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(bu)銹鋼(gang)也屬于合金鋼。
1. 碳鋼的分類
鋼(gang)材的分類方法有以下(xia)幾種。
①. 按化學(xue)成分分類
a. 低碳鋼 含(han)碳量小于0.25%.
b. 中(zhong)碳鋼 含碳量(liang)在0.25%~0.55%.
c. 高碳鋼 含碳量(liang)大于0.55%.
②. 按(an)用途分(fen)類
a. 碳素結(jie)構(gou)鋼(gang) 含碳量0.7%以下(xia)的(de)工程結(jie)構(gou)和(he)機械零件用鋼(gang)。
b.碳素工具(ju)鋼 含碳量(liang)0.7%以上，用于制造(zao)各種工具(ju)、量(liang)具(ju)和(he)刃具(ju)的鋼材。
在(zai)后面(mian)的(de)(de)“碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)牌(pai)(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)(hao)及性能”部(bu)分，介紹了常用鋼(gang)(gang)(gang)材的(de)(de)牌(pai)(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)(hao)。鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)牌(pai)(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)(hao)并(bing)沒有(you)(you)一(yi)定由(you)幾部(bu)分組(zu)(zu)成(cheng)的(de)(de)規定。有(you)(you)的(de)(de)資(zi)料中(zhong)曾以碳(tan)素(su)工(gong)(gong)具(ju)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)T8MnA為(wei)(wei)例，說(shuo)碳(tan)素(su)工(gong)(gong)具(ju)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)牌(pai)(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)(hao)由(you)四部(bu)分組(zu)(zu)成(cheng)，其實(shi)這只是一(yi)個特例，根(gen)據《碳(tan)素(su)工(gong)(gong)具(ju)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)牌(pai)(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)(hao)、成(cheng)分》GB 1298-1999的(de)(de)規定，其牌(pai)(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)(hao)大(da)部(bu)分由(you)兩部(bu)分或三部(bu)分組(zu)(zu)成(cheng)。因此(ci)，認為(wei)(wei)碳(tan)素(su)工(gong)(gong)具(ju)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)牌(pai)(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)(hao)一(yi)定由(you)四部(bu)分組(zu)(zu)成(cheng)是一(yi)個誤解(jie)，如果廣義地認為(wei)(wei)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)牌(pai)(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)(hao)由(you)幾部(bu)分組(zu)(zu)成(cheng)也(ye)是不合適的(de)(de)。
③. 按質(zhi)量分(fen)類
a. 普通(tong)碳素鋼 硫含(han)量(liang)(liang)不(bu)大于(yu)0.055%,磷(lin)含(han)量(liang)(liang)不(bu)大于(yu)0.045%,是應用最廣(guang)泛的鋼材品種。
b. 優質碳素鋼 硫、磷含量比普通(tong)碳素鋼低，硫不大于0.045%,磷不大于0.04%.
c.高級優(you)質碳素(su)鋼(gang) 硫、磷含量很(hen)低，硫不大于0.03%,磷不大于0.035%.
④. 按冶煉方法分類(lei)
a. 沸騰鋼(gang)
在熔(rong)煉末(mo)期(qi)不(bu)完全脫氧，鋼(gang)液(ye)中含有相當(dang)數(shu)量(liang)的氧化(hua)鐵,在澆注凝固時，碳(tan)和(he)氧化(hua)鐵發生(sheng)反應，鋼(gang)液(ye)中不(bu)斷(duan)析出一氧化(hua)碳(tan)而(er)沸騰，稱為沸騰鋼(gang)。這種(zhong)鋼(gang)成(cheng)本較(jiao)(jiao)低，成(cheng)材率(lv)高，表層(ceng)有一定厚(hou)度的致(zhi)密(mi)層(ceng)，軋成(cheng)鋼(gang)板質量(liang)較(jiao)(jiao)好(hao)。但由于其(qi)內部組織不(bu)致(zhi)密(mi)、不(bu)均勻，其(qi)沖(chong)擊韌性(xing)較(jiao)(jiao)差，不(bu)能用(yong)于制造重(zhong)要的機械零(ling)件。
