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(de)分類(lei)
鋼材的分類方(fang)法(fa)有以下(xia)幾種。
①. 按化學(xue)成(cheng)分分類
a. 低碳(tan)鋼 含碳(tan)量小于0.25%.
b. 中碳(tan)鋼 含碳(tan)量(liang)在0.25%~0.55%.
c. 高碳鋼 含(han)碳量(liang)大于0.55%.
②. 按用途分類(lei)
a. 碳(tan)素結構鋼 含碳(tan)量(liang)0.7%以下的(de)工程(cheng)結構和(he)機械零件用鋼。
b.碳素工具(ju)鋼 含(han)碳量0.7%以上，用于制(zhi)造各(ge)種工具(ju)、量具(ju)和刃具(ju)的(de)鋼材。
在(zai)后面的(de)(de)(de)“碳(tan)鋼(gang)的(de)(de)(de)牌(pai)(pai)號(hao)及(ji)性(xing)能”部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)，介紹了常(chang)用鋼(gang)材的(de)(de)(de)牌(pai)(pai)號(hao)。鋼(gang)的(de)(de)(de)牌(pai)(pai)號(hao)并沒(mei)有一定(ding)由(you)(you)幾(ji)(ji)部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)組成(cheng)的(de)(de)(de)規(gui)定(ding)。有的(de)(de)(de)資料中(zhong)曾以碳(tan)素工(gong)(gong)具鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)T8MnA為(wei)例，說碳(tan)素工(gong)(gong)具鋼(gang)的(de)(de)(de)牌(pai)(pai)號(hao)由(you)(you)四部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)組成(cheng)，其實這只是(shi)一個(ge)特例，根據《碳(tan)素工(gong)(gong)具鋼(gang)的(de)(de)(de)牌(pai)(pai)號(hao)、成(cheng)分(fen)(fen)(fen)》GB 1298-1999的(de)(de)(de)規(gui)定(ding)，其牌(pai)(pai)號(hao)大部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)由(you)(you)兩部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)或三部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)組成(cheng)。因此，認為(wei)碳(tan)素工(gong)(gong)具鋼(gang)的(de)(de)(de)牌(pai)(pai)號(hao)一定(ding)由(you)(you)四部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)組成(cheng)是(shi)一個(ge)誤解，如果廣義地(di)認為(wei)鋼(gang)的(de)(de)(de)牌(pai)(pai)號(hao)由(you)(you)幾(ji)(ji)部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)組成(cheng)也是(shi)不合適的(de)(de)(de)。
③. 按質量分類
a. 普通碳素(su)鋼(gang) 硫(liu)含(han)量不大于0.055%,磷(lin)含(han)量不大于0.045%,是應用最廣泛的(de)鋼(gang)材品種。
b. 優質碳素鋼 硫(liu)、磷含量比普通碳素鋼低(di)，硫(liu)不(bu)大(da)于0.045%,磷不(bu)大(da)于0.04%.
c.高級優(you)質碳素鋼 硫、磷含量(liang)很(hen)低，硫不大于0.03%,磷不大于0.035%.
