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。不銹鋼也屬于合金鋼。
1. 碳(tan)鋼的分類
鋼材的分類方法(fa)有(you)以下幾種(zhong)。
①. 按化學成分分類(lei)
a. 低碳鋼 含碳量小于0.25%.
b. 中碳鋼 含(han)碳量在0.25%~0.55%.
c. 高碳鋼 含碳量(liang)大于0.55%.
②. 按用途分(fen)類(lei)
a. 碳素結(jie)構鋼 含碳量0.7%以下的工程結(jie)構和機械零件用鋼。
b.碳(tan)素(su)工具鋼(gang) 含碳(tan)量0.7%以(yi)上，用(yong)于制(zhi)造各(ge)種工具、量具和(he)刃具的鋼(gang)材(cai)。
在后面的(de)“碳(tan)(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)牌(pai)號(hao)(hao)(hao)及性能”部(bu)分(fen)(fen)(fen)，介紹了常(chang)用鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材(cai)的(de)牌(pai)號(hao)(hao)(hao)。鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)牌(pai)號(hao)(hao)(hao)并沒有(you)一(yi)定(ding)由幾(ji)部(bu)分(fen)(fen)(fen)組(zu)成(cheng)的(de)規(gui)定(ding)。有(you)的(de)資料中曾以碳(tan)(tan)(tan)素工具鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中的(de)T8MnA為(wei)(wei)(wei)例，說(shuo)碳(tan)(tan)(tan)素工具鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)牌(pai)號(hao)(hao)(hao)由四部(bu)分(fen)(fen)(fen)組(zu)成(cheng)，其(qi)實這只是(shi)一(yi)個特(te)例，根(gen)據《碳(tan)(tan)(tan)素工具鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)牌(pai)號(hao)(hao)(hao)、成(cheng)分(fen)(fen)(fen)》GB 1298-1999的(de)規(gui)定(ding)，其(qi)牌(pai)號(hao)(hao)(hao)大部(bu)分(fen)(fen)(fen)由兩部(bu)分(fen)(fen)(fen)或三(san)部(bu)分(fen)(fen)(fen)組(zu)成(cheng)。因此，認為(wei)(wei)(wei)碳(tan)(tan)(tan)素工具鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)牌(pai)號(hao)(hao)(hao)一(yi)定(ding)由四部(bu)分(fen)(fen)(fen)組(zu)成(cheng)是(shi)一(yi)個誤解，如(ru)果廣義地認為(wei)(wei)(wei)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)牌(pai)號(hao)(hao)(hao)由幾(ji)部(bu)分(fen)(fen)(fen)組(zu)成(cheng)也是(shi)不合適的(de)。
③. 按(an)質量分類
a. 普通碳素鋼 硫含量不大(da)于0.055%,磷含量不大(da)于0.045%,是應用最廣(guang)泛(fan)的鋼材品種。
b. 優質碳素(su)鋼 硫、磷(lin)含量比普通碳素(su)鋼低，硫不大于(yu)0.045%,磷(lin)不大于(yu)0.04%.
c.高級(ji)優質(zhi)碳素鋼 硫、磷(lin)含量很低，硫不大于(yu)0.03%,磷(lin)不大于(yu)0.035%.