b. 鎮靜鋼(gang)
鋼(gang)液在(zai)澆注前經過完全(quan)脫氧，凝固時(shi)不沸(fei)騰，稱鎮(zhen)靜(jing)鋼(gang)，其組織致(zhi)密，質(zhi)量較好，但(dan)成材(cai)率較沸(fei)騰鋼(gang)低。
c.半(ban)鎮靜鋼
脫氧程度(du)介于沸(fei)騰鋼和鎮靜鋼之間的鋼。
2. 碳(tan)鋼的牌號及性能
管(guan)道工程中大量(liang)使用的(de)焊(han)接(jie)鋼(gang)(gang)管(guan)和管(guan)道型鋼(gang)(gang)支(zhi)架(jia)、法蘭，從(cong)化學(xue)成(cheng)分方(fang)面(mian)(mian)講屬(shu)于低(di)碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)，從(cong)質量(liang)方(fang)面(mian)(mian)講屬(shu)于普通碳(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)，因此可(ke)以統稱為(wei)碳(tan)(tan)素結構鋼(gang)(gang)。普通無縫鋼(gang)(gang)管(guan)采用優(you)質碳(tan)(tan)素結構鋼(gang)(gang)。低(di)碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)具有較(jiao)好的(de)強度、塑性、韌性。低(di)碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)的(de)可(ke)焊(han)性在(zai)鋼(gang)(gang)材和金屬(shu)材料中是(shi)最好的(de)，中碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)次之，高碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)最差。下面(mian)(mian)介(jie)紹管(guan)道施(shi)工中接(jie)觸較(jiao)多(duo)的(de)鋼(gang)(gang)種。
①. 碳素結構(gou)鋼
碳素(su)結構鋼的牌號(hao)(hao)由四部(bu)分(fen)組(zu)成：代表屈(qu)服點的字(zi)母Q、屈(qu)服點的數(shu)值（單位(wei)為MPa)、質量等級符號(hao)(hao)（A、B、C、D)及脫氧(yang)方法符號(hao)(hao)（F、B、Z、TZ,分(fen)別表示沸(fei)騰鋼、半(ban)鎮靜鋼、鎮靜鋼和特殊鎮靜鋼），在實(shi)際工作中，并不一定要全部(bu)標注以上四個部(bu)分(fen)，第(di)三部(bu)分(fen)和第(di)四部(bu)分(fen)有時會省(sheng)略。
碳素結構(gou)鋼(gang)中(zhong)，Q235最為常用(yong)，相當于舊(jiu)牌號A3鋼(gang)。Q235A表示只能(neng)保證鋼(gang)材(cai)的力學(xue)性(xing)能(neng)，化學(xue)成(cheng)分除硅、硫、磷外，其他成(cheng)分不予保證。如鋼(gang)號為Q235B(或C、D),則力學(xue)性(xing)能(neng)和各自不同(tong)的化學(xue)成(cheng)分都要保證。Q235的A、B、C、D質量等(deng)級(ji)，其屈服(fu)強度和伸長(chang)率的要求基本相同(tong)。
碳素結構鋼的化學成(cheng)分(fen)和(he)主要力學性能分(fen)別見表(biao)1-22和(he)表(biao)1-23。
②. 優質碳素(su)結(jie)構(gou)鋼
優質(zhi)(zhi)(zhi)碳(tan)(tan)素結構(gou)鋼(gang)中(zhong)，硫、磷含量(liang)均限制在0.035%以(yi)下，非(fei)金屬(shu)夾雜(za)物也較(jiao)少，其牌號(hao)用兩(liang)位數(shu)(shu)字(zi)表示，該兩(liang)位數(shu)(shu)表示鋼(gang)中(zhong)平(ping)均含碳(tan)(tan)量(liang)的萬分數(shu)(shu)，如45優質(zhi)(zhi)(zhi)碳(tan)(tan)素鋼(gang)，表示其平(ping)均含碳(tan)(tan)量(liang)為0.45%.無(wu)縫鋼(gang)管的常(chang)用牌號(hao)為10、20優質(zhi)(zhi)(zhi)碳(tan)(tan)素鋼(gang)，其平(ping)均含碳(tan)(tan)量(liang)分別為0.10%和0.20%.
優質(zhi)碳素結構鋼按含(han)(han)(han)錳(meng)量(liang)(liang)不同分為(wei)普(pu)通含(han)(han)(han)錳(meng)量(liang)(liang)（0.25%~0.8%)及較(jiao)高含(han)(han)(han)錳(meng)量(liang)(liang)（0.7%~1.2%)兩(liang)組。含(han)(han)(han)錳(meng)較(jiao)多(duo)的一組，在(zai)(zai)其(qi)牌號數字后加Mn,如50Mn,50表示其(qi)含(han)(han)(han)碳量(liang)(liang)約0.50%,經查閱(yue)有關技(ji)術參數，其(qi)含(han)(han)(han)錳(meng)量(liang)(liang)在(zai)(zai)0.7%~1.0%.
