Плотность стали

Плотность стали конструкционной легированной

Конструкционные легированные сплавы применяются в производстве высоконагруженных ответственных конструкций, в том числе работающих в агрессивных средах. Плотность марки 30ХГСА близка к стандартному значению в 7,85 т/м3 плотность стали конструкционной низколегированной для сварных конструкций

Низколегированные сплавы обладают прекрасной свариваемостью и высокой стойкостью к коррозии, поэтому их широко применяют для ответственных конструкций в строительстве и кораблестроении. УВ стали этой группы колеблется в пределах 7,85-7,87 т/м3 и приведен в таблице:

Группа	Марка	Плотность
низколегированная конструкционная	09Г2С	7,85
высоко-углеродистая	70 (ВС и ОВС)	7,85
среднеуглеродистая	45	7,85
мало-углеродистая	10, 10А, 20, 20А	7,85
углеродистая конструкционная	Ст3сп, Ст3пс	7,87

1 Что такое плотность и зачем ее знать для нержавеющих и других сталей?

Плотность (P) – это физическая величина, которая определяется для однородного материала либо вещества их массой (в г, кг или т) в единице объема (1 мм3, 1 см3 или 1 м3). 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.

Удельный вес нержавеющей стали

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/м3 или 7,85 г/см3, 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/м3.

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/м3, 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.

Сферы использования

Процесс извлечения ценного компонента из руды осуществляется путем дробления породы с последующим обогащением материала вибрационно-гравитационным методом. В дополнение применяется метод флотации, что позволяет увеличить концентрацию материала.

Концентрат подвергают выплавке в печи с восстановлением до свободного состояния при помощи древесного угля. Химически чистое олово добывают в процессе рафинирования электрохимическим методом.

Олово – используют в разных сферах производства, в чистом виде и как компонент

Оксид олова, который образуется при сгорании химического элемента, используется в качестве средства для полировки. Материал применяется для защиты поверхностей от коррозии методом лужения.

Олово используют в качестве компонента сплава для изготовления консервных банок. Оно входит в состав припоев. Прочность и устойчивость составам на оловянной основе придает наличие в них меди и сурьмы. Эти свойства используются при изготовлении типографских клише, подшипников для механизмов.

Соединение химического элемента с серой применяют для производства краски золотистого цвета, под названием сусальное золото. Диоксид олова используется для приготовления термоустойчивых эмалей и глазурей.

Плотность стали, значение и примеры

Он в зависимости от своего химического состава и области применения разделяются на несколько групп. Так, по химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные.

Плотность стали равна:

СИ, кг/м3	СГС, г/см3	МКСС, тем/м3
Сталь	7800	7,8	796

Однако в углеродистой стали промышленного производства всегда имеются примеси многих элементов.

Присутствие одних примесей обусловлено особенностями производства стали: например, при раскислении в сталь вводят небольшие количества марганца или кремния, которые частично переходят в шлак в виде оксидов, а частично остаются в стали.

Присутствие других примесей обусловлено тем, что они содержатся в исходной руде и в малых количествах переходят в чугун, а затем и в сталь. Полностью избавиться от них трудно. Вследствие этого, например, углеродистые стали обычно содержат 0,05 – 0,1% фосфора и серы.

Твердость цементита намного выше твердости феррита. Поэтому при увеличении содержания углерода в стали её твердость повышается. Кроме того, частицы цементита затрудняют движение дислокаций в основной фазе – в феррите.

По этой причине увеличение количества углерода снижает пластичность стали.

Углеродистая сталь имеет широкое применение. В зависимости от назначения применяется сталь с малым или более высоким содержание углерода, без термической обработки (в «сыром» виде – после проката) или с закалкой и отпуском.

Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях для изменения её свойства, называются легирующими элементами, а сталь, содержащая такие элементы, называется легированной сталью. К важнейшим легирующим элементам относятся хром, никель, марганец, кремний, ванадий, молибден.

Например, твердые растворы марганца или никеля в g-железе при значительном содержании этих элементов стабильны от комнатной температуры до температуры плавления.

Сплавы железа с подобными металлами называются аустенитными сталями или аустенитными сплавами.

Влияние легирующих элементов на свойства стали обусловлено также тем, что некоторые из них образуют с углеродом карбиды, которые могут быть простыми, напримерMn3C, Cr7C3, а также сложными (двойными), например (Fe, Cr)3C. Присутствие карбидов, особенно в виде дисперсных включений в структуре стали, в ряде случаев оказывает сильное влияние на её механические и физико-химические свойства.

