Как найти удельный вес стали

• Примеси и добавки

• Удельный вес металлов

• Таблица удельного веса стали

• Вес стального листа

Сталь — это сплав, в котором содержится не менее 45% железа и 0,2-2,14% углерода, некоторое количество примесей и специальных присадок. Основные составляющие распространены в природе, легирующие элементы, напротив, могут быть ценными и редкими. Сталь — основной конструкционный материал, она используется для изготовления деталей, крепежей, корпусов различных механизмов. Твердые и прочные сплавы предназначены для строительства мостов, опор, производства инструментов. Другие, напротив, пластичны, легко обрабатываются давлением, резанием, штамповкой.

Некоторые марки разрабатываются исключительно для решения специфических задач, их число постоянно увеличивается и превышает 1500. Для определения свойств в материаловедении и металлургии предусмотрено несколько способов классификации:

• По содержанию углерода: увеличивает твердость и хрупкость, металл с высоким содержанием не пластичен, при деформации склонен к трещинообразованию, но в пределах допустимых нагрузок износостоек.
• По степени раскисления: железо получают из восстановленной окиси, активный элемент стремится к созданию соединений. Качество стали определяется чистотой от газов, серы. фосфора, органических включений.
• По структуре: легирование связывает железо и углерод в соединения, образующие кристаллическую решетку, не всегда похожую на исходный вариант. Выделено 4 структурных класса.
• По назначению: в зависимости от химических и физических свойств.

Удельный вес (Ƴ) стали — одна из важнейших характеристик. В физике эта величина указывает на силу тяжести, которую оказывает тело на поверхность или подвес. В любой системе она равна произведению плотности вещества и ускорения свободного падения (Ƴ= P*g). Измеряется в ньютонах.

Плотность (P=m/V) — это отношение массы к объему, рассчитывается в кг/м³. Если значение известно, можно определить тоннаж для грузоперевозки, рассчитать металлоемкость партии или каждой изготовляемой детали.

Значение Ƴ определяют в лабораторных условиях для абсолютно плотного вещества без примесей и посторонних включений. Плотность каждой марки установлена стандартами. Прежде всего, на оба показателя оказывает влияние химический состав. Марганец, углерод, хром, и алюминий делают сплав легче, кобальт, никель, вольфрам — тяжелее. Добавки естественных раскислителей и элементов, измельчающих зерно способствуют уплотнению. 

Каждое тело под воздействием нагрева расширяется, а под давлением становятся сжатым. Жаропрочные стали созданы для работы в высокотемпературной среде под действием механических нагрузок.

Примеси и добавки

Целевые присадки или лигатуры вступают в химическое соединения с железом, связывая его и предотвращая окисление, образуют карбиды и интерметаллиды, участвующие в формировании структуры. Каждый элемент имеет свое назначение, придает те или иные свойства, одновременно оказывая влияние на удельный вес стали.

• Марганец — природная примесь, присутствующая в составе железных руд. Марганец вводят в расплав в концентрации до 2% для раскисления. В дальнейшем он предохраняет металл от коррозии, повышает предел текучести, хладноломкости, износостойкость, но делает сплав чувствительным к перегреву. Это компенсируют элементами, измельчающими зерно. 
• Кремний — естественная примесь вводится в состав до 2% для интенсивного раскисления, структурно растворяется в железе, не взаимодействуя с углеродом, повышает предел текучести и прочность, в больших концентрациях (более 1%) приводит к снижению пластичности и порога холодового охрупчивания.
• Хром — увеличивает прочность, одновременно сохраняя пластичность, образует на поверхности пленку окислов, делающую изделия нержавеющими.
• Никель — значительно усиливает свойства хрома, отвечает за прокаливаемость, но из-за высокой цены его стараются заменить аналогами. 
• Вольфрам — образует очень твердые карбиды, измельчает зерно, предотвращает отпускную хрупкость.
• Ванадий — небольшие добавки значительно увеличивают прочность и стойкость к знакопеременным нагрузкам. Легирование применяют для производства нагруженных элементов.
• Молибден — измельчает структурные зерна, способствует термоупрочнению, противостоит усталостному разрушению.
• Кобальт — стойкость к ударным нагрузкам, нагреву, применяется для производства быстрорежущих инструментов с нагреваемой кромкой, увеличивает вторичную твердость при соблюдении циклов термообработки.
• Титан — повышает прочность и технологичность, измельчает зерно, раскисляет и защищает от коррозии.
• Ниобий — для кислотоупорных сталей с высокими требованиями к коррозионной стойкости сварных швов.
• Медь — повышает обрабатываемость, не снижая прочностные характеристики, способствует дисперсному твердению.
• Алюминий — удаляет газы из расплава, повышает жаростойкость готовых изделий.
• Цирконий — стабилизирует высоколегированные составы, измельчает структуру, позволяет получать материалы с заданной зернистостью.

