Сталь - деформируемый сплав малого количества углерода (до 2%) с железом и другими элементами. Это один из самых распространённых материалов, применяемый в почти во всех отраслях промышленности. Классифицируются по маркам стали, которые различаются по структуре, различным механическим и различным физическим свойствам, а также по химическому составу.
Ниже приведена таблица веса 1м2 стали, наиболее распространённых марок в г/см3:
| Тип стали | Марка | Удельный вес (г/см3) |
| криогенная нержавеющая конструкционная | 12Х18Н10Т | 7,9 |
| жаропрочная нержавеющая коррозионно-стойкая | 08Х18Н10Т | 7,9 |
| низколегированная конструкционная | 09Г2С | 7,85 |
| качественная конструкционная углеродистая | 10,20,30,40 | 7,85 |
| углеродистая конструкционная | Ст3сп, Ст3пс | 7,87 |
| штамповая инструментальная | Х12МФ | 7,7 |
| рессорно-пружинная конструкционная | 65Г | 7,85 |
| штамповая инструментальная | 5ХНМ | 7,8 |
| легированная конструкционная | 30ХГСА | 7,85 |
| сталь высоко-углеродистая | 70 (ВС и ОВС) | 7,85 |
| сталь среднеуглеродистая | 45 | 7,85 |
| сталь мало-углеродистая | 10 и 10А; 20 и 20А | 7,85 |
| сталь мало-углеродистая электро-техническая (Армко) | А и Э; ЭА; ЭАА | 7,8 |
| сталь хромистая | 15ХА | 7,74 |
| сталь хромоалюминиевомолибденовая азотируемая | 38ХМЮА | 7,65 |
| сталь хромомарганцовокремнистая | 25ХГСА | 7,85 |
| сталь хромованадиевая | 30ХГСА; 20ХН3А | 7,85 |
Так как существует огромное количество марок стали (около 1500), мы представили только удельный вес стали наиболее распространённых марок. Более подробную информацю про вес 1 м2 стали можно найти в других статьях на нашем сайте.
Исходя из характеристик стали, можно выделить такие основные - плотность, коэффициент линейного расширения, модули упругости и сдвига. По химическому составу различают легированные и углеродистые. В последнюю, на ряду с углеродом и добавлением железа, также добавляют марганец (0,1 - 1,0%) и кремний (до 0,4%). Для добавления особых свойств в сталь добавляют вредные примеси: фосфор - придаёт хрупкости при низких температурах, а при нагревании до определённых температур, уменьшает пластичность; сера - образовывает мелкие трещины (красноломкость) при высоких температурах.
Рассчитываться удельный вес стали по следующей формуле: y=P/V, где P - вес однородного тела, V - объём соединения. Получаемый параметр постоянный и работает только тогда, когда сталь имеет абсолютно плотное состояние и непористую структуру.
По справочнику физических свойств и материалов установлено, что вес стали 1м2 идентичен плотности стали, что равняется 7,85 г/см3. Изменяется этот параметр так:
| Обработка стали/Добавление примесей | Изменения по сравнению с стандартом 7,85 г/см3 |
| углерод | удельный вес уменьшается |
| хром, алюминий, марганец | удельный вес уменьшается |
| кобальт, вольфрам, медь | удельный вес увеличивается |
| деформации волочением | удельный вес увеличивается, но не более 2-3% |
Железо представляет собой элемент восьмой группы побочной подгруппы соответствующей таблицы элементов и является одним из самых распространенных металлов в земной коре, занимая второе место после алюминия. Железо в простом виде - металл ковкого типа белого цвета с серебристым оттенком. Этот вид материалов обладает высокой способностью к химическим реакциям, особенно процессу корродации на воздухе при высокой влажности и температуре. В кислороде чистого типа железо в простом виде горит. При мелкодисперсном состоянии на воздухе самовозгорается.
