深度

　　从资源负荷看现有带肋钢筋的升级换代技术

　　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，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。

　　但是，通过对235MPa级带肋钢筋升级至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”。

　　●合金化技术

　　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换代。

　　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。

　　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。

　　●微合金化技术

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　●余热处理技术

　　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：

　　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。

　　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。

　　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。

　　●细晶粒钢筋技术

　　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。

　　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。

　　此外，细晶粒钢筋的焊接连接一直是业内担忧的问题。

　　●超快冷技术

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　短期内高强钢筋完全替代Ⅱ级螺纹钢尚有阻力

　　建筑物要实现安全性、经济性和耐久性，须要采用具有高强度、高韧性和低屈强比，以及有更好的耐蚀性、耐候性、耐火性、抗震性的建筑钢材。高强钢筋无疑是上上之选。但是，高强钢筋的推广应用仍存在诸多问题。日前，《中国冶金报》记者走访了唐山、邯郸、天津、北京、朝阳、北票、凌源等地区的部分钢铁生产企业、钢贸商和用户。从了解到的情况看，要在短期内实现高强钢筋完全替代Ⅱ级螺纹钢，难度较大，主要原因有以下几个方面。

　　第一，小企业难以在短期内迅速实现转型升级。目前，生产高强钢筋的厂家有两类，一是国有大型钢铁企业，它们在淘汰Ⅱ级螺纹钢方面进展比较顺利;第二类是地方民营钢企，它们是淘汰Ⅱ级螺纹钢的难点所在。据统计，生产每吨高强钢筋的成本将提高100元左右，民营钢企要淘汰普通钢筋生产，转而生产高强钢筋，一方面需要投资上新的设备、新的生产工艺，另一方面要对工人进行技术培训。但就目前钢市不景气的现状来看，三到五成的小钢铁企业都既缺资金，也缺技术，显然无力在短期内迅速实现转型升级。目前，唐山有七成民营小钢企生产不了高强钢筋，取得生产许可证的就更少了。

　　第二，普通钢筋能否在短期内被淘汰，还要取决于市场需求。据初步估计，目前，天津地区只有20%的商户还在出售Ⅱ级螺纹钢。现在，天津七层以上的楼房都不会采用Ⅱ级螺纹钢，只有部分在建工程还在继续使用。在新的项目工程中，设计公司都不会考虑Ⅱ级螺纹钢。更重要的是，Ⅱ级螺纹钢和Ⅲ级螺纹钢的价格相差不大，大家更愿意使用高级别的钢筋。不过，有钢贸商认为，现在市场对于Ⅱ级螺纹钢还有一定的需求，主要是城市基础设施、商品房、保障房和普通公路桥梁等用钢。另外，Ⅱ级螺纹钢退市对农村的需求有较大影响。农村民用建筑对钢材质量的要求不高，选择普通钢筋可大幅降低成本。

　　第三，高强钢筋的推广应用存在着一些尚待解决的问题。首先，高强钢筋市场缺乏监管机制，产品的质量标准无法得到保证，一些不良厂商以次充好的现象比较严重，在一定程度上影响和制约了高强钢筋的使用。其次，在实际应用中，高强钢筋出现了连接时发生开裂、连接套筒不标准等问题，影响了高强钢筋的推广应用。有的高强钢筋“外硬内软”，在机械连接或焊接的时候表面受到破坏，有的出现开裂现象，其性能甚至比不上普通钢筋。再其次，目前，高强钢筋的连接主要是采用机械连接，其方法是套筒，要求钢筋的两端有螺纹。但国内生产的绝大多数高强钢筋没有螺纹，需要用户自己加工，给用户使用带来了不便。此外，高强钢筋的施工也存在着产业升级的压力。高强钢筋产品自身的特点，对钢筋的加工焊接工艺要求很高，而与之配套的先进钢筋加工技术在普及程度方面仍存在一定的问题。同时，施工单位要增加相应的加工设备，会增加其成本压力。

　　第四，经济效益不明显导致部分房地产投资商对使用高强钢筋并不积极。据了解，钢筋的使用成本只占土建成本的10%～15%，占建设总成本的4%左右。如果住宅房屋的建设成本为1亿元，那么钢筋的使用成本仅为400万元。即使按照理论计算的结果，使用高强钢筋能够节约的钢筋成本也只有60万元，经济效益不明显。这样的问题也存在于农村民用建筑中。据测算，农村一座普通的三间房大约需要使用1吨螺纹钢、盘圆钢，采用高强钢筋的减量化效果不明显。

　　高强钢筋替代Ⅱ级螺纹钢加速

　　日前，冶金工业信息标准研究院副院长王丽敏表示，我国热轧钢筋标准GB1499.2已完成审定，正在报批，预计将在明年初实施。“待新标准全面贯彻实施后，受力主筋将全面应用400MPa以上级钢筋，其中500MPa以上级钢筋的比例也会大大提高。

　　据介绍，GB1499.2修订的主要内容包括：取消HRB335级螺纹钢，适度加严钢筋重量负偏差要求，增加500MPa钢筋级别，增加了带E的牌号。届时，我国将完全取消HRB335级钢筋，且不设过渡期。这主要是出于以下几个方面的考虑。

