Удельное сопротивление нержавеющей стали

Удельное сопротивление стали

Удельное сопротивление нержавеющей стали

Удельным сопротивлением металлов считается их способность к противодействию электрическому току, проходящему через них. Единицей измерения данной величины служит Ом*м (Ом-метр). В качестве символа используется греческая буква ρ (ро). Высокие показатели удельного сопротивления означают плохую проводимость электрического заряда тем или иным материалом.

Технические характеристики стали

Прежде чем подробно рассматривать удельное сопротивление стали, следует ознакомиться с ее основными физико-механическими свойствами. Благодаря своим качествам, этот материал получил широкое распространение в производственной сфере и других областях жизни и деятельности людей.

Сталь представляет собой сплав железа и углерода, содержащегося в количестве, не превышающем 1,7%. Кроме углерода, сталь содержит определенное количество примесей – кремния, марганца, серы и фосфора. По своим качествам она значительно лучше чугуна, легко поддается закаливанию, ковке, прокату и другим видам обработки. Все виды сталей отличаются высокой прочностью и пластичностью.

По своему назначению сталь подразделяется на конструкционную, инструментальную, а также с особыми физическими свойствами. В каждой из них содержится различное количество углерода, благодаря которому материал приобретает те или иные специфические качества, например, жаропрочность, жаростойкость, устойчивость к действию ржавчины и коррозии.

Особое место занимают электротехнические стали, выпускаемые в листовом формате и применяющиеся в производстве электротехнических изделий. Для получения этого материала производится легирование кремнием, способным улучшить его магнитные и электрические свойства.

Для того чтобы электротехническая сталь приобрела необходимые характеристики, необходимо соблюдение определенных требований и условий. Материал должен легко намагничиваться и перемагничиваться, то есть, обладать высокой магнитной проницаемостью. Такие стали имеют хорошую магнитную индукцию, а их перемагничивание осуществляется с минимальными потерями.

От соблюдения этих требований зависят габариты и масса магнитных сердечников и обмоток, а также коэффициент полезного действия трансформаторов и величина их рабочей температуры. На выполнение условий оказывают влияние многие факторы, в том числе и удельное сопротивление стали.

Удельное сопротивление и другие показатели

Величина удельного электрического сопротивления представляет собой отношение напряженности электрического поля в металле и плотности тока, протекающего в нем.

Для практических расчетов используется формула: в которой ρ является удельным сопротивлением металла (Ом*м), Е – напряженностью электрического поля (В/м), а J – плотностью электротока в металле (А/м2).

При очень большой напряженности электрического поля и низкой плотности тока, удельное сопротивление металла будет высоким.

Существует еще одна величина, называемая удельной электропроводностью, обратная удельному сопротивлению, указывающая на степень проводимости электрического тока тем или иным материалом. Она определяется по формуле и выражается в единицах См/м – сименс на метр.

Удельное сопротивление тесно связано с электрическим сопротивлением. Однако они имеют различия между собой. В первом случае – это свойство материала, в том числе и стали, а во втором случае определяется свойство всего объекта.

На качество резистора влияет сочетание нескольких факторов, прежде всего, формы и удельного сопротивления материала, из которого он изготовлен.

Например, если для изготовления проволочного резистора использовалась тонкая и длинная проволока, то его сопротивление будет больше, чем у резистора, изготовленного из толстой и короткой проволоки одинакового металла. 

В качестве другого примера можно привести резисторы из проволоки с одинаковым диаметром и длиной. Однако, если в одном из них материал имеет высокое удельное сопротивление, а в другом низкое, то соответственно в первом резисторе электрическое сопротивление будет выше, чем во втором.

Зная основные свойства материала, можно использовать удельное сопротивление стали для определения величины сопротивления стального проводника. Для вычислений, кроме удельного электрического сопротивления потребуется диаметр и длина самого провода.

Расчеты выполняются по следующей формуле: , в которой R является сопротивлением проводника (Ом), ρ – удельным сопротивлением стали (Ом*м), L – соответствует длине провода, А – площади его поперечного сечения.