Обычно под названием железо подразумевают различные его сплавы с содержанием примесей до 0,8 процентов. Последние позволяют улучшить пластичность и мягкость металла чистого типа. Применяются сплавы с углеродом, где в состав входит чугун около 2,14 процентов от углерода и стали около 2,14 процентов от углерода, а также сплавы с добавление металлов легирующего типа. В чистом виде железо очень редко встречается в природе, чаще в составе никелевых метеоритов железного типа. По распространенности в мире занимает четвертое место.
Таблица удельного веса железа
Так как, железо является сложным материалом, рассчитать вес железа, а именно показатель удельного веса, в полевых условиях самостоятельно не представляется возможным. Эти вычисления проводят в специальных химических лабораториях. Однако, при этом средний удельный вес железа известен и составляет 7,874 г/см3.
Для упрощения подсчетов ниже представлена таблица с значениями удельного веса железа, а также его веса в зависимости от единиц исчисления.
Таблица веса железа
Свойства железа
Железо представляет собой типичный металл белого цвета с серебристым и сероватым оттенком. Обладает хорошей пластичностью, выраженными магнитными свойствами, а также отлично изменяет свои свойства под воздействием примесей. Железу характерен магнетизм.
Данный тип элементов подразделяют на четыре модификации по кристаллическому признаку:
Приблизительно около 95 процентов от всего металлургического производства приходится на железо, что делает его одним из самых востребованных металлов в мире. Из основных направлений стоит отметить:
Марки стали углеродистой
Углеродистая сталь обыкновенного качества в зависимости от назначения подразделяется на три группы:
- группа А - поставляемая по механическим свойствам;
- группа Б - поставляемая по химическому составу;
- группа В - поставляемая по механическим свойствам и химическому составу.
В зависимости от нормируемых показателей стали группы А подразделяются на три категории: А1, А2, А3; стали группы Б на две категории: Б1 и Б2; стали группы В на шесть категорий: В1, В2, В3, В4, В5, В6.
Для стали группы А установлены марки Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6.
Для стали группы Б марки БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6.
Сталь группы В изготовляется мартеновским и конвертерным способом. Для нее установлены марки ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.
Буквы Ст обозначают сталь, цифры от 0 до 6 - условный номер марки стали в зависимости от химического состава и механических свойств. С повышением номера стали возрастают пределы прочности (σ в) и текучести (σ т) и уменьшается относительное удлинение (δ 5).
Марку стали Ст0 присваивают стали, отбракованной по каким-либо признакам. Эту сталь используют в неответственных конструкциях.
В ответственных конструкциях применяют сталь Ст3сп.
Буквы Б и В указывают на группу стали, группа А в обозначении не указывается.
Если сталь относится к кипящей, ставится индекс "кп", если к полустойкой - "пс", к спокойной - "сп". Качественные углеродистые конструкционные стали применяют для изготовления ответственных сварных конструкций. Качественные стали по ГОСТ 1050-74 маркируются двузначными цифрами, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, марки 10, 15, 20 и т.д. означают, что сталь содержит в среднем 0,10%, 0,15%, 0,2% углерода.
Сталь по ГОСТ 1050-74 изготовляют двух групп: группа I - с нормальным содержанием марганца (0,25-0,8%), группа II - с повышенным содержанием марганца (0,7-1,2%). При повышенном содержании марганца в обозначение дополнительно вводится буква Г, указывающая, что сталь имеет повышенное содержание марганца.
Марки стали легированной
Легированные стали кроме обычных примесей содержат элементы, специально вводимые в определенных количествах для обеспечения требуемых свойств. Эти элементы называются легирующими. Легированные стали подразделяются в зависимости от содержания легирующих элементов на низколегированные (2,5% легирующих элементов), среднелегированные (от 2,5 до 10% и высоколегированные (свыше 10%).
Легирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др.
