1.0ステンレス鋼の密度
1.1ステンレス鋼の密度入門
ステンレス鋼の密度は、単位体積あたりに含まれる質量を指します。通常、以下の範囲となります。 7.5および8.0 g/cm³ （または 7500～8000 kg/m³, 0.27～0.29ポンド/立方インチ）であり、ステンレス鋼材料の重要な物理的特性の一つです。正確な値は合金の種類と組成によって異なります。
ステンレス鋼は、少なくとも 10.5%クロム、追加要素として、 炭素、ケイ素、マンガン、ニッケル、モリブデン、チタン、 そして 銅 用途に応じて添加される合金元素は、その性質を決定するだけでなく、 耐食性, 機械的強度、 そして 成形性、またその直接的な影響も及ぼします 密度.
エンジニアリング設計と品質管理では、 密度は重要なパラメータである 重量推定、耐荷重計算、材料費評価に使用されます。様々なステンレス鋼の密度を理解することで、正確な計算が可能になります。 材料の選択 そして 構造設計.
1.2304および316ステンレス鋼の密度
- 304ステンレス鋼の密度：≈ 7.93 g/cm³ （7930 kg/m³または0.286 lb/in³）
304は最も一般的に使用されているオーステナイト系ステンレス鋼です。密度は、フェライト系およびマルテンサイト系ステンレス鋼（403など）よりもわずかに高く、316よりもわずかに低く、銅よりも低く、アルミニウムや炭素鋼よりも高くなります。 - 316ステンレス鋼の密度：≈ 7.98 g/cm³ （7980 kg/m³または0.288 lb/in³）
304と比較して、316ステンレス鋼にはより多くの ニッケル そして モリブデン結果的に密度がわずかに高くなります。
1.3ステンレス鋼の密度表
| ステンレスタイプ | 密度（g/cm³） | 密度（kg/m³） | 密度（lb/in³） |
| 201 | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 202 | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 301 | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 302 | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 303 | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 304 | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 304L | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 304LN | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 305 | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 321 | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 309S | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 310S | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 316 | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 316L | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 316Ti | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 316LN | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 317 | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 317L | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 347 | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 904L | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 2205 | 7.8 | 7800 | 0.282 |
| S31803 | 7.8 | 7800 | 0.282 |
| S32750 | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 403 | 7.75 | 7750 | 0.28 |
| 410 | 7.75 | 7750 | 0.28 |
| 410S | 7.75 | 7750 | 0.28 |
| 416 | 7.75 | 7750 | 0.28 |
| 431 | 7.75 | 7750 | 0.28 |
| 440A | 7.74 | 7740 | 0.28 |
| 440C | 7.62 | 7620 | 0.275 |
| 420 | 7.73 | 7730 | 0.28 |
| 439 | 7.7 | 7700 | 0.278 |
| 430 | 7.7 | 7700 | 0.278 |
| 430F | 7.7 | 7700 | 0.278 |
| 434 | 7.74 | 7740 | 0.28 |
| 444 | 7.75 | 7750 | 0.28 |
| 405 | 7.72 | 7720 | 0.279 |
*これらの密度は、温度と圧力の標準条件で示されます。
1.4最も一般的な鋼の密度チャート
| 鋼の種類 | 学年 | 主な合金元素（FeとC以外） | 密度（g/cm³） | 密度（kg/m³） | 密度（lb/in³） |