　　第一，我国对高强钢筋的推广应用有了新突破。2011年7月份，住建部与工信部正式成立高强钢筋推广应用协调组;2012年1月份，《关于加快应用高强钢筋的指导意见》印发;2012年2月份，《推广应用高强钢筋实施方案》和《推广高强钢筋示范工作方案》先后获得通过;2012年3月份，高强钢筋推广应用技术指导组正式成立;2012年5月份，GB1499.2标准的审定工作完成，淘汰了HRB335钢筋。

　　第二，高强化、抗震、耐蚀和耐低温等要求是钢筋未来发展的趋势。目前，发达国家已基本淘汰了200MPa和300MPa级钢筋，主要使用400MPa和500MPa级钢筋。今后，他们将重视改善钢筋的综合性能，除了提高钢筋的强度外，还不断强调要提高钢筋的延性。在国际标准方面，欧洲规范和日本规范都明确提出根据不同抗震性能对钢筋构件进行延性分级。近年来，发达国家相继启动了低合金耐蚀钢筋研发行动。例如，英国提出了海洋研究计划，美国启动了战略公路研究计划，日本展开了预应力混凝土耐蚀钢筋(含镍3.5%、钨0.12%)的研究，等等。此外，美英(欧盟)与日本在耐低温钢筋开发方面也取得了成效，如ArcelorMittalz开发了耐-50摄氏度~170摄氏度低温系列钢筋，主要用于建设天然气储气罐混凝土结构。

　　第三，从我国钢筋生产企业来看，通过设备改造、工艺改进、技术创新等各项措施，钢筋产品的质量大大提高。尤其是在国家产业政策的引导下，企业积极开展技术攻关，400MPa级钢筋的产量与质量都有了大幅提升，我国具有资质的生产企业都具备了生产400MPa级钢筋的生产能力。另外，这些企业还积极研发抗震钢筋和500MPa级钢筋，取得了良好的效果，基本满足了建筑行业结构调整和转型升级的需要。

　　第四，国内企业生产的高强钢筋质量水平较好且性能稳定。据抽查，我国企业生产的400MPa级钢筋的合格率连续4年保持在100%的水平，500MPa级钢筋的合格率也连续2年保持在95%以上。我国抗震钢筋产品的各项主要指标稳定，完全能够满足标准要求，实物质量处于较高的水平。

　　王丽敏表示，GB1499.2标准修订的主要目标是最终实现钢筋的高效利用、高可靠性、低成本的目标。钢筋标准是强制性标准，并且实行生产许可证制度。所以，除了充分考虑与钢筋的设计规范协调一致外，还要考虑发放生产许可证等一些实际操作要求。

　　天津明确推广高强钢筋的路线图

　　日前，天津市经信委、建交委联合下发了《关于加快天津市推广应用高强钢筋的实施意见》，加大推广应用高强钢筋的力度。

　　据测算，每吨钢平均消耗铁矿石1.6吨、标准煤600千克、新水4.1吨，排放二氧化碳约2吨、污水2吨、粉尘1.5千克。如果以400MPa级钢筋替代335MPa级钢筋，可节约12%~14%的钢材，以500MPa级钢筋取代400MPa级钢筋可再节约5%~7%。如果高强钢筋的用量比例达到65%，每年大约可节省钢材1000万吨。对于天津市来说，在建筑工程应用500MPa级高强钢筋替代400MPa级高强钢筋，每年可节约钢材60万吨，减少消耗铁矿石96万吨、标煤3.6万吨、新水246万吨，减少排放二氧化碳120万吨、污水120万吨、粉尘90吨。由此可见，加快推广应用高强钢筋的意义重大。

　　据悉，《关于加快天津市推广应用高强钢筋的实施意见》明确了天津推广高强钢筋的路线图。

　　一是保障产品供给，满足市场需求。以满足工程需要作为推广应用高强钢筋的基础，在发挥市场配置资源基础性作用的同时，通过政策引导，改善市场环境，规范市场秩序，平衡供需。加强生产和应用单位的协同配合，做好供需衔接，加强需求分析，建立信息平台，及时、准确发布供需和价格信息，保障高强钢筋的供应。

　　二是加强技术创新，加快产品升级换代。注重新工艺和新技术的研发，降低成本。加强高强钢筋标准、规范和应用研究，满足不同需求。积极开展500MPa、600MPa级及以上螺纹钢筋产品和相应配套技术的研发，形成政府引导、企业为主体、高校和研究机构参与、满足下游行业需求的“产学研用”协同创新机制，加快钢铁产品升级换代。例如，天津钢铁集团积极推进高强钢筋技术的开发，寻找转型升级的新思路。他们以客户为中心，先后研发成功各类高强钢筋共计17个，如用于房屋、桥梁、道路等建设的HRB400(E)、HRB500(E)ф10mm～ф50mm国标热轧带肋钢筋，以及460MPa、500MPa级别B500Bф10mm～ф50mm英标螺纹钢筋;用于大、中跨度桥梁、核电站等建设的PSB785、PSB830ф25mm、ф32mm预应力混凝土用螺纹钢筋(精轧螺纹);用于岩体锚固的HRB400、HRB500ф20mm～ф25mm矿用锚杆钢;440MPa级别KL400ф12mm～ф40mm余热处理钢筋;HRB400(E)、HRB500(E)ф6mm～ф12mm盘螺钢筋等。

