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(gang)材的分類方(fang)法有以下幾(ji)種。
①. 按化(hua)學(xue)成分分類
a. 低碳(tan)(tan)鋼(gang) 含碳(tan)(tan)量小于0.25%.
b. 中碳(tan)鋼 含(han)碳(tan)量在0.25%~0.55%.
c. 高碳鋼(gang) 含碳量大(da)于(yu)0.55%.
②. 按用(yong)途分類
a. 碳素(su)結構(gou)鋼 含碳量0.7%以下的工程結構(gou)和(he)機械零(ling)件用鋼。
b.碳素工具(ju)鋼 含碳量0.7%以上，用于制造各種工具(ju)、量具(ju)和刃具(ju)的鋼材。
在后(hou)面的(de)(de)“碳(tan)鋼的(de)(de)牌(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)及性能(neng)”部(bu)(bu)分(fen)，介紹了(le)常用鋼材的(de)(de)牌(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)。鋼的(de)(de)牌(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)并沒有一(yi)定(ding)由(you)(you)幾(ji)部(bu)(bu)分(fen)組(zu)成的(de)(de)規(gui)定(ding)。有的(de)(de)資料中曾以碳(tan)素工(gong)具(ju)鋼中的(de)(de)T8MnA為例(li)，說碳(tan)素工(gong)具(ju)鋼的(de)(de)牌(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)由(you)(you)四部(bu)(bu)分(fen)組(zu)成，其實這只是一(yi)個特(te)例(li)，根據《碳(tan)素工(gong)具(ju)鋼的(de)(de)牌(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)、成分(fen)》GB 1298-1999的(de)(de)規(gui)定(ding)，其牌(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)大部(bu)(bu)分(fen)由(you)(you)兩部(bu)(bu)分(fen)或三部(bu)(bu)分(fen)組(zu)成。因此，認(ren)為碳(tan)素工(gong)具(ju)鋼的(de)(de)牌(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)一(yi)定(ding)由(you)(you)四部(bu)(bu)分(fen)組(zu)成是一(yi)個誤解，如果廣義地認(ren)為鋼的(de)(de)牌(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)由(you)(you)幾(ji)部(bu)(bu)分(fen)組(zu)成也是不(bu)合適(shi)的(de)(de)。
③. 按(an)質量分類
a. 普通碳素鋼(gang) 硫含(han)量(liang)不(bu)大(da)于0.055%,磷(lin)含(han)量(liang)不(bu)大(da)于0.045%,是應用最(zui)廣(guang)泛的鋼(gang)材品種。
b. 優質碳(tan)素鋼 硫、磷(lin)含量比普通碳(tan)素鋼低，硫不大于(yu)0.045%,磷(lin)不大于(yu)0.04%.
c.高級(ji)優質碳素鋼 硫、磷含量很(hen)低，硫不大(da)于0.03%,磷不大(da)于0.035%.
④. 按(an)冶煉方法分類
a. 沸騰鋼(gang)
在(zai)熔煉末期不(bu)(bu)完全脫氧，鋼液(ye)中含(han)有相(xiang)當(dang)數(shu)量(liang)的氧化鐵(tie),在(zai)澆注凝固時，碳和氧化鐵(tie)發生反(fan)應，鋼液(ye)中不(bu)(bu)斷析(xi)出一(yi)氧化碳而沸(fei)騰，稱(cheng)為沸(fei)騰鋼。這種鋼成(cheng)(cheng)本較(jiao)(jiao)低(di)，成(cheng)(cheng)材率高，表層有一(yi)定厚度(du)的致密層，軋成(cheng)(cheng)鋼板(ban)質量(liang)較(jiao)(jiao)好。但由(you)于其內部組織(zhi)不(bu)(bu)致密、不(bu)(bu)均勻，其沖擊(ji)韌性較(jiao)(jiao)差，不(bu)(bu)能用于制造重(zhong)要的機(ji)械(xie)零件。
b. 鎮靜鋼(gang)
鋼液在澆注前經過(guo)完全(quan)脫氧，凝(ning)固時(shi)不(bu)沸騰，稱鎮靜鋼，其組(zu)織致密，質量較(jiao)好，但(dan)成材(cai)率較(jiao)沸騰鋼低。
c.半鎮靜鋼
脫氧程度介于(yu)沸(fei)騰鋼(gang)(gang)和鎮靜鋼(gang)(gang)之間的鋼(gang)(gang)。
2. 碳鋼的牌號及性能
