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(xiu)鋼(gang)也屬于合金鋼。
1. 碳鋼的分類
鋼材的分類方法(fa)有以下幾(ji)種。
①. 按化學成分分類
a. 低碳(tan)鋼 含碳(tan)量小于0.25%.
b. 中碳鋼 含碳量(liang)在(zai)0.25%~0.55%.
c. 高(gao)碳(tan)鋼 含碳(tan)量大于0.55%.
②. 按用途(tu)分類
a. 碳(tan)(tan)素結構鋼 含碳(tan)(tan)量(liang)0.7%以下的工程結構和(he)機械(xie)零件用鋼。
b.碳(tan)素工具(ju)(ju)鋼 含碳(tan)量(liang)0.7%以上(shang)，用于(yu)制造(zao)各種工具(ju)(ju)、量(liang)具(ju)(ju)和刃(ren)具(ju)(ju)的鋼材。
在(zai)后(hou)面(mian)的(de)(de)(de)“碳(tan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)牌(pai)(pai)號(hao)(hao)及性能”部(bu)分(fen)(fen)，介(jie)紹了(le)常用(yong)鋼(gang)(gang)材(cai)的(de)(de)(de)牌(pai)(pai)號(hao)(hao)。鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)牌(pai)(pai)號(hao)(hao)并沒(mei)有一(yi)定由幾(ji)部(bu)分(fen)(fen)組成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)規(gui)定。有的(de)(de)(de)資料中曾以碳(tan)素(su)(su)工具(ju)(ju)鋼(gang)(gang)中的(de)(de)(de)T8MnA為(wei)例(li)，說碳(tan)素(su)(su)工具(ju)(ju)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)牌(pai)(pai)號(hao)(hao)由四部(bu)分(fen)(fen)組成(cheng)(cheng)(cheng)，其(qi)實這只是一(yi)個特例(li)，根據《碳(tan)素(su)(su)工具(ju)(ju)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)牌(pai)(pai)號(hao)(hao)、成(cheng)(cheng)(cheng)分(fen)(fen)》GB 1298-1999的(de)(de)(de)規(gui)定，其(qi)牌(pai)(pai)號(hao)(hao)大部(bu)分(fen)(fen)由兩部(bu)分(fen)(fen)或(huo)三部(bu)分(fen)(fen)組成(cheng)(cheng)(cheng)。因此(ci)，認(ren)為(wei)碳(tan)素(su)(su)工具(ju)(ju)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)牌(pai)(pai)號(hao)(hao)一(yi)定由四部(bu)分(fen)(fen)組成(cheng)(cheng)(cheng)是一(yi)個誤解，如(ru)果廣義(yi)地認(ren)為(wei)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)牌(pai)(pai)號(hao)(hao)由幾(ji)部(bu)分(fen)(fen)組成(cheng)(cheng)(cheng)也(ye)是不合適的(de)(de)(de)。
③. 按質量分類(lei)
a. 普通(tong)碳素鋼(gang) 硫(liu)含(han)量不(bu)(bu)大于(yu)0.055%,磷含(han)量不(bu)(bu)大于(yu)0.045%,是(shi)應(ying)用最廣泛的(de)鋼(gang)材品種。
b. 優質碳素鋼 硫、磷含量比普通(tong)碳素鋼低(di)，硫不大于(yu)0.045%,磷不大于(yu)0.04%.
c.高(gao)級優質碳素(su)鋼 硫(liu)、磷含量很低，硫(liu)不大(da)于0.03%,磷不大(da)于0.035%.