　　三是加强沟通协调，加快推广应用。高强钢筋推广应用涉及建设、设计、施工、监理、生产等多个部门，一定要建立有效的协调机制。要积极发挥协调领导小组的作用，充分发挥企业的主体地位和积极性。钢铁企业在加强技术研发的同时，要主动与建设、设计和施工单位沟通衔接，及时解决高强钢筋在应用中的技术问题，确保钢筋质量和建筑工程质量。

　　四是加强宣传培训，积极开展示范工程。积极开展相关标准、规范的宣传培训工作，在全面推进高强钢筋应用的基础上，选择部分示范工程，发挥引领作用，有效推进。要充分发挥天津市钢铁工业协会的桥梁作用，搭建平台，积极服务，为政府部门提建议，为形成用好高强钢筋的社会氛围积极做工作。

　　天津市城乡建设交通委员会设计处处长赵建设表示，目前，天津的建筑设计单位已经从龙头开始设计使用高强钢筋，而且还有专门的审查机制。但是任何一种新的材料上市要有一个被接受的过程，需要钢企、钢贸商、建筑设计单位、开发商和施工单位通力合作、优势互补，在各个环节上实现共赢。钢铁生产企业的科技研发人员要深入到建筑企业，到施工工地搜集各类型钢筋在使用过程中遇到的问题(比如穿水冷却钢筋和超细晶粒钢筋在使用、加工过程中某些性能会发生变化)，通过掌握第一手资料了解用户的需求，有针对性地改进钢筋生产工艺，并调整成分设计，从而生产出用户满意的产品。尤其鼓励钢铁企业与建筑企业合作，根据不同区域、不同工程的需要，建立各具特色的钢材加工配送合作联盟，改变钢筋加工地点分散、效率低、成本高的现状，实现专业化、规模化加工配送，提高钢筋加工成品的质量。

　　有专家认为，现在到了推广高强钢筋应用的好时期，但仍有很多问题要解决，合理配送高强钢筋就是其中的一个。配送不是简单的配料，而是要求钢铁企业由生产型企业向服务型企业转型。

　　视点

　　顺利淘汰Ⅱ级螺纹钢还须多方合力

　　在接受《中国冶金报》记者采访时，多数受访者表示，目前，Ⅱ级螺纹钢已经得不到市场的认可了，淘汰Ⅱ级螺纹钢是大势所趋。但我们也要看到，由于资源“瓶颈”的制约、市场退出机制和监管机制的不完善、加工配送环节的缺失、市场需求尚存等因素的影响，高强钢筋要在短期内完全取代Ⅱ级螺纹钢仍面临着不小的阻力，需要政府和企业多方合力，共同推进。

　　首先，政府要全面考虑推广应用高强钢筋的配套问题，尽快细化相关规定和政策，做好技术和资源的准备研究工作。

　　加速淘汰Ⅱ级螺纹钢，不留过渡期，显示出国家淘汰落后产品的决心。但仅仅有决心是不够的，还需要下大力气坚决推进。这需要相关部门在考虑现有条件、市场需求的基础上，把工作做细，不留纰漏，从源头完善各项设计和质量标准，建立落后产品的退出、监管机制和使用高强钢筋的激励机制，保证退市和推广都有章可循，并且层层有人管、事事有人具体负责。同时，地方政府也要尽快出台高强钢筋推广计划，明确推广路线图，加大高强钢筋的推广力度。

　　此外，政府要充分考虑高强钢筋推广应用所面临的资源“瓶颈”、技术发展阶段等问题，由相关部门牵头早做调研，有针对性地提出解决预案。例如，对于企业进行生产设备和工艺改造时缺乏必要的技术和资金，国家要给予积极的政策引导和支持。对于可能面临的资源约束，要及早进行设计成分和钢筋升级换代模式的研究，并对资源保障工作早做规划。

　　其次，企业要早作打算，抓住机遇调整产品结构，实现转型升级。

　　Ⅱ级螺纹钢加速退市，使部分单纯生产该品种的小型钢厂面临着生存空间被压缩甚至被淘汰的命运。我们要清醒地认识到，国家有关部门下决心推进高强钢筋替代Ⅱ级螺纹钢，是钢铁行业和企业加速产品结构调整、实现优胜劣汰的难得机遇。钢铁生产企业要紧紧抓住这个机遇，实现设备和工艺的升级换代，加快新品种规格产品的研发，提高产品质量，开拓新的市场领域。更多的企业参加到市场竞争中来，也有助于加大高强钢筋的研发和生产力度。同时，钢铁企业要注重增强服务意识，向高强钢筋加工配送的产业链方向延伸，加强对钢贸商和终端用户的技术、现场指导。这既有助于解决当前加工配送环节存在的服务缺失、用户使用不方便等问题，也有助于生产企业拓展市场销路、与客户建立起稳定的合作关系。