管道工程中大(da)量(liang)(liang)使用(yong)的(de)焊接鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管和管道型(xing)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)支架、法(fa)蘭，從化學(xue)成分方面(mian)(mian)講屬于(yu)低碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)，從質量(liang)(liang)方面(mian)(mian)講屬于(yu)普(pu)通碳(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)，因此可以統稱為碳(tan)(tan)素結構(gou)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。普(pu)通無縫(feng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管采用(yong)優質碳(tan)(tan)素結構(gou)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。低碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)具(ju)有較好的(de)強(qiang)度、塑性(xing)、韌性(xing)。低碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)可焊性(xing)在鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)材和金屬材料中是最好的(de)，中碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)次之(zhi)，高(gao)碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)最差。下面(mian)(mian)介(jie)紹(shao)管道施工中接觸(chu)較多的(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)種。
①. 碳(tan)素(su)結構鋼(gang)
碳素(su)結構鋼(gang)(gang)的牌(pai)號(hao)由四(si)部(bu)分(fen)(fen)組成：代表屈服(fu)點的字(zi)母Q、屈服(fu)點的數值(zhi)（單位為(wei)MPa)、質量等(deng)級符(fu)號(hao)（A、B、C、D)及(ji)脫氧方法符(fu)號(hao)（F、B、Z、TZ,分(fen)(fen)別表示(shi)沸騰鋼(gang)(gang)、半(ban)鎮(zhen)靜(jing)鋼(gang)(gang)、鎮(zhen)靜(jing)鋼(gang)(gang)和特殊鎮(zhen)靜(jing)鋼(gang)(gang)），在實際工作中，并不一定要全部(bu)標注以上四(si)個部(bu)分(fen)(fen)，第(di)三(san)部(bu)分(fen)(fen)和第(di)四(si)部(bu)分(fen)(fen)有時會省略。
碳(tan)素(su)結構鋼中，Q235最為常用，相(xiang)當于舊牌號A3鋼。Q235A表示(shi)只能保(bao)證鋼材的力(li)學(xue)性(xing)能，化(hua)學(xue)成(cheng)分(fen)除硅、硫(liu)、磷外，其他成(cheng)分(fen)不予保(bao)證。如鋼號為Q235B(或C、D),則力(li)學(xue)性(xing)能和(he)各自(zi)不同(tong)的化(hua)學(xue)成(cheng)分(fen)都(dou)要保(bao)證。Q235的A、B、C、D質量等級(ji)，其屈(qu)服強度和(he)伸長(chang)率的要求基本相(xiang)同(tong)。
碳素結(jie)構鋼的化學(xue)成(cheng)分和主要力學(xue)性能(neng)分別(bie)見表1-22和表1-23。
②. 優質碳素(su)結(jie)構鋼
優(you)質(zhi)(zhi)碳(tan)(tan)素結構鋼中(zhong)，硫、磷含量(liang)均(jun)限(xian)制在0.035%以下(xia)，非(fei)金屬(shu)夾(jia)雜物也較少，其(qi)牌號用(yong)(yong)兩(liang)位數字表(biao)示(shi)(shi)，該兩(liang)位數表(biao)示(shi)(shi)鋼中(zhong)平(ping)均(jun)含碳(tan)(tan)量(liang)的(de)萬(wan)分(fen)數，如45優(you)質(zhi)(zhi)碳(tan)(tan)素鋼，表(biao)示(shi)(shi)其(qi)平(ping)均(jun)含碳(tan)(tan)量(liang)為(wei)(wei)0.45%.無縫鋼管的(de)常用(yong)(yong)牌號為(wei)(wei)10、20優(you)質(zhi)(zhi)碳(tan)(tan)素鋼，其(qi)平(ping)均(jun)含碳(tan)(tan)量(liang)分(fen)別為(wei)(wei)0.10%和(he)0.20%.