Плотность железа 7874 кг/м³, у распространенных стальных марок этот показатель равен 7550-8200. Стали с большим удельным весом применяют для изготовления инструментов, в том числе обрабатывающих металлы. Легкие и прочные сплавы применяются в судостроении, самолетостроении, в производстве оборудования и предметов быта.

Таблица удельного веса стали

Основные эксплуатационные характеристики металлов: плотность, температурное расширение, модуль упругости, прочность, предел текучести. Для увеличения одного или нескольких параметров модифицируют химический состав, применяют разные технологии обработки.

Как меняется удельный вес при выплавке и прокатке:

• Разуглероживание, выгорание карбидов — структура становится более плотной;
• Хром, алюминий, марганец, титан — снижают;
• Медь, кобальт, вольфрам, никель — увеличивают;
• Холодное волочение — возрастает на 2-3%.

Следует помнить, что каждая марка имеет нижний и верхний порог легирования. Полировка, шлифовка, фрезерование приводят к неконтролируемым потерям сырья, поэтому при закупках и распределении все величины принимают с погрешностью. 

При горячем и холодном прокате применяют давление. Плотность значительно увеличивается при холодной штамповке. Этим методом изготавливают крепежи, оси автомобилей, тела вращения. 

Показатель также зависит от условий эксплуатации. Так у стали 30ХГСА (для осей и валов) при нагреве более 200⁰ параметр снижается с 7,85 г/см³ до 7,8. В минусовых температурах металл сжимается, но не целиком, точки усадки ограничиваются креплениями, сварными соединениями. Усадочные изменения характерны для обшивки морских судов, металлоконструкций в северных районах.

Вес стального листа

При покупке полуфабрикатов несложно применить геометрические формулы. Можно использовать калькуляторы и таблицы, или вычислить характеристики груза самостоятельно.Масса равна произведению объема и плотности:

m=V*P

Для определения объема необходимо перемножить следующие величины, удобнее считать в метрах:

• Длина;
• Ширина;
• Толщина.

Средняя масса углеродистой стали по системе СИ — 7850 кг/м³, она используется в большинстве онлайн-калькуляторов. Можно посмотреть точное значение в сопроводительной документации или округлить до 8, если требуется приблизительный расчет. Для вычисления веса пачки листов достаточно умножить полученное значение на количество единиц. Горячий прокат не отличается точностью, поверхностные слои могут подвергаться неравномерному окислению, поэтому полученная величина будет относительной, но погрешности при транспортировке не существенны. Точный вес стального листа имеет важное значение при обшивке ангаров, промышленных холодильников, судов, обустройстве крыш.

Для расчета веса стального листа можно воспользоваться нашим калькулятором металла.

Сталь — это деформируемый сплав железа и углерода, применяемый практически во всех областях промышленности и строительства.

Классифицируется сталь по маркам стали, каждая из которых отличается по механическим и физическим свойствам, а также по химическому составу.

Одно из таких свойств — плотность стали на единицу площади. Этот показатель нужно знать для проведения различных расчетов, например, определения веса погонного метра металлопроката.

Сталь подразделяется на две основные группы:

• углеродистая — сюда входят конструкционные и инструментальные сплавы;
• легированная — к ней относятся высоколегированные и низколегированные сплавы.

Всего существует более 1500 марок стали. Для них был рассчитан эталонный удельный вес стали равный 7,85 г/см³. В зависимости от марки конкретного сплава значение может отличаться в большую или меньшую сторону до 10% включительно.

В таблице ниже приведена плотность наиболее распространенных марок стали. Показатель остается неизменным при целостности внутренней структуры металла и температуре хранения не более 100°С. Чем выше температура, тем ниже плотность стали.

Таблица 1. Плотность стали в г/см³

Большинство легированных сталей разработано для определенных целей. Продукция различается по следующим параметрам.

• Содержание углерода. Углерод увеличивает твердость и хрупкость материала. Он преобладает в сплавах, подвергающихся трению и температурным нагрузкам. Превышение доли углерода более чем на 2,14% превращает сталь в чугун.
• Содержание вредоносных добавок. В процессе выплавки сталь насыщается серой, фосфором и прочими элементами. Они снижают прочностные характеристики сплава, усложняют его обработку. Чем меньше серы и фосфора содержится в материале, тем более он качественный.
• Структура. Выделяют 4 структурных класса стали. Они различаются количеством углерода и легирующих элементов. Каждый структурный класс соответствует определенному строению кристаллической решетки.

