鋼是應(yīng)用最廣泛的工程材料。按化學(xué)成分，鋼可以分為碳鋼和合金鋼兩大類(lèi)。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(zhì)元素。合金鋼則是在碳鋼基礎(chǔ)上，為了獲得某些特定性能，在鋼的冶煉過(guò)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(lèi)
鋼材的分類(lèi)方法有以下幾種。
①. 按化學(xué)成分分類(lèi)
a. 低碳鋼 含碳量小于0.25%.
b. 中碳鋼 含碳量在0.25%~0.55%.
c. 高碳鋼 含碳量大于0.55%.
②. 按用途分類(lèi)
a. 碳素結(jié)構(gòu)鋼 含碳量0.7%以下的工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件用鋼。
b.碳素工具鋼 含碳量0.7%以上，用于制造各種工具、量具和刃具的鋼材。
在后面的“碳鋼的牌號(hào)及性能”部分，介紹了常用鋼材的牌號(hào)。鋼的牌號(hào)并沒(méi)有一定由幾部分組成的規(guī)定。有的資料中曾以碳素工具鋼中的T8MnA為例，說(shuō)碳素工具鋼的牌號(hào)由四部分組成，其實(shí)這只是一個(gè)特例，根據(jù)《碳素工具鋼的牌號(hào)、成分》GB 1298-1999的規(guī)定，其牌號(hào)大部分由兩部分或三部分組成。因此，認(rèn)為碳素工具鋼的牌號(hào)一定由四部分組成是一個(gè)誤解，如果廣義地認(rèn)為鋼的牌號(hào)由幾部分組成也是不合適的。
③. 按質(zhì)量分類(lèi)
a. 普通碳素鋼 硫含量不大于0.055%,磷含量不大于0.045%,是應(yīng)用最廣泛的鋼材品種。
b. 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 硫、磷含量比普通碳素鋼低，硫不大于0.045%,磷不大于0.04%.
c.高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼 硫、磷含量很低，硫不大于0.03%,磷不大于0.035%.
④. 按冶煉方法分類(lèi)
a. 沸騰鋼
在熔煉末期不完全脫氧，鋼液中含有相當(dāng)數(shù)量的氧化鐵,在澆注凝固時(shí)，碳和氧化鐵發(fā)生反應(yīng)，鋼液中不斷析出一氧化碳而沸騰，稱(chēng)為沸騰鋼。這種鋼成本較低，成材率高，表層有一定厚度的致密層，軋成鋼板質(zhì)量較好。但由于其內(nèi)部組織不致密、不均勻，其沖擊韌性較差，不能用于制造重要的機(jī)械零件。
b. 鎮(zhèn)靜鋼
鋼液在澆注前經(jīng)過(guò)完全脫氧，凝固時(shí)不沸騰，稱(chēng)鎮(zhèn)靜鋼，其組織致密，質(zhì)量較好，但成材率較沸騰鋼低。
c.半鎮(zhèn)靜鋼
脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間的鋼。
2. 碳鋼的牌號(hào)及性能
管道工程中大量使用的焊接鋼管和管道型鋼支架、法蘭，從化學(xué)成分方面講屬于低碳鋼，從質(zhì)量方面講屬于普通碳素鋼，因此可以統(tǒng)稱(chēng)為碳素結(jié)構(gòu)鋼。普通無(wú)縫鋼管采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。低碳鋼具有較好的強(qiáng)度、塑性、韌性。低碳鋼的可焊性在鋼材和金屬材料中是最好的，中碳鋼次之，高碳鋼最差。下面介紹管道施工中接觸較多的鋼種。
①. 碳素結(jié)構(gòu)鋼
碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由四部分組成：代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)的數(shù)值（單位為MPa)、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（A、B、C、D)及脫氧方法符號(hào)（F、B、Z、TZ,分別表示沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼），在實(shí)際工作中，并不一定要全部標(biāo)注以上四個(gè)部分，第三部分和第四部分有時(shí)會(huì)省略。
碳素結(jié)構(gòu)鋼中，Q235最為常用，相當(dāng)于舊牌號(hào)A3鋼。Q235A表示只能保證鋼材的力學(xué)性能，化學(xué)成分除硅、硫、磷外，其他成分不予保證。如鋼號(hào)為Q235B(或C、D),則力學(xué)性能和各自不同的化學(xué)成分都要保證。Q235的A、B、C、D質(zhì)量等級(jí)，其屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的要求基本相同。
碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分和主要力學(xué)性能分別見(jiàn)表1-22和表1-23。
②. 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼
優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中，硫、磷含量均限制在0.035%以下，非金屬夾雜物也較少，其牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，該兩位數(shù)表示鋼中平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)，如45優(yōu)質(zhì)碳素鋼，表示其平均含碳量為0.45%.無(wú)縫鋼管的常用牌號(hào)為10、20優(yōu)質(zhì)碳素鋼，其平均含碳量分別為0.10%和0.20%.