Существует зависимость удельного сопротивления стали и других металлов от температуры. В большинстве расчетов используется комнатная температура – 200С. Все изменения под влиянием этого фактора учитываются с помощью температурного коэффициента.

AISI 304

Удельное сопротивление нержавеющей стали

Международный стандарт Американский ASTM A240 Европейский ЕN 10088-2 Российский ГОСТ 5632-72
Обозначение марки AISI 304 1.4301 08Х18Н10
12Х18Н9

AMS 5513 ASTM A 240

ASTM A 666

Классификация

сталь коррозионно-стойкая жаропрочная

Применение

  • Предметы домашнего обихода
  • Раковины
  • Каркасы для металлоконструкций в строительной промышленности
  • Кухонная утварь и оборудование для общепита
  • Молочное оборудование, пивоварение
  • Сварные конструкции
  • Резервуары судовые и наземные танкеры для продовольствия, напитков и некоторых химических веществ

Обычно производители стали разделяют марку на три основных класса (сорта) по способности к волочению:

  • AISI 304 – Основной сорт
  • AISI 304 DDQ (Normal and deep drawing) – Сорт глубокой вытяжки
  • AISI 304 DDS (Extra deep drawing) – Сорт особо глубокой вытяжки

Основные характеристики

  • хорошее общее сопротивление коррозии
  • хорошая пластичность
  • превосходная свариваемость

Химический состав (% к массе)

стандарт марка C Si Mn P S Cr Ni
ASTM A240 AISI 304 ≤0.080 ≤0.75 ≤2.0 ≤0.045 ≤0.030 18.00 – 20.00 8.00 – 10.50

Механические свойства

AISI 304 Сопротивление на разрыв (σв), Н/мм² Предел текучести(σ0,2), Н/мм² Предел текучести(σ1,0), Н/мм² Относительное удлинение (σ), % Твердость по Бринеллю (HB) Твердость по Роквеллу (HRB)
В соответствии с EN 10088-2 ≥520 ≥210 ≥250 ≥45
В соответствии с ASTM A 240 ≥515 ≥205 ≥40 202 85

Механические свойства при высоких температурах

Все эти значения относятся к только AISI 304.

Физические свойства

Физические свойства Условные обозначения Единица измерения Температура Значение
Плотность d 4°C 7.93
Температура плавления °C 1450
Удельная теплоемкость c J/kg.K 20°C 500
Тепловое расширение k W/m.K 20°C 15
Средний коэффициент теплового расширения α 10-6.K-1 0-100°C 0-200°C 17.5 18
Электрическое удельное сопротивление ρ Ωmm2/m 20°C 0.80
Магнитная проницаемость μ в 0.80 kA/m DC или в/ч AC 20°C μ μ разряж.возд. 1.02
Модуль упругости E MPa x 103 20°C 200

Сопротивление коррозии

304-е стали имеют хорошее сопротивление к общим коррозийным средам, но не рекомендованы там, где есть риск межкристаллитной коррозии. Они хорошо приспособлены для эксплуатации в пресной воде и городской и сельской среде. Во всех случаях необходима регулярная очистка внешних поверхностей для сохранения их первоначального состояния.

304-е стали имеют хорошее сопротивление различным кислотам:

  • фосфорной кислоте во всех концентрациях при температуре окружающей среды,
  • азотной кислоте до 65 % при температуре 20°C – 50°C,
  • муравьиной и молочной кислоте при комнатной температуре,
  • уксусной кислоте при температуре 20°C – 50°C.

Их рекомендуют для производства оборудования, контактирующего с холодными или горячими пищевыми продуктами: вино, пиво, молоко (кисломолочные продукты), спирт, натуральные плодовые соки, сиропы, патока, и т.д.

