Зарубежные нержавеющие стали: 301, 304, 304L, 304H, 316, 316L, 316H, 316Ti, 430, 430F, 410, 420, 431, 440 (440A, 440B, 440C). Физические свойства и характеристики сталей.
Классификация сталей, их состав и краткое описание
| Стали | Композиция (состав) и краткое описание | |
| Углеродистые (Carbon steels) | Не более 1% углерода (C), 0,6% меди (Cu), 1,65% магния (Mg), 0,4% фосфора (P), 0,6% кремния (Si) и 0,05% серы (S). | |
| Легированные (Alloy steels) | Ограничения по содержанию химических элементов как для углеродистых сталей. Легированные стали содержат такие химические элементы, как никель (Ni), хром (Cr) до 3,99%, кобальт и др. | |
| Нержавеющие (Stainless steels) | Содержат не менее 10% хрома (Cr), в зависимости от стурктуры подразделяются на группы: | |
| Аустенитные | Обычно содержат 18% хрома (Cr) и 8% никеля (Ni). Не магнитятся после отпуска. Не закаливаются. Стали типа 301, 303, 304, 316 и др. | |
| Ферритные | Содержат небольшое количество никеля, от 12 до 17% хрома с другими химическими элементами, такими, как алюминий (Al) или титан (Ti). Дешевле аустенитной нержавеющей стали. Химическая стойкость хуже аустенитной нержавеющей стали. Магнитятся всегда. Не закаливаются. Стали типа 430. | |
| Мартенситные | Обычно содержат 12% хрома (Cr) и не содержат никеля (Ni). Магнитятся. Повышение твёрдости достигается при термической обработке. Стали типа 410, 420, 431 и 440. | |
Теплопроводность нержавеющей стали
Для того чтобы проводить какую-либо работу с различными материалами, перед их обработкой обязательно нужно узнать все данные, касающиеся характеристик материала, его физические свойства.
Ниже будет рассмотрен такой материал, как сталь. Внимание будет заострено на такой способности материалов, как теплопроводность. Это показатель, который обязательно надо знать, если предполагается работа с любым материалом.
Понятие «теплопроводность»
Для начала следует разобраться в самом понятии «теплопроводность». Это поможет пользователю легче лавировать среди сухих цифр и оперировать ими. Для того чтобы провести определённую работу, следует основательно подойти к делу и разузнать все возможные характеристики того материала, с которым впоследствии будет работать пользователь.
Теплопроводностью называют такую способность различных материальных тел к теплообмену (переносу энергии) к менее нагретым частям тела от его более нагретых частей. Этот процесс возможен, благодаря различным частицам тела, которые хаотически движутся. Такими частицами являются:
- молекулы;
- атомы;
- электроны и так далее.
Такой теплообмен возможен во всех телах, в которых наблюдается неоднородное распределение температурных показателей. Сам механизм переноса тепла будет напрямую зависеть от агрегатного состояния рассматриваемого материала.
Также термин «теплопроводность» применяется для обозначения количественной характеристики способности любого физического тела проводить тепло. Если сравнивать тепловые цепи с цепями электрическими, то такой термин является аналогом проводимости.
Для того чтобы охарактеризовать количественную способность физического тела проводить тепло, используется специальная величина, которая именуется коэффициентом теплопроводности.
Эта характеристика равна количеству теплоты, которое проходит через образец материала, обязательно однородного, единичной площади и единичной длины за единицу времени при единичной разнице температур.
В известной всем системе СИ такая величина измеряется в Вт/(м*градус Цельсия).
Само явление теплопроводности зиждется на принципах, которые с лёгкостью объясняет молекулярно-кинетическая теория.
Они заключаются в том, что нагретые молекулы двигаются намного быстрее, чем молекулы, пребывающие в своём обычном состоянии, поэтому при своём быстром хаотическом движении они способны влиять на другие молекулы, находящиеся в более холодных частях тела и передавать им своё тепло.
Теплопроводность стали
Для того чтобы оперировать полученными знаниями о теплопроводности материалов для последующей работы с ними, следует учитывать все существующие нюансы для отдельного физического тела.
Если говорить именно о стали, то следует помнить, что данная характеристика этого металла снижается, если содержит в себе примеси различного рода.
