説】鋼材の記号は、JIS（日本産業規格）で先頭のアルファベットが鋼種を、後ろの数字が保証される強度の下限値を表します。SMは溶接構造用圧延鋼材（JIS G 3106）を表す記号で、490は引張強さ（引きちぎられる直前の強さ）の下限値が490N/mm²であることを示します。溶接構造用と名がつくのは、炭素量などの成分を絞って溶接したときに割れにくくしてあるためで、橋りょうなど溶接を多用する構造物に用いられます。末尾のA・B・Cはシャルピー衝撃試験（粘り強さを測る試験）による区分で、SM490AにはJISの規定がなく、B・Cの順に高い吸収エネルギーが求められます。本試験では、SS・SM・SMAの記号の入れ替えや、数字を降伏点だと言い換えた形で問われます。【他の選択肢が不適切な理由】「一般構造用圧延鋼材」はSSの記号で表し、SS400のように数字はやはり引張強さの下限値であって降伏点ではありません。「耐候性熱間圧延鋼材」はSMAの記号で表し、数字は炭素量ではなく引張強さの下限値です。「建築構造用圧延鋼材」はSNの記号で表し、数字は伸び率ではなく引張強さの下限値を示します。

Question 2

鋼材に含まれる炭素量と鋼材の性質との関係に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。

Accepted Answer

炭素量が増えると引張強さと硬さは大きくなるが、溶接性は低下する。【解説】鋼は鉄に炭素を加えた合金で、炭素量が鋼材の性質をほぼ決めています。炭素量が増えると内部の組織が硬い相に変わるため、引張強さと硬さは大きくなります。その一方で、伸び（引っ張ったときに延びる余裕）とじん性（粘り強さ）は小さくなり、溶接した部分が急冷されて硬く割れやすくなるため溶接性が低下します。この溶接のしにくさを数値で表したものが炭素当量で、値が大きいほど予熱などの対策が必要になります。土木構造物に使う一般的な鋼材の炭素量が0.3%程度以下に抑えられているのは、強さと溶接性・じん性のつり合いを取るためです。本試験では「炭素量が増えると溶接性が良くなる」といった逆向きの記述で誤りが作られます。（根拠：鋼材の一般的な材料的性質と、JIS G 3106（溶接構造用圧延鋼材）の化学成分の規定）【他の選択肢が不適切な理由】「炭素量が増えると引張強さと硬さは小さくなる」は逆で、正しくは炭素量の増加とともに引張強さと硬さは大きくなります。「伸びとじん性は大きくなり」も逆で、炭素量が増えるほど伸びとじん性は失われて脆くなります。「引張強さは変わらず」も誤りで、炭素量は引張強さを左右する最大の要因です。

Question 3

鋼材の引張試験で得られる応力度とひずみの関係に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。

Accepted Answer

弾性限度を超えて力を取り去っても、ひずみはすべて元どおり消滅する。【解説】鋼材を引っ張ると、はじめは応力度（断面積あたりの力）とひずみ（伸びの割合）が正比例します。この範囲を比例限度といい、傾きがヤング係数（弾性係数）で、鋼材ではおよそ2.0×10の5乗N/mm²です。弾性限度までは力を除けば元の長さに戻りますが、これを超えると戻らない変形が残ります。これを残留ひずみ（塑性変形）といいます。さらに引くと降伏点に達し、応力度がほとんど増えないままひずみだけが大きく進みます。その後応力度は再び上がり、最大値である引張強さを示したのち破断します。したがって「弾性限度を超えてもひずみがすべて消える」という記述が誤りです。本試験では、降伏点と引張強さの位置関係を入れ替えた形でも問われます。（根拠：鋼材の応力度とひずみの関係に関する材料力学の基本によります）【他の選択肢が不適切な理由】「比例限度までは正比例し傾きが弾性係数」は正しい記述で、この直線の傾きがヤング係数です。「降伏点を超えると応力度が増えないままひずみが進行する」も正しく、降伏棚と呼ばれる現象です。「応力度が最大となる点の値が引張強さ」も正しく、SM490の490はこの値の下限を示しています。