Назначения и плотность стали

По своему назначению стали делятся на конструкционные, инструментальные и на стали с особыми свойствами. Конструкционные стали применяются для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений.

В качестве конструкционных могут использоваться как углеродистые, так и легированные стали. Конструкционные стали обладают высокой прочностью и пластичностью. В то же время они должны хорошо поддаваться обработке давлением, резанием, хорошо свариваться.

Основными легирующие компоненты конструкционных сталей – это хром (около 1%), никель (1-4%) и марганец (1-1,5%).

Основной легирующий элемент инструментальных сталей – хром; иногда в них вводят также вольфрам и ванадий.

Особую группу инструментальных сталей составляет быстрорежущая сталь, сохраняющая режущие свойства при больших скоростях резания, когда температура рабочей части резца повышается до 600-700oС. Основные легирующие элементы этой стали – хром и вольфрам.

К группе сталей с особыми свойствами относятся нержавеющие, жаростойкие, жаропрочные, магнитные и некоторые другие стали. Нержавеющие стали устойчивы против коррозии в атмосфере, влаге и в растворах кислот, жаростойкие – в коррозионно-активных средах при высоких температурах.

Важнейшие легирующие элементы жаропрочных сталей – это хром (15-20%), никель (8-15%), вольфрам.

Метод 1. Определение плотности

Применяют для определения плотности жидкостей с точностью до ± 0,001 г/cм3 с помощью пикнометра.

Чистый сухой пикнометр взвешивают с точностью до 0,0002 г, заполняют с помощью маленькой воронки водой очищенной немного выше метки, закрывают пробкой и выдерживают в течение 20 мин в термостате при температуре (20 ± 0,1) ºС. При этой температуре уровень воды в пикнометре доводят до метки, отбирая излишек воды при помощи пипетки или свернутой в трубку полоски фильтровальной бумаги. Пикнометр снова закрывают пробкой и выдерживают в термостате еще 10 мин. Затем пикнометр вынимают из термостата, проверяют положение мениска воды, который должен находиться на уровне метки. Вытирают фильтровальной бумагой внутреннюю поверхность горлышка и весь пикнометр снаружи, закрывают пробкой. Выдерживают пикнометр под стеклом аналитических весов в течение 10 мин и взвешивают с той же точностью.

Пикнометр освобождают от воды, высушивают, ополаскивая последовательно спиртом и эфиром (сушить пикнометр нагреванием не допускается), удаляют остатки эфира продуванием воздуха, заполняют пикнометр испытуемой жидкостью и проводят те же операции, что и с водой.

Плотность с₂₀ (г/см3) вычисляют по формуле:

где

m – масса пустого пикнометра, г;

m₁ – масса пикнометра с водой очищенной, г;

m₂ – масса пикнометра с испытуемой жидкостью, г;

0,99703 – значение плотности воды при 20 °С, г/см3 (с учетом плотности воздуха);

0,0012 – значение плотности воздуха при 20 °С и барометрическом давлении 101,1 кПа (760 мм рт. ст.).

Преимущества и область применения

Все перечисленные свойства позволяют успешно применять С245 для производства металлопроката, который используется для возведения различных строительных конструкций. Основные требования, которые налагаются на С235 и С275, аналогичны требованиям, предъявляемым к С245. Присущая ей прочность, главным показателем является так называемый предел текучести, вполне достаточна для формирования элементов, способных выдерживать тяжёлые нагрузки. Основным отличием горячекатаного проката С235 является его использование для производства вспомогательных строительных конструкций.

Промышленные конструкции из стали 245

Отсутствие ограничений по свариваемости и механических способов соединения, позволяют создавать практически любые, даже довольно экзотические конструкции.

Конструкции, изготовленные из этой марки металла. Применяются при строительстве следующих объектов:

• промышленные и жилые здания;
• большепролётные покрытия;
• арки мостов и эстакад;
• конструкции из листовой стали;
• элементы башен и мачт;
• каркасы высотных и многоэтажных зданий;
• здания энергетики (тепловые, атомные станции);
• стационарные платформы нефтеразведки и добычи;
• научные объекты, например радиотелескопы.

