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以铌代钒 助高强钢筋蓬勃发展

来源:网络 2017-10-13 10:53:10

当前,我国钢铁工业产品结构有待进一步升级,高强钢筋升级换代工作更加迫切。经过多年推广,高强钢筋的工装设备、生产技术、标准规范等已相对成熟,高强钢筋的优点和发展趋势已经得到社会各行业的广泛认可,为成立高强钢筋推广应用协调组、在全国范围内推广高强钢筋创造了条件。

  开辟以铌代钒的高强度钢筋生产技术路线

  为推动铌在钢筋中的应用,解决标准和规范对铌应用的限制问题,中国微合金化科技工作者从1996年起推广含铌热轧钢筋的技术,赞助并参与了铌铁和热轧钢筋标准(BG1499-1998)的修订(把含铌钢筋纳入标准),与钢铁企业合作开发出新Ⅲ级含铌热轧钢筋,在中国开辟了以铌代钒生产高强度钢筋的技术路线。

  高强钢筋中加铌可一举两得:细化晶粒,沉淀强化及固定氮。细化相变后的铁素体晶粒,可在提高强度的同时提高钢的韧性及其他特殊性能,满足建筑物的持久安全性要求。铌在钢中的作用与铌的存在形式相关,沉淀铌在提高强度的作用方面是钒的2倍、钛的10倍。

  0.01%铌的强化作用相当于0.02%碳的强化作用。这种用铌微合金化提高钢的强度的方法使普碳钢的发展走出了只靠增加碳量来提高强度的“死胡同”。铌的应用允许大幅度降低钢的碳含量,从而提高强度和韧性,改善焊接性能,延长抗疲劳寿命。

  总之,铌提高了钢筋的强度,改善了韧性,因而提高了钢材的性价比,受到广大用户的青睐。

  机遇青睐有准备的“铌”

  经过几代钢铁科研工作者的积极推动,我国铌、钒和钛微合金化技术和工艺获得了较快的发展,尤其是采用铌、钒微合金化工艺生产出了HRB400、HRB500热轧高强抗震钢筋。同时,作为铌微合金化技术的推动者——中信微合金化技术中心独辟蹊径,致力于铌微合金化高强钢筋的研究、推广和应用。

  自2004年以来,钒资源价格暴涨,极大地促进了铌微合金化工艺生产HRB400、HRB500高强抗震钢筋生产技术的发展,也解决了困扰铌微合金化高强钢筋的一系列技术难题,包括贝氏体组织和连续屈服难题、规格效应问题,促进了铌微合金化技术的发展。国内钢厂开展了含铌HRB400Ⅲ级钢筋的生产研制,开发的铌微合金化HRB400钢筋基本上能满足HRB400抗震钢筋的力学性能要求,铌平均添加量为0.03%左右。近几年,在成本压力下,钢筋生产厂家采取不同工艺降低合金成本,如马钢提出了节约型铌微合金化HRB400钢筋的成分与工艺研究,为推动HRB400钢筋减量化、高强化做出了贡献。生产实践也证明,只要工艺设计、控制合理,铌微合金化工艺强化效果明显好于钒微合金化工艺,即所谓的1个铌等同于2个钒(采用钒铁微合金化工艺)或1.5个钒(采用钒氮微合金化工艺)。此外,铌微合金化生产的HRB400、HRB500热轧钢筋呈现出更理想的抗震性能,即高的强屈比。

  生产实践证明,采用铌微合金化工艺可以生产力学性能稳定、抗震性能优良和组织满足标准要求的HRB400、HRB500高强抗震钢筋,这也为后来采用节约型铌微合金化工艺提供了基础。钢铁科研工作者在深入研究铌微合金化高强钢筋的研发和使用后得出主要结论:

  一是铌微合金化工艺生产钢筋拓宽了人们对传统铌微合金化强化效果认识,即铌微合金化钢筋工艺更主要的是发挥了铌微合金化的析出强化效果,同时匹配了铌在加热阶段的抑制奥氏体晶粒长大和轧制过程中细化晶粒的综合效果。因此,铌微合金化钢筋的强化效果更显著。

