建筑钢材抽查中不合格项原因分析及预防措施

关键词：热轧带肋钢筋，标准规定，原因分析，预防措施，监督抽检

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.013.040

0 引言

建筑钢材是指用于建造建筑物主体工程所用的钢铁材料，是中型以上建筑构件必须使用的钢材，属于建筑和装饰装修材料产品，广泛用于各种建筑结构，特别是大型、重型和高层建筑结构。建筑钢材作为混凝土构件中重要的受力部分，它的质量直接关系到整个混凝土构件的质量和整个建筑的安全，做好质量的控制和浇筑混凝土前钢材隐蔽工程验收至关重要，一旦施工完成后发现问题必然会带来很大的经济损失。

2021年至2023年山东省建筑钢材监督抽查主要包含热轧带肋钢筋、热轧光圆钢筋、冷轧带肋钢筋、钢筋混凝土用耐蚀钢筋、钢筋混凝土用不锈钢钢筋和钢筋混凝土用余热处理钢筋，其中热轧带肋钢筋最为常用，占到近三年抽检总批次的97.2%，且检验不合格的全部为热轧带肋钢筋。以钢筋混凝土用热轧带肋钢筋为例进行分析研究，产品执行标准为GB/T 1499.2—2018《钢筋混凝土用 热轧带肋钢筋》。

山东省是钢筋生产大省，主要生产企业分布在济南、日照、临沂、德州等城市，无论在企业数量还是在企业规模上，在全国都占有相当重要的地位。

基于山东省级建筑钢筋监督抽检不合格的情况，分析不合格产生的原因，探讨预防措施，以期进一步提升建筑钢筋的质量。

1 建筑钢筋不合格情况

信息来源于山东省市场监督管理局产品质量监督抽检公示平台。统计2021年至2023年度山东省市场监督管理局组织的建筑钢材监督抽检信息，共抽查建筑钢材717批次，分析发现生产/经营单位生产/销售不合格建筑钢筋共计23批次，其中重量偏差不合格8批次，化学成分（C、Si、Mn、P、S、Ceq）不合格1批次，尺寸（内径、肋间距、横肋高、横肋末端间隙）不合格8批次，金相组织不合格7批次，力学性能（抗拉强度、屈服强度）不合格4批次，其中有4批次产品为力学性能和尺寸两个项目不合格，1批次产品为化学成分和重量偏差两个项目不合格。

进一步分析发现，主要不符合项为重量偏差、尺寸、金相组织、力学性能和化学成分，其中2021年主要不合格项为力学性能和尺寸，2022年主要不符合项为尺寸和金相组织，2023年主要不符合项为重量偏差。

2 不合格项目标准规定及影响

GB/T 1499.2—2018《钢筋混凝土用 热轧带肋钢筋》对重量偏差、尺寸、力学性能、金相组织等进行了规定，并明确了抽查检验的样品要求。

2.1 金相组织的标准规定和影响

从抽查的5根中任选2根，每根上截取10 mm左右的样品进行金相分析。标准规定样品进行宏观金相分析时若出现截面基圆外围有明显不同于内部区域衬度的封闭环，则判定为不合格；若出现截面基圆外围有明显不同于内部区域衬度的不封闭环，则进行微观金相组织检测，在金相显微镜下放大倍数500×，组织结构为铁素体+珠光体，则判定为合格[1]。金相组织不合格会对钢筋的性能产生影响，一是影响钢筋的力学性能，主要表现在韧性和脆性上，近三年监督抽查中发现的金相组织不合格产品其抗拉强度、屈服强度明显偏低，虽能满足标准要求但处在下限，并且其弯曲试验时表面有部分裂纹出现；二是影响钢筋的使用性能，工程中对钢筋进行加工、焊接后的钢筋极易产生裂纹等缺陷，增加使用中的安全风险；三是可能会导致钢筋的耐腐蚀性下降，使其在腐蚀介质中更容易受到侵蚀，长期使用可能导致材料失效。

2.2 重量偏差的标准要求和影响

将5根抽取的样品横截面打磨平整光滑，每根截取长度不小于500 mm，逐根测量长度和重量，按照标准中规定的重量偏差公式进行计算，重量偏差以百分制计算。标准中规定，公称直径6～12 mm，重量偏差允许范围为±6.0%；公称直径14～20 mm，重量偏差允许范围为±5.0%；公称直径22～50 mm，重量偏差允许范围为±4.0%[1]。重量偏差大小主要是由内径规格决定尺寸的正负偏差范围，从2023年抽查的7批次重量偏差不合格数据中可以看出，其内径多数处于内径偏差的下限，个别位置出现超偏差的问题，且横肋间距也偏大，这种钢筋介于正常钢筋与“瘦身”钢筋之间，因此，重量偏差不合格会造成力学性能的下降，造成很大的安全隐患。

