Плотность углеродистой стали составляет 7,850 кг/м³ (7.85 г/см³, 0.284 фунта/дюйм³). Плотность нержавеющей стали варьируется от 7,700 до 8,000 кг/м³ в зависимости от состава сплава, при этом у стали марки 304 она составляет 7,930 кг/м³, а у стали марки 316 — 7,980 кг/м³. Эти небольшие различия имеют значение для расчетов веса, стоимости доставки и проектирования конструкции.
В 2024 году цех в провинции Цзянсу заказал пятьдесят тонн нержавеющей стали марки 316 для проекта по изготовлению химических резервуаров. Инженер проекта использовал плотность углеродистой стали 7,850 кг/м³ для расчета нагрузок на кран и требований к такелажу. Когда груз прибыл, он оказался почти на один процент тяжелее нормы. Грузоподъемность крана оказалась недостаточной, и бригаде пришлось пересчитать центр тяжести и добавить более крупную траверсу. Задержка стоила проекту целого дня. Сама сталь была в порядке. Предположение о плотности было неверным.
В этой статье представлены точные значения плотности стали для каждого основного сорта, пересчет единиц измерения для проектирования и закупок, а также пошаговые формулы расчета веса, которые вы можете использовать немедленно. Вы также узнаете, как температура влияет на плотность и как проверять значения, указанные в сертификатах заводских испытаний.
Основные выводы
- Стандартная плотность углеродистой и низкоуглеродистой стали составляет 7,850 кг/м³. Нержавеющие стали имеют более высокую плотность благодаря содержанию никеля и молибдена.
- Нержавеющая сталь 304 имеет удельный вес 7,930 кг/м³. Нержавеющая сталь 316 имеет удельный вес от 7,980 до 8,000 кг/м³. Дуплексная сталь 2205 имеет удельный вес 7,800 кг/м³.
- Вес равен объему, умноженному на плотность. Используйте правильную плотность для вашего конкретного сорта, чтобы избежать ошибок при заказе и подъеме груза.
- Плотность стали незначительно снижается при высоких температурах из-за термического расширения. Допускается снижение плотности примерно на 0.3% на каждые 100 градусов Цельсия.
- В сертификатах заводских испытаний указывается фактическая плотность теплового потока для ответственных применений. Для большинства закупок достаточно номинальных значений, указанных в справочниках.
Для более подробного обзора марок нержавеющей стали и их свойств см. наш раздел полностью нержавеющая сталь направляющаяДля получения достоверных данных о плотности различных материалов в инженерных расчетах, Инженеры Край Ведет всеобъемлющую справочную таблицу металлов.
Что такое плотность стали?
Плотность стали — это её масса на единицу объёма, обычно выражаемая в килограммах на кубический метр (кг/м³) или граммах на кубический сантиметр (г/см³). Для большинства расчетов в строительстве и инженерных расчетах для углеродистой и низкоуглеродистой стали используется стандартная плотность, равная... 7,850 кг / m3, Всемирная ассоциация стали Согласно отчетам, ежегодно производится более 1.8 миллиарда тонн стали, поэтому точные данные о плотности имеют решающее значение для мировой торговли и машиностроения.
Это значение обусловлено структурой кристаллической решетки железо-углерод. Плотность чистого железа составляет приблизительно 7,874 кг/м³. Добавление углерода, который легче железа, а также небольшого количества марганца и кремния немного снижает среднее значение до 7,850 кг/м³ для распространенных конструкционных марок, таких как ASTM A36 и AISI 1018.
Плотность — это не просто физическая диковинка. Она напрямую определяет вес стального компонента, что влияет на расчеты несущей способности конструкции, транспортные расходы, объемы заказа материалов и выбор оборудования. Использование неверного значения может привести к занижению технических характеристик кранов, перегрузке грузовиков или некорректной оценке материалов.
