Густина вуглецевої сталі становить 7,850 кг/м3 (7.85 г/см3, 0.284 фунта/дюйм3). Марки нержавіючої сталі коливаються від 7,700 до 8,000 кг/м3 залежно від складу сплаву, де 304 має 7,930 кг/м3, а 316 – 7,980 кг/м3. Ці невеликі відмінності мають значення для розрахунку ваги, вартості доставки та конструкційного дизайну.
У 2024 році виробничий цех у провінції Цзянсу замовив п'ятдесят тонн нержавіючої сталі марки 316 для проекту будівництва хімічного судна. Інженер проекту використав 7,850 кг/м3, стандартну щільність вуглецевої сталі, для розрахунку навантажень крана та вимог до такелажу. Коли вантаж прибув, він був майже на один відсоток перевантажений. Вантажопідйомність крана була граничною, і команді з підйому довелося перерахувати центр ваги та додати більший розпірний брус. Затримка коштувала проекту цілий день. Сталь була в порядку. Припущення щодо щільності було неправильним.
У цій статті наведено точні значення густини сталі для кожного основного сорту, перетворення одиниць вимірювання для проектування та закупівель, а також покрокові формули для розрахунку ваги, які ви можете використовувати негайно. Ви також дізнаєтеся, як температура впливає на густину та як перевіряти значення в сертифікатах випробувань на заводі.
Ключові винесення
- Вуглецева та низьковуглецева сталь мають стандартну щільність 7,850 кг/м3. Марки нержавіючої сталі щільніші через вміст нікелю та молібдену.
- Нержавіюча сталь 304 має щільність 7,930 кг/м3. Нержавіюча сталь 316 має щільність від 7,980 до 8,000 кг/м3. Дуплексна сталь 2205 має щільність 7,800 кг/м3.
- Вага дорівнює об'єму, помноженому на густину. Використовуйте правильну густину для вашого конкретного сорту, щоб уникнути помилок у замовленні та підйомі.
- Густина сталі дещо зменшується за високих температур через теплове розширення. Допускається зменшення приблизно на 0.3 відсотка на кожні 100 градусів Цельсія.
- У сертифікатах випробувань млинів зазначено фактичну щільність нагріву для критичних застосувань. Номінальних значень, наведених у довіднику, достатньо для більшості закупівель.
Для отримання ширшого огляду марок нержавіючої сталі та їхніх властивостей див. наш повний напрямний з нержавіючої сталіЩоб отримати достовірні дані про технічну щільність для різних матеріалів, Інженерний край підтримує вичерпну довідкову таблицю металів.
Що таке щільність сталі?
Густина сталі — це її маса на одиницю об'єму, зазвичай виражається в кілограмах на кубічний метр (кг/м3) або грамах на кубічний сантиметр (г/см3). Для більшості конструкційних та інженерних розрахунків вуглецева та маловуглецева сталь використовує стандартну густину 7,850 kg / m3, Всесвітня асоціація сталі повідомляється, що щорічно виробляється понад 1.8 мільярда тонн сталі, що робить точні дані про щільність критично важливими для світової торгівлі та машинобудування.
Це значення випливає з решітки заліза-вуглецю. Чисте залізо має густину приблизно 7,874 кг/м3. Додавання вуглецю, який легший за залізо, разом з невеликою кількістю марганцю та кремнію, дещо знижує середнє значення до 7,850 кг/м3 для поширених конструкційних марок, таких як ASTM A36 та AISI 1018.
Густина — це не просто фізична диковинка. Вона безпосередньо визначає вагу сталевого компонента, що впливає на розрахунки навантаження на конструкцію, транспортні витрати, кількість замовлених матеріалів та вибір обладнання. Використання неправильного значення може призвести до використання неточних кранів, перевантажених вантажівок або неправильної оцінки матеріалів.
