Плотность нержавеющей стали – отечественные марки и стандарт AISI

Плотность (P) – это физическая величина, которая определяется для однородного материала либо вещества их массой (в г, кг или т) в единице объема (1 мм 3 , 1 см 3 или 1 м 3 ). То есть вычисляется делением массы на объем, в котором она заключена. В результате получается некая величина, которая для каждого материала и вещества имеет свое значение, изменяющееся в зависимости от температуры. Плотность еще называют удельной массой. Оперируя этим термином, проще понять суть данной характеристики. То есть это масса, которой обладает единица объема материала либо вещества.

И для вычисления теоретического (расчетного номинального) веса 1 погонного или квадратного метра какой-либо металлопродукции используют именно эту физическую величину – плотность, разумеется, для соответствующего металла. А во всех ГОСТах сортамента, где приводятся основные характеристики проката, после таблиц, в которых перечислены теоретические массы 1 погонного или квадратного метра изделий разных типоразмеров, обязательно указывается, какое именно значение плотности бралось при расчете. Зачем и когда нужно выяснять вес 1 метра металлопродукции, знают все, кому это надо. Этот параметр используют для вычисления общей массы одного изделия либо целой партии по их суммарной длине либо площади. А вот зачем и когда нужно знать плотность стали, в частности нержавеющей?

Дело в том, что для всех видов металлопродукции теоретическая масса 1 метра, приведенная в ГОСТах и справочниках, рассчитана была с использованием того или иного среднего значения плотности. Для стального проката чаще всего встречается указание на величину в 7850 кг/м 3 или 7,85 г/см 3 , что одно и то же. А фактическая P стали в зависимости от использованного для производства изделия сплава может варьироваться в пределах от 7600 до 8800 кг/м 3 .

При желании нетрудно подсчитать, какая будет погрешность в случае выполнения расчета массы уголка (либо изделия иного вида стального проката), изготовленного не из углеродистой или другой стали с плотностью 7850 кг/м 3 , а из другого более тяжелого (например, стали 12Х18Н10Т) либо легкого сплава. Для небольших объемов проката, и когда не требуется точное определение веса, разница будет несущественна. То есть приблизительный расчет общей массы металлопродукции на основе табличных данных из ГОСТа об весе ее 1 метра будет оправдан. К тому же, при отгрузке, как правило, делают взвешивание, чтобы определить фактический вес изделий для точности взаиморасчетов между поставщиком и покупателем.

Но нередко необходимо знать точный, пусть и теоретический, вес еще на стадии оформления заказа на поставку проката, а для конструкторских и проектных расчетов это является обязательным условием. Именно в таких случаях выясняют плотность для сплава, из которого изготовляется металлоизделие, а затем на основе этих данных делают корректировку взятой из ГОСТа массы его 1 метра. И только потом рассчитывают общий вес проката. Как корректировать вес 1 метра, рассмотрено ниже.

Удельная теплоемкость стали распространенных марок

В сводной таблице представлена удельная теплоемкость стали распространенных марок: углеродистых, низко- и высоколегированных сталей, а также чугуна при различной температуре.
Приведены значения средней удельной теплоемкости низколегированных сталей, углеродистых сталей при различных температурах, указана теплоемкость высоколегированных сталей с особыми свойствами в зависимости от температуры.

По данным таблицы видно, что значение удельной теплоемкости стали с ростом температуры увеличивается. Следует отметить, что теплоемкость стали при комнатной температуре находится в диапазоне от 440 до 550 Дж/(кг·град); удельная теплоемкость стали в таблице представлена в интервале температуры от 20 до 1000°С.
Удельная теплоемкость стали при различных температурах

Классификация и виды

Сталь классифицируется по химическому составу, по содержанию добавок, по способу изготовления, по уровню раскисления и по другим группам.

По химическому составу она бывает углеродистая и легированная. В углеродистой, помимо углерода и железа, присутствует кремний (до 0,3%) и марганец (до 1,1%).

Для придания особенных качеств в сплав вводят легирующие добавления (обычно металлы): хром, алюминий, титан, азот, фосфор, кремний, углерод, бор и др.

Низкоуглеродистые высококачественные конструкционные стали по определению имеют небольшую прочность и высокую пластичность.

Среднеуглеродистые высококачественные (Ст 30−55) применяются после поверхностного закаливания и нормализации для создания деталей, имеющих высокую прочность сердцевины. Ст 60 — Ст 85 имеют большую прочность, износоустойчивость, свойства упругости.

Высококачественная отличается сложным химсоставом с уменьшенной долей фосфора и серы. Сталь обычного качества (доля углерода меньше 0,6%) обозначается Ст 1−6. Символы «Ст» указывают на материал обычного качества, а цифры − номер маркировки исходя из свойств.

В качественной стали доля углерода приводится в сотых процента, добавочно могут указываться характер затвердения и уровень раскисления. Она характеризуется высоким уровнем свариваемости и большой пластичностью.

По уровню раскисления подразделяется на следующие виды:

1. Спокойную (Ст3сп) — проходит полное раскисление с минимумом содержащихся в ней примесей и шлаков.
2. Полуспокойную (Ст3пс) — полученную при раскислении жидкого металла, менее полном, чем при выплавливании спокойной, но большем, чем при изготовлении кипящей.
3. Кипящую (08кп) — неокисленная с большим содержанием включений неметаллов.

