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淺論我國建筑用鋼筋、線材品種的優(yōu)化

作者：鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-23 10:01:31 [收藏]

    目前，我國處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時期，建筑業(yè)發(fā)展十分迅猛，已成為我國國民經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)之一，而鋼鐵材料始終是建筑結(jié)構(gòu)的主體材料，建筑用鋼材需求量較大，約占鋼材消費(fèi)量的50．5％。建筑用鋼類型包括鋼筋、線材、板材、型鋼、鋼管和涂鍍層板等，由于我國的基礎(chǔ)設(shè)施仍然是以鋼筋混凝土為主要材料，所以多年來鋼筋和線材一直在建筑用鋼中消費(fèi)量最大。2006年我國鋼筋產(chǎn)量8304萬t，占鋼材總產(chǎn)量的17．8％，比2005年增加了16．6％；2006年我國線材產(chǎn)量7151萬t，占鋼材總產(chǎn)量的15．3％，比2005年增加了18．3％，線材主要用途是直接作為鋼筋混凝土的配筋，只有小部分線材（約20％～25％）經(jīng)再加工成制品使用。

    建筑業(yè)的發(fā)展對建筑用鋼的性能、質(zhì)量也提出了更高的要求，應(yīng)加快建筑用鋼品種優(yōu)化與更新?lián)Q代的步伐。同時，隨著我國與國際接軌的步伐加快，我國的建筑用鋼不僅要滿足國內(nèi)建設(shè)的需要，而且要積極加入國際市場的競爭，滿足國際市場的需要。

    我國建筑用鋼筋、線材品種現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

    不同的工程結(jié)構(gòu)對建筑用鋼筋、線材的品種、規(guī)格、質(zhì)量、強(qiáng)度等級等要求是不同的。其使用對象包括房屋（含住宅、公共實(shí)施、辦公、商業(yè)樓房、廠房等）、鐵路、公路、礦山、橋梁、隧道、堤壩、電站、容器、裝備、碼頭、機(jī)場和其他工程建筑。建筑用鋼筋、線材及其深加工制品按結(jié)構(gòu)和用途可分為混凝土結(jié)構(gòu)用鋼，如鋼筋、鋼絲、鋼棒、鋼鉸線；鋼結(jié)構(gòu)用鋼，如鉚螺鋼、焊材鋼；建筑五金用鋼等。按鋼種可分為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼等。按特殊用途可分為耐侯鋼、耐火鋼、抗震鋼等。

    在熱軋帶肋鋼筋方面，GB1499標(biāo)準(zhǔn)已向國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)看齊，規(guī)定了400MPa、500MPa級別鋼筋的要求，我國2006年HRB400鋼筋的產(chǎn)量已達(dá)1000萬噸以上，現(xiàn)正進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍。一些企業(yè)也開始研制HRB500鋼筋，還有一些企業(yè)長期批量按英標(biāo)生產(chǎn)出口460MPa級鋼筋以及加標(biāo)、日標(biāo)、美標(biāo)、新加坡標(biāo)準(zhǔn)等鋼筋。我國的冷加工鋼筋技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)品更新?lián)Q代也很迅速，預(yù)應(yīng)力鋼筋正向高強(qiáng)度、粗直徑、低松弛、大盤重方向發(fā)展。

    縱觀我國建筑鋼筋、線材的發(fā)展歷史，趨勢是普通鋼筋已從低碳低合金鋼向微合金化鋼、余熱處理鋼筋發(fā)展；冷軋、冷拉鋼筋從普遍被采用到低檔產(chǎn)品將被淘汰出局，而作為細(xì)規(guī)格的冷軋鋼筋、冷軋扭鋼筋仍將會是普通鋼筋的一種補(bǔ)充；預(yù)應(yīng)力鋼筋從強(qiáng)度偏低、松弛較大向高強(qiáng)度的鋼線、鋼鉸線發(fā)展。

