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(de)分類方法有以下幾種(zhong)。
①. 按化學成分分類
a. 低碳鋼 含碳量(liang)小于0.25%.
b. 中碳鋼(gang) 含碳量在0.25%~0.55%.
c. 高(gao)碳(tan)鋼(gang) 含碳(tan)量大于0.55%.
②. 按用途分(fen)類(lei)
a. 碳(tan)素(su)結(jie)構鋼 含碳(tan)量(liang)0.7%以下(xia)的工程(cheng)結(jie)構和機械零件用鋼。
b.碳(tan)素工具(ju)鋼 含碳(tan)量(liang)(liang)0.7%以上，用(yong)于制造各種工具(ju)、量(liang)(liang)具(ju)和刃具(ju)的鋼材。
在后面(mian)的(de)“碳(tan)(tan)鋼(gang)的(de)牌號(hao)及性能”部分，介(jie)紹了常用鋼(gang)材(cai)的(de)牌號(hao)。鋼(gang)的(de)牌號(hao)并沒有一定由(you)幾部分組(zu)(zu)成(cheng)的(de)規定。有的(de)資料中曾以碳(tan)(tan)素(su)工(gong)具鋼(gang)中的(de)T8MnA為(wei)(wei)例(li)，說碳(tan)(tan)素(su)工(gong)具鋼(gang)的(de)牌號(hao)由(you)四部分組(zu)(zu)成(cheng)，其實(shi)這只是(shi)一個(ge)特例(li)，根據《碳(tan)(tan)素(su)工(gong)具鋼(gang)的(de)牌號(hao)、成(cheng)分》GB 1298-1999的(de)規定，其牌號(hao)大部分由(you)兩部分或三(san)部分組(zu)(zu)成(cheng)。因此，認為(wei)(wei)碳(tan)(tan)素(su)工(gong)具鋼(gang)的(de)牌號(hao)一定由(you)四部分組(zu)(zu)成(cheng)是(shi)一個(ge)誤(wu)解，如果(guo)廣(guang)義地認為(wei)(wei)鋼(gang)的(de)牌號(hao)由(you)幾部分組(zu)(zu)成(cheng)也是(shi)不合適的(de)。
③. 按質量分(fen)類
a. 普通碳素鋼 硫含量(liang)不大于0.055%,磷含量(liang)不大于0.045%,是應用最(zui)廣泛的鋼材品種。
b. 優質碳素(su)鋼 硫(liu)、磷(lin)含量比普通碳素(su)鋼低，硫(liu)不大(da)于0.045%,磷(lin)不大(da)于0.04%.
c.高級優質碳(tan)素(su)鋼(gang) 硫、磷含量很低，硫不(bu)大于0.03%,磷不(bu)大于0.035%.
④. 按冶煉(lian)方法分類(lei)
a. 沸騰鋼
在熔煉末期不(bu)完全脫氧，鋼液中(zhong)含(han)有相當數量(liang)的氧化鐵,在澆注凝(ning)固時，碳和氧化鐵發生反應，鋼液中(zhong)不(bu)斷(duan)析(xi)出一(yi)氧化碳而沸(fei)騰，稱為沸(fei)騰鋼。這種鋼成本較低，成材率高，表層有一(yi)定厚度的致密層，軋成鋼板(ban)質量(liang)較好。但由于其(qi)內部組織不(bu)致密、不(bu)均勻，其(qi)沖擊韌性較差，不(bu)能用(yong)于制(zhi)造重(zhong)要的機械零件。
b. 鎮靜(jing)鋼
鋼(gang)液在澆注前經過完全脫氧，凝固時(shi)不沸騰，稱鎮(zhen)靜鋼(gang)，其(qi)組織致密，質量較(jiao)好，但成(cheng)材率(lv)較(jiao)沸騰鋼(gang)低。
c.半鎮靜鋼
脫(tuo)氧程度介于沸騰鋼(gang)和(he)鎮靜鋼(gang)之間的鋼(gang)。
2. 碳(tan)鋼(gang)的牌號及性(xing)能
