高强度建筑钢筋的最新技术进展

高强度建筑钢筋的最新技术进展

石晴霞

新疆宏滙建筑建材检测有限公司新疆乌鲁木齐830063

摘要：高强度钢筋是指抗拉屈服强度达到400兆帕级及以上的螺纹钢筋，具有强度高、综合性能优的特点。2012年住房和城乡建设部、工业和信息化部关于加快应用高强度钢筋的指导意见》（以下简称《意见》）中指出：高强度钢筋作为节材节能环保产品，在建筑工程中大力推广应用，是加快转变经济发展方式的有效途径，是建设资源节约型、环境友好型社会的重要举措，对推动钢铁工业和建筑业结构调整、转型升级具有重大意义。

关键词：高强度钢筋；优点；生产技术

目前全国建筑工程正在蓬勃发展，钢筋需求量也在逐年增加。建筑工程结构设计中受力钢筋大部分依然采用HRB335级钢筋，这与《意见》中“深入贯彻落实科学发展观，以建筑钢筋使用减量化、提高资源利用效率为目标，通过完善政策和标准配套，优化建筑钢筋生产、使用品种和结构，创新应用建筑高强度钢筋工作机制，实现钢铁行业与建筑业的技术进步和节材、节能”的指导思想不符。当前，通过技术革新，我国的钢铁行业通过产业调整，已经具备了替换HRB335级钢筋的条件。现在此项工作在房建工程中推广速度较快。

一、高强度钢筋的发展概况

目前，我国建筑业发展十分迅猛，已成为我国国民经济的重要产业之一，钢铁材料始终是建筑结构的主体材料，建筑用钢材需求量较大，占钢材消费量的50%以上。此外由于我国的基础设施仍然是以钢筋混凝土为主要材料，所以多年来钢筋和线材一直在建筑用钢中消费量最大。2010年我国钢筋产量1.4亿t，其中HRB335约占60%左右，HRB400占不到40%左右，HRB500仅有少量应用。在美国、加拿大、韩国、伊朗、日韩等国家，400MPa级钢筋的用量已达到70%以上，500MPa级钢筋的用量也达到25%；德国、法国、英国等国家，500MPa级钢筋的比例已达到70%以上，并且对600MPa级钢筋提出了需求。《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499.2-2007新标准于2008年3月1日贯彻实施。标志着热轧带肋钢筋高强度钢筋已全面进入推广应用阶段。

二、高强度钢筋的优点（以HRB400级钢筋为例）

1.强度高、安全储备大、经济效益显著

用HRB400级钢筋取代传统的Ⅱ级钢筋和Ⅰ级钢筋，则在结构中可分别节约14%和32%左右的钢材。通过调查现阶段新Ⅲ级钢筋与Ⅱ级钢筋相差100元/t左右，随着国家政策调整，新钢筋产量的增加，这一差距会逐步缩小，最终会发生逆转。

2.机械性能好

HRB400钢筋显著改善了Ⅱ级钢筋在力学性能方面的不足，避免了尺寸效应大以及Ⅱ级钢应变时延伸率下降20%-29%的弊病。

3.抗震性能良好

由于HRB400钢筋的强屈比σb/σa＞1.30（σb=540Mpa/σs=400Mpa），在遭遇地震灾害时，能发挥良好的抗震作用，有利于提高建筑结构的抗震性和安全性。此外高强抗震钢筋也相继研发成功，并已能够批量生产，能够满足更高的抗震需求。

4.使用范围广、规格齐全

产品直径为6-50mm，推荐直径为6、8、12、16、20、25、32、40、50，克服了Ⅱ级钢缺少φ＞25mm粗直径直条筋的难题，便于施工下料与配筋绑扎，使钢筋布置更趋合理。

5.便于施工

通过大量施工验证，高等级钢筋的断料、弯曲、焊接以现有的加工机械完全能够满足要求。此外使用高强度钢筋后，由于钢筋用量减少，可显著改善目前框架结构中梁、柱节点和框架柱中钢筋拥挤的现象，混凝土施工将更加方便，质量更有保障，大大增大了工程的安全可靠度。

