鋼是應用最廣泛的工程材料。按化學成分，鋼可以分為碳鋼和合金鋼兩大類。碳鋼是含碳量低于2.16%的鐵、碳合金，此外，還有少量錳、硅、硫、磷等雜質元素。合金鋼則是在碳鋼基礎上，為了獲得某些特定性能，在鋼的冶煉過程中有目的地加人某些元素。不銹(xiu)鋼也屬于合金鋼。
1. 碳鋼的分(fen)類
鋼材的分類方法有以下幾種。
①. 按化學成分(fen)分(fen)類
a. 低碳鋼 含碳量小于(yu)0.25%.
b. 中碳鋼 含碳量在0.25%~0.55%.
c. 高碳鋼 含碳量大于0.55%.
②. 按用途(tu)分類(lei)
a. 碳(tan)素結構鋼 含碳(tan)量(liang)0.7%以(yi)下的(de)工程結構和(he)機械零件用鋼。
b.碳(tan)素工具(ju)(ju)鋼(gang) 含碳(tan)量(liang)0.7%以上，用于制造各(ge)種工具(ju)(ju)、量(liang)具(ju)(ju)和刃(ren)具(ju)(ju)的鋼(gang)材。
在后面的(de)“碳鋼的(de)牌(pai)號(hao)(hao)(hao)(hao)及性能”部(bu)分(fen)(fen)，介紹(shao)了(le)常用鋼材的(de)牌(pai)號(hao)(hao)(hao)(hao)。鋼的(de)牌(pai)號(hao)(hao)(hao)(hao)并沒有一(yi)定(ding)由幾部(bu)分(fen)(fen)組(zu)(zu)成(cheng)的(de)規(gui)定(ding)。有的(de)資料中曾以碳素工具(ju)鋼中的(de)T8MnA為例，說碳素工具(ju)鋼的(de)牌(pai)號(hao)(hao)(hao)(hao)由四(si)部(bu)分(fen)(fen)組(zu)(zu)成(cheng)，其實這只是一(yi)個特例，根據(ju)《碳素工具(ju)鋼的(de)牌(pai)號(hao)(hao)(hao)(hao)、成(cheng)分(fen)(fen)》GB 1298-1999的(de)規(gui)定(ding)，其牌(pai)號(hao)(hao)(hao)(hao)大部(bu)分(fen)(fen)由兩部(bu)分(fen)(fen)或三部(bu)分(fen)(fen)組(zu)(zu)成(cheng)。因此，認為碳素工具(ju)鋼的(de)牌(pai)號(hao)(hao)(hao)(hao)一(yi)定(ding)由四(si)部(bu)分(fen)(fen)組(zu)(zu)成(cheng)是一(yi)個誤解，如果(guo)廣義(yi)地(di)認為鋼的(de)牌(pai)號(hao)(hao)(hao)(hao)由幾部(bu)分(fen)(fen)組(zu)(zu)成(cheng)也是不合適的(de)。
③. 按質(zhi)量(liang)分類(lei)
a. 普通碳素鋼(gang) 硫含(han)量不大于0.055%,磷含(han)量不大于0.045%,是應用最廣(guang)泛的鋼(gang)材品(pin)種。
b. 優質(zhi)碳素鋼 硫(liu)、磷含量比普通碳素鋼低(di)，硫(liu)不大于0.045%,磷不大于0.04%.
c.高(gao)級優質碳素鋼 硫、磷含(han)量很低，硫不大(da)于0.03%,磷不大(da)于0.035%.
