鋼筋是建築工程的基礎材料，多年來是單一品種產量最大的鋼材產品，年產量多年超過2億噸。鋼筋的質量水平直接決定了鋼筋混凝土建築的質量和壽命，鋼筋鏽蝕堪稱“混凝土結構耐久性危機”
，已成為土木工程的一大危害。2023年(nian)初(chu)，中(zhong)廣(guang)核(he)向(xiang)中(zhong)國(guo)鋼(gang)鐵(tie)工(gong)業(ye)協(xie)會(hui)提(ti)出(chu)，希(xi)望(wang)鋼(gang)鐵(tie)行(xing)業(ye)幫(bang)助(zhu)解(jie)決(jue)大(da)亞(ya)灣(wan)核(he)電(dian)站(zhan)等(deng)基(ji)礎(chu)設(she)施(shi)鋼(gang)筋(jin)混(hun)凝(ning)土(tu)氯(lv)離(li)子(zi)腐(fu)蝕(shi)嚴(yan)重(zhong)影(ying)響(xiang)工(gong)程(cheng)壽(shou)命(ming)和(he)設(she)施(shi)安(an)全(quan)的(de)課(ke)題(ti)。鋼(gang)協(xie)科(ke)技(ji)創(chuang)新(xin)工(gong)作(zuo)委(wei)員(yuan)會(hui)將(jiang)此(ci)課(ke)題(ti)納(na)入(ru)行(xing)業(ye)共(gong)性(xing)技(ji)術(shu)研(yan)發(fa)，經(jing)過(guo)近(jin)2年全行業的協同研發，取得了突破。本文就該課題相關進展進行係統總結。

　　目前我國大量使用的HRB400（E）鋼筋主要利用Nb、V、Ti微合金化提高強塑性，具有良好的綜合性能。然而

，在近海、化學工業及酸雨地區等
，鋼筋混凝土腐蝕較快
，需要采取附加防腐措施，如混凝土外加劑
、鋼筋阻鏽劑等，大大增加了施工和維護成本。因此，亟需解決鋼材腐蝕的“內因”問題
，從根本上提高混凝土耐久性。

　　長久以來，表麵塗覆和合金化是提高鋼材耐蝕性的兩種主要方法。塗/鍍層鋼筋技術包括在鋼筋表麵塗覆環氧樹脂和熱浸鍍鋅。眾所周知，鋼材表麵塗覆會使用大量的有害材料，如鹽酸、硫酸等
，在塗覆過程中產生的廢氣、廢水對人體及周遭環境會造成嚴重汙染
；鋼材塗覆的成本也比較高，相比裸鋼成本要增加1000元/噸以上，且塗覆層在經過磕碰後極易發生剝落。合金化耐蝕鋼筋主要利用Cr、Ni等元素提高鋼材耐腐蝕性能，包括“Corten”“Mariner”鋼筋、MMFX高Cr耐蝕鋼筋
、304/316奧氏體不鏽鋼筋、2201/2205雙相不鏽鋼筋等。然而，合金的添加使鋼筋成本大幅增加
，超過塗覆鋼生產成本，高價格阻礙了規模化推廣應用。

　　經多年研究發現
，在鋼筋中添加高豐度輕稀土可以提高鋼筋耐蝕、純淨度
、耐(nai)候(hou)等(deng)性(xing)能(neng)。我(wo)國(guo)是(shi)稀(xi)土(tu)資(zi)源(yuan)大(da)國(guo)，習(xi)近(jin)平(ping)總(zong)書(shu)記(ji)多(duo)次(ci)對(dui)稀(xi)土(tu)資(zi)源(yuan)利(li)用(yong)做(zuo)出(chu)指(zhi)示(shi)，要(yao)求(qiu)發(fa)揮(hui)好(hao)稀(xi)土(tu)戰(zhan)略(lve)資(zi)源(yuan)優(you)勢(shi)，加(jia)強(qiang)戰(zhan)略(lve)資(zi)源(yuan)高(gao)質(zhi)化(hua)利(li)用(yong)。《國務院關於促進稀土行業持續健康發展的若幹意見》（國發［2011］12號）明確指出：要加快稀土關鍵應用技術研發和產業化。工信部發布的《稀土行業發展規劃（2016-2020年）》指出：以《中國製造2025》國家戰略發展實施為契機
，重點圍繞與稀土產業關聯度高的《中國製造2025》shidazhongdianlingyu，dalifazhanxitugaoduanyingyong，jiakuaixituxingyezhuanxingshengji。danjinnianlaiwoguoxituliyongzhuyaojizhongzaigongnengcailiaotebieshinvtiepengcitishengchan，gongshengdedalianggaofengduqingxitu，zhuyaoyilan（La）
、鈰（Ce）、釔（Y）為主未得到充分利用，特別是北方輕稀土利用率僅為10%，甚至形成了堆積。在輕稀土資源充足的前提下，研發應用稀土螺紋鋼為提升鋼材性能
，提高輕稀土資源利用率提供了新的技術路徑。

