鋼材的計(jì)算公式知識大全

鋼材的計(jì)算公式知識大全

鋼材的基本公式

鋼材理論重量計(jì)算的計(jì)量單位為公斤（kg?）。其基本公式為：

W?（重量，kg?）=F（斷面積，mm2?）×L（長度，m?）×ρ（密度，g/cm3?）×1/1000

鋼的密度為：7.85g/cm3，各種鋼材理論重量計(jì)算公式如下（注意，下面計(jì)算重量時的單位）：

鋼板重量計(jì)算公式

公式：7.85×長度(m)×寬度(m)×厚度(mm)                 

例：鋼板6m(長)×1.51m(寬)×9.75mm(厚)

計(jì)算：7.85×6×1.51×9.75=693.43kg

鋼管重量計(jì)算公式

公式：（外徑-壁厚）×壁厚mm×0.02466×長度m

   例：鋼管114mm(外徑)×4mm(壁厚)×6m(長度)

計(jì)算：（114-4）×4×0.02466×6=65.102kg

圓鋼重量計(jì)算公式

公式：直徑mm×直徑mm×0.00617×長度m                   

   例：圓鋼Φ20mm(直徑)×6m(長度)

計(jì)算：20×20×0.00617×6=14.808kg鋼

方鋼重量計(jì)算公式

公式：邊寬(mm)×邊寬(mm)×長度(m)×0.00785                 

例：方鋼 50mm(邊寬)×6m(長度)

計(jì)算：50×50×6×0.00785=117.75(kg)

扁鋼重量計(jì)算公式

公式：邊寬(mm)×厚度(mm)×長度(m)×0.00785                 

例：扁鋼 50mm(邊寬)×5.0mm(厚)×6m(長度)

計(jì)算：50×5×6×0.00785=11.7.75(kg)

六角鋼重量計(jì)算公式

公式：對邊直徑×對邊直徑×長度(m)×0.00068                 

例：六角鋼 50mm(直徑)×6m(長度)

計(jì)算：50×50×6×0.0068=102(kg)

螺紋鋼重量計(jì)算公式

公式：直徑mm×直徑mm×0.00617×長度m         

   例：螺紋鋼Φ20mm(直徑)×12m(長度)

計(jì)算：20×20×0.00617×12=29.616kg

扁通重量計(jì)算公式

公式：(邊長+邊寬)×2×厚×0.00785×長m         

   例：扁通 100mm×50mm×5mm厚×6m(長)

計(jì)算：(100+50)×2×5×0.00785×6=70.65kg

方通重量計(jì)算公式

公式：邊寬mm×4×厚×0.00785×長m         

   例：方通 50mm×5mm厚×6m(長)

計(jì)算：50×4×5×0.00785×6=47.1kg

等邊角鋼重量計(jì)算公式

公式：邊寬mm×厚×0.015×長m(粗算)         

   例：角鋼 50mm×50mm×5厚×6m(長)

計(jì)算：50×5×0.015×6=22.5kg(表為22.62)

不等邊角鋼重量計(jì)算公式

公式：(邊寬+邊寬)×厚×0.0076×長m(粗算)         

   例：角鋼 100mm×80mm×8厚×6m(長)

計(jì)算：(100+80)×8×0.0076×6=65.67kg(表65.676)

黃銅管重量計(jì)算公式

公式：(外徑-壁厚)×厚×0.0267×長m

例：黃銅管 20mm×1.5mm厚×6m(長)

計(jì)算：(20-1.5)×1.5×0.0267×6=4.446kg

鋁花板重量計(jì)算公式

公式：長m×寬m×厚mm×2.96     

   例：鋁花板 1m寬×3m長×2.5mm厚

計(jì)算：1×3×2.5×2.96=22.2kg

洛氏、布式、維式、努氏硬度之間的換算公式

01努氏硬度→維氏硬度

經(jīng)實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證，該公式的最大相對換算誤差為0.75%，具有較高的參考價值。

02洛氏硬度→維氏硬度

①   

此公式用我國公布的黑色金屬硬度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，其HRC誤差基本上在±0.4HRC 范圍內(nèi)，

