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. 碳鋼(gang)的分類(lei)
鋼材的分(fen)類方(fang)法有以下幾種(zhong)。
①. 按化學(xue)成分(fen)分(fen)類
a. 低碳鋼 含碳量小于0.25%.
b. 中碳鋼(gang) 含碳量在0.25%~0.55%.
c. 高碳鋼(gang) 含碳量大于0.55%.
②. 按用途(tu)分類
a. 碳(tan)素結(jie)構鋼 含碳(tan)量0.7%以下的工程結(jie)構和(he)機械零件(jian)用鋼。
b.碳素工(gong)具(ju)鋼 含碳量(liang)0.7%以上(shang)，用于(yu)制造各種工(gong)具(ju)、量(liang)具(ju)和(he)刃具(ju)的(de)鋼材。
在后(hou)面的(de)“碳(tan)鋼(gang)的(de)牌(pai)號(hao)(hao)及性能”部(bu)分(fen)，介紹(shao)了常用鋼(gang)材(cai)的(de)牌(pai)號(hao)(hao)。鋼(gang)的(de)牌(pai)號(hao)(hao)并沒(mei)有一(yi)定(ding)(ding)由幾部(bu)分(fen)組(zu)成(cheng)的(de)規定(ding)(ding)。有的(de)資料中曾以碳(tan)素工(gong)具(ju)鋼(gang)中的(de)T8MnA為(wei)例，說碳(tan)素工(gong)具(ju)鋼(gang)的(de)牌(pai)號(hao)(hao)由四部(bu)分(fen)組(zu)成(cheng)，其(qi)實這(zhe)只是一(yi)個特例，根據《碳(tan)素工(gong)具(ju)鋼(gang)的(de)牌(pai)號(hao)(hao)、成(cheng)分(fen)》GB 1298-1999的(de)規定(ding)(ding)，其(qi)牌(pai)號(hao)(hao)大(da)部(bu)分(fen)由兩部(bu)分(fen)或(huo)三部(bu)分(fen)組(zu)成(cheng)。因此，認為(wei)碳(tan)素工(gong)具(ju)鋼(gang)的(de)牌(pai)號(hao)(hao)一(yi)定(ding)(ding)由四部(bu)分(fen)組(zu)成(cheng)是一(yi)個誤解(jie)，如果廣義地認為(wei)鋼(gang)的(de)牌(pai)號(hao)(hao)由幾部(bu)分(fen)組(zu)成(cheng)也是不合(he)適的(de)。
③. 按質量分類(lei)
a. 普(pu)通碳素(su)鋼 硫含(han)量不(bu)大(da)于0.055%,磷含(han)量不(bu)大(da)于0.045%,是應用(yong)最廣泛的鋼材品(pin)種。
b. 優(you)質碳(tan)素鋼(gang) 硫、磷含量比普通(tong)碳(tan)素鋼(gang)低(di)，硫不(bu)大于0.045%,磷不(bu)大于0.04%.
c.高級(ji)優質(zhi)碳(tan)素鋼 硫、磷含(han)量(liang)很低，硫不大于0.03%,磷不大于0.035%.
