钢筋是修建工程的底子材料，多年来是单一种类产量最大的钢材产物，年产量多年跨越2亿吨。钢筋的品质程度间接决议了钢筋混凝土修建的品质和寿命，钢筋锈蚀可谓“混凝土布局经久性危急”，已成为土木匠程的一大风险。2023年初，中广核向中国钢铁财产协会提出，但愿钢铁行业赞助处理大亚湾核电站等底子举措办法钢筋混凝土氯离子侵蚀严峻影响工程寿命和举措办法宁静的课题。钢协科技立异任务委员会将此课题归入行业个性手艺研发，颠末近2年全行业的协同研发，获得了冲破。本文就该课题相干停顿停止体系总结。

　　今朝我国大批操纵的HRB400（E）钢筋首要操纵Nb、V、Ti微合金化进步强塑性，具备杰出的综合机能。但是，在远洋、化学财产及酸雨地域等，钢筋混凝土侵蚀较快，须要接纳附加防腐办法，如混凝土外加剂、钢筋阻锈剂等，大大增添了施工和掩护本钱。是以，亟需处理钢材侵蚀的“内因”题目，从底子上进步混凝土经久性。

　　久长以来，外表涂覆和合金化是进步钢材耐蚀性的两种首要方式。涂/镀层钢筋手艺包含在钢筋外表涂覆环氧树脂和热浸镀锌。尽人皆知，钢材外表涂覆会操纵大批的无害材料，如盐酸、硫酸等，在涂覆进程中产生的废气、废水对人体及方圆情况会组成严峻净化；钢材涂覆的本钱也比拟高，比拟裸钢本钱要增添1000元/吨以上，且涂覆层在颠末磕碰后极易产生剥落。合金化耐蚀钢筋首要操纵Cr、Ni等元素进步钢材耐侵蚀机能，包含“Corten”“Mariner”钢筋、MMFX高Cr耐蚀钢筋、304/316奥氏体不锈钢筋、2201/2205双相不锈钢筋等。但是，合金的增添使钢筋本钱大幅增添，跨越涂覆钢出产本钱，高价钱障碍了规模化推行操纵。

　　经多年研讨发现，在钢筋中增添高品貌轻稀土能够或许进步钢筋耐蚀、纯洁度、耐候等机能。我国是稀土资本大国，习近平总布告屡次对稀土资本操纵做出唆使，请求阐扬好稀土计谋资本上风，加强计谋资本高质化操纵。《国务院对增进稀土行业延续安康成长的多少定见》（国发［2011］12号）明白指出：要加快稀土关头操纵手艺研发和财产化。工信部宣布的《稀土行业成长计划（2016-2020年）》指出：以《中国制作2025》国度计谋成长实行为契机，重点环绕与稀土财产接洽关系度高的《中国制作2025》十大重点范畴，鼎力成长稀土高端操纵，加快稀土行业转型进级。但最近几年来我国稀土操纵首要集合在功效材料出格是钕铁硼磁体出产，共生的大批高品貌轻稀土，首要以镧（La）、铈（Ce）、钇（Y）为主未获得充实操纵，出格是南方轻稀土操纵率仅为10%，乃至组成了聚积。在轻稀土资本充沛的前提下，研发操纵稀土罗纹钢为晋升钢材机能，进步轻稀土资本操纵率供给了新的手艺路子。

　　为加快钢铁行业原始立异，构造财产链高低游组成协力，延续晋升立异效力，中国钢铁财产协会延续跟踪财产链高低游立异成长需要，针对行业存眷的热门题目，建立任务机制，鞭策行业展开个性手艺协同研发。此中稀土耐蚀罗纹钢是个性手艺协同研发名目之一，钢协科创委建立了“耐侵蚀罗纹钢个性手艺立异平台”（以下简称立异平台），构造财产链高低游展开稀土耐蚀罗纹钢协同研发。

