第二章建筑钢材

第2章建筑钢材

本章学习目标了解建筑钢材的微观结构及其与性质的关系熟练掌握建筑钢材的力学性能（包括强度、弹性及塑性变形，耐疲劳性）的意义，测定方法及影响因素熟悉建筑钢材的强化机理及强化方法掌握土木工程中常用的建筑钢材的分类及其选用原则建筑钢材是最重要,用途最广泛建筑材料之一。钢与生铁的区分在于含碳量的大小。含碳量小于2.06％的铁碳合金称为钢。含碳量大于2.06％的铁碳合金称为生铁。土木工程钢材是指用于钢结构的各种型钢、钢板、钢管和用于钢筋混凝土中的各种钢筋、钢丝等。钢材是在严格的技术控制条件下生产的材料，与非金属材料相比，具有品质均匀稳定、强度高、塑性韧性好、可焊接和铆接等优异性能。钢材主要的缺点是易锈蚀、维护费用大、耐火性差、生产能耗大.本章的难点

钢材的塑性、韧性、耐疲劳性，以及微量组分对钢材性能的影响。建议在学习中需联系钢材的组成结构分析其性能，来理解其应用。还需说明的是，除钢材外，铝合金近年迅速发展，对其在土木工程中的应用亦应有所了解。钢结构建筑有许多优点，与钢筋混凝土相比，有更好的抗震、防腐、耐久、环保和节能效果；可实现构架的轻量化和构件的大型化，施工亦较为简便。但同时也存在不少缺点，其中较突出的一点是防火问题。美国纽约的世贸大厦为钢结构，2001年9月11日被恐怖主义者袭击、倒塌，给人们提出了钢结构防火、防袭击破坏的新课题。世贸中心2.1金属的微观结构

及钢材的化学组成2.1.1金属的微观结构概述1.金属的晶体结构微观有序,各向异性宏观无序,各向同性2.金属晶体结构中的缺陷点缺陷、线缺陷和面缺陷。3.金属强化的微观机理为提高强度,可采用改变微观晶体缺陷的数量和分布状态.细晶强化、固溶强化、弥散强化和变形强化2.1.2钢材的化学组成钢的基本成分是铁和碳,还有合金元素和杂质元素.按化学成分:碳素钢和合金钢碳素钢:低碳钢C<0.25%中碳钢C:0.25%~0.6%高碳钢C>0.6%合金钢:低合金钢:合金钢元素含量<5%中合金钢:合金钢元素含量5%~10%高合金钢:合金钢元素含量>10%主要元素的存在形态及其对钢材性能的影响碳:钢材中Fe-C结合的三中方式:固溶体,化合物,机械混合物由于结合方式的不同,碳素钢在常温下有三中基本组织形式:铁素体:是碳在α-Fe中的固溶体，由于α-Fe体心立方晶格的原子间空隙小，溶碳能力较差，故铁素体含碳量很少（小于0.005％），由此决定其塑性、韧性好；但强度、硬度低。渗碳体:为铁和碳的化合物Fe3C，其含碳量高达6.67％，晶体结构复杂，塑性差，性硬脆，是钢材中的主要强化组分。珠光体:为铁素体和渗碳体的机械混合物，层状结构，性能介于铁素体和渗碳体之间.此外，钢材在温度高于723℃时，还存在奥氏体。奥氏体为碳在γ-Fe中的固溶体，溶碳能力较强，高温时含碳量可达2.06％，低温下降至0.8％。其强度、硬度不高，但塑性好。钢处于红热状态时即存在这种组织，这时钢易于轧制成型。0.82.0含碳量%铁素体渗碳体珠光体化学成分对钢性能的影响除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中引入一些的其他元素。这些成分可分为两类：一类能改善优化钢材的性能称为合金元素，主要有硅(Si)、锰(Mn)、钛(Ti)、钒(V)、铌(Nb)等；另一类能劣化钢材的性能，属钢材的杂质，主要有氧(O)、硫(S)、氮(N)、磷(P)等。这些成分含量少，但对钢的性能影响很大。

