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(gang)也屬于合金鋼。
1. 碳鋼的(de)分類
鋼材(cai)的分類(lei)方法(fa)有以下幾種。
①. 按化學成(cheng)分(fen)分(fen)類
a. 低碳(tan)鋼(gang) 含碳(tan)量小(xiao)于0.25%.
b. 中碳(tan)(tan)鋼 含(han)碳(tan)(tan)量在0.25%~0.55%.
c. 高(gao)碳鋼(gang) 含碳量大于0.55%.
②. 按用途分類(lei)
a. 碳素(su)結(jie)(jie)構鋼 含碳量(liang)0.7%以下的工程結(jie)(jie)構和機械零件用鋼。
b.碳素(su)工具鋼(gang) 含碳量(liang)0.7%以上，用于制造各種工具、量(liang)具和刃(ren)具的鋼(gang)材。
在后面(mian)的(de)“碳鋼(gang)(gang)的(de)牌(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)及(ji)性(xing)能(neng)”部(bu)(bu)(bu)分(fen)，介紹了常用鋼(gang)(gang)材的(de)牌(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)。鋼(gang)(gang)的(de)牌(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)并(bing)沒有(you)一定由幾部(bu)(bu)(bu)分(fen)組成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)規(gui)(gui)定。有(you)的(de)資料中曾以碳素工(gong)具(ju)鋼(gang)(gang)中的(de)T8MnA為(wei)例，說碳素工(gong)具(ju)鋼(gang)(gang)的(de)牌(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)由四部(bu)(bu)(bu)分(fen)組成(cheng)(cheng)(cheng)，其(qi)實這只是(shi)一個(ge)特例，根據《碳素工(gong)具(ju)鋼(gang)(gang)的(de)牌(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)、成(cheng)(cheng)(cheng)分(fen)》GB 1298-1999的(de)規(gui)(gui)定，其(qi)牌(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)大部(bu)(bu)(bu)分(fen)由兩部(bu)(bu)(bu)分(fen)或(huo)三部(bu)(bu)(bu)分(fen)組成(cheng)(cheng)(cheng)。因此，認為(wei)碳素工(gong)具(ju)鋼(gang)(gang)的(de)牌(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)一定由四部(bu)(bu)(bu)分(fen)組成(cheng)(cheng)(cheng)是(shi)一個(ge)誤解(jie)，如果(guo)廣義地認為(wei)鋼(gang)(gang)的(de)牌(pai)(pai)(pai)號(hao)(hao)由幾部(bu)(bu)(bu)分(fen)組成(cheng)(cheng)(cheng)也是(shi)不合適的(de)。
③. 按質量分(fen)類
a. 普通碳素鋼 硫(liu)含(han)量(liang)不(bu)大(da)于0.055%,磷含(han)量(liang)不(bu)大(da)于0.045%,是(shi)應用最廣(guang)泛的(de)鋼材品種(zhong)。
b. 優質碳(tan)素(su)鋼 硫(liu)、磷含量比普通碳(tan)素(su)鋼低，硫(liu)不大于0.045%,磷不大于0.04%.
c.高級優(you)質碳(tan)素鋼 硫(liu)、磷(lin)含量很低，硫(liu)不大(da)于0.03%,磷(lin)不大(da)于0.035%.