Легированные стали маркируются цифрами и буквами, указывающими примерный состав стали. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в состав стали (Г - марганец, С - кремний, Х -хром, Н - никель, Д - медь, А - азот, Ф - ванадий), а стоящие за ней цифры - среднее содержание элемента в процентах. Если элемента содержится менее 1%, то цифры за буквой не ставятся. Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.
|
Плотность стали, удельный вес стали |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Плотность стали- (7,7-7,9)*10 3 кг /м 3 ; Удельный вес стали- (7,7-7,9) г /cм 3 ; Удельная теплоемкость стали при 20 o C - 0,11 кал/град; Температура плавления стали - 1300-1400 o C ; Удельная теплоемкость плавления стали - 49 кал/град; Коэффициент теплопроводности стали - 39ккал/м*час*град; Коэффициент линейного расширения стали (при температуре около 20 o C) : сталь 3 (марка 20) - 11,9 (1/град); сталь нержавеющая - 11,0 (1/град). Предел прочности стали при растяжении: сталь для конструкций - 38-42 (кГ/мм 2); сталь кремнехромомарганцовистая - 155 (кГ/мм 2); сталь машиноподелочная (углеродистая) - 32-80 (кГ/мм 2); сталь рельсовая - 70-80 (кГ/мм 2); |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Модули упругости стали и коэффициент Пуассона |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Величины допускаемых напряжений стали (кГ/мм 2) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
здесь .
Основные характеристики стали:
- плотность
- модуль упругости и модуль сдвига
- коэффициент линейного расширения
- и другие
Марки стали углеродистой
Углеродистая сталь обыкновенного качества в зависимости от назначения подразделяется на три группы:
- группа А - поставляемая по механическим свойствам;
- группа Б - поставляемая по химическому составу;
- группа В - поставляемая по механическим свойствам и химическому составу.
Примерный химический состав нержавеющей стали (в %) Дамасская и булатная сталь. Дамасская сталь - первоначально то же, что и булат; позднее - сталь, полученная кузнечной сваркой сплетенных в жгут стальных полос или проволоки с различным содержанием углерода. Название получила от города Дамасск (Сирия), где производство этой стали было развито в средние века и, отчасти, в новое время.Булатная сталь (булат) - литая углеродистая сталь со своеобразной структурой и узорчатой проверхностью, обладающая высокой твердостью и упругостью. Из булатной стали изготовляли холодное оружие исключительной стойкости и остроты. Булатная сталь упоминается еще Аристотелем. Секрет изготовления булатной стали, утерянный в средние века, раскрыл в XIX веке П.П.Аносов. Опираясь на науку, он определил роль углерода как элемента, влияющего на качество стали, а также изучил значение ряда других элементов. Выяснив важнейшие условия образования лучшего сорта углеродистой стали - булата, Аносов разработал технологию его выплавки и обработки (Аносов П.П. О булатах. Горный журнал, 1841, № 2, с.157-318).Плотность стали, удельный вес стали и другие характеристики стали Плотность стали - (7,7-7,9)*10 3 кг /м 3 ;Удельный вес стали - (7,7-7,9) г /cм 3 ;Удельная теплоемкость стали при 20°C - 0,11 кал/град;Температура плавления стали - 1300-1400°C ;Удельная теплоемкость плавления стали - 49 кал/град;Коэффициент теплопроводности стали - 39ккал/м*час*град;Коэффициент линейного расширения стали (при температуре около 20°C) : сталь 3 (марка 20) - 11,9 (1/град); сталь нержавеющая - 11,0 (1/град).