推广应用高强钢筋专题报道-冷轧的升级换代

  编者按：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，是冷轧带肋钢筋的升级换代产品。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。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，自主创新一套全新的高延性冷轧带肋钢筋生产装备。单机年产能已达2万t，整条生产线实现了自动化、连续化、高速化作业，工艺技术、产品质量、产业规模都取得了突破性进展。其采用的主被动式冷轧与在线热处理集成技术属国内首创，达到了国际先进水平。
  1 概况
  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。而且，低碳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。不少企业是小规模作坊式生产，缺乏有效的技术管理和严格的质量检验，难以保证产品质量。还有个别假冒伪劣产品进入市场，直接影响到冷轧带肋钢筋产品的信誉。《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。
  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。用作混凝土板类构件的受力钢筋和分布钢筋，既可减少钢筋用量，又可降低工程造价，社会效益和经济效益均十分显著。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/T 4260-2011，于2012年7月1日实施。
  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，在保证钢筋强度的同时，大幅度提高了钢筋的伸长率，工艺技术、产品质量、产业规模实现了突破性进展。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。
  2国内首创的新技术
  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、产品合格率和产品质量，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。据有关资料显示，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）。
  这套生产装备，结构紧凑，操作方便，从原料上线到出成品，仅用一分钟，称“一分钟流程”，生产效率比普通设备提高一倍。新研制的智能化轧机的单机年产能比普通轧机提高10倍，达到10万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。
  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。
  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。
  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。
  3自主研发的新产品
  3.1产品名称
  在行业标准《冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程》JGJ95-2011的修订说明中指出，命名高延性，主要是相对于普通冷轧带肋钢筋而言。由于GB13788中规定冷轧带肋钢筋的最大力总伸长率是2%，高强高延性钢筋已达到5%，提高了1.5倍，命名高延性冷轧带肋钢筋比较适宜。同时，与国家工业和信息化部发布的行业标准《高延性冷轧带肋钢筋》的名称相一致，便于统一，利于推广。
  关于有专家提议改名为“热处理钢筋”。多数专家认为，热处理只是冷加工后的一道工序，并未改变冷轧的工艺性质，故改名为“热处理钢筋”不妥。还有专家提议，作为“热处理钢筋”移出另编标准，这样更不妥，在时间上将影响其推广应用。
  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。
  3.2产品质量
  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,比现行标准提高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A5.65≥14%，比现有标准提高50%；最大力总伸长率Agt≥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使用和产业化发展开辟了新途径。
  4新产品的应用前景
  上述情况表明，高延性冷轧带肋钢筋的基本特点：一是钢材强度高，可节约建筑钢材和工程造价；二是延性高，最大力总伸长率Agt已达到5%；提高了抗震性能；三是与混凝土之间的粘结锚固性能良好；提高了安全度；四是简化和方便施工，为施工提供了便利；五是在生产小规格工艺上比热轧高强钢筋有优势，填补细直径高强钢筋的市场空白。
  高延性冷轧带肋钢筋具有广阔的应用前景：
  1）用于现浇楼板、屋面板的主筋和分布筋。钢筋直径一般为Φ5-12mm，由于现浇楼板的刚度较大，若以高延性冷轧带肋钢筋替代Ⅰ、Ⅱ级钢筋，是细直径钢筋的理想选择。
  2）剪力墙中的水平和竖向分布筋。由于高延性冷轧带肋钢筋的伸长率较大，因此用于剪力墙，能满足抗震要求。
  3）梁柱中的箍筋。当箍筋按受力箍筋计算时，其抗拉强度设计值按360N/mm[～2]取值，而高延性冷轧带肋钢筋的抗拉强度设计值是按415N/mm[～2]取值，完全能达到设计要求。
  4）圈梁、构造柱的配筋。
  5）高延性冷轧带肋钢筋是钢筋焊接网的首选材料，因其具有强度高、延性好、易加工、与水泥混凝土握裹力强等特点，可广泛应用于房屋建设、高速公路、机场跑道、高层建筑及市政建设等工程中。