④. 按(an)冶煉(lian)方法分類
a. 沸騰(teng)鋼
在(zai)熔煉末期不(bu)完全脫(tuo)氧(yang)(yang)(yang)，鋼(gang)液(ye)中(zhong)(zhong)含有(you)相當數量的氧(yang)(yang)(yang)化鐵,在(zai)澆注凝固時，碳和氧(yang)(yang)(yang)化鐵發生反(fan)應，鋼(gang)液(ye)中(zhong)(zhong)不(bu)斷析(xi)出一(yi)氧(yang)(yang)(yang)化碳而沸騰，稱為沸騰鋼(gang)。這(zhe)種鋼(gang)成本(ben)較低，成材(cai)率高，表層(ceng)有(you)一(yi)定厚度的致(zhi)密(mi)層(ceng)，軋成鋼(gang)板質(zhi)量較好。但由于(yu)其(qi)(qi)內部組織不(bu)致(zhi)密(mi)、不(bu)均勻，其(qi)(qi)沖擊韌性較差，不(bu)能用于(yu)制造重要(yao)的機械零件。
b. 鎮(zhen)靜鋼
鋼(gang)液在澆注前經過完全脫氧，凝(ning)固(gu)時不沸騰，稱鎮靜鋼(gang)，其(qi)組織(zhi)致(zhi)密，質量(liang)較好(hao)，但成材率較沸騰鋼(gang)低。
c.半(ban)鎮靜鋼
脫氧(yang)程(cheng)度介(jie)于沸騰鋼和鎮(zhen)靜鋼之間的鋼。
2. 碳鋼的牌號及性能
管道工程中(zhong)大量(liang)使用的(de)焊接(jie)鋼(gang)(gang)管和管道型(xing)鋼(gang)(gang)支架、法蘭，從化學成分(fen)方(fang)面(mian)(mian)講屬(shu)于低(di)碳(tan)鋼(gang)(gang)，從質(zhi)量(liang)方(fang)面(mian)(mian)講屬(shu)于普(pu)通碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)，因此可(ke)以統稱(cheng)為碳(tan)素(su)結構鋼(gang)(gang)。普(pu)通無縫鋼(gang)(gang)管采用優質(zhi)碳(tan)素(su)結構鋼(gang)(gang)。低(di)碳(tan)鋼(gang)(gang)具有較(jiao)好(hao)(hao)的(de)強度、塑性、韌性。低(di)碳(tan)鋼(gang)(gang)的(de)可(ke)焊性在鋼(gang)(gang)材和金屬(shu)材料中(zhong)是最好(hao)(hao)的(de)，中(zhong)碳(tan)鋼(gang)(gang)次(ci)之(zhi)，高碳(tan)鋼(gang)(gang)最差。下面(mian)(mian)介紹管道施工中(zhong)接(jie)觸(chu)較(jiao)多的(de)鋼(gang)(gang)種。
①. 碳素結(jie)構鋼
碳素結構鋼(gang)的(de)(de)牌號(hao)由(you)四(si)(si)部(bu)分(fen)組成：代表(biao)屈服(fu)點的(de)(de)字母Q、屈服(fu)點的(de)(de)數值（單位為MPa)、質量等級符號(hao)（A、B、C、D)及脫(tuo)氧方(fang)法符號(hao)（F、B、Z、TZ,分(fen)別表(biao)示沸騰鋼(gang)、半鎮靜鋼(gang)、鎮靜鋼(gang)和(he)(he)特殊鎮靜鋼(gang)），在實際工作中，并不(bu)一(yi)定要全部(bu)標注以上四(si)(si)個部(bu)分(fen)，第三(san)部(bu)分(fen)和(he)(he)第四(si)(si)部(bu)分(fen)有時會省略。
碳素結構鋼(gang)中，Q235最為常用(yong)，相(xiang)當于舊牌(pai)號(hao)A3鋼(gang)。Q235A表示只能保證鋼(gang)材的(de)(de)力(li)學性能，化學成(cheng)分除硅、硫、磷外(wai)，其(qi)他成(cheng)分不予保證。如鋼(gang)號(hao)為Q235B(或C、D),則力(li)學性能和(he)(he)各自不同(tong)的(de)(de)化學成(cheng)分都(dou)要保證。Q235的(de)(de)A、B、C、D質量等級，其(qi)屈服強度和(he)(he)伸長率的(de)(de)要求基本相(xiang)同(tong)。
碳(tan)素(su)結(jie)構鋼的化學成分和主要力(li)學性能分別見表1-22和表1-23。
②. 優質碳素結(jie)構鋼
優質碳(tan)(tan)(tan)素結(jie)構鋼中(zhong)，硫、磷含量(liang)均(jun)(jun)限制在0.035%以下(xia)，非金屬夾雜(za)物(wu)也較少，其(qi)牌號(hao)用兩位(wei)數字(zi)表(biao)示(shi)，該兩位(wei)數表(biao)示(shi)鋼中(zhong)平均(jun)(jun)含碳(tan)(tan)(tan)量(liang)的萬分數，如(ru)45優質碳(tan)(tan)(tan)素鋼，表(biao)示(shi)其(qi)平均(jun)(jun)含碳(tan)(tan)(tan)量(liang)為0.45%.無縫鋼管(guan)的常用牌號(hao)為10、20優質碳(tan)(tan)(tan)素鋼，其(qi)平均(jun)(jun)含碳(tan)(tan)(tan)量(liang)分別為0.10%和0.20%.
