1.0 스테인리스 강의 밀도
1.1 스테인리스 스틸 밀도 소개
스테인리스 강의 밀도는 단위 부피당 함유된 질량을 나타냅니다. 일반적으로 밀도는 다음과 같습니다. 7.5 및 8.0 g/cm³ (또는 7500~8000kg/m³, 0.27–0.29 파운드/인치³), 이는 스테인리스강 소재의 주요 물리적 특성 중 하나입니다. 정확한 값은 합금 종류와 조성에 따라 달라집니다.
스테인리스 스틸은 최소한 다음을 포함하는 널리 사용되는 합금강입니다. 10.5% 크롬, 다음과 같은 추가 요소가 포함되어 있습니다. 탄소, 실리콘, 망간, 니켈, 몰리브덴, 티타늄, 그리고 구리 의도된 용도에 따라 추가됩니다. 이러한 합금 원소는 용도를 결정할 뿐만 아니라 내식성, 기계적 강도, 그리고 성형성, 그러나 또한 직접적으로 영향을 미칩니다. 밀도.
엔지니어링 설계 및 품질 관리에서 밀도는 중요한 매개변수입니다 중량 추정, 하중 용량 계산 및 자재 비용 평가에 사용됩니다. 다양한 스테인리스강 등급의 밀도를 이해하면 정확한 재료 선택 그리고 구조 설계.
1.2 304 및 316 스테인리스 스틸의 밀도
- 304 스테인리스 스틸 밀도: ≈ 7.93g/cm³ (7930 kg/m³ 또는 0.286 lb/in³)
304는 가장 일반적으로 사용되는 오스테나이트계 스테인리스강입니다. 밀도는 페라이트 및 마르텐사이트계 스테인리스강(예: 403)보다 약간 높고, 316보다 약간 낮으며, 구리보다 낮고, 알루미늄 및 탄소강보다 높습니다. - 316 스테인리스 스틸 밀도: ≈ 7.98g/cm³ (7980 kg/m³ 또는 0.288 lb/in³)
304에 비해 316 스테인리스 스틸은 더 많은 양의 니켈 그리고 몰리브덴결과적으로 밀도가 약간 높아집니다.
1.3 스테인리스 스틸 밀도표
| 스테인리스 스틸 타입 | 밀도(g/cm³) | 밀도(kg/m³) | 밀도(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 |
| 316티 | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 316LN | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 317 | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 317리터 | 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 |
| 440도 | 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 |
*이 밀도는 표준 온도와 압력 조건에서 주어집니다.
1.4 가장 흔한 강의 밀도 차트
| 강철의 종류 | 등급 | 주요 합금 원소(Fe 및 C 외) | 밀도(g/cm³) | 밀도(kg/m³) | 밀도(lb/in³) |
| 탄소강 | 저탄소 | – | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 중탄소 | – | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| 고탄소 | – | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| 합금강 | 4140 | 크롬, 몰리브덴 | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 4340 | 크롬, 니켈, 몰리브덴 | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| 8620 | 크롬, 니켈, 몰리브덴 | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| 스테인리스 스틸 | 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 | 크롬 11.5–13.5% | 7.75 – 7.80 | 7750 – 7800 | 0.280 – 0.282 | |
| 430 | 크롬 16–18% | 7.70 | 7700 | 0.278 | |
| 공구강 | 디2 | 크롬, 몰리브덴, 브롬화수소 | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| H13 | 크롬, 몰리브덴, 브롬화수소 | 7.80 | 7800 | 0.282 | |
| 엠2 | 모, W, V | 오전 8시 – 오전 8시 30분 | 8000 – 8300 | 0.289 – 0.300 | |
| 고속도강 | 티1 | W, Mo, V | 8.50 | 8500 | 0.307 |
| M42 | 몰리브덴, 코발트, 수은, 크롬 | 8.30 | 8300 | 0.300 | |
| 풍화강 | A242 | 크롬, 니켈 | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| A588 | 크롬, 니켈 | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| 구조용 강철 | A36 | – | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| A992 | V 또는 Nb | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| 마르에이징 스틸 | 250 | 니켈, 코발트, 몰리브덴, 티타늄 | 8.10 | 8100 | 0.293 |
| 300 | 니켈, 코발트, 몰리브덴, 티타늄 | 8.10 | 8100 | 0.293 | |
| 듀플렉스 스테인리스 스틸 | 2205 | 크롬 22%, 니켈 5%, 모 3% | 7.80 | 7800 | 0.282 |
| 슈퍼 듀플렉스 스틸 | 2507 | 크롬 25%, 니켈 7%, 모 4% | 7.80 | 7800 | 0.282 |
| 실리콘 스틸 | 곡물 지향형 | 시 ~3% | 7.65 | 7650 | 0.276 |
| 스프링 스틸 | 5160 | 크롬 ~0.7–0.9% | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 1095 | – | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| 해드필드 스틸 | – | Mn ~12%, Si | 7.87 | 7870 | 0.285 |
| 쾌삭강 | 12L14 | 납, S | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 질소강 | – | N | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 전기강판 | 비지향적 | Si 2–3.5% | 7.65 | 7650 | 0.276 |
| 극저온 강철 | 9% 니켈 | 니 9% | 8.00 | 8000 | 0.289 |
| HSLA 스틸 | – | 다양한 합금 원소 | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| UHSS(초고강도) | – | Nb, Ti 등과 합금화 | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 아연 도금 강철 | – | 아연 코팅 | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 보론강 | – | 비 | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 레일 강철 | – | 크롬, 망간 | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 철근 강철 | – | – | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| IF 스틸 | – | Ti 또는 Nb | 7.85 | 7850 | 0.284 |
1.5 스테인리스 스틸 밀도 변환: kg/m³, g/cm³ 및 lbs/in³
| 단위 | 설명 | 변환 공식 |
| 킬로그램/m³ | 입방미터당 킬로그램 | 1 kg/m³ = 0.001 g/cm³ = 1000 g/m³ = 0.000036127 lbs/in³ |
| g/cm³ | 입방 센티미터당 그램 | 1 g/cm³ = 1000 kg/m³ = 0.036127 lbs/in³ |
| 파운드/인치³ | 입방 인치당 파운드 | 1파운드/인치³ = 27,680kg/m³ = 27.68g/cm³ |
2.0 듀플렉스 스테인리스 스틸과 그 독특한 밀도
밀도: 약 7.7~7.8g/cm³오스테나이트계 스테인리스강보다 낮은 페라이트의 존재밀도가 낮습니다.
2.1 개요
듀플렉스 스테인리스 스틸 결합 오스테나이트와 페라이트 거의 동일한 비율로. 이 이중상 구조는 다음을 제공합니다. 고강도 그리고 훌륭하다 응력 부식 균열에 대한 저항성따라서 까다로운 애플리케이션에 적합합니다.
2.2 구성
일반적인 등급과 같은 UNS S31803 그리고 S32205 포함하다:
- 21–23% 크롬
- 4.5–6.5% 니켈
- 2.5–3.5% 몰리브덴
이러한 요소들은 내식성과 강도 대 중량 비율을 향상시켜줍니다. 화학적인, 석유 및 가스, 그리고 선박 환경.
2.3 주요 이점
- 수확량 2배 힘 표준 스테인리스강
- 허용합니다 더 얇은 소재비용과 무게를 줄임
- 좋은 용접성 그리고 열전도도
- 낮은 열팽창고압 및 부식성 시스템에 적합
3.0 스테인리스 스틸 종류별 밀도 비교
오스테나이트계 스테인리스강: 304 및 316과 같은 등급은 밀도가 약 7.9 g/cm³입니다. 크롬과 니켈을 주성분으로 하는 이 강종은 비자성이며, 내식성이 뛰어나고 연성이 매우 뛰어납니다. 높은 밀도 덕분에 해양, 화학 및 기타 고내구성 용도에 이상적입니다.
페라이트계 스테인리스강: 430 및 409와 같은 등급은 밀도가 약간 낮아 일반적으로 7.7~7.8g/cm³입니다. 크롬 함량이 높고 니켈 함량이 낮아 자성이 우수하고 응력 부식 균열에 대한 내성이 더 강하여 자동차 배기 시스템 및 중량에 민감한 용도에 적합합니다.
마르텐사이트계 스테인리스강: 410 및 420과 같은 등급의 합금도 7.7~7.8 g/cm³입니다. 이 강종은 탄소 함량이 높아 열처리 후 높은 경도를 유지합니다. 내식성은 낮지만 공구, 블레이드 및 고응력 부품에 우수한 강도 대 중량비를 제공합니다.
4.0 스테인리스 스틸 밀도에 영향을 미치는 요인
스테인리스 스틸의 밀도는 고정된 값이 아니며 다음과 같은 몇 가지 주요 요인에 따라 달라집니다.
4.1 합금 조성
밀도는 합금 원소의 종류와 비율에 따라 크게 달라집니다.
- 철(Fe): 기본 원소, 기준 밀도를 결정합니다.
- 크롬 (Cr): ~7,190 kg/m³; 전체 밀도가 약간 낮아짐.
- 니켈(Ni): ~8,900 kg/m³; 함량이 높을수록 밀도가 높아집니다.
- 몰리브덴 (Mo): ~10,280 kg/m³; 밀도가 상당히 증가합니다.
- 다른 원소(예: 탄소, 질소, 망간, 실리콘)는 영향이 미미하지만 고성능 등급에서는 중요할 수 있습니다.
4.2 온도 변화
온도가 상승하면 열팽창으로 인해 부피가 증가하고 밀도는 감소합니다.
- 평균적으로 밀도는 100°C가 증가할 때마다 약 0.4%만큼 감소합니다.
- 매우 높거나 낮은 온도는 밀도와 재료 성능 모두에 영향을 미칠 수 있습니다.
4.3 압력 조건
- 높은 압력은 원자 구조를 압축하여 밀도를 증가시킵니다.
- 낮은 압력(예: 진공)은 약간의 팽창을 일으켜 밀도를 낮출 수 있습니다.
이러한 효과는 고압 또는 진공 환경에서 고려되어야 합니다.
4.4 다공성
- 다공성은 재료 내부의 공동이나 틈새를 말합니다.
- 다공성이 높을수록 효과적인 금속 부피가 줄어들어 밀도가 낮아집니다.
- 다음과 같은 프로세스 가루 야금 또는 소결 다공성이 생길 수 있습니다.
4.5 제조 공정
- 다음과 같은 매개변수 용광로 온도, 냉각 속도, 합금 순서, 그리고 열 치료 미세구조와 최종 밀도에 영향을 미칠 수 있습니다.
- 최적화된 공정 제어를 통해 일관되고 안정적인 재료 특성이 보장됩니다.
5.0 스테인리스 스틸 밀도가 성능에 미치는 영향
스테인리스 강의 밀도는 원자 구조의 밀도를 반영할 뿐만 아니라 다양한 물리적, 기계적 특성에도 영향을 미칩니다.
- 인장 강도: 고밀도 스테인리스강은 일반적으로 원자 구조가 더 조밀하기 때문에 인장 강도가 더 높고, 인장 하에서 파괴에 대한 저항성이 향상됩니다.
- 경도: 밀도가 높은 재료는 원자가 더욱 빽빽하게 모여 있어 경도가 더 높고 압입, 긁힘, 변형에 대한 저항성이 더 좋습니다.
- 연성: 밀도가 낮은 스테인리스 스틸은 연성이 더 높아 끊어지지 않고 늘어날 수 있어 상당한 변형이 필요한 용도에 이상적입니다.
- 부식 저항성: 더 조밀한 미세 구조는 부식성 매체의 침투 경로를 줄여 특히 혹독한 환경에서 내식성을 향상시킵니다.
- 성형성: 원자 배열이 느슨한 저밀도 강철은 구부리기, 딥드로잉, 스탬핑이 더 쉬워 복잡하거나 정밀한 부품에 적합합니다.
- 용접성: 고밀도 스테인리스강은 분자간 인력이 강하기 때문에 일반적으로 용융에 더 많은 에너지가 필요하므로 용접이 더 어렵습니다. 밀도가 낮은 스테인리스강은 일반적으로 용접이 더 쉽습니다.
- 가공성: 고밀도 강종은 더 단단하고 탄성이 높아 절삭 저항과 공구 마모가 증가합니다. 저밀도 강종은 가공이 더 쉽고 효율적입니다.
- 지속 가능성: 밀도가 높은 스테인리스강은 강도와 내구성이 더 뛰어나 사용 수명이 길어지고 교체 횟수가 줄어들며 자원 효율성이 향상됩니다.
6.0 실제 응용 분야에서 스테인리스강 밀도의 역할
- 무게 계산: 밀도는 재료 무게를 계산하는 데 중요한 요소입니다(무게 = 밀도 × 부피). 이는 운송 비용과 구조적 하중 설계에 영향을 미칩니다.
- 재료 선택: 다양한 밀도는 서로 다른 요구 사항에 적합합니다. 강도가 중요한 부품에는 고밀도 강철이 사용되고, 가벼운 설계에는 저밀도 강철이 사용됩니다.
- 강도 추정: 밀도는 기계적 강도와 강성을 추정하는 데 도움이 되며, 건설, 기계 및 압력 용기에서 재료 선택을 돕습니다.
- 내식성 평가: 밀도가 높을수록 미세 구조가 더 단단해지고 가스나 액체 부식에 대한 저항성이 향상됩니다.
- 열 성능 설계: 밀도는 열전도도와 열용량에 영향을 미치며, 이는 열교환기와 열 시스템에 중요합니다.
- 부력 및 안정성 분석: 해양 구조물이나 탱크와 같은 유체 환경에서는 밀도를 사용하여 부력과 안정성을 분석합니다.
- 가공 매개변수 설정: 밀도의 변화는 제조 중 절삭력, 공구 선택, 냉각 방법에 영향을 미칩니다.
- 구조 시뮬레이션 및 모델링: FEA나 CAD에서 정확한 밀도 값은 신뢰할 수 있는 시뮬레이션 결과를 보장하는 데 매우 중요합니다.
- 재활용 및 자원 평가: 밀도는 재활용 및 수명 주기 분석에서 재료 가치와 자원 효율성을 평가하는 데 도움이 됩니다.
참고문헌:
https://www.thyssenkrupp-materials.co.uk/density-of-stainless-steel