其最大誤差也僅±0.9HRC，計(jì)算的HV誤差最大為±15HV。

②   根據(jù)不同壓頭所受應(yīng)力σHRC=σHV，通過對洛氏硬度與維氏硬度壓痕深度關(guān)系曲線的分析得出公式

本公式與國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)換算值對照,換算式計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值之誤差為±0.1HRC。

03洛氏硬度→布氏硬度

對布氏壓痕和洛氏壓痕深度關(guān)系進(jìn)行分析，根據(jù)壓頭的應(yīng)力σHRC=σHB得出換算公式

計(jì)算結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值對照，換算式計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值之誤差為±0.1HRC。

04布氏硬度→維氏硬度

布氏硬度與維氏硬度的關(guān)系，同樣根據(jù)σHB=σHV得出公式

此公式換算結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)換算值對照，換算誤差為±2HV。

05努氏硬度→洛氏硬度

因?yàn)榕嫌捕扰c洛氏硬度的對應(yīng)曲線類似于拋物線，故由曲線得出近似的換算公式為

此公式比較精確，可以作為使用參考。

連鑄常用的計(jì)算公式

澆注能力：連鑄機(jī)每分鐘澆注的鋼液量

Q=nFVr

Q 連鑄機(jī)的澆注能力（噸/分鐘）

n 流數(shù)

F 連鑄坯的斷面積(m2)

V 拉坯速度(m/min)

r 連鑄坯的比重

鋼液成坯率：

C1=（澆注坯量/鋼液澆筑量）×100%一般為96～98%

連鑄坯的合格率

C2=（合格鑄坯量/澆注坯量）×100%一般為96～99%

連鑄坯的日有效作業(yè)率

C3=（連鑄機(jī)每日實(shí)際澆注時間/24）×100%

連鑄機(jī)的日產(chǎn)量

Q日=24×60×Q×C1×C2×C3

Q 澆注能力（噸/分鐘）

鋼水收得率

C4=（合格的鑄坯量/鋼液澆注量）×100%

連鑄機(jī)的流數(shù)

n=G/(F×V×r×T)

n 連鑄機(jī)的流數(shù)

G 盛鋼桶容量(t)

F 鑄坯的斷面積(m2)

V 坯拉速度(m/min)

r 連鑄坯的比重(t/m3)（碳素鎮(zhèn)靜鋼7.6，沸騰鋼7.4）

T 盛鋼桶內(nèi)鋼液允許的澆注時間(min)

盛鋼桶內(nèi)鋼液最大允許的澆注時間

T最大=[(lgG-0.2)/0.3]×f

T最大 盛鋼桶內(nèi)鋼液最大允許的澆注時間（分鐘）

G 盛鋼桶容量（噸）

f 質(zhì)量系數(shù)，取決于盛鋼桶所允許的溫度損失，要求格的鋼種取10，要求低鋼種取12

拉坯速度

V=K×L/F

V 拉坯速度(m/min)

L 鑄坯斷面周長(mm)

F 鑄坯的斷面積(mm2)

K 速度系數(shù)(m×mm/) 方坯45～75，板坯45～60，圓坯35～45

中間包的最小容量

G中小=1.3FVrTn

G中小 中間包最小容量(t)

F 鑄坯的斷面積(m2)

V 拉坯速度(m/min)

r 鋼液比重(t/m3) 一般取7.0

T 更換盛鋼桶所需時間(t)

n 流數(shù)

結(jié)晶器倒錐度

εs=（S下-S上）/S下×100%

εs 結(jié)晶器倒錐度（%）

S下 結(jié)晶器下口面積(mm2)

S上 結(jié)晶器上口面積(mm2)

對于矩形坯和板坯連鑄機(jī)，鑄坯的寬度和厚度方向上的收縮率不一樣

結(jié)晶器倒錐度計(jì)算

ε=(L下-L上)/L下×100%   

ε

結(jié)晶器邊長計(jì)算的倒錐度(%)

L下 結(jié)晶器下口寬邊或窄邊的長度(mm)

L上 結(jié)晶器上口寬邊或窄邊的長度(mm)

