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. 碳鋼的分類
鋼材的分類方(fang)法有以下幾種(zhong)。
①. 按(an)化學成分(fen)分(fen)類
a. 低碳鋼 含(han)碳量小于0.25%.
b. 中(zhong)碳鋼 含(han)碳量在0.25%~0.55%.
c. 高碳鋼 含(han)碳量大于(yu)0.55%.
②. 按用途分(fen)類
a. 碳(tan)(tan)素結構鋼(gang) 含(han)碳(tan)(tan)量0.7%以下的工程結構和機械零(ling)件用鋼(gang)。
b.碳素(su)工具鋼 含碳量0.7%以上，用于制造各種(zhong)工具、量具和刃(ren)具的鋼材。
在后面的(de)“碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)牌號(hao)(hao)及性(xing)能(neng)”部(bu)(bu)(bu)分(fen)，介(jie)紹了常用鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)材的(de)牌號(hao)(hao)。鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)牌號(hao)(hao)并(bing)沒有一(yi)定由(you)(you)(you)幾部(bu)(bu)(bu)分(fen)組成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)規(gui)定。有的(de)資料中(zhong)曾以碳(tan)素(su)工具(ju)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)T8MnA為(wei)例，說(shuo)碳(tan)素(su)工具(ju)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)牌號(hao)(hao)由(you)(you)(you)四(si)部(bu)(bu)(bu)分(fen)組成(cheng)(cheng)(cheng)，其實(shi)這只是一(yi)個(ge)特(te)例，根據《碳(tan)素(su)工具(ju)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)牌號(hao)(hao)、成(cheng)(cheng)(cheng)分(fen)》GB 1298-1999的(de)規(gui)定，其牌號(hao)(hao)大部(bu)(bu)(bu)分(fen)由(you)(you)(you)兩部(bu)(bu)(bu)分(fen)或三部(bu)(bu)(bu)分(fen)組成(cheng)(cheng)(cheng)。因此，認(ren)為(wei)碳(tan)素(su)工具(ju)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)牌號(hao)(hao)一(yi)定由(you)(you)(you)四(si)部(bu)(bu)(bu)分(fen)組成(cheng)(cheng)(cheng)是一(yi)個(ge)誤解，如(ru)果(guo)廣(guang)義地認(ren)為(wei)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)牌號(hao)(hao)由(you)(you)(you)幾部(bu)(bu)(bu)分(fen)組成(cheng)(cheng)(cheng)也是不(bu)合適的(de)。
③. 按(an)質量分類(lei)
a. 普通(tong)碳素鋼(gang) 硫含量不(bu)大于(yu)0.055%,磷含量不(bu)大于(yu)0.045%,是應用最廣泛的鋼(gang)材品種。
b. 優質碳素(su)鋼 硫(liu)、磷含量比普通碳素(su)鋼低，硫(liu)不大(da)于(yu)0.045%,磷不大(da)于(yu)0.04%.
c.高級優質碳素(su)鋼 硫(liu)、磷含量很低，硫(liu)不大(da)于(yu)0.03%,磷不大(da)于(yu)0.035%.