④. 按(an)冶煉方(fang)法分類(lei)
a. 沸騰鋼(gang)
在熔煉末期(qi)不完全脫氧(yang)，鋼(gang)(gang)液(ye)中含有(you)相當數量(liang)(liang)的氧(yang)化鐵(tie),在澆注(zhu)凝固時(shi)，碳和氧(yang)化鐵(tie)發(fa)生(sheng)反應，鋼(gang)(gang)液(ye)中不斷析出一氧(yang)化碳而沸騰(teng)，稱為沸騰(teng)鋼(gang)(gang)。這種鋼(gang)(gang)成本較低，成材率高，表(biao)層有(you)一定(ding)厚度的致(zhi)密層，軋成鋼(gang)(gang)板質量(liang)(liang)較好。但由于其內部組織不致(zhi)密、不均勻，其沖(chong)擊(ji)韌性較差(cha)，不能用于制(zhi)造重要(yao)的機械零件。
b. 鎮靜鋼
鋼(gang)液(ye)在澆注(zhu)前經過完全(quan)脫氧，凝(ning)固(gu)時不沸騰，稱鎮(zhen)靜鋼(gang)，其組織致密，質(zhi)量較好，但(dan)成材率較沸騰鋼(gang)低(di)。
c.半鎮靜鋼
脫氧程度介于沸(fei)騰(teng)鋼(gang)和鎮(zhen)靜(jing)鋼(gang)之(zhi)間的鋼(gang)。
2. 碳鋼的牌(pai)號及性能
管道工程中大量(liang)使用的(de)(de)焊(han)接(jie)鋼(gang)(gang)管和管道型(xing)鋼(gang)(gang)支架(jia)、法(fa)蘭，從化學成(cheng)分方面(mian)講屬于(yu)低碳鋼(gang)(gang)，從質量(liang)方面(mian)講屬于(yu)普(pu)(pu)通碳素鋼(gang)(gang)，因此可(ke)(ke)以統(tong)稱為碳素結(jie)構(gou)鋼(gang)(gang)。普(pu)(pu)通無(wu)縫鋼(gang)(gang)管采用優質碳素結(jie)構(gou)鋼(gang)(gang)。低碳鋼(gang)(gang)具有(you)較好(hao)的(de)(de)強度、塑性(xing)、韌性(xing)。低碳鋼(gang)(gang)的(de)(de)可(ke)(ke)焊(han)性(xing)在(zai)鋼(gang)(gang)材(cai)和金屬材(cai)料中是(shi)最(zui)好(hao)的(de)(de)，中碳鋼(gang)(gang)次之，高碳鋼(gang)(gang)最(zui)差(cha)。下面(mian)介紹管道施工中接(jie)觸較多的(de)(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)。
①. 碳素(su)結構鋼
碳素結(jie)構鋼(gang)的牌號(hao)由四(si)(si)部(bu)(bu)分(fen)組成：代(dai)表(biao)屈(qu)服點(dian)的字母(mu)Q、屈(qu)服點(dian)的數值（單位(wei)為MPa)、質量(liang)等級符(fu)(fu)號(hao)（A、B、C、D)及脫氧方法符(fu)(fu)號(hao)（F、B、Z、TZ,分(fen)別(bie)表(biao)示沸騰鋼(gang)、半鎮(zhen)靜鋼(gang)、鎮(zhen)靜鋼(gang)和(he)(he)特殊鎮(zhen)靜鋼(gang)），在(zai)實際工作中，并不一定要全部(bu)(bu)標注以(yi)上四(si)(si)個部(bu)(bu)分(fen)，第三(san)部(bu)(bu)分(fen)和(he)(he)第四(si)(si)部(bu)(bu)分(fen)有時會省略。
碳素結構鋼(gang)中，Q235最為(wei)(wei)常(chang)用，相(xiang)當(dang)于舊牌(pai)號A3鋼(gang)。Q235A表示只能保(bao)證(zheng)鋼(gang)材的(de)力學(xue)性(xing)能，化學(xue)成(cheng)分除硅、硫(liu)、磷外(wai)，其(qi)他成(cheng)分不予保(bao)證(zheng)。如鋼(gang)號為(wei)(wei)Q235B(或C、D),則(ze)力學(xue)性(xing)能和各自不同的(de)化學(xue)成(cheng)分都要(yao)保(bao)證(zheng)。Q235的(de)A、B、C、D質量等級，其(qi)屈服(fu)強度和伸長率的(de)要(yao)求基本(ben)相(xiang)同。
碳素(su)結(jie)構鋼的化學(xue)成分(fen)和(he)主要力學(xue)性能分(fen)別見表(biao)(biao)1-22和(he)表(biao)(biao)1-23。
②. 優質碳素結(jie)構鋼(gang)
優(you)質(zhi)碳(tan)素(su)結構(gou)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)，硫(liu)、磷含(han)(han)量均限制在0.035%以(yi)下(xia)，非金屬夾雜物也較少(shao)，其(qi)(qi)牌號用(yong)兩位數字表示(shi)(shi)，該兩位數表示(shi)(shi)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)平均含(han)(han)碳(tan)量的萬分數，如45優(you)質(zhi)碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)，表示(shi)(shi)其(qi)(qi)平均含(han)(han)碳(tan)量為(wei)0.45%.無縫鋼(gang)(gang)管的常(chang)用(yong)牌號為(wei)10、20優(you)質(zhi)碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)，其(qi)(qi)平均含(han)(han)碳(tan)量分別為(wei)0.10%和(he)0.20%.