　　经由进程两年的协同研发，稀土耐蚀钢筋经钢研纳克、中冶检测、中科院等权势巨子检测机构检测，功效显现产物耐侵蚀机能优良。

　　1．稀土元素进步钢材的耐侵蚀机能30%以上

　　增添适当的稀土元素能够或许净化钢基体，进步其自侵蚀电位，下降电化学侵蚀电流密度，增进Si、Cu、Ｐ在内锈层的富集，增进致密掩护锈层的天生，从而有用进步这些钢的耐化学和应力侵蚀机能。通俗碳钢锈层呈红褐色，锈层松散，表层轻易零落，锈层首要是由α-FeOOH、γ-FeOOH、Fe3O4及少许的β-FeOOH组成。而稀土钢锈层色彩较着较深，锈颗粒藐小，锈层的连系才能与致密性优于碳钢。另外，通俗碳钢锈层较厚且延续性较差，锈层中存在大批孔洞和贯串性裂纹，这些裂纹在侵蚀进程中因为毛细效应轻易接收侵蚀液中转钢基体，这使锈层永劫候处于“湿润”状况，加重钢基体消融，是以削弱了锈层掩护才能。而稀土钢锈层中固然在局部存在缺点，但贯串性裂纹较少，且锈层延续致密，掩护感化优于对通俗碳钢。在陆地大气情况下，稀土钢组成的锈层缺点较少，稀土能增进侵蚀产物中的活性组元向不变的α-FeOOH转化，并能细化锈颗粒，进步铁锈中非晶比拟例，从而加强锈层的掩护性。数据显现稀土钢能够或许进步耐蚀性30%以上。    

　　2．稀土元素进步综协力学机能

　　插手稀土元素后能够或许经由进程界面偏聚、变性非金属同化物、改良凝布局造、细化热轧态构造等感化，从而改良构造的平均性，晋升钢的强度和韧性，有用转变钢的韧-脆转变温度，晋升钢在现实退役前提下的不变性。

　　3．稀土元素改良钢材构造布局

　　在钢中增添稀土元素能够或许改性钢中的同化物。研讨标明，未增添稀土元素的船板钢中存在着一些长条状和尖角状的同化物，这些同化物因为与基体的热收缩系数不同很大，存在庞杂的应力场，是以当蒙受打击载荷时轻易引发应力集合，从而产生微裂纹，影响钢的全体力学机能。而增添稀土元素以后，尖角状的同化物消逝，取而代之的是球状小颗粒的同化物。在钢中增添稀土元素，有一个较着的特点，便是能够或许同时起到改良硫化物同化形状或消弭硫化物同化、消弭网状布局共晶碳化物并使其平均散布在构造中、改良包含Cr、Ｖ和Mo在内的合金元素偏析景象、细化晶粒尺寸等多种感化，可周全晋升钢的力学机能。    

　　4．稀土元素改良钢材焊接机能

　　在焊接热影响区中，过热粗晶区是钢材机能最软弱、打击功最低的局部，限制了焊接后钢的全体力学机能，从而影响了船舶的功课情况和功课时候。钢中的稀土元素会在晶界处与位错处偏聚，对晶界产生拖曳与钉扎感化，产生晶界强化与位错强化。在焊接进程中，钉扎感化会使热影响区的粗晶热影响区的晶粒长大偏向削弱，从而获得较好的综协力学机能。对粗晶热影响区晶粒尺寸的绝对不变起到相当首要的感化，有益于进步钢材的焊接机能。

　　钢筋锈蚀引发钢筋混凝土布局的过早粉碎已成为天下列国遍及存眷的一大灾难，特别是低温湿润、净化严峻的陆地情况，极轻易致使混凝土外部钢筋侵蚀。尝试标明，兼有Cl-堆积和SO2净化的陆地大气轻易致使金属产生严峻侵蚀粉碎。稀土是我国的上风资本，实地大气暴晒（见图1）、尝试室加快侵蚀和电化学等大批研讨从变性同化和转变锈层布局的角度证实了稀土能够或许有用进步碳钢及低合金钢的耐财产大气侵蚀性和耐陆地侵蚀机能，且随稀土含量的增添，稀土钢的耐蚀性加强。在通俗钢筋中插手适当的稀土元素，增添的本钱不跨越100元/吨，但对钢筋产物机能改良和品质的进步具备首要感化，使耐蚀机能到达钢筋混凝土用耐侵蚀钢筋机能规范请求。

图1 稀土耐蚀钢筋混凝土试样的大气裸露尝试

　　上海大学与盛隆冶金、联鑫钢铁等钢铁企业的结合团队自2019年起，环绕稀土赋存状况、稀土收得率、稀土插手方式、稀土耐蚀机理等关头迷信题目停止研讨，发现了稀土合金在普碳钢中的感化机理。2020年8月，由中国稀土学会构造的对名目团队《基于稀土合金化进步钢材耐侵蚀机能手艺与财产化》的科技功效评估会在姑苏召开，颠末专家会商和质询，以为稀土耐蚀钢实际和手艺全体到达国际抢先程度。在此底子上，耐侵蚀罗纹钢个性手艺立异平台各成员单元协同展开了稀土钢筋的开辟，进一步深切研讨钢筋稀土合金化手艺，组成了中国特点的新型稀土耐蚀罗纹钢产物及出产手艺。2024年11月，中钢协构造召开功效评估会，由毛新平院士等专家成专家组，对《钢筋混凝土用热轧稀土钢筋开辟》名目停止了评估，以为名目到达国际进步前辈程度。   

