<h1>从资源负荷看现有带肋钢筋的升级换代技术</h1>
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<span>2012-12-5 8:35:11</span>来源：<span>中国冶金报</span>作者：<span></span>
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<li><b>导读：</b></li>
<li>一般认为，将335MPa级钢筋升级至400MPa和500MPa级至少可分别减少约10%和19%的用量。如果以1亿吨335MPa级钢筋的初始总量计算，需要升级的钢筋，即作为梁、柱和杆承载主筋的约有7000万吨，则升级后每年将分别减量约700万吨和1330万吨。</li>
</ul>
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<li><b>关键字：</b></li>
<li>资源负荷 带肋钢筋 升级 换代</li>
</ul>
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<div class="over_x"><p>一般认为，将335MPa级钢筋<b>升级</b>至400MPa和500MPa级至少可分别减少约10%和19%的用量。如果以1亿吨335MPa级钢筋的初始总量计算，需要升级的钢筋，即作为梁、柱和杆承载主筋的约有7000万吨，则升级后每年将分别减量约700万吨和1330万吨，相当于1个～2个大型钢铁企业的产量，效果突出且能维持相当长的时间。这正是行业内外对钢筋减量化十分重视的原因。 </p>
<p>但是，通过对235MPa级<b>带肋钢筋</b>升级至335MPa、400MPa和500MPa级带肋钢筋的主流技术进行分析，可以看出，我国的锰（Mn）和MA（微合金）资源不足以支撑中国巨大的400MPa和500MPa级带肋钢筋产量，它们将成为钢筋减量化的资源“瓶颈”。 </p>
<p>●合金化技术 </p>
<p>首先是在Q235级的成分（质量分数），即C（碳）0.2%、Si（硅）0.4%和Mn上限为0.6%的基础上，将Mn的质量分数增加至1.2%～1.6%，成为335MPa级的20MnSi。此合金化方法可简称为Q235＋Mn。它奠定了400MPa和500MPa级钢筋的基础成分，并伴随着其他强韧化技术，成功地实现了钢筋的进一步升级<b>换代</b>。 </p>
<p>以Q235＋Mn的合金化技术进行钢筋的升级，能够实现Fe的减量化，但是增加了Mn的用量。以7000万吨的Q235钢筋为基数计算，减量700万吨可粗略认为减少了700万吨铁，但余下6300万吨的20MnSi将使用63万吨纯锰（以ω（Mn）＝1.0%计算），比原来的7000万吨Q235使用42万吨纯锰（以ω（Mn）的上限0.6%计算）多21万吨。如果生产更高级别的钢筋，降铁增锰的结果将更为明显。 </p>
<p>须要注意的是，增锰的副作用不能忽视。首先，我国的锰矿需要进口。2007年、2008和2009年，我国锰矿的进口数量分别为663.45万吨、757.19万吨和961.76万吨，呈逐年递增的趋势，必须节约使用。其次，锰已经是一些国家的物资储备元素之一，并且他们已开始着手进行钢铁产业中锰资源的流向和回收的研究。这些都说明了在带肋钢筋的升级换代中关注并尽量减少增锰量的必要性。 </p>
<p>●微合金化技术 </p>
<p>添加微量的Ti（钛）、Nb（铌）和V（钒），配以质量分数为1.0%～1.6%的Mn和相应的热轧和轧后控冷工艺，可借组织细化、析出强化或相变强化实现钢筋的升级换代。这是当前生产400MPa～500MPa级钢筋所采用的技术，可简称为Q235＋Mn＋MA技术。它首先在中国解决了该级别钢筋的有无问题。显然，该技术存在着降铁增锰、MA元素的问题。 </p>