優質碳素結構(gou)鋼按含(han)錳(meng)量(liang)不(bu)同分為普(pu)通含(han)錳(meng)量(liang)（0.25%~0.8%)及較高(gao)含(han)錳(meng)量(liang)（0.7%~1.2%)兩組。含(han)錳(meng)較多的一組，在其牌號(hao)數(shu)字后加Mn,如50Mn,50表(biao)示其含(han)碳量(liang)約0.50%,經查閱有(you)關技術參數(shu)，其含(han)錳(meng)量(liang)在0.7%~1.0%.
常用牌號的優質(zhi)碳素結(jie)構(gou)鋼的化(hua)學成分(fen)和力學性能分(fen)別見表1-24、表1-25。
③. 鑄鋼
鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)(gang)通(tong)常用于制造(zao)形(xing)狀(zhuang)復雜，難(nan)以鍛造(zao)，而且對強度要求較高(gao)的零件，如中高(gao)壓閥門的閥體(ti)。鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)(gang)牌號用其(qi)(qi)漢語拼(pin)音字(zi)頭和(he)含碳量的萬分數表(biao)示，如ZG20,表(biao)示20鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)(gang)，其(qi)(qi)平均含碳量約(yue)為0.20%.鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)(gang)的鑄(zhu)(zhu)造(zao)性能比鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)和(he)其(qi)(qi)他有色(se)金(jin)屬(shu)合金(jin)的的，性能差。
3. 合金鋼
合(he)(he)金鋼(gang)(gang)(gang)(gang)就是(shi)在碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)基(ji)礎(chu)上，在冶煉時有目的(de)地加(jia)入一些(xie)元素(su)，如硅（Si)、錳（Mn)、鉻（Cr)、鎳（Ni)、鉬(mu)（Mo)、鈦(tai)（Ti)等，從(cong)而改善鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)某些(xie)性(xing)能或獲得某些(xie)工程需要(yao)的(de)特(te)殊性(xing)能。不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)、合(he)(he)金鋼(gang)(gang)(gang)(gang)、耐熱(re)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)等屬于特(te)殊性(xing)能鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。管道工程中應(ying)用較多的(de)合(he)(he)金鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管材是(shi)低合(he)(he)金鋼(gang)(gang)(gang)(gang)和(he)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。通常所(suo)說的(de)合(he)(he)金鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管道，一般是(shi)指低合(he)(he)金鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管。
①. 低合金(jin)鋼
低(di)合(he)金(jin)鋼的(de)含(han)碳(tan)量(liang)較低(di)，一般在0.1%~0.2%,通(tong)常以錳為(wei)主要合(he)金(jin)元素(su)，含(han)量(liang)為(wei)0.8%~1.8%,還(huan)加入一些少量(liang)的(de)合(he)金(jin)元素(su)。低(di)合(he)金(jin)鋼牌號(hao)以數字(zi)和主要合(he)金(jin)元素(su)的(de)符(fu)號(hao)表示(shi)，如16Mn、16MnR.16MnR是用于壓力容器的(de)專用鋼。
②. 不(bu)銹(xiu)鋼
能抗大氣腐蝕的鋼稱為不銹鋼，不銹鋼屬于合金鋼中特殊性能鋼，所謂特殊性能鋼，是指有特殊的物理化學性能，如耐熱、耐腐蝕、耐磨、超強度等。