　　為wei加jia快kuai鋼gang鐵tie行xing業ye原yuan始shi創chuang新xin
，組zu織zhi產chan業ye鏈lian上shang下xia遊you形xing成cheng合he力li，持chi續xu提ti升sheng創chuang新xin效xiao能neng，中zhong國guo鋼gang鐵tie工gong業ye協xie會hui持chi續xu跟gen蹤zong產chan業ye鏈lian上shang下xia遊you創chuang新xin發fa展zhan需xu求qiu，針zhen對dui行xing業ye關guan注zhu的de熱re點dian問wen題ti，建jian立li工gong作zuo機ji製zhi，推tui動dong行xing業ye開kai展zhan共gong性xing技ji術shu協xie同tong研yan發fa。其qi中zhong稀xi土tu耐nai蝕shi螺luo紋wen鋼gang是shi共gong性xing技ji術shu協xie同tong研yan發fa項xiang目mu之zhi一yi，鋼gang協xie科ke創chuang委wei成cheng立li了le“耐腐蝕螺紋鋼共性技術創新平台”（以下簡稱創新平台），組織產業鏈上下遊開展稀土耐蝕螺紋鋼協同研發。

　　通過兩年的協同研發，稀土耐蝕鋼筋經鋼研納克、中冶檢測、中科院等權威檢測機構檢測，結果顯示產品耐腐蝕性能優異。

　　1．稀土元素提高鋼材的耐腐蝕性能30%以上

　　添加適量的稀土元素可以淨化鋼基體，提高其自腐蝕電位，降低電化學腐蝕電流密度
，促進Si、Cu、Ｐ在zai內nei鏽xiu層ceng的de富fu集ji
，促cu進jin致zhi密mi保bao護hu鏽xiu層ceng的de生sheng成cheng，從cong而er有you效xiao提ti高gao這zhe些xie鋼gang的de耐nai化hua學xue和he應ying力li腐fu蝕shi性xing能neng。普pu通tong碳tan鋼gang鏽xiu層ceng呈cheng紅hong褐he色se，鏽xiu層ceng疏shu鬆song，表biao層ceng容rong易yi脫tuo落luo，鏽xiu層ceng主zhu要yao是shi由youα-FeOOH、γ-FeOOH、Fe3O4及少量的β-FeOOH構(gou)成(cheng)。而(er)稀(xi)土(tu)鋼(gang)鏽(xiu)層(ceng)顏(yan)色(se)明(ming)顯(xian)較(jiao)深(shen)

，鏽(xiu)顆(ke)粒(li)細(xi)小(xiao)，鏽(xiu)層(ceng)的(de)結(jie)合(he)能(neng)力(li)與(yu)致(zhi)密(mi)性(xing)優(you)於(yu)碳(tan)鋼(gang)。此(ci)外(wai)，普(pu)通(tong)碳(tan)鋼(gang)鏽(xiu)層(ceng)較(jiao)厚(hou)且(qie)連(lian)續(xu)性(xing)較(jiao)差(cha)
，鏽(xiu)層(ceng)中(zhong)存(cun)在(zai)大(da)量(liang)孔(kong)洞(dong)和(he)貫(guan)通(tong)性(xing)裂(lie)紋(wen)，這(zhe)些(xie)裂(lie)紋(wen)在(zai)腐(fu)蝕(shi)過(guo)程(cheng)中(zhong)由(you)於(yu)毛(mao)細(xi)效(xiao)應(ying)容(rong)易(yi)吸(xi)收(shou)腐(fu)蝕(shi)液(ye)直(zhi)達(da)鋼(gang)基(ji)體(ti)
，這(zhe)使(shi)鏽(xiu)層(ceng)長(chang)時(shi)間(jian)處(chu)於(yu)“濕潤”狀zhuang態tai，加jia劇ju鋼gang基ji體ti溶rong解jie，因yin而er削xue弱ruo了le鏽xiu層ceng保bao護hu能neng力li。而er稀xi土tu鋼gang鏽xiu層ceng中zhong雖sui然ran在zai局ju部bu存cun在zai缺que陷xian，但dan貫guan穿chuan性xing裂lie紋wen較jiao少shao
，且qie鏽xiu層ceng連lian續xu致zhi密mi，保bao護hu作zuo用yong優you於yu對dui普pu通tong碳tan鋼gang。在zai海hai洋yang大da氣qi環huan境jing下xia，稀xi土tu鋼gang形xing成cheng的de鏽xiu層ceng缺que陷xian較jiao少shao，稀xi土tu能neng促cu進jin腐fu蝕shi產chan物wu中zhong的de活huo性xing組zu元yuan向xiang穩wen定ding的deα-FeOOH轉化，並能細化鏽顆粒，提高鐵鏽中非晶相比例，從而增強鏽層的保護性。數據顯示稀土鋼可以提高耐蝕性30%以上。    

