2021年钢筋产量达25206.3万吨，穿水工艺对建筑安全的影响分析

钢筋在我国钢材产品中一直是消耗量最大的品种。2021 年钢筋的产量达到了 25206.3 万吨。此产量约占钢材产量的 19%。2021 年钢筋产量虽较 2020 年的 26754.2 万吨有所回落。但仍处于较高的水平。钢筋是基建和建筑工程用的基础材料之一。它广泛应用于高速公路的建设中，也应用于铁路、桥梁、隧道、水坝等公用设施的建设。同时，还应用于房屋建筑的基础、梁、柱、墙、板等的建设。钢筋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具有至关重要的作用。许多企业受产品逐利驱动，在生产钢筋时采用了“穿水工艺”。钢筋在轧制结束离开轧机后，马上进行喷水冷却，接着进入冷床冷却，在此过程中利用钢筋芯部余热进行热处理，这样获得的产品被广泛称为“穿水钢筋”。

此类工艺生产的钢筋能控制成本且提高产品强度，然而存在诸多较致命缺点。其一，极易生锈；其二，在放置或服役过程中会出现强度明显降低的现象；其三，经焊接后，焊接接头强度降低，易在接头处发生断裂隐患；其四，耐疲劳性能降低等。这些都会极大破坏钢筋的抗震性能，影响服役安全性，给人民生命安全和建筑结构的安全运行带来长期隐患。相比之下，热轧带肋钢筋在放置或服役期间，其强度变化不明显。焊接后的接头强度变化也不大。并且，热轧带肋钢筋的抗震性能比“穿水工艺”处理钢筋更好。所以，热轧带肋钢筋在服役时能提供更高的安全保障。国家标准委员会在 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》，此标准代替了 GB/T 1499.2-2007，其目的是希望能够减少和遏制穿水钢筋“冒充”热轧钢筋的现象。

“新材指数”联合钢铁研究总院钒应用技术推广中心，为检验市场上钢筋的服役安全性，在全国范围内市场随机购买钢筋，对热轧带肋钢筋进行抽样检验。接着分析钢筋的实物质量，并且参考钢铁产品质量能力分级评价的方法，进行抽检产品实物质量分级排名，从而从实物质量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 个区和 23 个省分别购买了 102 批“热轧带肋钢筋”样品。这些样品分属于 97 家企业。抽样的牌号全部是 HRB400E，规格为φ25mm。市场抽样时间是 2021 年。97 家企业中，东北地区有 10 家，华北地区有 19 家，华南地区有 11 家，西北地区有 10 家，华东地区有 24 家，华中地区有 7 家，西南地区有 16 家。

对样品的实物质量展开了检测工作，其中包含了化学成分的检测，还有力学性能的检测，以及宏观金相的检测，同时也有截面维氏硬度的检测，以及显微组织的检测。

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，多数样品可满足标准要求。有 31 批样品存在部分指标不合格的情况，涉及 31 家企业。样品不合格率为 30.4%，不合格企业数量占比为 32.0%。不合格指标项主要包含 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 元素的含量上限值为 0.25wt%。同时，成品的化学成分允许偏差需符合 GB/T222-2016 的规定，也就是说，C 元素的含量允许偏差不能超过其上限值 0.02wt%。102 批样品来自 97 家企业。其中 18 批样品的 C 含量高于 0.025%，然而这些样品符合 GB/T222 - 2006 标准规定的 C 含量偏差要求。还有 4 批样品的 C 含量达到了 0.28%及以上，不满足 GB/T1499.2 - 2018 标准的要求。C 元素的不合格率为 3.9%。

（2）屈服强度

在 97 家企业的 102 批样品里，有 3 批样品的屈服强度比 400MPa 稍微低一些。并且，力学性能不合格的比率为 2.9%。

（3）宏观金相

此次抽样的 102 批样品里，钢筋截面基圆的宏观金相呈现出 3 种类型。其中一种是均匀截面；另一种是不封闭环；还有一种是封闭环，具体情况如下图所示。

新版标准 GB/T1499.2-2018 规定，要区分热轧和非热轧带肋钢筋，若截面基圆出现明显不同于内部衬度的封闭环，那么就为非热轧带肋钢筋。从宏观金相检测结果来看，有 14 批样品属于非热轧带肋钢筋。宏观金相的不合格率是 13.7%。

