جستجو 
چگالی فولاد چقدر است؟ + تفاوت چگالی فولاد و آهن و واحد اندازهگیری
چگالی فولاد یکی از مهمترین مشخصههای فیزیکی در صنایع متالوژی، ساختمانی و مکانیک است و با نسبت جرم به حجم تعریف میشود در نتیجه این خاصیت تعیین میکند که یک حجم مشخص از فولاد چقدر وزن خواهد داشت. بنابراین داشتن اطلاعات کامل و آگاهی دقیق از این معیار برای محاسبه وزن نهایی قطعات و سازهها، از یک میلگرد ساده گرفته تا یک پل عظیم، حیاتی است. این محاسبات نهتنها بر تصمیمات مربوط به ظرفیت حملونقل و نصب سازه تاثیر میگذارد، بلکه مستقیما بار مرده سازه و در نهایت در ایمنی و اقتصاد پروژه نقش خواهد داشت.
با این وجود باید اشاره کنیم پاسخ سوال چگالی فولاد چقدر است یک مقدار واحد مطلق نیست، بلکه دامنهای از مقادیر است که بسته به ترکیب آلیاژی فولاد، از 7750 تا 8050 کیلوگرم بر متر مکعب متغیر است. بنابراین یک عدد مرجع که برابر با 7850 کیلوگرم بر متر مکعب است برای اکثر محاسبات چگالی فولاد ساختمانی در نظر گرفته میشود. در ادامه این مقاله ما نهتنها مقادیر دقیق گریدهای پرکاربرد مانند چگالی فولاد st37، چگالی فولاد st52 و چگالی فولاد mo40 را بررسی میکنیم، بلکه با مقایسه چگالی فولاد و آهن، به درک عمیقتری از خواص این آلیاژ مهم دست خواهیم یافت.
| گرید فولاد | چگالی تقریبی بر حسب گرم بر سانتیمتر مکعب(g/cm3 ) | چگالی تقریبی بر حسب کیلوگرم برمترمکعب(Kg/m3 ) | کاربرد اصلی |
| فولاد ST37 | 7.85 | 7850 | سازههای سبک قطعات عمومی ورق سیاه |
| فولاد ST52 | 7.80 تا 7.85 | 7800 تا 7850 | سازههای سنگین پلسازی ماشین آلات |
| فولاد MO40 | 7.84 تا 7.85 | 7840 تا 7850 | قطعات تحت تنش بالا میل لنگها شافتها |
| فولاد کربنی (متوسط) | 7.85 | 7850 | فولادهای ساختمانی رایج |
| فولاد ضد زنگ سری 300 | 8.00 | 8000 | تجهیزات مواد غذایی صنایع شیمیایی |
چگالی فولاد ST37 و اهمیت آن در سازههای عمومی
فولاد ST37 بهعنوان یک فولاد کم کربن شناخته میشود و پرکاربردترین نوع فولاد ساختمانی در ایران و جهان است. نامگذاری این گرید براساس استاندارد DIN آلمان صورت گرفته و عدد 37 نشاندهنده استحکام کششی نهایی تقریبی آن (37 کیلوگرم بر میلیمتر مربع) است. برای محاسبات دقیق در پروژههای عمرانی، چگالی فولاد st23 برابر با مقدار ذکر شده در جدول در نظر گرفته میشود. این عدد، امکان محاسبه دقیق وزن مقاطع فولادی را امکانپذیر کرده و در تعیین وزن کلی اسکلت فلزی یک ساختمان و برآورد دقیق بار مرده بسیار ضروری است. همچنین استفاده از این چگالی مرجع، ضریب ایمنی لازم برای طراحی زیربنای یک پروژه را تضمین میکند.
چگالی فولاد ST52
فولاد ST52 در مقایسه با ST37، یک فولاد پرمقاومت-کمآلیاژ محسوب میشود. این گرید به دلیل داشتن درصد کربن و منگنز بالا از استحکام کششی بیشتری برخوردار است. جالب اینجاست که با وجود تفاوت فاحش در خواص مکانیکی و تحمل بار، چگالی فولاد st52 تفاوت چشمگیری با ST37 ندارد. این موضوع نشان میدهد که افزایش استحکام در فولاد، لزوماً به دلیل افزایش جرم حجمی نیست، بلکه نتیجه بهبود ساختار میکروسکوپی و افزایش مقاومت در برابر تغییر شکل دائمی خواهد بود. در ضمن در محاسبات مهندسی، از عدد مرجع 7.85 گرم بر سانتی متر مکعب برای ST52 نیز استفاده میشود.
چگالی فولاد Mo40
فولاد MO40(معادل گرید AISI 4140) یک فولاد آلیاژی عملیات حرارتیپذیر حاوی کروم و مولیبدن است. این عناصر، خواص مکانیکی استثنایی مانند چقرمگی عالی و استحکام خستگی بالا را به این گرید میبخشند. اگرچه فولاد Mo40 یک آلیاژ است و ترکیب شیمیایی متفاوتی نسبت به ST37 دارد، اما چگالی آن در محدوده بسیار نزدیک به فولادهای کربنی استاندارد باقی میماند. دقت در محاسبه وزن مقاطع تولیدی از چگالی فولاد mo40، به خصوص در ساخت شافتهای دوار، برای حفظ تعادل و دقت بسیار مهم است.