| 炭素鋼 | 低炭素 | – | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 中炭素 | – | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| 高炭素 | – | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| 合金鋼 | 4140 | クロム、モリブデン | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 4340 | クロム、ニッケル、モリブデン | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| 8620 | クロム、ニッケル、モリブデン | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| ステンレス鋼 | 304 | Cr 18%、Ni 8% | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 316 | Cr 16–18%、Ni 10–14%、Mo | 7.98 – 8.00 | 7980～8000 | 0.288 – 0.289 | |
| 410 | Cr 11.5–13.5% | 7.75～7.80 | 7750 – 7800 | 0.280 – 0.282 | |
| 430 | Cr 16–18% | 7.70 | 7700 | 0.278 | |
| 工具鋼 | D2 | Cr、Mo、V | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| H13 | Cr、Mo、V | 7.80 | 7800 | 0.282 | |
| M2 | モ、ウェスト、ヴ | 8:00～8:30 | 8000～8300 | 0.289 – 0.300 | |
| 高速度鋼 | T1 | W、Mo、V | 8.50 | 8500 | 0.307 |
| M42 | モリブデン、コバルト、タングステン、クロム | 8.30 | 8300 | 0.300 | |
| 耐候性鋼 | A242 | Cr、Ni | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| A588 | Cr、Ni | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| 構造用鋼 | A36 | – | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| A992 | VまたはNb | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| マルエージング鋼 | 250 | ニッケル、コバルト、モリブデン、チタン | 8.10 | 8100 | 0.293 |
| 300 | ニッケル、コバルト、モリブデン、チタン | 8.10 | 8100 | 0.293 | |
| 二相ステンレス鋼 | 2205 | Cr 22%、Ni 5%、Mo 3% | 7.80 | 7800 | 0.282 |
| スーパーデュプレックス鋼 | 2507 | Cr 25%、Ni 7%、Mo 4% | 7.80 | 7800 | 0.282 |
| シリコン鋼 | 穀物指向 | Si ~3% | 7.65 | 7650 | 0.276 |
| スプリングスチール | 5160 | Cr 約0.7～0.9% | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 1095 | – | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| ハドフィールド・スチール | – | Mn ~12%、Si | 7.87 | 7870 | 0.285 |
| 快削鋼 | 12L14 | 鉛、硫黄 | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 窒素鋼 | – | 北 | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 電気鋼板 | 非指向性 | Si 2–3.5% | 7.65 | 7650 | 0.276 |
| 極低温鋼 | 9%ニッケル | ニ9% | 8.00 | 8000 | 0.289 |
| HSLAスチール | – | さまざまな合金元素 | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| UHSS（超高強度） | – | Nb、Tiなどとの合金化 | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 亜鉛メッキ鋼 | – | 亜鉛コーティング | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| ボロン鋼 | – | B | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| レール鋼 | – | Cr、Mn | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 鉄筋鋼 | – | – | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| IFスチール | – | チタンまたはニオブ | 7.85 | 7850 | 0.284 |
1.5ステンレス鋼の密度変換: kg/m³、g/cm³、lbs/in³
| ユニット | 説明 | 変換式 |
| kg/m³ | 立方メートルあたりキログラム | 1 kg/m³ = 0.001 g/cm³ = 1000 g/m³ = 0.000036127 ポンド/インチ³ |
| g/cm³ | 立方センチメートルあたりのグラム数 | 1 g/cm³ = 1000 kg/m³ = 0.036127 ポンド/インチ³ |
| ポンド/インチ³ | 立方インチあたりの重量 | 1 ポンド/立方インチ = 27,680 kg/立方メートル = 27.68 g/cm³ |
2.0二相ステンレス鋼とその独特の密度
