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)材的分類方法(fa)有(you)以下(xia)幾種(zhong)。
①. 按化學成分(fen)分(fen)類
a. 低(di)碳(tan)鋼 含碳(tan)量小于0.25%.
b. 中碳鋼 含碳量在0.25%~0.55%.
c. 高(gao)碳鋼 含碳量大(da)于0.55%.
②. 按用(yong)途分類
a. 碳素結構鋼 含(han)碳量(liang)0.7%以下的工(gong)程結構和機械零(ling)件用(yong)鋼。
b.碳(tan)素工具(ju)鋼 含(han)碳(tan)量0.7%以上，用于制(zhi)造各(ge)種(zhong)工具(ju)、量具(ju)和刃具(ju)的鋼材(cai)。
在后面的(de)(de)“碳鋼(gang)(gang)的(de)(de)牌(pai)號(hao)及性能”部分(fen)(fen)，介紹(shao)了(le)常用(yong)鋼(gang)(gang)材的(de)(de)牌(pai)號(hao)。鋼(gang)(gang)的(de)(de)牌(pai)號(hao)并沒有(you)一(yi)定由(you)(you)幾(ji)部分(fen)(fen)組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)規(gui)定。有(you)的(de)(de)資料中曾以碳素工(gong)具鋼(gang)(gang)中的(de)(de)T8MnA為(wei)例(li)，說碳素工(gong)具鋼(gang)(gang)的(de)(de)牌(pai)號(hao)由(you)(you)四(si)(si)部分(fen)(fen)組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)，其實這只是一(yi)個特(te)例(li)，根據《碳素工(gong)具鋼(gang)(gang)的(de)(de)牌(pai)號(hao)、成(cheng)(cheng)(cheng)分(fen)(fen)》GB 1298-1999的(de)(de)規(gui)定，其牌(pai)號(hao)大部分(fen)(fen)由(you)(you)兩部分(fen)(fen)或三部分(fen)(fen)組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)。因(yin)此，認為(wei)碳素工(gong)具鋼(gang)(gang)的(de)(de)牌(pai)號(hao)一(yi)定由(you)(you)四(si)(si)部分(fen)(fen)組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)是一(yi)個誤解，如果廣義地認為(wei)鋼(gang)(gang)的(de)(de)牌(pai)號(hao)由(you)(you)幾(ji)部分(fen)(fen)組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)也是不(bu)合適的(de)(de)。
③. 按質量分類
a. 普通碳(tan)素鋼(gang)(gang) 硫含量(liang)不大于(yu)0.055%,磷含量(liang)不大于(yu)0.045%,是應用(yong)最廣泛的鋼(gang)(gang)材品種。
b. 優(you)質(zhi)碳(tan)素鋼(gang) 硫、磷含量比普通碳(tan)素鋼(gang)低，硫不大(da)于0.045%,磷不大(da)于0.04%.
c.高級優質碳(tan)素鋼 硫(liu)、磷含量(liang)很低，硫(liu)不(bu)大(da)(da)于(yu)0.03%,磷不(bu)大(da)(da)于(yu)0.035%.
④. 按冶煉方法分類
a. 沸騰鋼
在熔(rong)煉末期不(bu)完(wan)全脫氧(yang)(yang)，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)液中(zhong)(zhong)含有(you)相當數量的(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)鐵(tie),在澆注凝固時，碳和氧(yang)(yang)化(hua)鐵(tie)發生反(fan)應，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)液中(zhong)(zhong)不(bu)斷(duan)析(xi)出一氧(yang)(yang)化(hua)碳而沸騰，稱為沸騰鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。這種鋼(gang)(gang)(gang)(gang)成(cheng)本(ben)較低，成(cheng)材率(lv)高，表層(ceng)有(you)一定厚(hou)度的(de)(de)致密層(ceng)，軋(ya)成(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)板質(zhi)量較好(hao)。但由于(yu)其內部組(zu)織不(bu)致密、不(bu)均勻，其沖擊韌性(xing)較差，不(bu)能用于(yu)制造重要的(de)(de)機械(xie)零件。
b. 鎮靜鋼(gang)
鋼(gang)液在(zai)澆注前經過完全脫氧，凝固時不沸(fei)(fei)騰，稱鎮靜鋼(gang)，其組(zu)織致密(mi)，質量較好，但(dan)成材率較沸(fei)(fei)騰鋼(gang)低。
c.半鎮靜鋼