Назначение сплава определяется его характеристиками. Например, нержавеющие стали оптимальны для компонентов, работающих во влажной среде. Жаростойкие сплавы являются отличной основой для деталей, эксплуатируемых при высоких температурах.

Понятие удельного веса

Удельный вес стали – важнейшая характеристика, используемая при проектировании и лабораторных исследованиях. Параметр определяет силу, с которой материал воздействует на поверхность или подвес.

Удельный вес металла (стали) рассчитывается по формуле:

Большинство легированных сталей разработано для определенных целей. Продукция различается по следующим параметрам.

Y=P х g, где:
• Y – удельный вес стали в Ньютонах;
• Р – плотность материала в кг/м3;
• g – ускорение свободного падения (фиксированная величина).

Расчеты проводятся в лабораторных условиях. Для получения достоверного результата используется очищенное вещество, не содержащее примесей.

Зависимость удельного веса от легирующих присадок

На удельный вес сплава влияют легирующие элементы. Каждый компонент помогает достичь определенного результата.

• Марганец. Примесь естественного происхождения, используемая для раскисления материала. Добавка повышает коррозионную стойкость стали, предел текучести и хладноломкости. Вместе с этим увеличивается чувствительность к перегреву.
• Кремний. Раскисляющий элемент, растворяющийся в структуре железа. Кремний не оказывает влияния на углерод, повышает прочность материала и предел текучести. Большая концентрация присадки снижает пластичность продукта, приводит к его охрупчиванию на холоде.
• Хром. Ценный легирующий элемент, повышающий характеристики стали. Посредством хрома улучшается пластичность и коррозионная стойкость. На поверхности материала создается окисная пленка, предотвращающая контакт с агрессивными средами.
• Никель. Никель используется вместе с хромом. Он существенно усиливает свойства последнего, улучшает прокаливаемость материала.
• Вольфрам. Легирующий элемент, образующий твердые карбиды. С его помощью снижается размер зерна, уменьшается отпускная хрупкость сплава.
• Кобальт. Материал, повышающий устойчивость к вибрациям и ударам. Кобальт также улучшает термическую стойкость, продлевает сохранение заточки у отрезного инструмента.
• Ванадий. Легирование ванадием повышает устойчивость к переменным нагрузкам. Элемент часто встречается в сталях, используемых для изготовления нагруженных деталей.
• Молибден. Элемент предотвращает усталостное разрушение. Он измельчает размер зерна, повышает термическую устойчивость материала.
• Ниобий. Легирующий элемент, используемый при производстве кислотоупорных сталей. Ниобий также повышает коррозионную стойкость и долговечность материала.
• Титан. Посредством титана измельчается зерно, повышается прочность и коррозионная стойкость сплава.
• Медь. Присадки на базе меди улучшают обрабатываемость стали без снижения ее прочности.
• Алюминий. Алюминий способствует повышению жаростойкости и удалению газов из расплавленного сырья.

Для стабилизации сплавов с большим числом легирующих элементов используется циркон. Он способствует измельчению структуры, позволяет получить материал заданной зернистости.

Удельный вес чистого железа составляет 7 874 кг/м³. Для сталей различных марок показатель варьируется в пределах 7 550 – 8 200 кг/м³.

Удельный вес легирующих элементов, используемых при изготовлении сталей, представлен в таблице.

Таблица 1 Удельный вес легирующих элементов

Определить удельный вес стали отечественных марок позволяет отдельная таблица

Таблица 2 Удельный вес сталей

Каждая марка имеет верхний и нижний порог легирования. Несоответствие количества легирующих элементов обозначенному диапазону исключает принадлежность стали к указанной марке.

Вес стального листа

Для определения веса стального листа необходимо умножить плотность материала на его объем. Показатели плотности уточняются в справочнике. Объем рассчитывается перемножением длины, ширины и толщины проката.

Стандартный лист имеет длину 2 500 мм при ширине 1 250 мм. Толщина зависит от сортамента. Наиболее популярные размеры: 1,5 мм, 2,0 мм и 3,0 мм.

Обработка легированных и углеродистых сталей

Для работы с легированными и углеродистыми сталями нужен соответствующий инструмент. Подбор подходящей продукции гарантирует высокое качество и скорость выполнения работ.