К основным достоинствам марки С245 относится:

• высокая пластичность (экспериментально доказано, что протяжённость площадки текучести равно 2,5%);
• хорошая свариваемость, за счёт низкого содержания углерода (отдельные элементы конструкций могут свариваться любыми способами без проведения подготовительных операций: таких, как предварительный подогрев, проковка зоны сварки. Сварной шов получается ровным, и не образует ни горячих, ни холодных трещин);
• достаточно неплохая коррозийная стойкость (однако целесообразно применение лакокрасочных антикоррозийных покрытий);
• хорошие технологические свойства (резка, сверление, сварка, клёпка, применение метизных креплений);
• отсутствует расслоение прокатных изделий (требование ГОСТ);
• невысокая стоимость.

Барная вилка из стали 245

Из серьёзных недостатков выделяют:

• склонность стали и конструкций из неё к хрупкому разрушению при низких температурах;
• не высокая огнестойкость.

Производство

Справка. Низкоуглеродная сталь СТ3 изготавливается по мартеновской либо кислородно-конвертерной технологии. На параметры готового материала способ производство не влияет, однако кислородно-конвертерный способ требует меньших финансовых расходов. Стальные сплавы изготавливаются на основе феррита, то есть твердого раствора углерода с легирующими элементами. Этот расплав насыщают углеродом, чтобы повысить его прочность. Концентрация фосфора в марке СТ3 не должна превышать 0,04%, серы — 0,05%.

За счет реакции феррита с фосфором пластичность сплава понижается под воздействием высоких температур, а под воздействием морозов материал становится более хрупким. Формирование сернистого железа в процессе расплава может стать причиной красноломкости материала.

Для улучшения эксплуатационных характеристик изделий из СТ3, их рекомендуется подвергать термической обработке. Так, отжиг необходим сложным конструкциям сразу после сооружения, чтобы снять напряжения, возникшие при выполнении сварочных работ. Аналогично следует снимать напряжение у деталей с толщиной либо радиусом свыше 36 мм.

Плотность стали конструкционной легированной

Конструкционные легированные сплавы используются в производстве высоконагруженных ответственных конструкций, в том числе работающих в агрессивной среде. Плотность марки 30ХГСА близка к типовому значению в 7,85 т/м 3 плотность стали конструкционной низколегированной для сварных конструкций

Низколегированные сплавы обладают великолепной свариваемостью и высокой устойчивостью к коррозийным процессам, по этому их широко используют для ответственных конструкций в строительстве и судостроении. УВ стали данной группы может колебаться в границах 7,85-7,87 т/м 3 и приведен в таблице:

Группа	Марка	Плотность
низколегированная конструкционная	09Г2С	7,85
высоко-углеродистая	70 (ВС и ОВС)	7,85
среднеуглеродистая	45	7,85
мало-углеродистая	10, 10А, 20, 20А	7,85
углеродистая конструкционная	Ст3сп, Ст3пс	7,87

Плотность нержавеющей стали

Плотность вещества вычисляется путем деления массы объекта на его объем. Такие вычисления для всех известных человеку веществ уже сделаны, и метрологические службы периодически повторяют и уточняют эти измерения. На практике перед людьми встает другая практическая задача: зная материал, из которого изготовлено изделие, определить его массу.

Плотность вещества также называют удельной массой (или, в быту, удельным весом) — т. е. массой сплошного физического тела изготовленного из данного вещества и имеющего единичный объем.

Нержавеющая сталь

Следует отметить, что, используя термин «масса», в 99% случаев люди имеют дело с весом — силой притяжения физического тела к Земле. Дело в том, что для определения массы тела в строгом физическом смысле требуется сложное оборудование, доступное лишь в крупнейших научных центрах. Для практического применения в большинстве случаев достаточно обычных, более или менее точных весов, использующих гравитацию Земли и пружины, либо рычаги и стандартные гири, либо пьезоэлементы.

На практике, чтобы рассчитать вес погонного или квадратного метра металлопроката используют удельную массу, или плотность материала, из которого он изготовлен. В справочниках по сортаменту металлопроката среди основных характеристик каждого сорта обязательно указывается масса погонного или квадратного метра и значение плотности, использованное при вычислениях.

Однако нужно понимать, что данные в справочнике рассчитываются на основании стандартной плотности стали, чаще всего это 7,85 т/м3. В то же время фактическая плотность стали конкретной марки зависит от состава и удельного количества присадок и может колебаться от 7,6 до 8,8 т/м3.

Это может дать погрешность до 10% в большую или в меньшую сторону для изделия, сделанного из очень легкого или, наоборот, очень тяжелого сплаваю. Для малого количества металла разница будет мала, и ею можно будет пренебречь. Однако для сложных изделий, использующих большие объемы металла, потребуются более точные расчеты.