④. 按(an)冶煉方法分類(lei)
a. 沸騰鋼
在(zai)熔(rong)煉末期不完全脫(tuo)氧，鋼(gang)液中含有相(xiang)當(dang)數量的氧化鐵,在(zai)澆注凝固時，碳和氧化鐵發生(sheng)反應(ying)，鋼(gang)液中不斷析出(chu)一氧化碳而沸騰(teng)，稱為沸騰(teng)鋼(gang)。這(zhe)種鋼(gang)成(cheng)本較(jiao)低，成(cheng)材(cai)率高，表(biao)層有一定厚度的致密層，軋(ya)成(cheng)鋼(gang)板質(zhi)量較(jiao)好(hao)。但由于(yu)其內(nei)部組(zu)織不致密、不均(jun)勻(yun)，其沖擊韌性較(jiao)差，不能用(yong)于(yu)制造重要的機械(xie)零件。
b. 鎮(zhen)靜鋼(gang)
鋼液在澆(jiao)注前經(jing)過完(wan)全脫氧，凝固時不(bu)沸騰，稱(cheng)鎮靜鋼，其組(zu)織致密，質量較好(hao)，但(dan)成(cheng)材率(lv)較沸騰鋼低。
c.半鎮(zhen)靜鋼
脫氧程度(du)介于(yu)沸騰(teng)鋼(gang)和鎮(zhen)靜鋼(gang)之間的鋼(gang)。
2. 碳鋼的牌(pai)號及性能
管(guan)(guan)道(dao)工程中(zhong)大量使用(yong)的焊接鋼管(guan)(guan)和管(guan)(guan)道(dao)型(xing)鋼支架、法蘭，從化學成分方面講屬于(yu)低碳(tan)(tan)鋼，從質量方面講屬于(yu)普通碳(tan)(tan)素(su)(su)鋼，因(yin)此(ci)可以統稱(cheng)為碳(tan)(tan)素(su)(su)結(jie)構鋼。普通無縫鋼管(guan)(guan)采(cai)用(yong)優質碳(tan)(tan)素(su)(su)結(jie)構鋼。低碳(tan)(tan)鋼具有較好的強度、塑性(xing)、韌性(xing)。低碳(tan)(tan)鋼的可焊性(xing)在鋼材和金屬材料中(zhong)是最好的，中(zhong)碳(tan)(tan)鋼次之，高碳(tan)(tan)鋼最差。下面介紹管(guan)(guan)道(dao)施(shi)工中(zhong)接觸(chu)較多(duo)的鋼種(zhong)。
①. 碳素結構鋼(gang)
碳素結構鋼的牌(pai)號(hao)(hao)由四部分組成：代表(biao)屈服(fu)點(dian)的字母Q、屈服(fu)點(dian)的數(shu)值（單位為MPa)、質量等級符(fu)號(hao)(hao)（A、B、C、D)及(ji)脫氧方(fang)法符(fu)號(hao)(hao)（F、B、Z、TZ,分別表(biao)示沸騰(teng)鋼、半鎮(zhen)(zhen)靜(jing)鋼、鎮(zhen)(zhen)靜(jing)鋼和特殊鎮(zhen)(zhen)靜(jing)鋼），在實(shi)際工作中，并不一定要全部標注以上(shang)四個部分，第三部分和第四部分有時會省略。
碳素結(jie)構鋼(gang)中(zhong)，Q235最(zui)為常用，相當于舊牌號A3鋼(gang)。Q235A表示只能(neng)(neng)保證鋼(gang)材(cai)的(de)力(li)學性能(neng)(neng)，化(hua)學成分(fen)(fen)除硅、硫(liu)、磷外，其他成分(fen)(fen)不(bu)予保證。如(ru)鋼(gang)號為Q235B(或C、D),則(ze)力(li)學性能(neng)(neng)和(he)各自不(bu)同的(de)化(hua)學成分(fen)(fen)都要保證。Q235的(de)A、B、C、D質量(liang)等級，其屈服(fu)強度和(he)伸長(chang)率的(de)要求基本(ben)相同。
碳素結構鋼的化學成分和(he)主要(yao)力(li)學性(xing)能分別(bie)見表1-22和(he)表1-23。
②. 優質碳素(su)結構鋼
優(you)(you)質(zhi)碳素結構鋼(gang)中，硫(liu)、磷含量(liang)(liang)均(jun)限制在(zai)0.035%以(yi)下，非(fei)金屬夾雜物也(ye)較少，其(qi)牌號(hao)用(yong)兩位(wei)數字表示(shi)(shi)，該兩位(wei)數表示(shi)(shi)鋼(gang)中平均(jun)含碳量(liang)(liang)的萬分數，如45優(you)(you)質(zhi)碳素鋼(gang)，表示(shi)(shi)其(qi)平均(jun)含碳量(liang)(liang)為(wei)0.45%.無(wu)縫鋼(gang)管(guan)的常(chang)用(yong)牌號(hao)為(wei)10、20優(you)(you)質(zhi)碳素鋼(gang)，其(qi)平均(jun)含碳量(liang)(liang)分別為(wei)0.10%和0.20%.