    與國際先進(jìn)水平相比，我國建筑鋼筋、線材品種的發(fā)展還存在一定的差距，主要表現(xiàn)為：

    （1）盡管我國推廣應(yīng)用

    HRB400鋼筋取得了一定的效果，但目前使用比例只占鋼筋總量的12％左右，大量使用的仍然是強(qiáng)度較低的HRB335鋼筋，而國外已大量使用460MPa、500MPa級鋼筋。盡管我國鋼鐵企業(yè)引進(jìn)或自制了多條余熱處理生產(chǎn)線，但由于使用觀念、鋼筋連接技術(shù)等存在問題，余熱處理鋼筋的應(yīng)用受到限制。

    （2）在熱軋光園鋼筋方面，我國大都將熱軋光園鋼筋直接用于建筑，而國外一般冷加工后再使用，且我國的熱軋光園鋼筋強(qiáng)度級別很低，一般為屈服強(qiáng)度235MPa級，在產(chǎn)品和設(shè)計(jì)方面國標(biāo)都應(yīng)進(jìn)行完善。

    （3）在冷加工鋼筋方面，存在生產(chǎn)規(guī)模小、產(chǎn)品工藝和質(zhì)量欠穩(wěn)定、鋼材原料規(guī)格、質(zhì)量配套研究不夠、高性能產(chǎn)品推廣應(yīng)用受到限制等問題。

    （4）在預(yù)應(yīng)力鋼筋方面，存在低強(qiáng)度級別的低碳鋼絲、冷拔鋼筋等仍大量使用的問題。今后中小預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)應(yīng)注意應(yīng)用800MPa以上級的冷軋帶肋鋼筋，根據(jù)市場需求，適當(dāng)發(fā)展鐵道軌枕用熱處理高強(qiáng)度鋼筋、PC鋼棒等產(chǎn)品。

    （5）在功能性鋼筋方面，我國目前還缺乏耐腐蝕、耐火、耐侯鋼筋等產(chǎn)品。

    應(yīng)發(fā)展和關(guān)注的建筑用鋼筋、線材品種

    （1）余熱處理鋼筋

    生產(chǎn)余熱處理鋼筋時，利用軋制余熱，在軋鋼作業(yè)線上直接進(jìn)行熱處理。其基本原理是鋼筋從軋機(jī)的成品機(jī)架軋出后，經(jīng)冷卻裝置進(jìn)行快速表面淬火，然后利用鋼筋芯部熱量由里向外自回火，并在冷床空冷至室溫。該技術(shù)能有效地發(fā)揮鋼材的性能潛力，通過各種工藝參數(shù)的控制能改善鋼筋的性能，在較大幅度提高鋼筋強(qiáng)度的同時，保持較好的塑韌性，完全能保證鋼筋的綜合性能滿足要求。同時，大幅度降低了合金元素用量，節(jié)約了生產(chǎn)成本，用余熱處理工藝生產(chǎn)英標(biāo)460MPa級鋼筋，以目前市場價(jià)格計(jì)算，每噸鋼材可節(jié)約成本200元以上。我建筑業(yè)應(yīng)用余熱處理鋼筋可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度等級的升級，節(jié)約鋼材用量，增加建筑物的安全性。從理論上分析，335MPa級鋼升級為460MPa級鋼可節(jié)材27％以上，400MPa級鋼升級為460MPa級鋼可節(jié)材13％。更重要的是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度等級升級同時，不需要消耗大量微合金化元素的資源，有利于科學(xué)發(fā)展。