Question 4

耐候性鋼材（JIS G 3114）に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。

Accepted Answer

飛来塩分の多い海岸部においても、無塗装のまま長期の耐久性が得られる。【解説】耐候性鋼材は、銅・クロム・ニッケルなどの合金元素を少量加えた鋼材で、JIS G 3114に規定されています。大気にさらされると表面に緻密で密着性の高いさび層（保護性さび）ができ、これが酸素と水の侵入をさえぎるため、内部の腐食が進みにくくなります。塗り替えの手間がかからないため、無塗装橋りょうとして山間部などで多く使われます。ただし、保護性さびは適度な乾湿の繰返しがあってはじめて形成されます。飛来塩分が多い海岸部では、付着した塩分が保護性さびの生成を妨げ続けるため、無塗装では長期の耐久性が得られません。したがってこの記述が誤りです。国土交通省の基準でも飛来塩分量による適用範囲が定められており、超える地域では塗装などの防食が必要です。本試験では、この適用範囲の制限を落とした記述が誤りとして出されます。（根拠：JIS G 3114（溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材）と、無塗装で用いる場合の飛来塩分量に関する国土交通省の適用基準）【他の選択肢が不適切な理由】「緻密なさび層をつくらせ腐食の進行を抑える」は正しく、これが耐候性鋼材の基本原理です。「無塗装橋りょうに用いる」も正しく、維持管理費の低減を目的として採用されます。「銅やクロムを少量加えている」も正しい記述で、これらの元素がさびの性状を改善します。

Question 5

鋼材の熱処理に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。

Accepted Answer

焼入れは、高温から急冷して硬さと強さを高める処理である。【解説】熱処理は、鋼材を加熱・冷却して内部の組織を変え、必要な性質を引き出す操作です。焼入れは、高温に加熱したあと水や油で急冷する処理で、硬さと強さが大きく高まります。ただし同時に脆くなり、内部にひずみが残ります。焼戻しは、焼入れした鋼材を再び比較的低い温度に加熱してゆっくり冷やす処理で、硬さを少し下げる代わりにじん性（粘り強さ）を回復させます。焼入れと焼戻しは対で行うのが普通です。焼なましは、加熱後に炉の中などで非常にゆっくり冷やし、内部応力を取り除いて軟らかくする処理です。焼ならしは、加熱後に大気中で冷やし、粗くなった結晶粒を細かく均一にそろえる処理です。本試験では、これら4つの名称と操作を入れ替えた組合せで問われます。（根拠：鋼の熱処理に関する一般的な考え方によります）【他の選択肢が不適切な理由】「焼戻しは急冷によってさらに硬さを高める」は誤りで、正しくは再加熱して徐冷し、じん性を回復させる処理です。「焼なましは急冷して内部応力を残す」も誤りで、正しくは徐冷して内部応力を取り除きます。「焼ならしは結晶粒を成長させる」も誤りで、正しくは結晶粒を細かく均一にする処理です。

Question 6

鋼材の種類とその一般的な用途との組合せとして、適当でないものはどれか。

Accepted Answer

鋳鉄　－　橋りょうの主げたなど大きな引張材。【解説】鋼材は成分と製造方法によって性質が大きく異なるため、用途との組合せが問われます。鋳鉄は炭素量が2%を超える鉄で、溶かして型に流し込む鋳造でつくられます。圧縮には強いものの、伸びがほとんどなく引張りに対して脆いため、橋りょうの主げたのように大きな引張力を受ける部材には使えません。マンホールのふたや管材など、圧縮や耐摩耗が主となる部品に使われます。異形棒鋼SD345は表面に節のある鉄筋で、数字345は降伏点の下限値がN/mm²単位で345であることを示し、コンクリートの引張りを負担します。PC鋼材は高い引張強さを持ち、あらかじめ緊張してコンクリートに圧縮力を与えるプレストレストコンクリートに用います。本試験では、鋳鉄と鋼を入れ替えた組合せが定番の誤りです。（根拠：JIS G 3101（一般構造用圧延鋼材）ほか、鋼材の種類ごとのJIS規格）【他の選択肢が不適切な理由】「異形棒鋼と補強鉄筋」は正しい組合せで、節がコンクリートとの付着を高めます。「PC鋼線とプレストレストコンクリート」も正しく、高強度が緊張材として活かされます。「硬鋼線材とワイヤーロープ」も正しく、伸線して高強度の線材製品に加工されます。

Question 7

鋼材の疲労に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。

Accepted Answer

繰返し荷重を受けると、降伏点より低い応力度でも破壊することがある。【解説】疲労とは、繰返し作用する荷重によって鋼材に微細な亀裂が生じ、それが少しずつ進んで最後に破壊に至る現象です。重要なのは、一度の載荷では何ともない小さな応力度でも、繰返し回数が多ければ破壊しうるという点です。橋りょうのように大型車が繰り返し通過する構造物では、疲労が設計上の重要な検討項目になります。亀裂は応力が局所的に大きくなる箇所から発生します。特に溶接の止端部（溶接金属と母材の境目）や、断面が急に変わる部分、孔のまわりなどが起点になりやすい箇所です。そのため設計では、溶接部の形状をなだらかに仕上げ、断面変化を緩やかにする配慮が求められます。本試験では「降伏点以下なら安全」という誤った記述で狙われます。（根拠：道路橋示方書・同解説（鋼橋・鋼部材編））【他の選択肢が不適切な理由】「降伏点を超えない限り破壊しない」は誤りで、繰返し回数が多ければ降伏点以下でも破壊します。「平滑な母材の中央から生じやすい」も誤りで、正しくは溶接止端部など応力が集中する箇所から生じます。「繰返し回数とは無関係」も誤りで、疲労は応力の大きさと繰返し回数の両方に支配される現象です。