Можно привести даже конкретные примеры, которые могут подтвердить этот общеизвестный факт. Например, если в стали увеличено содержание углерода, то это отрицательно сказывается на коэффициенте теплопроводности стали.
У легированных сталей этот коэффициент ещё ниже из-за присадок.
Если рассматривать чистую сталь, не содержащую всяких примесей, то ей теплопроводность будет достаточно высока, как и у всех металлов. Составляет она около 70 Вт/(м*гр. Цельсия).
Если обратиться к показателям у углеродистых и высоколегированных сталей, то они существенно ниже, что в принципе неудивительно. Это объясняется наличием в их составе примесей, что понижает коэффициент теплопроводности.
Кстати, следует помнить о том, что сам фактор термического воздействия может существенно повлиять на теплопроводность высоколегированных и углеродистых сталей.
Дело в том, что при увеличении температуры, коэффициент этой величины таких сталей понижается.
Теплопроводность нескольких различных видов сталей
Тут будут представлены сухие цифры для того, чтобы пользователь мог сразу найти нужные для себя показатели коэффициента данной величины для некоторых марок сталей:
- Коэффициент теплопроводности низкоуглеродистых сталей, которые применяются в производстве обычных труб, равен 54, 51, 47 (Вт/(м*гр. С) для 25, 125, 225 градусов по Цельсию соответственно.
- Средний коэффициент углеродистых сталей, который можно высчитать при комнатной температуре, находится в диапазоне от 50 до 90 Вт/(М*гр. С).
- Коэффициент теплопроводности для обычной стали, которая не содержит различных примесей, которые, в свою очередь, не могут никак повлиять на этот коэффициент, равен 64 Вт/(м*гр. С). Этот коэффициент несущественно изменяется при изменении термического воздействия, но точно не так сильно, как в случае с углеродистыми и легированными сталями.
Выводы
Для успешного процесса обработки любого материала очень важно знать все его физические свойства и характеристики. Это нужно для того, чтобы успешно проделать всю требуемую работу и получить нужный результат. Незнание характеристик может привести к неприятным последствиям.
Теплопроводность стали — очень важный момент, если предполагается работа с этим металлом. Следует помнить не только основной коэффициент теплопроводности обычной стали, но и коэффициенты этой величины у её сплавов. Они обладают другими свойствами, что может сделать работу с ними более трудной.
Мастер должен быть обладать знаниями о том, что углеродистые и легированные стали обладают гораздо меньшим коэффициентом теплопроводности, так как в их составах содержатся примеси, напрямую влияющие на эту величину.
Также следует помнить, что коэффициент данной характеристики сталей очень зависит и от термического воздействия. Это означает, что чем температура выше, тем больше и коэффициент.
- Виталий Данилович Орлов
- Распечатать
Коэффициент теплопроводности нержавеющей стали — Справочник металлиста
Теплопроводность представляет собой физическую величину, которая определяет способность материалов проводить тепло.
Иными словами, теплопроводность представляет собой способность субстанций передавать кинетическую энергию атомов и молекул другим субстанциям, находящиеся в непосредственном контакте с ними.
В СИ эта величина измеряется во Вт/(К*м) (Ватт на Кельвин-метр), что эквивалентно Дж/(с*м*К) (Джоуль на секунду-Кельвин-метр).
Понятие теплопроводности
Она является интенсивной физической величиной, то есть величиной, которая описывает свойство материи, не зависящей от количества последней.
Интенсивными величинами также являются температура, давление, электропроводность, то есть эти характеристики одинаковы в любой точке одного и того же вещества.
Другой группой физических величин являются экстенсивные, которые определяются количеством вещества, например, масса, объем, энергия и другие.
Противоположной величиной для теплопроводности является теплосопротивляемость, которая отражает способность материала препятствовать переносу проходящего через него тепла.
Для изотропного материала, то есть материала, свойства которого одинаковы во всех пространственных направлениях, теплопроводность является скалярной величиной и определяется, как отношение потока тепла через единичную площадь за единицу времени к градиенту температуры.