管(guan)道工(gong)程中(zhong)大量使(shi)用的(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)和管(guan)道型鋼(gang)(gang)(gang)支(zhi)架、法蘭，從(cong)化學成分方面(mian)(mian)講屬于低(di)碳鋼(gang)(gang)(gang)，從(cong)質量方面(mian)(mian)講屬于普通碳素鋼(gang)(gang)(gang)，因此可(ke)以統稱(cheng)為碳素結(jie)構(gou)(gou)鋼(gang)(gang)(gang)。普通無縫鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)采用優質碳素結(jie)構(gou)(gou)鋼(gang)(gang)(gang)。低(di)碳鋼(gang)(gang)(gang)具有較好的(de)(de)強度、塑性(xing)、韌性(xing)。低(di)碳鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)可(ke)焊(han)性(xing)在鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)(cai)和金(jin)屬材(cai)(cai)料中(zhong)是最好的(de)(de)，中(zhong)碳鋼(gang)(gang)(gang)次之，高(gao)碳鋼(gang)(gang)(gang)最差。下面(mian)(mian)介(jie)紹管(guan)道施工(gong)中(zhong)接(jie)(jie)觸較多的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)種。
①. 碳素結構鋼(gang)
碳素結構鋼的牌號由四(si)部(bu)(bu)分組成：代表(biao)屈(qu)服點的字母Q、屈(qu)服點的數值(zhi)（單位為MPa)、質量等級符號（A、B、C、D)及脫氧方法符號（F、B、Z、TZ,分別表(biao)示(shi)沸(fei)騰鋼、半鎮(zhen)(zhen)靜(jing)鋼、鎮(zhen)(zhen)靜(jing)鋼和特(te)殊鎮(zhen)(zhen)靜(jing)鋼），在(zai)實(shi)際工作中，并不一定要全部(bu)(bu)標注(zhu)以上四(si)個(ge)部(bu)(bu)分，第三部(bu)(bu)分和第四(si)部(bu)(bu)分有(you)時(shi)會省略(lve)。
碳素結構鋼中，Q235最為常用，相當于舊牌(pai)號(hao)A3鋼。Q235A表(biao)示(shi)只能保證鋼材的力(li)(li)學(xue)(xue)性能，化學(xue)(xue)成(cheng)分(fen)除硅、硫、磷外，其他成(cheng)分(fen)不予(yu)保證。如鋼號(hao)為Q235B(或C、D),則(ze)力(li)(li)學(xue)(xue)性能和各自不同(tong)的化學(xue)(xue)成(cheng)分(fen)都(dou)要(yao)保證。Q235的A、B、C、D質量等級，其屈服強度(du)和伸長率的要(yao)求基本相同(tong)。
碳素結構(gou)鋼(gang)的化(hua)學成分和主要力學性能分別(bie)見(jian)表(biao)1-22和表(biao)1-23。
②. 優質碳素結(jie)構鋼
優質(zhi)碳(tan)素(su)(su)結構鋼(gang)中(zhong)，硫、磷(lin)含量(liang)均限制在0.035%以下，非金屬夾雜物也較少，其(qi)牌號用兩位(wei)數字(zi)表示，該兩位(wei)數表示鋼(gang)中(zhong)平均含碳(tan)量(liang)的萬(wan)分(fen)數，如45優質(zhi)碳(tan)素(su)(su)鋼(gang)，表示其(qi)平均含碳(tan)量(liang)為0.45%.無縫鋼(gang)管的常用牌號為10、20優質(zhi)碳(tan)素(su)(su)鋼(gang)，其(qi)平均含碳(tan)量(liang)分(fen)別為0.10%和0.20%.
優質碳素結構(gou)鋼按含(han)(han)錳量(liang)(liang)(liang)不同分為普通含(han)(han)錳量(liang)(liang)(liang)（0.25%~0.8%)及較(jiao)高含(han)(han)錳量(liang)(liang)(liang)（0.7%~1.2%)兩組。含(han)(han)錳較(jiao)多的一組，在其牌號(hao)數字后加Mn,如50Mn,50表(biao)示其含(han)(han)碳量(liang)(liang)(liang)約0.50%,經查閱有關技術參數，其含(han)(han)錳量(liang)(liang)(liang)在0.7%~1.0%.
