Почему нержавеющая сталь обладает такими уникальными физическими свойствами и как они влияют на ее использование в различных отраслях промышленности? В этой статье рассматриваются основные физические свойства нержавеющей стали, такие как теплопроводность, тепловое расширение, сопротивление, магнетизм и плотность. Понимание этих свойств помогает инженерам и производителям принимать обоснованные решения при выборе материалов для различных применений, обеспечивая оптимальную производительность и долговечность. Окунитесь в увлекательный мир нержавеющей стали и узнайте, что делает этот материал незаменимым в современных технологиях и промышленности.
Нержавеющая сталь - это термин, используемый для обозначения стали, устойчивой к коррозии под воздействием слабых кислот, таких как воздух, пар и вода, или обладающей нержавеющими свойствами.
История нержавеющей стали насчитывает более 100 лет с момента ее создания.
Изобретение нержавеющей стали - важная веха в мировой металлургии.
Нержавеющая сталь сыграла решающую роль в развитии современной промышленности и технологическом прогрессе.
Нержавеющая сталь обладает уникальными физическими свойствами по сравнению с другими материалами, включая теплопроводность, тепловое расширение, сопротивление, магнетизм и плотность.
Общеизвестно, что теплопередача нержавеющей стали медленнее, чем других материалов, как показано в таблице 1. Например, теплопроводность нержавеющей стали составляет 1/8 и 1/13 для SUS304, по сравнению с алюминием. По сравнению с углеродистой сталью он составляет 1/2 и 1/4 соответственно, что свидетельствует о низкой теплопроводности нержавеющей стали.
Такая плохая теплопроводность создает проблемы во время отжиг процесс производства нержавеющей стали. Нержавеющая сталь - это сплав, состоящий из железа с добавлением Cr и Ni.
Почему же теплопроводность в нержавеющей стали хуже, чем в железе? Проще говоря, добавление Cr и Ni препятствует активности свободных электронов в кристалле металла, которые проводят тепло (электронная теплопроводность). Активность этих свободных электронов зависит от температуры, а значит, связана и с решетчатой теплопроводностью, когда атомы колеблются неравномерно, упруго и волнообразно, постепенно проводя тепло в решетке.
Стоит отметить, что теплопроводность нержавеющей стали меняется в зависимости от температуры. Чем выше температура, тем больше теплопроводность, особенно для высоколегированной стали, такой как нержавеющая.
Тепловое расширение - это явление, при котором длина материала увеличивается на dL при увеличении температуры на dT при начальной температуре T и длине L. Коэффициент линейного расширения (a) может быть выражен как:
a = (1/L) * (dL/dT)
Для изотропной твердой стали коэффициент объемного расширения (b) равен 3-кратному коэффициенту линейного расширения, или b = 3a.
В таблице 1 приведены коэффициенты линейного расширения различных материалов. По сравнению с углеродистой сталью, SUS304 имеет больший коэффициент линейного расширения, а SUS430 - меньший. Кроме того, коэффициенты расширения алюминия и меди больше, чем у нержавеющей стали.
Таблица 1 Теплопроводность и коэффициент линейного расширения различных материалов при комнатной температуре
| Материал | Теплопроводность （Вт/м℃）×102 | Коэффициент линейного расширения（ × 10-6） |
| Серебристая медь Алюминий Хром Никель Железо Углеродистая сталь SUS430 SUS304 | 4.12 3.71 1.95 0.96 0.84 0.79 0.58 0.26 0.16 | 19 16.7 23 17 12.8 11.7 11 10.4 16.4 |
Затруднение прохождения электричества называется сопротивлением или удельным сопротивлением и обычно выражается по следующей формуле:
Сопротивление = удельное сопротивление ' (длина проводника / площадь поперечного сечения)
Таблица 2 Удельное электрическое сопротивление различных материалов
| Материаловедение | Удельное сопротивление (при комнатной температуре) | Температурный ряд | ||
|---|---|---|---|---|
| Проводник | Чистый металл | Серебро Медь Алюминий Ni Cr Железо | Ωcm 1.62×10-6 1.72×10-6 2.75×10-6 7.2×10-6 17×10-6 9.8×10-6 | /℃ 4.1×10-3 4.3×10-3 4.2×10-3 6.7×10-3 2.1×10-3 6.6×10-3 |
| сплав | SUS430 (Fe-18% Cr) SUS304 (Fe-18% Cr) - 8%Ni SUS310S (Fe-25% Cr) - 20% Ni Fe-Cr-Al сплав NiCr (nNi Cr) Бронза (оловянная медь) | 60×10-6 72×10-6 78×10-6 140×10-6 108×10-6 15×10-6 | 0.8×10-3 0.6×10-3 0.5×10-3 0.1×10-3 0.1×10-3 0.5×10-3 | |
| Полупроводник | Германий Кремний | 5×10 3×105 | -- | |
| Изолятор | Бумага Эпоксидная смола Кварцевое стекло | 1010~1012 103~1015 >1017 | - | |
Нержавеющая сталь - это металл, который легко проводит электричество среди различных металлов.
Однако по сравнению с чистыми металлами удельное сопротивление сплава, в том числе нержавеющей стали, обычно больше. Это объясняется тем, что нержавеющая сталь обладает более высоким удельным сопротивлением, чем составляющие ее элементы Fe, Cr и Ni.
Стоит отметить, что SUS304 имеет более высокое удельное сопротивление, чем SUS430. И по мере увеличения количества элементы сплава увеличивается, как, например, в случае SUS310S, сопротивление также увеличивается.
Причина увеличения удельного электрического сопротивления в результате легирования заключается в том, что движение заряженных свободных электронов нарушается из-за присутствия легирующих элементов.
Важно отметить, что свободные электроны также играют роль в теплопроводности. Поэтому если теплопроводность металла высока, то высока и его электропроводность (обратная величина удельного сопротивления).
Эта зависимость между электрической и тепловой проводимостью известна как правило Видермана-Франца и выглядит следующим образом:
L/s = TLo (где Lo - число Лоренца, а T - температура)
Стоит отметить, что удельное сопротивление также изменяется в зависимости от температуры, как показано в таблице 2.
Таблица 3 Магнитные свойства различных материалов
| Материаловедение | Магнитные свойства | Магнитная проницаемость: μ （H=50e） |
| SUS430 | Сильный магнетизм | – |
| Железо | Сильный магнетизм | – |
| Ni | Сильный магнетизм | – |
| SUS304 | Немагнитные (магнитные при холодной обработке) | 1,5 (обработка 65%) |
| SUS301 | Немагнитные (магнитные при холодной обработке) | 14,8 (обработка 55%) |
| SUS305 | Немагнитные | – |
Таблица 4 Плотность различных материалов (при комнатной температуре)
| Материаловедение | Плотность (г/см3) |
| SUS430 | 7.75 |
| SUS304 | 7.93 |
| Алюминий | 2.70 |
| Железо | 7.87 |
| Cr | 7.19 |
| Ni | 8.9 |
| Серебро | 10.49 |
| Медь | 8.93 |
| Углеродистая сталь | 7.87 |
| Древесина (обожженная) | 0.70 |
| Стекло | 2.8-6.3 |
| Армированный бетон | 2.4 |
| Целлулоид | 1.35-1.60 |
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO