屈服點：鋼材或試樣在拉伸時，當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限，即使應(yīng)力不再增加，而鋼材或試樣仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，稱此現(xiàn)象為屈服，而產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的最小應(yīng)力值即為屈服點。
總結(jié)
(1) 隨著消能減震技術(shù)的發(fā)展和提高，消能阻尼器的使用也逐步普及，用于制作消能阻尼器的低屈服點鋼也逐漸成為抗震用鋼中的重點產(chǎn)品之一。
(2) 從目前的研究看，將鋼板的強度降低到100MPa 以下的措施是降低鋼中C 的含量，并通過添加Ti、Nb 消除鋼中的自由C、N 原子以降低其對位錯運動的阻礙，在晶粒粗化的基礎(chǔ)上利用回火處理進一步增加晶粒的尺寸。
(3) 高層建筑抗震技術(shù)的發(fā)展使得低屈服點鋼的研制和開發(fā)受到廣泛關(guān)注，隨著我國高層建筑的增多和鋼結(jié)構(gòu)建筑的推廣，低屈服點鋼將具有廣闊的市場前景。
技術(shù)發(fā)展
低屈服點鋼主要用于制作抗震用消能阻尼器(energydissipation damper), 也有文獻稱之為耗能阻尼器或者抗震設(shè)施(seismic control devices)、消能構(gòu)件或加勁阻尼裝置(ADAS,added dampingandstiffness)等，或?qū)⑾軠p震稱之為耗能減震。
傳統(tǒng)的抗震設(shè)計，依靠建筑物柱梁的變形來吸收地震能量，其主要結(jié)構(gòu)件的變形在震后很難修復(fù)。而消能阻尼器利用自身的反復(fù)變形吸收地震能量，有效保護了主體建筑的安全，并且這些阻尼器構(gòu)件只是抗側(cè)力構(gòu)件的一個組成部分，其屈服耗能不會影響結(jié)構(gòu)的承重能力。與其他減震材料相比，具有構(gòu)造簡單、經(jīng)濟耐用、震后更換方便和可靠性強等優(yōu)點，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。目前采用低屈服點鋼制作的無約束柱、鋼剪力墻、各種類型的減震阻尼器和其他抗震設(shè)施在以日本為代表的很多國家得到廣泛推廣，并產(chǎn)生了大量相關(guān)的抗震設(shè)計技術(shù)。
研究顯示，無約束柱的芯部包含鋼管和砂漿以防止變形并對拉壓應(yīng)力具有穩(wěn)定的回復(fù)特性。全尺寸、大容量的無約束柱試驗已經(jīng)證實了其回復(fù)特性及應(yīng)力分布、二次彎矩效應(yīng)和鋼管的安全性。用超高強度鋼和超低屈服點鋼制作的無約束柱已經(jīng)用于制作新型的抗震結(jié)構(gòu)件。例如使用低屈服點鋼生產(chǎn)的彈塑性滯后型剪力鋼墻在大變形條件下能充分保持穩(wěn)定，可以作為高韌性構(gòu)件用于建筑物的消能抗震。
Chen 等研究了低屈服點鋼剪力墻的周期性行為。在低屈服點鋼剪力墻系統(tǒng)中，采用低屈服點鋼板作鋼護板，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)鋼用作邊部框架，在交變載荷下進行了系列試驗研究，并測試低屈服點鋼剪力墻的剛性、強度、變形能力及消能作用。
同時分析了鋼板的寬厚比效應(yīng)、剪力墻的連續(xù)性及邊部框架的柱梁連接設(shè)計等問題。結(jié)果顯示，所有測試的試樣均具有良好的消能作用，剛性剪力墻系統(tǒng)和框架剪力墻系統(tǒng)都有良好的變形能力。
此外，Susantha等以低屈服點鋼板的厚度和截面構(gòu)造作為測試的主要變量,研究了低屈服點鋼改善鋼橋橋墩的延展性問題。結(jié)果表明，與無低屈服點鋼的橋墩相比,使用厚度合適的低屈服點鋼板加固的橋墩具有更好的延展性和消能作用。
在我國，關(guān)于低屈服點鋼制作的消能阻尼器的抗震研究也已成為研究人員關(guān)注的重點。通過理論分析和對實物的地震模擬，研究了X 形、三角形阻尼器以及各種構(gòu)造的抗震柱的抗震性能，并系統(tǒng)總結(jié)了這些低碳鋼阻尼器設(shè)計、試驗方法。