Кислотные среды

Температура, °C 20 80
Концентрация, % к массе 10 20 40 60 80 100 10 20 40 60 80 100
Серная кислота 2 2 2 2 1 0 2 2 2 2 2 2
Азотная кислота 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 1 2
Фосфорная кислота 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 1 2
Муравьиная кислота 0 0 0 0 0 0 0 1 2 2 1 0

Код: 0 = высокая степень защиты – Скорость коррозии менее чем 100мкм/год 1 = частичная защита – Скорость коррозии от 100 до 1000мкм/год

2 = нет защиты – Скорость коррозии более чем 1000мкм/год

Атмосферные воздействия

Сравнение 304-й марки с другими металлами в различных окружающих средах (Скорость коррозии расчитана при 10-летнем воздействии).

Окружающая среда Скорость коррозии (мкм/год) AISI 304 Алюминий-3S Углеродистая сталь
Сельская 0.0025 0.025 5.8
Морская 0.0076 0.432 34.0
Индустриальная Морская 0.0076 0.686 46.2

Устойчивость к коррозии в кипящих химикалиях

Кипящая среда Состояние металла Скорость коррозии (мм/год)
20%-ая уксусная кислота Обычный металл Сваренный

Удельное сопротивление нержавеющей стали

Удельное сопротивление нержавеющей стали

Представлены таблицы значений удельного электрического сопротивления сталей различных типов и марок в зависимости от температуры — в диапазоне от 0 до 1350°С.

В общем случае, удельное сопротивление определяется только составом вещества и его температурой, оно численно равно полному сопротивлению изотропного проводника, имеющего длину 1 м и площадь поперечного сечения 1 м2.

Удельное электрическое сопротивление стали существенно зависит от состава и температуры. При повышении температуры этого металла увеличивается частота и амплитуда колебаний атомов кристаллической решетки, что создает дополнительное сопротивление прохождению электрического тока через толщу сплава. Поэтому, с ростом температуры сопротивление стали увеличивается.

Изменение состава стали и процента содержания в ней легирующих добавок значительно сказывается на величине электросопротивления. Например, углеродистые и низколегированные стали в несколько раз лучше проводят электрический ток, чем высоколегированные и жаропрочные, которые имеют высокое содержание никеля и хрома.

Углеродистые стали

Углеродистые стали при комнатной температуре, как уже было сказано, имеют низкое удельное электросопротивление за счет высокого содержания железа. При 20°С значение их удельного сопротивления находится в диапазоне от 13·10-8 (для стали 08КП) до 20·10-8 Ом·м (для У12).

При нагревании до температур более 1000°С способность углеродистых сталей проводить электрический ток сильно снижается. Величина сопротивления возрастает на порядок и может достигать значения 130·10-8 Ом·м.

Удельное электрическое сопротивление углеродистых сталей ρэ·108, Ом·м

Температура, °ССталь 08КПСталь 08Сталь 20Сталь 40Сталь У8Сталь У12
12 13,2 15,9 16 17 18,4
20 13 14,2 16,9 17,1 18 19,6
50 14,7 15,9 18,7 18,9 19,8 21,6
100 17,8 19 21,9 22,1 23,2 25,2
150 21,3 22,4 25,4 25,7 26,8 29
200 25,2 26,3 29,2 29,6 30,8 33,3
250 29,5 30,5 33,4 33,9 35,1 37,9
300 34,1 35,2 38,1 38,7 39,8 43
350 39,3 40,2 43,2 43,8 45 48,3
400 44,8 45,8 48,7 49,3 50,5 54
450 50,9 51,8 54,6 55,3 56,5 60
500 57,5 58,4 60,1 61,9 62,8 66,5
550 64,8 65,7 68,2 68,9 69,9 73,4
600 72,5 73,4 75,8 76,6 77,2 80,2
650 80,7 81,6 83,7 84,4 85,2 87,8
700 89,8 90,5 92,5 93,2 93,5 96,4
750 100,3 101,1 105 107,9 110,5 113
800 107,3 108,1 109,4 111,1 112,9 115
850 110,4 111,1 111,8 113,1 114,8 117,6
900 112,4 113 113,6 114,9 116,4 119,6
950 114,2 114,8 115,2 116,6 117,8 121,2
1000 116 116,5 116,7 117,9 119,1 122,6
1050 117,5 117,9 118,1 119,3 120,4 123,8
1100 118,9 119,3 119,4 120,7 121,4 124,9
1150 120,3 120,7 120,7 122 122,3 126
1200 121,7 122 121,9 123 123,1 127,1
1250 123 123,3 122,9 124 123,8 128,2
1300 124,1 124,4 123,9 124,6 128,7
1350 125,2 125,3 125,1 125 129,5