④. 按冶煉方法分類
a. 沸騰鋼
在熔煉末期不(bu)(bu)完全(quan)脫氧(yang)(yang)，鋼(gang)液中含有相當數量(liang)的(de)氧(yang)(yang)化(hua)鐵,在澆注凝固時(shi)，碳(tan)和氧(yang)(yang)化(hua)鐵發生反應，鋼(gang)液中不(bu)(bu)斷析(xi)出一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)而(er)沸騰(teng)，稱為(wei)沸騰(teng)鋼(gang)。這種鋼(gang)成本較低，成材率高，表(biao)層(ceng)有一(yi)定厚度(du)的(de)致密層(ceng)，軋成鋼(gang)板質(zhi)量(liang)較好。但由于其(qi)內部組織(zhi)不(bu)(bu)致密、不(bu)(bu)均勻，其(qi)沖(chong)擊韌(ren)性較差，不(bu)(bu)能用于制造重(zhong)要(yao)的(de)機械零件。
b. 鎮(zhen)靜鋼
鋼(gang)液在(zai)澆注(zhu)前經(jing)過完全(quan)脫氧，凝固時不沸騰，稱鎮靜鋼(gang)，其組(zu)織致密，質量(liang)較(jiao)好，但(dan)成(cheng)材(cai)率較(jiao)沸騰鋼(gang)低。
c.半鎮靜鋼
脫氧程度介于沸騰鋼和鎮靜鋼之間的鋼。
2. 碳鋼的牌號及性能(neng)
管(guan)道工(gong)程中(zhong)大量使(shi)用(yong)的(de)(de)焊接(jie)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)和管(guan)道型鋼(gang)(gang)(gang)支架、法蘭，從(cong)化學成分方(fang)(fang)面講屬于低(di)碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)，從(cong)質量方(fang)(fang)面講屬于普(pu)通(tong)碳(tan)(tan)素(su)鋼(gang)(gang)(gang)，因此(ci)可(ke)以統稱為(wei)碳(tan)(tan)素(su)結構鋼(gang)(gang)(gang)。普(pu)通(tong)無縫(feng)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)采(cai)用(yong)優質碳(tan)(tan)素(su)結構鋼(gang)(gang)(gang)。低(di)碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)具有較好的(de)(de)強度、塑性、韌(ren)性。低(di)碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)可(ke)焊性在鋼(gang)(gang)(gang)材和金(jin)屬材料中(zhong)是最(zui)好的(de)(de)，中(zhong)碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)次(ci)之(zhi)，高(gao)碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)最(zui)差。下面介紹管(guan)道施工(gong)中(zhong)接(jie)觸較多的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)種。
①. 碳(tan)素(su)結構鋼
碳素結構鋼的(de)(de)牌(pai)號由四部(bu)分(fen)(fen)組成：代表(biao)屈服(fu)點的(de)(de)字母Q、屈服(fu)點的(de)(de)數值(zhi)（單位為MPa)、質量等級符號（A、B、C、D)及脫氧方(fang)法符號（F、B、Z、TZ,分(fen)(fen)別表(biao)示沸騰鋼、半(ban)鎮(zhen)(zhen)靜(jing)鋼、鎮(zhen)(zhen)靜(jing)鋼和特殊鎮(zhen)(zhen)靜(jing)鋼），在(zai)實際工作中，并(bing)不(bu)一定(ding)要全部(bu)標注以上四個部(bu)分(fen)(fen)，第三部(bu)分(fen)(fen)和第四部(bu)分(fen)(fen)有時會省略。
碳素結(jie)構鋼中(zhong)，Q235最為(wei)常用(yong)，相(xiang)當(dang)于舊(jiu)牌號(hao)A3鋼。Q235A表示只能(neng)(neng)保證鋼材(cai)的(de)力(li)學(xue)(xue)性能(neng)(neng)，化學(xue)(xue)成(cheng)(cheng)分(fen)除硅、硫、磷外，其他成(cheng)(cheng)分(fen)不(bu)予(yu)保證。如鋼號(hao)為(wei)Q235B(或C、D),則力(li)學(xue)(xue)性能(neng)(neng)和各自不(bu)同的(de)化學(xue)(xue)成(cheng)(cheng)分(fen)都(dou)要保證。Q235的(de)A、B、C、D質量等級，其屈(qu)服強度和伸長率(lv)的(de)要求基本(ben)相(xiang)同。
碳素結(jie)構(gou)鋼的化學成(cheng)分和主要力學性(xing)能分別(bie)見表1-22和表1-23。
②. 優質碳素結(jie)構鋼
優(you)質(zhi)碳(tan)素結構鋼中，硫(liu)、磷(lin)含量均(jun)限制在0.035%以下，非金屬夾(jia)雜(za)物也(ye)較少，其(qi)(qi)牌(pai)號(hao)用兩位數字表示，該兩位數表示鋼中平均(jun)含碳(tan)量的萬分數，如45優(you)質(zhi)碳(tan)素鋼，表示其(qi)(qi)平均(jun)含碳(tan)量為0.45%.無縫鋼管的常用牌(pai)號(hao)為10、20優(you)質(zhi)碳(tan)素鋼，其(qi)(qi)平均(jun)含碳(tan)量分別為0.10%和0.20%.