    余熱處理鋼筋在國外已廣泛應(yīng)用，典型例子是英標(biāo)460MPa級、500MPa級鋼筋。英標(biāo)BS4449因其科學(xué)性和適用性而受到國際建筑業(yè)的推崇，許多國家和地區(qū)普遍采用BS4449標(biāo)準(zhǔn)。英標(biāo)鋼筋與我國和其它國家鋼筋標(biāo)準(zhǔn)中同類鋼筋相比，不但強(qiáng)度要求較高，而且對冷彎和反彎性能要求更嚴(yán)，因此，其質(zhì)量要求較高。BS4449標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定具體的加入合金元素和成分范圍，國外企業(yè)生產(chǎn)英標(biāo)鋼筋一般是用碳素鋼采用余熱處理工藝，我國出口的英標(biāo)鋼筋也大量采用了余熱處理工藝。新加坡標(biāo)準(zhǔn)SS2：PART2中500MPa鋼筋，加拿大標(biāo)準(zhǔn)G30．18中的400R、500R鋼筋，美國ASTMA615／A615M標(biāo)準(zhǔn)中的60級（420MPa）、75級（520MPa）鋼筋，德國標(biāo)準(zhǔn)DIN488／1中的BST420S、BST500S鋼筋等都可采用余熱處理工藝生產(chǎn)。國外余熱處理鋼筋的廣泛應(yīng)用表明，余熱處理鋼筋在建筑上包括在重要建筑上的應(yīng)用是可靠的、可行的。

    （2）超細(xì)晶熱軋鋼筋

    近年來的材料學(xué)研究可使普通C－Mn鋼獲得超細(xì)晶組織，已有試驗(yàn)獲得了2～3μm的超細(xì)晶鐵素體組織，屈服強(qiáng)度超過了400MPa。日本住友工業(yè)公司用C－Mn－0．03％Nb鋼軋制出了晶粒尺寸為5．5μm，屈服強(qiáng)度為了454MPa，直徑為32MM的優(yōu)質(zhì)棒鋼。超細(xì)晶熱軋鋼筋通過控制軋制的方法，以細(xì)化鋼材的晶粒和組織為技術(shù)核心，在保證良好的塑、韌性前提下提高鋼材的強(qiáng)度，可明顯地節(jié)約生產(chǎn)成本，同時做了到高性能和低成本。該產(chǎn)品是一種值得重視、值得發(fā)展的鋼材品種。

    （3）多種微合金化方法試制HRB400鋼筋

    目前我國推廣應(yīng)用HRB400等高強(qiáng)度鋼筋已是發(fā)展趨勢，但生產(chǎn)HRB400鋼筋的方法過于單一，盡管國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》（GB1499－1998）規(guī)定可采用釩、鈮、鈦等微合金化元素，但是長期以來仍主要采用釩鐵或釩氮合金微合金化工藝，一旦釩鐵或釩氮合金價(jià)格大幅度增加，則生產(chǎn)成本急劇提高，嚴(yán)重影響了HRB400鋼筋的推廣應(yīng)用。

    釩鐵和釩氮合金漲價(jià)后，國內(nèi)許多企業(yè)轉(zhuǎn)而試制20MnSiNb鋼筋，工作得到穩(wěn)步推進(jìn)并取得了一定的效果。以目前市場價(jià)格計(jì)算，每噸鋼材可節(jié)約成本30元左右。

    國內(nèi)有的企業(yè)組織試制過20MnTi鋼筋，取得了初步的成功，但需進(jìn)一步解決一些生產(chǎn)技術(shù)問題。

    總之，微合金化方法的多樣化有利于資源的均衡、合理利用。

    （4）促進(jìn)HRB400、HRB500鋼筋的推廣應(yīng)用

    我國鋼筋的發(fā)展經(jīng)歷了由低強(qiáng)度向較高強(qiáng)度發(fā)展的過程。建國初期采用碳素鋼Ⅰ級光面鋼筋；上世紀(jì)70年代初期，出現(xiàn)了16MnⅡ級鋼筋、25MnSiⅢ級鋼筋、45MnSiV、40Si2MnV和45Si2MnTiⅢ級鋼筋；70年代后期，20MnSiⅡ級鋼筋取代了16Mn鋼筋，至今仍是主導(dǎo)鋼筋產(chǎn)品；90年代后期，HRB335、HRB400和
    HRB500鋼筋納入制定的GB1499－1998熱軋帶肋鋼筋標(biāo)準(zhǔn)中。目前我國廣泛采用的仍然是HRB335鋼筋，重點(diǎn)推廣的是HRB400鋼筋，約占鋼筋總產(chǎn)量的12％，其產(chǎn)量比例呈上升趨勢。HRB500鋼筋只有生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，缺乏建筑規(guī)范，在建筑中幾乎沒有應(yīng)用。