Стандартные значения плотности по системам единиц измерения
| Система единиц | Углеродистая сталь | Нержавеющая сталь 304 | Нержавеющая сталь 316 |
|---|---|---|---|
| кг / m3 | 7,850 | 7,930 | 7,980 |
| г / cm3 | 7.85 | 7.93 | 7.98 |
| фунт / дюйм3 | 0.284 | 0.286 | 0.288 |
| фунт / фут3 | 490 | 495 | 498 |
В Северной Америке инженеры часто используют единицы измерения lb/ft³ или lb/in³ для расчетов несущих конструкций. В европейских и азиатских стандартах обычно используется kg/m³. Перед выполнением расчетов всегда уточняйте, какая система единиц измерения требуется в соответствии с требованиями вашего проекта.
Плотность стали по маркам: полная таблица
Разные марки стали имеют разную плотность, поскольку легирующие элементы имеют разные атомные массы и кристаллические структуры. Никель, например, плотнее железа. Хром немного менее плотный. Суммарный эффект зависит от конкретного состава сплава.
В таблице ниже приведены номинальные плотности распространенных конструкционных марок стали. Для ответственных применений сверяйте данные с заводским сертификатом испытаний для конкретной партии стали.
| Класс | Семейные | Плотность (кг / м3) | Плотность (г / см3) | Плотность (фунт/дюйм3) |
|---|---|---|---|---|
| A36 / 1018 / S235 | Углерод / Конструкционный | 7,850 | 7.85 | 0.284 |
| 1020 | Carbon | 7,870 | 7.87 | 0.284 |
| 1045 | Средний углерод | 7,850 | 7.85 | 0.284 |
| 4140 | сплав | 7,850 | 7.85 | 0.284 |
| 4340 | сплав | 7,850 | 7.85 | 0.284 |
| D2 | Инструментальная сталь | 7,700 | 7.70 | 0.278 |
| H13 | Инструментальная сталь | 7,800 | 7.80 | 0.282 |
| O1 | Инструментальная сталь | 7,860 | 7.86 | 0.284 |
Углеродистая и низколегированная сталь имеют удельную вязкость около 7,850 кг/м³. Инструментальные стали различаются сильнее из-за высокого содержания хрома, ванадия и вольфрама. Для более подробного изучения влияния состава сплава на свойства материала, ознакомьтесь с нашей информацией. марки нержавеющей стали ресурсов.
Плотность нержавеющей стали: полная таблица по маркам.
Плотность нержавеющей стали варьируется сильнее, чем плотность углеродистой стали. Аустенитные марки серии 300 плотнее углеродистой стали из-за содержания никеля. Ферритные и мартенситные марки серии 400, как правило, легче, поскольку содержат мало никеля или не содержат его вовсе.
Аустенитные марки (серия 300)
| Класс | Плотность (кг / м3) | Плотность (г / см3) | Заметки |
|---|---|---|---|
| 201 | 7,700 | 7.70 | Замещение никеля марганцем с более низким содержанием никеля |
| 304 / 304л | 7,930 | 7.93 | Наиболее распространенный сорт нержавеющей стали. |
| 321 | 7,920 | 7.92 | Титановая стабилизация |
| 309С / 310С | 7,980 | 7.98 | Высокое содержание хрома и никеля |
| 316 / 316L / 316Ti | 7,980 - 8,000 | 7.98 - 8.00 | Молибден повышает плотность. |
| 317 / 317л | 7,980 | 7.98 | Содержание молибдена выше, чем в 316-м углеродном носителе. |
| 904L | 8,000 | 8.00 | Высоколегированный супераустенитный |
Ферритные и мартенситные марки (серия 400)
| Класс | Плотность (кг / м3) | Плотность (г / см3) | Заметки |
|---|---|---|---|
| 410 / 410S / 416 | 7,750 | 7.75 | Основной мартенситный |
| 420 | 7,730 | 7.73 | Повышенное содержание углерода для твердости |
| 430/430Ф | 7,700 | 7.70 | Наиболее распространенный сорт ферритных металлов |
| 440А / 440С | 7,740 - 7,620 | 7.74 - 7.62 | Высокое содержание углерода, низкая плотность |
Дуплекс и супердуплекс
| Класс | Плотность (кг / м3) | Плотность (г / см3) | Заметки |
|---|---|---|---|
| 2205 / С31803 | 7,800 | 7.80 | Наиболее распространенный сорт двухслойной стали |
| 2304 | 7,800 | 7.80 | Тонкий дуплекс, более низкий сплав |
| 2507 / С32750 | 7,820 - 7,850 | 7.82 - 7.85 | Супердуплексная, высокопрочная |
Дуплексные марки стали, такие как 2205, немного легче аустенитных марок 304 и 316. Это объясняется тем, что дуплексная микроструктура содержит примерно равное количество феррита и аустенита, а общее содержание никеля ниже. Для морских и химических применений, где вес имеет значение, эта разница в 1.6 процента может суммироваться в крупных конструкциях.
