先進細晶粒普碳鋼鋼筋的開發

面對巨大的市場需求和資源的巨大消耗，提高鋼筋性能，減少建筑用鋼筋用量，尋找一條減少資源消耗、環境友好型、可循環利用的鋼筋生產技術路線，已成為今后我國建筑用鋼筋現代化發展的必然之路。

目前我國廣泛使用的鋼筋為335MPa級低合金鋼20MnSi，重點推廣微合金化400MPa級鋼筋如：20MnSiV和20MnSiNb鋼筋。500MPa級鋼筋的開發目前還只有在少數企業進行，同時僅有國家冶金技術標準，沒有相應的建筑規范，不能在建筑中廣泛使用。而在歐、美國家中主要使用400MPa和500MPa級級高強鋼筋，英、德、日、俄等國大量使用400～600MPa級鋼筋。我國釩、鈮、鈦微合金化III級鋼筋的生產技術發展也不平衡。我國400MPa級鋼筋以20MnSiV為主，少數廠家能夠批量生產20MnSiNb和20MnTi。總之，目前我國鋼筋生產的現狀：從鋼種的角度來看，普遍用低合金鋼、微合金化鋼生產高級別長型材。Si、Mn及合金元素含量偏高和使用微合金元素，不僅增加原材料成本，消耗大量的資源，還不利于材料的回收和重復利用。而我國還在推廣400MPa級的產品；從能耗與收得的角度來看，目前國內即使采用較先進的、引進的熱連軋機生產長型材，仍然采用傳統的高溫加熱（≥1150℃）、高溫開軋（≥1000℃）和高溫精軋（≥900℃）工藝。噸鋼加熱能耗達540kW•h/t（而鋼坯的物理熱和軋制能耗僅分別為230和110kW•h/t），氧化燒損達1.4%，是典型的高能耗、低收得的生產過程，同時，還導致對環境的污染。若繼續采用這種生產技術，將對資源與環境造成更大的負擔，不僅對鋼鐵工業自身，而且還會對國民經濟相關產業的發展產生不利影響；從軋鋼工藝的發展角度來看，低溫軋制將是軋鋼技術發展的總趨勢之一。而現有長材生產中所采用的低溫軋制、穿水冷卻等旨在提高產品性能的技術，實質上是傳統扁平材控軋控冷技術向長材的轉移，已不能滿足當前對可持續發展、材料循環使用等方面的要求。因為在傳統的控軋控冷中，普遍采用合金化與微合金化手段來實現控軋控冷，以達到提高產品性能的目的。例如提高鋼中的Mn含量（達1.6%）、加入Cr、Ni、Mo和加入Nb、V、Ti等合金化及微合金化元素。

研究改進生產工藝和設備，提高現有鋼種的性能已成為目前鋼鐵企業發展的必由之路。在今后我國將長期面臨礦產資源不足的局面。特別是對于400MPa鋼筋生產用的微合金元素將長期面臨資源緊缺局面，同時我國目前20MnSi鋼筋生產所需的錳鐵60％需要進口，嚴重受到國際市場制約。為提高鋼材強度，傳統的做法是增加鋼中的碳含量或合金含量，改進熱處理制度。其局限性是浪費資源、能源，惡化焊接性、韌性，增加鋼材生產成本，損害廢鋼的可循環使用性，大量建筑廢鋼中的稀有貴重金屬無法回收利用，不利于可持續發展。

通過控軋控冷工藝獲得超細組織，從而在不增加合金含量的基礎上大幅提高鋼材的性能，成為當前國際上研究的熱點。傳統的控軋控冷工藝，注重的是材料的組織成分的控制，對利用細化晶粒手段達到提高鋼材性能的研究沒有給予足夠的重視。而且對于低碳鋼，傳統的控軋控冷手段得到的晶粒尺寸為大于5微米，并且借助微合金化手段才能獲得。近十幾年來，國際上廣泛開展了獲得細晶粒組織的研究，以期有效地提高鋼的強度和韌性。其中以普通C-Mn鋼獲得細晶粒的工藝機制為研究工作重點，實驗室已獲得了2～3微米的細晶粒鐵素體，屈服強度大于400MPa。同時未來鋼鐵材料研究發展方向是以高純潔度、高均勻度和細晶粒為主要發展目標之一。以節省資源、降低成本和可回收利用為研究的基本原則。自上世紀90年代后期起，中、日、韓三國先后投入巨資開展以獲得細晶粒鋼為目標的新一代鋼鐵材料的重大基礎研究，歐美國家也在積極開展相關項目研究工作。