　　经由进程不懈的尽力，团队在稀土钢筋的研发与出产中获得了多方面的立异性功效。

　　1.操纵稀土元素完成同化物变性

　　初次将我国丰硕的镧铈稀土资本操纵于通俗钢筋出产中，完成镧铈稀土元素变性钢中同化物的范例、尺寸和散布，将钢中侵蚀速度大的同化（MnS）变性为侵蚀速度小的稀土复合同化物，下降钢基体外部微地区电化学侵蚀；操纵稀土界面偏聚及增进α-FeOOH不变侵蚀产物的天生，起到了减缓点蚀、外表局部侵蚀和致密不变锈层的三个感化，使钢筋具备杰出的耐侵蚀机能。

　　2.操纵稀土丝的包裹掩护手艺

　　操纵稀土丝的包裹掩护手艺，防止了较低熔点的活性镧铈元素进入渣层，接纳在连铸结晶器中喂丝工艺，将镧铈稀土合金插手钢中，有用防止连铸水口的积絮结瘤，完成连铸顺行出产，稀土收得率到达70%-85%。

　　3.不变节制稀土元素含量和散布

　　经由进程节制连铸和喂丝工艺，镧铈稀土不变节制含量为140-200ppm，镧铈稀土散布节制规模削减到±30ppm，进步了稀土元素散布平均性。钢研纳克、中冶检测、中科院金属所等多家机构展开的侵蚀周浸加快实验功效均标明，按照失重法检测对照，含稀土热轧钢筋较通俗热轧钢筋耐侵蚀才能进步30%-50%。    

　　名目受权发现专利2件，拟定国标和团标各1项，颁发论文8篇，组成了完整自立常识产权的稀土耐蚀钢筋产物开辟与出产全体手艺。

　　从财产化方面看，名目团队操纵镧、铈稀土多形合金化手艺开辟的HRB400ERE稀土钢筋于2020年6月初次在盐城联鑫钢厂延续出产22000吨，同期在广西盛隆冶金、江苏永钢开辟了HRB500ERE稀土钢筋，随后别离在陕钢汉钢公司、中天钢铁、江西台鑫钢铁、万泰特钢等企业批量化出产，今朝累计出产近5万吨，并已局部向中广核供货。从规范引领方面看，稀土耐蚀普碳钢出产工艺手艺成熟，首个稀土耐蚀普碳钢的集体规范《稀土耐候布局钢》（T/CSM 2020-12）在2020年6月正式宣布实行。名目团队担任构造草拟的集体规范和国度规范《钢筋混凝土用热轧稀土钢筋》（T/CSM 2020-12、GB/T 43665-2024）别离于2022年6月和2024年10月1日正式宣布实行。

　　从经济和社会效益看，稀土耐蚀普碳钢可免去涂装，削减掩护，下降本钱，掩护情况；吨钢稀土合金化本钱不跨越100元，为公道操纵我国稀土资本供给了一个有用路子。

　　稀土耐蚀普碳钢是具备我国资本特点的绿色可延续成长的一类新型钢铁材料，今朝已成功操纵于多项工程扶植，获得了杰出的结果。

　　工程操纵案例1：稀土耐蚀罗纹钢HRB400ERE操纵于河北龙凤山铸业无限公司佳构制粉厂扶植名目，稀土耐蚀罗纹钢加工成箍筋与板筋停止框架布局扶植。

　　工程操纵案例2：稀土耐蚀钢筋操纵于上善院基建工程，包含一号厂房的“巨匠任务室”地基扶植、三号厂房任务室地基扶植、门岗地基扶植、员工食堂、职工勾当中间等，修建面积约5000m2。    

　　工程操纵案例3：稀土耐蚀钢筋操纵于盐都会丰港物流船埠名目工程（见图2）。该工程拟扶植4个1000吨级散货泊位和3个1000吨级件杂货泊位，水工布局按靠泊1000吨级船舶设想，船埠工程有7座，总长约800m。

图2 稀土耐蚀钢筋操纵于盐都会丰港物流船埠工程

　　稀土耐蚀钢筋是具备中国特点的立异性钢材产物，操纵中国独有的镧、铈稀土资本，付与量大面广的钢筋以耐大气侵蚀机能，有用增进中国钢铁财产与稀土财产的配合高品质成长。

　　稀土耐蚀钢筋的研发和推行操纵对钢铁财产绿色化、可延续成长具备深远意思，将主动鞭策钢铁材料和修建行业向低本钱、绿色化出产手艺转型跃升。