Gostota ogljikovega jekla je 7,850 kg/m3 (7.85 g/cm3, 0.284 lb/in3). Stopnje nerjavečega jekla se gibljejo od 7,700 do 8,000 kg/m3, odvisno od sestave zlitine, pri čemer ima 304 7,930 kg/m3 in 316 7,980 kg/m3. Te majhne razlike so pomembne za izračun teže, stroške pošiljanja in konstrukcijsko zasnovo.
Leta 2024 je proizvodna delavnica v Jiangsuju naročila petdeset ton nerjaveče pločevine 316 za projekt kemične posode. Projektni inženir je za izračun obremenitev žerjava in zahtev glede vrvi uporabil 7,850 kg/m3, kar je standardna gostota ogljikovega jekla. Ko je pošiljka prispela, je bila skoraj za en odstotek pretežka. Nosilnost žerjava je bila mejna, ekipa za dvigovanje pa je morala ponovno izračunati težišče in dodati večji razporni drog. Zamuda je projekt stala cel dan. Jeklo je bilo v redu. Predpostavka o gostoti je bila napačna.
Ta članek vam ponuja natančne vrednosti gostote jekla za vse glavne razrede, pretvorbe enot za inženiring in nabavo ter podrobne formule za izračun teže, ki jih lahko takoj uporabite. Izvedeli boste tudi, kako temperatura vpliva na gostoto in kako preveriti vrednosti na potrdilih o preskusu v mlinu.
Ključni izdelki
- Ogljikovo in mehko jeklo imata standardno gostoto 7,850 kg/m3. Nerjaveče jeklo je gostejše zaradi vsebnosti niklja in molibdena.
- Nerjaveče jeklo 304 ima 7,930 kg/m3. Nerjaveče jeklo 316 ima od 7,980 do 8,000 kg/m3. Duplex 2205 ima 7,800 kg/m3.
- Teža je enaka prostornini, pomnoženi z gostoto. Uporabite pravilno gostoto za vaš specifični razred, da se izognete napačnim izračunom pri naročanju in dvigovanju.
- Gostota jekla se pri visokih temperaturah zaradi toplotnega raztezanja nekoliko zmanjša. Dovolite približno 0.3-odstotno zmanjšanje na 100 stopinj Celzija.
- Potrdila o preskusu mlinov navajajo dejansko gostoto toplote za kritične aplikacije. Za večino nabav zadostujejo nominalne vrednosti iz priročnika.
Za širši pregled nerjavnih kovin in njihovih lastnosti si oglejte našo popoln vodnik iz nerjavečega jeklaZa verodostojne podatke o inženirski gostoti med materiali, Inženirski rob vzdržuje obsežno referenčno tabelo kovin.
Kaj je gostota jekla?
Gostota jekla je njegova masa na enoto prostornine, običajno izražena v kilogramih na kubični meter (kg/m3) ali gramih na kubični centimeter (g/cm3). Za večino konstrukcijskih in inženirskih izračunov se ogljikovo in mehko jeklo uporablja standardna gostota 7,850 kg / m3. Svetovno združenje jekla poroča, da se letno proizvede več kot 1.8 milijarde ton jekla, zaradi česar so natančni podatki o gostoti ključnega pomena za svetovno trgovino in inženiring.
Ta vrednost izhaja iz železovo-ogljikove mrežne strukture. Čisto železo ima gostoto približno 7,874 kg/m3. Dodatek ogljika, ki je lažji od železa, skupaj z majhnimi količinami mangana in silicija, povprečje nekoliko zniža na 7,850 kg/m3 za običajne strukturne razrede, kot sta ASTM A36 in AISI 1018.
Gostota ni le fizična zanimivost. Neposredno določa, koliko tehta jeklena komponenta, kar vpliva na izračune nosilnosti konstrukcije, stroške prevoza, količine naročenega materiala in izbiro opreme. Uporaba napačne vrednosti lahko privede do premalo določenih žerjavov, preobremenjenih tovornjakov ali napačnih ocen materiala.