化学元素对钢材性能的影响化学元素强度硬度塑性韧性可焊性其他碳（C）<1%↑↑↑↓↓↓冷脆性↑硅（Si）>1%↑↓↓↓↓冷脆性↑锰（Mn）↑↑↑↑脱氧、硫剂钛（Ti）↑↑↑↓↑强脱氧剂钒（V)↑↑时效↓磷（P）↑↑↓↓↓偏析、冷脆↑↑氮（N）↑↑↓↓↓↓冷脆性↑硫（S）↑↓↓氧（O）↑↓↓

其中硅、锰、钛、钒、铌等为合金元素。磷、氮、硫、氧等为杂质。

硅、锰大部分溶于铁素体中，当硅含量小于1％时，可提高钢材的强度，对塑性、韧性影响不大；锰一般含量在1％～2％之间，除强化外，能消弱硫和氧引起的热脆性，且改善钢材的热加工性。硅、锰是我国低合金钢的主要合金元素。钛是强脱氧剂，钒、铌是碳化物和氮化物的形成元素，三者皆能细化晶粒，增加强度，在建筑常用的低合金钢中，三者为常用合金元素。

磷主要溶于铁素体中起强化作用，同时可提高钢材的耐磨、耐蚀性，但塑性、韧性显著降低，当温度很低时，对后两者影响更大，磷的偏析倾向强烈。氮溶于铁素体中或呈氮化物形式存在，对钢材性质影响与C、P相似。二者在低合金钢中可配合其它元素作为合金元素。硫、氧主要存在于非金属夹杂物中，降低各种力学性能，硫化物造成的低溶点使钢材在焊接时易于产生热裂纹，显著降低可焊性，且有强烈的偏析作用；氧有促进时效倾向的作用，氧化物所造成的低溶点亦使钢的可焊性变坏。

2.2建筑钢材的主要力学性能2.2.1抗拉性能2.2.2冷弯性能2.2.3冲击韧性2.2.4硬度2.2.5耐疲劳性2.2.1抗拉性能抗拉性能是建筑钢材最重要的技术性质。建筑钢材的抗拉性能，可用低碳钢受拉时的应力一应变图来阐明，图中明显地分为以下四个阶段：弹性阶段(OA段)屈服阶段(AB段)强化阶段(BC段)颈缩阶段(CD段)弹性阶段(OA段)：在OA阶段，如卸去荷载，试件将恢复原状，表现为弹性变形，与A点相对应的应力为弹性极限。此阶段应力与应变成正比，即产生单位弹性应变时所需的应力大小。它是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。（弹性模量和弹性极限）屈服阶段(AB段)：当荷载增大，试件应力超过A时，应变增加的速度大于应力增长速度，应力与应变不再成比例，开始产生塑性变形。图中B上点是这一阶段应力最高点，称为屈服上限，B下点称为屈服下限。由于B下比较稳定易测，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度，用бs表示。故—般以B下点对应的应力作为屈服点。钢材受力达屈服点后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求。故设计中一般以屈服点作为强度取值依据。

强化阶段(BC段)：当荷载超过屈服点以后，由了试件内部组织结构发生变化，抵抗变形能力又重新提高，故称为强化阶段。对应于最高点C的应力，称为强度极限或抗拉强度бb。

工程上使用的钢材，不仅希望具有高的屈服强度，还希望具有一定的屈强比。屈强比越小，钢材在受力超过屈服点工作时的可靠性越大，结构愈安全。但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。常用碳素钢的屈强比为0.58～0.63，合金钢为0.65～0.75。颈缩阶段(CD段)当钢材强化达到最高点后，在试件薄弱处的截面将显著缩小，产生“颈缩现象”，由于试件断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力也就随着下降，最后发生断裂。将拉断后的试件于断裂处对接在一起，测得其断后标距Ll。标距的伸长值与原始标距(L0)的百分比称为伸长率。伸长率δ是衡量钢材塑性的指标，它的数值越大，表示钢材塑性越好。良好的塑性，可将结构上的应力(超过屈服点的应力)重分布，从而避免结构过早破坏。