<p>随着对上述级别钢筋的需求量增加，首先考虑的应是MA技术的资源制约问题，即巨大的产量基数和MA元素用量之间的矛盾。试以ω（V）为0.07%和ω（Nb）为0.03%计算，那么6300万吨的500MPa级钢筋分别需要4.41万吨纯钒和1.89万吨纯铌。这是资源条件所不允许的。 </p>
<p>其次，MA元素的使用还会产生废钢污染问题，不利于钢铁材料的循环利用。 </p>
<p>因此，尽管MA技术在管线钢、船板等产品的生产中发挥了决定性的作用，成为必选的技术，也成功应用于年需求量仅百万吨的其他国家的钢筋生产中，但面对中国带肋钢筋巨大的产量基数，将其作为必选的手段是不可持续的。 </p>
<p>●余热处理技术 </p>
<p>余热处理在带肋钢筋升级换代的初始阶段曾发挥了重要作用，在进一步的性能升级时可以减少微合金元素和锰的用量。但对于大规格、高级别钢筋的生产而言，余热处理似乎越发显得不足，主要表现在以下几个方面： </p>
<p>首先是规格或尺寸效应。大直径钢筋的强韧化效果一方面受淬透性的限制，另一方面受碳当量Ceq或保证焊接性的限制。这意味着不可能为了增加淬透性就进一步提高锰含量。 </p>
<p>其次是沿径向组织和性能的不均匀特点。对比轧后穿水和冷床空冷钢筋强度沿径向的分布，笔者认为不宜采用余热处理的方法生产大规格、高级别钢筋。余热处理钢筋表层的回火马氏体硬度高，还会显著降低对钢筋进行机械加工的工具的使用寿命。 </p>
<p>近期，有关于通过轧后穿水在钢筋表层获得贝氏体组织的报道，可减轻上述不利影响，但这也要提高锰含量。 </p>
<p>●细晶粒钢筋技术 </p>
<p>通过形变与相变的耦合可获得细小的铁素体和珠光体组织，从而发挥巨大的强韧化效果。细晶粒钢筋由此而来并被纳入国家标准。 </p>
<p>研发细晶粒钢筋的初衷是非合金化和非微合金化，用碳素钢通过前述机制实现Q235的升级。在实践中，受装备条件的限制，该技术未能充分发挥形变与相变耦合的作用。为获得细化的组织，最终还是采用了Q235＋Mn或Q235＋Mn＋MA技术。不过，细晶粒钢筋技术机制与余热处理的联合应用对降低锰和MA元素的消耗仍然有所贡献。 </p>
<p>此外，细晶粒钢筋的焊接连接一直是业内担忧的问题。 </p>
<p>●超快冷技术 </p>
<p>采用超快冷技术生产500MPa级带肋钢筋主要采用的是Q235＋Mn＋MA成分。此技术的初衷是轧后将仍然保持形变组织的奥氏体超快速地冷却至某一终冷温度，以获得所需细化的相变产物，达到强韧化的目的。它已成功应用于板带材生产。 </p>
<p>该技术应用于带肋钢筋生产仍然面临着与余热处理技术类似的问题，而且，冷速越大，精确控制终冷温度就越难，更何况在生产条件下带肋钢筋温度的精确测量比较困难。因此，必须在这方面有所突破，才能在超快冷技术的应用中避免为保证强度而对终冷温度采取“宁低勿高”策略的不利影响。 </p>
<p>从以上分析中不难看出，生产400MPa和500MPa级带肋钢筋，无论使用哪种强韧化技术，目前采用的都是基于Q235＋Mn＋MA的合金化与微合金化的成分设计。就资源而论，其减量化效果实质上仅仅是减少了铁资源的用量，反而增加了锰和MA资源的用量。因此，宜在钢筋升级换代中避免这种一统模式的成分设计，且依据不同地域对性能的差异性要求增添其他模式的合金化方法，使减量化效果更为突出。 </p>
<p>Q235＋Mn＋MA的成分设计完全受碳当量Ceq的限制，碳当量Ceq的上限则取决于钢筋焊接连接的要求。因此，如果对400MPa和500MPa级带肋钢筋继续采用焊接连接，尽管在技术上可行，该连接方法还是不可取的。因为我国的锰和MA资源不足以支撑中国巨大的400MPa和500MPa级带肋钢筋产量。这正是后者对钢筋减量化手段的制约。 </p>
<p>(关键字：资源负荷 带肋钢筋 升级 换代)</p></div>
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