Масса понадобится при формировании заявки на закупку металла. На основе плотности данного сплава делают корректировку справочных значений массы одного погонного или квадратного метра, и далее в расчетах используют уже уточненное значение.

Как рассчитать P или выполнить корректировку массы 1 метра?

Практический способ определения плотности достаточно прост и известен нам из школьного курса физики. В мерную емкость, заполненную водой до определенной отметки, опускают образец материала. Уровень воды поднимается на определенную высоту. Объем вытесненной воды равен объему образца. Массу образца определяют взвешиванием на точных весах. Плотность будет равна отношению массы и объема.

Чтобы выполнить корректировку массы погонного или квадратного метра, нужно значение из справочника разделить на плотность из справочника и результат умножить на измеренную плотность материала образца. Получится откорректированная величина.

Если предвидится повторение подобных вычислений, то удобнее будет вычислить корректировочный коэффициент, равный отношению стандартной плотности и плотности образца, и далее применять его в расчетах.

Расшифровка

Определить, какие у материала сталь СТ3 характеристики в соответствии с ГОСТ, можно благодаря расшифровке. Согласно ГОСТ 380, данный материал представлен в следующих разновидностях:

1. Сталь Ст3сп.
2. Сталь Ст3пс.
3. Сталь Ст3кп.

Эти индексы применимы в обязательном порядке при любой маркировке. При расшифровке марки материала необходимо учитывать следующие обозначения:

1. Ст — применяется для указания стандартных качеств углеродистых сталей.
2. 3 — условный номер марки сплава. Он может меняться в диапазоне от 0 до 6, в соответствии с процентным содержанием углерода в материале.
3. Г — этот символ употребляют, если в состав материала входит марганец. Так, для стали типа Ст3гпс характерно содержание 0.8% марганца.
4. Сп — обозначает степень раскисления стали. Аббревиатурой “кп” обозначают кипящие сплавы, “пс” — полуспокойные.

Таким образом, марка Ст3пс5 является полуспокойной, но характеризуется высокой степень раскисления. Специфика маркировки материала регламентирована ГОСТом 380-2005.

Если в названии марки отсутствуют буквы “пс” либо “кп”, сталь следует считать спокойной.

Внимание. Спокойная разновидность СТ3 является наиболее распространенной, и поэтому буквы “сп” иногда допустимо опускать.

Чтобы понять свойства изделий, произведенных из стали СТ3, следует ориентироваться на их ГОСТы:

Чтобы понять свойства изделий, произведенных из стали СТ3, следует ориентироваться на их ГОСТы:

• ГОСТ 107105-80 — для труб и арматуры к ним;
• ГОСТ 2591-2006 — для проката;
• ГОСТ 14918-80 — для ленточного и полосового проката;
• ГОСТ 5812-82 — для рельсов;
• ГОСТ 8479-70 — для поковок.

Самые легкие и самые тяжелые алюминиевые сплавы

• Одним из самых легких алюминиевым сплавом является зарубежный литейный сплав 518.0 (7,5-8,5 % магния) – 2,53 г на кубический сантиметр . Отечественный сплав АМг11 (АЛ22) содержит еще больше магния – от 10,5 до 13,0 %. Поэтому, надо думать, он еще легче, но точных данных у нас нет!
• Самыми тяжелыми алюминиевыми сплавами являются зарубежные литейные сплавы 222.0 и 238.0 с номинальным содержанием меди 10 %. Их номинальная плотность – 2,95 г на кубический сантиметр .
• Самый легкий деформируемый сплав – алюминиево-литиевый сплав 8090 с номинальным содержанием лития 2,0 %. Его номинальная плотность – 2,55 г на кубический сантиметр .
• Самые тяжелые деформируемые алюминиевые сплавы – сплав В95 и зарубежный сплав 7175: 2,85 г на кубический сантиметр .

Плотность углеродистых сталей

Плотность углеродистой стали при комнатной температуре находится в диапазоне от 7,83 до 7,87 г/см 3 . В таблице представлены значения плотности следующих углеродистых сталей: сталь 08КП, сталь 08, сталь 20, сталь 40, сталь У8, сталь У12.

Значения плотности в таблице указаны в зависимости от температуры — в интервале от 0 до 1100°С. При нагревании стали она становиться менее плотной. Например, плотность стали 20 равна 7859 кг/м 3 при температуре 15°С, а при нагревании до температуры 1100°С, плотность этой стали уменьшиться до величины 7496 кг/м 3 .