三、高强度钢筋的生产技术

钢筋的性能主要取决于钢的化学成分和生产工艺参数。考虑到焊接技术在现代建筑上的广泛应用,依靠增加钢中碳含量和碳当量来提高强度的方法是不可行的。为了弥补降碳引成的强度损失,高强度钢筋的主要生产技术包括:余热处理、V一N微合金化以及细晶化等几种方法。

1.余热处理技术

余热处理技术是欧洲高强度钢筋最主要的生产路线。钢筋轧后余热处理包括三个阶段:第一阶段为表面淬火阶段。钢筋出轧机后进行高效快冷,此时表面层发生马氏体转变,心部的热量来不及传出,仍处于奥氏体状态。第二阶段为自回火阶段。钢筋心部的热量向表面传递扩散,使表面淬火马氏体发生回火转变,转变为回火马氏体,心部仍保留奥氏体组织。第三阶段为心部组织转变阶段。钢筋在冷却过程中,心部的冷却速度较小,发生铁素体+珠光体转变。余热处理钢筋实际上是通过表层获得回火马氏体组织来实现强化的。普通碳素钢通过余热处理即可达到400MaP、500MaP级高强度钢筋的性能指标要求。余热处理工艺与V一N微合金化技术的配合,在低碳锰钢的基础上,可生产出屈服强度达到600MaP级(V级)钢筋。余热处理工艺是低成本高强度钢筋生产的一条有效途径。

2.V/V一N微合金化技术

采用v/v一N微合金化技术是目前世界各国发展高强度可焊接钢筋的主要技术路线。由于钢筋这类长形材产品生产速度快,轧制温度高,其工艺特点决定了钢筋的合金设计适宜采用钒微合金化技术。我国最新颁布的钢筋标准也推荐采用钒微合金化方法来生产400MPa级的高强度钢筋。但是,钒的加人使钢筋的成本提高。我们知道,微合金化元素在钢中通过形成碳、氮化物来起作用。由于钢中氮化物比碳化物具有更高的稳定性,析出相更细小弥散,其强化效果明显提高。大量的研究结果表明,氮是含钒钢中一种十分有效的合金元素,含钒钢中每增加10PPm的氮可提高强度7一SMaP。通过充分利用廉价的氮元素,可显著提高钒钢的强化效果,达到节约合金含量、降低成本的目的。为进一步降低高强度钢筋成本,充分挖掘微合金钢的技术潜力,国内也开展了采用钒、氮微合金化生产高强度钢筋的研究工作。

3.细晶粒钢筋技术

在“973”超细晶粒钢项目研究成果的基础上,我国开展了高强度细晶粒钢筋的生产技术研究工作。通过在Ar3附近进行变形,利用形变诱导相变(DIFT)技术,可获得超细晶粒组织,这样,在普通碳素钢钢的基础上,依靠细晶强化,使钢的强度成倍增加,达到400MaP、sooMaP级的高强度钢筋要求。依靠晶粒细化,普通碳素钢可得到400MaP以上的屈服强度,达到nl级钢筋的性能要求;对加Mnis钢,可以获得500MPa以上级别的高强度钢筋。晶粒细化是提高强度同时又改善韧性的有效手段。但细晶化降低了钢的强屈比,依靠细晶强化的碳素钢钢筋和20Msni钢钢筋强屈比均降低到1.20以下,而抗震钢筋要求强屈比高于1.25。细晶粒钢筋的另一个问题是焊接性,焊接过程的高温将导致焊接热影响区晶粒长大,从而使焊接接头出现软化。提高细晶粒钢筋的强屈比、研究细晶粒钢筋的连接技术是推广细晶粒钢筋今后的工作重点。另外,目前国内大多数棒材生产线还不能满足超细晶钢筋的生产条件,需要进行必要设备改造才能胜任。

四、总结

高强度钢筋的推广应用是一项复杂的系统工程,涉及政策法规、生产技术、装备、设计、应用、标准规范等多方面,需要政府部门、生产企业、用户以及设计和研究机构共同的努力。

参考文献

[1]张永权,杨才福,柳书平,经济型建筑用nI级钢筋的研究,钢铁,2000,43一46.

[2]杨才福,张永权,柳书平,V一N微合金化钢筋强化机制,钢铁,2001,55一57.

[3]季怀忠,杨才福,张永权,氮对含钒20Mnsi钢筋强化的影响,2000,20一23.