常用牌號的優(you)質碳素結構鋼的化學成分(fen)和力學性能分(fen)別見表1-24、表1-25。
③. 鑄鋼(gang)
鑄(zhu)鋼通常用于制(zhi)造(zao)形(xing)狀復雜，難以鍛造(zao)，而且對強度要求較高的(de)零件，如(ru)中高壓閥門的(de)閥體。鑄(zhu)鋼牌號用其(qi)漢(han)語拼音(yin)字頭和含碳(tan)量(liang)的(de)萬分數表示，如(ru)ZG20,表示20鑄(zhu)鋼，其(qi)平(ping)均含碳(tan)量(liang)約為(wei)0.20%.鑄(zhu)鋼的(de)鑄(zhu)造(zao)性能比(bi)鑄(zhu)鐵和其(qi)他有色金屬合金的(de)的(de)，性能差。
3. 合金鋼(gang)
合(he)(he)(he)金(jin)鋼(gang)就(jiu)是在(zai)碳素鋼(gang)的(de)基(ji)礎上(shang)，在(zai)冶煉(lian)時(shi)有目的(de)地加入一(yi)些元(yuan)素，如硅（Si)、錳(meng)（Mn)、鉻（Cr)、鎳（Ni)、鉬（Mo)、鈦（Ti)等(deng)，從而改善鋼(gang)的(de)某些性(xing)能(neng)或獲得(de)某些工程(cheng)需要(yao)的(de)特(te)殊性(xing)能(neng)。不銹鋼(gang)、合(he)(he)(he)金(jin)鋼(gang)、耐熱鋼(gang)等(deng)屬于特(te)殊性(xing)能(neng)鋼(gang)。管道(dao)工程(cheng)中應用較多的(de)合(he)(he)(he)金(jin)鋼(gang)管材是低(di)合(he)(he)(he)金(jin)鋼(gang)和不銹鋼(gang)。通(tong)常(chang)所(suo)說(shuo)的(de)合(he)(he)(he)金(jin)鋼(gang)管道(dao)，一(yi)般是指低(di)合(he)(he)(he)金(jin)鋼(gang)管。
①. 低(di)合(he)金鋼
低(di)(di)(di)合金鋼的含碳量(liang)較(jiao)低(di)(di)(di)，一般(ban)在0.1%~0.2%,通(tong)常以(yi)錳(meng)為主(zhu)要合金元(yuan)素(su)，含量(liang)為0.8%~1.8%,還加入一些少量(liang)的合金元(yuan)素(su)。低(di)(di)(di)合金鋼牌號(hao)以(yi)數字和(he)主(zhu)要合金元(yuan)素(su)的符(fu)號(hao)表示，如(ru)16Mn、16MnR.16MnR是用(yong)于壓力(li)容器的專用(yong)鋼。
②. 不銹(xiu)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(guan)道工程中(zhong)常用的(de)是(shi)鉻(ge)鎳(nie)不銹鋼(gang)和鉻(ge)不銹鋼(gang)。鉻(ge)鎳(nie)不銹鋼(gang)含碳(tan)量較低，含鉻(ge)約為18%,含鎳(nie)大于(yu)8%,俗稱18-8型不銹鋼(gang)。這種不銹鋼(gang)在(zai)(zai)常溫(wen)下(xia)(xia)無磁(ci)性(xing)，經(jing)過1100~1200℃高溫(wen)淬火后，塑性(xing)很(hen)好(hao)(hao)，適合(he)進(jin)行冷(leng)加工，但其(qi)切削(xue)加工性(xing)能不好(hao)(hao)。18-8型不銹鋼(gang)具有較好(hao)(hao)的(de)耐熱(re)(re)性(xing)，能在(zai)(zai)高溫(wen)下(xia)(xia)保持較高的(de)強度。它最大的(de)缺(que)點是(shi)加熱(re)(re)到1100℃之后緩慢冷(leng)卻過程中(zhong)，或者在(zai)(zai)450~850℃長時(shi)(shi)間加熱(re)(re)時(shi)(shi)，奧氏體(ti)晶(jing)(jing)體(ti)內(nei)多余的(de)碳(tan)被析(xi)出，并以(yi)碳(tan)化鉻(ge)的(de)形式存在(zai)(zai)于(yu)奧氏體(ti)晶(jing)(jing)界(jie)(jie)的(de)邊(bian)沿。碳(tan)化鉻(ge)中(zhong)含鉻(ge)甚高，而(er)鉻(ge)來自晶(jing)(jing)體(ti)表層，故(gu)在(zai)(zai)靠近晶(jing)(jing)界(jie)(jie)的(de)晶(jing)(jing)粒表面形成貧鉻(ge)，使其(qi)耐腐(fu)蝕性(xing)能和力學性(xing)能明顯降(jiang)低。
