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. 碳鋼的分類
鋼材(cai)的(de)分類方法(fa)有以下幾(ji)種。
①. 按化學(xue)成分(fen)分(fen)類(lei)
a. 低碳(tan)鋼 含碳(tan)量小于0.25%.
b. 中碳鋼(gang) 含碳量在0.25%~0.55%.
c. 高碳(tan)鋼 含碳(tan)量大于0.55%.
②. 按用(yong)途分(fen)類(lei)
a. 碳(tan)素結構(gou)鋼 含碳(tan)量0.7%以下的工程結構(gou)和機械零件用鋼。
b.碳(tan)素工具鋼(gang) 含碳(tan)量(liang)0.7%以上(shang)，用于制造(zao)各種(zhong)工具、量(liang)具和刃具的鋼(gang)材(cai)。
在后面的“碳(tan)(tan)(tan)鋼(gang)的牌(pai)(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)及(ji)性能”部(bu)分(fen)，介(jie)紹(shao)了(le)常用鋼(gang)材(cai)的牌(pai)(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)。鋼(gang)的牌(pai)(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)并沒有一(yi)(yi)定(ding)由(you)(you)幾部(bu)分(fen)組成(cheng)(cheng)的規定(ding)。有的資(zi)料中(zhong)(zhong)曾以碳(tan)(tan)(tan)素工(gong)具鋼(gang)中(zhong)(zhong)的T8MnA為例，說碳(tan)(tan)(tan)素工(gong)具鋼(gang)的牌(pai)(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)由(you)(you)四(si)部(bu)分(fen)組成(cheng)(cheng)，其實這只是(shi)一(yi)(yi)個(ge)特例，根據《碳(tan)(tan)(tan)素工(gong)具鋼(gang)的牌(pai)(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)、成(cheng)(cheng)分(fen)》GB 1298-1999的規定(ding)，其牌(pai)(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)大部(bu)分(fen)由(you)(you)兩部(bu)分(fen)或三部(bu)分(fen)組成(cheng)(cheng)。因(yin)此，認為碳(tan)(tan)(tan)素工(gong)具鋼(gang)的牌(pai)(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)一(yi)(yi)定(ding)由(you)(you)四(si)部(bu)分(fen)組成(cheng)(cheng)是(shi)一(yi)(yi)個(ge)誤解，如(ru)果廣(guang)義地認為鋼(gang)的牌(pai)(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)由(you)(you)幾部(bu)分(fen)組成(cheng)(cheng)也是(shi)不合適(shi)的。
③. 按(an)質(zhi)量分類
a. 普通碳(tan)素鋼 硫含量(liang)不大于0.055%,磷含量(liang)不大于0.045%,是應用最廣泛的鋼材(cai)品(pin)種。
b. 優質碳(tan)(tan)素(su)鋼 硫(liu)、磷含量(liang)比普通碳(tan)(tan)素(su)鋼低，硫(liu)不大于(yu)0.045%,磷不大于(yu)0.04%.
c.高級(ji)優(you)質(zhi)碳素鋼(gang) 硫、磷(lin)含(han)量很低，硫不(bu)大于0.03%,磷(lin)不(bu)大于0.035%.
