先进细晶粒普碳钢钢筋的开发

面对巨大的市场需求和资源的巨大消耗，提高钢筋性能，减少建筑用钢筋用量，寻找一条减少资源消耗、环境友好型、可循环利用的钢筋生产技术路线，已成为今后我国建筑用钢筋现代化发展的必然之路。

目前我国广泛使用的钢筋为335MPa级低合金钢20MnSi，重点推广微合金化400MPa级钢筋如：20MnSiV和20MnSiNb钢筋。500MPa级钢筋的开发目前还只有在少数企业进行，同时仅有国家冶金技术标准，没有相应的建筑规范，不能在建筑中广泛使用。而在欧、美国家中主要使用400MPa和500MPa级级高强钢筋，英、德、日、俄等国大量使用400～600MPa级钢筋。我国钒、铌、钛微合金化III级钢筋的生产技术发展也不平衡。我国400MPa级钢筋以20MnSiV为主，少数厂家能够批量生产20MnSiNb和20MnTi。总之，目前我国钢筋生产的现状：从钢种的角度来看，普遍用低合金钢、微合金化钢生产高级别长型材。Si、Mn及合金元素含量偏高和使用微合金元素，不仅增加原材料成本，消耗大量的资源，还不利于材料的回收和重复利用。而我国还在推广400MPa级的产品；从能耗与收得的角度来看，目前国内即使采用较先进的、引进的热连轧机生产长型材，仍然采用传统的高温加热（≥1150℃）、高温开轧（≥1000℃）和高温精轧（≥900℃）工艺。吨钢加热能耗达540kW•h/t（而钢坯的物理热和轧制能耗仅分别为230和110kW•h/t），氧化烧损达1.4%，是典型的高能耗、低收得的生产过程，同时，还导致对环境的污染。若继续采用这种生产技术，将对资源与环境造成更大的负担，不仅对钢铁工业自身，而且还会对国民经济相关产业的发展产生不利影响；从轧钢工艺的发展角度来看，低温轧制将是轧钢技术发展的总趋势之一。而现有长材生产中所采用的低温轧制、穿水冷却等旨在提高产品性能的技术，实质上是传统扁平材控轧控冷技术向长材的转移，已不能满足当前对可持续发展、材料循环使用等方面的要求。因为在传统的控轧控冷中，普遍采用合金化与微合金化手段来实现控轧控冷，以达到提高产品性能的目的。例如提高钢中的Mn含量（达1.6%）、加入Cr、Ni、Mo和加入Nb、V、Ti等合金化及微合金化元素。

研究改进生产工艺和设备，提高现有钢种的性能已成为目前钢铁企业发展的必由之路。在今后我国将长期面临矿产资源不足的局面。特别是对于400MPa钢筋生产用的微合金元素将长期面临资源紧缺局面，同时我国目前20MnSi钢筋生产所需的锰铁60％需要进口，严重受到国际市场制约。为提高钢材强度，传统的做法是增加钢中的碳含量或合金含量，改进热处理制度。其局限性是浪费资源、能源，恶化焊接性、韧性，增加钢材生产成本，损害废钢的可循环使用性，大量建筑废钢中的稀有贵重金属无法回收利用，不利于可持续发展。

通过控轧控冷工艺获得超细组织，从而在不增加合金含量的基础上大幅提高钢材的性能，成为当前国际上研究的热点。传统的控轧控冷工艺，注重的是材料的组织成分的控制，对利用细化晶粒手段达到提高钢材性能的研究没有给予足够的重视。而且对于低碳钢，传统的控轧控冷手段得到的晶粒尺寸为大于5微米，并且借助微合金化手段才能获得。近十几年来，国际上广泛开展了获得细晶粒组织的研究，以期有效地提高钢的强度和韧性。其中以普通C-Mn钢获得细晶粒的工艺机制为研究工作重点，实验室已获得了2～3微米的细晶粒铁素体，屈服强度大于400MPa。同时未来钢铁材料研究发展方向是以高纯洁度、高均匀度和细晶粒为主要发展目标之一。以节省资源、降低成本和可回收利用为研究的基本原则。自上世纪90年代后期起，中、日、韩三国先后投入巨资开展以获得细晶粒钢为目标的新一代钢铁材料的重大基础研究，欧美国家也在积极开展相关项目研究工作。