Низколегированные стали

Низколегированные стали способны чуть более сильно сопротивляться прохождению электричества, чем углеродистые. Их удельное электросопротивление составляет (20…43)·10-8 Ом·м при комнатной температуре.

Следует отметить марки стали этого типа, которые наиболее плохо проводят электрический ток — это 18Х2Н4ВА и 50С2Г. Однако при высоких температурах, способность проводить электрический ток у сталей, приведенных в таблице, практически не различается.

Удельное электрическое сопротивление низколегированных сталей ρэ·108, Ом·м

Марка стали2010030050070090011001300
15ХФ 28,1 42,1 60,6 83,3
30Х 21 25,9 41,7 63,6 93,4 114,5 120,5 125,1
12ХН2 33 36 52 67 112
12ХН3 29,6 67 116
20ХН3 24 29 46 66 123
30ХН3 26,8 31,7 46,9 68,1 98,1 114,8 120,1 124,6
20ХН4Ф 36 41 56 72 102 118
18Х2Н4ВА 41 44 58 73 97 115
30Г2 20,8 25,9 42,1 64,5 94,6 114,3 120,2 125
12МХ 24,6 27,4 40,6 59,8
40Х3М 33,1 48,2 69,5 96,2
20Х3ФВМ 39,8 54,4 74,3 98,2
50С2Г 42,9 47 60,1 78,8 105,7 119,7 124,9 128,9
30Н3 27,1 32 47 67,9 99,2 114,9 120,4 124,8

Высоколегированные стали

Высоколегированные стали имеют удельное электрическое сопротивление в несколько раз выше чем углеродистые и низколегированные. По данным таблицы видно, что при температуре 20°С его величина составляет (30…86)·10-8 Ом·м.

При температуре 1300°С сопротивление высоко- и низко- легированных сталей становится почти одинаковым и не превышает 131·10-8 Ом·м.

Удельное электрическое сопротивление высоколегированных сталей ρэ·108, Ом·м

Марка стали2010030050070090011001300
Г13 68,3 75,6 93,1 95,2 114,7 123,8 127 130,8
Г20Х12Ф 72,3 79,2 91,2 101,5 109,2
Г21Х15Т 82,4 95,6 104,5 112 119,2
Х13Н13К10 90 100,8 109,6 115,4 119,6
Х19Н10К47 90,5 98,6 105,2 110,8
Р18 41,9 47,2 62,7 81,5 103,7 117,3 123,6 128,1
ЭХ12 31 36 53 75 97 119
40Х10С2М (ЭИ107) 86 91 101 112 122

Хромистые нержавеющие стали

Хромистые нержавеющие стали имеют высокую концентрацию атомов хрома, что увеличивает их удельное сопротивление — электропроводность такой нержавеющей стали не высока. При обычных температурах ее сопротивление составляет (50…60)·10-8 Ом·м.

Удельное электрическое сопротивление хромистых нержавеющих сталей ρэ·108, Ом·м

Марка стали2010030050070090011001300
Х13 50,6 58,4 76,9 93,8 110,3 115 119 125,3
2Х13 58,8 65,3 80 95,2 110,2
3Х13 52,2 59,5 76,9 93,5 109,9 114,6 120,9 125
4Х13 59,1 64,6 78,8 94 108

Хромоникелевые аустенитные стали

Хромоникелевые аустенитные стали также являются нержавеющими, но за счет добавки никеля имеют удельное сопротивление почти в полтора раза выше, чем у хромистых — оно достигает величины (70…90)·10-8 Ом·м.

