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无缺陷的连铸坯生产技术和控轧控冷手段，来达到尽可能的少加或者不加诸如Cr、N、M 之类的贵重合金元素条件下，使钢在热轧的状态下便可获得高强韧性、高可焊性以及良好的成型性能。铌（Nb）、钒(V)、钛（T） 是常见的微合金元素，有时也向钢中加入钼(Mo)、硼(B)及稀土(RE)等作为微合金元素，我国铌储量比较缺乏，但钒、钛和稀土储量极为丰富。
沉淀强化作用和品粒细化是钢筋中微合金化元素的两大主要作用。钢中的微合金化元素能够形成细小而弥散的碳化物、氮化物以及碳氮化物从而抑制了奥氏体晶粒的长大:在相变之后，细小的铁素体能够提高钢筋的强韧性，由此可见氮元素对钢筋微合金化过程中碳氮化物的析出行为有着重要的作用。
C在传统的钢铁制备中是决定钢材力学性能的主要元素，螺纹钢筋规定的含碳量 W(C)<0.25%，HRB400 的螺纹钢筋碳当量ceq≤0.54。HRB500的螺纹钢筋碳当量ceq≤0.5%，C 元素的添加通常被视为是主要的强化措施，碳含量每增加0.1%，屈服强度和抗拉强度可分别提高 28N/mm2和 70Nmm。碳的存在对奥氏体具有稳定作用，同时对贝氏体的转变具有延缓作用，另一方面能够降低上贝氏体的下限温度。含碳量很大程度的决定着残留奥氏体的的稳定性。液态凝固时的膨胀会被碳所形成的球状石墨大大增加，于是降低了凝固收缩导致的缩松倾向、缩孔和残余应力，提高了了材料的内在质量4。钢材在轧制过程中发生相变形成了铁素体(F)、渗碳体(Fe3O)和奥氏体(A)，其他的对钢材起到强化作用的组织，如魏氏体(W)、马氏体(M)、贝氏体(B)等合金相则是在不同的冷却条件下形成的。碳含量的增加能够渗碳体的含量，但由于渗碳体硬而脆，在提高钢材的强度和硬度的同时使得韧性与塑性下降。因此，在对钢的化学成分进行设计时，必须对各元素对钢的作用进行综合的考虑，满足钢筋刚度要求的同时，必须要保证其良好的塑性。要严格控制钢中C的含量，不能为追求强度而大幅度提高C 含量，避免出现过高的碳当量。
锰元素
余热处理钢筋
余热处理钢筋是指利用轧制余热在轧钢作业线上直接进行轧后热处理。其基本原理是钢筋从轧机的成品机架轧出后，经冷却装置进行快速表面淬火，然后利用钢筋心部热量由里向外自回火，再空冷至室温。该技术能有效地发挥钢材的性能潜力，通过各种工艺参数的控制改善钢筋的性能，在较大幅度提高钢筋强度的同时，保持较好的塑、韧性，完全能保证钢筋的综合性能满足要求；同时，大幅度降低了合金元素用量，节约了生产成本。建筑业应用余热处理钢筋可实现强度等级的升级，节约钢材用量，增加建筑物的性。从理论上分析，35MPa级钢升级为460MPa级钢可节材27%以上，400MPa级钢升级为460MPa级钢可节材13%。更重要的是实现强度等级升级的同时，不需要消耗大量的微合金化元素的资源，有利于科学发展。
余热处理钢筋在国外已广泛应用，典型例子是英标460MPa级、500MPa级钢筋。英标Bs449因其科学性和适用性而受到国际建筑业的推崇，许多和地区普遍采用BS4449标准。英标钢筋与我国和其他钢筋标准中同类钢筋相比，不但强度要求较高而且对冷弯和反弯性能要求更严，因此，其质量要求较高。BS449标准中没有规定具体的加入合金元素和成分范围，国外企业生产英标钢筋一般是用碳素钢采用余热处理工艺，我国出口的英标钢筋也大量采用了余热处理工艺。加拿大标准G30.18中的400R、500R钢筋，美国 ASTMA615/A615M标准中的60级(420MPa)、75级(520MPa)钢筋，德国标准DN488/1中的BS420S、BST500S钢筋等都可采用余热处理工艺生产。国外余热处理钢筋的广泛应用表明，余热处理钢筋在建筑上包括在重要建筑上的应用是可靠的、可行的。
超细晶热轧钢筋
近年来的材料学研究可使普通C-Mn钢获得超细晶组织，已有试验获得了2~3μm的超细晶铁素体组织，屈服强度超过了400MPa。日本住友工业公司用铌钢轧制出了晶粒尺为5.5μm、屈服强度为454MPa、直径为32mm的优质棒钢。超细晶热轧钢筋通过控制轧制的方法，以细化钢材的晶粒和组织为技术核心，在保证良好的塑、韧性前提下提高钢材的强度，可明显地节约生产成本，同时做到了高性能和低成本。该产品是一种值得重视、值得发展的钢材品种。
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