（4）截面维氏硬度

对 97 家企业的 102 批样品进行了截面维氏硬度测试。其中有 15 批样品，其截面基圆外围与基圆中心的硬度差超过了 40HV，这些样品属于不合格品。经统计，截面维氏硬度的不合格率为 14.7%。

（5）显微组织

此次抽检样品的显微组织与上述 3 种宏观金相相对应，出现了以下几种情况：

基圆外围的显微组织是铁素体（F）+珠光体（P），心部的显微组织也是铁素体（F）+珠光体（P），并且从基圆外围到心部，晶粒大小均匀一致，都是均匀的截面。

b、截面有未封闭环

组织类型一是这样的：基圆外围的显微组织是铁素体（F）加珠光体（P），心部的显微组织也是铁素体（F）加珠光体（P）。并且，基圆外围的组织比心部的组织更加细小。

组织类型二：基圆外围的显微组织包含贝氏体（B）、回火马氏体（回火 M）以及铁素体（F）和珠光体（P）；心部的显微组织由铁素体（F）和珠光体（P）组成。

c、截面存在封闭环：基圆的外围其显微组织是回火马氏体（回火 M），而心部的显微组织为铁素体（F）加上珠光体（P）。

新版国标 GB/T1499.2-2018 明确规定，热轧带肋钢筋的截面基圆显微组织应当是铁素体（F）与珠光体（P）。对 97 家企业的 102 批样品的截面基圆显微组织展开了观察。其中，有 23 批样品呈现出了贝氏体或回火马氏体组织，这不符合热轧带肋钢筋的显微组织特点。经统计，显微组织不合格的批次占比为 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

根据行业经验，在采用“穿水”工艺生产钢筋的情况下，基圆表面与中心的截面硬度差ΔHV通常能够达到 40HV 以上。所以，以截面硬度差ΔHV作为判断标准，对 Mn 含量、V 含量与钢筋是否“穿水”的关系进行了分析。可以看出，若 Mn 含量低于 1wt%，那么截面硬度差会超过 40HV，这类钢筋都采用了“穿水工艺”；若 V 含量高于 0.02wt%，则截面硬度差能控制在 40HV 以下，这类钢筋无需采用“穿水工艺”，能够保证钢筋的服役安全性。

下图呈现的是 Mn 含量与 V 含量的关系。能看出“低 Mn”钢筋具备“低 V”的特性。这种做法在控制生产成本方面效果良好，然而却使钢筋的服役安全性降低，存在潜在的安全隐患。

3、均匀延伸率、强屈比与钢筋是否“穿水”的关系分析

以截面硬度差ΔHV作为判断标准，对均匀延伸率和强屈比与钢筋“穿水”与否的关系进行了分析。均匀延伸率在一定程度上体现了钢筋在屈服后能保证一段稳定塑性变形且不突然断裂的能力。强屈比在一定程度上也体现了钢筋在屈服后能保证一段稳定塑性变形且不突然断裂的能力。这两者对于钢筋的服役安全性都具有重要意义。

下图呈现了均匀延伸率与截面硬度差的关系。当使用“穿水工艺”时，均匀延伸率降低得较为显著，出现了接近标准规定下限值（≥9.0%）的这种情况（如右图中箭头所指示的），并且均匀延伸率的波动性明显变大了。

对比分析了强屈比和截面硬度差之间的关系。当使用“穿水工艺”时，强屈比明显降低，甚至快要接近标准规定的下限值（≥1.25），从图中箭头可以看出这一情况。并且此时强屈比的波动性也增大了。

通过对比分析上述参数可知，与热轧带肋钢筋进行比较，用“穿水工艺”生产出来的钢筋，具有表面硬化层这一特点，其截面性能的均匀性比较差，并且在屈服之后有非常容易断裂的倾向，存在抗震安全性降低的潜在问题。

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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

此次市场抽样的样品仅做了实物质量检测。所以从产品实物质量角度来看，对热轧带肋钢筋样品的服役安全性进行了分级评价。

热轧带肋钢筋的抽样检测结果以及性能规定决定了设置如下考核项，并且确立了产品质量分级评价模型。

抽检的热轧带肋钢筋的实物质量按照企业进行了分级排名。此次评级包含 A+级（≥85 分）、A级（80 至 84.99 分）、B 级（60 至 79.99 分）和 C 级（＜60 分）。质量等级为 A+级意味着具有极高的实物质量，A级则代表具有高的实物质量。