④. 按冶煉(lian)方法分類
a. 沸騰鋼(gang)
在(zai)熔煉末期不(bu)完全脫氧，鋼(gang)液中含有相當數量的(de)氧化(hua)鐵(tie),在(zai)澆注凝固時，碳和氧化(hua)鐵(tie)發(fa)生反(fan)應，鋼(gang)液中不(bu)斷析出一氧化(hua)碳而(er)沸騰(teng)，稱為沸騰(teng)鋼(gang)。這種鋼(gang)成本(ben)較低，成材率高(gao)，表層有一定厚度的(de)致密(mi)層，軋成鋼(gang)板質(zhi)量較好。但(dan)由于(yu)其內部(bu)組(zu)織不(bu)致密(mi)、不(bu)均勻，其沖擊韌性(xing)較差，不(bu)能用于(yu)制造(zao)重要的(de)機械零件。
b. 鎮靜鋼(gang)
鋼(gang)(gang)液在澆(jiao)注前經過完全脫(tuo)氧，凝固時不沸騰，稱鎮靜鋼(gang)(gang)，其(qi)組織致密，質量較好，但成材率(lv)較沸騰鋼(gang)(gang)低。
c.半鎮(zhen)靜鋼
脫(tuo)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(hao)及性能(neng)
管(guan)道工(gong)程中大量使(shi)用的(de)焊(han)接鋼(gang)(gang)管(guan)和(he)管(guan)道型鋼(gang)(gang)支(zhi)架、法(fa)蘭，從化學(xue)成分方(fang)面講屬于低(di)碳(tan)鋼(gang)(gang)，從質量方(fang)面講屬于普(pu)通碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)，因此可以(yi)統稱為碳(tan)素(su)結(jie)(jie)構鋼(gang)(gang)。普(pu)通無縫鋼(gang)(gang)管(guan)采(cai)用優質碳(tan)素(su)結(jie)(jie)構鋼(gang)(gang)。低(di)碳(tan)鋼(gang)(gang)具有較好的(de)強度、塑性、韌性。低(di)碳(tan)鋼(gang)(gang)的(de)可焊(han)性在鋼(gang)(gang)材(cai)和(he)金屬材(cai)料(liao)中是最(zui)好的(de)，中碳(tan)鋼(gang)(gang)次(ci)之(zhi)，高碳(tan)鋼(gang)(gang)最(zui)差(cha)。下面介紹管(guan)道施工(gong)中接觸較多的(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)。
①. 碳(tan)素結構鋼
碳素結構(gou)鋼的牌號由(you)四部(bu)分(fen)組成：代表(biao)屈(qu)(qu)服(fu)點的字母Q、屈(qu)(qu)服(fu)點的數值（單位為(wei)MPa)、質量等級符(fu)號（A、B、C、D)及脫氧方(fang)法符(fu)號（F、B、Z、TZ,分(fen)別表(biao)示(shi)沸騰鋼、半鎮(zhen)靜(jing)鋼、鎮(zhen)靜(jing)鋼和特殊鎮(zhen)靜(jing)鋼），在(zai)實際工作中，并不一定(ding)要全部(bu)標注(zhu)以上四個(ge)部(bu)分(fen)，第(di)三部(bu)分(fen)和第(di)四部(bu)分(fen)有時(shi)會省略。
碳素結(jie)構鋼中，Q235最為(wei)常用，相當于舊牌(pai)號(hao)A3鋼。Q235A表示只(zhi)能保(bao)(bao)證鋼材的力學(xue)性能，化(hua)學(xue)成分(fen)(fen)除硅、硫、磷外，其他(ta)成分(fen)(fen)不予保(bao)(bao)證。如(ru)鋼號(hao)為(wei)Q235B(或(huo)C、D),則力學(xue)性能和各(ge)自不同的化(hua)學(xue)成分(fen)(fen)都要保(bao)(bao)證。Q235的A、B、C、D質量(liang)等(deng)級(ji)，其屈服(fu)強度和伸長(chang)率的要求基本(ben)相同。
碳素結構鋼的(de)化學成分和主要(yao)力學性(xing)能分別見表1-22和表1-23。
②. 優(you)質碳素結構鋼
優質碳素(su)(su)結構(gou)鋼(gang)中，硫、磷含(han)量(liang)均限(xian)制在0.035%以下，非金(jin)屬夾雜物(wu)也較(jiao)少，其牌號用兩位數字表示(shi)，該兩位數表示(shi)鋼(gang)中平(ping)(ping)均含(han)碳量(liang)的萬分(fen)數，如45優質碳素(su)(su)鋼(gang)，表示(shi)其平(ping)(ping)均含(han)碳量(liang)為0.45%.無縫鋼(gang)管(guan)的常(chang)用牌號為10、20優質碳素(su)(su)鋼(gang)，其平(ping)(ping)均含(han)碳量(liang)分(fen)別為0.10%和0.20%.
優(you)質碳(tan)素結(jie)構(gou)鋼按含(han)錳(meng)量(liang)不同(tong)分為普通含(han)錳(meng)量(liang)（0.25%~0.8%)及較高含(han)錳(meng)量(liang)（0.7%~1.2%)兩(liang)組。含(han)錳(meng)較多(duo)的一組，在(zai)其(qi)(qi)牌號(hao)數字后加Mn,如50Mn,50表示其(qi)(qi)含(han)碳(tan)量(liang)約0.50%,經查閱有(you)關技術參數，其(qi)(qi)含(han)錳(meng)量(liang)在(zai)0.7%~1.0%.