δ5和δ10分别表示l0=5d

和l0=10d

时的伸长率。对同一种钢材δ5>δ10。这是因为钢材中各段在拉伸的过程中伸长量是不均匀的,颈缩处的伸长率较大，因此当原始标距l0与直径d

0之比愈大，则颈缩处伸长值在整个伸长值中的比重愈小，因而计算得的伸长率就愈小。某些钢材的伸长率是采用定标距试件测定的，如标距l0=100mm或200mm，则伸长率用δ100或δ200表示。1)若对于变形要求严格的构件，Ⅰ、Ⅱ两种低碳钢选用谁者更合适。

从Ⅰ、Ⅱ两条曲线比较可知，低碳钢Ⅱ的弹性模量E小于低碳钢Ⅰ，也就是说，低碳钢Ⅱ的抗变形能力不如低碳钢Ⅰ。对于变形要求严格的构件选用低碳钢Ⅰ更为合适。

2)使用Ⅰ、Ⅱ两种钢材，哪一个安全性较高。

Ⅰ、Ⅱ两种低碳钢的屈服强度бs相近，但低碳钢Ⅰ的抗拉强度бb高于Ⅱ，即其屈强比бs/бb

较小。屈强比值越小，反映钢材超过屈服点工作时可靠性越大，结构的安全性越高。(当然，屈服比过小时，表示钢材强度的利用率偏低，不合理。Q235钢材的屈强比为0.58～0.63，普通的合金钢的屈强比在0.67～0.75之间。)故从安全性考虑:Ⅰ优于Ⅱ.

2.2.2冷弯性能

冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，为钢材的重要工艺性质。钢材的冷弯性能是以试验时的弯曲角度(a)和弯心直径(d)为指标表示。钢材冷弯试验是通过直径(或厚度)为a的试件，采用标准规定的弯心直径d(d=na)，弯曲到规定的角度(180或90)时，检查弯曲处有无裂纹、断裂及起层等现象，若无则认为冷弯性能合格。钢材冷弯时的弯曲角度愈大，弯心直径愈小，则表示其冷弯性能愈好。

钢材的冷弯性能和其伸长率一样，也是表明钢材在静荷下的塑性，而且冷弯是在苛刻条件下对钢材塑性的严格检验，它能揭示钢材内部组织是否均匀，是否存在内应力及夹杂物等缺陷。在工程中，冷弯试验还被用作对钢材焊接质量进行严格检验的一种手段。2.2.3冲击韧性

冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。将有缺口的标准试件放在冲击试验机的支座上，用摆锤打断试件，测得试件单位面积上所消耗的功，作为冲击韧性指标，用冲击值ak表示,ak值愈大，表明钢材在断裂时所吸收的能量越多，则冲击韧性越好。

钢材的冲击韧性越大,钢材抵抗冲击荷载的能力越强。ak值与试验温度有关。有些材料在常温时冲击韧性并不低，破坏时呈现韧性破坏特征。但当试验温度低于某值时，ak突然大幅度下降，材料无明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称为钢材的冷脆性。钢的化学成分及冶炼、加工质量都对冲击韧性能有明显的影响。例如，钢中磷、硫含量较高，存在偏析、非金属夹杂物、气孔和焊接中形成的微裂纹等，都会使冲击韧性显著降低。除此以外，钢的冲击韧性受温度的影响较大，冲击韧性随温度的下降而减小，当降到一定温度范围时，ak值急剧下降，从而可使钢材出现脆性断裂．这种性质称为钢的冷脆性。所以，在负温下使用的钢材，特别是承受动荷载的重要结构，必须要检验其低温下的冲击韧性。2.2.4硬度硬度:硬度是衡量钢的软硬程度的一个指标，它是表示钢材表面局部体积内，抵抗变形或破裂的能力，也即指抵抗其他更硬的物体压入钢材表面的能力。测定钢材硬度的方法很多，建筑钢材常用的是布氏法，所测硬度称布氏硬度。布氏硬度是用一定直径D(mm)的硬质钢球,在规定荷载P(N)作用下压入试件表面，并持续一定时间后卸裁，量出压痕直径d(mm)，然后计算每单位压痕球面积所承受的荷载值，即布氏硬度值(HD)，见图。2.2.5耐疲劳性

