1、高性能冷挤压成形方形钢管(BCP32T)开发背景

　　1995年5月，各挤压柱生产厂家生产的以SN钢为基础的“BCP235”、“BCP325”取得了日本建筑中心的评估。但是，由于挤压柱制作方法的原因仍担心角部的力学特性。因为角部用常温成形加工，制造后也不进行热处理，所以，钢材加工硬化导致强度上升、延展能力和韧性降低以及产生残余应力，这些都对建筑物柱的性能产生影响。因此，1998年实施了用于挤压柱的45度方向反复弯曲试验(对柱角部最外缘施加拉伸压缩载荷试验)。于是，担心脆性断裂的宽厚比区域的柱也变为韧性断裂方式，相对于相同宽厚比的热轧柱和4面焊接的箱形柱等柱材显示了具有充分的塑性变形能力。其后，经过3家钢铁公司和3家挤压柱生产厂的共同研究，注意了连接隔板的焊接施工法，开发出保证角部0℃夏比冲击功vE0≥70J的冷挤压成形方形钢管“BCP325T”。

　　将冷成形方形钢管用于柱的设计采用了《冷成形方形钢管设计、施工指南》。2009年，以2008年版《冷成形方形钢管设计、施工指南》作为标准设计法，公布了冷成形方形钢管用于柱的结构标准。据此，挤压柱设计必须以柱不产生断裂为前提，所以，相对于热轧柱和4面焊接的箱形柱，需要增加设计应力。虽没有明确表示，但由于上述的冷成形使角部韧性降低是其原因之一。“BCP325T”为了保证角部的韧性，采用特殊的焊接方法(NBFW法)，就可以采用与不需要增加设计应力的热轧柱和4面焊接的箱形柱同等的设计。

　　2、标准内容

　　挤压成形方形钢管“BCP235”、“BCP325”的力学性

　　能完全与SN材一样，但“BCP325T”为保证方管角部的韧性，化学成分设定了严格的标准(见表1、表2)。具体的P、S上限值更加严格。虽然SN钢没有规定，但为了降低冷加工的时效效果，设定了总氮量的标准。并规定了MAG焊接热影响区韧性指标应满足fHAZ≤0.58%(见表3)。fHAZ表示在焊接线能量40kJ/cm以下、焊道间温度350℃以下的MAG焊接多层多焊道焊接施工中，可以确保HAZ韧性vE0≥70J。

　　原创表1中示出了“BCP325T”抗拉强度标准值，表2：“BCP325T”夏比冲击特性的标准值表，表3：“BCP325T”化学成分标准值。

　　将“BCP325T”用于柱材时，由于采用防止脆性断裂焊接NBFW(Non Brittle Fracture Welding)的焊接层压方法，免除了增加设计应力的费用。

　　1)包括U焊道和T焊道的最终层，作为原则，分3个以上焊道施工。

　　2)U焊道和T焊道的焊接线能量、焊道间温度在下列范围内施工。

　　U焊道：15-22kJ/cm 250℃以下;

　　T焊道：15-25kJ/cm 250℃以下;

　　3)U焊道的焊接部位末端停止在距柱表层平板上面坡口前端为5-12mm。

　　4)T焊道的焊接部位末端停止在距U焊道焊接末端≤8mm。

　　NBFW法与传统焊接法相比，最终层的形状、层压方法不同，而且最终焊道不是末端部。该方法的效果如下。

　　1)通过设置了U焊道，生成平行于钢材轴向的熔合线(不使HAZ生成方向和主应力方向正交)。

　　2)采用加强焊缝，增加焊接部附近的断面积，覆盖HAZ的强度降低。

　　3)通过确保规定的距离，可以防止U焊道附近的脆化，远离沿坡口面的熔合线等。

　　由于采取了上述措施，可防止来自HAZ区的脆性断裂。

　　适用NBFW法的“BCP325T”的45度方向反复弯曲试验获得的载荷-变形关系。减震环稳定到大变形，获得充分的塑性变形能力。而且，焊接部位发生的裂纹从焊道线流向柱母材一侧，母材产生缩颈，充分发挥钢材所具有的基本抗震性能。