Воспользовавшись каталогом магазина «РИНКОМ», Вы приобретете все необходимое для обработки стали: сверла, фрезы, развертки, зенкеры, резцы и многое другое. Продукция соответствует международным стандартам качества, всегда есть в наличии.

Все статьи

Сталь — популярный конструкционный материал, используемый в производстве различных деталей, инструментов, механизмов. Существует более полутора тысяч марок деформируемого сплава железа с углеродом. И все они различаются между собой.

Одно из наиболее важных отличий — удельный вес с единицей измерения «г/см³«. Величина маркируется латинской буквой «Y» и означает силу воздействия тела на подвес или поверхность.

Показатель, принятый за эталон, составляет 7,85. Однако в зависимости от химического состава конкретной марки металлопроката, а также температуры хранения значение будет меняться.

Примеси, присадки и их роль

Кроме железа, углерода сталь включает позитивные и негативные компоненты, которые оказывают влияние на удельный вес. Часть элементов будет уменьшать конечное значение. Другие компоненты, напротив, увеличат показатель.

К положительным составляющим относят специальные присадки. Отрицательные — это нежелательные примеси. Ниже рассмотрим результат их воздействия на материал.

Таблица №1 Добавки и примеси в составе стали и их влияние на свойства и удельный вес.

Цветные металлы: определяем вес

По-другому величину называют плотностью. Для того чтобы определить ее значение, необходимо взять соотношение сухого материала и объема металла в состоянии полной плотности.

Ниже вы увидите сведения по цветным металлам, измеряемые в кг/м³:

• никель — 8 910;
• цинк — 7 130;
• ванадий — 6 110;
• олово — 7 290;
• хром — 7 190;
• серебро 10 500;
• платина 21 450;
• молибден 10 220);
• алюминий — 2 698;
• свинец — 11 337;
• магний — 1 740;
• медь — 8 930;
• золото — 19 320;
• вольфрам — 19 300;
• тантал — 16 650;
• титан — 4 505.

Рекомендации по расчету веса стального листа

В этом случае можете выбрать для себя один из трех способов действия: рассчитать параметр самостоятельно, обратиться к табличным данным, воспользоваться онлайн-калькуляторами.

Чтобы произвести самостоятельный расчет, рекомендуем использовать простую формулу: P (плотность) * V (объем) = M (масса). При этом плотность будет определяться как произведение ширины, длины, толщины.

Как правило, параметры стандартного листа будут следующими:

• ширина — 1 250 мм;
• длина — 2 500 мм.

Значение толщины будет зависеть от сортамента.

Если вы обращаетесь к электронному калькулятору, как правило, в программах берется одинаковое значение — 7 850 килограмм/кубический метр. Это средняя масса углеродистой стали.

Для получения приблизительного результата (в случае горячего проката) величину можно немного округлить до 8. Если вас интересует точность, которая необходима при обустройстве крыш, обшивке ангаров, советуем обратиться к сопроводительной документации.

Вес листа оцинкованной стали, согласно ГОСТ 14918-80, будет меняться в границах 3,34-19,82 килограмм/квадратный метр.

Удельный вес: обобщенные сведения

Ниже будет представлена таблица, составленная для вашего удобства. В ней мы собрали показатели по следующим маркам:

• конструкционным углеродистым качественным — 10, 20, 30, 40, 10Г2, 08кп, 10кп;
• хромоникельвольфрамовым — ЭИ69;
• электро-техническим малоуглеродистым — ЭА, А и Э, ЭАА;
• хромистым — 2Х13, 1Х13, Х25, Х27, Х17, Х28, 3Х13;
• малоуглеродистым — 10 и 10А, 20 и 20А;
• конструкционным — А12;
• высокоуглеродистым — 70 (ВС и ОВС);
• легированным конструкционным — 15Г, 30ХГСА, 20ХГР;
• хромоникельвольфрамовым с кремнием — Х25Н20С2;
• хромованадиевым — 40ХФА, 50ХФА, 30ХГСА, 20ХН3А;
• специальным нелегированным — 45Г2;
• криогенным конструкционным нержавеющим — 12х18н10т;
• никельхромовым — ЭИ 418;
• рессорно-пружинным конструкционным — 65Г;
• инструментальным штамповым — 5ХНМ, Х12МФ;
• хромокремнемолибденовым — ЭИ107;
• среднеуглеродистым — 45;
• хромоникелевым конструкционным легированным — 40ХН.

В таблице также указаны и другие типы материала.

Таблица №2 Удельный вес марок стали.