受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象,称为疲劳破坏。钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，首先在局部开始形成细小断裂，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。

在一定条件下，钢材疲劳破坏的应力值随应力循环次数的增加而降低（如图所示）。钢材在无穷次交变荷载作用下而不至引起断裂的最大循环应力值，称为疲劳强度极限，实际测量时常以2×106次应力循环为基准。钢材的疲劳强度与很多因素有关，如组织结构、表面状态、合金成分、夹杂物和应力集中几种情况。一般来说，钢材的抗拉强度高，其疲劳极限也较高。1994年10月21日韩国汉城汉江圣水大桥中段50m长的桥体象刀切一样坠入江中，造成多人死亡。该桥由韩国最大的建筑公司之一——东亚建设产业公司于1979建成。

事故原因调查团经五个多月的各种试验和研究，于次年4月2日提交了事故报告。事故原因主要有以下两方面：

a.东亚建筑公司没有按图纸施工，在施工中偷工减料，利用疲劳性能很差的劣质钢材，这是事故的直接原因。

b.当时韩国缩短工期及汉城市政当局在交通管理上疏漏也是大桥倒塌的主要原因。设计负载限制为32t，建成后交通流量逐年增加，超常负荷，倒塌时负载为43.2t。

2.3钢材的冷加工强化及时效强化、热处理和焊接2.3.1钢材的冷加工强化及时效强化2.3.2钢材的热处理2.3.3钢材的焊接2.3.1钢材的冷加工强化及时效强化将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧，使之产生一定的塑性变形，强度明显提高，塑性和韧性有所降低，这个过程称为钢材的冷加工强化。工程中常对钢筋进行冷拉或冷拔加工，以期达到提高钢材强度和节约钢材的目的。钢筋冷拉是在常温下将其拉至应力超过屈服点，但远小于抗拉强度时即卸荷。冷拔是将6一8mm的光圆钢筋，通过一钨合金拔丝模孔而被强力拉拔，使其径向挤压缩小而纵向伸长。将经过冷拉的钢筋,于常温下存放15—20d，或加热到100—200并保持2～3h后，则钢筋强度将进一步提高，这个过程称为时效强化.前者称为自然时效;后者称为人工时效.通常对强度较低的钢筋可采用自然时效;

强度较高的钢筋则需采用人工时效。

钢材经冷加工产生塑性变形后，塑性变形区域内的晶粒产生相对滑移，导致滑移面下的晶粒破碎，品格歪扭畸变，滑移面变得凹凸不平，对晶粒进一步滑移起阻碍作用，亦即提高了抵抗外力的能力，故屈服强度得以提高,抗拉强度基本不变。同时，冷加工强化后的钢材，由于塑性变形后滑移面减少，从而使其塑性降低，脆性增大，且变形中产生的内应力，使钢的弹性模量降低。

钢筋经冷拉及时效以后，屈服强度得到进一步提高，且抗拉强度亦有所提高，塑性和韧性则要相应降低，弹性模量基本恢复。2.3.2钢材的热处理

退火保温加热淬火正火回火温度时间热处理是将钢材在固态范围内进行加热、保温和冷却,从而改变其金相组织和显微结构组织,获得需要性能的一种综合工艺.退火:将钢材加热到一定温度,保温后缓慢冷却(随炉冷却)的一种热处理工艺.其目的是细化晶粒,改善组织,降低强度,提高塑性,消除组织缺陷和内应力,防止变形和开裂;正火:是退火的一种特例,两者仅冷却速度不同,正火是在空气中冷却,正火后钢的硬度,强度较高,而塑性较小.其目的是细化晶粒,消除组织缺陷.淬火：是将钢材加热到基本组织转变温度以上，保温使组织完全转变，即投入水或油中急冷。淬火后的钢材，强度、硬度提高，脆性增大，塑性和韧性明显降低。回火：淬火后的钢材重新加热到某一温度范围，保温一定时间后再缓慢地或较快的冷却到室温，该过程称为回火处理。回火后的钢材可消除内应力，硬度降低，恢复塑性和韧性。回火可分高温回火、中温回火和低温回火。回火温度愈高，硬度下降愈多，塑性和韧性恢复愈好。