結(jié)晶器的冷卻強(qiáng)度

Q=0.0036Fv

Q 結(jié)晶器冷卻水量(m3/h)

F 結(jié)晶器水縫總面積(mm2) 其中F=B×D

B 結(jié)晶器的水縫周長(mm)

D 結(jié)晶器水縫斷面寬度，取4～5mm

v 冷卻水在水縫內(nèi)的流速，方坯取6～12m/s，板坯取3.5～5m/s

二次冷卻段的耗水量

Q=W×G

Q 二冷區(qū)耗水量(m3/h)

W 二次冷卻強(qiáng)度（升/千克鋼）（也叫比水量：所消耗的冷卻水量與通過二冷區(qū)的鑄坯質(zhì)量的比值。）

低碳鋼比水量1.0～1.2升/千克鋼；中高碳鋼，低合金鋼比水量0.7～1.0升/千克鋼；不銹鋼，

裂紋敏感鋼比水量0.4～0.6升/千克鋼；

高速鋼比水量0.1～0.3升/千克鋼

G 連鑄機(jī)理論小時產(chǎn)量(t/h)   

澆注平臺溫度（盛鋼桶開始澆注時，桶內(nèi)鋼液測量的溫度）

T平=T中+△T1+△T2+βt

T平 澆注平臺溫度（℃）

T中 中間包內(nèi)鋼液的理論澆注溫度（℃）

△T1 中包內(nèi)鋼液初期溫度降低值（℃）（與中包預(yù)熱狀態(tài)有關(guān)，一般10～15℃）

△T2 鋼液從盛鋼桶到中間包的溫度降低值（℃）

β 盛鋼桶內(nèi)自然降溫速率(℃/min)盛鋼桶50噸為1.3～1.5℃/min，盛鋼桶100噸為0.5～0.6℃/min，

盛鋼桶200噸為0.3～0.4℃/min，

盛鋼桶300噸為0.2～0.3℃/min

t 盛鋼桶內(nèi)鋼液最大允許澆注時間(min)

連鑄澆注溫度（中間包內(nèi)鋼液溫度）

T中=T熔+a

T中 中間包的鋼液理論澆注溫度（℃）

T熔 鋼液的熔點(diǎn)（℃）

T熔=1538℃-[88C%+8Si%+5Mn%+30P%+25S%+5Ca%+4Ni%+2Mo%+2V%+1.5Cr%]

a 鋼液的過熱度（℃）中包過熱度取值范圍10～30℃，鑄坯斷面大的取值高一些

鋼的熱處理工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式

01   鋼的熱處理1.1正火加熱時間

t=KD

t 加熱時間

D 工件有效厚度(mm)

K 加熱時間系數(shù)(s/mm)

K值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)

加熱設(shè)備 加熱溫度(℃) 碳素鋼K/(S/mm) 合金鋼K(S/mm)

箱式爐 800~950 50~60 60~70

鹽浴爐 800~950 12~25 20~30

1.2正火加熱溫度

根據(jù)鋼的相變臨界點(diǎn)選擇正火加熱溫度

低碳鋼 T=Ac3+(100~150℃)

中碳鋼 T=Ac3+(50~100℃)

高碳鋼 T=Ac3+(30~50℃)

亞共析剛 T=Ac3+(30~80℃)

共析鋼及過共析鋼 T=Acm+(30~50℃)

1.3淬火加熱時間

t=a×K×D（不經(jīng)預(yù)熱）

t=(a+b)×K×D（經(jīng)一次預(yù)熱）

t=(a+b+c)×K×D（經(jīng)二次預(yù)熱）

t 加熱時間(min)

a 到達(dá)淬火溫度的加熱系數(shù)(min/mm)

b 到達(dá)預(yù)熱溫度的加熱系數(shù)(min/mm)

c 到達(dá)二次預(yù)熱溫度的加熱系數(shù)(min/mm)

K 裝爐修正系數(shù)

D 工件的有效厚度(mm)

在一般的加熱條件下，采用箱式爐進(jìn)行加熱時，碳素鋼及合金鋼a多采用1～1.5min/mm；

b為1.5～2min/mm(高速鋼及合金鋼一次預(yù)熱a=0.5～0.3；b=2.5～3.6；二次預(yù)熱a=0.5～0.3；b=1.5～2.5；c=0.8～1.1)，