Для более подробного сравнения оценок см. наш Сравнение 304 и 316 или наших опытных гидов по нержавеющая сталь 304 и нержавеющая сталь 316.
Таблица плотности металлов: сталь против других металлов
При выборе материалов для применений, где важен вес, инженеры часто сравнивают плотность стали с плотностью алюминия, титана и чугуна.
| Материал | Плотность (кг / м3) | Плотность (г / см3) | Процентное содержание стали по весу |
|---|---|---|---|
| Углеродистая сталь | 7,850 | 7.85 | 100% |
| Нержавеющая сталь 304 | 7,930 | 7.93 | 101% |
| Серый чугун | 7,150 | 7.15 | 91% |
| Алюминий 6061 | 2,700 | 2.70 | 34% |
| Титановый класс 2 | 4,510 | 4.51 | 57% |
| Медь С110 | 8,960 | 8.96 | 114% |
| Латунь C360 | 8,490 | 8.49 | 108% |
Плотность алюминия примерно в три раза ниже плотности стали, что делает его привлекательным для облегчения конструкции в аэрокосмической и автомобильной отраслях. Однако алюминий обладает значительно меньшей жесткостью и прочностью на единицу объема. Титан предлагает промежуточный вариант, имея плотность примерно в 57% от плотности стали, с отличным соотношением прочности к весу и коррозионной стойкостью. Чугун примерно на 9% легче стали из-за включений графита, но он также более хрупкий.
Для полного сравнения типов стали ознакомьтесь с нашим руководством. нержавеющая сталь против углеродистой стали.
Как рассчитать вес стали по плотности
Основная формула проста: вес равен объему, умноженному на плотность. Сложность заключается в точном расчете объема для различных форм.
Фундаментальная формула
Вес = Объем х Плотность
Для прямоугольного блока объем равен произведению длины на ширину и толщины. Для цилиндров и труб сначала необходимо рассчитать площадь поперечного сечения.
Расчет веса плит и листов
Для плоских плит или листов:
Вес (кг) = Длина (м) x Ширина (м) x Толщина (м) x Плотность (кг/м³)
Рабочий примерРассчитайте вес стальной пластины A36 размерами 1,220 мм х 2,440 мм х 6 мм.
- Перевод размеров в метры: 1.22 м x 2.44 м x 0.006 м
- Объем = 1.22 x 2.44 x 0.006 = 0.01786 м³
- Вес = 0.01786 x 7,850 = 140.2 кг
Для листов из нержавеющей стали используйте показатель текучести 7,930 кг/м³ для стали марки 304 или 7,980 кг/м³ для стали марки 316. Та же самая плита из стали 304 будет весить 141.6 кг. Разница невелика для одной плиты, но она увеличивается при больших объемах заказа.
Расчет веса круглого прутка
Для цельного круглого прутка:
Вес (кг) = π х r² х Длина (м) х Плотность (кг/м³)
Где r — радиус в метрах.
В цехах по изготовлению металлоконструкций используется приблизительный расчет:
Вес (кг/м) = D2 / 162
Где D — диаметр в миллиметрах.