優質碳素結構鋼按含錳量不同分為普(pu)通含錳量（0.25%~0.8%)及較高含錳量（0.7%~1.2%)兩組。含錳較多的一組，在其(qi)牌號數字(zi)后加Mn,如50Mn,50表示其(qi)含碳量約0.50%,經查閱有關技術參數，其(qi)含錳量在0.7%~1.0%.
常用(yong)牌號(hao)的優(you)質碳素(su)結構鋼的化學成分和(he)力(li)學性能(neng)分別見表1-24、表1-25。
③. 鑄鋼
鑄(zhu)鋼通常(chang)用(yong)于制造形(xing)狀復雜，難(nan)以鍛造，而且對強度要求較高(gao)(gao)的(de)零件，如中高(gao)(gao)壓閥(fa)門的(de)閥(fa)體。鑄(zhu)鋼牌號(hao)用(yong)其(qi)漢語拼音字頭(tou)和(he)含碳量的(de)萬分數表(biao)示，如ZG20,表(biao)示20鑄(zhu)鋼，其(qi)平均(jun)含碳量約為(wei)0.20%.鑄(zhu)鋼的(de)鑄(zhu)造性能比鑄(zhu)鐵(tie)和(he)其(qi)他有色金屬(shu)合金的(de)的(de)，性能差。
3. 合金(jin)鋼
合金(jin)鋼(gang)就(jiu)是(shi)在碳素鋼(gang)的基礎上，在冶(ye)煉時(shi)有目的地加入一些(xie)元素，如硅（Si)、錳(meng)（Mn)、鉻（Cr)、鎳（Ni)、鉬（Mo)、鈦（Ti)等，從而改善(shan)鋼(gang)的某些(xie)性能(neng)或獲得某些(xie)工程需(xu)要的特(te)(te)殊(shu)性能(neng)。不銹(xiu)鋼(gang)、合金(jin)鋼(gang)、耐(nai)熱鋼(gang)等屬于特(te)(te)殊(shu)性能(neng)鋼(gang)。管道工程中(zhong)應用較(jiao)多的合金(jin)鋼(gang)管材(cai)是(shi)低(di)合金(jin)鋼(gang)和不銹(xiu)鋼(gang)。通常(chang)所說的合金(jin)鋼(gang)管道，一般是(shi)指低(di)合金(jin)鋼(gang)管。
①. 低合金鋼
低(di)合(he)(he)金(jin)鋼(gang)的含碳量(liang)較低(di)，一般在0.1%~0.2%,通常以錳為主(zhu)要(yao)合(he)(he)金(jin)元(yuan)素(su)(su)，含量(liang)為0.8%~1.8%,還加入一些少(shao)量(liang)的合(he)(he)金(jin)元(yuan)素(su)(su)。低(di)合(he)(he)金(jin)鋼(gang)牌號(hao)以數字(zi)和主(zhu)要(yao)合(he)(he)金(jin)元(yuan)素(su)(su)的符號(hao)表示(shi)，如16Mn、16MnR.16MnR是用(yong)于壓力容器的專用(yong)鋼(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。
管道工程中(zhong)常用的是鉻(ge)鎳不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)和鉻(ge)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。鉻(ge)鎳不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)含(han)碳量較(jiao)(jiao)低，含(han)鉻(ge)約為18%,含(han)鎳大(da)于(yu)8%,俗稱18-8型(xing)(xing)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。這種不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)常溫下(xia)無(wu)磁(ci)性(xing)，經(jing)過1100~1200℃高(gao)溫淬火后，塑(su)性(xing)很好，適合(he)進行冷加(jia)(jia)工，但其切(qie)削加(jia)(jia)工性(xing)能(neng)不好。18-8型(xing)(xing)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)具有較(jiao)(jiao)好的耐熱(re)性(xing)，能(neng)在(zai)高(gao)溫下(xia)保(bao)持(chi)較(jiao)(jiao)高(gao)的強度。它最大(da)的缺點是加(jia)(jia)熱(re)到1100℃之后緩慢(man)冷卻過程中(zhong)，或者在(zai)450~850℃長時間加(jia)(jia)熱(re)時，奧氏體(ti)晶(jing)體(ti)內多余的碳被(bei)析出，并以(yi)碳化鉻(ge)的形式存在(zai)于(yu)奧氏體(ti)晶(jing)界的邊沿。碳化鉻(ge)中(zhong)含(han)鉻(ge)甚高(gao)，而鉻(ge)來自(zi)晶(jing)體(ti)表層，故(gu)在(zai)靠近(jin)晶(jing)界的晶(jing)粒(li)表面形成貧鉻(ge)，使其耐腐蝕性(xing)能(neng)和力(li)學性(xing)能(neng)明顯降低。