Стандартні значення густини за системою одиниць
| Блок системи | Вуглецева сталь | 304 Нержавіюча | 316 Нержавіюча |
|---|---|---|---|
| кг / m3 | 7,850 | 7,930 | 7,980 |
| г / см3 | 7.85 | 7.93 | 7.98 |
| фунт/дюйм3 | 0.284 | 0.286 | 0.288 |
| фунт/фут3 | 490 | 495 | 498 |
Інженери в Північній Америці часто використовують фунти/фут³ або фунти/дюйм³ для розрахунків конструкцій. У європейських та азійських стандартах зазвичай використовується кг/м³. Завжди перевіряйте, яку систему одиниць вимірювання вимагає ваш проект, перш ніж виконувати розрахунки.
Щільність сталі за маркою: повна таблиця
Різні марки сталі мають різну щільність, оскільки легуючі елементи мають різні атомні маси та кристалічні структури. Нікель, наприклад, щільніший за залізо. Хром трохи менш щільний. Кінцевий ефект залежить від конкретного складу сплаву.
У наступній таблиці наведено номінальну густину для поширених інженерних марок сталі. Для критичних застосувань перевірте питому теплоємність за сертифікатом випробувань на млин.
| Grade | Family | Щільність (кг / м3) | Щільність (g / cm3) | Щільність (фунт/дюйм³) |
|---|---|---|---|---|
| А36 / 1018 / S235 | Вуглець / Структурний | 7,850 | 7.85 | 0.284 |
| 1020 | Вуглець | 7,870 | 7.87 | 0.284 |
| 1045 | Середній вуглець | 7,850 | 7.85 | 0.284 |
| 4140 | Сплав | 7,850 | 7.85 | 0.284 |
| 4340 | Сплав | 7,850 | 7.85 | 0.284 |
| D2 | Інструментальна сталь | 7,700 | 7.70 | 0.278 |
| H13 | Інструментальна сталь | 7,800 | 7.80 | 0.282 |
| O1 | Інструментальна сталь | 7,860 | 7.86 | 0.284 |
Вуглецеві та низьколеговані сталі щільно згруповані приблизно за 7,850 кг/м3. Інструментальні сталі різняться більше через високий вміст хрому, ванадію та вольфраму. Щоб глибше зануритися в те, як склад сплаву впливає на властивості матеріалу, ознайомтеся з нашою марки нержавіючої сталі ресурс.
Щільність нержавіючої сталі: повна таблиця за марками
Густина нержавіючої сталі варіюється більше, ніж густина вуглецевої сталі. Аустенітні марки серії 300 мають вищу густину, ніж вуглецева сталь, через вміст нікелю. Феритні та мартенситні марки серії 400, як правило, легші, оскільки вони містять мало або взагалі не містять нікелю.
Аустенітні марки (серія 300)
| Grade | Щільність (кг / м3) | Щільність (g / cm3) | примітки |
|---|---|---|---|
| 201 | 7,700 | 7.70 | Нижчий нікель, заміщений марганцем |
| 304 / 304л | 7,930 | 7.93 | Найпоширеніший сорт нержавіючої сталі |
| 321 | 7,920 | 7.92 | Титан стабілізований |
| 309S / 310S | 7,980 | 7.98 | Високий вміст хрому та нікелю |
| 316 / 316L / 316Ti | 7,980 до 8,000, | 7.98 до 8.00, | Молібден додає щільності |
| 317 / 317л | 7,980 | 7.98 | Вище молібдену, ніж 316 |
| 904L | 8,000 | 8.00 | Високолегований супераустенітний |
Феритні та мартенситні марки сталі (серія 400)
| Grade | Щільність (кг / м3) | Щільність (g / cm3) | примітки |
|---|---|---|---|
| 410 / 410S / 416 | 7,750 | 7.75 | Базовий мартенситний |
| 420 | 7,730 | 7.73 | Більше вуглецю для твердості |
| 430 / 430F | 7,700 | 7.70 | Найпоширеніший феритний сорт |
| 440А / 440С | 7,740 до 7,620, | 7.74 до 7.62, | Високий вміст вуглецю, нижча щільність |
Дуплекс та супердуплекс
| Grade | Щільність (кг / м3) | Щільність (g / cm3) | примітки |
|---|---|---|---|
| 2205 / S31803 | 7,800 | 7.80 | Найпоширеніший дуплексний сорт |
| 2304 | 7,800 | 7.80 | Lean дуплекс, низькосплавний сплав |
| 2507 / S32750 | 7,820 до 7,850, | 7.82 до 7.85, | Супердуплекс, висока міцність |
Дуплексні марки сталі, такі як 2205, трохи легші за аустенітні 304 та 316. Це пояснюється тим, що дуплексна мікроструктура містить приблизно однакову кількість фериту та аустеніту, а загальний вміст нікелю нижчий. Для морських та хімічних застосувань, де вага має значення, ця різниця в 1.6 відсотка може накопичуватися на великих конструкціях.
