โดยทั่วไปแล้ว ท่อเหล็กหมายถึงขดลวด (แถบเหล็ก) และแผ่นเหล็กที่ใช้ในการผลิตท่อเชื่อมความถี่สูง ท่อเชื่อมส่วนโค้งจมอยู่ใต้น้ำแบบเกลียว และท่อเชื่อมส่วนโค้งจมอยู่ใต้น้ำแบบตะเข็บตรง

ด้วยความดันในการขนส่งทางท่อและเส้นผ่านศูนย์กลางท่อที่เพิ่มขึ้น เหล็กกล้าท่อความแข็งแรงสูง (X56, X60, X65, X70 ฯลฯ) ได้รับการพัฒนาโดยใช้เหล็กกล้าความแข็งแรงสูงโลหะผสมต่ำมาตั้งแต่ปี 1960 เทคโนโลยีการกลิ้ง โดยการเพิ่มธาตุ (ปริมาณรวมไม่เกิน 0.2%) เช่น ไนโอเบียม (Nb) วาเนเดียม (V) ไทเทเนียม (Ti) และธาตุผสมอื่น ๆ ลงในเหล็ก และโดยการควบคุมกระบวนการรีด กลไกที่ครอบคลุม คุณสมบัติของเหล็กได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ เหล็กกล้าท่อที่มีความแข็งแรงสูงเป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้เทคโนโลยีขั้นสูงและมีมูลค่าเพิ่มสูงและการผลิตนั้นใช้ความสำเร็จใหม่เกือบทั้งหมดในเทคโนโลยีกระบวนการในสาขาโลหะวิทยา จะเห็นได้ว่าวัสดุที่ใช้ในท่อส่งก๊าซธรรมชาติทางไกลแสดงถึงระดับอุตสาหกรรมโลหะวิทยาของประเทศในระดับหนึ่ง

ท่อส่งก๊าซธรรมชาติทางไกลมีปัญหา เช่น สภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรง สภาพทางธรณีวิทยาที่ซับซ้อน สายยาว การบำรุงรักษายาก และมีแนวโน้มที่จะแตกหักและเสียหาย ดังนั้นเหล็กท่อจึงควรมีคุณสมบัติที่ดี เช่น มีความแข็งแรงสูง มีความเหนียวสูง เชื่อมได้ ทนทานต่ออุณหภูมิเย็นจัดและต่ำมาก และทนต่อการแตกหัก

การเลือกใช้เหล็กท่อที่มีความแข็งแรงสูงหรือการเพิ่มความหนาของผนังท่อเหล็กท่อสามารถช่วยให้ท่อส่งก๊าซธรรมชาติทนต่อแรงดันการส่งผ่านที่สูงขึ้น ส่งผลให้ความสามารถในการส่งก๊าซธรรมชาติเพิ่มขึ้น แม้ว่าราคาของเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงไมโครอัลลอยด์สำหรับท่อเหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากันจะสูงกว่าเหล็กธรรมดาประมาณ 5% ถึง 10% แต่น้ำหนักของท่อเหล็กสามารถลดลงได้ประมาณ 1/3 กระบวนการผลิตและการเชื่อม ง่ายกว่าและค่าขนส่งและค่าวางก็ต่ำกว่าด้วย การปฏิบัติได้พิสูจน์แล้วว่าต้นทุนของการใช้ท่อเหล็กท่อที่มีความแข็งแรงสูงเพียงประมาณ 1/2 ของต้นทุนของท่อเหล็กธรรมดาที่มีแรงดันและเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน และผนังท่อก็บางลงและอาจเกิดการแตกหักของท่อได้ ก็ลดลงเช่นกัน ดังนั้นจึงมักเลือกเพิ่มความแข็งแรงของท่อเหล็กเพื่อเพิ่มความจุท่อมากกว่าการเพิ่มความหนาของผนังท่อเหล็ก