Теплопроводность — сталь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2
Теплопроводность — сталь
Cтраница 2
Как изменяется теплопроводность стали при нагреве. [16]
Кс — теплопроводность стали; бс — расстояние от поверхности до спая термопары; е — ширина нарезки гребня шнека; Тц — температура цилиндра в месте установки термопары; Т ц — температура на поверхности раздела цилиндра и слоя гранул, является определяющей величиной для расчета коэффициента трения. [17]
При измерении теплопроводности сталей при температурах 400 — 500 С составной образец окружается электрической печкой 11; при температурах — 400 — 500 С используется водяная рубашка. [18]
Для определения теплопроводности стали был использован регулярный режим третьего рода ( метод температурных волн Ангстрема) для полуограниченного стержня. [20]
Легирующие элементы понижают теплопроводность стали, и поэтому для легированных сталей нужен медленный и равномерный нагрев. Охлаждение их также не должно быть резким во избежание появления внутренних напряжений, трещин и коробления. Сдвиг вправо кривых начала и конца изотермического распада аустенита обеспечивает глубокую прокаливаемость легированных сталей, особенно сталей, легированных марганцем, кремнием, хромом, никелем, вольфрамом и др. В связи с этим появляется возможность применения изотермической и ступенчатой закалки для деталей крупного сечения, изготовляемых из легированных сталей. [21]
Легирующие элементы понижают теплопроводность стали тем больше, чем сложнее сталь по своему составу. По существующим данным трудно установить какую-либо закономерную связь между теплопроводностью легирующего элемента и степенью влияния этого элемента на теплопроводность стали, в которую он входит; можно лишь сказать, что меньшее влияние оказывает кобальт, наибольшее — хром, никель, вольфрам. [22]
Легирующие элементы понижают теплопроводность стали и поэтому для легированных сталей нужен медленный и равномерный нагрев. Охлаждение их также не должно быть резким, чтобы не появлялись внутренние напряжения, трещины и не происходило коробление. Введением легирующих элементов достигают глубокой прокаливаемое сталей; особенно сталей, легированных марганцем, хромом, молибденом, никелем, кремнием и др. Появляется возможность изотермической и ступенчатой закалки деталей большого сечения, изготовляемых из легированных сталей. [23]
Присутствие хрома снижает теплопроводность стали, ухудшает ее свариваемость. [24]
Большое значение имеет теплопроводность стали. Стали с аустенитной структурой обладают малой теплопроводностью. Выделяющееся при резании тепло мало поглощается изделием, а в основном концентрируется и точках резания и разогревает режущую кромку инструмента, что снижает его стойкость. Поэтому, несмотря на низкую твердость, аустенитные стали обрабатываются плохо. [26]
Большое значение имеет теплопроводность стали. Стали с аустенитной структурой обладают малой теплопроводностью. Выделяющееся при резании тепло мало поглощается изделием, а в основном концентрируется в точках резания и разогревает режущую кромку инструмента, что снижает его стойкость. Поэтому, несмотря на низкую твердость, аустенитные стали обрабатываются плохо. [27]
С повышением температуры теплопроводность сталей уменьшается; однако чем больше легирующих растворено в твердом растворе, тем это снижение менее значительно. [29]
В обоих случаях теплопроводность стали труб принята А. [30]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Продукция — Техмашхолдинг — группа компаний, официальный сайт
- Выбор кастрюль и сковородок может быть довольно сложной задачей. Форма посуды и рукоятки, используемые материалы, дизайн и назначение – все это факторы, влияющие на выбор. Понимание разницы в материалах, используемых для изготовления посуды, – первый шаг к ясности в вопросе, как работает посуда и что важно при ее выборе.
Базовые принципы
Назначение посуды – это передача энергии от ее источника к продукту. Существует два основных источника: газ и электричество. В обоих случаях тепло передается не равномерно: газ распределен на отдельные маленькие язычки пламени, а электричество, как правило, поступает по спирали, оставляя места, куда тепло не поступает. Так как тепло поступает неравномерно, задача повара – компенсировать это путем кулинарных приемов или с помощью посуды. Высококачественная посуда должна быть не только износостойкой, но и эффективной в процессе передачи энергии от источника к продукту. Существует несколько факторов, влияющих на эту способность. Два основных – это теплопроводность и теплоемкость. Все дискуссии о материалах для посуды фокусируются на этих факторах.