脫(tuo)氧程度介(jie)于沸騰鋼(gang)(gang)和鎮靜(jing)鋼(gang)(gang)之(zhi)間(jian)的鋼(gang)(gang)。
2. 碳(tan)鋼的牌(pai)號及性能
管(guan)(guan)道(dao)工程中(zhong)大(da)量(liang)(liang)使用(yong)(yong)的(de)焊接(jie)鋼(gang)管(guan)(guan)和管(guan)(guan)道(dao)型(xing)鋼(gang)支架、法蘭(lan)，從(cong)化學成(cheng)分方面(mian)講屬(shu)于(yu)低碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)鋼(gang)，從(cong)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)方面(mian)講屬(shu)于(yu)普通碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)素鋼(gang)，因此可以(yi)統稱為碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)素結構鋼(gang)。普通無縫鋼(gang)管(guan)(guan)采用(yong)(yong)優質(zhi)(zhi)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)素結構鋼(gang)。低碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)鋼(gang)具有較(jiao)好的(de)強度(du)、塑性、韌(ren)性。低碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)鋼(gang)的(de)可焊性在鋼(gang)材(cai)和金屬(shu)材(cai)料中(zhong)是最好的(de)，中(zhong)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)鋼(gang)次(ci)之，高碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)鋼(gang)最差(cha)。下面(mian)介紹管(guan)(guan)道(dao)施工中(zhong)接(jie)觸較(jiao)多的(de)鋼(gang)種。
①. 碳素結構鋼
碳素結構鋼(gang)的(de)(de)牌(pai)號(hao)(hao)由四(si)部(bu)分(fen)(fen)(fen)組成：代表屈服(fu)點的(de)(de)字母Q、屈服(fu)點的(de)(de)數值（單位為MPa)、質量等級(ji)符號(hao)(hao)（A、B、C、D)及脫氧方法符號(hao)(hao)（F、B、Z、TZ,分(fen)(fen)(fen)別表示(shi)沸(fei)騰鋼(gang)、半鎮靜鋼(gang)、鎮靜鋼(gang)和特殊鎮靜鋼(gang)），在實際工作中，并不一定要全部(bu)標注(zhu)以上(shang)四(si)個(ge)部(bu)分(fen)(fen)(fen)，第(di)三(san)部(bu)分(fen)(fen)(fen)和第(di)四(si)部(bu)分(fen)(fen)(fen)有(you)時會省(sheng)略。
碳素結構鋼(gang)中，Q235最為常(chang)用(yong)，相當于舊(jiu)牌(pai)號A3鋼(gang)。Q235A表示只能(neng)保(bao)(bao)證鋼(gang)材的力學性能(neng)，化學成(cheng)分(fen)除硅、硫(liu)、磷外，其(qi)他成(cheng)分(fen)不予保(bao)(bao)證。如鋼(gang)號為Q235B(或(huo)C、D),則力學性能(neng)和各(ge)自不同(tong)的化學成(cheng)分(fen)都要保(bao)(bao)證。Q235的A、B、C、D質量(liang)等級，其(qi)屈服(fu)強度和伸長率的要求基本(ben)相同(tong)。
碳素結(jie)構鋼的化學(xue)成分和主(zhu)要力學(xue)性能(neng)分別見表1-22和表1-23。
②. 優質(zhi)碳(tan)素結構(gou)鋼
優質(zhi)碳(tan)(tan)素結構鋼中，硫、磷含量(liang)均限(xian)制在(zai)0.035%以下，非金(jin)屬夾雜物也較少(shao)，其(qi)牌號用(yong)兩(liang)(liang)位數(shu)(shu)字表(biao)示，該(gai)兩(liang)(liang)位數(shu)(shu)表(biao)示鋼中平均含碳(tan)(tan)量(liang)的萬分數(shu)(shu)，如45優質(zhi)碳(tan)(tan)素鋼，表(biao)示其(qi)平均含碳(tan)(tan)量(liang)為0.45%.無縫鋼管的常用(yong)牌號為10、20優質(zhi)碳(tan)(tan)素鋼，其(qi)平均含碳(tan)(tan)量(liang)分別為0.10%和0.20%.
優質碳(tan)素結構鋼按(an)含錳量不同分為普通含錳量（0.25%~0.8%)及較高含錳量（0.7%~1.2%)兩組。含錳較多(duo)的(de)一(yi)組，在(zai)(zai)其(qi)牌(pai)號數字后加Mn,如(ru)50Mn,50表示其(qi)含碳(tan)量約0.50%,經查閱有關(guan)技術參數，其(qi)含錳量在(zai)(zai)0.7%~1.0%.