高温回火又称调质处理。2.3.3钢材的焊接（连接）焊接方式：电弧焊、闪光对焊等。电弧焊：将金属焊条在电弧的高温下熔融成钢水，滴在红热的被焊钢件接缝处，使两部分的钢材熔合连成一体。闪光对焊：通过电流把两根被焊钢筋的接头端面加热到熔融后，立即将其对接加压而合成一体。钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材的强度。钢材的化学成分对钢材的可焊性有很大的影响。随钢材的含碳量、合金元素及杂质元素含量的提高，钢材的可焊性降低。钢材的含碳量超过0.25％时，可焊性明显降低；硫含量较多时，会使焊口处产生热裂纹，严重降低焊接质量。钢材的焊接须执行有关规定。1999年１月４日晚６时５０分前后，重庆市綦江县城跨越綦河（长江支流）两岸、连接城东城西的人行彩虹桥（形似彩虹而名，系綦江县形象工程）整体垮塌，４０人遇难，包括１８名年轻武警战士。

１月８日，经事故调查组调查，彩虹桥突然垮塌是由两方面的原因造成的。一是工程质量问题：彩虹桥的主要受力拱架钢管焊接质量不合格，存在严重缺陷，个别焊缝并有陈旧性裂痕；钢管内混凝土抗压强度不足，低于设计标号的三分之一；连接桥梁、桥面和拱架的拉索、锚具和镏片严重锈蚀。二是工程承发包不合法：到８日止，事故调查组找不到工程设计专用章，设计手续不全，实际上是私人设计。施工承包者是一个挂靠国有的个体业主，其组织的施工队伍不具备进行市政工程建设的技术力量和设备，不具有合法的市政工程施工资质。工作人员正在对桥面进行分解切割工作人员正在对桥面进行分解切割2000年12月18日綦江新虹桥，新虹桥为X型钢筋混凝土人行拱桥，全长160米，净跨130米，宽7.5米，工程总造价800万人民币重庆南门大桥位于宜宾城内的长江(长江上游也称金沙江)上，连引桥在内，大桥全长约1000米左右，主桥横跨度500余米，是一座提篮式跨江大桥。2001年11月8日凌晨４点３０分左右，横跨金沙江的宜宾南门大桥两端断裂，造成至少２辆客车和一辆货车坠入江中，客车中有３名驾乘人员死亡和失踪，货车伤亡情况不明，宜宾市南北交通和对外通讯一度中断。四川省一些桥梁专家和工程设计人员在桥梁的断裂处进行了现场勘查，发现坍塌断裂之处露出一层薄薄的钢筋网，悬吊的承重钢管中露出了锈迹斑斑的钢缆。据现场一位工程人员说，让人不可思议的是，那承重钢缆是装在钢管中且加了防锈油的，怎么会生锈？

据宜宾市曾参加过泸州大桥、岷江大桥、马鸣溪大桥施工的吴工程师讲，这种动态式的悬吊式设计很可能有问题。从南门大桥断裂的状况看，两边的断裂处都是在主桥与引桥的结合点，恰恰也是吊桥动态与静态的结合点。因受力不均，一边垮塌后，使桥面的支撑力发生波浪形摆动，造成另一边也垮塌。吴工程师还说，从现场看桥的伸缩缝过大，部分施工材料不合格也是造成桥面断裂的原因之一。