По области применения сталь бывает строительной, инструментальной, конструкционной и легированной.

Строительная имеет прекрасную свариваемость. Цифра показывает условный номер состава по ГОСТ. Чем он выше, тем прочнее сплав (например, чугун) и тем меньше его пластичность.

Легированная — универсальная, которая содержит специальные примеси. В ней кремния больше 0,6%, марганца — 0,9%. Если содержание легирующего компонента выше 1,5%, то оно записывается цифрой, следующей за определённой буквой:

1. Низколегированная — легирующих составляющих до 2,4% (09Г2С, 18ХГТ, 10ХСНД). Отличается большой прочностью благодаря повышенному лимиту вязкости, что крайне необходимо для конструкций большой ответственности.
2. Среднелегированная (от 2,4 до 10%).
3. Высоколегированная (от 10 до 50%).

Сталь 09Г2С используется для парового оборудования, работающего под температурой от -70 до +450°C и давлением, а также для ответственных сварных листовых конструкций в нефте- и химмашиностроении, судостроении.

Сталь 10ХСНД применяют для сварных конструкций химмашиностроения, профилей в вагоностроении, судовом строении. 18ХГТ используется для элементов, которые функционируют на больших скоростях, нагрузках и давлении.

Сталь специального назначения — сплав с особенными физическими качествами. Используется в электротехнической отрасли и точном судовом строении.

По нормируемым параметрам делится на категории: от 1 до 5. Ими обозначают химсостав, предельную вязкость, механические качества при растяжении. К примеру, категория 1 — химсостав не нормируем, категория 3 — имеет нормируемую максимальную вязкость при t = +20°C. Для Ст0 не нормируют ни химсостав, ни ударную текучесть.

Средняя удельная теплоемкость сталей низколегированных

В таблице представлены значения массовой удельной теплоемкости низколегированных сталей. Даны значения теплоемкости для следующих марок стали: сталь 30Х, 30Н3, 30ХН3, 30Г2, 50С2Г. Удельная теплоемкость сталей в таблице выражена в кДж/(кг·град) и указана в зависимости от температуры — в интервале от 50 до 1300°С.

Удельная теплоемкость углеродистых сталей и чугуна при различной температуре

В таблице приведены значения удельной (массовой) теплоемкости следующих углеродистых сталей и чугуна: сталь 08, ст.20, ст.35, ст.У8, сталь листовая электротехническая, чугун белый, чугун СЧ10. Теплоемкость представлена в таблице в интервале температуры от 80 до 1573 К в размерности кДж/(кг·град) .

Инструкция по расчёту параметра

Рассчитать с

вещества достаточно просто и чтобы это сделать нужно, выполнить следующие шаги:

1. Взять расчётную формулу: Теплоемкость = Q/(m*∆T)
2. Выписать исходные данные.
3. Подставить их в формулу.
4. Провести расчёт и получим результат.

В качестве примера произведём расчёт неизвестного вещества массой 480 грамм обладающего температурой 15ºC, которая в результате нагрева (подвода 35 тыс. Дж) увеличилась до 250º.

Согласно инструкции приведённой выше производим следующие действия:

Выписываем исходные данные:

• Q = 35 тыс. Дж;
• m = 480 г;
• ΔT = t2–t1 =250–15 = 235 ºC.

Берём формулу, подставляем значения и решаем:

с=Q/(m*∆T)=35тыс.Дж/(480 г*235º)=35тыс.Дж/(112800 г*º)=0,31 Дж/г*º.

Удельная теплоемкость легированных сталей при различной температуре

В таблице представлены значения массовой удельной теплоемкости стали следующих марок: сталь 15Л, 25Л, 45Л, 55Л, 13Н2ХА, Р18, 11Р3АМ3Ф2, Р6М5, 4Х13, 1Х12В2МФ, Х5М, 30ХМ, 30ХМА, 30ХГС, 30ХГСА, 1Х11МФ, 1Х12ВИМФ, 25Х2МФА, ХН35ВТ (ЭИ612, ЭИ612К), Х17Н13М2Т (ЭИ448), Х16Н25М6 (ЭИ395), Х22Н26, ВЖ100, ШХ15. Массовая теплоемкость легированных сталей в таблице выражена в кДж/(кг·град) в зависимости от температуры — в интервале от 300 до 1400К.

Средняя удельная теплоемкость углеродистых сталей

В таблице представлены значения массовой теплоемкости железа и следующих углеродистых сталей: сталь 08КП, ст. 08, сталь 20, 40, сталь У8, У8′, у12. Массовая удельная теплоемкость углеродистых сталей в таблице дана в размерности кДж/(кг·град) в интервале температуры от 50 до 1300°С.

Источники:

1. Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники.
2. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.
3. Марочник сталей и сплавов. 2-е изд., доп. и испр. А. С. Зубченко, М. М. Колосков, Ю. В. Каширский и др. Под общей ред. А. С. Зубченко — М.: Машиностроение, 2003. 784 с.

Полезные советы

Всегда помните, что:

• процесс нагревания металла проходит быстрее, чем у воды, так как он обладает CP
  в 2,5 раза меньше;
• по возможности преобразуйте полученные результаты в более высокий порядок, если позволяют условия;
• в целях проверки результатов можно воспользоваться интернетом и посмотреть с для расчётного вещества;
• при равных экспериментальных условиях более значительные температурные изменения будут наблюдаться у материалов с низкой удельной теплоёмкостью.