热轧带肋钢筋强度等级(2022年热轧带肋钢筋服役安全性分级排名解读)

Posted 2023-06-02

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热轧带肋钢筋强度等级(2022年热轧带肋钢筋服役安全性分级排名解读)

钢筋一直是我国钢材产品中消耗量最大的品种，2021年的钢筋产量达到了25206.3万吨，约占钢材产量的19%；虽然较2020年的产量（26754.2万吨）有所回落，但仍处于较高的水平。作为基建和建筑工程用基础材料之一，广泛应用在高速公路、铁路、桥梁、隧道、水坝等公用设施，以及房屋建筑的基础、梁、柱、墙、板等的建设中，是不可或缺的结构材料。因此，钢筋质量对于保障基础设施和建筑安全至关重要。然而，由于受产品逐利驱动，许多企业在生产钢筋时，采用了“穿水工艺”，即钢筋在轧制结束离开轧机后，立即进行喷水冷却，随后再进入冷床冷却，此时利用钢筋芯部余热进行热处理，获得的产品则被广泛地称为“穿水钢筋”。

此类工艺生产的钢筋虽然能够控制成本，提高产品的强度，但是也存在诸多较致命的缺点，例如：极易生锈；在放置或服役过程中会发生强度明显降低的现象；经焊接后，焊接接头强度降低，容易在接头处发生断裂的隐患；以及耐疲劳性能降低等等，都会极大地破坏钢筋的抗震性能，影响服役安全性，对人民生命安全和建筑结构的安全运行造成长期的隐患。与之相比，热轧带肋钢筋则在放置或服役过程中的强度变化不明显，焊接后的接头强度变化也不大，抗震性能优于“穿水工艺”处理钢筋。因此，热轧带肋钢筋在服役时具有更高的安全保障。同时，国家标准委员会于2018年2月6日颁布并实施了新版标准GB/T 1499.2-2018《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》（代替GB/T 1499.2-2007），希望能够减少和遏制穿水钢筋“冒充”热轧钢筋的现象。

为了检验市场上钢筋的服役安全性，“新材指数”联合钢铁研究总院钒应用技术推广中心，通过在全国范围内的市场随机购买的方式，对热轧带肋钢筋进行抽样检验，分析了钢筋的实物质量，并参考钢铁产品质量能力分级评价的方法，进行了抽检产品实物质量分级排名，从实物质量的角度对钢筋的服役安全性进行分级评价。

一、热轧带肋钢筋样品的随机抽样

在全国7个区23个省随机购买了102批“热轧带肋钢筋”样品，分属97家企业。抽样牌号全部为HRB400E，规格为φ25mm（注：市场抽样时间为2021年）。97家企业中，东北地区10家，华北地区19家，华南地区11家，西北地区10家，华东地区24家，华中地区7家，西南地区16家。

对样品的实物质量进行了检测，包括化学成分、力学性能、宏观金相、截面维氏硬度、显微组织等。

二、抽样结果分析

1、样品合格率情况

此次从市场随机抽样的97家企业的102批热轧带肋钢筋样品中，大部分样品都能满足标准要求，其中31批样品出现了部分指标不合格的现象，涉及的企业共31家。样品不合格率为30.4 %，不合格企业数量占比为32.0 %。不合格指标项主要有C元素、屈服强度、宏观金相、截面维氏硬度和显微组织。

（1）C元素

GB/T1499.2-2018标准规定C元素含量上限值为0.25wt%，且成品化学成分允许偏差应符合GB/T222-2016的规定，即C元素含量允许偏差不超过其上限值的0.02wt%。97家企业的102批样品中，18批样品的C含量高于0.025%，但符合GB/T222-2006标准固定的C含量偏差要求；4批样品的C含量达到了0.28%以上，不符合GB/T1499.2-2018标准要求。C元素不合格率为3.9%。