　　2．稀土元素提高綜合力學性能

　　加入稀土元素後能夠通過界麵偏聚
、變性非金屬夾雜物、改善凝固組織、細化熱軋態組織等作用
，從而改善組織的均勻性，提升鋼的強度和韌性
，有效改變鋼的韌-脆轉變溫度，提升鋼在實際服役條件下的穩定性。

　　3．稀土元素改善鋼材組織結構

　　zaigangzhongtianjiaxituyuansukeyigaixinggangzhongdejiazawu。yanjiubiaoming
，weitianjiaxituyuansudechuanbangangzhongcunzaizheyixiechangtiaozhuanghejianjiaozhuangdejiazawu，zhexiejiazawuyouyuyujitiderepengzhangxishuchabiehenda，cunzaifuzadeyinglichang，yincidangchengshouchongjizaiheshirongyiyinqiyinglijizhong，congerchanshengweiliewen，yingxianggangdezongtilixuexingneng。ertianjiaxituyuansuzhihou

，jianjiaozhuangdejiazawuxiaoshi
，querdaizhideshiqiuzhuangxiaokelidejiazawu。zaigangzhongtianjiaxituyuansu，youyigemingxiandetedian，jiushikeyitongshiqidaogaishanliuhuawujiazaxingtaihuoxiaochuliuhuawujiaza
、消除網狀結構共晶碳化物並使其均勻分布在組織中


、改善包括Cr、Ｖ和Mo在內的合金元素偏析現象、細化晶粒尺寸等多種作用
，可全麵提升鋼的力學性能。    

　　4．稀土元素改善鋼材焊接性能

　　在焊接熱影響區中，過熱粗晶區是鋼材性能最薄弱、衝chong擊ji功gong最zui低di的de部bu分fen，製zhi約yue了le焊han接jie後hou鋼gang的de整zheng體ti力li學xue性xing能neng，從cong而er影ying響xiang了le船chuan舶bo的de作zuo業ye環huan境jing和he作zuo業ye時shi間jian。鋼gang中zhong的de稀xi土tu元yuan素su會hui在zai晶jing界jie處chu與yu位wei錯cuo處chu偏pian聚ju，對dui晶jing界jie產chan生sheng拖tuo曳ye與yu釘ding紮zha作zuo用yong，產chan生sheng晶jing界jie強qiang化hua與yu位wei錯cuo強qiang化hua。在zai焊han接jie過guo程cheng中zhong，釘ding紮zha作zuo用yong會hui使shi熱re影ying響xiang區qu的de粗cu晶jing熱re影ying響xiang區qu的de晶jing粒li長chang大da傾qing向xiang減jian弱ruo，從cong而er獲huo得de較jiao好hao的de綜zong合he力li學xue性xing能neng。對dui粗cu晶jing熱re影ying響xiang區qu晶jing粒li尺chi寸cun的de相xiang對dui穩wen定ding起qi到dao至zhi關guan重zhong要yao的de作zuo用yong，有you利li於yu提ti高gao鋼gang材cai的de焊han接jie性xing能neng。