ตัวชี้วัดความแข็งแรงของเหล็กท่อส่วนใหญ่ประกอบด้วยความต้านทานแรงดึงและความแข็งแรงของผลผลิต เหล็กท่อที่มีความแข็งแรงของผลผลิตสูงกว่าสามารถลดปริมาณเหล็กที่ใช้ในท่อส่งก๊าซได้ แต่ความแข็งแรงของผลผลิตสูงเกินไปจะลดความเหนียวของท่อเหล็ก ทำให้ท่อเหล็กฉีกขาด แตกร้าว เป็นต้น และทำให้เกิดอุบัติเหตุด้านความปลอดภัยได้ แม้ว่าจะต้องมีความแข็งแรงสูง แต่ก็ต้องพิจารณาอัตราส่วนความแข็งแรงของผลผลิตต่อความต้านทานแรงดึง (อัตราส่วนความแข็งแรงของผลผลิต) ของเหล็กท่ออย่างครอบคลุม อัตราส่วนผลผลิตต่อความแข็งแรงที่เหมาะสมช่วยให้มั่นใจได้ว่าท่อเหล็กมีความแข็งแรงเพียงพอและมีความเหนียวเพียงพอ จึงช่วยเพิ่มความปลอดภัยของโครงสร้างท่อ

เมื่อท่อส่งก๊าซแรงดันสูงขาดและล้มเหลว ก๊าซอัดจะขยายตัวอย่างรวดเร็วและปล่อยพลังงานจำนวนมาก ส่งผลให้เกิดผลกระทบร้ายแรง เช่น การระเบิดและไฟไหม้ เพื่อลดการเกิดอุบัติเหตุดังกล่าว การออกแบบท่อควรพิจารณาแผนการควบคุมการแตกหักอย่างรอบคอบจากสองด้านต่อไปนี้ ประการแรก ท่อเหล็กควรทำงานในสภาวะที่ยากลำบากเสมอ นั่นคือ อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านแบบเปราะและเปราะของท่อจะต้องอยู่ที่ ต่ำกว่าอุณหภูมิแวดล้อมการให้บริการของท่อเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีอุบัติเหตุแตกหักแบบเปราะเกิดขึ้นในท่อเหล็ก ประการที่สอง หลังจากการแตกหักแบบเหนียว จะต้องหยุดการแตกร้าวภายในความยาวท่อ 1 ถึง 2 ช่วงความยาวท่อ เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียที่มากขึ้นซึ่งเกิดจากการขยายตัวของรอยแตกร้าวในระยะยาว ท่อส่งก๊าซธรรมชาติทางไกลใช้กระบวนการเชื่อมเส้นรอบวงเพื่อเชื่อมต่อท่อเหล็กทีละท่อ สภาพแวดล้อมการก่อสร้างที่รุนแรงในภาคสนามมีผลกระทบต่อคุณภาพของการเชื่อมเส้นรอบวงมากขึ้น ทำให้เกิดรอยแตกร้าวที่การเชื่อมได้ง่าย ลดความเหนียวของการเชื่อมและบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน และเพิ่มความเป็นไปได้ที่ท่อจะแตก ดังนั้นตัวเหล็กท่อจึงมีความสามารถในการเชื่อมที่ดีเยี่ยม ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรับรองคุณภาพการเชื่อมและความปลอดภัยโดยรวมของท่อ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาและการขุดก๊าซธรรมชาติที่ขยายไปถึงทะเลทราย พื้นที่ภูเขา บริเวณขั้วโลก และมหาสมุทร ท่อส่งทางไกลมักจะต้องผ่านพื้นที่ที่มีสภาพทางธรณีวิทยาและภูมิอากาศที่ซับซ้อนมาก เช่น โซนเพอร์มาฟรอสต์ โซนถล่ม และโซนแผ่นดินไหว เพื่อป้องกันไม่ให้ท่อเหล็กเปลี่ยนรูปเนื่องจากการพังทลายของพื้นดินและการเคลื่อนย้ายระหว่างการบริการ ท่อส่งก๊าซที่ตั้งอยู่ในพื้นที่ที่เสี่ยงต่อการเกิดแผ่นดินไหวและภัยพิบัติทางธรณีวิทยาควรใช้ท่อเหล็กท่อส่งก๊าซที่ทนต่อการออกแบบตามความเครียดซึ่งต้านทานการเสียรูปขนาดใหญ่ ท่อที่ไม่ได้ฝังซึ่งผ่านพื้นที่เหนือศีรษะ พื้นที่ดินเยือกแข็ง ระดับความสูง หรือพื้นที่อุณหภูมิต่ำละติจูดสูง จะต้องได้รับการทดสอบความหนาวเย็นสูงตลอดทั้งปี ควรเลือกท่อเหล็กท่อที่มีความต้านทานการแตกหักเปราะที่อุณหภูมิต่ำที่ดีเยี่ยม ท่อฝังที่ถูกกัดกร่อนจากน้ำใต้ดินและดินที่มีการนำไฟฟ้าสูง สำหรับท่อควรเสริมการป้องกันการกัดกร่อนภายในและภายนอกท่อ