④. 按冶煉方法(fa)分(fen)類
a. 沸騰鋼(gang)
在(zai)(zai)熔煉末期不完全脫氧(yang)，鋼(gang)液(ye)中含(han)有相當數量(liang)的氧(yang)化(hua)鐵(tie),在(zai)(zai)澆注凝固時，碳和氧(yang)化(hua)鐵(tie)發(fa)生(sheng)反應，鋼(gang)液(ye)中不斷(duan)析出一(yi)氧(yang)化(hua)碳而沸(fei)騰，稱為沸(fei)騰鋼(gang)。這種(zhong)鋼(gang)成本(ben)較(jiao)低，成材率(lv)高，表層有一(yi)定厚度的致(zhi)密層，軋成鋼(gang)板質量(liang)較(jiao)好。但由于其內(nei)部組織(zhi)不致(zhi)密、不均勻，其沖擊韌性(xing)較(jiao)差，不能用于制造重要的機械零(ling)件。
b. 鎮靜(jing)鋼
鋼(gang)(gang)(gang)液在澆注前經過完(wan)全(quan)脫氧，凝固(gu)時不(bu)沸騰(teng)，稱鎮靜鋼(gang)(gang)(gang)，其組織致密，質(zhi)量較好，但成材率較沸騰(teng)鋼(gang)(gang)(gang)低。
c.半鎮(zhen)靜鋼
脫氧程度介于沸騰鋼(gang)和(he)鎮靜鋼(gang)之間的鋼(gang)。
2. 碳鋼的牌號及性(xing)能
管道工(gong)程(cheng)中(zhong)大量(liang)使用的(de)(de)(de)焊(han)接鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管和管道型(xing)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)支架、法蘭，從(cong)(cong)化學成分方面(mian)講(jiang)屬(shu)于低碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)，從(cong)(cong)質(zhi)量(liang)方面(mian)講(jiang)屬(shu)于普通碳(tan)(tan)素(su)(su)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)，因此可以(yi)統稱為碳(tan)(tan)素(su)(su)結構鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。普通無(wu)縫(feng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管采用優質(zhi)碳(tan)(tan)素(su)(su)結構鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。低碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)具有較好的(de)(de)(de)強度(du)、塑(su)性(xing)、韌性(xing)。低碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)可焊(han)性(xing)在鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材(cai)和金屬(shu)材(cai)料中(zhong)是最好的(de)(de)(de)，中(zhong)碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)次之(zhi)，高碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)最差。下面(mian)介(jie)紹管道施(shi)工(gong)中(zhong)接觸(chu)較多(duo)的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)種。
①. 碳素結構鋼
碳素結構鋼的(de)牌號由四部(bu)分組(zu)成：代表(biao)屈服點(dian)的(de)字母Q、屈服點(dian)的(de)數值（單位為(wei)MPa)、質量等(deng)級符(fu)(fu)號（A、B、C、D)及脫氧方法(fa)符(fu)(fu)號（F、B、Z、TZ,分別表(biao)示沸(fei)騰鋼、半鎮靜鋼、鎮靜鋼和特殊鎮靜鋼），在實際工(gong)作(zuo)中，并不一定要全部(bu)標注以上四個部(bu)分，第三部(bu)分和第四部(bu)分有時會(hui)省略。
碳素結構鋼(gang)中(zhong)，Q235最為(wei)常用，相(xiang)當于舊(jiu)牌號(hao)A3鋼(gang)。Q235A表示只能(neng)保證鋼(gang)材的(de)力學(xue)性能(neng)，化(hua)學(xue)成分(fen)除硅、硫(liu)、磷外(wai)，其他成分(fen)不(bu)予保證。如鋼(gang)號(hao)為(wei)Q235B(或C、D),則力學(xue)性能(neng)和各自不(bu)同(tong)的(de)化(hua)學(xue)成分(fen)都(dou)要保證。Q235的(de)A、B、C、D質量等(deng)級，其屈服強度和伸長率的(de)要求(qiu)基(ji)本(ben)相(xiang)同(tong)。
碳(tan)素結(jie)構鋼的化(hua)學(xue)成分和主要力學(xue)性能分別見表(biao)1-22和表(biao)1-23。
②. 優(you)質碳素結構鋼
優質碳(tan)素(su)結構鋼(gang)(gang)中，硫、磷(lin)含量(liang)均(jun)限(xian)制在0.035%以下，非金屬夾雜物也較少，其(qi)牌號用(yong)兩位數(shu)字表示，該(gai)兩位數(shu)表示鋼(gang)(gang)中平均(jun)含碳(tan)量(liang)的(de)萬分(fen)數(shu)，如(ru)45優質碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)，表示其(qi)平均(jun)含碳(tan)量(liang)為0.45%.無縫鋼(gang)(gang)管的(de)常用(yong)牌號為10、20優質碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)，其(qi)平均(jun)含碳(tan)量(liang)分(fen)別為0.10%和0.20%.