若在箱式爐中進(jìn)行快速加熱時，當(dāng)爐溫較淬火加熱溫度高出100～150℃時，系數(shù)a約為1.5～20s/mm，系數(shù)b不用另加。

若用鹽浴加熱，則所需時間，應(yīng)較箱式爐中加熱時間少1/5(經(jīng)預(yù)熱)至1/3(不經(jīng)預(yù)熱)左右。

工件裝爐修正系數(shù)K

工件裝爐方式 修正系數(shù)

t030111.1 1.0

t030111.3 2.0

t030111.5 1.3

t030111.7 1.0

1.4淬火加熱溫度

亞共析鋼的淬火加熱溫度 Ac3+(30~50℃)

共析和過共析鋼 Ac1+(30~50℃)

合金鋼的淬火加熱溫度 Ac1（或Ac3）+(50~100℃)

1.5回火加熱時間

對于中溫或高溫回火的工件，回火時間是指均勻透燒所用的時間t=aD+b

t 回火保溫時間(min)

D 工件有效尺寸(mm)

a 加熱系數(shù)(min/mm)

b 附加時間，一般為10~20min

鹽浴的加熱系數(shù)為0.5~0.8min/mm；鉛浴的加熱系數(shù)為0.3~0.5min/mm;井式回火電爐（RJJ系列回火電爐）

加熱系數(shù)為1.0~1.5min/mm箱式電爐加熱系數(shù)為2~2.5min/mm

1.6回火加熱溫度

T=200+k(60-x)

x 回火后硬度值(HRC)

k 待定系數(shù)，對于45鋼，x＞30，k=11

大量試驗(yàn)表明，當(dāng)鋼的回火參數(shù)P一定時，回火所達(dá)到的工藝效果—硬度值或力學(xué)性能相同。

因此，按傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)式確定回火參數(shù)僅在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)(回火1h)時方可使用，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用受到限制。

為了解決上述問題，將有關(guān)因素均定量表達(dá)，文獻(xiàn)中導(dǎo)出如下回火公式:

(1)    在200~400℃范圍：HV=640-(T-20)×1.05+(lgt-1.28)×366+(T-200)(lgt-1.28)×0.036

(2)      在400~600℃范圍：HV=17.2×103/T-(lgt-1.28)×29.4-(T-400)(lgt-1.28)×0.023

T 回火溫度℃

t 回火時間min

對比可以看出影響回火效果的主要因素是T和t能較好，較真實(shí)地反映出實(shí)際工藝參數(shù)的影響，

定量地表達(dá)了不同溫度區(qū)間回火硬度的變化特征。

02 鋼的淬火冷卻時間計(jì)算

鋼預(yù)冷淬火時空氣預(yù)冷時間ty(s)

ty=12+(3~4)D

D 淬火工件危險截面厚度(mm)

鋼Ms點(diǎn)上分級冷卻時間tf(s)

tf=30+5D

03 鋼的淬火硬度的計(jì)算鋼

終端淬火試驗(yàn)時，距試樣頂端4~40mm范圍內(nèi)各點(diǎn)硬度H4~40(HRC)

H4~40=88C1/2-0.0135E2C1/2+19Cr1/2+6.3Ni1/2+16Mn1/2+35Mo1/2+5Si1/2-0.82G-20E1/2+2.11E-2

E 到頂端距離(mm)

G 奧氏體晶粒度

鋼的最高淬火硬度，即淬火鋼獲得90%馬氏體時的硬度Hh(HRC)

Hh=30+50C

鋼的臨界淬火硬度，即淬火鋼獲得50%馬氏體時的硬度H1(HRC)

H1=24+40C

鋼淬火組織為馬氏體時的硬度HVM

HVM=127+949C+27Si+11Mn+8Ni+16Cr+21logvM

鋼淬火組織為貝氏體時的硬度HVB

HVB=-323+185C+330Si+153Mn+65Ni+144Cr+191Mo+logv   B(89+54C-55Si-22Mn-10Ni-20Cr-33Mo)