Question 8

鋼材の低温における性質と、その確認方法に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。

Accepted Answer

温度が低くなるほど、鋼材はじん性が高まって粘り強い性質に変化する。【解説】じん性とは、衝撃を受けたときにねばって耐える性質のことです。鋼材はこのじん性が温度に強く左右されます。温度が下がるほどじん性は低下し、ある温度を境に急激に脆くなります。この状態で衝撃が加わると、ほとんど変形しないまま亀裂が高速で走る脆性破壊が起こります。前ぶれなく一気に壊れるため、寒冷地の構造物では特に警戒されます。じん性の確認にはシャルピー衝撃試験が用いられます。切欠きを付けた試験片に振り子のハンマーを当てて折り、そのとき吸収されたエネルギーの大きさでじん性を評価します。値が大きいほど粘り強い鋼材です。SM490A・B・Cの末尾記号は、この試験の保証値による区分で、Aには規定がなく、B・Cの順に高い値が求められます。本試験では、温度とじん性の向きを逆にした記述が誤りとして出されます。（根拠：JIS G 3106（溶接構造用圧延鋼材）における、シャルピー吸収エネルギーによる種類の区分）【他の選択肢が不適切な理由】「温度が低くなるほど脆く壊れやすくなる」は正しい記述で、これが低温脆性です。「急激に割れが進む破壊を脆性破壊という」も正しく、変形をほとんど伴わない点が特徴です。「シャルピー衝撃試験で吸収エネルギーにより評価する」も正しく、JISに試験方法が定められています。

Question 9

断面積が500mm²の鋼材の丸棒に、軸方向の引張力60kNが作用しているとき、この部材に生じる引張応力度として正しいものはどれか。

Accepted Answer

120N/mm²。【解説】応力度は、部材の断面に生じる単位面積あたりの力のことで、作用する力を断面積で割って求めます。ここでは引張力が60kNです。kN（キロニュートン）はNの1000倍なので、60kN＝60000Nに直します。これを断面積500mm²で割ると、60000÷500＝120となり、引張応力度は120N/mm²です。この値を、使用する鋼材の許容応力度と比べて安全かどうかを判定します。たとえばSS400の引張強さの下限は400N/mm²で、これに安全率を見込んだ許容応力度以下に収める必要があります。計算で最も多い誤りは、kNをNに直し忘れて0.12という値を出すことと、面積で割らずに掛けてしまうことです。本試験では、断面積や荷重の数値を変えた同じ形式で繰り返し問われます。（根拠：応力度＝軸方向力÷断面積という力学の基本式によります）【他の選択肢が不適切な理由】60N/mm²は、荷重を30kNと読み違えるか、断面積を1000mm²として計算した場合に出る値です。300N/mm²は、荷重を150kNとした場合や、割る数を200mm²と取り違えた場合の値です。12N/mm²は、60000Nを5000mm²で割るなど、単位換算の桁を一つ誤った場合に出る値です。

Question 10

鋼材の一般的な物理的性質に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。

Accepted Answer

弾性係数は引張強さに比例するため、高強度の鋼材ほど値が大きくなっていく。【解説】鋼材の物理的性質のうち、弾性係数（ヤング係数）は変形のしにくさを表す値で、およそ2.0×10の5乗N/mm²です。この値は鋼種によってほとんど変わりません。SS400でもSM570でも、同じ荷重に対する弾性範囲の伸びはほぼ同じです。高強度の鋼材で変わるのは、降伏点や引張強さという「どこまで耐えられるか」であって、「どれだけ伸びるか」ではありません。したがって弾性係数が引張強さに比例するという記述は誤りです。線膨張係数は温度1度あたりの伸び縮みの割合で、鋼材はおよそ1.2×10のマイナス5乗です。コンクリートもほぼ同じ値であるため、鉄筋コンクリートは温度変化で両者がはがれにくくなっています。本試験では、この線膨張係数が近いという性質の理由が問われます。（根拠：道路橋示方書・同解説（鋼橋・鋼部材編）に示される鋼材の物理定数）【他の選択肢が不適切な理由】「弾性係数はおよそ2.0×10の5乗N/mm²」は正しく、鋼材共通の値として覚えます。「線膨張係数がコンクリートとほぼ同じ」も正しく、両者を一体として使える根拠になっています。「単位体積質量はおよそ7.85t/m³」も正しく、コンクリートの2.3t/m³の3倍程度にあたります。

鋼材の種類と性質の一問一答