  二是生产实践证明,添加0.03%铌,加热温度目标范围可以为1100℃~1200℃。对于铌微合金化钢筋中存在的贝氏体组织,可以通过工艺控制全部消除。

  三是由于成本压力,钢厂提高碳含量,降低铌含量,更好地发挥了铌微合金工艺的强化效果,尤其是采用节约型铌微合金化工艺生产HRB400钢筋为钢厂降低生产成本提供了技术方案。

  四是采用铌微合金化工艺、铌钒复合微合金化工艺完全可以生产满足要求的HRB500高强抗震钢筋。

  未来高强钢筋产品将向功能化发展

  近年来,我国钢筋产量明显提升。2014年,我国生产钢筋21527.8万吨,约是2006年钢筋产量的2.5倍。2015年,钢筋产量为20430.6万吨,同比下降7%,这是近10年来(除2008年金融危机时外)我国钢筋年产量首次下降。2016年,我国钢筋产量为20080.6万吨,同比下降0.6%。

  随着我国建筑安全性的提高和受《国家发展改革委关于修改<产业结构调整指导目录(2011年本)>有关条款的决定》等国家相关产业政策的影响,我国钢筋产品结构不断优化。2014年、2015年、2016年,我国Ⅲ级及以上高强度钢筋占钢筋总产量的比例均在80%以上,较2006年提高近60个百分点。

  在我国城镇化进程的推动下,高强钢筋消费量不断增长。2014年,我国高强钢筋消费量达到2.15亿吨,同比增长4.5%。随着我国经济进入新常态,在房地产、厂房及基础设施建设增速趋缓的影响下,我国高强钢筋需求进入峰值弧顶区。2015年,我国钢筋消费量达2.04亿吨,同比下降5.1%;2016年,我国钢筋消费量达到2亿吨,同比下降1.7%。

  然而,随着国家一系列高强钢筋推广政策的实施,Ⅲ级及以上级别的高强钢筋使用量正在不断上升。2014年,我国Ⅲ级及以上级别高强钢筋消费量达到1.66亿吨,占钢筋产品总消费量的77%。2015年,高强度钢筋消费量和消费比例继续上升,Ⅲ级及以上钢筋消费量达到1.69亿吨,占总消费量的82.6%。2016年,钢筋品种消费结构进一步改善,Ⅲ级及以上螺纹钢筋消费量为1.71亿吨,占总消费量的85.2%。

  2020年,我国城镇化进程将结束加速发展阶段,进入稳步阶段,房屋建设、城市基础设施建设速度也会趋于平缓,高强钢筋的进一步发展面临挑战:一方面,国家促进建筑钢材升级换代和推进减量化用钢,钢筋混凝土结构的建筑部分将被钢结构建筑替代,钢筋占建筑用钢量的比例将呈下降趋势;另一方面,不断出现的新型建筑材料,例如纤维增强混凝土材料、铝合金建筑材料正在瓜分建筑钢材市场。业内人士预计,“十三五”期间我国钢筋需求呈下降趋势,2020年钢筋需求量为1.7亿吨左右。

  “十三五”期间,建筑业迎来绿色化发展,为节约钢材,提高建筑结构的安全性,HRB400级别的钢筋将全面取代HRB335级钢筋,成为建筑用钢的主流产品。此外,随着国家对建筑物安全性能及抗震等级要求的不断提高,我国钢筋等级将进一步提升,HRB500及以上级别钢筋在高层混凝土建筑上的使用量也会有所上升。预计,“十三五”期间高强钢筋需求占比将进一步提高,占全部钢筋需求量的90%以上。

  与此同时,我国钢筋产品结构将向功能化(高抗震性、耐腐蚀、耐火)方向发展。由于我国部分城市属于地震多发地区,对高强抗震钢筋提出了更高的要求。耐火钢筋在一些耐火等级高的大型厂房、民居、商务楼等建筑结构上将迎来良好发展。为防止在海水等特殊场合使用的钢筋混凝土受到腐蚀,耐腐蚀钢筋将在跨海桥梁、沿海码头等工程中推广应用。

 

 

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