Для детального порівняння оцінок дивіться наші Порівняння 304 та 316 або наші спеціалізовані гіди нержавіюча сталь 304 та нержавіюча сталь 316.
Таблиця щільності металу: сталь проти інших металів
Інженери часто порівнюють щільність сталі з алюмінієм, титаном та чавуном, вибираючи матеріали для застосувань, чутливих до ваги.
| Матеріальна | Щільність (кг / м3) | Щільність (g / cm3) | Відсоток ваги сталі |
|---|---|---|---|
| Вуглецева сталь | 7,850 | 7.85 | 100% |
| Нержавіюча сталь 304 | 7,930 | 7.93 | 101% |
| Сірий чавун | 7,150 | 7.15 | 91% |
| Алюміній 6061 | 2,700 | 2.70 | 34% |
| Титан 2 класу | 4,510 | 4.51 | 57% |
| Мідь С110 | 8,960 | 8.96 | 114% |
| Латунь C360 | 8,490 | 8.49 | 108% |
Алюміній приблизно втричі легший за сталь, що робить його привабливим для полегшення конструкції в аерокосмічній та автомобільній промисловості. Однак алюміній має значно нижчу жорсткість і міцність на одиницю об'єму. Титан пропонує золоту середину, складаючи приблизно 57 відсотків від щільності сталі, з відмінним співвідношенням міцності до ваги та стійкістю до корозії. Чавун приблизно на 9 відсотків легший за сталь через включення графіту, але він також більш крихкий.
Для повного порівняння типів сталі прочитайте наш посібник з нержавіюча сталь проти вуглецевої сталі.
Як розрахувати вагу сталі за щільністю
Фундаментальна формула проста. Вага дорівнює об'єму, помноженому на густину. Завдання полягає в точному обчисленні об'єму для різних форм.
Фундаментальна формула
Вага = Об'єм x Густина
Для прямокутного блоку об'єм дорівнює добутку довжини, помноженої на ширину, помноженому на товщину. Для циліндрів і труб спочатку потрібно обчислити площу поперечного перерізу.
Розрахунок ваги плит та листів
Для плоскої плити або листа:
Вага (кг) = Довжина (м) x Ширина (м) x Товщина (м) x Густина (кг/м3)
Розроблений прикладОбчисліть вагу сталевої пластини A36 розміром 1,220 мм на 2,440 мм на 6 мм.
- Перетворіть розміри в метри: 1.22 м x 2.44 м x 0.006 м
- Об'єм = 1.22 x 2.44 x 0.006 = 0.01786 м3
- Вага = 0.01786 x 7,850 = 140.2 кг
Для листів нержавіючої сталі використовуйте 7,930 кг/м3 для марки 304 або 7,980 кг/м3 для марки 316. Той самий лист зі сталі 304 важив би 141.6 кг. Різниця невелика для одного листа, але вона накопичується при великих замовленнях.
Розрахунок ваги круглого прутка
Для суцільного круглого бруска:
Вага (кг) = пі x r² x Довжина (м) x Густина (кг/м3)
Де r — радіус у метрах.
Швидкий наближений приклад, який використовується у виробничих цехах:
Вага (кг/м) = D2 / 162
Де D – діаметр у міліметрах.
Розроблений прикладОбчисліть вагу прутка з нержавіючої сталі марки 304 діаметром 50 мм і довжиною 3 метри.