常用牌號(hao)的優質碳素結構鋼的化學成分(fen)和力學性能分(fen)別見表(biao)1-24、表(biao)1-25。
③. 鑄鋼
鑄(zhu)鋼通常用(yong)于制造形狀復雜，難以鍛造，而且對(dui)強度(du)要求較(jiao)高(gao)的(de)(de)零件(jian)，如(ru)中高(gao)壓閥(fa)門的(de)(de)閥(fa)體。鑄(zhu)鋼牌號用(yong)其(qi)(qi)漢語拼音字頭和含碳量的(de)(de)萬分數表(biao)示(shi)，如(ru)ZG20,表(biao)示(shi)20鑄(zhu)鋼，其(qi)(qi)平均含碳量約(yue)為0.20%.鑄(zhu)鋼的(de)(de)鑄(zhu)造性(xing)能(neng)比鑄(zhu)鐵和其(qi)(qi)他有(you)色金屬合金的(de)(de)的(de)(de)，性(xing)能(neng)差。
3. 合金鋼
合(he)金(jin)(jin)(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)就是在碳(tan)素鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)基礎上，在冶(ye)煉時有目(mu)的(de)地加入(ru)一(yi)些元素，如硅（Si)、錳（Mn)、鉻（Cr)、鎳（Ni)、鉬（Mo)、鈦（Ti)等，從(cong)而改善鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)某些性能或獲(huo)得某些工程需要的(de)特(te)殊性能。不銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)、合(he)金(jin)(jin)(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)、耐熱鋼(gang)(gang)(gang)(gang)等屬于特(te)殊性能鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。管(guan)道工程中應用較多的(de)合(he)金(jin)(jin)(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)材是低合(he)金(jin)(jin)(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)和不銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。通常(chang)所說的(de)合(he)金(jin)(jin)(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)道，一(yi)般是指(zhi)低合(he)金(jin)(jin)(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)。
①. 低合金鋼
低(di)合金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)的含碳量較低(di)，一般(ban)在(zai)0.1%~0.2%,通常以(yi)(yi)錳為主(zhu)要合金(jin)(jin)元(yuan)素(su)(su)，含量為0.8%~1.8%,還加入一些少量的合金(jin)(jin)元(yuan)素(su)(su)。低(di)合金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)牌號以(yi)(yi)數字(zi)和(he)主(zhu)要合金(jin)(jin)元(yuan)素(su)(su)的符(fu)號表示，如16Mn、16MnR.16MnR是用(yong)于壓力容器的專用(yong)鋼(gang)(gang)。
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。
管道工程(cheng)中(zhong)常用的(de)(de)是鉻(ge)(ge)(ge)鎳不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)和(he)鉻(ge)(ge)(ge)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。鉻(ge)(ge)(ge)鎳不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)含碳量(liang)較低，含鉻(ge)(ge)(ge)約為18%,含鎳大于(yu)8%,俗稱18-8型不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。這種不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)在常溫(wen)下無磁性(xing)，經過(guo)1100~1200℃高溫(wen)淬火后，塑性(xing)很好，適合進行冷加工，但其切削加工性(xing)能(neng)不(bu)好。18-8型不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)具(ju)有較好的(de)(de)耐熱(re)性(xing)，能(neng)在高溫(wen)下保(bao)持較高的(de)(de)強度。