優(you)質碳(tan)素(su)結構鋼按含(han)錳(meng)量(liang)不同分為普通含(han)錳(meng)量(liang)（0.25%~0.8%)及較(jiao)高含(han)錳(meng)量(liang)（0.7%~1.2%)兩組。含(han)錳(meng)較(jiao)多(duo)的一組，在(zai)其(qi)牌號數(shu)字后加(jia)Mn,如50Mn,50表示其(qi)含(han)碳(tan)量(liang)約0.50%,經(jing)查閱(yue)有關技(ji)術參(can)數(shu)，其(qi)含(han)錳(meng)量(liang)在(zai)0.7%~1.0%.
常(chang)用牌號的優質碳素結(jie)構(gou)鋼(gang)的化學(xue)成分(fen)和力學(xue)性能分(fen)別見表1-24、表1-25。
③. 鑄鋼
鑄(zhu)(zhu)(zhu)鋼(gang)通常用于制造形(xing)狀(zhuang)復(fu)雜(za)，難以鍛造，而且對(dui)強(qiang)度要求較高的零件，如中高壓閥門的閥體。鑄(zhu)(zhu)(zhu)鋼(gang)牌號(hao)用其漢語拼音字頭和含碳(tan)量(liang)的萬(wan)分數表(biao)示，如ZG20,表(biao)示20鑄(zhu)(zhu)(zhu)鋼(gang)，其平均(jun)含碳(tan)量(liang)約為0.20%.鑄(zhu)(zhu)(zhu)鋼(gang)的鑄(zhu)(zhu)(zhu)造性(xing)能比鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵和其他有(you)色金屬合金的的，性(xing)能差。
3. 合金鋼
合(he)(he)金鋼就是(shi)(shi)在碳素鋼的(de)基(ji)礎(chu)上，在冶煉(lian)時(shi)有目的(de)地加(jia)入一些(xie)元素，如硅(gui)（Si)、錳(meng)（Mn)、鉻(ge)（Cr)、鎳（Ni)、鉬（Mo)、鈦（Ti)等(deng)，從而改善鋼的(de)某些(xie)性能或獲得某些(xie)工程(cheng)需要(yao)的(de)特(te)殊性能。不銹(xiu)鋼、合(he)(he)金鋼、耐熱鋼等(deng)屬于特(te)殊性能鋼。管(guan)道工程(cheng)中(zhong)應用較(jiao)多的(de)合(he)(he)金鋼管(guan)材是(shi)(shi)低合(he)(he)金鋼和不銹(xiu)鋼。通(tong)常所說(shuo)的(de)合(he)(he)金鋼管(guan)道，一般是(shi)(shi)指低合(he)(he)金鋼管(guan)。
①. 低合金鋼
低(di)合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)的(de)含(han)碳量(liang)較低(di)，一(yi)般在0.1%~0.2%,通常以錳為主(zhu)要(yao)合(he)金(jin)(jin)元(yuan)素(su)(su)，含(han)量(liang)為0.8%~1.8%,還加入一(yi)些少量(liang)的(de)合(he)金(jin)(jin)元(yuan)素(su)(su)。低(di)合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)牌號以數字和(he)主(zhu)要(yao)合(he)金(jin)(jin)元(yuan)素(su)(su)的(de)符號表示，如16Mn、16MnR.16MnR是用于壓力容器的(de)專用鋼(gang)。
②. 不銹鋼
能抗大氣腐蝕的鋼稱為不(bu)銹鋼(gang)，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(dao)工(gong)程中常(chang)用的(de)(de)是鉻鎳(nie)(nie)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)和(he)(he)鉻不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)。鉻鎳(nie)(nie)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)含(han)碳量較低，含(han)鉻約(yue)為18%,含(han)鎳(nie)(nie)大(da)于8%,俗(su)稱(cheng)18-8型(xing)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)。這種不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)在(zai)常(chang)溫下無(wu)磁性，經過1100~1200℃高(gao)溫淬火后(hou)(hou)，塑性很好，適合(he)進行冷(leng)加(jia)工(gong)，但(dan)其(qi)(qi)切削加(jia)工(gong)性能(neng)不(bu)好。