Рабочий примерРассчитайте вес прутка из нержавеющей стали марки 304 диаметром 50 мм и длиной 3 метра.
- Используя точную формулу: Объём = π × (0.025)² × 3 = 0.00589 м³
- Вес = 0.00589 x 7,930 = 46.7 кг
- Используя простую формулу: (50 x 50) / 162 = 15.43 кг/м. Для 3 метров: 15.43 x 3 = 46.3 кг
Быстрая формула дает достаточно точное приближение и полезна для полевых оценок.
Расчет веса стальной трубы
Для трубы рассчитайте площадь поперечного сечения стенки и умножьте на длину.
Вес (кг) = π/4 х (OD2 – ID2) х Длина (м) х Плотность (кг/м3)
Где внешний и внутренний диаметры указаны в метрах. В качестве альтернативы можно использовать внешний диаметр и толщину стенки.
Рабочий примерРассчитайте вес 2-дюймовой трубы из углеродистой стали SCH 40 длиной 6 метров.
- Внешний диаметр = 60.3 мм (0.0603 м), толщина стенки = 3.91 мм, внутренний диаметр = 52.48 мм (0.05248 м)
- Площадь поперечного сечения = π/4 х (0.06032 – 0.052482) = 0.000692 м2
- Объем = 0.000692 x 6 = 0.00415 м3
- Вес = 0.00415 x 7,850 = 32.6 кг
В стандартных таблицах веса труб указано приблизительное значение 5.44 кг/м, поэтому 6 метров равны 32.6 кг. Расчет верен.
Расчет веса рулона и полосы
Стальной рулон следует рассматривать как длинную, тонкую прямоугольную призму.
Вес (кг) = Ширина (м) x Толщина (м) x Длина рулона (м) x Плотность (кг/м³)
Если известны внутренний, внешний и ширина катушки, можно сначала рассчитать длину:
Длина (м) = π x (наружный диаметр 2 – внутренний диаметр 2) / (4 x толщина)
Затем примените указанную выше формулу полоски.
Рабочий примерКатушка из нержавеющей стали марки 304 имеет ширину 1,000 мм, толщину 2 мм и длину 500 метров.
- Объем = 1.0 x 0.002 x 500 = 1.0 м³
- Вес = 1.0 x 7,930 = 7,930 кг
При закупке рулонов нержавеющая сталь часто заказывается по весу, но некоторые покупатели указывают длину. Знание плотности позволяет точно пересчитать вес и длину рулона.
Влияет ли температура на плотность стали?
Да. Сталь расширяется при нагревании, и поскольку масса остается постоянной, плотность уменьшается. Эффект невелик, но измерим.
Коэффициент теплового расширения углеродистой стали составляет приблизительно 12 x 10⁻⁶ на градус Цельсия. Это означает, что стержень длиной один метр увеличивается на 0.012 мм на каждый градус повышения температуры. При увеличении объема это расширение снижает плотность.
Как правило, плотность стали уменьшается примерно на 0.3 процента на каждые 100 градусов Цельсия повышение температуры. При температуре 500 градусов Цельсия плотность углеродистой стали падает с 7,850 кг/м³ до примерно 7,740 кг/м³.
Для большинства применений при комнатной температуре это изменение незначительно. Для компонентов печей, труб котлов и высокотемпературного технологического оборудования инженерам следует использовать значения плотности, скорректированные с учетом температуры. Раздел II Кодекса ASME по котлам и сосудам под давлением содержит данные о зависящих от температуры свойствах материалов для расчетов.
Плотность закупок и отгрузки
Плотность стали напрямую влияет на стоимость транспортировки, планирование использования кранов и составление сметы на материалы. Менеджер по закупкам, который исходит из предположения, что вся сталь весит одинаково на квадратный метр, допустит дорогостоящие ошибки.