Теплопроводность
Теплопроводность – это способность материала абсорбировать и передавать энергию. Когда нагревательный элемент контактирует с кастрюлей, тепло передается кастрюле. Это увеличивает внутреннюю кинетическую энергию кастрюли (происходит нагревание). Нагретый предмет передает энергию соседним материалам, которые имеют более низкую температуру. Чем выше теплопроводность, тем быстрее нагревается данный предмет и тем быстрее нагретые части данного предмета передают тепло еще не затронутым частям.Например, если мы разместим на нагревательном элементе большой лист нержавеющей стали (обладающей довольно низкой теплопроводностью, если говорить о материалах для посуды), то картина будет такой: та часть, которая расположена рядом с нагревательным элементом, нагреется, тогда как остальные области будут прогреваться довольно медленно. Когда тепло дойдет до отдаленных зон листа, его центральная часть, расположенная на источнике тепла, будет просто раскалена.Одно из решений проблемы – сделать лист толще. Нижняя часть листа будет прогреваться неодинаково с верхней частью, так как она расположена на меньшем расстоянии от нагревательного элемента. Таким образом, энергия должна передаваться от нижних слоев к верхним, чтобы верхняя часть прогревалась более равномерно. На картинке мы видим срез стального листа и зоны нагрева. Центральная точка нагрева (белая) со временем остыла, так тепло было передано более высоким слоям стали. В итоге мы видим уже более равномерное нагревание, однако и оно не идеально.Чем толще сталь, тем равномернее нагрев поверхности. К сожалению, низкая теплопроводность приводит к тому, что общий процесс нагревания замедляется, а также замедляется ответная реакция материала (кастрюли) на повышение или понижение температуры. Для большинства кулинарных процессов желательно, чтобы посуда быстро нагревалась, имела равномерную температуру и реагировала на ее изменения. Материалы с высокой теплопроводностью отвечают этим запросам, так как быстро передают тепло, стремительно распространяют его по всей поверхности материала и быстро реагируют на изменения температуры.Приводим таблицу материалов и уровень их теплопроводности:
| Материал | Теплопроводность |
| Медь | 401 W/m*K |
| Алюминий | 237 W/m*K |
| Чугун | 80 W/m*K |
| Углеродистая сталь | 51 W/m*K |
| Нержавеющая сталь | 16 W/m*K |
Теплоемкость
Количество кинетической энергии, сохраняемой в материале, называется теплоемкостью. Это не то же самое, что температура, которая является средней молекулярной кинетической энергией внутри материала. Так, например, 1 кг воды при температуре 100 градусов содержит больше энергии, чем 1 кг стали при той же температуре.В то время как теплопроводность отвечает за способность материала вбирать в себя энергию, теплоемкость – это объем энергии, способной нагреть или охладить материал. Теплоемкость пропорциональна массе материала, так, 2 кг металла имеют теплоемкость, вдвое превышающую такую же, как у 1 кг металла.Это означает, что та посуда, которая имеет высокую теплоемкость, медленно нагревается, но долго будет держать тепло. Когда энергия выпускается, материал остывает, но значительно медленнее по сравнению с материалами с низкой теплоемкостью. Чугун – тот образчик, который часто упоминают как материал с высокой теплоемкостью. Теплоемкость1 кг чугуна меньше в несколько раз, чем у алюминия, но из-за его большого веса общая теплоемкость выше. Толщина материала в посуде часто обозначается производителем (например, 3 мм-ый алюминий), но так как теплоемкость напрямую зависит от веса изделия, необходимо знать еще и плотность материала.
| Материал | Теплоемкость на 1 кг | плотность |
| Алюминий | 910 J/kg*K | 2600 kg/m3 |
| Нержав.сталь | 500 J/kg*K | 7500 — 8000 kg/m3 |
| Углерод. Сталь | 500 J/kg*K | 7500 — 8000 kg/m3 |
| Чугун | 460 J/kg*K | 7900 kg/m3 |
| Медь | 390 J/kg*K | 8900 kg/m3 |
Умножая теплоемкость на плотность материала, вы обнаружите, что теплоемкость единицы из нержавеющей стали, чугуна или меди в полтора раза выше, чем у алюминия.Таким образом, потребуется алюминиевая кастрюля в полтора раза толще, чтобы получить такую же теплоемкость.