Примечание: Плотность углеродистых сталей в таблице выражена в размерности кг/м 3 .

Сталь марки 45: применение

Сталь 45 марки широко используется в промышленности, в частности, она идет на изготовление валов (распределительных и коленчатых), шестерней, блиндажей, шпинделей, кулачков, цилиндров и т.п. 45-й металл позволяет получать нормализованные, улучшаемые поверхности, для которых характерна повышенная прочность. При необходимости на порядок улучшить характеристики готовых изделий технологи применяют металл марки 45, легированный хромом – 45х (доля хрома 0,8-1,1%), или литейную сталь 45л.

Сталь 45 считается материалом трудносвариваемым, однако ему не свойственна отпускная хрупкость. Это достаточно весомый фактор при создании конструкций сложных форм и конфигураций. Сварка данного металла производится 2 способами: КТС и РДС.

Плотность стали в кг/м3. Углеродистые и легированные стали

Сталь является самым распространенным в промышленности металлическим материалом, на основе которого изготавливают конструкции и инструменты с заданными свойствами. В зависимости от назначения этого материала изменяются многие его физические свойства, включая плотность. В данной статье рассмотрим, какой обладает плотностью сталь в кг/м3.

Что такое сталь, и какой она бывает?

Прежде чем приводить таблицы плотность стали в кг/м3, познакомимся с самим материалом. Сталью в металлургии называют сплав железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,1 атомных процентов. Если углерода будет больше, то начинает образовываться графит в системе, что приводит к резкому изменению свойств сплава. В частности, увеличивается его твердость и хрупкость, и уменьшается пластичность. Если углерода больше, чем 2,1 %, то сплав называется чугуном.

Следует понимать главную вещь, что сталь — это сплав железа с другими элементами, которые выступают в качестве примесей. Если железо становится не основным компонентом, тогда такой сплав сталью не является.

Стали бывают самые разные. Так, низкое содержание углерода приводит к образованию класса конструкционных материалов. Более высокое его содержание образует класс инструментальных сталей. Помимо углеродистых, существуют легированные разными элементами материалы. Например, добавление больше 13% хрома приводит к образованию нержавеющих материалов, а большое содержание молибдена и вольфрама образует класс режущих сталей.

От чего зависит плотность стали?

Существует ряд факторов, которые определяют плотность стали в кг/м3. К ним относятся следующие:

• плотность собственно железа для данной кристаллической решетки;
• количество и тип примесей;
• наличие фаз.

Из названых факторов первый является самым главным, поскольку именно железо является основой рассматриваемых сплавов. Как известно, оно может существовать в двух кристаллических решетках: ОЦК (объемно-центрированная кубическая) и ГЦК (гранецентрированная кубическая).

Первый тип решетки образует, так называемые ферритные стали, второй — аустенитные. Решетка ГЦК является плотноупакованной, в то время как ОЦК — это более рыхлая упаковка атомов. Тем не менее плотность ферритных сталей, как правило, выше, чем аустенитных. Причина этого проста, дело в том, что ГЦК является стабильной структурой только при высоких температурах для чистого железа, а все металлы при нагреве сильно расширяются. Последнее приводит к падению плотности.

Стали углеродистые

Чему равна плотность стали углеродистой? В общем можно сказать, что она немного ниже плотности чистого ОЦК железа (7874 кг/м3). Это незначительное уменьшение связано с тем, что углерод в ОЦК решетке занимает октаэдрические поры. Плотность самого углерода в структурах алмаза и графита очень низкая, поэтому его добавка к железу уменьшает его среднюю плотность. Поскольку атомы углерода занимают большие октаэдрические поры, то они незначительно увеличивают средний параметр решетки, что сказывается на небольшом снижении рассматриваемого показателя. Ниже приведена таблица плотности стали в кг/м3 в зависимости от марки и температуры.

Легированные стали

Как было сказано, к ним относятся любые сплавы на основе железа, которые, помимо углерода, содержат другие элементы, например, хром, никель, вольфрам, ванадий и так далее. Так, плотность нержавеющей стали 12Х18Н9, содержащей, помимо хрома, никель, при комнатной температуре составляет 7900 кг/м3, что выше, чем у чистого ОЦК железа. Если в «нержавейке» никеля не будет, то ее плотность окажется ниже, чем у чистого железа, поскольку атом хрома легче железного.

Самыми плотными являются быстрорежущие стали. Они содержат в больших количествах такие тяжелые металлы, как молибден и вольфрам. Плотность их может достигать 8800 кг/м3.