隨著(zhù)建筑抗震技術(shù)的發(fā)展及對抗震機理的深入分析，耗能抗震成為建筑、橋梁抗震技術(shù)的一個(gè)發(fā)展趨勢［1-2］。地震會(huì )給人類(lèi)帶來(lái)巨大的生命和財產(chǎn)損失，為降低地震帶來(lái)的損失，設計者對建筑結構的抗震技術(shù)開(kāi)展了深入研究。低屈服點(diǎn)鋼作為耗能構件的主體制作材料，其研究開(kāi)發(fā)自２０世紀９０年代以來(lái)越來(lái)越受到關(guān)注，并在鋼材研制和工程應用等方面取得顯著(zhù)進(jìn)展［３］。本文簡(jiǎn)要介紹了建筑抗震用低屈服點(diǎn)鋼的性能要求，分析了寶鋼建筑抗震用低屈服點(diǎn)鋼的性能特點(diǎn)，并對其應用技術(shù)的發(fā)展狀況作了介紹。

建筑抗震設計主要是通過(guò)合理分配地震的慣性力和能量來(lái)減少地震對建筑結構的損害。傳統的建筑設計，通過(guò)建筑物柱梁的變形來(lái)吸收地震能以實(shí)現抗震的目的。神戶(hù)地震表明傳統的結構設計，其主要結構件的變形在震后很難修復，而且采用當前的設計技術(shù)很難根據建筑物的重要性來(lái)控制其抗震性能［4］。而采用耗能抗震技術(shù)可通過(guò)消能阻尼器吸收地震能量。地震時(shí)，這些抗震裝置先于主體結構件承受地震載荷作用，首先發(fā)生屈服，靠反復載荷滯后吸收地震能量，保護建筑主體結構的安全。與其它耗能材料相比，具有構造簡(jiǎn)單、經(jīng)濟耐用、震后更換方便和可靠性強等優(yōu)點(diǎn)，既可用于新建筑物的抗震，也可用于舊建筑抗震能力的提高［4-6］。其典型的應用方式為屈曲約束支撐，如圖1所示。

建筑抗震用低屈服點(diǎn)鋼首先在地震頻發(fā)的日本研制成功并投入應用［４］，作為建筑抗震消能阻尼器的主體材料，其抗震耗能方式?jīng)Q定了對該鋼種的性能要求。地震中，要求消能阻尼器先于其它結構件承受地震載荷，在塑性區內發(fā)生反復變形。所以低屈服點(diǎn)鋼必須具有較低的屈服強度，并且同一強度等級的鋼材的屈服范圍應控制在很窄的范圍內（一般為４０ＭＰａ，即目標強度±２０ＭＰａ）［７］?？拐鹩娩撛诘卣饡r(shí)承受軸向或剪切交變載荷。強震的持續時(shí)間一般在１ｍｉｎ左右，振幅頻率通常１～３Ｈｚ，在１００～２００循環(huán)周次內造成建筑物的破壞，屬于高應變低周循環(huán)載荷。所以要求低屈服點(diǎn)鋼必須具有良好的抗高應變低周疲勞性能。低屈服點(diǎn)鋼作為建筑抗震耗能構件的主體部分，除了要求具有窄屈服波動(dòng)和低周疲勞性能外，還要具有良好的塑性、低應變時(shí)效敏感性、較低的脆性轉變溫度和焊接等加工應用性能。

隨著(zhù)國內高層建筑和鋼結構建筑的不斷發(fā)展及建筑抗震設計水平的提高，建筑耗能構件及低屈服點(diǎn)鋼的開(kāi)發(fā)和應用在國內引起越來(lái)越多的重視。

寶鋼從２００５年著(zhù)手研究建筑抗震用低屈服點(diǎn)鋼。經(jīng)過(guò)３年的努力，完善了鋼的成分設計和制造工藝，成功開(kāi)發(fā)出屈服強度１００ ＭＰａ、１６０ＭＰａ和２２５ＭＰａ三種級別的低屈服點(diǎn)鋼，三個(gè)強度級別的設定參照了日本新日鐵和ＪＦＥ等公司同類(lèi)產(chǎn)品規范，以更靈活地滿(mǎn)足設計人員對低屈服點(diǎn)鋼的選用。