- Використовуючи точну формулу: Об'єм = пі x (0.025)² x 3 = 0.00589 м³
- Вага = 0.00589 x 7,930 = 46.7 кг
- Використовуючи швидку формулу: (50 x 50) / 162 = 15.43 кг/м. Для 3 метрів: 15.43 x 3 = 46.3 кг
Швидка формула дає близьке наближення та корисна для польових оцінок.
Розрахунок ваги сталевих труб
Для труби обчисліть площу поперечного перерізу стінки та помножте її на довжину.
Вага (кг) = пі/4 x (OD2 – ID2) x Довжина (м) x Густина (кг/м3)
Де зовнішній діаметр та внутрішній діаметр вказані в метрах. Або ж використовуйте зовнішній діаметр та товщину стінки.
Розроблений прикладОбчисліть вагу 2-дюймової труби з вуглецевої сталі SCH 40, довжиною 6 метрів.
- Зовнішній діаметр = 60.3 мм (0.0603 м), товщина стінки = 3.91 мм, внутрішній діаметр = 52.48 мм (0.05248 м)
- Площа поперечного перерізу = пі/4 x (0.06032 – 0.052482) = 0.000692 м2
- Об'єм = 0.000692 x 6 = 0.00415 м3
- Вага = 0.00415 x 7,850 = 32.6 кг
У стандартних таблицях ваги труб це приблизно 5.44 кг/м, отже 6 метрів дорівнює 32.6 кг. Розрахунок правильний.
Розрахунок ваги котушки та смуги
Для сталевої котушки розглядайте її як довгу, тонку прямокутну призму.
Вага (кг) = Ширина (м) x Товщина (м) x Довжина рулону (м) x Щільність (кг/м3)
Якщо ви знаєте внутрішній діаметр котушки, зовнішній діаметр та ширину, ви також можете спочатку обчислити довжину:
Довжина (м) = пі x (зовнішній діаметр² – внутрішній діаметр²) / (4 x товщина)
Потім застосуйте вищезгадану формулу смужки.
Розроблений прикладКотушка з нержавіючої сталі 304 має ширину 1,000 мм, товщину 2 мм і довжину 500 метрів.
- Об'єм = 1.0 x 0.002 x 500 = 1.0 м3
- Вага = 1.0 x 7,930 = 7,930 кг
Для закупівлі рулонів рулони з нержавіючої сталі часто замовляються за вагою, але деякі покупці вказують довжину. Знання щільності дозволяє точно конвертувати між ними.
Чи впливає температура на щільність сталі?
Так. Сталь розширюється при нагріванні, і оскільки маса залишається постійною, густина зменшується. Ефект невеликий, але вимірний.
Коефіцієнт теплового розширення вуглецевої сталі становить приблизно 12 x 10⁻⁶ на градус Цельсія. Це означає, що пруток довжиною один метр збільшується на 0.012 мм на кожні один градус підвищення температури. В об'ємі це розширення зменшує щільність.
Як правило, щільність сталі зменшується приблизно на 0.3 відсотка на кожні 100 градусів Цельсія підвищення температури. При 500 градусах Цельсія щільність вуглецевої сталі падає з 7,850 кг/м3 до приблизно 7,740 кг/м3.
Для більшості застосувань за температури навколишнього середовища ця зміна незначна. Для компонентів печей, труб котлів та високотемпературного технологічного обладнання інженери повинні використовувати значення щільності, скориговані за температурою. Розділ II Кодексу ASME для котлів та посудин під тиском містить температурно-залежні властивості матеріалів для проектних розрахунків.
Щільність у закупівлях та доставці
Щільність сталі безпосередньо впливає на витрати на перевезення, планування використання кранів та складання бюджету на матеріали. Менеджер із закупівель, який припускає, що вся сталь важить однаково на квадратний метр, припуститься дороговартісних помилок.