    HRB400級鋼筋具有強(qiáng)度高、延性好、節(jié)約用材、降低排筋密度、性能穩(wěn)定、應(yīng)變時效敏感性低、安全儲備量大、焊接性能良好、抗震性能好、韌脆性轉(zhuǎn)變溫度低、高應(yīng)變低周疲勞性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此其更適用于高層、大跨度和抗震建筑結(jié)構(gòu)，使用后具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和不可估量的資源、交通、能源、環(huán)保等方面的社會效益，其應(yīng)用必將越來越廣泛。HRB500鋼筋是我國目前最高強(qiáng)度等級的熱軋鋼筋，用它取代HRB335鋼筋可以節(jié)約用量33％，取代HRB400可節(jié)約20％的用量，盡管推廣應(yīng)用還面臨著規(guī)范缺乏等困難，但在我國推廣應(yīng)用500MPa級鋼筋只是時間問題。

    （5）其它高強(qiáng)度鋼筋、功能性鋼筋

    一些高層建筑、立交橋、大跨度的廠房、地下管樁等需要強(qiáng)度更高的熱軋鋼筋，如590MPa級熱軋鋼筋，其塑性和冷彎要求比照GB1499－91中的Ⅳ級鋼筋，而強(qiáng)度要求更高。具體性能要求是Ф10～25mm規(guī)格，屈服強(qiáng)度≥590MPa、抗拉強(qiáng)度≥885MPa、延伸率≥10％，冷彎90°、D＝5A合格?？刹捎?5SiMnV、45Si2Cr等鋼號試制。

    高強(qiáng)度熱軋小規(guī)格螺紋鋼筋是值得關(guān)注的品種。在混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋中，約有1／5～1／4是直徑小于12mm的細(xì)直徑鋼筋，主要用作板、墻類構(gòu)件的受力鋼筋及梁、柱構(gòu)件中的箍筋，也大量用作架立筋、分布筋、構(gòu)造筋。通過微合金化和控冷技術(shù)，可研制抗拉強(qiáng)度級別更高的800～1170MPa級6～L2MM熱軋帶肋鋼筋盤條，取代目前800～1170MPa級冷軋帶肋鋼筋盤條使用。優(yōu)點(diǎn)是塑性好、粘著力好、減少了冷軋工序。但還需做配套的產(chǎn)品和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制定和修改工作。早在20世紀(jì)70年代原聯(lián)邦德國就開發(fā)出了850MPa以上級高強(qiáng)度精軋螺紋鋼筋并獲專利權(quán)，后被美、日、英等國家引進(jìn)，20世紀(jì)80年代大力發(fā)展，廣泛用于特大型建筑、框架結(jié)構(gòu)、橋涵等工程。885MPa級高強(qiáng)度精軋螺紋鋼筋具體性能要求是，屈服強(qiáng)度≥850MPa、抗拉強(qiáng)度≥1080MPa、延伸率≥10％；也有用戶提出按美國ASTMA722－95DE要求，屈服強(qiáng)度≥830MPa、抗拉強(qiáng)度≥1035MPa、延伸率≥7％，冷彎90°、D＝8A合格。生產(chǎn)時需同時采用微合金化技術(shù)和余熱處理技術(shù)。