寶鋼建筑抗震用低屈服點(diǎn)鋼的成分采用低碳或超低碳設計，加入少量的微合金元素。其成分及性能的供貨技術(shù)條件如表１所示。

寶鋼低屈服點(diǎn)鋼工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝路線(xiàn)為：鐵水深脫硫—頂底復吹轉爐冶煉—真空脫氣精煉—控制軋制—（控制冷卻）—（熱處理）—性能檢驗出廠(chǎng)，按不同強度級別及厚度規格，采用控軋或正火處理交貨。下文對批量工業(yè)生產(chǎn)的鋼板的力學(xué)性能、物理性能、焊接性能及金相組織等進(jìn)行了試驗檢驗。

寶鋼低屈服點(diǎn)鋼的實(shí)物力學(xué)性能如表２所示。鋼板的拉伸、沖擊性能均符合目標要求，且性能波動(dòng)幅度較小。另外，沿鋼板寬度方向在鋼板邊部、１／４處、板寬１／２處同時(shí)取橫向樣和縱向樣，測試了拉伸和０℃沖擊性能，測試結果表明寶鋼ＢＬＹ鋼板無(wú)各向異性，并且在全板上各個(gè)部位的性能分布均勻，波動(dòng)較小。

建筑抗震用低屈服點(diǎn)鋼在地震條件下的受力特點(diǎn)決定其必須具有良好的低周疲勞性能。地震頻率一般為１至３Ｈｚ，持續時(shí)間在１ｍｉｎ左右，所以鋼板的低周疲勞循環(huán)次數在１００次以上即可滿(mǎn)足性能需要。

采用ＭＴＳ力學(xué)試驗機，測試了鋼板在１～３Ｈｚ內的低周疲勞性能，結果如圖２所示。從結果看，即使總應變（εｔ）高達４％ 時(shí)，循環(huán)次數（Ｃｙｃｌｅｓ）也在２００周以上，顯示了良好的低周疲勞性能。另外還測試了不同的應變幅，試樣的拉壓循環(huán)載荷曲線(xiàn)，應變速率為０．５／ｓ，應變幅為１／１００、１／１５０、１／２００、１／３００。從其循環(huán)曲線(xiàn)（圖３）看，隨著(zhù)應變量的增加，鋼板的強度相應有所增加，和國外相同試驗有類(lèi)似的結果，應力比滿(mǎn)足設計需求。

        在寶鋼研究院焊接與表面技術(shù)研究所進(jìn)行了ｓｔｒａｉｎ（ｓｔｒａｉｎｒａｔｅ1.5／ｓ）低屈服點(diǎn)鋼板的焊接試驗。分別完成了鋼板Ｖ型坡口對接接頭焊接試驗、十字接頭焊接試驗、斜Ｙ型坡口焊接裂紋敏感試驗（小鐵研）及焊接熱影響區最高硬度試驗。上述焊接試驗結果表明，寶鋼研制的低屈服點(diǎn)鋼鋼板具有良好的可焊性能，焊接接頭性能良好。對接接頭采用的焊接工藝參數詳見(jiàn)表３，鋼板焊接后對焊接截面作了裂紋檢測和金相組織觀(guān)察，并加工了板狀拉伸試樣、側彎試樣和夏比Ｖ形缺口沖擊試樣。焊接接頭的力學(xué)性能試驗結果表明，拉伸斷裂位置全部為母材，焊接接頭的各個(gè)部位沖擊性能良好。焊縫１８０°冷彎性能合格。板厚／ｍｍ 焊接方式坡口焊絲焊接道數電流／Ａ 電壓／Ｖ 速度／（ｍｍ·ｓ－１） 線(xiàn)能量／（ｋＪ·ｃｍ－１）２０ 富氬氣保焊Ｖ型ＪＭ－５８１．２ｍｍ １３ ２７０２６ ６．４ １１．０根據ＧＢ４６７５．１—８４方法進(jìn)行的斜Ｙ型坡口焊接裂紋試驗，焊縫的表面裂紋率、焊縫根部裂紋率和焊縫截面裂紋率均為零。

        三個(gè)強度級別的低屈服點(diǎn)鋼具有相似的金相組織，由于其合金含量低，基體組織一般為均勻的等軸鐵素體。以批量生產(chǎn)的ＢＬＹ１６０鋼板為試驗對象，磨拋制樣后采用４％硝酸酒精進(jìn)行腐蝕，利用光學(xué)顯微鏡觀(guān)察了縱向截面的金相組織，其金相組織為均勻的等軸狀鐵素體組織。沿著(zhù)板寬方向不同部位的組織形貌見(jiàn)圖４。當晶粒尺寸＞１００μｍ時(shí)，低溫韌性顯著(zhù)降低。為保證低溫韌性，低屈服點(diǎn)鋼的晶粒尺寸應控制在８０μｍ以下。