④. 按冶煉(lian)方法分類
a. 沸騰鋼
在(zai)熔煉末期不(bu)完全脫氧(yang)，鋼液中含有(you)相(xiang)當數(shu)量的氧(yang)化(hua)鐵,在(zai)澆注凝固(gu)時，碳(tan)和氧(yang)化(hua)鐵發生(sheng)反應，鋼液中不(bu)斷析(xi)出(chu)一(yi)氧(yang)化(hua)碳(tan)而沸騰，稱為沸騰鋼。這種鋼成本較低，成材率高，表(biao)層(ceng)有(you)一(yi)定厚(hou)度的致密層(ceng)，軋成鋼板質量較好。但(dan)由于其(qi)(qi)內部組織不(bu)致密、不(bu)均勻，其(qi)(qi)沖擊韌性較差，不(bu)能用于制造(zao)重要的機械零件。
b. 鎮靜鋼
鋼液在澆(jiao)注前經過(guo)完全脫氧，凝固時(shi)不沸騰(teng)，稱(cheng)鎮靜鋼，其組織致(zhi)密，質量較好，但成材率較沸騰(teng)鋼低。
c.半鎮靜(jing)鋼(gang)
脫氧程度介于沸騰鋼和鎮靜鋼之(zhi)間的鋼。
2. 碳鋼的牌號及(ji)性能
管(guan)(guan)道(dao)工程中(zhong)大量(liang)使用(yong)的(de)焊(han)(han)接鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)和(he)管(guan)(guan)道(dao)型(xing)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)支架、法蘭，從(cong)化學成分方(fang)面(mian)講(jiang)(jiang)屬于低(di)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)，從(cong)質(zhi)量(liang)方(fang)面(mian)講(jiang)(jiang)屬于普通(tong)碳(tan)素鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)，因(yin)此可(ke)(ke)以統(tong)稱為碳(tan)素結(jie)構鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。普通(tong)無縫鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)采用(yong)優質(zhi)碳(tan)素結(jie)構鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。低(di)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)具(ju)有較好的(de)強度、塑性(xing)、韌性(xing)。低(di)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)可(ke)(ke)焊(han)(han)性(xing)在鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)材和(he)金屬材料中(zhong)是最好的(de)，中(zhong)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)次之(zhi)，高(gao)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)最差。下面(mian)介紹管(guan)(guan)道(dao)施工中(zhong)接觸較多的(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)種(zhong)。
①. 碳素(su)結構鋼(gang)
碳素結構鋼(gang)的牌(pai)號(hao)由四(si)部(bu)分(fen)組成：代表屈服點的字(zi)母(mu)Q、屈服點的數值（單位為MPa)、質量(liang)等級符號(hao)（A、B、C、D)及脫氧方法符號(hao)（F、B、Z、TZ,分(fen)別表示沸騰鋼(gang)、半鎮(zhen)靜(jing)鋼(gang)、鎮(zhen)靜(jing)鋼(gang)和(he)特殊鎮(zhen)靜(jing)鋼(gang)），在實(shi)際工作中(zhong)，并不一定要全部(bu)標注以上四(si)個(ge)部(bu)分(fen)，第(di)三部(bu)分(fen)和(he)第(di)四(si)部(bu)分(fen)有(you)時會省略。
碳素結構鋼中，Q235最為常(chang)用，相(xiang)當于舊牌號A3鋼。Q235A表示只能保(bao)證鋼材的力學性(xing)能，化學成分除硅、硫、磷(lin)外，其他成分不(bu)予保(bao)證。如(ru)鋼號為Q235B(或(huo)C、D),則(ze)力學性(xing)能和各自不(bu)同的化學成分都要(yao)保(bao)證。Q235的A、B、C、D質量等級(ji)，其屈服強度和伸長率的要(yao)求基本相(xiang)同。
碳素結構鋼的(de)化學(xue)(xue)成分(fen)和(he)主要力(li)學(xue)(xue)性(xing)能分(fen)別見(jian)表1-22和(he)表1-23。
②. 優質碳(tan)素(su)結構鋼
優質碳(tan)(tan)(tan)素結構鋼(gang)中(zhong)，硫、磷含(han)量(liang)均(jun)限制在0.035%以下(xia)，非金屬夾雜(za)物(wu)也較(jiao)少(shao)，其(qi)牌號用(yong)兩位(wei)數(shu)(shu)字表(biao)示(shi)，該兩位(wei)數(shu)(shu)表(biao)示(shi)鋼(gang)中(zhong)平(ping)均(jun)含(han)碳(tan)(tan)(tan)量(liang)的萬分(fen)數(shu)(shu)，如45優質碳(tan)(tan)(tan)素鋼(gang)，表(biao)示(shi)其(qi)平(ping)均(jun)含(han)碳(tan)(tan)(tan)量(liang)為(wei)0.45%.無縫鋼(gang)管的常用(yong)牌號為(wei)10、20優質碳(tan)(tan)(tan)素鋼(gang)，其(qi)平(ping)均(jun)含(han)碳(tan)(tan)(tan)量(liang)分(fen)別為(wei)0.10%和0.20%.