　　鋼筋鏽蝕引起鋼筋混凝土結構的過早破壞已經成為世界各國普遍關注的一大災害
，尤其是高溫潮濕、汙染嚴重的海洋環境

，極容易導致混凝土內部鋼筋腐蝕。實驗表明，兼有Cl-沉積和SO2汙染的海洋大氣容易導致金屬發生嚴重腐蝕破壞。稀土是我國的優勢資源，實地大氣暴曬（見圖1）、實shi驗yan室shi加jia速su腐fu蝕shi以yi及ji電dian化hua學xue等deng大da量liang研yan究jiu從cong變bian性xing夾jia雜za和he改gai變bian鏽xiu層ceng結jie構gou的de角jiao度du證zheng明ming了le稀xi土tu可ke以yi有you效xiao提ti高gao碳tan鋼gang及ji低di合he金jin鋼gang的de耐nai工gong業ye大da氣qi腐fu蝕shi性xing和he耐nai海hai洋yang腐fu蝕shi性xing能neng，且qie隨sui稀xi土tu含han量liang的de增zeng加jia，稀xi土tu鋼gang的de耐nai蝕shi性xing增zeng強qiang。在zai普pu通tong鋼gang筋jin中zhong加jia入ru適shi量liang的de稀xi土tu元yuan素su
，增zeng加jia的de成cheng本ben不bu超chao過guo100元/噸
，但對鋼筋產品性能改善和質量的提高具有重要作用，使耐蝕性能達到鋼筋混凝土用耐腐蝕鋼筋性能標準要求。

圖1 稀土耐蝕鋼筋混凝土試樣的大氣暴露實驗

　　上海大學與盛隆冶金
、聯鑫鋼鐵等鋼鐵企業的聯合團隊自2019年起，圍繞稀土賦存狀態
、稀土收得率
、稀土加入方法
、稀土耐蝕機理等關鍵科學問題進行研究，發現了稀土合金在普碳鋼中的作用機理。2020年8月，由中國稀土學會組織的對於項目團隊《基於稀土合金化提高鋼材耐腐蝕性能技術與產業化》的de科ke技ji成cheng果guo評ping價jia會hui在zai蘇su州zhou召zhao開kai，經jing過guo專zhuan家jia討tao論lun和he質zhi詢xun，認ren為wei稀xi土tu耐nai蝕shi鋼gang理li論lun和he技ji術shu總zong體ti達da到dao國guo際ji領ling先xian水shui平ping。在zai此ci基ji礎chu上shang

，耐nai腐fu蝕shi螺luo紋wen鋼gang共gong性xing技ji術shu創chuang新xin平ping台tai各ge成cheng員yuan單dan位wei協xie同tong開kai展zhan了le稀xi土tu鋼gang筋jin的de開kai發fa
，進jin一yi步bu深shen入ru研yan究jiu鋼gang筋jin稀xi土tu合he金jin化hua技ji術shu，形xing成cheng了le中zhong國guo特te色se的de新xin型xing稀xi土tu耐nai蝕shi螺luo紋wen鋼gang產chan品pin及ji生sheng產chan技ji術shu。2024年11月，中鋼協組織召開成果評價會，由毛新平院士等專家成專家組，對《鋼筋混凝土用熱軋稀土鋼筋開發》項目進行了評價，認為項目達到國際先進水平。   

　　通過不懈的努力，團隊在稀土鋼筋的研發與生產中取得了多方麵的創新性成果。

　　1.利用稀土元素實現夾雜物變性

　　首次將我國豐富的鑭鈰稀土資源應用於普通鋼筋生產中，實現鑭鈰稀土元素變性鋼中夾雜物的類型、尺寸和分布，將鋼中腐蝕速率大的夾雜（MnS）變性為腐蝕速率小的稀土複合夾雜物
，降低鋼基體內部微區域電化學腐蝕；利用稀土界麵偏聚及促進α-FeOOH穩定腐蝕產物的生成，起到了減緩點蝕、表麵局部腐蝕和致密穩定鏽層的三個作用
，使鋼筋具有良好的耐腐蝕性能。