常用牌號的(de)優質碳素結(jie)構鋼的(de)化學成分和力學性(xing)能分別見表(biao)(biao)1-24、表(biao)(biao)1-25。
③. 鑄鋼
鑄(zhu)(zhu)鋼通常用于制(zhi)造(zao)形狀復雜，難以鍛(duan)造(zao)，而且對強(qiang)度要求(qiu)較高的(de)零件，如中(zhong)高壓閥門的(de)閥體。鑄(zhu)(zhu)鋼牌(pai)號用其(qi)(qi)漢語拼音字頭和含碳(tan)(tan)量的(de)萬(wan)分(fen)數表示，如ZG20,表示20鑄(zhu)(zhu)鋼，其(qi)(qi)平均含碳(tan)(tan)量約為0.20%.鑄(zhu)(zhu)鋼的(de)鑄(zhu)(zhu)造(zao)性能比鑄(zhu)(zhu)鐵和其(qi)(qi)他有(you)色金(jin)屬合金(jin)的(de)的(de)，性能差。
3. 合金鋼(gang)
合(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)就是(shi)在碳素(su)鋼(gang)(gang)的(de)基(ji)礎(chu)上，在冶煉時有(you)目的(de)地加入一些元素(su)，如硅（Si)、錳（Mn)、鉻(ge)（Cr)、鎳(nie)（Ni)、鉬（Mo)、鈦（Ti)等，從(cong)而改(gai)善鋼(gang)(gang)的(de)某(mou)(mou)些性能或(huo)獲(huo)得某(mou)(mou)些工(gong)程需要的(de)特殊性能。不(bu)銹鋼(gang)(gang)、合(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)、耐(nai)熱鋼(gang)(gang)等屬(shu)于(yu)特殊性能鋼(gang)(gang)。管(guan)道工(gong)程中應用較多的(de)合(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)管(guan)材是(shi)低合(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)和(he)不(bu)銹鋼(gang)(gang)。通常所說的(de)合(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)管(guan)道，一般(ban)是(shi)指低合(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)管(guan)。
①. 低合金鋼
低(di)合(he)金(jin)鋼(gang)的(de)(de)(de)含碳(tan)量較低(di)，一(yi)般(ban)在0.1%~0.2%,通(tong)常以(yi)錳為(wei)主要合(he)金(jin)元(yuan)素，含量為(wei)0.8%~1.8%,還加入一(yi)些(xie)少量的(de)(de)(de)合(he)金(jin)元(yuan)素。低(di)合(he)金(jin)鋼(gang)牌(pai)號以(yi)數字和主要合(he)金(jin)元(yuan)素的(de)(de)(de)符號表示，如16Mn、16MnR.16MnR是用于壓力容器的(de)(de)(de)專用鋼(gang)。
②. 不(bu)銹鋼
能抗大氣腐蝕的鋼稱為不銹(xiu)鋼(gang)，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(gong)(gong)程中常用的(de)(de)(de)(de)(de)是鉻(ge)(ge)(ge)鎳(nie)(nie)不銹鋼(gang)和鉻(ge)(ge)(ge)不銹鋼(gang)。鉻(ge)(ge)(ge)鎳(nie)(nie)不銹鋼(gang)含碳(tan)(tan)(tan)量較低，含鉻(ge)(ge)(ge)約為18%,含鎳(nie)(nie)大于8%,俗稱(cheng)18-8型不銹鋼(gang)。這(zhe)種不銹鋼(gang)在(zai)常溫下(xia)無磁性，經過(guo)1100~1200℃高(gao)溫淬火后(hou)，塑性很好，適合進行冷(leng)加工(gong)(gong)，但(dan)其切削(xue)加工(gong)(gong)性能不好。18-8型不銹鋼(gang)具有較好的(de)(de)(de)(de)(de)耐熱性，能在(zai)高(gao)溫下(xia)保持較高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)。它最大的(de)(de)(de)(de)(de)缺點是加熱到1100℃之后(hou)緩(huan)慢冷(leng)卻過(guo)程中，或者在(zai)450~850℃長時(shi)間(jian)加熱時(shi)，奧氏(shi)(shi)體(ti)晶體(ti)內多余的(de)(de)(de)(de)(de)碳(tan)(tan)(tan)被(bei)析出(chu)，并(bing)以(yi)碳(tan)(tan)(tan)化鉻(ge)(ge)(ge)的(de)(de)(de)(de)(de)形式存在(zai)于奧氏(shi)(shi)體(ti)晶界的(de)(de)(de)(de)(de)邊沿。碳(tan)(tan)(tan)化鉻(ge)(ge)(ge)中含鉻(ge)(ge)(ge)甚高(gao)，而鉻(ge)(ge)(ge)來自晶體(ti)表層，故(gu)在(zai)靠近晶界的(de)(de)(de)(de)(de)晶粒表面形成(cheng)貧鉻(ge)(ge)(ge)，使其耐腐蝕性能和力(li)學性能明顯(xian)降低。