    礦山用無縱肋熱軋左旋帶肋鋼筋是為了滿足礦山建設(shè)需要而研制的一種鋼筋，鋼筋的橫肋旋向采用左旋，鋼筋外形、尺寸及允許偏差要求更嚴(yán)。目前常用的屈服強(qiáng)度級別為335MPa，其試制的性能指標(biāo)參照HRB335鋼筋，可研制并推進(jìn)應(yīng)用屈服強(qiáng)度級別為400MPa的或更高強(qiáng)度級別的鋼筋。

    隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)要求給工程材料提出了更高的要求，所以鋼筋的耐腐蝕性能已成為工業(yè)化國家的主要研究課題，提高鋼筋的使用壽命的各種耐腐蝕鋼筋、耐侯鋼筋正在不斷得到應(yīng)用。需通過加入耐腐蝕元素或采用涂層、阻銹劑等，研制、生產(chǎn)不同強(qiáng)度級別的耐侯鋼筋和在特殊場合使用的耐腐蝕鋼筋。

    （6）建筑標(biāo)準(zhǔn)件用冷鐓鋼盤條

    如：SWRCH8－22A系列自攻螺釘用盤條，SWRCH35K系列高強(qiáng)度緊固件盤條，35CrMo、40CrNiMo（SCM435、SNCM240）――10．9級、12．9級高強(qiáng)度緊固件盤條，ML15MnVB高強(qiáng)度螺栓、柱、釘用盤條，按照日本JISG3508標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)牌號為SWRCHB220－SWRCHB823的冷鐓含硼鋼盤條等。

    還有非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼盤條，包括：(A)雙相鋼盤條――可添加少量微合金化元素，采用控制冷卻，緊固件廠可不再進(jìn)行熱處理。(B)低碳微合金化型非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼盤條。(C)低溫控軋型微合金化型非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼盤條。

    試制免退火的低碳鋼線材、免退火的沖壓用低氧低硫鋼、免退火的沖壓用螺栓含硼鋼。

    試制免正火鋼、縮短滲碳時間鋼、減少合金元素的調(diào)質(zhì)鋼、耐延遲斷裂性能鋼。

    （7）高碳鋼盤條

    開發(fā)預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼鉸線用高碳鋼盤條。技術(shù)難點(diǎn)是高碳鋼（C＞0．72％）易出現(xiàn)碳偏析，對線材的控冷要求嚴(yán)格，否則會產(chǎn)生中心網(wǎng)狀碳化物和芯部馬氏體缺陷。需要嚴(yán)格控制成分的均勻性和限制殘余元素含量，在確保線材高強(qiáng)度的同時，具有高的塑韌性。應(yīng)適應(yīng)高速連續(xù)拉拔和盡量減少中間退火工序。研究內(nèi)容包括：鋼的純凈度提高、成分性能的穩(wěn)定性提高、索氏體化率、非正常組織、表面質(zhì)量、釩鉻微合金化等。

    （8）其它專用盤條

    建筑用焊絲盤條是線材產(chǎn)品發(fā)展中的一個不可忽視的品種，其技術(shù)特點(diǎn)是化學(xué)成分設(shè)計(jì)必須和母材配套，多為低碳微合金鋼。應(yīng)注意耐腐蝕焊絲等特種焊絲的開發(fā)。

    低碳易拉絲鋼盤條可廣泛用于建筑領(lǐng)域，鋼種有1008等。

    彈簧鋼盤條主要有四類：碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、油淬火回火彈簧鋼和形變熱處理彈簧鋼盤條。目前我國生產(chǎn)的彈簧鋼絲主要為碳素鋼，市場缺口較大，特別是油淬火一回火合金彈簧鋼絲，國內(nèi)基本上不生產(chǎn)。

    30MnSi、30MnB等PC鋼棒盤條，09CrPV、09CuPV等用于鋼鋁復(fù)合導(dǎo)線的耐候鋼盤條，軌枕鋼筋用盤條，混凝土增強(qiáng)用鋼纖維用盤條等都在建筑領(lǐng)域有一定的應(yīng)用。

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