常(chang)用牌號的優質(zhi)碳素結構鋼的化學(xue)成分和力學(xue)性能分別(bie)見表(biao)1-24、表(biao)1-25。
③. 鑄鋼
鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)通常用于制造(zao)形狀復雜，難以鍛造(zao)，而(er)且對強度要求較高的(de)零件，如中(zhong)高壓閥門的(de)閥體。鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)牌號用其(qi)漢語拼音(yin)字頭和含碳(tan)量的(de)萬(wan)分數表示(shi)，如ZG20,表示(shi)20鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)，其(qi)平均(jun)含碳(tan)量約為(wei)0.20%.鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)的(de)鑄(zhu)(zhu)造(zao)性(xing)能比鑄(zhu)(zhu)鐵和其(qi)他有色(se)金屬合(he)金的(de)的(de)，性(xing)能差。
3. 合金鋼(gang)
合(he)(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)就是在碳(tan)素鋼(gang)(gang)的(de)基礎上，在冶(ye)煉(lian)時有目的(de)地加入一些(xie)元素，如(ru)硅（Si)、錳（Mn)、鉻（Cr)、鎳（Ni)、鉬（Mo)、鈦(tai)（Ti)等，從而改善鋼(gang)(gang)的(de)某些(xie)性能或獲得(de)某些(xie)工程(cheng)需(xu)要的(de)特殊性能。不(bu)銹鋼(gang)(gang)、合(he)(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)、耐熱鋼(gang)(gang)等屬于特殊性能鋼(gang)(gang)。管道工程(cheng)中應用較多的(de)合(he)(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)管材是低合(he)(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)和不(bu)銹鋼(gang)(gang)。通常所(suo)說(shuo)的(de)合(he)(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)管道，一般是指低合(he)(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)管。
①. 低合金鋼
低合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)的(de)含(han)碳(tan)量(liang)較低，一(yi)般(ban)在(zai)0.1%~0.2%,通常以錳為主要合(he)金(jin)(jin)元素(su)(su)，含(han)量(liang)為0.8%~1.8%,還加入一(yi)些少(shao)量(liang)的(de)合(he)金(jin)(jin)元素(su)(su)。低合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)牌號以數字和(he)主要合(he)金(jin)(jin)元素(su)(su)的(de)符號表示，如16Mn、16MnR.16MnR是用(yong)于壓力(li)容(rong)器(qi)的(de)專用(yong)鋼(gang)(gang)。
②. 不銹鋼(gang)
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(gong)(gong)程中(zhong)常(chang)用的(de)(de)是鉻(ge)(ge)(ge)鎳不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)和鉻(ge)(ge)(ge)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。鉻(ge)(ge)(ge)鎳不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)含(han)(han)碳(tan)量較(jiao)低，含(han)(han)鉻(ge)(ge)(ge)約為18%,含(han)(han)鎳大于8%,俗(su)稱18-8型(xing)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。這種不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在常(chang)溫(wen)下無磁(ci)性，經(jing)過1100~1200℃高溫(wen)淬火后(hou)，塑性很好，適合(he)進行冷加(jia)(jia)工(gong)(gong)，但其(qi)切削加(jia)(jia)工(gong)(gong)性能(neng)(neng)不(bu)(bu)好。