Standardne vrednosti gostote po enotskem sistemu
| Sistem enot | Ogljikovega jekla | 304 Nerjaveče | 316 Nerjaveče |
|---|---|---|---|
| kg / m3 | 7,850 | 7,930 | 7,980 |
| g / cm3 | 7.85 | 7.93 | 7.98 |
| lb/in3 | 0.284 | 0.286 | 0.288 |
| lb/ft3 | 490 | 495 | 498 |
Inženirji v Severni Ameriki za strukturne izračune pogosto uporabljajo lb/ft3 ali lb/in3. Evropski in azijski standardi običajno uporabljajo kg/m3. Preden začnete z izračuni, vedno preverite, kateri sistem enot zahteva vaša projektna specifikacija.
Gostota jekla po razredu: celoten grafikon
Različne vrste jekla imajo različne gostote, ker imajo legirni elementi različne atomske mase in kristalne strukture. Nikelj je na primer gostejši od železa. Krom je nekoliko manj gost. Končni učinek je odvisen od specifične sestave zlitine.
V naslednji tabeli so navedene nazivne gostote za običajne inženirske razrede. Za kritične aplikacije preverite specifično toplotno vrednost s certifikatom o preskusu mlina.
| Razred | Družina | Gostota (kg / m3) | Gostota (g / cm3) | Gostota (lb/in3) |
|---|---|---|---|---|
| A36 / 1018 / S235 | Ogljik / Strukturni | 7,850 | 7.85 | 0.284 |
| 1020 | Carbon | 7,870 | 7.87 | 0.284 |
| 1045 | Srednji ogljik | 7,850 | 7.85 | 0.284 |
| 4140 | Zlitina | 7,850 | 7.85 | 0.284 |
| 4340 | Zlitina | 7,850 | 7.85 | 0.284 |
| D2 | Jeklo za orodje | 7,700 | 7.70 | 0.278 |
| H13 | Jeklo za orodje | 7,800 | 7.80 | 0.282 |
| O1 | Jeklo za orodje | 7,860 | 7.86 | 0.284 |
Ogljikova in nizkolegirana jekla se tesno združujejo okoli 7,850 kg/m3. Orodna jekla se bolj razlikujejo zaradi visoke vsebnosti kroma, vanadija in volframa. Za podrobnejši vpogled v to, kako sestava zlitine vpliva na lastnosti materiala, raziščite našo razredi nerjavečega jekla vir.
Gostota nerjavečega jekla: popolna tabela po razredih
Gostota nerjavnega jekla se bolj razlikuje od gostote ogljikovega jekla. Avstenitne vrste serije 300 so gostejše od ogljikovega jekla zaradi vsebnosti niklja. Feritne in martenzitne vrste serije 400 so običajno lažje, ker vsebujejo malo ali nič niklja.
Avstenitne stopnje (serija 300)
| Razred | Gostota (kg / m3) | Gostota (g / cm3) | Opombe |
|---|---|---|---|
| 201 | 7,700 | 7.70 | Nižji nikelj, nadomeščeno z manganom |
| 304/304L | 7,930 | 7.93 | Najpogostejša vrsta nerjavečega jekla |
| 321 | 7,920 | 7.92 | Titan stabiliziran |
| 309S / 310S | 7,980 | 7.98 | Visoka vsebnost kroma in niklja |
| 316 / 316L / 316Ti | 7,980 da 8,000 | 7.98 da 8.00 | Molibden doda gostoto |
| 317/317L | 7,980 | 7.98 | Višji molibden kot 316 |
| 904L | 8,000 | 8.00 | Visoko legirana super avstenitna |
Feritne in martenzitne vrste (serija 400)
| Razred | Gostota (kg / m3) | Gostota (g / cm3) | Opombe |
|---|---|---|---|
| 410 / 410S / 416 | 7,750 | 7.75 | Osnovni martenzitni |
| 420 | 7,730 | 7.73 | Višja ogljična gostota za trdoto |
| 430 / 430F | 7,700 | 7.70 | Najpogostejša feritna vrsta |
| 440A / 440C | 7,740 da 7,620 | 7.74 da 7.62 | Visoka vsebnost ogljika, nižja gostota |
Dupleks in super dupleks
| Razred | Gostota (kg / m3) | Gostota (g / cm3) | Opombe |
|---|---|---|---|
| 2205 / S31803 | 7,800 | 7.80 | Najpogostejši dupleks razred |
| 2304 | 7,800 | 7.80 | Lean dupleks, nižja zlitina |
| 2507 / S32750 | 7,820 da 7,850 | 7.82 da 7.85 | Super dupleks, visoka trdnost |
Dupleksne jeklene vrste, kot je 2205, so nekoliko lažje od avstenitnih jekel 304 in 316. To je zato, ker dupleksna mikrostruktura vsebuje približno enake količine ferita in avstenita, skupna vsebnost niklja pa je nižja. Pri pomorskih in kemičnih aplikacijah, kjer je teža pomembna, se lahko ta 1.6-odstotna razlika sešteje pri velikih strukturah.