其他连接方式：套筒挤压接头锥螺纹接头直螺纹接头绑扎等2.4钢材的防火和防腐蚀2.4.1钢材的防火在建筑结构中，钢材均在常温下工作，如遇高温或火灾，钢材性能将发生明显改变（下降），主要表现为强度下降，承载力降低。因此，在钢结构和高层建筑结构中应采取预防包覆措施，包括设置防火板或涂刷防火涂料；在钢筋混凝土结构中，钢筋应有一定厚度的保护层。钢材防火保护层对构件耐火极限的影响构件名称规格（mm）保护层厚度（mm）耐火极限（h）砼空心板3300*600*180100.93300*600*200301.5预应力砼空心板3300*600*90100.43300*600*110300.85无保护层钢柱00.25砂浆保护层钢柱501.35防火涂料保护层钢柱252无保护层钢梁00.25防火涂料保护层钢梁151.52.4.2钢材的锈蚀与防止1.钢材锈蚀的主要原因

化学腐蚀：钢材与周围介质直接发生化学反应；

电化学腐蚀：金属在潮湿气体及导电液体中，由于电子流动而引起的腐蚀；

应力腐蚀：钢材在应力状态下腐蚀加快的现象。2.防止钢材腐蚀的措施（1）采用耐候钢耐候钢即耐大气腐蚀钢。耐候钢是在碳素钢和低合金钢中加入少量铜、铬、镍、钼等合金元素而制成。这种钢在大气作用下，能在表面形成一种致密的防腐保护层，起到耐腐蚀作用，同时保持钢材良好的焊接性能。耐候钢的强度级别与常用碳素钢和低合金钢一致，技术指标也相近，但其耐腐蚀能力却高出数倍。（2）金属覆盖

用耐腐蚀性好的金属，以电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面，提高钢材的耐腐蚀能力。常用的方法有：镀锌（如白铁皮）、镀锡（如马口铁）、镀铜和镀铬等。根据防腐的作用原理可分为阴极覆盖和阳极覆盖。

A.

阴极覆盖采用电位比钢材高的金属覆盖，如镀锡。所盖金属膜仅为机械地保护钢材，当保护膜破裂后，反而会加速钢材在电解质中的腐蚀。

B.

阳极覆盖采用电位比钢材低的金属覆盖，如镀锌，所覆金属膜因电化学作用而保护钢材。（3）非金属覆盖在钢材表面用非金属材料作为保护膜，与环境介质隔离，以避免或减缓腐蚀。如喷涂涂料、搪瓷和塑料等。涂料通常分为底漆、中间漆和面漆。底漆要求有比较好的附着力和防锈能力，中间漆为防锈漆，面漆要求有较好的牢度和耐候性以保护底漆不受损伤或风化。一般应用为两道底漆（或一道底漆和一道中间漆）与两道面漆，要求高时可增加一道中间漆或面漆。使用防锈涂料时，应注意钢构件表面的除锈以及低漆、中间漆和面漆的匹配。常用底漆有：红丹底漆、环氧富锌漆、云母氧化底漆、铁红环氧低漆等。中间漆有：红丹防锈漆、铁红防锈漆等。面漆有：灰铅漆、醇酸磁漆和酚醛磁漆等。（4）混凝土用钢筋的防锈在正常的混凝土中pH值约为12，这时在钢材表面能形成碱性氧化膜（钝化膜），对钢筋起保护作用。若混凝土碳化后，由于碱度降低（中性化）会失去对钢筋的保护作用。此外，混凝土中氯离子达到一定浓度，也会严重破坏表面的钝化膜。

为防止钢筋锈蚀，应保证混凝土的密实度以及钢筋外侧混凝土保护层的厚度，在二氧化碳浓度高的工业区采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，限制含氯盐外加剂掺量并使用混凝土用钢筋防锈剂。预应力混凝土应禁止使用含氯盐的骨料和外加剂。钢筋涂覆下氧树脂或镀锌也是一种有效的防锈措施。2.5建筑钢材的品种与选用2.5.1建筑钢材的主要钢种2.5.2常用建筑钢材2.5.1建筑钢材的主要钢种1.碳素结构钢国家标准GB700-88《碳素结构钢》中规定，牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成。其中以“Q”代表屈服点；屈服点数值共分195MPa、215MPa、235MPa、255MPa和275Mpa五种；质量等级以硫、磷等杂质含量由多到少，分别为A、B、C、D符号表示；

