钢筋焊接网用材的新变化

      翟文      翟武                

   【提要】 正在修订的行业标准《钢筋焊接网混凝土结构技术规程》，新增了高延性冷轧带肋钢筋、500Mpa级热轧带肋钢筋以及400Mpa和500Mpa级的细晶粒热轧带肋钢筋的焊接网。扩大了规程覆盖面，使钢筋焊接网在用材方面发生了新变化。

   【关键词】产品质量；生产工艺；强度设计值；新变化

   1、前言

   正在修订的行业标准《钢筋焊接网混凝土结构技术规程》，在材料方面增加了高延性冷轧带肋钢筋、500Mpa级热轧带肋钢筋以400Mpa和500Mpa级的细晶粒热轧带肋钢筋的焊接网。上述钢材品种，均属于高强钢筋范围，具有强度高、综合性能优的特点，是节材节能环保产品，在钢筋焊接网这一新技术中应用，表明钢筋焊接网在用材方面发生了新变化，这对于加快推广应用高强钢筋，实现钢筋焊接网的产品升级具有重大意义。

   一般地说，近年来钢筋焊接网采用的钢筋大部分是GB13788规定的CRB550冷轧带肋钢筋。随着工业与民用房屋、市政工程、公路桥梁、高速铁路、港工、水工及一般构建物对建材性能和建筑安全性的要求越来越高，仅用CRB550冷轧带肋钢筋显然已不能适应国家推广高强钢筋的新形势。由此，钢筋焊接网在用材方面也将发生新的变化。

   2、钢筋产品质量发生新变化

   2.1 产品质量现状

   根据冷轧带肋钢筋国家标准GB13788－2008的规定，CRB550级冷轧带肋钢筋的条件屈服强度R_p0.2≥500MPa、抗拉强R_m≥550MPa、伸长率A_11.3≥8.0%、最大力总伸长率A_gt≥2.0%；弯曲试验（D=3d，180°）后，受弯曲部位表面不得产生裂纹。使用优质盘条、严格控制轧制工艺，在生产过程中仍须时刻注意及时调整工艺参数以满足产品标准要求，即使这样，有时个别产品的性能指标仍不合格，特别在伸长率方面有时处于边缘状态。再有，出厂时检验合格，运到工地停放几天后，由于时效应力的影响，伸长率有时也会变为不合格。冷轧带肋钢筋伸长率，常是生产厂家与用户比较关注的问题。  

   低碳钢热轧圆盘条经过冷轧后，强度提高，延性降低，对外形尺寸又有严格要求，其伸长率很难达到GB 13788标准中8.0%的要求。《国家产业结构调整指导目录（2011年本）》提出对产能在1万t以下的冷轧带肋钢筋生产装备实行分阶段淘汰，这为冷轧带肋钢筋的技术创新、产品升级带来了新的发展机遇。

   2.2产品质量升级

   高延性冷轧带肋钢筋是国内近年来研制开发的新型冷轧带肋钢筋，其抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、最大力总伸长率都达到了高强高延性钢筋的要求。国家住房和城乡建设部新修订的行业标准《冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程》JGJ95-2011，首次纳入高延性冷轧带肋钢筋，旨在促进冷轧带肋钢筋的升级换代。国家工业和信息化部于2011年12月20日发布了行业标准《高延性冷轧带肋钢筋》YB/T4260-2011，于2012年7月1日实施。

   为区别以往的冷轧带肋钢筋，经业内专家讨论，高延性冷轧带肋钢筋的牌号定名为：CRB600H。C、R、B分别为冷轧（cold-rolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bar）三个词的英文首字母，H代表高延性。

   产品主要为细直径规格（Φ5-12mm），外形与细直径热轧带肋钢筋相似，为沿长度方向均匀分布的两面横肋。高延性冷轧带肋钢筋的抗拉强度为600Mpa，比现有标准提高50Mpa，产品的屈服强度标准值fyk=520MPa，比现有标准提高20MPa；断后伸长率A_5.65≥14%，比现有标准提高50%；最大力总伸长率A_gt≥5%，比现有标准提高了1.5倍，充分改善了产品的力学性能。经国家建筑钢材质量监督检测中心、国家金属制品质量监督检测中心检测，该钢筋的各项力学性能指标完全达到热轧Ⅳ级（HRB500级）钢筋的国家标准，强度高，延性好，产品外形尺寸精确，表面质量优良，与混凝土之间的粘结锚固性能良好。工艺技术创新有效促进了产品质量的优化，能满足高端客户的使用要求，为高延性冷轧带肋钢筋产品的应用和产业化发展开辟了新途径。

   2.3高延性冷轧带肋钢筋的金相检验结果

   钢筋经稳定化热处理后，可获得具有微细晶粒结构的高强度高延性的冷轧带肋钢筋。此种钢筋的金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度不粗于9级，其钢筋晶粒度检验参照GB1499.2-2007标准中细晶粒热轧钢筋的规定要求，见表2。