18-8型(xing)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)具有較(jiao)好的(de)(de)耐熱(re)性，能(neng)(neng)在高溫(wen)下保持較(jiao)高的(de)(de)強(qiang)度。它最(zui)大的(de)(de)缺點是加(jia)(jia)熱(re)到1100℃之后(hou)緩慢冷卻過程中(zhong)，或者在450~850℃長(chang)時間加(jia)(jia)熱(re)時，奧氏(shi)體(ti)晶(jing)(jing)體(ti)內多余的(de)(de)碳(tan)被(bei)析出，并以碳(tan)化(hua)鉻(ge)(ge)(ge)的(de)(de)形(xing)(xing)式存在于奧氏(shi)體(ti)晶(jing)(jing)界(jie)的(de)(de)邊沿。碳(tan)化(hua)鉻(ge)(ge)(ge)中(zhong)含(han)(han)鉻(ge)(ge)(ge)甚高，而(er)鉻(ge)(ge)(ge)來自晶(jing)(jing)體(ti)表層(ceng)，故在靠(kao)近晶(jing)(jing)界(jie)的(de)(de)晶(jing)(jing)粒表面形(xing)(xing)成(cheng)貧鉻(ge)(ge)(ge)，使其(qi)耐腐(fu)蝕性能(neng)(neng)和力(li)學性能(neng)(neng)明顯(xian)降(jiang)低。
含(han)有(you)穩(wen)定元素鈦、鈮的(de)18-8不銹(xiu)鋼，經過穩(wen)定化處(chu)理，可以避(bi)(bi)免(mian)形成碳(tan)化鉻，從(cong)而也就(jiu)避(bi)(bi)免(mian)了晶間腐蝕，但非穩(wen)定型18-8不銹(xiu)鋼不適用這種處(chu)理方(fang)法。
關(guan)于18-8不銹鋼的(de)最低和最高工(gong)(gong)作(zuo)溫度(du)，有(you)的(de)資料(liao)中認為是(shi)－196~700℃,多(duo)(duo)數技術資料(liao)中沒有(you)涉(she)及，這主要是(shi)因為這類極端的(de)數值要受多(duo)(duo)方面條件的(de)制約(yue)，不能一概(gai)而(er)論。顯而(er)易見，其最高工(gong)(gong)作(zuo)溫度(du)必(bi)須低于可能產生晶間腐蝕的(de)溫度(du)，在(zai)較高的(de)工(gong)(gong)作(zuo)溫度(du)下(xia)，管材的(de)許用應力會顯著降(jiang)低。
③. 耐熱鋼
金屬材(cai)料(liao)的耐熱性是(shi)指在高(gao)溫(wen)下(xia)兼(jian)有抗氧化與高(gao)溫(wen)強(qiang)度的綜(zong)合性能，它包括抗氧化鋼和熱強(qiang)鋼兩類。
抗氧化(hua)(hua)鋼是在鋼中加入一定量的鉻、硅、鋁等元素，它們與(yu)氧的親(qin)和力(li)大，故優先氧化(hua)(hua)，在鋼材表面形(xing)成一層(ceng)致密的高熔點氧化(hua)(hua)膜，使(shi)(shi)鋼材與(yu)外界的高溫汽化(hua)(hua)氣體(ti)隔絕，從而避(bi)免進一步氧化(hua)(hua)。常(chang)用的抗氧化(hua)(hua)鋼有鐵素體(ti)鋼（如2Cr25Ni、0Cr13Al)和奧(ao)氏體(ti)鋼（如0Cr25Ni20、1Cr16Ni35等）兩(liang)種類別，其最(zui)高使(shi)(shi)用溫度在1000℃左右(you)。
熱(re)強(qiang)鋼(gang)是在(zai)鋼(gang)中加入鉻、鉬、鎢(wu)、釩、硅等(deng)元素，除提(ti)高(gao)(gao)(gao)鋼(gang)材的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)溫強(qiang)度外，也提(ti)高(gao)(gao)(gao)其高(gao)(gao)(gao)溫抗(kang)(kang)氧化性(xing)。常用(yong)(yong)的(de)(de)熱(re)強(qiang)鋼(gang)有珠光體(ti)鋼(gang)（如12CrMo、15CrMo,抗(kang)(kang)氧化最(zui)(zui)高(gao)(gao)(gao)使用(yong)(yong)溫度為580℃)、馬氏體(ti)鋼(gang)（如1Cr13、1Cr13Mo、1Cr13MoV等(deng)，抗(kang)(kang)氧化最(zui)(zui)高(gao)(gao)(gao)使用(yong)(yong)溫度為750~800℃,熱(re)強(qiang)性(xing)最(zui)(zui)高(gao)(gao)(gao)使用(yong)(yong)溫度為480~540℃)、奧氏體(ti)鋼(gang)（如0Cr8Ni11Ti,抗(kang)(kang)氧化最(zui)(zui)高(gao)(gao)(gao)使用(yong)(yong)溫度為850℃,熱(re)強(qiang)性(xing)最(zui)(zui)高(gao)(gao)(gao)使用(yong)(yong)溫度為850℃).