含(han)有穩(wen)定(ding)(ding)(ding)元(yuan)素鈦、鈮的(de)18-8不(bu)銹鋼，經過(guo)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)化處理(li)，可以避免形成碳化鉻，從而也就避免了晶間腐(fu)蝕，但非穩(wen)定(ding)(ding)(ding)型18-8不(bu)銹鋼不(bu)適用這種處理(li)方法。
關于18-8不銹鋼的最低(di)和最高工作(zuo)溫(wen)(wen)度，有的資料中(zhong)認(ren)為(wei)是－196~700℃,多(duo)(duo)數技(ji)術資料中(zhong)沒有涉及，這主要是因為(wei)這類極端的數值要受多(duo)(duo)方面條件的制(zhi)約，不能(neng)一概而論(lun)。顯而易見，其最高工作(zuo)溫(wen)(wen)度必須低(di)于可能(neng)產生晶間腐蝕的溫(wen)(wen)度，在較高的工作(zuo)溫(wen)(wen)度下(xia)，管材的許用應力會顯著降低(di)。
③. 耐熱鋼
金(jin)屬材料的耐(nai)熱性(xing)是指在高溫(wen)下(xia)兼有抗氧化與高溫(wen)強度(du)的綜合性(xing)能，它包括(kuo)抗氧化鋼和熱強鋼兩類。
抗氧(yang)化(hua)鋼(gang)(gang)是在鋼(gang)(gang)中(zhong)加入一定量的(de)鉻(ge)、硅(gui)、鋁等(deng)元素，它們與(yu)(yu)氧(yang)的(de)親和力大，故優先氧(yang)化(hua)，在鋼(gang)(gang)材(cai)表面形成(cheng)一層致(zhi)密的(de)高(gao)(gao)熔點氧(yang)化(hua)膜，使(shi)鋼(gang)(gang)材(cai)與(yu)(yu)外界的(de)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)汽(qi)化(hua)氣體隔絕(jue)，從而避免(mian)進一步氧(yang)化(hua)。常用(yong)的(de)抗氧(yang)化(hua)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(deng)）兩種類(lei)別，其最高(gao)(gao)使(shi)用(yong)溫(wen)(wen)度(du)在1000℃左右。
熱強(qiang)鋼(gang)是在鋼(gang)中加(jia)入(ru)鉻、鉬、鎢(wu)、釩、硅(gui)等元(yuan)素，除提(ti)高(gao)(gao)鋼(gang)材的高(gao)(gao)溫(wen)(wen)強(qiang)度(du)(du)外，也提(ti)高(gao)(gao)其高(gao)(gao)溫(wen)(wen)抗氧化性。常用(yong)(yong)的熱強(qiang)鋼(gang)有(you)珠光體(ti)鋼(gang)（如12CrMo、15CrMo,抗氧化最(zui)高(gao)(gao)使(shi)用(yong)(yong)溫(wen)(wen)度(du)(du)為(wei)580℃)、馬(ma)氏(shi)體(ti)鋼(gang)（如1Cr13、1Cr13Mo、1Cr13MoV等，抗氧化最(zui)高(gao)(gao)使(shi)用(yong)(yong)溫(wen)(wen)度(du)(du)為(wei)750~800℃,熱強(qiang)性最(zui)高(gao)(gao)使(shi)用(yong)(yong)溫(wen)(wen)度(du)(du)為(wei)480~540℃)、奧氏(shi)體(ti)鋼(gang)（如0Cr8Ni11Ti,抗氧化最(zui)高(gao)(gao)使(shi)用(yong)(yong)溫(wen)(wen)度(du)(du)為(wei)850℃,熱強(qiang)性最(zui)高(gao)(gao)使(shi)用(yong)(yong)溫(wen)(wen)度(du)(du)為(wei)850℃).