優質碳素結構(gou)鋼按(an)含錳量不同分為普通含錳量（0.25%~0.8%)及較(jiao)高含錳量（0.7%~1.2%)兩組。含錳較(jiao)多的一(yi)組，在其(qi)牌(pai)號數(shu)字后加Mn,如50Mn,50表示其(qi)含碳量約0.50%,經查閱有關技術參(can)數(shu)，其(qi)含錳量在0.7%~1.0%.
常用牌號的優質碳素結(jie)構鋼(gang)的化學成分和力學性(xing)能分別見(jian)表1-24、表1-25。
③. 鑄鋼
鑄鋼(gang)通常用(yong)(yong)于制造(zao)形狀(zhuang)復(fu)雜，難(nan)以鍛造(zao)，而且對強度(du)要求(qiu)較高的(de)零件，如中(zhong)高壓閥門(men)的(de)閥體(ti)。鑄鋼(gang)牌號用(yong)(yong)其漢語拼(pin)音(yin)字頭和含碳量的(de)萬分數表(biao)示(shi)，如ZG20,表(biao)示(shi)20鑄鋼(gang)，其平均含碳量約為0.20%.鑄鋼(gang)的(de)鑄造(zao)性(xing)能比鑄鐵(tie)和其他有色金屬合金的(de)的(de)，性(xing)能差。
3. 合金鋼(gang)
合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)就(jiu)是在碳素鋼(gang)的(de)(de)(de)基礎上，在冶煉時有目的(de)(de)(de)地(di)加入一(yi)些(xie)元素，如硅(gui)（Si)、錳（Mn)、鉻（Cr)、鎳（Ni)、鉬（Mo)、鈦(tai)（Ti)等(deng)，從(cong)而改(gai)善鋼(gang)的(de)(de)(de)某些(xie)性(xing)能或獲(huo)得某些(xie)工程(cheng)(cheng)需要的(de)(de)(de)特(te)(te)殊性(xing)能。不銹鋼(gang)、合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)、耐熱(re)鋼(gang)等(deng)屬于特(te)(te)殊性(xing)能鋼(gang)。管(guan)道工程(cheng)(cheng)中應用較多的(de)(de)(de)合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)管(guan)材是低合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)和不銹鋼(gang)。通常所說的(de)(de)(de)合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)管(guan)道，一(yi)般是指低合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)管(guan)。
①. 低合(he)金(jin)鋼(gang)
低合(he)金(jin)(jin)(jin)鋼(gang)的含(han)(han)碳量(liang)較低，一(yi)般在0.1%~0.2%,通常(chang)以錳(meng)為主要(yao)(yao)合(he)金(jin)(jin)(jin)元素(su)，含(han)(han)量(liang)為0.8%~1.8%,還加入一(yi)些少(shao)量(liang)的合(he)金(jin)(jin)(jin)元素(su)。低合(he)金(jin)(jin)(jin)鋼(gang)牌號以數字和(he)主要(yao)(yao)合(he)金(jin)(jin)(jin)元素(su)的符號表示，如16Mn、16MnR.16MnR是(shi)用于壓(ya)力容器的專用鋼(gang)。
②. 不銹(xiu)鋼
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)程(cheng)中常用(yong)的(de)(de)是鉻(ge)(ge)鎳(nie)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)和(he)鉻(ge)(ge)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)。鉻(ge)(ge)鎳(nie)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)含(han)(han)碳(tan)量較低，含(han)(han)鉻(ge)(ge)約為18%,含(han)(han)鎳(nie)大于8%,俗稱18-8型(xing)(xing)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)。這種(zhong)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)在(zai)常溫下無磁性(xing)，經過1100~1200℃高溫淬火(huo)后，塑性(xing)很好，適合進(jin)行(xing)冷(leng)加(jia)工(gong)，但(dan)其切(qie)削加(jia)工(gong)性(xing)能不(bu)(bu)(bu)好。18-8型(xing)(xing)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)具有較好的(de)(de)耐(nai)(nai)熱(re)性(xing)，能在(zai)高溫下保(bao)持較高的(de)(de)強(qiang)度(du)。