У 2024 році команда закупівель у Нінбо порівнювала цінові пропозиції на листи 304 та 316 для проекту морського обладнання. Обидві цінові пропозиції були вказані за кілограм, а кількість листів була ідентичною. Спочатку команда не врахувала, що лист 316 важить приблизно на 0.6 відсотка більше на квадратний метр, ніж лист 304. Для замовлення вагою в сорок тонн це означало додаткові 240 кілограмів. За ставками морських перевезень додаткова вага додавала приблизно 340 доларів до вартості доставки. Сам матеріал був оцінений правильно. Оцінка вартості перевезення – ні.
Ось чому точні значення густини сталі важливі під час закупівель. Під час перетворення специфікацій на основі площі на замовлення на основі ваги використовуйте точну густину для зазначеної марки. Не припускайте, що густина вуглецевої сталі застосовується до замовлень на нержавіючу сталь.
Для великих будівельних проектів кумулятивний ефект від різниці в щільності може бути значним. Проектувальник морської платформи, який вказав дуплексну сталь 2205 замість 304 для стійкості до корозії, отримав зниження ваги сталевої надбудови на 1.6 відсотка. При вартості тисяч тонн це призвело до зниження навантаження на фундамент, зменшення ваги підйомного обладнання та зменшення транспортних витрат.
Якщо вам потрібна допомога з розрахунком ваги матеріалів для вашого проєкту, наша команда надає технічні консультації для отримання точних кошторисів.
Як перевірити щільність за сертифікатами випробувань млинів
Сертифікати прокатних випробувань (СВП) документують фактичні хімічні та фізичні властивості плавки сталі. Для критичних застосувань СВП є авторитетним джерелом.
Більшість MTC не вказують густину безпосередньо. Натомість вони вказують хімічний склад у відсотках. Ви можете оцінити густину за складом, використовуючи середньозважені значення густини компонентів, але це рідко буває необхідним. Для інженерних цілей номінальні значення в цій статті є точними з точністю до одного відсотка для стандартних марок.
Якщо ваша специфікація вимагає сертифікованої щільності, запросіть окремий звіт про випробування матеріалу у свого постачальника. Деякі спеціалізовані застосування, такі як аерокосмічна та ядерна енергетика, вимагають фактично виміряної щільності, а не номінальних значень, зазначених у довіднику.
Допуски на густину рідко вказуються, оскільки коливання в межах одного сорту зазвичай становлять менше одного відсотка. Важливіше значення має допуск на хімічний склад, який гарантує, що сплав відповідає вимогам специфікації щодо корозії та механічних властивостей. стандарти ASTM такі як ASTM A240 для нержавіючої сталі та ASTM A36 для конструкційної вуглецевої сталі визначають ці межі складу.
Для стандартних промислових закупівель використання значень номінальної щільності сталі, наведених у цій статті, є цілком достатнім. Для виробів з вуглецевої сталі завжди перевіряйте, чи відповідає конкретна марка на MTC вашому замовленню.
Поширені запитання
Яка густина сталі в кг/м3?
Густина вуглецевої та маловуглецевої сталі становить 7,850 кг/м3. Марки нержавіючої сталі коливаються від 7,700 кг/м3 для феритних марок, таких як 430, до 8,000 кг/м3 для високолегованих марок, таких як 904L. Завжди використовуйте густину конкретної марки для точних розрахунків.
Яка щільність нержавіючої сталі?
Густина нержавіючої сталі коливається від 7,700 до 8,000 кг/м3 залежно від марки та складу сплаву. Аустенітні марки, такі як 304 та 316, є найгуснішими та становлять приблизно від 7,930 до 8,000 кг/м3. Феритні марки, такі як 430, легші та мають близько 7,700 кг/м3. Дуплексні марки знаходяться в проміжному положенні та мають щільність приблизно 7,800 кг/м3.
Яка щільність нержавіючої сталі 304?
Густина нержавіючої сталі 304 становить 7,930 кг/м³ (7.93 г/см³, 0.286 фунта/дюйм³). Це приблизно на один відсоток вище, ніж у вуглецевої сталі, через вміст нікелю. 304L має таку ж номінальну густину, як і 304.
Чи нержавіюча сталь 316 важча за 304?