優質碳(tan)素(su)結(jie)構鋼按含(han)(han)錳(meng)量(liang)不(bu)同分(fen)為普通含(han)(han)錳(meng)量(liang)（0.25%~0.8%)及(ji)較高含(han)(han)錳(meng)量(liang)（0.7%~1.2%)兩組(zu)。含(han)(han)錳(meng)較多的一(yi)組(zu)，在其牌號數字(zi)后(hou)加Mn,如50Mn,50表示其含(han)(han)碳(tan)量(liang)約(yue)0.50%,經(jing)查閱有關技術參(can)數，其含(han)(han)錳(meng)量(liang)在0.7%~1.0%.
常用牌(pai)號的(de)優(you)質碳(tan)素(su)結構鋼的(de)化(hua)學成分(fen)和力(li)學性能分(fen)別見表1-24、表1-25。
③. 鑄鋼
鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)通常用(yong)于制造形狀(zhuang)復(fu)雜，難以鍛(duan)造，而且對強度要求較高的(de)(de)零件(jian)，如中高壓(ya)閥門(men)的(de)(de)閥體。鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)牌(pai)號用(yong)其漢(han)語(yu)拼音字頭和含碳(tan)量的(de)(de)萬分(fen)數(shu)表示，如ZG20,表示20鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)，其平均含碳(tan)量約(yue)為(wei)0.20%.鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)的(de)(de)鑄(zhu)(zhu)造性能比(bi)鑄(zhu)(zhu)鐵和其他有色金屬合(he)金的(de)(de)的(de)(de)，性能差。
3. 合金鋼
合(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)就是(shi)(shi)在碳素(su)(su)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)基礎上，在冶(ye)煉時有目的(de)地加(jia)入一(yi)些(xie)(xie)元素(su)(su)，如硅（Si)、錳（Mn)、鉻（Cr)、鎳(nie)（Ni)、鉬（Mo)、鈦（Ti)等，從而改(gai)善鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)某些(xie)(xie)性能或獲得(de)某些(xie)(xie)工(gong)程(cheng)需要的(de)特殊(shu)性能。不銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)、合(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)、耐熱鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)等屬于特殊(shu)性能鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。管道工(gong)程(cheng)中應用(yong)較多的(de)合(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管材(cai)是(shi)(shi)低合(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)和不銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。通常所說的(de)合(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管道，一(yi)般是(shi)(shi)指低合(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管。
①. 低合金鋼
低合金(jin)鋼(gang)的(de)含(han)碳量(liang)較低，一(yi)般在0.1%~0.2%,通常以錳為主(zhu)要合金(jin)元素(su)(su)，含(han)量(liang)為0.8%~1.8%,還加入一(yi)些少量(liang)的(de)合金(jin)元素(su)(su)。低合金(jin)鋼(gang)牌(pai)號以數(shu)字(zi)和主(zhu)要合金(jin)元素(su)(su)的(de)符號表示，如16Mn、16MnR.16MnR是(shi)用于壓(ya)力容器的(de)專(zhuan)用鋼(gang)。
②. 不(bu)銹鋼
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。
管道工程中常(chang)用(yong)的(de)(de)是鉻(ge)(ge)鎳(nie)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)和(he)鉻(ge)(ge)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)。鉻(ge)(ge)鎳(nie)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)含(han)(han)(han)碳量較(jiao)低，含(han)(han)(han)鉻(ge)(ge)約為18%,含(han)(han)(han)鎳(nie)大于8%,俗稱18-8型不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)。