優質碳素結構鋼按(an)含(han)(han)錳(meng)量(liang)不同分為普(pu)通含(han)(han)錳(meng)量(liang)（0.25%~0.8%)及較(jiao)高(gao)含(han)(han)錳(meng)量(liang)（0.7%~1.2%)兩組。含(han)(han)錳(meng)較(jiao)多(duo)的一組，在(zai)其(qi)牌(pai)號數字后加Mn,如(ru)50Mn,50表示其(qi)含(han)(han)碳量(liang)約0.50%,經查(cha)閱有關技術參數，其(qi)含(han)(han)錳(meng)量(liang)在(zai)0.7%~1.0%.
常用(yong)牌號(hao)的優(you)質碳素(su)結構鋼的化(hua)學(xue)成分和(he)力學(xue)性(xing)能(neng)分別見表1-24、表1-25。
③. 鑄鋼
鑄(zhu)鋼通常(chang)用于制造(zao)(zao)形狀復雜，難以(yi)鍛造(zao)(zao)，而且對強度(du)要求較高的(de)零件，如中高壓閥(fa)門的(de)閥(fa)體。鑄(zhu)鋼牌號用其(qi)漢語拼音字頭和含碳量(liang)的(de)萬分數表(biao)示(shi)，如ZG20,表(biao)示(shi)20鑄(zhu)鋼，其(qi)平均含碳量(liang)約為0.20%.鑄(zhu)鋼的(de)鑄(zhu)造(zao)(zao)性能比鑄(zhu)鐵和其(qi)他有色金(jin)屬(shu)合(he)金(jin)的(de)的(de)，性能差(cha)。
3. 合金鋼
合(he)(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)(gang)就是(shi)在(zai)碳素鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)基(ji)礎上，在(zai)冶煉(lian)時有目的(de)(de)地加入一(yi)些(xie)(xie)元素，如硅（Si)、錳（Mn)、鉻（Cr)、鎳（Ni)、鉬（Mo)、鈦（Ti)等(deng)，從而改善鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)某(mou)些(xie)(xie)性能(neng)(neng)或獲得(de)某(mou)些(xie)(xie)工程需要的(de)(de)特殊性能(neng)(neng)。不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)、合(he)(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)(gang)、耐熱鋼(gang)(gang)(gang)等(deng)屬于特殊性能(neng)(neng)鋼(gang)(gang)(gang)。管道(dao)工程中(zhong)應用(yong)較多的(de)(de)合(he)(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)(gang)管材是(shi)低合(he)(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)(gang)和不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)。通(tong)常所說的(de)(de)合(he)(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)(gang)管道(dao)，一(yi)般是(shi)指(zhi)低合(he)(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)(gang)管。
①. 低合金鋼(gang)
低(di)合金(jin)鋼的(de)(de)含碳量(liang)(liang)較低(di)，一般(ban)在0.1%~0.2%,通常以錳為(wei)主(zhu)要(yao)合金(jin)元素(su)，含量(liang)(liang)為(wei)0.8%~1.8%,還加入一些少量(liang)(liang)的(de)(de)合金(jin)元素(su)。低(di)合金(jin)鋼牌號以數字和主(zhu)要(yao)合金(jin)元素(su)的(de)(de)符(fu)號表示(shi)，如16Mn、16MnR.16MnR是用于(yu)壓力容器的(de)(de)專用鋼。
②. 不銹鋼
能抗大氣腐蝕的鋼稱為不(bu)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。