Za podrobne primerjave ocen glejte našo Primerjava 304 in 316 ali naši namenski vodniki za 304 nerjavno jeklo in 316 nerjavno jeklo.
Tabela gostote kovin: jeklo v primerjavi z drugimi kovinami
Inženirji pri izbiri materialov za aplikacije, občutljive na težo, pogosto primerjajo gostoto jekla z aluminijem, titanom in litino.
| Material | Gostota (kg / m3) | Gostota (g / cm3) | Odstotek teže jekla |
|---|---|---|---|
| Ogljikovega jekla | 7,850 | 7.85 | 100% |
| Stainless Steel 304 | 7,930 | 7.93 | 101% |
| Siva litina | 7,150 | 7.15 | 91% |
| Aluminij 6061 | 2,700 | 2.70 | 34% |
| Titan razred 2 | 4,510 | 4.51 | 57% |
| Baker C110 | 8,960 | 8.96 | 114% |
| Medenina C360 | 8,490 | 8.49 | 108% |
Aluminij ima približno tretjino gostote jekla, zaradi česar je privlačen za lažjo industrijo v vesoljski in avtomobilski industriji. Vendar pa ima aluminij bistveno manjšo togost in trdnost na enoto prostornine. Titan ponuja srednjo pot s približno 57 odstotki gostote jekla, z odličnim razmerjem med trdnostjo in težo ter odpornostjo proti koroziji. Lito železo je zaradi grafitnih vključkov približno 9 odstotkov lažje od jekla, vendar je tudi bolj krhko.
Za popolno primerjavo vrst jekla preberite naš vodnik o nerjavno jeklo proti ogljikovemu jeklu.
Kako izračunati težo jekla iz gostote
Osnovna formula je preprosta. Teža je enaka prostornini, pomnoženi z gostoto. Izziv je natančno izračunati prostornino za različne oblike.
Temeljna formula
Teža = Prostornina x Gostota
Za pravokotni blok je prostornina enaka dolžini krat širini krat debelini. Za valje in cevi morate najprej izračunati površino prečnega prereza.
Izračun teže plošč in listov
Za ravno ploščo ali list:
Teža (kg) = dolžina (m) x širina (m) x debelina (m) x gostota (kg/m3)
Delovni primerIzračunajte težo jeklene plošče A36 z merami 1,220 mm x 2,440 mm x 6 mm.
- Pretvori dimenzije v metre: 1.22 m x 2.44 m x 0.006 m
- Prostornina = 1.22 x 2.44 x 0.006 = 0.01786 m3
- Teža = 0.01786 x 7,850 = 140.2 kg
Za pločevino iz nerjavečega jekla uporabite 7,930 kg/m3 za 304 ali 7,980 kg/m3 za 316. Ista plošča iz 304 bi tehtala 141.6 kg. Razlika je majhna za eno ploščo, vendar se pri velikih naročilih sešteva.
Izračun teže okrogle palice
Za trdno okroglo palico:
Teža (kg) = pi x r² x dolžina (m) x gostota (kg/m3)
Kjer je r polmer v metrih.
Hiter približek, ki se uporablja v delavnicah, je:
Teža (kg/m²) = D2 / 162
Kjer je D premer v milimetrih.
Delovni primerIzračunajte težo palice iz nerjavečega jekla 304 s premerom 50 mm in dolžino 3 metre.