這種不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)在常(chang)溫(wen)(wen)下無磁性，經過1100~1200℃高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)淬火后，塑性很好，適合(he)進行冷(leng)(leng)加工，但(dan)其(qi)切削加工性能(neng)(neng)不(bu)(bu)(bu)好。18-8型不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)具有較(jiao)好的(de)(de)耐熱性，能(neng)(neng)在高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)下保持較(jiao)高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)強(qiang)度。它最大的(de)(de)缺點是加熱到1100℃之后緩慢冷(leng)(leng)卻過程中，或者在450~850℃長時(shi)間加熱時(shi)，奧氏體晶體內多余的(de)(de)碳被析出，并以碳化(hua)鉻(ge)(ge)的(de)(de)形式存在于奧氏體晶界的(de)(de)邊沿。碳化(hua)鉻(ge)(ge)中含(han)(han)(han)鉻(ge)(ge)甚高(gao)(gao)(gao)，而鉻(ge)(ge)來自晶體表層，故在靠近晶界的(de)(de)晶粒(li)表面形成貧鉻(ge)(ge)，使其(qi)耐腐蝕性能(neng)(neng)和(he)力學性能(neng)(neng)明顯(xian)降低。
含有(you)穩(wen)定元素鈦、鈮的18-8不(bu)銹鋼(gang)，經(jing)過穩(wen)定化處理，可以避(bi)免(mian)形成碳(tan)化鉻，從而也就避(bi)免(mian)了晶間腐蝕，但非穩(wen)定型(xing)18-8不(bu)銹鋼(gang)不(bu)適用這種處理方法。
關于(yu)18-8不銹鋼的(de)最低(di)和最高(gao)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)，有(you)的(de)資(zi)料中認為(wei)是(shi)－196~700℃,多數(shu)技術資(zi)料中沒(mei)有(you)涉及，這主要是(shi)因為(wei)這類(lei)極端的(de)數(shu)值(zhi)要受(shou)多方面條件的(de)制(zhi)約(yue)，不能一概而論。顯而易見，其(qi)最高(gao)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)必須低(di)于(yu)可能產生晶(jing)間(jian)腐蝕的(de)溫(wen)度(du)，在較高(gao)的(de)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)下，管材的(de)許(xu)用(yong)應力會顯著降(jiang)低(di)。
③. 耐熱鋼(gang)
金屬材料的耐熱(re)性是指在高溫下(xia)兼有抗(kang)氧(yang)(yang)化與高溫強度的綜合性能，它包(bao)括(kuo)抗(kang)氧(yang)(yang)化鋼和熱(re)強鋼兩類。
抗氧化(hua)(hua)鋼(gang)(gang)(gang)是在鋼(gang)(gang)(gang)中加入一(yi)定量(liang)的(de)鉻、硅(gui)、鋁等元素，它們與氧的(de)親和力大，故優先氧化(hua)(hua)，在鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)表面形成一(yi)層致密的(de)高熔(rong)點氧化(hua)(hua)膜(mo)，使鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)與外(wai)界的(de)高溫(wen)(wen)汽化(hua)(hua)氣體隔絕，從而避免進(jin)一(yi)步氧化(hua)(hua)。常用的(de)抗氧化(hua)(hua)鋼(gang)(gang)(gang)有鐵素體鋼(gang)(gang)(gang)（如2Cr25Ni、0Cr13Al)和奧氏體鋼(gang)(gang)(gang)（如0Cr25Ni20、1Cr16Ni35等）兩種類別，其最高使用溫(wen)(wen)度(du)在1000℃左右。
熱強(qiang)鋼是在鋼中加入鉻、鉬、鎢、釩、硅等元素，除提(ti)高(gao)(gao)鋼材的高(gao)(gao)溫(wen)強(qiang)度(du)(du)外，也提(ti)高(gao)(gao)其高(gao)(gao)溫(wen)抗(kang)氧(yang)化(hua)性。常用(yong)的熱強(qiang)鋼有(you)珠(zhu)光體(ti)鋼（如12CrMo、15CrMo,抗(kang)氧(yang)化(hua)最(zui)高(gao)(gao)使(shi)用(yong)溫(wen)度(du)(du)為(wei)(wei)580℃)、馬氏(shi)體(ti)鋼（如1Cr13、1Cr13Mo、1Cr13MoV等，抗(kang)氧(yang)化(hua)最(zui)高(gao)(gao)使(shi)用(yong)溫(wen)度(du)(du)為(wei)(wei)750~800℃,熱強(qiang)性最(zui)高(gao)(gao)使(shi)用(yong)溫(wen)度(du)(du)為(wei)(wei)480~540℃)、奧(ao)氏(shi)體(ti)鋼（如0Cr8Ni11Ti,抗(kang)氧(yang)化(hua)最(zui)高(gao)(gao)使(shi)用(yong)溫(wen)度(du)(du)為(wei)(wei)850℃,熱強(qiang)性最(zui)高(gao)(gao)使(shi)用(yong)溫(wen)度(du)(du)為(wei)(wei)850℃).