④. 按冶(ye)煉方法分(fen)類
a. 沸(fei)騰鋼
在熔煉末期不(bu)完全脫氧，鋼(gang)液中含有(you)相(xiang)當數(shu)量(liang)的氧化(hua)鐵(tie),在澆注凝(ning)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)碳而沸(fei)(fei)騰(teng)，稱為沸(fei)(fei)騰(teng)鋼(gang)。這種鋼(gang)成本較低(di)，成材率高，表(biao)層(ceng)有(you)一定(ding)厚度的致密層(ceng)，軋成鋼(gang)板質量(liang)較好。但由于(yu)(yu)其內部組織不(bu)致密、不(bu)均(jun)勻(yun)，其沖擊韌性較差，不(bu)能用于(yu)(yu)制造重(zhong)要(yao)的機械零件。
b. 鎮(zhen)靜鋼
鋼液在澆注前經過完全脫氧，凝(ning)固時不沸(fei)騰，稱鎮(zhen)靜鋼，其(qi)組織致密，質(zhi)量較(jiao)好，但成材率較(jiao)沸(fei)騰鋼低。
c.半(ban)鎮靜鋼(gang)
脫(tuo)氧(yang)程(cheng)度介于沸騰鋼(gang)和鎮靜鋼(gang)之間的鋼(gang)。
2. 碳鋼的牌號及性能
管(guan)(guan)道工程中大(da)量使用的(de)(de)焊(han)接(jie)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)和(he)管(guan)(guan)道型鋼(gang)(gang)(gang)支(zhi)架、法蘭(lan)，從(cong)化學成分方面(mian)講(jiang)屬(shu)于(yu)低碳(tan)(tan)(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)，從(cong)質量方面(mian)講(jiang)屬(shu)于(yu)普通碳(tan)(tan)(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)(gang)，因此(ci)可以統稱為碳(tan)(tan)(tan)(tan)素結(jie)構鋼(gang)(gang)(gang)。普通無縫鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)采用優質碳(tan)(tan)(tan)(tan)素結(jie)構鋼(gang)(gang)(gang)。低碳(tan)(tan)(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)具有較(jiao)好的(de)(de)強(qiang)度、塑(su)性(xing)(xing)、韌性(xing)(xing)。低碳(tan)(tan)(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)可焊(han)性(xing)(xing)在鋼(gang)(gang)(gang)材和(he)金屬(shu)材料中是最好的(de)(de)，中碳(tan)(tan)(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)次之(zhi)，高(gao)碳(tan)(tan)(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)最差。下面(mian)介紹管(guan)(guan)道施工中接(jie)觸較(jiao)多的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)種。
①. 碳(tan)素結構鋼
碳素結(jie)構鋼的牌(pai)號(hao)由四(si)(si)部分組成：代表屈(qu)服點的字母Q、屈(qu)服點的數值（單位(wei)為(wei)MPa)、質量等(deng)級符號(hao)（A、B、C、D)及脫(tuo)氧方法符號(hao)（F、B、Z、TZ,分別表示沸騰鋼、半(ban)鎮靜鋼、鎮靜鋼和特殊鎮靜鋼），在實際工作中，并不一(yi)定要全(quan)部標注以(yi)上四(si)(si)個(ge)部分，第三(san)部分和第四(si)(si)部分有時會省略。
碳素結(jie)構(gou)鋼中，Q235最(zui)為常用(yong)，相(xiang)當于(yu)舊牌號(hao)A3鋼。Q235A表示(shi)只能(neng)保(bao)證鋼材的力(li)學性能(neng)，化學成(cheng)分(fen)除硅、硫、磷外(wai)，其(qi)他(ta)成(cheng)分(fen)不(bu)予保(bao)證。如(ru)鋼號(hao)為Q235B(或C、D),則力(li)學性能(neng)和(he)各自(zi)不(bu)同(tong)的化學成(cheng)分(fen)都要(yao)保(bao)證。Q235的A、B、C、D質量等(deng)級，其(qi)屈服強度(du)和(he)伸長率(lv)的要(yao)求基(ji)本(ben)相(xiang)同(tong)。
碳素(su)結構鋼的化學(xue)(xue)成分和主要力(li)學(xue)(xue)性能(neng)分別見表(biao)1-22和表(biao)1-23。
②. 優質(zhi)碳素結(jie)構鋼
優質碳(tan)(tan)素結(jie)構鋼(gang)中，硫(liu)、磷含(han)量(liang)均限(xian)制在0.035%以(yi)下，非金屬夾雜物也(ye)較少，其牌號用(yong)兩(liang)位數(shu)字(zi)表示(shi)(shi)，該兩(liang)位數(shu)表示(shi)(shi)鋼(gang)中平均含(han)碳(tan)(tan)量(liang)的萬分數(shu)，如45優質碳(tan)(tan)素鋼(gang)，表示(shi)(shi)其平均含(han)碳(tan)(tan)量(liang)為(wei)(wei)0.45%.無(wu)縫鋼(gang)管的常用(yong)牌號為(wei)(wei)10、20優質碳(tan)(tan)素鋼(gang)，其平均含(han)碳(tan)(tan)量(liang)分別為(wei)(wei)0.10%和0.20%.