優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按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。含錳較多的一組，在其牌號(hào)數(shù)字后加Mn,如50Mn,50表示其含碳量約0.50%,經(jīng)查閱有關(guān)技術(shù)參數(shù)，其含錳量在0.7%~1.0%.
常用牌號(hào)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見(jiàn)表1-24、表1-25。
③. 鑄鋼
鑄鋼通常用于制造形狀復(fù)雜，難以鍛造，而且對(duì)強(qiáng)度要求較高的零件，如中高壓閥門(mén)的閥體。鑄鋼牌號(hào)用其漢語(yǔ)拼音字頭和含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)表示，如ZG20,表示20鑄鋼，其平均含碳量約為0.20%.鑄鋼的鑄造性能比鑄鐵和其他有色金屬合金的的，性能差。
3. 合金鋼
合金鋼就是在碳素鋼的基礎(chǔ)上，在冶煉時(shí)有目的地加入一些元素，如硅（Si)、錳（Mn)、鉻（Cr)、鎳（Ni)、鉬（Mo)、鈦（Ti)等，從而改善鋼的某些性能或獲得某些工程需要的特殊性能。不銹鋼、合金鋼、耐熱鋼等屬于特殊性能鋼。管道工程中應(yīng)用較多的合金鋼管材是低合金鋼和不銹鋼。通常所說(shuō)的合金鋼管道，一般是指低合金鋼管。
①. 低合金鋼
低合金鋼的含碳量較低，一般在0.1%~0.2%,通常以錳為主要合金元素，含量為0.8%~1.8%,還加入一些少量的合金元素。低合金鋼牌號(hào)以數(shù)字和主要合金元素的符號(hào)表示，如16Mn、16MnR.16MnR是用于壓力容器的專(zhuān)用鋼。
②. 不銹鋼
能抗大氣腐蝕的鋼稱(chēng)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(xué)性能，如耐熱、耐腐蝕、耐磨、超強(qiáng)度等。
管道工程中常用的是鉻鎳不銹鋼和鉻不銹鋼。鉻鎳不銹鋼含碳量較低，含鉻約為18%,含鎳大于8%,俗稱(chēng)18-8型不銹鋼。這種不銹鋼在常溫下無(wú)磁性，經(jīng)過(guò)1100~1200℃高溫淬火后，塑性很好，適合進(jìn)行冷加工，但其切削加工性能不好。18-8型不銹鋼具有較好的耐熱性，能在高溫下保持較高的強(qiáng)度。它最大的缺點(diǎn)是加熱到1100℃之后緩慢冷卻過(guò)程中，或者在450~850℃長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)，奧氏體晶體內(nèi)多余的碳被析出，并以碳化鉻的形式存在于奧氏體晶界的邊沿。碳化鉻中含鉻甚高，而鉻來(lái)自晶體表層，故在靠近晶界的晶粒表面形成貧鉻，使其耐腐蝕性能和力學(xué)性能明顯降低。
含有穩(wěn)定元素鈦、鈮的18-8不銹鋼，經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化處理，可以避免形成碳化鉻，從而也就避免了晶間腐蝕，但非穩(wěn)定型18-8不銹鋼不適用這種處理方法。
關(guān)于18-8不銹鋼的最低和最高工作溫度，有的資料中認(rèn)為是－196~700℃,多數(shù)技術(shù)資料中沒(méi)有涉及，這主要是因?yàn)檫@類(lèi)極端的數(shù)值要受多方面條件的制約，不能一概而論。顯而易見(jiàn)，其最高工作溫度必須低于可能產(chǎn)生晶間腐蝕的溫度，在較高的工作溫度下，管材的許用應(yīng)力會(huì)顯著降低。
③. 耐熱鋼
金屬材料的耐熱性是指在高溫下兼有抗氧化與高溫強(qiáng)度的綜合性能，它包括抗氧化鋼和熱強(qiáng)鋼兩類(lèi)。
抗氧化鋼是在鋼中加入一定量的鉻、硅、鋁等元素，它們與氧的親和力大，故優(yōu)先氧化，在鋼材表面形成一層致密的高熔點(diǎn)氧化膜，使鋼材與外界的高溫汽化氣體隔絕，從而避免進(jìn)一步氧化。常用的抗氧化鋼有鐵素體鋼（如2Cr25Ni、0Cr13Al)和奧氏體鋼（如0Cr25Ni20、1Cr16Ni35等）兩種類(lèi)別，其最高使用溫度在1000℃左右。
熱強(qiáng)鋼是在鋼中加入鉻、鉬、鎢、釩、硅等元素，除提高鋼材的高溫強(qiáng)度外，也提高其高溫抗氧化性。常用的熱強(qiáng)鋼有珠光體鋼（如12CrMo、15CrMo,抗氧化最高使用溫度為580℃)、馬氏體鋼（如1Cr13、1Cr13Mo、1Cr13MoV等，抗氧化最高使用溫度為750~800℃,熱強(qiáng)性最高使用溫度為480~540℃)、奧氏體鋼（如0Cr8Ni11Ti,抗氧化最高使用溫度為850℃,熱強(qiáng)性最高使用溫度為850℃).
