2018年新国标对螺纹钢的生产及应用提出了穿水工艺的限制和更高性能的要求,目前大多钢企采用V/N微合金化的方式提升螺纹钢的力学性能,但会导致其成本大幅增加。晶粒细化可有效提升金属材料的力学性能,通过晶粒细化提高螺纹钢的力学性能则成为开发低成本、高性能螺纹钢的优选方案之一。本文设计开发了四种Nb、V、Ti微合金化的高强度螺纹钢,研究了不同微合金元素和不同热变形条件对试验钢连续冷却转变、第二相粒子固溶与析出和动态再结晶行为的影响,并在其基础上探究第二相粒子析出和奥氏体动态再结晶行为对螺纹钢晶粒细化的影响规律,以期为通过晶粒细化提升螺纹钢力学性能、实现螺纹钢的低微合金化或无微合金化设计提供科学依据。通过对四种试验钢中第二相粒子的固溶与析出过程进行研究,发现试验钢中的第二相粒子主要为球形Nb C粒子。Nb C粒子的析出动力学研究表明,Nb C粒子的析出鼻点温度约在900℃;在相同温度下随着保温时间的不断延长,粒子尺寸逐渐增大;在含Nb试验钢中加入Ti元素后,Nb C粒子会依附于加热过程中未完全溶解的Ti N粒子进行形核,粒子尺寸相对较小,且加快了Nb C的析出动力学。对试验钢在不同温度下经不同时间保温后的样品进行组织观察发现,第二相粒子可有效抑制奥氏体晶粒长大,为螺纹钢奥氏体晶粒细化奠定基础。通过对四种试验钢在不同变形条件下的热压缩过程进行分析,发现试验钢的应力应变曲线表现出明显的动态再结晶特征,考虑到不同变形条件对流变应力值的影响,在传统本构方程的基础上耦合应变因素得到试验钢的一种新型本构方程,该本构方程的预测值与实验值基本吻合,表现出良好的工程意义。通过对试验钢热变形过程的应力应变曲线进行动态再结晶的动力学分析,发现添加少量Nb、V、Ti微合金元素可导致20Mn Si钢形变激活能的增加,进而对其动态再结晶过程产生一定的阻碍作用。基于上述研究,本文在实验室内通过合理的轧制工艺设计,充分利用微合金化第二相粒子对动态再结晶晶粒长大的抑制作用,得到了晶粒尺寸显著细化的铁素体+珠光体组织,晶粒尺寸约为5μm（晶粒度12级）,力学性能满足HRB400新国标抗震螺纹钢的强韧性标准,综合性能明显提升。其中,晶粒最细的20Mn Si Nb VTi钢的综合力学性能相对较好,屈服强度达到了523MPa,延伸率为24.7%;20Mn Si Nb钢和20Mn Si Nb Ti钢的晶粒尺寸相近,强度方面也基本相似,但20Mn Si Nb Ti钢的晶粒更为均匀,塑韧性更佳。20Mn Si Nb Ti相较于20Mn Si Nb适当降低了Nb元素含量,添加的微量更经济的Ti元素,使其原材料成本更低,经济效益更佳。本论文研究为低成本、高性能螺纹钢的工业开发与应用提供了有益的科学指导。