它最大的(de)(de)缺點是加熱(re)到1100℃之后緩(huan)慢(man)冷卻過(guo)程(cheng)中(zhong)，或者在450~850℃長時間加熱(re)時，奧氏體(ti)晶(jing)(jing)(jing)體(ti)內多余的(de)(de)碳被析(xi)出，并以碳化鉻(ge)(ge)(ge)的(de)(de)形(xing)(xing)式存在于(yu)奧氏體(ti)晶(jing)(jing)(jing)界(jie)的(de)(de)邊沿。碳化鉻(ge)(ge)(ge)中(zhong)含鉻(ge)(ge)(ge)甚高，而鉻(ge)(ge)(ge)來自晶(jing)(jing)(jing)體(ti)表(biao)層，故在靠近晶(jing)(jing)(jing)界(jie)的(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)粒表(biao)面形(xing)(xing)成(cheng)貧鉻(ge)(ge)(ge)，使其耐腐蝕性(xing)能(neng)和(he)力學性(xing)能(neng)明顯(xian)降低。
含有穩定元素鈦(tai)、鈮(ni)的18-8不(bu)銹鋼，經(jing)過穩定化處(chu)理，可(ke)以避免(mian)形成碳化鉻，從而(er)也(ye)就(jiu)避免(mian)了晶間腐蝕，但非穩定型(xing)18-8不(bu)銹鋼不(bu)適(shi)用這種處(chu)理方法。
關于(yu)18-8不(bu)銹鋼的(de)最低和最高(gao)(gao)工(gong)作溫(wen)(wen)(wen)度，有的(de)資料中(zhong)(zhong)認(ren)為是(shi)－196~700℃,多(duo)數技(ji)術資料中(zhong)(zhong)沒(mei)有涉及，這主要(yao)是(shi)因為這類極端的(de)數值(zhi)要(yao)受(shou)多(duo)方面條件的(de)制約，不(bu)能一概而論。顯而易見，其最高(gao)(gao)工(gong)作溫(wen)(wen)(wen)度必須(xu)低于(yu)可能產生晶間腐蝕的(de)溫(wen)(wen)(wen)度，在較高(gao)(gao)的(de)工(gong)作溫(wen)(wen)(wen)度下(xia)，管(guan)材(cai)的(de)許用應(ying)力會顯著降低。
③. 耐(nai)熱(re)鋼
金屬材料(liao)的(de)(de)耐熱性是指在高(gao)溫下兼(jian)有抗氧化與高(gao)溫強(qiang)度的(de)(de)綜合性能，它包括抗氧化鋼(gang)和(he)熱強(qiang)鋼(gang)兩類。
抗氧(yang)(yang)(yang)化鋼(gang)(gang)(gang)是在鋼(gang)(gang)(gang)中加入一定量的(de)(de)鉻、硅、鋁(lv)等(deng)(deng)元素，它們(men)與氧(yang)(yang)(yang)的(de)(de)親和力大，故優先(xian)氧(yang)(yang)(yang)化，在鋼(gang)(gang)(gang)材表(biao)面形成一層(ceng)致密的(de)(de)高(gao)熔(rong)點氧(yang)(yang)(yang)化膜，使(shi)鋼(gang)(gang)(gang)材與外界的(de)(de)高(gao)溫汽(qi)化氣體隔絕，從而避免(mian)進一步氧(yang)(yang)(yang)化。常(chang)用(yong)的(de)(de)抗氧(yang)(yang)(yang)化鋼(gang)(gang)(gang)有鐵素體鋼(gang)(gang)(gang)（如(ru)2Cr25Ni、0Cr13Al)和奧氏體鋼(gang)(gang)(gang)（如(ru)0Cr25Ni20、1Cr16Ni35等(deng)(deng)）兩種(zhong)類別(bie)，其最高(gao)使(shi)用(yong)溫度在1000℃左(zuo)右。
熱(re)強(qiang)鋼是在(zai)鋼中加入鉻(ge)、鉬、鎢、釩、硅等(deng)元素，除提(ti)高(gao)(gao)鋼材的(de)高(gao)(gao)溫強(qiang)度外，也提(ti)高(gao)(gao)其高(gao)(gao)溫抗氧(yang)(yang)(yang)化(hua)性(xing)(xing)。常(chang)用(yong)(yong)的(de)熱(re)強(qiang)鋼有珠光體鋼（如12CrMo、15CrMo,抗氧(yang)(yang)(yang)化(hua)最(zui)(zui)高(gao)(gao)使(shi)(shi)用(yong)(yong)溫度為(wei)580℃)、馬氏體鋼（如1Cr13、1Cr13Mo、1Cr13MoV等(deng)，抗氧(yang)(yang)(yang)化(hua)最(zui)(zui)高(gao)(gao)使(shi)(shi)用(yong)(yong)溫度為(wei)750~800℃,熱(re)強(qiang)性(xing)(xing)最(zui)(zui)高(gao)(gao)使(shi)(shi)用(yong)(yong)溫度為(wei)480~540℃)、奧氏體鋼（如0Cr8Ni11Ti,抗氧(yang)(yang)(yang)化(hua)最(zui)(zui)高(gao)(gao)使(shi)(shi)用(yong)(yong)溫度為(wei)850℃,熱(re)強(qiang)性(xing)(xing)最(zui)(zui)高(gao)(gao)使(shi)(shi)用(yong)(yong)溫度為(wei)850℃).