Термальная диффузия
Возможно, вы обратили внимание, что я слегка ввел ввас в заблуждение, объясняя про теплопроводность. Дело в том, что теплопроводность самостоятельно не определяет, насколько быстро нагреется кастрюля и как быстро тепло распространится на все ее части. По большому счету, теплоемкость также имеет значение в данном вопросе. Было бы здорово иметь только одну единицу измерения этого параметра, не правда ли? И такая единица есть – это термальная диффузия. Итак, посмотрим таблицу.
| Материал | Термальная диффузия |
| Медь | 120 * 10-6 m2/s |
| Алюминий | 100 * 10-6 m2/s |
| Чугун | 22 * 10-6 m2/s |
| Углерод. сталь | 14 * 10-6 m2/s |
| Нерж. сталь | 4.3 * 10-6 m2/s |
По данной таблице лучшими в параметре являются медь и алюминий. А теперь мы подходим к финальному понятию – реактивности.
Реактивность
Мало того, что мы должны интересоваться тепловыми свойствами материалов, но еще нужно удостовериться, что материалы, которые мы используем в нашей кухонной посуде, не вредят нам и не оказывают негативное влияние на вкус нашей еды.Получается, нам нужен еще и нереактивный материал.К сожалению, медь и алюминий быстро вступают в химический контакт с пищей. Попадание частиц меди в организм может привести к заболеваниям печени, желудка, почек. Каждая поваренная книга упоминает, что желток, взбитый время от времени в медной посуде не может Вам навредить, но с другой стороны, готовите Вы каждый день… А алюминий и вовсе может вызвать болезнь Альцгеймера.Поэтому в дополнение к высокой тепловой диффузивности, мы также хотели бы нереактивный материал.С другой стороны, у нержавеющей стали, наименее реактивного из всех популярных материалов, используемых в кухонной посуде, также худшая тепловая диффузивность.Получается, что сегодня физика не является нам другом. Но магией продающих посуду компаний находятся решения по производству посуды с высокой термальной диффузией и при этом не реактивной. Существует несколько вариантов решения данной задачи: комбинирование меди с нереактивной поверхностью (луженая медь), стальная посуда с медным и алюминиевым диском, сплавы алюминия и стали. Таблица ниже показывает эффективность этих решений от самых успешных до наименее продуктивных.
| Rank | Состав |
Применение
Агрегатное состояние материалов имеет отличительную структуру строения молекул и атомов. Именно это оказывает большое влияние на металлические изделия и их свойства, в зависимости от назначения.
Отличающийся химический состав узлов и деталей из железа, позволяет обладать различной теплопроводностью. Это связано со структурой таких металлов как чугун, сталь, медь и алюминий. Пористость чугунных изделий способствует медленному нагреванию, а плотность медной структуры – наоборот, ускоряет процесс теплоотдачи. Эти свойства используют для быстрого отвода тепла или постепенного нагревания продукции инертного назначения. Примером использования свойств металлических изделий является:
- кухонная посуда с различными свойствами;
- оборудование для пайки труб;
- утюги;
- подшипники качения и скольжения;
- сантехническое оборудование для подогрева воды;
- приборы отопления.
Медные трубки широко используют в радиаторах автомобильных систем охлаждения и кондиционеров, применяемых в быту. Чугунные батареи сохраняют тепло в квартире, даже при непостоянной подаче теплоносителя требуемой температуры. А радиаторы из алюминия, способствуют быстрой передаче тепла отапливаемому помещению.
Читать также: Схемы на тл431 своими руками
При возникновении высокой температуры, в результате трения металлических поверхностей, также важно учитывать теплопроводность изделия. В любом редукторе или другом механическом оборудовании, способность отводить тепло, позволит деталям механизма сохранить прочность и не быть подвергнутыми разрушению, в процессе эксплуатации. Знание свойств теплопередачи различных материалов, позволит грамотно применить те или иные сплавы из цветных или черных металлов.
Перед тем как работать с различными металлами и сплавами, следует изучить всю информацию, касающуюся их основных характеристик. Сталь является самым распространенным металлом и применяется в различных отраслях промышленности. Важным ее показателем можно назвать теплопроводность, которая варьируется в широком диапазоне, зависит от химического состава материала и многих других показателей.