含有穩定元素鈦、鈮的18-8不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，經過穩定化處(chu)理，可以(yi)避(bi)免形成碳化鉻，從而也就避(bi)免了晶(jing)間腐蝕，但(dan)非(fei)穩定型18-8不(bu)銹(xiu)鋼(gang)不(bu)適用這(zhe)種處(chu)理方法。
關于(yu)18-8不(bu)銹(xiu)鋼的(de)(de)最低(di)(di)和最高工(gong)(gong)作溫度(du)，有的(de)(de)資料中認為是(shi)－196~700℃,多數(shu)技術資料中沒有涉(she)及，這主要是(shi)因(yin)為這類極端的(de)(de)數(shu)值要受多方面(mian)條件的(de)(de)制約，不(bu)能一(yi)概而(er)論。顯(xian)而(er)易(yi)見，其(qi)最高工(gong)(gong)作溫度(du)必須低(di)(di)于(yu)可能產生晶間腐蝕的(de)(de)溫度(du)，在較高的(de)(de)工(gong)(gong)作溫度(du)下，管(guan)材(cai)的(de)(de)許用(yong)應力會顯(xian)著降低(di)(di)。
③. 耐熱鋼
金屬材料的耐熱性(xing)是指在高(gao)溫(wen)下兼有(you)抗(kang)氧化與高(gao)溫(wen)強(qiang)度的綜合性(xing)能(neng)，它(ta)包括(kuo)抗(kang)氧化鋼(gang)和熱強(qiang)鋼(gang)兩(liang)類。
抗氧化鋼(gang)(gang)(gang)是在鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)加入一(yi)定量(liang)的鉻、硅、鋁等元素，它們與氧的親和力大，故優先(xian)氧化，在鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)表面(mian)形成一(yi)層致密(mi)的高(gao)熔點氧化膜，使鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)與外界(jie)的高(gao)溫汽化氣(qi)體隔絕(jue)，從(cong)而(er)避(bi)免進一(yi)步氧化。常(chang)用(yong)的抗氧化鋼(gang)(gang)(gang)有鐵(tie)素體鋼(gang)(gang)(gang)（如2Cr25Ni、0Cr13Al)和奧(ao)氏(shi)體鋼(gang)(gang)(gang)（如0Cr25Ni20、1Cr16Ni35等）兩種(zhong)類別(bie)，其最高(gao)使用(yong)溫度在1000℃左右(you)。
熱(re)(re)強(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)是(shi)在鋼(gang)(gang)中加入(ru)鉻、鉬、鎢(wu)、釩、硅等(deng)(deng)元素，除提(ti)(ti)高(gao)(gao)鋼(gang)(gang)材的高(gao)(gao)溫(wen)(wen)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)外，也提(ti)(ti)高(gao)(gao)其高(gao)(gao)溫(wen)(wen)抗氧(yang)化(hua)性。常用(yong)(yong)的熱(re)(re)強(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)有珠光體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)（如(ru)12CrMo、15CrMo,抗氧(yang)化(hua)最高(gao)(gao)使用(yong)(yong)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)為(wei)580℃)、馬氏(shi)體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)（如(ru)1Cr13、1Cr13Mo、1Cr13MoV等(deng)(deng)，抗氧(yang)化(hua)最高(gao)(gao)使用(yong)(yong)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)為(wei)750~800℃,熱(re)(re)強(qiang)(qiang)性最高(gao)(gao)使用(yong)(yong)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)為(wei)480~540℃)、奧氏(shi)體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)（如(ru)0Cr8Ni11Ti,抗氧(yang)化(hua)最高(gao)(gao)使用(yong)(yong)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)為(wei)850℃,熱(re)(re)強(qiang)(qiang)性最高(gao)(gao)使用(yong)(yong)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)為(wei)850℃).