- Z uporabo natančne formule: Prostornina = pi x (0.025)2 x 3 = 0.00589 m3
- Teža = 0.00589 x 7,930 = 46.7 kg
- Uporaba hitre formule: (50 x 50) / 162 = 15.43 kg/m. Za 3 metre: 15.43 x 3 = 46.3 kg
Hitra formula daje natančen približek in je uporabna za terenske ocene.
Izračun teže jeklenih cevi
Za cev izračunajte površino prečnega prereza stene in jo pomnožite z dolžino.
Teža (kg) = pi/4 x (OD2 – ID2) x dolžina (m) x gostota (kg/m3)
Kjer sta zunanji in notranji premer v metrih. Lahko pa uporabite zunanji premer in debelino stene.
Delovni primerIzračunajte težo 2-palčne cevi iz ogljikovega jekla SCH 40, dolge 6 metrov.
- Zunanji premer = 60.3 mm (0.0603 m), debelina stene = 3.91 mm, notranji premer = 52.48 mm (0.05248 m)
- Površina prečnega prereza = pi/4 x (0.06032 – 0.052482) = 0.000692 m2
- Prostornina = 0.000692 x 6 = 0.00415 m3
- Teža = 0.00415 x 7,850 = 32.6 kg
Standardne tabele teže cevi navajajo, da je to približno 5.44 kg/m, torej 6 metrov ustreza 32.6 kg. Izračun se drži.
Izračun teže tuljav in trakov
Jekleno tuljavo obravnavajte kot dolgo, tanko pravokotno prizmo.
Teža (kg) = Širina (m) x Debelina (m) x Dolžina tuljave (m) x Gostota (kg/m3)
Če poznate notranji premer tuljave, zunanji premer in širino, lahko najprej izračunate tudi dolžino:
Dolžina (m) = pi x (zunanji rob² – notranji rob²) / (4 x debelina)
Nato uporabite zgornjo formulo za trakove.
Delovni primerTuljava iz nerjavečega jekla 304 je široka 1,000 mm, debela 2 mm in dolga 500 metrov.
- Prostornina = 1.0 x 0.002 x 500 = 1.0 m3
- Teža = 1.0 x 7,930 = 7,930 kg
Pri nabavi tuljav se tuljave iz nerjavečega jekla pogosto naročajo po teži, nekateri kupci pa določijo tudi dolžino. Poznavanje gostote omogoča natančno pretvorbo med obema.
Ali temperatura vpliva na gostoto jekla?
Da. Jeklo se pri segrevanju širi, in ker masa ostane konstantna, se gostota zmanjša. Učinek je majhen, vendar merljiv.
Koeficient toplotnega raztezanja ogljikovega jekla je približno 12 x 10⁻⁶ na stopinjo Celzija. To pomeni, da se palica dolžine enega metra poveča za 0.012 mm za vsako stopnjo povečanja temperature. Na splošno ta razteznost zmanjša gostoto.
Praviloma se gostota jekla zmanjša za približno 0.3 odstotka na vsakih 100 stopinj Celzija povišanje temperature. Pri 500 stopinjah Celzija se gostota ogljikovega jekla zmanjša s 7,850 kg/m3 na približno 7,740 kg/m3.
Za večino aplikacij pri sobni temperaturi je ta sprememba zanemarljiva. Za komponente peči, cevi kotlov in visokotemperaturno procesno opremo bi morali inženirji uporabiti temperaturno popravljene vrednosti gostote. Oddelek II kode ASME za kotle in tlačne posode določa temperaturno odvisne lastnosti materialov za konstrukcijske izračune.
Gostota pri nabavi in odpremi
Gostota jekla neposredno vpliva na stroške prevoza, načrtovanje žerjavov in proračun za material. Vodja nabave, ki predvideva, da ima vse jeklo enako težo na kvadratni meter, bo naredil drage napake.
Leta 2024 je nabavna ekipa v Ningbu primerjala ponudbi za plošče 304 in 316 za projekt pomorske opreme. Obe ponudbi sta bili določeni na kilogram, število plošč pa je bilo enako. Kar je ekipa sprva spregledala, je bilo, da plošča 316 tehta približno 0.6 odstotka več na kvadratni meter kot plošča 304. Za naročilo s težo štirideset ton je to pomenilo dodatnih 240 kilogramov. Pri tarifah za pomorski prevoz je dodatna teža samo k stroškom pošiljanja dodala približno 340 dolarjev. Cena samega materiala je bila pravilno ocenjena. Ocena prevoza pa ne.