Удельное электрическое сопротивление хромоникелевых нержавеющих сталей ρэ·108, Ом·м

Марка стали201003005007009001100
12Х18Н9 74,3 89,1 100,1 109,4 114
12Х18Н9Т 72,3 79,2 91,2 101,5 109,2
17Х18Н9 72 73,5 92,5 103 111,5 118,5
Х18Н11Б 84,6 97,6 107,8 115
Х18Н9В 71 77,6 91,6 102,6 111,1 117,1 122
4Х14НВ2М (ЭИ69) 81,5 87,5 100 110 117,5
1Х14Н14В2М (ЭИ257) 82,4 95,6 104,5 112 119,2
1х14Н18М3Т 89 100 107,5 115
36Х18Н25С2 (ЭЯ3С) 98,5 105,5 110 117,5
Х13Н25М2В2 103 112,1 118,1 121
Х7Н25 (ЭИ25) 109 115 121 127
Х2Н35 (ЭИ36) 87,5 92,5 103 110 116 120,5
Н28 84,2 89,1 99,6 107,7 114,2 118,4 122,5

Жаропрочные и жаростойкие стали

По своим электропроводящим свойствам жаропрочные и жаростойкие стали близки к хромоникелевым. Высокое содержание в этих сплавах хрома и никеля не позволяет им проводить электрический ток, подобно обычным углеродистым с высокой концентрацией железа.

Значительное удельное электросопротивление и высокая рабочая температура таких сталей делают возможным их применение в качестве рабочих элементов электрических нагревателей. В частности, сталь 20Х23Н18 по своему сопротивлению и жаростойкости в некоторых случаях способна заменить такой популярный сплав для нагревателей, как нихром Х20Н80.

Удельное электрическое сопротивление жаропрочных и жаростойких сталей ρэ·108, Ом·м

Температура, °С15Х25Т (ЭИ439)15Х28 (ЭИ349)40Х9С2 (ЭСХ8)Х25С3Н (ЭИ261)20Х23Н18 (ЭИ 417)Х20Н35
106
20 75 80
100 97
200 98 113
400 102 105 120
600 113 115 124
800 122 121 128
900 123
1000 127 132

Свойства нержавейки

Сегодня такой материала, как нержавейка является достаточно популярным при производстве многих изделий промышленного и бытового назначения. Нержавеющая сталь представляет собой материал, который производится из стали с добавлением отдельных примесей, которые замедляют или делают процесс образования коррозии на металле невозможным.

Основным достоинством нержавеющей стали является то, что она обладает высоким уровнем устойчивости к появлению ржавчины.

В зависимости от добавленных к стали элементов нержавейка может обладать разными внешними качествами и свойствами. Если каких-либо примесей будет больше или меньше, то процесс коррозии либо будет вообще невозможен, либо он появится спустя длительное время использования предметов, созданных из данного материала.

Нержавеющая сталь применяется для производства промышленного и бытового оборудования, посуды и многих других вещей, которые сталкиваются с влиянием агрессивной среды.

На промышленных предприятиях нержавейку получают путем добавления к стали таких элементов, как:

  • медь,
  • никель,
  • хром,
  • марганец.

В зависимости от того, какие виды стали производятся, определяется количество тех или иных элементов в нержавейке. Благодаря данным веществам сталь меняет свои физические и химические свойства, что позволяет использовать этот, материал для изготовления разного рода продукции.

Все добавляемые к стали элементы влияют на ее качества. Для того чтобы получить материал, устойчивый к появлению коррозии и обладающий высоким уровнем прочности, добавляется:

  • молибден, 
  • марганец, 
  • титан, 
  • никель. 

В стали также не обойтись и без таких элементов, как

  • марганец, 
  • фосфор, 
  • сера,
  • кремний,

которые являются частью железной руды. Они являются верными спутниками этого материала для производства нержавейки. На ее качества они практически не влияют.