   高延性冷轧带肋钢筋的研发成功，行业标准《高延性冷轧带肋钢筋》YB/T4260-2011的实施，使冷加工高强钢筋生产工艺的技术创新推向一个新阶段。行业标准《冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程》-JGJ95-2011和正在修订的行业标准《钢筋焊接网混凝土结构技术规程》将高延性冷轧带肋钢筋纳入施工技术规程，使两个行业标准施工技术规程发生了质的变化。

   3、钢筋生产工艺发生新变化

   3.1技术创新

   目前，国内生产冷轧带肋钢筋的工艺设备，一般采用主动式或被动式轧机，生产两面或三面带肋钢筋。由于工艺基本定型，多年来没有大的革新，不能适应技术进步的新形势。

   安阳市合力高速冷轧有限公司根据我国建筑行业推广应用400MPa、500MPa高强度钢筋的发展趋势，坚持走优化工艺、淘汰落后的发展道路，集研发、制造、生产、销售于一体，自主创新一套全新的高延性冷轧带肋钢筋生产装备。这套工艺设备布局合理，运行稳定，速度可调，操作方便，整条生产线实现了自动化、连续化、高速化作业。单机年产能已达到2万t。新研制的智能化轧机的单机年产能达到8万t，设备运行率、生产作业率、轧辊更换率、投入产出率均达到国际先进水平。公司已申请39项专利，其中6项发明专利，并成为国家高新技术企业。

   3.2生产工艺

   生产工艺流程：低碳热轧圆盘条→除鳞处理→冷轧机组→在线热处理→数控定尺剪切→定尺或盘卷自动收线。

   该生产线经过不断改进和创新，改变了传统的生产工艺，其主要特点是：采用主、被动两套轧机配合（一道冷轧减径、一道压肋），主动轧机的成型轧辊用于轧制出所需要的肋，可以直接咬入钢材产生足够的牵拉作用，使其通过被动轧机的减径辊，形成一次减径、一次成型的生产方式。这种一拉（主动轧机）一拖（被动轧机）两步生产方式，配合紧凑，保证了钢筋在主动轧机和被动轧机之间同步运行，既不会使钢筋被拉断又不会出现钢筋在两个轧机之间存续，提高了生产效率，产品合格率、产品成材率可达99%以上，外形尺寸及表面横肋不被损伤，并且产品不受反复弯曲，内部微裂纹少且小。资料显示，冷加工是提高钢筋强度的有效途径，通过对钢筋实现大量塑性变形，使内部组织发生畸变，晶体结构被破碎形成亚结构，位错密度增加，因而提高了钢筋强度。

   当轧制速度在200m/min以下时，主、被动轧机结构形式是最合理的设计。与双主动轧机比较，主、被动轧机机械结构相对简单，换辊方便；不存在双电机因速度匹配造成对设备和原料的损坏。轧机采用轧辊自锁方式，解决了轧辊与机座间隙引起的振动及其导致轧辊非正常断裂、拆卸、安装困难的问题，同时增加了机身的有效长度，一机多用，不需要更换轧辊即可生产多种规格（Φ5.5-12mm）。

   用这种先进装置生产500MPa级钢筋具有以下主要特点：一是以普通碳素钢为原料，采用冷轧和在线热处理工艺，生产高效节约型建筑用钢，以节约钢材和降低工程造价。特别是节约了宝贵的合金和微合金资源，这是该工艺技术的最大亮点。二是通过优化冷轧工艺，利用控轧新技术，改善内部组织，提高了钢材强度，并保证了外形尺寸精度。三是通过热处理控温技术，利用在线快速加热法进行稳定化调质，获得良好的力学性能，使钢的强度、延性及外形尺寸达到相对稳定的质量标准，是一种经济合理地生产500MPa级高强钢筋的有效途径之一。

   3.3在线热处理

   采用在线热处理技术，将控制轧制与热处理相结合，使两种强化效果相加，大幅度提高钢材强度和延伸性，消除钢筋在轧制过程中产生的内应力，从而形成一项科学的冷轧形变热处理技术，大幅优化了冷轧带肋钢筋的工艺技术和产品质量。资料表明，热处理不仅可以改善钢的加工性能，更重要的是可以改善其使用性能，特别是显著提高了钢的力学性能，并延长其使用寿命。由于钢在固态范围内，随着加热温度的变化，其内部组织结构将发生相应变化，因此，利用不同的加热速度、加热温度和保温时间，来控制或改变钢的组织结构，使其得到不同的性能。所以，实际生产中，采用高温短时快速加热法，不但经济效果好，而且可以获得较好的力学性能和细晶组织。加热温度控制在500-680℃，得到的组织为回火索氏体。钢在这个温度回火后，可得到强度、韧性、塑性配合都较好的力学性能。

