不锈钢筋，顾名思义，就是利用不锈钢制成的钢筋，可以彻底解决钢筋的锈蚀问题。不锈钢筋以其优良的耐腐蚀性能和良好的机械性能，有效地改善了结构耐久性，减少了维修费用，延长了结构的使用寿命，在国外桥梁港口及建筑工程中得到了迅速的发展和应用^[1-5]。

不锈钢筋应用比较少的一个重要的原因是成本因素，目前不锈钢筋的价格远高于普通钢筋，但随着不锈钢筋冶炼、轧制技术的发展、成熟，更多牌号高强不锈钢筋的开发应用，低镍含量的不锈钢筋在成本上具有高竞争力，不锈钢筋和普通钢筋之间的成本差将会缩小^[6]。在混凝土构件关键部位用不锈钢筋替代碳素钢筋，可以在兼顾成本的前提下大大延长钢筋混凝土结构的使用寿命，其使用寿命可达100 a以上^[5]。

目前，许多国家已经制订了有关标准^[7-10]，如英国标准 BS 6744:2001+A2：2009和美国材料试验协会标准 ASTM A955/A955M-10等，我国还没有制订专门针对不锈钢钢筋的标准，只是在2004年4月颁布的《混凝土结构耐久性设计与施工指南》(CCES01—2004(2005年修订版))中，“有百年以上使用年限的特殊工程可选用不锈钢筋”的说明。

为提高我国沿海桥梁结构耐久性，考虑不锈钢品种价格与耐腐蚀性能，选取022C_r22N_i5M_O3N(2205)、06C_r17N_i12M_O2(316L)和00C_r23N_i4N(2304)不锈钢坯试制出3种不锈钢筋^{[5, 11-12]}，对其进行了力学、工艺等试验，试验结果可作为制订不锈钢筋产品标准的参考。

用022C_r22N_i5M_o3N(2205)、06C_r17N_i12M_o2(316L)和00C_r23N_i4N(2304)不锈钢坯试制成不同规格不锈钢筋(其中Φ12以上为螺纹钢筋、其他为光圆钢筋)。初次试制的部分产品性能低于国外同类产品，且由于不锈钢热塑性差，轧制时不锈钢螺纹钢筋表面开裂，通过改善精炼工艺、控制轧制温度等技术攻关，成功试制出性能不低于国外同类产品的不锈钢筋。

选取试制成功的022C_r22N_i5Mo₃N(2205)、06C_r17N_i12M_o2(316L)和00C_r23N_i4N(2304)不同规格不锈钢筋，同时选HPB235和HRB335钢筋进行对比拉伸试验，拉伸试验方法与普通钢筋相同，试验结果统计见表 1。各种钢筋的典型荷载-位移曲线见图 1。

图 1 钢筋拉伸试验的荷载-位移曲线对比 Fig. 1 Comparison of load-displacement curves of tensile test on steel bar

由表 1看出，与碳钢相比，这3种不锈钢筋强度高，屈强比大，延伸率大，应用于混凝土结构不仅可以提高耐久性，还可以显著地节约钢材，提高抗震性能。但不锈钢筋弹性模量较低，用于大跨混凝土结构会产生较大变形和开裂，用于混凝土受压构件则其强度不能充分发挥。由图 1看出，普通钢筋的荷载-位移曲线分4个阶段：弹性阶段、屈服阶段(不均匀屈服塑性变形)、强化阶段(均匀塑性变形)、颈缩阶段(不均匀集中塑性变形)；而不锈钢筋的荷载-位移曲线仅有3个阶段：弹性阶段、强化阶段(均匀塑性变形)、颈缩阶段(不均匀集中塑性变形)。与普通钢筋相比，不锈钢筋没有不均匀屈服塑性变形阶段，在荷载-位移曲线上表现为直接由弹性阶段进入均匀塑性变形阶段，说明不锈钢材质更均匀。

由表 1看出，同品种不同直径钢筋的强度、延伸率、弹性模量等平均值接近，标准差较小，说明材质受直径影响不大，可将同品种不同直径钢筋的力学性能放在一起统计分析。根据《工程结构可靠性设计统一标准》(GB 50153—2008)，对不锈钢筋强度试验数据的实测值用χ²法进行拟合度(分布类型)检验，在检验的显著性水平α=0.05时，其概率分布模型符合正态分布。则其强度标准值

(1)

根据试验实测数据计算出来的标准值见表 2。考虑到不锈钢筋使用经验不足，各指标适当降低并取整数，作为产品出厂检验标准。

022C_r22N_i5M_o3N(2205)，00C_r23N_i4N(2304)和HRB335钢筋在同一台试验机上进行弯曲试验，部分钢筋弯曲后的表现见图 2。钢筋弯曲后，弯曲面上均不存在裂缝、裂纹和断裂，揭示钢筋晶体组织均匀，内应力、夹杂物、未熔合和微裂纹等缺陷在合理限值内，说明不锈钢筋与普通钢筋有相似的冷弯性能，满足不锈钢筋混凝土构件成型时弯曲加工要求。