（2）屈服强度

97家企业的102批样品中，3批样品的屈服强度略低于400MPa。力学性能不合格率为2.9%。

（3）宏观金相

此次抽样的102批样品中，钢筋截面基圆的宏观金相共出现了3种类型：（1）均匀截面，（2）不封闭环，（3）封闭环，如下图所示。

为了区分热轧和非热轧带肋钢筋，新版标准GB/T1499.2-2018规定：若截面基圆出现了明显不同于内部衬度的封闭环，则为非热轧带肋钢筋。根据宏观金相检测结果，共有14批样品为非热轧带肋钢筋。宏观金相不合格率为13.7%。

（4）截面维氏硬度

对97家企业的102批样品的截面维氏硬度进行了测试，其中15批样品的截面基圆外围与基圆中心的硬度差超过了40HV，属于不合格品。截面维氏硬度的不合格率为14.7%。

（5）显微组织

与上述3种宏观金相对应，此次抽检样品的显微组织出现了如下几种情况：

a、均匀截面：基圆外围至心部的显微组织均为铁素体（F）+珠光体（P），且晶粒大小均匀一致；

b、截面有未封闭环

组织类型一：基圆外围至心部的显微组织均为铁素体（F）+珠光体（P），但是基圆外围组织比心部组织更细小；

组织类型二：基圆外围显微组织为贝氏体（B）/回火马氏体（回火M）+铁素体（F）+珠光体（P），心部显微组织为铁素体（F）+珠光体（P）。

c、截面有封闭环：基圆外围显微组织为回火马氏体（回火M），心部显微组织为铁素体（F）+珠光体（P）。

新版国标GB/T1499.2-2018规定热轧带肋钢筋的截面基圆显微组织应为铁素体（F）+珠光体（P）。对97家企业的102批样品的截面基圆显微组织进行了观察，共23批样品出现了贝氏体或回火马氏体组织，不符合热轧带肋钢筋的显微组织特点。显微组织不合格率为22.5%。

上述各不合格指标所占比例汇总如下图所示：

2、Mn、V合金元素含量与钢筋是否“穿水”的关系分析

依据行业经验，当采用“穿水”工艺生产钢筋时，基圆表面与中心的截面硬度差ΔHV基本可达到40HV以上。因此以截面硬度差ΔHV为判断标准，分析了Mn含量、V含量与钢筋是否“穿水”的关系。可以看出，当Mn含量低于1wt%时，截面硬度差均超过了40HV，此类钢筋均采用了“穿水工艺”；当V含量高于0.02wt%时，截面硬度差均能控制在40HV以下，此类钢筋均无需采用“穿水工艺”，可保证钢筋的服役安全性。

下图为Mn含量与V含量的关系。可以看出，“低Mn”钢筋还有“低V”的特点，这种做法虽然能够很好地控制生产成本，但却降低了钢筋的服役安全性，具有潜在的安全隐患。

3、均匀延伸率、强屈比与钢筋是否“穿水”的关系分析

同样以截面硬度差ΔHV为判断标准，分析了均匀延伸率和强屈比与钢筋是否“穿水”的关系。均匀延伸率和强屈比在一定程度上都体现了钢筋在屈服之后能够保证一段稳定的塑性变形而不至于突然断裂的能力，对于钢筋的服役安全性具有重要意义。

下图为均匀延伸率与截面硬度差的关系，当采用“穿水工艺”时，均匀延伸率降低较明显，出现了接近标准规定下限值（≥9.0%）的现象（见图中箭头所示），均匀延伸率的波动性明显增大。

对比分析了强屈比与截面硬度差的关系，当采用“穿水工艺”时，强屈比降低明显，甚至接近标准规定下限值（≥1.25）（见图中箭头所示），同时强屈比的波动性增大。

通过上述参数的对比分析可以看出，与热轧带肋钢筋相比，采用“穿水工艺”生产的钢筋，有表面硬化层，截面性能均匀性差，且屈服后有极易断裂的倾向，存在抗震安全性降低的隐患。

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三、热轧带肋钢筋服役安全性之抽检实物质量分级排名

由于此次市场抽样的样品仅进行了实物质量的检测，因此从产品实物质量的角度出发，对热轧带肋钢筋样品的服役安全性进行了分级评价。

根据热轧带肋钢筋的抽样检测结果和性能规定，设置了如下考核项，确立产品质量分级评价模型：

对抽检热轧带肋钢筋的实物质量按照企业进行了分级排名。此次评级分为A+级（≥85分）、A级（80~84.99分）、B级（60~79.99分）和C级（＜60分），质量等级A+级代表具有极高的实物质量，A级代表具有高的实物质量。