چگالی فولاد کربنی(متوسط) و فولاد ساختمانی
فولاد ساختمانی به مجموعه گستردهای از فولادهای کمکربن (مانند ST37) و کربن متوسط گفته میشود که ستون فقرات صنایع ساختوساز و زیرساختها در سراسر جهان را تشکیل میدهند. در طراحیهای مهندسی، از جمله نقشهکشیهای اولیه، تخمین وزن سازه و کار با نرمافزارهای تحلیلی اغلب نیاز به یک مقدار مرجع استاندارد برای چگالی فولاد دارد که این مقدار که برای چگالی فولاد ساختمانی مورد استفاده قرار میگیرد برابر با 7850 کیلوگرم بر متر مکعب است. از این رقم بهعنوان یک ثابت مهندسی در فرمول محاسبه وزن مقاطع طولی (مانند تیرآهن، میلگرد و لوله) که در ادامه آمده استفاده میشود:
(Weight (Kg) = Volume (m3) × Density (7850 Kg/m3
چگالی فولاد ضد زنگ سری 300
فولاد ضد زنگ یا استنلس استیل، بهویژه آلیاژهای آستنیت سری 300(مانند گرید 304 و 316)، ترکیب شیمیایی بسیار متفاوتی نسبت به فولاد کربنی ساده دارند. عنصر اصلی در مقاومت به خوردگی این فولاد، کروم است(حداقل 10.5 درصد) و برای ایجاد ساختار آستنیت (جوشپذیری و انعطافپذیری بهتر)، مقادیر زیادی نیکل نیز به آن اضافه میشود. حضور این عناصر آلیاژی سنگین (به ویژه نیکل با چگالی 8.9 گرم بر سانتیمتر مکعب و کروم با چگالی 7.2 گرم بر سانتیمتر مکعب که درصد آنها در مجموع قابل توجه است)، باعث میشود که چگالی نهایی فولاد ضد زنگ اندکی بالاتر از فولاد کربنی باشد.
آیا چگالی فولاد بیشتر از آهن است؟
برای پاسخ به این سؤال اساسی که آیا چگالی فولاد از آهن بیشتر است یا نه، ابتدا باید مشخص کنیم چگالی آهن یعنی چه و چه تفاوتی با فولاد دارد. آهن در حالت خالص، یک عنصر شیمیایی است. چگالی آهن خالص به طور متوسط برابر با 7874 کیلوگرم بر متر مکعب (7.874 گرم بر سانتی متر مکعب) است. اما فولاد یک آلیاژ است که از ترکیب آهن با درصد کمی کربن تشکیل میشود. در ادامه به تفاوتهای چگالی آهن و فولاد میپردازیم:
- چگالی فولاد کربنی رایج(Kg/m37850) کمی کمتر از چگالی آهن خالص(Kg/m3 7874) است.
- در فولادهای آلیاژی سنگین مانند فولاد ضد زنگ چگالی به Kg/m38000 میرسد و در نتیجه بیشتر از چگالی آهن خالص است.
بهطور کلی، فولادهای ساختمانی و کربنی رایج چگالی کمتری نسبت به آهن خالص دارند، اما فولادهای آلیاژی با عناصر سنگینتر، چگالی بیشتری از آهن خالص خواهند داشت.
واحدهای اندازهگیری چگالی فولاد
در محاسبات چگالی فولاد از دو واحد اصلی استفاده میشود، چگالی فولاد بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب(Kg/m3) که در سیستم SI بهعنوان استاندارد چگالی شناخته میشود و در محاسبات حجمی بزرگ کاربرد دارد و چگالی فولاد گرم بر سانتی متر مکعب(g/cm3) که در محیطهای آزمایشگاهی و برای محاسبات وزن قطعات کوچک با دقت بالا استفاده میشود. همچنین این دو واحد امکان تبدیل به یکدیگر را دارند و رابطه تبدیل این دو واحد به یکدیگر به شرح زیر است:
g/cm31 = 1000 Kg/m3
سخن پایانی
چگالی فولاد یک پارامتر مهم در طراحی و اجرای پروژههای ساختمانی و صنعتی است که در این مقاله مشاهده شد این عدد برای اکثر فولادهای کربنی و فولاد ساختمانی از جمله چگالی فولاد st37 و چگالی فولاد st52، به صورت مرجع 7.85 گرم بر سانتیمتر مکعب یا 7850 کیلوگرم بر متر مکعب در نظر گرفته میشود. حتی در فولادهای آلیاژی با استحکام بالا مانند چگالی فولاد mo40، این عدد تقریباً ثابت میماند و تنها در گریدهای خاصی مانند فولادهای ضد زنگ، شاهد افزایش جزئی آن هستیم.