優質碳素結構鋼按含錳量(liang)不同分為普通含錳量(liang)（0.25%~0.8%)及較高含錳量(liang)（0.7%~1.2%)兩組。含錳較多(duo)的(de)一組，在(zai)(zai)其牌號數(shu)字(zi)后加(jia)Mn,如50Mn,50表示其含碳量(liang)約0.50%,經查閱有關技術參數(shu)，其含錳量(liang)在(zai)(zai)0.7%~1.0%.
常用(yong)牌號(hao)的優質碳素(su)結構鋼的化學成(cheng)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)通常用于制造形狀復雜，難以鍛造，而且對強度(du)要求較高的(de)(de)(de)(de)零件，如中高壓閥門(men)的(de)(de)(de)(de)閥體。鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)牌號用其(qi)漢(han)語(yu)拼音字頭(tou)和含碳量的(de)(de)(de)(de)萬分數表(biao)示，如ZG20,表(biao)示20鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)，其(qi)平均含碳量約為0.20%.鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)(zhu)造性能比鑄(zhu)(zhu)鐵和其(qi)他有色(se)金(jin)屬合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)，性能差。
3. 合金鋼
合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)就(jiu)是在(zai)(zai)碳素(su)鋼(gang)(gang)的基(ji)礎上(shang)，在(zai)(zai)冶煉(lian)時有目(mu)的地(di)加入一(yi)些元素(su)，如(ru)硅（Si)、錳（Mn)、鉻（Cr)、鎳(nie)（Ni)、鉬(mu)（Mo)、鈦（Ti)等(deng)，從而(er)改善鋼(gang)(gang)的某些性(xing)能或獲(huo)得某些工程(cheng)需(xu)要的特殊性(xing)能。不(bu)銹鋼(gang)(gang)、合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)、耐(nai)熱鋼(gang)(gang)等(deng)屬于(yu)特殊性(xing)能鋼(gang)(gang)。管道工程(cheng)中應用較多的合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)管材是低(di)合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)和不(bu)銹鋼(gang)(gang)。通(tong)常所(suo)說的合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)管道，一(yi)般是指低(di)合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)管。
①. 低合(he)金鋼(gang)
低(di)合金(jin)鋼的(de)含碳量較低(di)，一(yi)般在(zai)0.1%~0.2%,通常以錳為主要(yao)合金(jin)元素，含量為0.8%~1.8%,還加(jia)入一(yi)些少量的(de)合金(jin)元素。低(di)合金(jin)鋼牌號以數字(zi)和(he)主要(yao)合金(jin)元素的(de)符(fu)號表示(shi)，如16Mn、16MnR.16MnR是用于壓(ya)力容(rong)器的(de)專用鋼。
②. 不銹鋼
能抗大氣腐蝕的鋼稱為不銹(xiu)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(guan)道(dao)工(gong)程(cheng)中常(chang)用的(de)是鉻(ge)(ge)(ge)鎳不銹(xiu)鋼(gang)和鉻(ge)(ge)(ge)不銹(xiu)鋼(gang)。鉻(ge)(ge)(ge)鎳不銹(xiu)鋼(gang)含碳量較(jiao)(jiao)低，含鉻(ge)(ge)(ge)約為18%,含鎳大(da)于8%,俗稱18-8型不銹(xiu)鋼(gang)。這種不銹(xiu)鋼(gang)在常(chang)溫下無(wu)磁性(xing)(xing)，經過(guo)1100~1200℃高溫淬(cui)火(huo)后，塑性(xing)(xing)很(hen)好(hao)，適合進行冷(leng)加(jia)工(gong)，但其切(qie)削加(jia)工(gong)性(xing)(xing)能不好(hao)。18-8型不銹(xiu)鋼(gang)具(ju)有(you)較(jiao)(jiao)好(hao)的(de)耐(nai)熱性(xing)(xing)，能在高溫下保持較(jiao)(jiao)高的(de)強度。它(ta)最大(da)的(de)缺點是加(jia)熱到1100℃之(zhi)后緩慢冷(leng)卻過(guo)程(cheng)中，或者在450~850℃長時間加(jia)熱時，奧(ao)氏體(ti)晶(jing)(jing)體(ti)內(nei)多(duo)余(yu)的(de)碳被析出(chu)，并以碳化鉻(ge)(ge)(ge)的(de)形式存在于奧(ao)氏體(ti)晶(jing)(jing)界(jie)的(de)邊(bian)沿。碳化鉻(ge)(ge)(ge)中含鉻(ge)(ge)(ge)甚高，而鉻(ge)(ge)(ge)來自晶(jing)(jing)體(ti)表層，故(gu)在靠近晶(jing)(jing)界(jie)的(de)晶(jing)(jing)粒表面(mian)形成(cheng)貧鉻(ge)(ge)(ge)，使其耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能和力學性(xing)(xing)能明顯降低。