图 2 部分弯曲后的钢筋 Fig. 2 Part bended steel bars

以022C_r22N_i5M_o3N(2205)不锈钢筋为例，焊接材料采用00C_r23N_i9M_o3N(2209)不锈钢，022C_r22N_i5Mo₃N(2205)不锈钢筋规格有直径14，32 mm，采用手工直流电弧搭接焊及对接焊。对接焊试件焊缝的低倍金相组织见图 3(a)，图中左下部分为焊缝区，右上部分为母材区，以熔合线为界面区分。从图中看出，焊接接头的热影响区域较窄，金属晶粒没有明显粗化。图 3(b)是焊接接头热影响区域放大的金相组织，母材为典型的奥氏体+铁素体双相组织形貌，图中颜色较深的部分为奥氏体，较浅部分为铁素体，奥氏体和铁素体的晶界处没有发现σ相析出。母材及焊缝的金相组织见图 4，焊缝金相组织为铸态树枝晶组织，焊缝和热影响区域金相组织相比例测定见表 3，焊缝铁素体比例虽有降低，但仍在50%附近，焊点处组织为焊态双相组织，不影响其受力及工艺性能。

图 3 焊接接头热影响区域的金相组织 Fig. 3 Metallographic structure of heat affected zone of welded joint

图 4 母材及焊缝处金相组织 Fig. 4 Metallographic structure at base metal and welding seams

对接焊试件进行拉伸试验，试件均在母材断裂，对接焊试件强度及断后伸长率与母材相当。对焊接试件进行V型缺口冲击试验，缺口位置分别位于焊缝及热影响区域距熔合线1 mm处，冲击断口为塑性断裂，焊缝区韧性要低于热影响区域，这是因为焊缝的金相组织为铸态组织，比母材热影响区域的轧态双相组织性能要差。将不锈钢筋焊接试样接头区域加工光滑后进行弯曲试验，弯曲直径等于不锈钢筋直径，弯曲角度180°，试件均完好无裂纹，表明焊接接头有良好的工艺性能。将不锈钢筋对焊接头加工成5 mm×20 mm×80 mm的晶间腐蚀试样，用不锈钢硫酸-硫酸铜试验方法进行晶间腐蚀试验，经180°弯曲后试样完好，无晶腐裂纹出现，说明其具有很强的耐点蚀及晶间腐蚀能力。通过焊接后的试验及分析，022C_r22N_i5M_o3N(2205)不锈钢筋焊接接头未出现明显恶化，说明其具有很好的可焊接性。

以022C_r22N_i5M_o3N(2205)不锈钢筋为例，不锈钢筋螺纹连接采用镦粗、滚压直螺纹连接，套筒的材料为同钢种不锈钢，根据《钢筋机械连接通用技术规程》(JCJl07—2003)，不锈钢筋镦粗、滚压直螺纹丝头及连接套筒尺寸见表 4。接头单向拉伸、接头高应力反复拉压、接头大变形反复拉压等试验均断裂在母材，满足规程型式检验的要求。不锈钢筋疲劳试验的最高应力为230 MPa，应力幅为100 MPa，大于200万次循环，满足规程疲劳检验的要求。

表 4 连接套筒、镦粗钢筋丝头尺寸表(单位：mm) Tab. 4 Dimension table of connection sleeve and upset steel bar wire head (unit：mm)

	连接套筒			镦粗钢筋丝头
示意图
直径	螺纹规格M×P	长度L	外径D	螺纹规格M×P	丝头长度Ls		镦粗直段长度
					标准	加长
32	34.0×3.0	64±0.5	51.0+0.50	34×3	32+3.00	64+3.00	64+3.00
28	30.5×3.0	56±0.5	45.0+0.50	30.5×3	28+3.00	56+3.00	56+3.00

表选项

与普通碳素钢筋相比，试制的022C_r22N_i5M_o3N(2205)、06C_r17N_i12M_o2(316L)和00C_r23N_i4N(2304)等3种不锈钢筋，强度高，屈强比大，延伸率大；弯曲后表面上均不存在裂缝、裂纹和断裂；焊接试件拉伸均在母材断裂，焊接接头弯曲后均完好无裂纹，焊接接头有很强的耐点蚀及晶间腐蚀能力。不锈钢筋镦粗、滚压直螺纹连接单向拉伸性能、接头高应力反复拉压性能、接头大变形反复拉压性能、疲劳性能等均能满足螺纹连接规程要求。因此不锈钢筋力学、工艺性能也满足混凝土构件成型及结构使用的要求。

不锈钢筋应用于混凝土结构不仅可以提高耐久性，还可以显著节约钢材，提高抗震性能，可广泛应用于沿海桥梁工程等处于严重腐蚀环境的混凝土结构，降低维修、检查成本，减少由于维修造成的运营中断或限制通行，大大延长混凝土结构的使用寿命，具有巨大的经济效益和社会效益。