2.3 尺寸的标准规定和影响

钢筋尺寸的检验指标为横肋高、横肋末端间隙、肋间距和内径，检测时对抽查的5个钢筋逐根进行检验，与标准规定的标准值进行比较。2021年至2023年抽查中共发现8批次尺寸不合格产品，其中内径不符合4批次、横肋末端间隙不符合4批次。内径不合格会造成钢筋的抗拉强度、屈服强度不符合要求，抽查发现的4批次不合格样品的抗拉强度和屈服强度也不符合要求；横肋末端间隙不符合主要体现为横肋过大或过小，间隙过大会降低钢筋与混凝土之间的摩擦力，间隙过小会增大横肋与主筋的摩擦力，从而会降低钢筋的使用性能和增大建筑结构的安全性风险。

2.4 力学性能的标准规定及影响

从抽查的5根中任选2根，每根上截取长度约600 mm的样品进行力学性能检验。力学性能指标主要包含抗拉强度、屈服强度、最大力总延伸率、强屈比、屈强比等，是钢筋最为重要的指标之一，对建筑工程的安全性、产品的使用寿命起到重要作用。

标准中规定了屈服强度为400、500、600三个系列的标准值，目前市场上常用的多为400系列，近三年抽查400系列占到92%。钢筋力学性能不达标会对建筑物的安全稳定带来严重威胁，一是会导致建筑物承载力下降，影响抗震效果，降低使用的安全性；二是影响建筑物的使用寿命，加速构件的破坏和老化；三是因结构安全性导致的返工、维修会造成很大的经济损失。

2.5 化学成分的标准规定及影响

从抽查的5根中任选1根，截取长度约15 mm左右的样品进行化学成分检验，包含C、Si、Mn、P、S，并通过Cr、V、Mo、Cu、Ni的含量计算碳当量Cep。近三年抽检中出现的1批次化学成分不合格主要为C含量超标，碳的主要作用是固溶于铁素体中和增加珠光体的含量，是决定钢筋强度的重要元素，碳含量增加会造成钢材的强度、塑性和韧性降低，还会使钢的耐蚀性、冷弯性能、焊接性等降低，影响使用的安全性和使用寿命。

3 不合格项产生原因分析

热轧钢筋的生产过程是一个复杂的过程，包括原材料加工、熔炼、浇铸、轧制、热处理、拉拔、切割等工艺过程，其质量会受到原材料、生产设备、工艺控制、检测手段、人员操作水平、外界环境等方面的影响，针对近三年监督抽查发现的问题，从宏观角度来分析产生不合格的原因。

3.1 金相组织不合格原因

金相组织是2018版标准新加入的内容，由于旧标准对此项没有要求，导致了部分企业忽视了对该项目的质量把关。不合格原因主要由以下方面：

（1）精轧前后采用的水冷工艺温度控制不当导致温度过高或过低都会影响钢筋的金相组织。

（2）钢筋精轧后为了快速降低钢筋温度以便于快速打包存放，采用了穿水快速水冷工艺，穿水冷却时表面冷却速度高于心部，穿水后心部的余热传向表面，使得表面温度重新升高，最终得到回火马氏体组织[2]。

（3）冶炼过程控制不当导致非金属夹杂物的出现，主要是钢中氧含量过高，在冶炼过程中形成氧化物夹杂。

3.2 重量偏差不合格原因

通过对省抽钢筋的检测，发现企业为了减少用料、降低成本，重量偏差多为负值，产生不合格的原因可能有以下原因：

（1）使用原材料中杂质含量高或冶炼过程中大量杂质未去除，这些杂质的密度与钢筋的密度不同，导致钢筋的重量偏差过小。

（2）钢筋在生产过程中存在粗糙烂造的情况，或者钢筋成品流入市场后，一些小作坊为节省钢筋用料，再次轧制、拉拔处理，造成同等长度下重量减轻，这也就是我们所说的“瘦身”钢筋。

（3）随着钢筋轧制量的不断增多，若不及时更换或维修轧制孔设备，会导致轧制孔遭受不断磨损，内径实测尺寸也不断变大，从而导致钢筋的内径增大，重量偏差偏大。

3.3 尺寸不合格原因

钢筋尺寸涉及到的参数较多，控制不当很容易导致不合格的出现，主要不合格因素有如下：

（1）横肋末端间隙超标，分为两种情况：一是横肋末端间隙超过最大值，主要由轧槽磨损引起；另一种情况是横肋与纵肋相交，主要由孔型设计引起，在生产过程中同时受轧制温度和轧制速度的影响产生相交的情况。