Нержавейка сама по себе является уникальным материалом. Она не только обладает рядом преимуществ, но и отличными внешними качествами. Ее сияющая поверхность позволяет использовать этот материал в качестве декоративной отделки зданий и ограждений. Нержавеющая сталь чаще всего становится основной для создания перил для лестниц.

Таблица. Технические характеристики нержавейки

Сталь хромоникелеваяХромистая никелевая молибденоваяЖароупорнаяХромистаяМеханические свойства при 20 градусовМеханические свойства при нагреванииТермическая обработкаДругие свойства
Тип ASTM (AISI) 304 304L 321 316 316L 316 Ti 310S 430
Удельный вес (гр/см) 7,95 7,95 7,95 7,95 7,95 7,95 7,95 7,7
Структура Аустенитная Ферритная
Способность электрического сопротивления при 20 0,72 0,72 0,72 0,74 0,74 0,75 0,79 0,60
Твердость по Бринеллю — НВ отжиг НВ 130-150 125-145 130-185 130-185 120-170 130-190 145-210 135-180
с деформацией в холодном состоянии НВ 180-330 180-230
Твердость По Роквеллу — HRB / HRC Отжиг НRВ 70-88 70-85 70-88 70-85 70-85 70-85 70-85 75-88
с деформацией в холодном состоянии HRC 10-35
Rm(N/mm2) — Сопротивление рястяжению c деформацией (Предел прочности) Отжиг 500-700 500-680 520-700 540-690 520-670 540-690 520-670 440-590
в холодном состоянии 700-1180 610-900
Rp(0,2) (N/mm2) — Предел упругости Отжиг 195-340 175-300 205-340 205-410 195-370 215-380 205-370 250-400
с деформацией в холодном состоянии 340-900 400-860
Отжиг Rp(1) (N/mm2) минимальный 235 215 245 245 235 255 255 275
Удлинение 50мм А(%) 65-50 50-10 65-50 60-40 60-40 60-40 60-40 60-40 30-22 20-2
Сжатие отжиг Z(%) 75-60 75-60 65-50 75-60 75-65 75-60 70-55 70-60
Ударная Вязкость KCUL (Дж/см2) 160 160 120 160 160 120 160 50
KVL (Дж/см2) 180 180 130 180 180 130 180 65
Упругость при различных температурах Rp(0,2) (N/mm2) при 300 С 125 115 150 140 138 145 165 245
при 400 С 97 98 135 125 115 135 156 215
при 500 С 93 88 120 105 95 125 147 155
Rp(1) (N/mm2) при 300 С 147 137 186 166 161 176 181
при 400 С 127 117 161 147 137 166 171
при 500 С 107 108 152 127 117 156 137
температура образование окалины непрерывное обслуживание 925 925 900 925 925 925 1120 840
прерывистое обслуживание 840 840 810 840 840 840 1030 890
Свариваемость очень хорошая очень хорошая хорошая очень хорошая очень хорошая хорошая хорошая достат. хорошее хрупкое соед.
Вытяжка очень хорошая очень хорошая хорошая хорошая хорошая хорошая хорошая достаточно хорошая

Удельное электрическое сопротивление стали при различных температурах

Удельное сопротивление нержавеющей стали

Представлены таблицы значений удельного электрического сопротивления сталей различных типов и марок в зависимости от температуры — в диапазоне от 0 до 1350°С.

В общем случае, удельное сопротивление определяется только составом вещества и его температурой, оно численно равно полному сопротивлению изотропного проводника, имеющего длину 1 м и площадь поперечного сечения 1 м2.

Удельное электрическое сопротивление стали существенно зависит от состава и температуры. При повышении температуры этого металла увеличивается частота и амплитуда колебаний атомов кристаллической решетки, что создает дополнительное сопротивление прохождению электрического тока через толщу сплава. Поэтому, с ростом температуры сопротивление стали увеличивается.

Изменение состава стали и процента содержания в ней легирующих добавок значительно сказывается на величине электросопротивления. Например, углеродистые и низколегированные стали в несколько раз лучше проводят электрический ток, чем высоколегированные и жаропрочные, которые имеют высокое содержание никеля и хрома.

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.