Так. Нержавіюча сталь 316 має щільність від 7,980 до 8,000 кг/м3, тоді як 304 — 7,930 кг/м3. Різниця від 0.6 до 0.9 відсотка пов'язана з додаванням молібдену. Для великих замовлень ця невелика різниця впливає на загальну вагу, вартість перевезення та розрахунки навантаження на конструкцію.
Яка густина сталі в фунтах/дюйм³?
Вуглецева сталь має 0.284 фунта/дюйм³. Нержавіюча сталь 304 має 0.286 фунта/дюйм³. Нержавіюча сталь 316 має 0.288 фунта/дюйм³. Ці значення використовуються в північноамериканському конструкційному та виробничому машинобудуванні.
Чи змінює термічна обробка щільність сталі?
Термічна обробка змінює мікроструктуру та механічні властивості, але вона змінює густину менш ніж на один відсоток. Для всіх практичних інженерних та закупівельних розрахунків використовуйте ту саму номінальну густину незалежно від умов термічної обробки.
Як розрахувати вагу сталевого листа?
Помножте довжину на ширину та товщину, щоб отримати об'єм у кубічних метрах. Потім помножте на густину сталі в кг/м3. Наприклад, плита A36 розміром 2 м на 1 м на 10 мм має об'єм 0.02 м3 та важить 0.02 x 7,850 = 157 кг.
Чому нержавіюча сталь щільніша за вуглецеву сталь?
Нержавіюча сталь містить нікель, який має вищу атомну масу, ніж залізо. Аустенітні марки, такі як 304 та 316, містять від 8 до 14 відсотків нікелю, що збільшує загальну щільність. Феритні марки нержавіючої сталі, такі як 430, не містять нікелю та мають щільність, ближчу до вуглецевої сталі.
Яка щільність низьковуглецевої сталі?
Низьковуглецева сталь має щільність 7,850 кг/м3 (7.85 г/см3). Це така ж щільність, як і у стандартної конструкційної вуглецевої сталі, оскільки низьковуглецева сталь — це просто низьковуглецева сталь із вмістом вуглецю менше 0.25 відсотка.
Як температура впливає на щільність сталі?
Сталь розширюється при нагріванні, що зменшує щільність. Щільність зменшується приблизно на 0.3 відсотка на кожні 100 градусів Цельсія. При 500 градусах Цельсія щільність вуглецевої сталі падає з 7,850 кг/м3 до приблизно 7,740 кг/м3.
Де я можу знайти інформацію про щільність у сертифікаті випробувань на млин?
У більшості сертифікатів випробувань на млинах зазначено хімічний склад, а не безпосередньо густину. Для стандартних марок використовуйте номінальні значення з інженерних довідників або цього посібника. Для застосувань, що вимагають сертифікованої густини, запросіть окремий звіт про випробування матеріалу у свого постачальника.
Висновок
Точні значення щільності сталі є важливими для інженерних розрахунків, оцінок закупівель та логістики доставки. Вуглецева сталь має щільність 7,850 кг/м3, але марки нержавіючої сталі значно варіюються. 304 має щільність 7,930 кг/м3. 316 має щільність від 7,980 до 8,000 кг/м3. Дуплексна сталь 2205 має щільність 7,800 кг/м3. Використання неправильного значення може призвести до перевантаження крана, несподіваних перевезень та неправильних замовлень матеріалів.
Формули для розрахунку ваги в цій статті надають вам інструменти для точної оцінки ваги листів, прутків, труб і рулонів. Для застосувань за високих температур пам’ятайте про необхідність невеликої поправки на температуру. А коли точність має значення, звірте її зі сертифікатом випробувань на заводі.
Якщо вам потрібні сертифіковані сталеві матеріали з точними специфікаціями для вашого наступного проекту, зв'яжіться з нами для отримання цінової пропозиції. LIANYUNGANG DAPU METAL CO., LTD постачає вуглецеву сталь, листову нержавіючу сталь та леговані матеріали з повною сертифікацією на проведення випробувань на заводах та доставкою по всьому світу.