Zato so pri nabavi pomembne natančne vrednosti gostote jekla. Pri pretvorbi iz specifikacij, ki temeljijo na površini, v naročila, ki temeljijo na teži, uporabite natančno gostoto za določeno vrsto. Ne predvidevajte, da gostota ogljikovega jekla velja za naročila nerjavečega jekla.
Pri velikih strukturnih projektih je lahko kumulativni učinek razlik v gostoti precejšen. Projektant platforme za morje, ki je zaradi odpornosti proti koroziji določil dupleks 2205 namesto 304, je dosegel 1.6-odstotno zmanjšanje teže jeklene nadgradnje. Pri več tisoč tonah se je to odrazilo v manjših obremenitvah temeljev, manjši dvižni opremi in nižjih stroških prevoza.
Če potrebujete pomoč pri izračunu teže materialov za vaš projekt, vam naša ekipa nudi tehnično svetovanje za natančne ocene.
Kako preveriti gostoto iz potrdil o preskusu mlina
Potrdila o preskusu jekla (MTC) dokumentirajo dejanske kemijske in fizikalne lastnosti jekla pri taljenju. Za kritične aplikacije je MTC verodostojen vir.
Večina MTC-jev ne navaja gostote neposredno. Namesto tega navajajo kemijsko sestavo v odstotkih. Gostoto lahko ocenite iz sestave z uporabo tehtanih povprečij gostot sestavin, vendar je to redko potrebno. Za inženirske namene so nominalne vrednosti v tem članku za standardne razrede natančne do enega odstotka.
Če vaša specifikacija zahteva certificirano gostoto, od dobavitelja zahtevajte ločeno poročilo o preskusu materiala. Nekatere specializirane aplikacije, kot sta vesoljska in jedrska industrija, zahtevajo dejansko izmerjeno gostoto in ne nominalnih priročniških vrednosti.
Tolerance gostote so redko določene, ker so odstopanja znotraj razreda običajno manjša od enega odstotka. Pomembnejša je toleranca kemične sestave, ki zagotavlja, da zlitina izpolnjuje korozijske in mehanske zahteve specifikacije. standardi ASTM kot sta ASTM A240 za nerjavno ploščo in ASTM A36 za konstrukcijsko ogljikovo jeklo, opredeljujejo te mejne vrednosti sestave.
Za standardno industrijsko nabavo je uporaba nominalnih vrednosti gostote jekla iz tega članka povsem zadostna. Pri izdelkih iz ogljikovega jekla vedno preverite, ali se specifična stopnja na MTC ujema z vašim naročilom.
Pogosto zastavljena vprašanja
Kakšna je gostota jekla v kg/m3?
Gostota ogljikovega in mehkega jekla je 7,850 kg/m3. Vrste nerjavečega jekla se gibljejo od 7,700 kg/m3 za feritne vrste, kot je 430, do 8,000 kg/m3 za visoko legirane vrste, kot je 904L. Za natančne izračune vedno uporabite gostoto specifične vrste.
Kakšna je gostota nerjavečega jekla?
Gostota nerjavečega jekla se giblje od 7,700 do 8,000 kg/m3, odvisno od vrste in sestave zlitine. Avstenitne vrste, kot sta 304 in 316, so najgostejše, približno od 7,930 do 8,000 kg/m3. Feritne vrste, kot je 430, so lažje, približno 7,700 kg/m3. Dupleksne vrste so vmes, približno 7,800 kg/m3.
Kakšna je gostota nerjavečega jekla 304?
Gostota nerjavečega jekla 304 je 7,930 kg/m3 (7.93 g/cm3, 0.286 lb/in3). To je zaradi vsebnosti niklja približno en odstotek več kot pri ogljikovem jeklu. 304L ima enako nazivno gostoto kot 304.
Je nerjaveče jeklo 316 težje od nerjavečega jekla 304?