18-8型(xing)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)具有較好的(de)(de)耐(nai)熱(re)性，能(neng)在(zai)高(gao)溫下保持較高(gao)的(de)(de)強度。它(ta)最大(da)的(de)(de)缺點是加(jia)熱(re)到1100℃之后(hou)(hou)緩(huan)慢冷(leng)卻過程中，或者在(zai)450~850℃長時間(jian)加(jia)熱(re)時，奧氏體(ti)(ti)晶(jing)體(ti)(ti)內多余(yu)的(de)(de)碳被析出，并以碳化鉻的(de)(de)形式存在(zai)于奧氏體(ti)(ti)晶(jing)界(jie)的(de)(de)邊沿。碳化鉻中含(han)鉻甚高(gao)，而鉻來自晶(jing)體(ti)(ti)表(biao)層，故在(zai)靠近晶(jing)界(jie)的(de)(de)晶(jing)粒(li)表(biao)面形成貧鉻，使其(qi)(qi)耐(nai)腐蝕性能(neng)和(he)(he)力學(xue)性能(neng)明顯降低。
含有穩(wen)定(ding)元素鈦、鈮的18-8不(bu)(bu)銹鋼(gang)，經(jing)過(guo)穩(wen)定(ding)化處理(li)，可以避(bi)免形(xing)成碳化鉻，從而(er)也就(jiu)避(bi)免了晶間腐(fu)蝕，但非(fei)穩(wen)定(ding)型18-8不(bu)(bu)銹鋼(gang)不(bu)(bu)適(shi)用這種處理(li)方法。
關(guan)于(yu)18-8不銹鋼的(de)最(zui)低(di)和(he)最(zui)高(gao)工作溫(wen)度，有的(de)資料中(zhong)認(ren)為是－196~700℃,多(duo)數技(ji)術資料中(zhong)沒有涉(she)及(ji)，這主要是因為這類極端的(de)數值要受多(duo)方面條件(jian)的(de)制約，不能(neng)一(yi)概而論。顯(xian)而易見(jian)，其(qi)最(zui)高(gao)工作溫(wen)度必須低(di)于(yu)可能(neng)產生晶間腐蝕的(de)溫(wen)度，在較高(gao)的(de)工作溫(wen)度下，管材的(de)許用應力會顯(xian)著降低(di)。
③. 耐熱鋼(gang)
金屬材料的(de)耐熱性是(shi)指在(zai)高溫下兼有抗氧(yang)(yang)化(hua)與(yu)高溫強度的(de)綜合性能，它包括抗氧(yang)(yang)化(hua)鋼和(he)熱強鋼兩(liang)類(lei)。
抗氧(yang)(yang)化鋼(gang)是在(zai)鋼(gang)中(zhong)加入(ru)一(yi)定量的(de)(de)鉻(ge)、硅、鋁等元素，它們與(yu)氧(yang)(yang)的(de)(de)親和力大(da)，故優先氧(yang)(yang)化，在(zai)鋼(gang)材表(biao)面形成一(yi)層致密(mi)的(de)(de)高熔點氧(yang)(yang)化膜(mo)，使鋼(gang)材與(yu)外界的(de)(de)高溫汽化氣體(ti)隔絕，從而(er)避免進一(yi)步氧(yang)(yang)化。常用(yong)的(de)(de)抗氧(yang)(yang)化鋼(gang)有鐵素體(ti)鋼(gang)（如(ru)2Cr25Ni、0Cr13Al)和奧氏體(ti)鋼(gang)（如(ru)0Cr25Ni20、1Cr16Ni35等）兩種(zhong)類別，其最高使用(yong)溫度在(zai)1000℃左右。
熱強(qiang)鋼(gang)是在鋼(gang)中加入鉻、鉬、鎢、釩、硅等元素，除提(ti)(ti)高(gao)鋼(gang)材的高(gao)溫(wen)(wen)強(qiang)度外，也提(ti)(ti)高(gao)其高(gao)溫(wen)(wen)抗(kang)氧(yang)(yang)化(hua)性。常用(yong)(yong)的熱強(qiang)鋼(gang)有珠光(guang)體鋼(gang)（如12CrMo、15CrMo,抗(kang)氧(yang)(yang)化(hua)最(zui)(zui)高(gao)使(shi)用(yong)(yong)溫(wen)(wen)度為(wei)580℃)、馬氏體鋼(gang)（如1Cr13、1Cr13Mo、1Cr13MoV等，抗(kang)氧(yang)(yang)化(hua)最(zui)(zui)高(gao)使(shi)用(yong)(yong)溫(wen)(wen)度為(wei)750~800℃,熱強(qiang)性最(zui)(zui)高(gao)使(shi)用(yong)(yong)溫(wen)(wen)度為(wei)480~540℃)、奧氏體鋼(gang)（如0Cr8Ni11Ti,抗(kang)氧(yang)(yang)化(hua)最(zui)(zui)高(gao)使(shi)用(yong)(yong)溫(wen)(wen)度為(wei)850℃,熱強(qiang)性最(zui)(zui)高(gao)使(shi)用(yong)(yong)溫(wen)(wen)度為(wei)850℃).