鋼淬火組織為珠光-鐵素體的硬度HVPF

HVPF=42+223C+53Si+30Mn+13Ni+7Cr+19Mo+logv   PF(10-19Si+4Ni+8Cr+130V)

04 鋼回火后硬度的計(jì)算

鋼淬火組織為馬氏體時的回火硬度HVM

HVM=-74-434C-368Si+15Mn+37Ni+17Cr-335Mo-2235V+(103/PB)(260+616C+321Si-21Mn-35Ni-11Cr+352Mo-2345V)

PB 回火參數(shù)（回火溫度×回火時間），此處加熱時間為1h

鋼淬火組織為貝氏體時的回火硬度HVB

HVB=262+162C-349Si-64Mn-6Ni-186Cr-485Mo-857+(103/PB)(-149+43C+336Si+79Mn+16Ni+196Cr+498Mo+1094V)

鋼回火后硬度回歸方程

HRC=75.5-0.094T+0.66CM

T 回火溫度(℃)

CM 鋼的含碳量或碳當(dāng)量(%)

CM=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

45鋼回火后硬度回歸方程

HV=640-(T-200)1.05-(logt-1.28)36.6+(T-200)(logt-1.28)0.003620≤T≤400

HV=17.2×104/T-(logt-1.28)29.4-(T-400)(logt-1.28)0.014400≤T≤600

t 回火時間(min)

05鋼的回火溫度的估算（使用于碳素鋼）

T=200+k(60-x)

x 回火后硬度值(HRC)

k 待定系數(shù)，對于45鋼，x＞30,k=11;x≤30,k=12

06由鋼的化學(xué)成分估算力學(xué)性能

6.1求屈服比（屈服極限σs/抗拉強(qiáng)度σb）

油液淬火調(diào)質(zhì)σs/σb(%)

σs/σb=55+3Si+4Mn+8Cr+10Mo+3Ni+20VSi≤1.8%,Mn≤1.1%,Cr≤1.8%,Mo≤0.5%,Ni≤5%,V≤0.25%材料適用直徑在φ150~200mm

空氣淬火調(diào)質(zhì)鋼σs/σb(%)

σs/σb=48+3Si+4Mn+8Cr+10Mn+3Ni+20V

6.2求抗拉強(qiáng)度σb(9.8×MPa)

調(diào)質(zhì)鋼

σb=100C-100(C-0.40)/3+100Si/10+100Mo/4+30Mn+6Ni+2W+60V適用C≤0.9%,Si≤1.8%,Mn≤1.1%,Cr≤1.8%,Ni≤5%,V≤2%

普通正火及退火鋼

σb =20+100CM

熱軋鋼

σb=27+56CM

鍛鋼

σb=27+50CM

鑄鐵

σb=27+48CM

CM 鋼的碳當(dāng)量

CM=[1+0.5(C-0.20)]C+0.15Si+[0.125+0.25(C+0.20)Mn]+[1.25-0.5(C-0.20)]P+0.20Cr+0.10Ni

機(jī)加工常用計(jì)算公式

術(shù)語和單位

Dm 加工直徑(mm)

Vc 切削速度(m/min)

n 主軸轉(zhuǎn)速(r/min)

Tc 加工時間(min)

Qz 金屬去除量(cm3/min)

Im 加工長度(mm)

Pc 有效功率(kW)

Kc0.4 切削厚度為0.4mm時的單位切削力(N/mm2)

fn 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm/r)

kr 主偏角（度）

Rmax 表面粗糙度(μm)

rε 刀片刀尖半徑(mm)

ap 切削深度(mm)

公式

切削速度(m/min) Vc=π×Dm×n/103

主軸轉(zhuǎn)速(r/min) n=vc×103/(π×Dm)

金屬去除量(cm3/min) Qz=vc×ap×fn

所需功率(kW) Pc=vc×ap×fn×kc0.4/60×103(0.4/fn×sin kr)0.29

加工時間(min) Tc=Im/fn×n

表面粗糙度(μm) Rmax=fn2/ rε×125

刀尖R補(bǔ)償公式 Z=R-R*tan(a/2)X=Z*tan(a)