В 2024 году группа специалистов по закупкам в Нинбо сравнивала предложения по листовому металлу марок 304 и 316 для проекта по поставке морского оборудования. Оба предложения были указаны за килограмм, и количество листов было одинаковым. Однако команда упустила из виду, что лист марки 316 весит примерно на 0.6% больше на квадратный метр, чем лист марки 304. Для заказа в сорок тонн это означало дополнительные 240 килограммов. При морских перевозках этот дополнительный вес увеличил стоимость доставки примерно на 340 долларов. Цена самого материала была указана верно. А вот смета на доставку оказалась неверной.
Именно поэтому точные значения плотности стали имеют значение при закупках. При переходе от спецификаций, основанных на площади, к заказам, основанным на весе, используйте точную плотность для указанного сорта стали. Не следует предполагать, что плотность углеродистой стали применима к заказам из нержавеющей стали.
Для крупных строительных проектов совокупный эффект различий в плотности может быть значительным. Проектировщик морской платформы, выбравший дуплексную сталь 2205 вместо 304 для повышения коррозионной стойкости, добился снижения веса стальной надстройки на 1.6 процента. При весе в тысячи тонн это привело к снижению нагрузок на фундамент, уменьшению размеров подъемного оборудования и снижению транспортных расходов.
Если вам нужна помощь в расчете веса материалов для вашего проекта, наша команда предоставит техническую консультацию для получения точных оценок.
Как проверить плотность по сертификатам заводских испытаний
Сертификаты заводских испытаний (MTC) подтверждают фактические химические и физические свойства плавки стали. Для ответственных применений MTC является авторитетным источником информации.
В большинстве сертификатов MTC плотность не указывается напрямую. Вместо этого указывается химический состав в процентах. Плотность можно оценить по составу, используя средневзвешенные значения плотности составляющих компонентов, но это редко бывает необходимо. Для инженерных целей номинальные значения, приведенные в этой статье, являются точными с погрешностью в один процент для стандартных марок.
Если в ваших технических требованиях указана сертифицированная плотность, запросите у поставщика отдельный протокол испытаний материала. В некоторых специализированных областях применения, таких как аэрокосмическая и атомная промышленность, требуется фактическая измеренная плотность, а не номинальные значения, указанные в справочнике.
Допуски по плотности указываются редко, поскольку отклонения внутри одного сорта обычно составляют менее одного процента. Гораздо важнее допуск по химическому составу, который гарантирует соответствие сплава требованиям спецификации по коррозионной стойкости и механическим свойствам. Стандарты ASTM Такие стандарты, как ASTM A240 для листовой нержавеющей стали и ASTM A36 для конструкционной углеродистой стали, определяют эти пределы состава.
Для стандартных промышленных закупок вполне достаточно использовать номинальные значения плотности стали, указанные в данной статье. Для изделий из углеродистой стали всегда проверяйте соответствие конкретного сорта стали, указанного в MTC, вашему заказу.
Часто задаваемые вопросы
Какова плотность стали в кг/м³?
Плотность углеродистой и низкоуглеродистой стали составляет 7,850 кг/м³. Плотность нержавеющей стали варьируется от 7,700 кг/м³ для ферритных марок, таких как 430, до 8,000 кг/м³ для высоколегированных марок, таких как 904L. Для точных расчетов всегда используйте удельную плотность марки стали.
Какая плотность нержавеющей стали?
Плотность нержавеющей стали колеблется от 7,700 до 8,000 кг/м³ в зависимости от марки и состава сплава. Аустенитные марки, такие как 304 и 316, имеют самую высокую плотность — примерно от 7,930 до 8,000 кг/м³. Ферритные марки, такие как 430, легче — около 7,700 кг/м³. Дуплексные марки имеют промежуточную плотность — приблизительно 7,800 кг/м³.
Какова плотность нержавеющей стали 304?
Плотность нержавеющей стали 304 составляет 7,930 кг/м³ (7.93 г/см³, 0.286 фунта/дюйм³). Это примерно на один процент выше, чем у углеродистой стали, из-за содержания никеля. Номинальная плотность стали 304L такая же, как у стали 304.