歐進萍等進行了X 形鋼板屈服阻尼器的疲勞試驗研究和理論分析，建立了阻尼器鋼板的彈塑性應(yīng)變分析方法和X 形、三角形鋼板阻尼器的疲勞設(shè)計準(zhǔn)則。郭安薪等以低周疲勞破壞作為軟鋼阻尼器的破壞模式，建立了彈塑性滯回變形幅值和滯回循環(huán)次數(shù)的概率分析方法，并提出了大震作用下軟鋼阻尼器可靠度的分析方法。周云介紹了加勁阻尼裝置及裝有加勁阻尼裝置結(jié)構(gòu)的試驗結(jié)果、分析模型、設(shè)計方法及工程應(yīng)用情況。
根據(jù)國內(nèi)外關(guān)于耗能減震技術(shù)研究與應(yīng)用的狀況，提出了耗能減震技術(shù)未來發(fā)展的一些方向和有待進一步研究的若干問題。我國的《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2001) 也增加了隔震和耗能減震方面的相關(guān)內(nèi)容，為消能減震技術(shù)的應(yīng)用提供了參考。
此外，蔡克等研究了低屈服點鋼制作抗震間柱構(gòu)架的抗震行為，試驗結(jié)果表明三段式設(shè)計耐震間柱具有良好的耐震性能。李玉順等研究了安裝低屈服點鋼阻尼器的鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震性能。在試驗過程中，框架柱和間柱始終在彈性變形范圍內(nèi)，而低碳鋼阻尼器產(chǎn)生了很大的塑性變形，結(jié)構(gòu)的位移明顯降低，表明其能夠有效抑制結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。
目前，國外每年都有大量的高層建筑使用低屈服點鋼制作的阻尼器以提高建筑物的抗震能力，我國使用低屈服點鋼制作的抗震構(gòu)件還剛剛起步，僅有少數(shù)新建的建筑使用了此抗震技術(shù)。
而我國屬于地震多發(fā)國家, 隨著我國高層建筑的增多以及高層鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計水平的提高，低屈服點鋼未來的市場前景將非常廣闊。
研究現(xiàn)狀
消能阻尼器利用軟鋼良好的滯回性能耗散輸入的地震能量，地震時，這些阻尼器先于其他結(jié)構(gòu)件承受地震載荷作用，并首先發(fā)生屈服，靠反復(fù)載荷滯后吸收地震能量，抗震效果更好，用于制作這些消能阻尼器的低屈服點鋼(或稱軟鋼)從而成為抗震用鋼的一個新鋼種。
機理分析
最初用于制作消能構(gòu)件的是普通低碳鋼，其屈服強度在200 MPa 以上，但伸長率較低。為提高消能阻尼器的抗震效果，必須制備出強度更低、塑性更好的鋼板。為此，研究人員對鋼板屈服強度的產(chǎn)生機理進行分析，提出了降低屈服強度的有效方法。
為降低強度，必須消除如晶界強化、固溶強化、位錯強化和析出強化等強化手段。低屈服點鋼采用接近工業(yè)純鐵的成分設(shè)計，通過晶粒粗化及添加少量Ti、Nb 固定C、N 原子以降低其對位錯運動的阻礙作用。Ti 在鋼中可依次形成錫→Ti4C2S2→TiS 和TiC，所有多余的Ti(Ti-3.42N-1.5S)最后可以形成TiC。臺灣中鋼的研究表明,鋼中多余的Ti 量達到0.03%或者與3.99C 比值為2 時，鐵素體晶粒尺寸顯著增加，認(rèn)為較多的Ti 使得TiN、TiS 和TiC 等顆粒粗化從而失去晶界釘扎作用。
而當(dāng)多余的Ti 量超過0.03%時，由于多余Ti 產(chǎn)生的溶質(zhì)拖拽效應(yīng)反而使得晶粒尺寸減小。但僅靠多余的Ti 不能產(chǎn)生如此明顯的晶粒長大效果，自由C 原子的消除也有一定的作用。即僅僅添加Ti 并不能使鋼板的屈服強度降低到100MPa 以下。臺灣中鋼對加Ti 的部分鋼板在650~950℃進行了回火試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在750~850℃回火，很多鋼板的屈服強度從200MPa 迅速降低到100MPa以下，而不含Ti 的鋼板只有小幅的下降。
研制