Предел прочности стали при растяжении : сталь для конструкций - 38-42 (кГ/мм 2); сталь кремнехромомарганцовистая - 155 (кГ/мм 2); сталь машиноподелочная (углеродистая) - 32-80 (кГ/мм 2); сталь рельсовая - 70-80 (кГ/мм 2);Плотность стали, удельный вес сталиПлотность стали - (7,7-7,9)*10 3 кг /м 3 (приблизительно 7,8*10 3 кг /м 3);Плотность вещества (в нашем случае стали) есть отношение массы тела к его объему (другими словами плотность равна массе единицы объема данного вещества):d=m/V, где m и V - масса и объем тела.За единицу плотности принимают плотность такого вещества, единица объема которого имеет массу, равную единице:
в системе СИ это 1 кг /м 3 , в системе СГС - 1 г /см 3 , в системе МКСС - 1 тем /м 3 . Эти единицы связаны между собой соотношением:1 кг /м 3 =0,001 г /см 3 =0,102 тем /м 3 .Удельный вес стали - (7,7-7,9) г /cм 3 (приблизительно 7,8 г /cм 3);Удельный вес вещества (в нашем случае стали) есть отношение силы тяжести Р однородного тела из данного вещества (в нашем случае стали) к объему тела. Если обозначить удельный вес буквой γ , то:γ=P/V .С другой стороны, удельный вес можно рассматривать, как силу тяжести единицы объема данного вещества (в нашем случае стали). Удельный вес и плотность связаны таким же соотношением, как вес и масса тела:γ/d=P/m=g.За единицу удельного веса принимают: в системе СИ - 1 н /м 3 , в системе СГС - 1 дн /см 3 , в системе МКСС - 1 кГ/м 3 . Эти единицы связаны между собой соотношением:1 н /м 3 =0,0001 дн /см 3 =0,102 кГ/м 3 .Иногда используют внесистемную единицу 1 Г/см 3 .Так как масса вещества, выраженная в г , равна его весу, выраженному в Г, то удельный вес вещества (в нашем случае стали), выраженный в этих единицах, численно равен плотности этого вещества, выраженной в системе СГС.Аналогичное численное равенство существует и между плотностью в системе СИ и удельным весом в системе МКСС.
Плотность стали Модули упругости стали и коэффициент Пуассона
Величины допускаемых напряжений стали (кГ/мм 2) Свойства некоторых электротехнических сталей Нормируемый химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380-71
| Марка стали | Содержание элементов, % | ||||
| C | Mn | Si | P | S | |
| не более | |||||
| Ст0 | Не более 0,23 | - | - | 0,07 | 0,06 |
| Ст2пс Ст2сп |
0,09...0,15 | 0,25...0,50 | 0,05...0,07 0,12...0,30 |
0,04 | 0,05 |
| Ст3кп Ст3пс Ст3сп Ст3Гпс |
0,14...0,22 | 0,30...0,60 0,40...0,65 0,40...0,65 0,80...1,10 |
не более 0,07 0,05...0,17 0,12...0,30 не более 0,15 |
0,04 | 0,05 |
| Ст4кп Ст4пс Ст4сп |
0,18...0,27 | 0,40...0,70 | не более 0,07 0,05...0,17 0,12...0,30 |
0,04 | 0,05 |
| Ст5пс Ст5сп |
0,28...0,37 | 0,50...0,80 | 0,05...0,17 0,12...0,35 |
0,04 | 0,05 |
| Ст5Гпс | 0,22...0,30 | 0,80...1,20 | не более 0,15 | 0,04 | 0,05 |
| Марка стали | Предел прочности (временное сопротивление) σ в, МПа |
Предел текучести σ т, МПа | Относительное удлинение коротких образцов δ 5 , % | Изгиб на 180° при диаметре оправки d | ||||
| толщина образца s, мм | ||||||||
| до 20 | 20...40 | 40...100 | до 20 | 20...40 | 40...100 | до 20 | ||
| Ст0 | 310 | - | - | - | 23 | 22 | 20 | d=2s |
| ВСт2пс ВСт2сп |
340...440 | 230 | 220 | 210 | 32 | 31 | 29 | d=0 (без оправки) |
| ВСт3кп ВСт3пс ВСт3сп ВСт3Гпс |
370...470 380...490 380...500 |
240 250 250 |
230 240 240 |
220 230 230 |
27 26 26 |
26 25 25 |
24 23 23 |
d=0,5s |
| ВСт4кп ВСт4пс ВСт4Гсп |
410...520 420...540 |
260 270 |
250 260 |
240 250 |
25 24 |
24 23 |
22 21 |
d=2s | ВСт5пс ВСт5сп ВСт5Гпс |
500...640 460...600 |
290 290 |
280 280 |
270 270 |
20 20 |
19 19 |
17 17 |
d=3s |