　　2.利用稀土絲的包裹保護技術

　　利(li)用(yong)稀(xi)土(tu)絲(si)的(de)包(bao)裹(guo)保(bao)護(hu)技(ji)術(shu)，避(bi)免(mian)了(le)較(jiao)低(di)熔(rong)點(dian)的(de)活(huo)性(xing)鑭(lan)鈰(shi)元(yuan)素(su)進(jin)入(ru)渣(zha)層(ceng)，采(cai)用(yong)在(zai)連(lian)鑄(zhu)結(jie)晶(jing)器(qi)中(zhong)喂(wei)絲(si)工(gong)藝(yi)，將(jiang)鑭(lan)鈰(shi)稀(xi)土(tu)合(he)金(jin)加(jia)入(ru)鋼(gang)中(zhong)，有(you)效(xiao)避(bi)免(mian)連(lian)鑄(zhu)水(shui)口(kou)的(de)積(ji)絮(xu)結(jie)瘤(liu)，實(shi)現(xian)連(lian)鑄(zhu)順(shun)行(xing)生(sheng)產(chan)，稀(xi)土(tu)收(shou)得(de)率(lv)達(da)到(dao)70%-85%。

　　3.穩定控製稀土元素含量和分布

　　通過控製連鑄和喂絲工藝，鑭鈰稀土穩定控製含量為140-200ppm
，鑭鈰稀土分布控製範圍縮小到±30ppm
，提高了稀土元素分布均勻性。鋼研納克
、中冶檢測、中科院金屬所等多家機構開展的腐蝕周浸加速試驗結果均表明，根據失重法檢測對比，含稀土熱軋鋼筋較普通熱軋鋼筋耐腐蝕能力提高30%-50%。    

　　項目授權發明專利2件，製定國標和團標各1項，發表論文8篇
，形成了完全自主知識產權的稀土耐蝕鋼筋產品開發與生產整體技術。

　　從產業化方麵看，項目團隊運用鑭
、鈰稀土多形合金化技術開發的HRB400ERE稀土鋼筋於2020年6月首次在鹽城聯鑫鋼廠連續生產22000噸，同期在廣西盛隆冶金
、江蘇永鋼開發了HRB500ERE稀土鋼筋，隨後分別在陝鋼漢鋼公司、中天鋼鐵
、江西台鑫鋼鐵、萬泰特鋼等企業批量化生產，目前累計生產近5萬噸
，並已部分向中廣核供貨。從標準引領方麵看，稀土耐蝕普碳鋼生產工藝技術成熟，首個稀土耐蝕普碳鋼的團體標準《稀土耐候結構鋼》（T/CSM 2020-12）在2020年6月正式發布實施。項目團隊負責組織起草的團體標準和國家標準《鋼筋混凝土用熱軋稀土鋼筋》（T/CSM 2020-12
、GB/T 43665-2024）分別於2022年6月和2024年10月1日正式發布實施。

　　從經濟和社會效益看，稀土耐蝕普碳鋼可免除塗裝，減少維護，降低成本，保護環境
；噸鋼稀土合金化成本不超過100元，為合理使用我國稀土資源提供了一個有效途徑。

　　稀土耐蝕普碳鋼是具有我國資源特色的綠色可持續發展的一類新型鋼鐵材料，目前已成功應用於多項工程建設，取得了良好的效果。

　　工程應用案例1：稀土耐蝕螺紋鋼HRB400ERE應用於河北龍鳳山鑄業有限公司精品製粉廠建設項目，稀土耐蝕螺紋鋼加工成箍筋與板筋進行框架結構建設。

　　工程應用案例2：稀土耐蝕鋼筋應用於上善院基建工程，包括一號廠房的“大師工作室”地基建設、三號廠房工作室地基建設
、門崗地基建設


、員工食堂

、職工活動中心等，建築麵積約5000m2。    

　　工程應用案例3：稀土耐蝕鋼筋應用於鹽城市豐港物流碼頭項目工程（見圖2）。該工程擬建設4個1000噸級散貨泊位和3個1000噸級件雜貨泊位
，水工結構按靠泊1000噸級船舶設計
，碼頭工程有7座
，總長約800m。

圖2 稀土耐蝕鋼筋應用於鹽城市豐港物流碼頭工程

　　稀土耐蝕鋼筋是具有中國特色的創新性鋼材產品，利用中國特有的鑭
、鈰稀土資源，賦予量大麵廣的鋼筋以耐大氣腐蝕性能
，有效促進中國鋼鐵工業與稀土工業的共同高質量發展。

　　稀土耐蝕鋼筋的研發和推廣應用對於鋼鐵產業綠色化、可持續發展具有深遠意義
，將積極推動鋼鐵材料和建築行業向低成本、綠色化生產技術轉型躍升。