Нержавеющая сталь марки 316 тяжелее, чем 304?
Да. Плотность нержавеющей стали 316 составляет от 7,980 до 8,000 кг/м³, а стали 304 — 7,930 кг/м³. Разница в 0.6–0.9% обусловлена добавлением молибдена. Для крупных заказов эта небольшая разница влияет на общий вес, стоимость доставки и расчеты несущей способности конструкции.
Какова плотность стали в фунтах на кубический дюйм (lb/in³)?
Углеродистая сталь имеет удельный вес 0.284 фунта/дюйм³. Нержавеющая сталь марки 304 — 0.286 фунта/дюйм³. Нержавеющая сталь марки 316 — 0.288 фунта/дюйм³. Эти значения используются в североамериканской строительной и производственной инженерии.
Изменяет ли термическая обработка плотность стали?
Термическая обработка изменяет микроструктуру и механические свойства, но плотность изменяется менее чем на один процент. Для всех практических инженерных и закупочных расчетов следует использовать одинаковую номинальную плотность независимо от условий термической обработки.
Как рассчитать вес стальной пластины?
Чтобы получить объем в кубических метрах, умножьте длину на ширину и толщину. Затем умножьте на плотность стали в кг/м³. Например, пластина из стали A36 размером 2 м х 1 м х 10 мм имеет объем 0.02 м³ и весит 0.02 х 7,850 = 157 кг.
Почему нержавеющая сталь плотнее углеродистой стали?
Нержавеющая сталь содержит никель, атомная масса которого выше, чем у железа. Аустенитные марки, такие как 304 и 316, содержат от 8 до 14 процентов никеля, что увеличивает общую плотность. Ферритные марки нержавеющей стали, такие как 430, не содержат никеля и имеют плотность, близкую к плотности углеродистой стали.
Какая плотность у низкоуглеродистой стали?
Низкоуглеродистая сталь имеет плотность 7,850 кг/м³ (7.85 г/см³). Это соответствует плотности стандартной конструкционной углеродистой стали, поскольку низкоуглеродистая сталь — это просто низкоуглеродистая сталь с содержанием углерода менее 0.25 процента.
Как температура влияет на плотность стали?
Сталь расширяется при нагревании, что снижает её плотность. Плотность уменьшается примерно на 0.3 процента на каждые 100 градусов Цельсия. При 500 градусах Цельсия плотность углеродистой стали падает с 7,850 кг/м³ до примерно 7,740 кг/м³.
Где можно найти информацию о плотности в сертификате заводских испытаний?
В большинстве сертификатов заводских испытаний указывается химический состав, а не плотность напрямую. Для стандартных марок используйте номинальные значения, приведенные в инженерных справочниках или в данном руководстве. Для применений, требующих сертифицированной плотности, запросите у поставщика отдельный протокол испытаний материала.
Заключение
Точные значения плотности стали необходимы для инженерных расчетов, смет закупок и логистики доставки. Базовым показателем является плотность углеродистой стали 7,850 кг/м³, но показатели для нержавеющих марок могут существенно различаться. Для стали марки 304 это 7,930 кг/м³, для стали марки 316 — от 7,980 до 8,000 кг/м³, а для дуплексной стали 2205 — 7,800 кг/м³. Использование неверного значения может привести к перегрузке крана, неожиданностям с доставкой грузов и неправильным заказам материалов.
Приведенные в этой статье формулы расчета веса позволяют точно оценить вес листового металла, прутка, трубы и рулонов. Для высокотемпературных применений не забудьте внести небольшую температурную поправку. А если точность имеет значение, сверьте данные с сертификатом заводских испытаний.
Если вам необходимы сертифицированные стальные материалы с точными техническими характеристиками для вашего следующего проекта, свяжитесь с нами для получения ценового предложения. Компания LIANYUNGANG DAPU METAL CO., LTD поставляет углеродистую сталь, листовую нержавеющую сталь и легированные материалы с полной сертификацией заводских испытаний и осуществляет доставку по всему миру.