（2）内径不合格，该项和重量偏差联系比较紧密，出现“瘦身”钢筋时，在重量偏差不满足要求的同时，往往内径也不符合要求。

（3）横肋高不合格，多出现在盘卷钢筋中，由于盘卷钢筋在使用过程中需要调直处理，部分使用单位采取粗放的方式进行导致横肋磨损严重，造成横肋高不合格。

3.4 力学性能不合格原因

力学性能不合格是由多种原因引起，除内径偏小、非金属夹杂、化学成分不均匀等因素外，还有以下主要原因：

（1）扎后水冷不当导致力学性能不符合，研究表明，轧后较快速度水冷可以使得钢筋的强度提高，但冷却水压不足时不但不能提高强度，反而会由于组织更加不均匀而同时降低钢筋强度和塑性[2]。

（2）铸坯中氮含量偏低，且存在偏析缺陷，导致轧制后钢筋组织中存在带状组织，使得力学性能下降。另外钢筋表面存在裂纹或夹杂物也会影响力学性能。

3.5 化学成分不合格原因

化学成分不合格主要是碳含量过高，问题主要出现在原材料和冶炼过程，造成不合格的主要原因有：

（1）部分生产企业对标准要求重视不够，未严格按照标准进行工艺控制，生产过程中不按规定进行取样检测或取样的频次少，不能及时发现不合格，导致不合格产品出厂。

（2）生产过程中为控制合金的消耗量，同时为保证强度要求而刻意提高碳含量，虽然强度达到了要求，但碳含量超过了标准值。

4 不合格项防控措施

根据近三年监督抽查的结果，通过对不合格项产生原因的分析，从技术和监管角度提出以下防控措施。

（1）优化工艺过程控制。加强工艺过程的控制可以有效降低不合格率，一是做好金属冶炼过程的控制，比如，炼钢过程中采用渣洗工艺、延长吹氩时间以及优化控制连铸拉速等措施，可以有效减少非金属夹杂，去除金属中带状组织[3]。二是做好过程中质量的检验，比如，冶炼过程中严格每炉次取样检验，发现化学成分不符合要求，及时进行补救操作。三是优化穿水工艺，合理控制好冷却水压力、精轧前后的温度等，在提高生产效率的同时不影响钢筋的性能。四是合理设计轧制孔型，及时更换、维修轧制孔设备，减少横肋末端间隙的不合格率。

（2）加强生产企业检测实验室能力的建设。生产企业质量检测实验室对产品质量控制起到至关重要的作用，企业内部实验室检测的数据出现错误或偏差，很容易导致出厂的不合格产品误判为合格，为此要加强实验室能力的建设。在购置先进检测仪器设备同时，重点从实验室基础设施建设、高素质人员培养、完善管理制度等方面入手提升实验室质量控制的综合能力。

（3）严格落实出厂检验制度。生产企业由于生产设备、生产条件等的变化，为确保质量应每年进行一次产品的型式试验，确保产品质量不受外界条件的变化而变化。生产企业应当按照要求，认真做好钢筋的出厂检验，对于发现问题的产品，立即进行处理，坚决杜绝流入市场，并认真做好风险排查、问题整改工作。建议企业定期将样品送至第三方检测机构进行检验。

（4）进一步加强监管、强化监督抽检。一是对钢筋生产企业每年安排一次工厂检查，重点对关键工艺过程、企业风险防控措施落实、出厂检验过程及委托检验情况等进行监督诊断。二是对于抽检不合格企业，可提高风险（信用）等级，适当增加监督检查频次，及时发现风险隐患，倒逼企业落实主体责任，提高产品质量[4]。三是近三年抽查钢筋中重量偏差、尺寸等参数不符合的比例占不合格批次的57%，由于这些参数可以通过钢筋快检快速发现，因此应继续加强钢筋快检的监督抽查力度，确保覆盖更多的生产和销售企业，同时通过快检可以快速地发现“瘦身”钢筋，消除安全隐患。

（5）加强专业知识的宣传。监督抽查过程中发现部分钢材经销商、购买者不知道如何通过标牌、外观等方法判断钢筋的质量，因此建议行业主管部门或市场监管部门多组织标准宣贯会，让销售者和使用者能够了解钢筋产品基本知识，确保在采购或购买过程中能够快速的识别一些常见的质量问题钢筋。

5 结语

建筑钢材在现代工程建设中发挥着重要的作用，每一项检验项目都有其合理的存在，出现不合格项都会对建筑安全带来很大的安全隐患。尽管近几年的抽查中合格率不断提升，但仍然存在着重量偏差、尺寸、金相组织等方面的缺陷，究其原因可归结为生产过程把控不严、工艺规程执行不当、出厂检验未执行到位、监管检查力度还不够等原因，因此从过程控制、工艺改进、强化检验和监管等方面加强管控是提高钢筋产品质量的关键。

作者简介

陈全旺，通信作者，硕士研究生，高级工程师，研究方向为质量管理和产品质量检验。

高勇，本科，高级工程师，研究方向为质量管理和公共管理。

周超，硕士研究生，工程师，研究方向为质量管理和信息化。

王健康，本科，工程师，研究方向为质量安全管理。

（责任编辑：袁文静）