優質碳素結構(gou)鋼按含(han)錳(meng)量不同分為普通含(han)錳(meng)量（0.25%~0.8%)及較(jiao)高含(han)錳(meng)量（0.7%~1.2%)兩組。含(han)錳(meng)較(jiao)多的一組，在(zai)其(qi)牌號數字后(hou)加Mn,如50Mn,50表(biao)示其(qi)含(han)碳量約0.50%,經查閱有關技(ji)術參數，其(qi)含(han)錳(meng)量在(zai)0.7%~1.0%.
常用牌號的(de)優質碳素結構鋼的(de)化學成分和力(li)學性能分別見表(biao)1-24、表(biao)1-25。
③. 鑄鋼
鑄(zhu)鋼(gang)通常用于(yu)制造形狀復雜，難以(yi)鍛造，而且對強度要求較高(gao)的零件，如中高(gao)壓閥門的閥體。鑄(zhu)鋼(gang)牌號用其(qi)(qi)(qi)漢(han)語(yu)拼(pin)音字頭和含碳量的萬分數表示，如ZG20,表示20鑄(zhu)鋼(gang)，其(qi)(qi)(qi)平均(jun)含碳量約為0.20%.鑄(zhu)鋼(gang)的鑄(zhu)造性(xing)能(neng)比(bi)鑄(zhu)鐵和其(qi)(qi)(qi)他有色金屬合(he)金的的，性(xing)能(neng)差。
3. 合金鋼
合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)就是在碳素鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)基礎上，在冶煉時有目的(de)(de)(de)地加(jia)入一些元素，如(ru)硅（Si)、錳（Mn)、鉻（Cr)、鎳（Ni)、鉬（Mo)、鈦（Ti)等，從(cong)而改善鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)某(mou)些性能或獲得某(mou)些工程需(xu)要的(de)(de)(de)特殊性能。不銹(xiu)鋼(gang)(gang)、合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)、耐熱鋼(gang)(gang)等屬于特殊性能鋼(gang)(gang)。管(guan)(guan)道(dao)(dao)工程中應用(yong)較多的(de)(de)(de)合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)材是低合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)和(he)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)。通常所(suo)說的(de)(de)(de)合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)道(dao)(dao)，一般是指(zhi)低合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)。
①. 低合金鋼(gang)
低(di)合(he)金鋼的含(han)碳(tan)量(liang)較低(di)，一般在0.1%~0.2%,通常以錳為主要合(he)金元素，含(han)量(liang)為0.8%~1.8%,還加(jia)入(ru)一些少量(liang)的合(he)金元素。低(di)合(he)金鋼牌號以數(shu)字和主要合(he)金元素的符號表示，如16Mn、16MnR.16MnR是用于(yu)壓(ya)力容器的專用鋼。
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)道工(gong)程(cheng)中常用的(de)(de)(de)(de)是鉻鎳不銹鋼(gang)(gang)和(he)(he)鉻不銹鋼(gang)(gang)。鉻鎳不銹鋼(gang)(gang)含(han)碳(tan)量較(jiao)低，含(han)鉻約為18%,含(han)鎳大(da)于8%,俗稱18-8型不銹鋼(gang)(gang)。這種不銹鋼(gang)(gang)在常溫下(xia)無磁性，經過(guo)(guo)1100~1200℃高(gao)(gao)溫淬火后，塑性很好(hao)，適(shi)合進(jin)行冷(leng)加(jia)工(gong)，但其(qi)切削加(jia)工(gong)性能不好(hao)。18-8型不銹鋼(gang)(gang)具有(you)較(jiao)好(hao)的(de)(de)(de)(de)耐熱(re)性，能在高(gao)(gao)溫下(xia)保持較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度。