Da. Nerjaveče jeklo 316 ima gostoto od 7,980 do 8,000 kg/m3, medtem ko ima gostoto 304 7,930 kg/m3. Razlika od 0.6 do 0.9 odstotka izhaja iz dodatka molibdena. Pri velikih naročilih ta majhna razlika vpliva na skupno težo, stroške prevoza in izračune strukturne obremenitve.
Kakšna je gostota jekla v lb/in3?
Ogljikovo jeklo ima 0.284 lb/in³. Nerjaveče jeklo 304 ima 0.286 lb/in³. Nerjaveče jeklo 316 ima 0.288 lb/in³. Te vrednosti se uporabljajo v severnoameriškem konstrukcijskem in proizvodnem inženirstvu.
Ali toplotna obdelava spremeni gostoto jekla?
Toplotna obdelava spremeni mikrostrukturo in mehanske lastnosti, vendar spremeni gostoto za manj kot en odstotek. Za vse praktične inženirske in nabavne izračune uporabite enako nominalno gostoto ne glede na pogoje toplotne obdelave.
Kako izračunam težo jeklene plošče?
Pomnožite dolžino s širino in debelino, da dobite prostornino v kubičnih metrih. Nato pomnožite z gostoto jekla v kg/m3. Na primer, plošča A36 dimenzij 2 m x 1 m x 10 mm ima prostornino 0.02 m3 in tehta 0.02 x 7,850 = 157 kg.
Zakaj je nerjaveče jeklo gostejše od ogljikovega jekla?
Nerjaveče jeklo vsebuje nikelj, ki ima večjo atomsko maso kot železo. Avstenitne vrste, kot sta 304 in 316, vsebujejo od 8 do 14 odstotkov niklja, kar poveča skupno gostoto. Feritne nerjavne vrste, kot je 430, ne vsebujejo niklja in imajo gostoto bližje ogljikovemu jeklu.
Kakšna je gostota mehkega jekla?
Mehko jeklo ima gostoto 7,850 kg/m3 (7.85 g/cm3). To je enako kot pri standardnem konstrukcijskem ogljikovem jeklu, ker je mehko jeklo preprosto nizkoogljično jeklo z manj kot 0.25 odstotka vsebnosti ogljika.
Kako temperatura vpliva na gostoto jekla?
Jeklo se pri segrevanju razširi, kar zmanjša gostoto. Gostota se zmanjša za približno 0.3 odstotka na 100 stopinj Celzija. Pri 500 stopinjah Celzija se gostota ogljikovega jekla zmanjša s 7,850 kg/m3 na približno 7,740 kg/m3.
Kje lahko najdem gostoto na potrdilu o preskusu mlina?
Večina certifikatov o preskusu v mlinu navaja kemično sestavo in ne neposredno gostote. Za standardne razrede uporabite nominalne vrednosti iz inženirskih priročnikov ali tega vodnika. Za aplikacije, ki zahtevajo certificirano gostoto, zahtevajte ločeno poročilo o preskusu materiala od svojega dobavitelja.
zaključek
Natančne vrednosti gostote jekla so bistvene za inženirske izračune, ocene nabave in logistiko pošiljanja. Osnova je ogljikovo jeklo z gostoto 7,850 kg/m3, vendar se razredi nerjavečega jekla precej razlikujejo. 304 ima gostoto 7,930 kg/m3. 316 ima gostoto od 7,980 do 8,000 kg/m3. Duplex 2205 ima gostoto 7,800 kg/m3. Uporaba napačne vrednosti lahko povzroči preobremenitve žerjavov, presenečenja pri prevozu tovora in napačna naročila materiala.
Formule za izračun teže v tem članku vam nudijo orodja za natančno oceno teže plošč, palic, cevi in tuljav. Pri visokotemperaturnih aplikacijah ne pozabite uporabiti majhnega temperaturnega popravka. In ko je natančnost pomembna, preverite s certifikatom o preskusu mlina.
Če za vaš naslednji projekt potrebujete certificirane jeklene materiale z natančnimi specifikacijami, nas kontaktirajte za ponudbo. LIANYUNGANG DAPU METAL CO., LTD dobavlja ogljikovo jeklo, pločevino iz nerjavečega jekla in legirane materiale s popolnim certifikatom Mill Test in globalno dostavo.