管道工程中(zhong)常(chang)用的(de)(de)是鉻(ge)(ge)鎳不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)和(he)鉻(ge)(ge)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。鉻(ge)(ge)鎳不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)含碳量(liang)較低，含鉻(ge)(ge)約為18%,含鎳大(da)于8%,俗稱18-8型不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。這種不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)常(chang)溫(wen)(wen)下無(wu)磁(ci)性(xing)，經過1100~1200℃高溫(wen)(wen)淬火(huo)后(hou)，塑性(xing)很好(hao)，適合進行冷(leng)加工，但其切削加工性(xing)能(neng)不好(hao)。18-8型不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)具有較好(hao)的(de)(de)耐(nai)熱(re)性(xing)，能(neng)在(zai)高溫(wen)(wen)下保持較高的(de)(de)強度(du)。它最大(da)的(de)(de)缺(que)點是加熱(re)到(dao)1100℃之后(hou)緩慢冷(leng)卻過程中(zhong)，或者在(zai)450~850℃長(chang)時間(jian)加熱(re)時，奧氏(shi)體晶(jing)(jing)體內多余的(de)(de)碳被析出(chu)，并以碳化鉻(ge)(ge)的(de)(de)形式存在(zai)于奧氏(shi)體晶(jing)(jing)界的(de)(de)邊(bian)沿。碳化鉻(ge)(ge)中(zhong)含鉻(ge)(ge)甚高，而鉻(ge)(ge)來自晶(jing)(jing)體表層，故在(zai)靠(kao)近晶(jing)(jing)界的(de)(de)晶(jing)(jing)粒表面形成(cheng)貧鉻(ge)(ge)，使其耐(nai)腐蝕性(xing)能(neng)和(he)力學(xue)性(xing)能(neng)明顯降(jiang)低。
含有穩(wen)定(ding)元素鈦、鈮的18-8不銹(xiu)鋼，經過穩(wen)定(ding)化處理，可(ke)以避免形成碳化鉻，從而也(ye)就避免了晶間腐蝕，但非穩(wen)定(ding)型(xing)18-8不銹(xiu)鋼不適用這種處理方法。
關于(yu)(yu)18-8不銹鋼的(de)(de)最低和最高(gao)工作溫(wen)度，有的(de)(de)資料(liao)中認為是－196~700℃,多數技術資料(liao)中沒有涉及，這主要是因(yin)為這類極端的(de)(de)數值要受多方面條件的(de)(de)制約，不能(neng)(neng)一概而(er)論(lun)。顯(xian)而(er)易見(jian)，其(qi)最高(gao)工作溫(wen)度必(bi)須低于(yu)(yu)可(ke)能(neng)(neng)產生晶間腐蝕的(de)(de)溫(wen)度，在較高(gao)的(de)(de)工作溫(wen)度下，管材的(de)(de)許用應力(li)會(hui)顯(xian)著降低。
③. 耐熱(re)鋼
金(jin)屬材料的(de)耐熱性是指在高(gao)溫下(xia)兼(jian)有(you)抗(kang)氧化與高(gao)溫強(qiang)度(du)的(de)綜合性能，它包括抗(kang)氧化鋼和熱強(qiang)鋼兩類。
抗氧(yang)化鋼(gang)(gang)是在(zai)鋼(gang)(gang)中加入一定量(liang)的(de)鉻、硅、鋁等元素，它(ta)們與氧(yang)的(de)親和力大，故優先氧(yang)化，在(zai)鋼(gang)(gang)材表面形成一層致密(mi)的(de)高熔(rong)點(dian)氧(yang)化膜，使鋼(gang)(gang)材與外界的(de)高溫汽化氣體隔絕，從而避免進一步氧(yang)化。常用的(de)抗氧(yang)化鋼(gang)(gang)有(you)鐵素體鋼(gang)(gang)（如2Cr25Ni、0Cr13Al)和奧氏(shi)體鋼(gang)(gang)（如0Cr25Ni20、1Cr16Ni35等）兩種類別，其(qi)最高使用溫度在(zai)1000℃左(zuo)右。
熱強鋼(gang)是(shi)在鋼(gang)中(zhong)加(jia)入鉻、鉬、鎢、釩、硅(gui)等元素，除提高(gao)鋼(gang)材的高(gao)溫強度外，也提高(gao)其(qi)高(gao)溫抗氧(yang)(yang)(yang)化(hua)性。常用(yong)(yong)(yong)的熱強鋼(gang)有珠光體鋼(gang)（如12CrMo、15CrMo,抗氧(yang)(yang)(yang)化(hua)最高(gao)使用(yong)(yong)(yong)溫度為580℃)、馬氏(shi)體鋼(gang)（如1Cr13、1Cr13Mo、1Cr13MoV等，抗氧(yang)(yang)(yang)化(hua)最高(gao)使用(yong)(yong)(yong)溫度為750~800℃,熱強性最高(gao)使用(yong)(yong)(yong)溫度為480~540℃)、奧(ao)氏(shi)體鋼(gang)（如0Cr8Ni11Ti,抗氧(yang)(yang)(yang)化(hua)最高(gao)使用(yong)(yong)(yong)溫度為850℃,熱強性最高(gao)使用(yong)(yong)(yong)溫度為850℃).