   3.4科技查新

   经科技查新确认，由安阳市合力高速冷轧有限公司研制的高延性冷轧带肋钢筋及生产装备，在所检文献中，除本项目研究单位申请的专利和生产装备及产品的报道外，国内外未查阅到与本项目相同的文献与专利报道。这意味着该高延性冷轧带肋钢筋生产装备填补了国际冷加工钢筋生产的一项空白，达到了冷加工钢筋产品质量的世界先进水平。

   3.5成果评估

   最近，国家住房和城乡建设部科技发展促进中心组织专家对该生产技术科技成果进行评估，专家一致认定：采用主被动式冷轧与在线热处理集成技术生产高延性冷轧带肋钢筋是国内首创，达到了国际先进水平。该技术符合国家推广高强度钢筋的产业政策，丰富了钢材品种，节省工程用钢量，经济效益和社会效益显著，应用前景广泛，是一项值得推广的新技术。

   4、钢筋的强度设计值发生新变化

   钢筋的强度设计值，涉及结构安全、使用性能及经济性，在施工技术规程中一般作为强制性条文规定。在本次新修订的《钢筋焊接网混泥土结构技术规程》中，将CRB550和CRB600H的强度设计值分别定为400N/mm²及415N/mm²，高延性冷轧带肋钢筋CRB600H比普通冷轧带肋钢筋CRB550高15N/mm²，按抗拉强度设计值等强度代换原则测算，高延性冷轧带肋钢筋CRB600H比CRB500钢筋节省钢材4%，相当于每使用一吨钢材可节约40公斤钢筋，价值近200元成本。如果将目前钢筋焊接网的用材改用高延性冷轧带肋钢筋，其经济效益十分可观。

   最近，郑州大学综合设计院正在给某县公安局业务技术用房和某生产车间进行施工图设计，某县公安局业务技术用房地下1层，地上12层，结构形式框架---剪力墙，建筑面积15000平方米（见图1）。某生产车间地上5层室内外高差0.2米，建筑总高度23.3米，建筑面积19800平方米，结构形式框架结构，共3栋（见图2）。这两项工程的设计依据是《冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程》JGJ-952011。产品标准是《高延性冷轧带肋钢筋》YB/T4260-2011，采用部位为楼板受力钢筋及分布钢筋。据专家介绍，这样设计可保证钢材的使用性能和工程安全性。

   高延性冷轧带肋钢筋CRB600H焊接网剪力墙试验表明，试件均以混凝土破坏导致试件失败，钢筋没有发生断裂，说明这种焊接网作为剪力墙的水平、竖向分布筋能够满足抗震性能要求。

   高延性冷轧带肋钢筋焊接网主要用于配筋的板类构件、墙体、桥面铺装、路面等混凝土结构的设计或施工，以其生产工艺简便、产品性能优良、品种规格齐全、节约钢材及成本造价、能保证使用性能及构件安全等独特优势，在钢筋焊接网用材方面将发挥主导作用。

   5、结语

   高延性冷轧带肋钢筋的研发成功，行业标准《高延性冷轧带肋钢筋》YB/T4260-2011的实施，

   使冷加工高强钢筋生产工艺的技术创新推向一个新阶段。行业标准《冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程》-JGJ95-2011和正在修订的《钢筋焊接网混凝土结构技术规程》将高延性冷轧带肋钢筋纳入施工技术规程，使两个技术规程发生了质的变化。首先，将抗拉强度由550MPa提高到600MPa级，意味着建筑安全系数提高了，还能节约钢材。其次，将伸长率提高50%，特别是最大力均匀伸长率提高1.5倍，大大提高了钢筋的延伸性、抗震性，有效地防止了钢筋脆断，保证了抗震安全度。其三，将强度设计值从360MPa提高到415MPa，扩大了高延性冷轧带肋钢筋的应用范围，不仅应用于现浇楼板，并可应用于剪力墙，大规格可应用于圈梁。据专家测算，强度设计值的提高，标志着每使用一吨高延性冷轧带肋钢筋比CRB550节约钢筋40公斤，比400Mpa节约钢筋130公斤左右。其四，高延性冷轧带肋钢筋强度、延性和设计值的提高，标志着应用冷加工钢筋台阶的提高，有利于促进冷轧带肋钢筋及钢筋焊接网用材的更新换代，有利于高强钢筋的推广应用。

   高延性冷轧带肋钢筋CRB600H焊接网剪力墙试验表明，试件均以混凝土破坏导致试件失败，钢筋没有发生断裂，说明这种焊接网作为剪力墙的水平、竖向分布筋能够满足抗震性能要求。

   高延性冷轧带肋钢筋焊接网主要用于配筋的板类构件、墙体、桥面铺装、路面等混凝土结构的设计或施工，以其生产工艺简便、产品性能优良、品种规格齐全、节约钢材及成本造价、能保证使用性能及构件安全等独特优势，在钢筋焊接网用材方面将发挥主导作用。