目前低屈服點鋼按其屈服強度基本可以劃分為100MPa、160MPa 和225MPa。日本屬于地震多發(fā)國家，一直重視建筑減震技術(shù)的研究。新日本制鐵公司最先提出低碳鋼抗震阻尼器設(shè)想，并早在1989 年有文獻報道其研制出屈服強度低于100MPa 的極低屈服點鋼，并介紹了其應(yīng)用設(shè)計情況，到1998年已經(jīng)用屈服強度分別為100 MPa 和225MPa的鋼板做成三種類型的抗震阻尼器應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計。川崎制鐵于1998 年開發(fā)出類似鋼種，牌號為RIVER FLEX100 和RIVERFLEX235，JFE 成立以后也把建筑構(gòu)造用低屈服點鋼納入鋼板產(chǎn)品目錄，牌號為LY100、LY160、及LY225。
臺灣中鋼于1997 年研制成功低屈服點鋼，牌號為LYS100,實物性能如表2 所示?；镜闹圃旃に嚍?200℃板坯加熱2h，950℃終軋，以5℃/s的速度空冷到室溫后于750℃軟化處理1h。
我國雖然已經(jīng)生產(chǎn)了系列高性能的結(jié)構(gòu)抗震用鋼，但在低屈服點鋼領(lǐng)域的發(fā)展還處于起步階段，少數(shù)建筑所采用的低屈服點鋼板均依賴進口。龔士弘等在試驗室進行了減震器用鋼的研究，采用再結(jié)晶軋制工藝制備的鋼板在性能上近似日本LYP235，并對其韌性、焊接性能作了分析。在鋼鐵企業(yè)中，寶鋼已經(jīng)進行了低屈服點鋼的開發(fā)，所制備出的鋼板在屈服強度上覆蓋了從100MPa 到225MPa 的強度范圍，將于近期內(nèi)轉(zhuǎn)入工業(yè)試制階段。
性能要求
通常的結(jié)構(gòu)抗震用鋼除了要求具有高的強度和良好的塑性外，還要考慮鋼的應(yīng)變時效敏感性、脆性轉(zhuǎn)變溫度、低周疲勞抗力和焊接等性能。低屈服點鋼主要用于制作消能阻尼器，其抗震方式?jīng)Q定了鋼的性能要求。
地震中，要求消能阻尼器先于其他結(jié)構(gòu)件承受地震載荷，在塑性區(qū)內(nèi)發(fā)生反復(fù)變形、吸收地震能量，從而實現(xiàn)抗震的目的。所以低屈服點鋼必須具有很低的屈服點并且屈服范圍控制在很窄的范圍內(nèi)，同時還要有良好的加工及焊接性能，并且具有良好的塑性，從而具有良好的變形能力。
此外，抗震用鋼在地震時承受反復(fù)的交變載荷。強震的持續(xù)時間一般在1min 以內(nèi)，振幅頻率通常1~3Hz，在100~200 循環(huán)周次內(nèi)造成建筑物的破壞，屬于高應(yīng)變低周疲勞。所以要求低屈服點鋼必須具有良好的抗低周疲勞性能。
術(shù)語介紹
具有屈服現(xiàn)象的金屬材料。屈服點的單位為N/mm2（MPa）。
地球上每年都有大量的地震發(fā)生，給人類的生命和財產(chǎn)造成了巨大損失。為了降低地震帶來的損失，研究人員在建筑物抗震方面作了大量研究工作。隨著建筑物抗震技術(shù)的發(fā)展及對抗震機理的深入分析，消能抗震成為建筑物抗震技術(shù)的一個發(fā)展趨勢。低屈服點鋼作為消能抗震設(shè)計中主要部件的制作材料，其研制、發(fā)展自20 世紀(jì)90 年代以來受到廣泛關(guān)注，并在鋼種的研制和工程應(yīng)用方面取得顯著進展。
推理
屈服點（yield 小數(shù)點）
設(shè)Ps為屈服點s處的外力，F(xiàn)o為試樣斷面積，則屈服點σs =Ps/Fo(MPa)，MPa稱為兆帕等于N（牛頓）/mm2，（MPa=10^6(10的6次方）Pa，Pa：帕斯卡=N/m2）。
2.屈服強度（σ0.2）有的金屬材料的屈服點極不明顯，在測量上有困難，因此為了衡量材料的屈服特性，規(guī)定產(chǎn)生永久殘余塑性變形等于一定值（一般為原長度的0.2%）時的應(yīng)力，稱為條件屈服強度或簡稱屈服強度σ0.2 。
定義
（σs）
具有屈服現(xiàn)象的金屬材料，試樣在拉伸過程中力不增加（保持恒定）仍能繼續(xù)伸長時的應(yīng)力，稱屈服點。若力發(fā)生下降時，則應(yīng)區(qū)分上、下屈服點。屈服點的單位為N/mm2（MPa）。
上屈服點
（σsu）
----試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應(yīng)力；產(chǎn)生原因為開始塑性變形時，位錯密度較低，位錯運動需要在較大應(yīng)力下發(fā)生；
下屈服點
（σsl）
----當(dāng)不計初始瞬時效應(yīng)時，屈服階段中的最小應(yīng)力。
Fs--試樣拉伸過程中屈服力（恒定），N（牛頓）；
So--試樣原始橫截面積，瘋狂城市賽車 2。
參考資料 >