含有穩(wen)定(ding)元素(su)鈦、鈮的18-8不(bu)銹鋼，經(jing)過穩(wen)定(ding)化(hua)處理(li)，可(ke)以避(bi)免形成碳化(hua)鉻，從而也(ye)就避(bi)免了晶間腐蝕，但非穩(wen)定(ding)型(xing)18-8不(bu)銹鋼不(bu)適用這種處理(li)方法。
關(guan)于(yu)18-8不銹鋼(gang)的(de)最(zui)(zui)低(di)和最(zui)(zui)高工(gong)作(zuo)溫度(du)，有的(de)資料中認為是－196~700℃,多數技術(shu)資料中沒有涉及(ji)，這主要是因為這類(lei)極端的(de)數值(zhi)要受(shou)多方面條件的(de)制約(yue)，不能一(yi)概(gai)而論。顯而易見(jian)，其最(zui)(zui)高工(gong)作(zuo)溫度(du)必(bi)須低(di)于(yu)可能產生晶間(jian)腐(fu)蝕的(de)溫度(du)，在較高的(de)工(gong)作(zuo)溫度(du)下，管材的(de)許用應力會顯著降低(di)。
③. 耐(nai)熱(re)鋼
金(jin)屬材料的耐熱性是指在高溫(wen)下兼(jian)有抗氧化與高溫(wen)強度的綜合性能，它包括抗氧化鋼和熱強鋼兩(liang)類。
抗氧化(hua)鋼(gang)是在鋼(gang)中加(jia)入一定量的(de)鉻、硅、鋁(lv)等(deng)元素(su)，它們與(yu)氧的(de)親和(he)力大，故優(you)先氧化(hua)，在鋼(gang)材(cai)表面形成一層致密的(de)高(gao)熔點氧化(hua)膜(mo)，使鋼(gang)材(cai)與(yu)外界的(de)高(gao)溫汽(qi)化(hua)氣體(ti)隔絕，從而避免進一步氧化(hua)。常(chang)用的(de)抗氧化(hua)鋼(gang)有(you)鐵素(su)體(ti)鋼(gang)（如2Cr25Ni、0Cr13Al)和(he)奧氏體(ti)鋼(gang)（如0Cr25Ni20、1Cr16Ni35等(deng)）兩種(zhong)類(lei)別(bie)，其最高(gao)使用溫度(du)在1000℃左右(you)。
熱強鋼(gang)(gang)(gang)是在鋼(gang)(gang)(gang)中加入鉻、鉬、鎢(wu)、釩、硅等元素，除提高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)鋼(gang)(gang)(gang)材的高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)強度(du)(du)外，也提高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)其高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)抗(kang)氧化性(xing)。常用的熱強鋼(gang)(gang)(gang)有珠光體(ti)鋼(gang)(gang)(gang)（如(ru)12CrMo、15CrMo,抗(kang)氧化最(zui)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)使(shi)(shi)用溫(wen)度(du)(du)為(wei)(wei)580℃)、馬氏(shi)(shi)體(ti)鋼(gang)(gang)(gang)（如(ru)1Cr13、1Cr13Mo、1Cr13MoV等，抗(kang)氧化最(zui)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)使(shi)(shi)用溫(wen)度(du)(du)為(wei)(wei)750~800℃,熱強性(xing)最(zui)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)使(shi)(shi)用溫(wen)度(du)(du)為(wei)(wei)480~540℃)、奧氏(shi)(shi)體(ti)鋼(gang)(gang)(gang)（如(ru)0Cr8Ni11Ti,抗(kang)氧化最(zui)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)使(shi)(shi)用溫(wen)度(du)(du)為(wei)(wei)850℃,熱強性(xing)最(zui)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)使(shi)(shi)用溫(wen)度(du)(du)為(wei)(wei)850℃).