97 家企业里，有 30 家是 A+级企业，32 家是 A 级企业，21 家是 B 级企业，14 家是 C 级企业。A+级的各个企业之间的实物质量差距不大，A 级的各个企业之间的实物质量差距也不大。B 级各企业之间的实物质量差距比较明显，C 级各企业之间的实物质量差距更为明显。

A级和 A+级的企业，其抽样产品是热轧带肋钢筋。这类钢筋的 Mn、V 等合金含量较高，截面组织和硬度较为均匀。各项指标都能满足标准要求，并且力学性能（像强度、延伸率等）比标准规定值高出不少，在服役时安全性较高。B 级和 C 级的企业，其抽样产品中存在一个或多个指标不合格的情况。截面组织的均匀性与一致性不佳，截面硬度差也比较大。采用“穿水工艺”的可能性相对较大，这会对服役安全性产生影响。

抽检的热轧带肋钢筋实物质量按省份进行了分级排名。在此次抽检的样品所涉及的省份里，宁夏的热轧带肋钢筋产品实物质量较高，服役安全性也较高；山东的热轧带肋钢筋产品实物质量较高，服役安全性也较高；黑龙江的热轧带肋钢筋产品实物质量较高，服役安全性也较高。同时，重庆的热轧带肋钢筋产品实物质量较差，导致服役安全性降低；贵州的热轧带肋钢筋产品实物质量较差，导致服役安全性降低；江西的热轧带肋钢筋产品实物质量较差，导致服役安全性降低。

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。此次抽样的样品涉及多个区域，其中华中地区的产品实物质量最高，且服役安全性也较高；西北地区的产品实物质量排在华中地区之后；华北地区的排名在西北地区之后，位居第三；西南地区的产品实物质量较差，在此次分级排名中处于最后一位。

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四、小结

通过对影响抽样热轧带肋钢筋服役安全性的实物质量进行分级评价可以得知，排名越靠后，采用“穿水工艺”的可能性就越大，这会使得此类产品在服役后存在安全隐患。从安全角度出发，应该加大对市场流通的热轧带肋钢筋产品的监督力度，推动新国标在企业中的采用，降低甚至消除热轧带肋钢筋市场上“穿水钢筋”的流通。

通过分析合金元素、力学性能指标与钢筋“穿水”的关系可以得知，要提高钢筋质量，就不能再采用以往降低合金含量（如低 Mn 低 V 等）这种成本控制手段，而应该转而使用微合金化的方式（比如提高 Mn 含量、V 微合金化等），这样才能保证热轧带肋钢筋的产品合格率和质量稳定性，进而促进热轧带肋钢筋市场的产品质量和服役安全性的提升。

钢铁研究总院和钢研新材是提出我国钢铁产品质量能力分级理念的团队，是进行分级评价技术研究的团队，也是实施分级评价技术应用的团队。同时，它们还是积极推动质量能力分级工作在冶金行业拓展应用的一方。2016 年开始，依据质量全要素以及质量大数据分析的方法论。以各个生产工序当作基本的评价单元。在产线和工序之间构建起质量继承算法。全面考量产线的技术装备能力、产品的技术指标冗余度以及实物的应用性能等全流程要素。从而建立起“工序评价、质量遗传、价值函数”这套完整的评价模型。实现了对特定生产线类别以及特定产品的质量能力进行连续且量化的评价。

目前，有钢研新材团队作为依托。连续 4 年发布了钢铁产品质量分级评价分级排名。其中包含 30 多个质量分级排名榜单。这些榜单涵盖了船舶用钢、海工用钢、容器用钢、管线用钢等产品。并且还延伸到了研发能力、品种能力、技术竞争力等方面。此评价分级排名得到了用户企业的广泛认同。同时也得到了钢铁企业的广泛认同。2020 年，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》。同时，还形成了年度发布机制。

2019 年 10 月，冶金行业有了首个钢铁产品质量能力分级项目。这个项目名为《钢铁产品质量能力分级评价与示范应用》。项目启动了。该项目主要是针对船舶及海工用钢、民用轴承钢、建筑用钢筋这三个重点钢铁产品来开展质量能力分级评价和应用示范工作。中冶建研院负责建筑用钢筋质量能力分级评价的实际实施工作。钢研总院和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完毕后，船舶及海工用钢板的相关分级排名榜，以及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进行发布，希望行业各界予以关注。