脱氧方法以F表示沸腾钢、b表示半镇静钢、Z、TZ表示镇静钢和特殊镇静钢，Z和TZ在钢的牌号中予以省略。随着牌号的增大，对钢材屈服强度和抗拉强度的要求增大，对拉长率的要求降低。脱氧程度：F、b、Z、TZ质量等级：A、B、C、D屈服强度值：195、215、235、255、275屈服的代号：Q碳素结构钢的牌号和化学成分应符合表2.1规定。碳素结构钢的力学性能、牌号、等级指标见表2.2。其冷弯性能指标见表2.3。例如：Q235－A·F表示屈服点为235MPa的A级沸腾碳素结构钢。随着牌号的增大，其含碳量增加，强度提高，塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。同一钢号内质量等级越高，钢材的质量越好，如Q235-C、Q235-D级优于Q235-A、Q235-B级。钢结构中，主要应用的是碳素钢Q235。还有其它几种碳素结构钢常用于土木工程中。

Q195——强度不高，塑性、韧性、加工性能与焊接性能较好，主要用于轧制薄板和盘等。Q215——与Q195钢基本相同，其强度稍高，大量用做管坯、螺栓等。Q235——强度适中，有良好的承载性，又具有较好的塑性和韧性，可焊性和可加工性也较好，是钢结构常用的牌号，大量制作成钢筋、型钢和钢板用于建造房屋和桥梁等。Q235良好的塑性可保证钢结构在超载、冲击、焊接、温度应力等不利因素作用下的安全性，因而Q235能满足一般钢结构用钢的要求Q235-A一般用于只承受静荷载作用的钢结构。

Q235-B适合用于承受动荷载焊接的普通钢结构，

Q235-C适合用于承受动荷载焊接的重要钢结构，

Q235-D适合用于低温环境使用的承受动荷载焊接的重要钢结构。Q255——强度高、塑性和韧性稍差，不易冷弯加工，可焊性较差，主要用做铆接或栓接结构，以及钢筋混凝土的配筋。Q275——强度、硬度较高，耐磨性较好，但塑性、冲击韧性和可焊性差，不宜在建筑结构中使用，主要用于制造轴类、农具、耐磨零件和垫板等。2.优质碳素结构钢

按国家标准GB/T699-1999《优质碳素结构钢》的规定，优质碳素结构钢根据锰含量的不同可分为：普通锰含量（锰含量<0.8％）钢和较高锰含量（锰含量0.7％～1.2％）钢两组。

优质碳素结构钢的钢材一般以热轧状态供应，硫、磷等杂质含量比普通碳素钢少，其他缺陷限制也较严格，所以性能好，质量稳定。优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，它表示钢中平均含碳量的万分数。如45号钢，表示钢中平均含碳量为0.45％。数字后若有“锰”字或“Mn”，则表示属较高锰含量的钢，否则为普通锰含量钢。如35Mn表示平均含碳量0.35％，含锰量为0.7％～1.0％。若是沸腾钢或半镇静钢，还应在牌号后面加“沸”（或F）或“半”（或b）。优质碳素钢的性能主要取决于含碳量。含碳量高，则强度高，但塑性和韧性降低。在建筑工程中，30～45号钢主要用于重要结构的钢铸件和高强度螺栓等，45号钢用做预应力混凝土锚具，65～80号钢用于生产预应力混凝土用钢丝和钢绞线。3.低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢的牌号的表示方法为：屈服强度－质量等级，它以屈服强度划分成五个等级：Ｑ295、Q345、Q390、Q420、Q460，质量也分为五个等级：E、D、C、B、A。

国家标准GB1591-94《低合金高强度结构钢》规定了各牌号的低合金高强度结构钢的化学成分（见表2.4)、力学性能(见表2.5)。由于合金元素的强化作用，使低合金结构钢不但具有较高的强度，且具有较好的塑性、韧性和可焊性。低合金高强度结构钢广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别是大型结构、重型结构、大跨度结构、高层建筑、桥梁工程、承受动力荷载和冲击荷