含有穩(wen)(wen)定元素(su)鈦、鈮的18-8不(bu)銹鋼，經(jing)過穩(wen)(wen)定化處理，可以(yi)避(bi)免(mian)形成碳(tan)化鉻，從而也就避(bi)免(mian)了晶間(jian)腐蝕，但非穩(wen)(wen)定型18-8不(bu)銹鋼不(bu)適用這種處理方法。
關于18-8不(bu)(bu)銹鋼的(de)最(zui)低和最(zui)高工(gong)作(zuo)溫(wen)(wen)(wen)度，有(you)的(de)資(zi)料(liao)中認為是－196~700℃,多數(shu)技(ji)術資(zi)料(liao)中沒有(you)涉及，這主要(yao)是因(yin)為這類極(ji)端的(de)數(shu)值要(yao)受多方面條(tiao)件的(de)制約，不(bu)(bu)能一概而論。顯而易見，其(qi)最(zui)高工(gong)作(zuo)溫(wen)(wen)(wen)度必(bi)須低于可能產生晶間(jian)腐蝕的(de)溫(wen)(wen)(wen)度，在較(jiao)高的(de)工(gong)作(zuo)溫(wen)(wen)(wen)度下，管(guan)材的(de)許用應力會顯著降低。
③. 耐熱(re)鋼
金屬(shu)材料的耐熱性(xing)是指在高溫下兼有抗(kang)氧化與高溫強(qiang)度(du)的綜(zong)合(he)性(xing)能，它包括(kuo)抗(kang)氧化鋼和熱強(qiang)鋼兩類。
抗氧(yang)化鋼(gang)(gang)是在鋼(gang)(gang)中加入(ru)一(yi)定量(liang)的鉻、硅、鋁等元素(su)，它們與(yu)氧(yang)的親(qin)和力大，故優先氧(yang)化，在鋼(gang)(gang)材表面形成一(yi)層致密的高熔點氧(yang)化膜，使鋼(gang)(gang)材與(yu)外界的高溫(wen)汽化氣(qi)體隔絕，從而(er)避(bi)免進(jin)一(yi)步氧(yang)化。常(chang)用的抗氧(yang)化鋼(gang)(gang)有鐵素(su)體鋼(gang)(gang)（如2Cr25Ni、0Cr13Al)和奧氏體鋼(gang)(gang)（如0Cr25Ni20、1Cr16Ni35等）兩種類別，其最高使用溫(wen)度在1000℃左(zuo)右。
熱強(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)是在鋼(gang)(gang)中加(jia)入鉻、鉬、鎢、釩、硅(gui)等元素，除(chu)提(ti)高(gao)(gao)(gao)鋼(gang)(gang)材的(de)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)強(qiang)(qiang)度(du)外，也提(ti)高(gao)(gao)(gao)其(qi)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)抗氧化性(xing)。常用(yong)(yong)(yong)(yong)的(de)熱強(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)有珠光體鋼(gang)(gang)（如12CrMo、15CrMo,抗氧化最(zui)高(gao)(gao)(gao)使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)溫(wen)(wen)度(du)為(wei)580℃)、馬氏(shi)體鋼(gang)(gang)（如1Cr13、1Cr13Mo、1Cr13MoV等，抗氧化最(zui)高(gao)(gao)(gao)使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)溫(wen)(wen)度(du)為(wei)750~800℃,熱強(qiang)(qiang)性(xing)最(zui)高(gao)(gao)(gao)使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)溫(wen)(wen)度(du)為(wei)480~540℃)、奧氏(shi)體鋼(gang)(gang)（如0Cr8Ni11Ti,抗氧化最(zui)高(gao)(gao)(gao)使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)溫(wen)(wen)度(du)為(wei)850℃,熱強(qiang)(qiang)性(xing)最(zui)高(gao)(gao)(gao)使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)溫(wen)(wen)度(du)為(wei)850℃).