密度： 約 7.7～7.8 g/cm³オーステナイト系ステンレス鋼よりも低いため、 フェライトの存在密度が低いです。
2.1概要
二相ステンレス鋼は オーステナイトとフェライト ほぼ同量です。この二相構造により、 高強度 そして素晴らしい 応力腐食割れに対する耐性要求の厳しいアプリケーションに最適です。
2.2構成
一般的なグレード UNS S31803 そして S32205 含む：
- 21–23% クロム
- 4.5～6.5%ニッケル
- 2.5～3.5% モリブデン
これらの要素は耐食性と強度対重量比を向上させ、 化学薬品, 石油・ガス、 そして 海洋 環境。
2.3主なメリット
- 収穫量が2倍 強さ 標準ステンレス鋼
- 可能 薄い素材コストと重量を削減
- 良い 溶接性 そして 熱伝導率
- 低熱膨張高圧および腐食性システムに適しています
3.0ステンレス鋼の種類による密度の比較
オーステナイト系ステンレス鋼304や316などのグレードの密度は約7.9 g/cm³です。主にクロムとニッケルで構成されており、非磁性、耐腐食性、延性に優れています。密度が高いため、海洋、化学、その他の高耐久性が求められる用途に最適です。
フェライト系ステンレス鋼430や409などのグレードは密度がやや低く、通常7.7～7.8 g/cm³です。クロム含有量が多くニッケル含有量が少ないため、磁性が高く、応力腐食割れに対する耐性が高く、自動車の排気システムや重量が重視される用途に適しています。
マルテンサイト系ステンレス鋼410や420といったグレードも、7.7～7.8g/cm³の範囲です。これらの鋼は炭素含有量が多いため、熱処理後に高い硬度が得られます。耐食性は劣りますが、工具、刃物、高応力部品などにおいて優れた強度対重量比を備えています。
4.0ステンレス鋼の密度に影響を与える要因
ステンレス鋼の密度は固定値ではなく、いくつかの重要な要因によって異なります。
4.1合金組成
密度は合金元素の種類と割合によって大きく異なります。
- 鉄 (Fe): 基本元素。基準密度を決定します。
- クロム (Cr): 約 7,190 kg/m³; 全体の密度がわずかに低下します。
- ニッケル (Ni): 約 8,900 kg/m³。含有量が多いほど密度が高くなります。
- モリブデン (Mo): 約 10,280 kg/m³; 密度が大幅に増加します。
- その他の元素（炭素、窒素、マンガン、シリコンなど）は影響は小さいですが、高性能グレードでは重要になる場合があります。
4.2温度変化
温度が上昇すると、熱膨張により体積が増加し、密度が減少します。
- 平均すると、密度は 100°C 上昇するごとに約 0.4% 減少します。
- 極端に高いまたは低い温度は、密度と材料の性能の両方に影響を及ぼす可能性があります。
4.3圧力条件
- 高圧により原子構造が圧縮され、密度が増加します。
- 低圧（例：真空）によりわずかに膨張し、密度が低下する可能性があります。
高圧または真空環境ではこれらの影響を考慮する必要があります。
4.4気孔率
- 多孔性とは、物質の内部にある空隙または隙間を指します。
- 多孔度が高くなると、有効な金属体積が減少し、密度が低下します。
- 次のようなプロセス 粉 冶金 または 焼結 多孔性が生じる可能性があります。
4.5製造工程
- パラメータ例 炉の温度, 冷却速度, 合金化順序、 そして 熱 処理 微細構造と最終密度に影響を及ぼす可能性があります。
- 最適化されたプロセス制御により、一貫した安定した材料特性が保証されます。
5.0ステンレス鋼の密度が性能に与える影響
ステンレス鋼の密度は、その原子構造の緻密さを反映するだけでなく、さまざまな物理的特性や機械的特性にも影響を与えます。
- 抗張力: 高密度ステンレス鋼は、通常、原子構造がより密であるため引張強度が高く、張力下での破損に対する耐性が向上します。
- 硬度: 密度の高い材料は原子がより密集しているため、硬度が高くなり、へこみ、傷、変形に対する耐性が高くなります。
- 延性: 密度が低いステンレス鋼は延性が高く、破損することなく伸びる傾向があるため、大きな変形が必要な用途に最適です。
- 耐腐食性: より高密度の微細構造により、腐食性媒体の浸透経路が短縮され、特に過酷な環境において耐腐食性が向上します。
- 成形性原子配列が緩い低密度鋼は、曲げ、深絞り、打ち抜き加工が容易で、複雑な部品や精密部品に適しています。
- 溶接性高密度ステンレス鋼は、分子間力が強いため、一般的に溶解に多くのエネルギーが必要となり、溶接が困難になります。一方、密度が低いグレードは、一般的に溶接が容易です。
- 加工性高密度鋼は硬く弾性が高いため、切削抵抗と工具摩耗が増加します。低密度鋼は加工が容易で効率も高くなります。
- 持続可能性: 密度が高いステンレス鋼は、強度と耐久性に優れていることが多く、耐用年数が長くなり、交換頻度が少なくなり、資源効率が向上します。
6.0ステンレス鋼の密度の実用的用途における役割
- 重量計算密度は材料の重量を計算する上で重要であり (重量 = 密度 × 体積)、輸送コストや構造荷重設計に影響します。
- 材料の選択密度によって適したニーズが異なります。強度が重要な部品には高密度鋼、軽量設計には低密度鋼を使用します。
- 強度推定密度は、機械的強度と剛性を推定するのに役立ち、建設、機械、圧力容器における材料選択に役立ちます。
- 耐食性評価: 密度が高いほど、微細構造が緻密になり、ガスや液体の腐食に対する耐性が向上します。
- 熱性能設計密度は熱伝導率と熱容量に影響し、熱交換器や熱システムにとって重要です。
- 浮力と安定性の解析海洋構造物やタンクなどの流体環境では、密度を使用して浮力と安定性を分析します。
- 加工パラメータ設定密度の変化は、製造時の切削力、工具の選択、冷却方法に影響します。
- 構造シミュレーションとモデリング: 信頼性の高いシミュレーション結果を確保するには、FEA または CAD で正確な密度値が不可欠です。
- リサイクルと資源評価密度は、リサイクルやライフサイクル分析における材料価値と資源効率の評価に役立ちます。
参考文献:
https://www.thyssenkrupp-materials.co.uk/density-of-stainless-steel