管道(dao)工程(cheng)中(zhong)常用的(de)是鉻(ge)(ge)(ge)鎳(nie)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)和鉻(ge)(ge)(ge)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)。鉻(ge)(ge)(ge)鎳(nie)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)含碳(tan)量較低，含鉻(ge)(ge)(ge)約為(wei)18%,含鎳(nie)大于(yu)8%,俗稱18-8型(xing)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)。這種不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)在(zai)常溫(wen)(wen)下無磁性(xing)，經(jing)過1100~1200℃高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)淬火后(hou)(hou)，塑(su)性(xing)很(hen)好(hao)，適(shi)合進(jin)行(xing)冷加工，但其切(qie)削加工性(xing)能(neng)不(bu)(bu)(bu)(bu)好(hao)。18-8型(xing)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)具有較好(hao)的(de)耐(nai)(nai)熱性(xing)，能(neng)在(zai)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)下保(bao)持較高(gao)(gao)(gao)的(de)強度。它最(zui)大的(de)缺點是加熱到1100℃之后(hou)(hou)緩慢冷卻過程(cheng)中(zhong)，或者在(zai)450~850℃長時間加熱時，奧氏體(ti)晶(jing)體(ti)內(nei)多余的(de)碳(tan)被析(xi)出，并以碳(tan)化(hua)鉻(ge)(ge)(ge)的(de)形式存在(zai)于(yu)奧氏體(ti)晶(jing)界(jie)的(de)邊沿。碳(tan)化(hua)鉻(ge)(ge)(ge)中(zhong)含鉻(ge)(ge)(ge)甚高(gao)(gao)(gao)，而鉻(ge)(ge)(ge)來(lai)自晶(jing)體(ti)表層(ceng)，故在(zai)靠近晶(jing)界(jie)的(de)晶(jing)粒(li)表面形成貧鉻(ge)(ge)(ge)，使其耐(nai)(nai)腐蝕性(xing)能(neng)和力學性(xing)能(neng)明顯降低。
含有穩(wen)定(ding)(ding)元素鈦、鈮(ni)的(de)18-8不銹(xiu)鋼，經過穩(wen)定(ding)(ding)化處(chu)理，可以避免形成碳化鉻，從而也就(jiu)避免了晶間腐蝕(shi)，但(dan)非(fei)穩(wen)定(ding)(ding)型18-8不銹(xiu)鋼不適(shi)用這種處(chu)理方法。
關于18-8不(bu)銹鋼的最(zui)低(di)和(he)最(zui)高工作(zuo)溫度，有(you)的資(zi)料中認為是－196~700℃,多數技術資(zi)料中沒有(you)涉(she)及，這主要是因(yin)為這類極端的數值要受多方面條(tiao)件(jian)的制約(yue)，不(bu)能一概而論。顯而易(yi)見，其最(zui)高工作(zuo)溫度必須低(di)于可能產生晶(jing)間腐蝕的溫度，在(zai)較高的工作(zuo)溫度下，管材的許用應力(li)會顯著(zhu)降低(di)。
③. 耐熱鋼
金屬(shu)材料的(de)耐熱性是指在高(gao)溫下兼有(you)抗氧化(hua)與(yu)高(gao)溫強(qiang)度的(de)綜合(he)性能，它包括抗氧化(hua)鋼和熱強(qiang)鋼兩類。
抗氧(yang)化(hua)鋼(gang)是(shi)在(zai)鋼(gang)中加入一定量的鉻、硅、鋁等元素(su)，它們與(yu)氧(yang)的親和力大(da)，故優先氧(yang)化(hua)，在(zai)鋼(gang)材(cai)表面形成(cheng)一層致(zhi)密的高熔(rong)點(dian)氧(yang)化(hua)膜，使(shi)鋼(gang)材(cai)與(yu)外界的高溫汽(qi)化(hua)氣體隔絕(jue)，從而避(bi)免進(jin)一步氧(yang)化(hua)。常用的抗氧(yang)化(hua)鋼(gang)有鐵(tie)素(su)體鋼(gang)（如(ru)2Cr25Ni、0Cr13Al)和奧氏體鋼(gang)（如(ru)0Cr25Ni20、1Cr16Ni35等）兩種類別，其最高使(shi)用溫度在(zai)1000℃左右。
熱強(qiang)鋼(gang)(gang)是(shi)在鋼(gang)(gang)中加入(ru)鉻、鉬、鎢、釩、硅等元素，除提高(gao)鋼(gang)(gang)材的高(gao)溫強(qiang)度外，也提高(gao)其(qi)高(gao)溫抗(kang)氧化(hua)性(xing)。常用(yong)(yong)的熱強(qiang)鋼(gang)(gang)有珠光體(ti)鋼(gang)(gang)（如12CrMo、15CrMo,抗(kang)氧化(hua)最(zui)高(gao)使用(yong)(yong)溫度為(wei)(wei)(wei)580℃)、馬(ma)氏體(ti)鋼(gang)(gang)（如1Cr13、1Cr13Mo、1Cr13MoV等，抗(kang)氧化(hua)最(zui)高(gao)使用(yong)(yong)溫度為(wei)(wei)(wei)750~800℃,熱強(qiang)性(xing)最(zui)高(gao)使用(yong)(yong)溫度為(wei)(wei)(wei)480~540℃)、奧氏體(ti)鋼(gang)(gang)（如0Cr8Ni11Ti,抗(kang)氧化(hua)最(zui)高(gao)使用(yong)(yong)溫度為(wei)(wei)(wei)850℃,熱強(qiang)性(xing)最(zui)高(gao)使用(yong)(yong)溫度為(wei)(wei)(wei)850℃).
