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(huán)境友好型、可循環(huán)利用的鋼筋生產(chǎn)技術(shù)路線,已成為今后我國建筑用鋼筋現(xiàn)代化發(fā)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(fā)目前還只有在少數(shù)企業(yè)進行,同時僅有國家冶金技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),沒有相應(yīng)的建筑規(guī)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(chǎn)技術(shù)發(fā)展也不平衡。我國400MPa級鋼筋以20MnSiV為主,少數(shù)廠家能夠批量生產(chǎn)20MnSiNb和20MnTi??傊壳拔覈摻钌a(chǎn)的現(xiàn)狀:從鋼種的角度來看,普遍用低合金鋼、微合金化鋼生產(chǎn)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(fù)利用。而我國還在推廣400MPa級的產(chǎn)品;從能耗與收得的角度來看,目前國內(nèi)即使采用較先進的、引進的熱連軋機生產(chǎn)長型材,仍然采用傳統(tǒng)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(chǎn)過程,同時,還導(dǎo)致對環(huán)境的污染。若繼續(xù)采用這種生產(chǎn)技術(shù),將對資源與環(huán)境造成更大的負(fù)擔(dān),不僅對鋼鐵工業(yè)自身,而且還會對國民經(jīng)濟相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生不利影響;從軋鋼工藝的發(fā)展角度來看,低溫軋制將是軋鋼技術(shù)發(fā)展的總趨勢之一。而現(xiàn)有長材生產(chǎn)中所采用的低溫軋制、穿水冷卻等旨在提高產(chǎn)品性能的技術(shù),實質(zhì)上是傳統(tǒng)扁平材控軋控冷技術(shù)向長材的轉(zhuǎn)移,已不能滿足當(dāng)前對可持續(xù)發(fā)展、材料循環(huán)使用等方面的要求。因為在傳統(tǒng)的控軋控冷中,普遍采用合金化與微合金化手段來實現(xiàn)控軋控冷,以達到提高產(chǎn)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(chǎn)工藝和設(shè)備,提高現(xiàn)有鋼種的性能已成為目前鋼鐵企業(yè)發(fā)展的必由之路。在今后我國將長期面臨礦產(chǎn)資源不足的局面。特別是對于400MPa鋼筋生產(chǎn)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(chǎn)所需的錳鐵60%需要進口,嚴(yán)重受到國際市場制約。為提高鋼材強度,傳統(tǒng)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(chǎn)成本,損害廢鋼的可循環(huán)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(xù)發(fā)展。
通過控軋控冷工藝獲得超細(xì)組織,從而在不增加合金含量的基礎(chǔ)上大幅提高鋼材的性能,成為當(dāng)前國際上研究的熱點。傳統(tǒng)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(xì)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(tǒng)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(xì)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(xì)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(xì)晶粒鐵素體,屈服強度大于400MPa。同時未來鋼鐵材料研究發(fā)展方向是以高純潔度、高均勻度和細(xì)晶粒為主要發(fā)展目標(biāo)之一。以節(jié)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(jì)90年代后期起,中、日、韓三國先后投入巨資開展以獲得細(xì)晶粒鋼為目標(biāo)的新一代鋼鐵材料的重大基礎(chǔ)研究,歐美國家也在積極開展相關(guān)項目研究工作。