97家企业中，共有30家A+级企业，32家A级企业，21家B级企业，14家C级企业。A+级的各企业之间，以及A级的各企业之间的实物质量差距较小；B级各企业之间和C级各企业之间的实物质量差距则越来越明显。

位于A级和A+级的企业，抽样的产品均为热轧带肋钢筋，Mn、V等合金含量高，截面组织和硬度较均匀，各项指标均能符合标准要求，力学性能（如强度、延伸率等）高出标准规定值较多，服役安全性高。位于B级和C级的企业，抽样的产品中则出现了一个或多个指标不合格的现象，截面组织的均匀性和一致性较差，截面硬度差也较大，采用“穿水工艺”的可能性较大，影响服役安全性。

对抽检热轧带肋钢筋的实物质量按省份进行了分级排名。此次抽检的样品所涉及的省份中，宁夏、山东、黑龙江的热轧带肋钢筋产品实物质量较高，服役安全性较高；重庆、贵州、江西的热轧带肋钢筋产品实物质量较差，从而服役安全性也降低。

最后对抽检热轧带肋钢筋的实物质量按地区进行了分级排名。此次抽样的样品所涉及的区域中，华中地区的产品实物质量最高，服役安全性也较高；西北地区次之，华北地区排名第三，西南地区的产品实物质量较差，在此次的分级排名中位于最后一位。

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四、小结

1、通过对影响抽样热轧带肋钢筋服役安全性的实物质量的分级评价可知，排名越靠后，采用“穿水工艺”的可能性越大，导致此类产品在服役后存在安全隐患。出于安全角度考虑，应当加大对市场流通的热轧带肋钢筋产品的监督力度，推动新国标在企业的采用率，降低甚至消除在热轧带肋钢筋市场上的“穿水钢筋”的流通。

2、通过合金元素、力学性能指标与钢筋“穿水”的关系分析可以看出，为了提高钢筋质量，需要舍弃以往的降低合金含量（低Mn低V等）的成本控制手段，转而采用以微合金化的方式（例如提高Mn含量、V微合金化等），保证热轧带肋钢筋的产品合格率和质量稳定性，促进热轧带肋钢筋市场的产品质量和服役安全性的提升。

钢铁研究总院、钢研新材是我国钢铁产品质量能力分级理念提出、分级评价技术研究和应用实施团队，也是质量能力分级工作在冶金行业拓展应用的积极推动方。2016年起，基于质量全要素+质量大数据分析的方法论，以各生产工序为基本评价单元，产线及工序间形成质量继承算法，综合考虑产线技术装备能力、产品技术指标冗余度、实物应用性能等全流程要素，建立“工序评价、质量遗传、价值函数”全套评价模型，实现了对特定生产线类别、特定产品的质量能力的连续、量化评价。

目前，依托钢研新材团队，已连续4年发布钢铁产品质量分级评价分级排名。包含30多个质量分级排名榜单，涵盖了船舶、海工、容器、管线用钢等产品，并延伸至研发能力、品种能力、技术竞争力等方面，得到了用户企业、钢铁企业的广泛认同。2020年与中国钢铁工业协会发布了行业首个《钢铁产品质量能力分级白皮书》，并形成了年度发布机制。

2019年10月，冶金行业首个钢铁产品质量能力分级项目—《钢铁产品质量能力分级评价与示范应用》项目启动。该项目主要针对船舶及海工用钢、民用轴承钢、建筑用钢筋三个重点钢铁产品开展质量能力分级评价和应用示范工作。中冶建研院承担建筑用钢筋质量能力分级评价的具体实施工作，钢研总院、钢研新材承担了船舶及海工用钢、民用轴承钢的质量能力分级具体实施工作。此次钢筋分级排名发布之后，船舶及海工用钢板、锅炉及压力容器用钢板等品种的相关分级排名榜将在近期向行业公开发布，敬请行业各界关注。