它最(zui)大(da)的(de)(de)(de)(de)缺(que)點是加(jia)熱(re)到(dao)1100℃之后緩慢(man)冷(leng)卻(que)過(guo)(guo)程(cheng)中，或者(zhe)在450~850℃長(chang)時(shi)間加(jia)熱(re)時(shi)，奧氏(shi)體晶(jing)體內(nei)多余的(de)(de)(de)(de)碳(tan)被析(xi)出(chu)，并以(yi)碳(tan)化(hua)鉻的(de)(de)(de)(de)形式存(cun)在于奧氏(shi)體晶(jing)界的(de)(de)(de)(de)邊(bian)沿(yan)。碳(tan)化(hua)鉻中含(han)鉻甚高(gao)(gao)，而鉻來(lai)自晶(jing)體表(biao)層，故在靠近晶(jing)界的(de)(de)(de)(de)晶(jing)粒表(biao)面形成貧鉻，使其(qi)耐腐蝕性能和(he)(he)力學性能明顯(xian)降低。
含有(you)穩(wen)(wen)定元素鈦、鈮(ni)的18-8不銹鋼，經過穩(wen)(wen)定化處理(li)，可以避免形成碳化鉻，從而(er)也(ye)就(jiu)避免了晶間腐蝕，但非穩(wen)(wen)定型(xing)18-8不銹鋼不適用這種處理(li)方(fang)法。
關于(yu)18-8不銹鋼(gang)的(de)(de)最低(di)和最高(gao)工(gong)作(zuo)溫度，有的(de)(de)資料中(zhong)認(ren)為(wei)是－196~700℃,多數技術(shu)資料中(zhong)沒(mei)有涉及，這主(zhu)要(yao)是因(yin)為(wei)這類極端(duan)的(de)(de)數值要(yao)受多方(fang)面(mian)條件的(de)(de)制約(yue)，不能(neng)(neng)一概(gai)而論(lun)。顯而易見，其最高(gao)工(gong)作(zuo)溫度必(bi)須低(di)于(yu)可能(neng)(neng)產生(sheng)晶間腐蝕(shi)的(de)(de)溫度，在(zai)較高(gao)的(de)(de)工(gong)作(zuo)溫度下，管材的(de)(de)許(xu)用應(ying)力會顯著降低(di)。
③. 耐熱鋼
金(jin)屬材料的耐熱性是指(zhi)在高(gao)(gao)溫下兼有抗氧化(hua)與高(gao)(gao)溫強度的綜合性能，它包括抗氧化(hua)鋼(gang)和(he)熱強鋼(gang)兩類。
抗氧(yang)(yang)(yang)化鋼(gang)是在(zai)(zai)鋼(gang)中(zhong)加入一(yi)定量的(de)(de)(de)鉻、硅(gui)、鋁等(deng)(deng)元(yuan)素，它們與(yu)氧(yang)(yang)(yang)的(de)(de)(de)親和力大(da)，故優先氧(yang)(yang)(yang)化，在(zai)(zai)鋼(gang)材(cai)表面形成(cheng)一(yi)層致(zhi)密的(de)(de)(de)高熔點氧(yang)(yang)(yang)化膜，使(shi)鋼(gang)材(cai)與(yu)外界的(de)(de)(de)高溫汽化氣體隔絕，從而避(bi)免進一(yi)步氧(yang)(yang)(yang)化。常用(yong)的(de)(de)(de)抗氧(yang)(yang)(yang)化鋼(gang)有(you)鐵素體鋼(gang)（如(ru)2Cr25Ni、0Cr13Al)和奧氏體鋼(gang)（如(ru)0Cr25Ni20、1Cr16Ni35等(deng)(deng)）兩種類(lei)別，其最高使(shi)用(yong)溫度在(zai)(zai)1000℃左(zuo)右(you)。
熱(re)強(qiang)鋼是在(zai)鋼中加入鉻、鉬、鎢(wu)、釩、硅等元(yuan)素，除提高(gao)鋼材(cai)的高(gao)溫(wen)強(qiang)度(du)外，也提高(gao)其高(gao)溫(wen)抗氧(yang)(yang)化性(xing)。常用(yong)(yong)(yong)的熱(re)強(qiang)鋼有(you)珠光體鋼（如(ru)12CrMo、15CrMo,抗氧(yang)(yang)化最(zui)高(gao)使用(yong)(yong)(yong)溫(wen)度(du)為580℃)、馬氏(shi)體鋼（如(ru)1Cr13、1Cr13Mo、1Cr13MoV等，抗氧(yang)(yang)化最(zui)高(gao)使用(yong)(yong)(yong)溫(wen)度(du)為750~800℃,熱(re)強(qiang)性(xing)最(zui)高(gao)使用(yong)(yong)(yong)溫(wen)度(du)為480~540℃)、奧氏(shi)體鋼（如(ru)0Cr8Ni11Ti,抗氧(yang)(yang)化最(zui)高(gao)使用(yong)(yong)(yong)溫(wen)度(du)為850℃,熱(re)強(qiang)性(xing)最(zui)高(gao)使用(yong)(yong)(yong)溫(wen)度(du)為850℃).