它(ta)最大的(de)(de)缺點是加(jia)熱(re)到1100℃之后緩(huan)慢冷(leng)卻過程(cheng)中，或者在(zai)450~850℃長時(shi)間(jian)加(jia)熱(re)時(shi)，奧氏體(ti)晶(jing)(jing)體(ti)內多余的(de)(de)碳(tan)被析出，并以碳(tan)化鉻(ge)(ge)的(de)(de)形式存在(zai)于奧氏體(ti)晶(jing)(jing)界的(de)(de)邊沿(yan)。碳(tan)化鉻(ge)(ge)中含(han)(han)鉻(ge)(ge)甚高，而鉻(ge)(ge)來自晶(jing)(jing)體(ti)表層，故在(zai)靠近晶(jing)(jing)界的(de)(de)晶(jing)(jing)粒表面(mian)形成(cheng)貧鉻(ge)(ge)，使其耐(nai)(nai)腐蝕性(xing)能和(he)力學(xue)性(xing)能明顯降低。
含有穩(wen)定(ding)元素鈦(tai)、鈮的18-8不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)，經過穩(wen)定(ding)化處理，可以避(bi)免(mian)形成碳化鉻，從而也(ye)就(jiu)避(bi)免(mian)了晶間腐蝕，但(dan)非(fei)穩(wen)定(ding)型(xing)18-8不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)不適(shi)用這種處理方法(fa)。
關于(yu)18-8不(bu)銹鋼的(de)最低(di)和最高工作(zuo)(zuo)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度，有(you)(you)的(de)資料(liao)中認(ren)為是－196~700℃,多(duo)數技術資料(liao)中沒有(you)(you)涉及，這主要是因為這類極端的(de)數值要受多(duo)方面(mian)條件的(de)制約，不(bu)能(neng)一概而(er)論。顯(xian)而(er)易見，其最高工作(zuo)(zuo)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度必須(xu)低(di)于(yu)可能(neng)產(chan)生晶間腐蝕的(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度，在較高的(de)工作(zuo)(zuo)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度下，管(guan)材的(de)許用應力會顯(xian)著降低(di)。
③. 耐熱鋼
金屬材料的(de)耐熱(re)性(xing)(xing)是指在高溫(wen)下兼(jian)有抗氧化與高溫(wen)強度的(de)綜合性(xing)(xing)能，它包括抗氧化鋼和熱(re)強鋼兩類。
抗(kang)氧(yang)化(hua)(hua)鋼(gang)(gang)是在(zai)鋼(gang)(gang)中加入一(yi)定(ding)量的鉻、硅、鋁等元素(su)，它們與氧(yang)的親(qin)和力大，故優(you)先(xian)氧(yang)化(hua)(hua)，在(zai)鋼(gang)(gang)材表面(mian)形成(cheng)一(yi)層致密的高熔點氧(yang)化(hua)(hua)膜，使(shi)鋼(gang)(gang)材與外界的高溫汽化(hua)(hua)氣體隔(ge)絕(jue)，從而避(bi)免進一(yi)步氧(yang)化(hua)(hua)。常用(yong)的抗(kang)氧(yang)化(hua)(hua)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(liang)種類別，其最高使(shi)用(yong)溫度在(zai)1000℃左右。
熱(re)強鋼(gang)(gang)(gang)是在鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)加入鉻、鉬(mu)、鎢、釩、硅(gui)等元(yuan)素，除提(ti)高鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)的(de)高溫(wen)(wen)強度外，也提(ti)高其高溫(wen)(wen)抗氧化(hua)性。常(chang)用(yong)的(de)熱(re)強鋼(gang)(gang)(gang)有珠光(guang)體鋼(gang)(gang)(gang)（如12CrMo、15CrMo,抗氧化(hua)最(zui)高使用(yong)溫(wen)(wen)度為580℃)、馬氏(shi)體鋼(gang)(gang)(gang)（如1Cr13、1Cr13Mo、1Cr13MoV等，抗氧化(hua)最(zui)高使用(yong)溫(wen)(wen)度為750~800℃,熱(re)強性最(zui)高使用(yong)溫(wen)(wen)度為480~540℃)、奧(ao)氏(shi)體鋼(gang)(gang)(gang)（如0Cr8Ni11Ti,抗氧化(hua)最(zui)高使用(yong)溫(wen)(wen)度為850℃,熱(re)強性最(zui)高使用(yong)溫(wen)(wen)度為850℃).
