钢的基本计算公式（超全）

2022-12-07 11:38:54 作者：热处理生态圈来源：热处理生态圈分享至：

钢材的基本公式

角钢=边长*边厚*0.015

焊管/无缝钢管=(外径-壁厚）×壁厚×0.02466

方管=边长×4×0.00785=周长/3.14

矩形管=（长+宽）×2×壁厚×0.00785

扁钢=宽度*壁厚*0.00785

镀锌扁钢=宽度×壁厚×0.00785×1.06

板材=长度×宽度×厚度×0.00785

花纹板=[厚度×0.0785+0.3]×长度*宽度

六角钢=对边×对边距离×0.0065

八角钢=对边×对边距离×0.0065

不锈钢板=长度×宽度×厚度×7.93

圆钢重量（公斤）=0.00617×直径×直径×长度

方钢重量（公斤）=0.00785×边宽×边宽×长度

六角钢重量（公斤）=0.0068×对边宽×对边宽×长度

八角钢重量（公斤）=0.0065×对边宽×对边宽×长度

螺纹钢重量（公斤）=0.00617×计算直径×计算直径×长度

角钢重量（公斤）=0.00785×（边宽+边宽-边厚）×边厚×长度

扁钢重量（公斤）=0.00785×厚度×边宽×长度

钢管重量（公斤）=0.02466×壁厚×（外径-壁厚）×长度

六方体体积的计算

公式 s20.866×H/m/k即对边×对边×0.866×高或厚度

各种钢管(材)重量换算公式

钢管的重量=0.25×π×(外径平方-内径平方)×L×钢铁比重

其中：π = 3.14，L=钢管长度，钢铁比重取7.8

所以，钢管的重量=0.25×3.14×(外径平方-内径平方)×L×7.8

* 如果尺寸单位取米（M）,则计算的重量结果为公斤（Kg）

钢的密度为：7.85g/cm3（注意：单位换算）

钢材理论重量计算的计量单位为公斤（ kg ）。

其基本公式为：

W（重量，kg ）=F(断面积 mm2)×L(长度，m)×ρ(密度，g/cm3)×1/1000

各种钢材理论重量计算公式

常用数据
1 米(m)＝ 3.281 英尺	1 英寸＝ 25.4 毫米
1 磅＝ 0.4536 公斤	1 盎司＝ 28.3 克
1 公斤力＝ 9.81 牛顿	1 磅力＝4.45 牛顿
1 兆帕=145.161 磅 / 英寸	钢的比重(密度）：7.8g/cm
不锈钢比重（密度）：7.78g/cm	锌比重（密度）：7.05g/cm
铝的比重（密度）：2.7g/cm

洛氏、布式、维式、努氏硬度之间的换算公式

努氏硬度→维氏硬度

经实际数据验证，该公式的最大相对换算误差为0.75%，具有较高的参考价值。

洛氏硬度→维氏硬度

①

此公式用我国公布的黑色金属硬度标准数据进行换算，其HRC误差基本上在±0.4HRC 范围内，其最大误差也仅±0.9HRC，计算的HV误差最大为±15HV。

② 根据不同压头所受应力σHRC=σHV，通过对洛氏硬度与维氏硬度压痕深度关系曲线的分析得出公式

本公式与国家标准实验换算值对照,换算式计算结果与标准实验值之误差为±0.1HRC。

洛氏硬度→布氏硬度

对布氏压痕和洛氏压痕深度关系进行分析，根据压头的应力σHRC=σHB得出换算公式

计算结果与国家标准实验值对照，换算式计算结果与标准实验值之误差为±0.1HRC。

布氏硬度→维氏硬度

布氏硬度与维氏硬度的关系，同样根据σHB=σHV得出公式

此公式换算结果与国家标准换算值对照，换算误差为±2HV。

努氏硬度→洛氏硬度

因为努氏硬度与洛氏硬度的对应曲线类似于抛物线，故由曲线得出近似的换算公式为

此公式比较精确，可以作为使用参考。

连铸常用的计算公式

浇注能力：连铸机每分钟浇注的钢液量
Q=nFVr
Q	连铸机的浇注能力（吨/分钟）
n	流数
F	连铸坯的断面积(m²)
V	拉坯速度(m/min)
r	连铸坯的比重

钢液成坯率

C₁=（浇注坯量/钢液浇筑量）×100%

一般为96～98%

连铸坯的合格率

C₂=（合格铸坯量/浇注坯量）×100%

一般为96～99%

连铸坯的日有效作业率

C₃=（连铸机每日实际浇注时间/24）×100%

连铸机的日产量
Q_日=24×60×Q×C1×C2×C3
Q	浇注能力（吨/分钟）

钢水收得率

C₄=（合格的铸坯量/钢液浇注量）×100%

连铸机的流数
n=G/(F×V×r×T)
n	连铸机的流数
G	盛钢桶容量(t)
F	铸坯的断面积(m²)
V	坯拉速度(m/min)
r	连铸坯的比重(t/m³)（碳素镇静钢7.6，沸腾钢7.4）
T	盛钢桶内钢液允许的浇注时间(min)

盛钢桶内钢液最大允许的浇注时间
T_最大=[(lgG-0.2)/0.3]×f
T_最大	盛钢桶内钢液最大允许的浇注时间（分钟）
G	盛钢桶容量（吨）
f	质量系数，取决于盛钢桶所允许的温度损失，要求格的钢种取10，要求低钢种取12

拉坯速度
V=K×L/F
V	拉坯速度(m/min)
L	铸坯断面周长(mm)
F	铸坯的断面积(mm²)
K	速度系数(m×mm/ ) 方坯45～75，板坯45～60，圆坯35～45

中间包的最小容量
G_中小=1.3FVrTn
G_中小	中间包最小容量(t)
F	铸坯的断面积(m²)
V	拉坯速度(m/min)
r	钢液比重(t/m³) 一般取7.0
T	更换盛钢桶所需时间(t)
n	流数

结晶器倒锥度
εs=（S_下-S_上）/S_下×100%
εs	结晶器倒锥度（%）
S_下	结晶器下口面积(mm²)
S_上	结晶器上口面积(mm²⁾
对于矩形坯和板坯连铸机，铸坯的宽度和厚度方向上的收缩率不一样
结晶器倒锥度计算
ε=(L_下-L_上)/L_下×100%
ε	结晶器边长计算的倒锥度(%)
L_下	结晶器下口宽边或窄边的长度(mm)
L_上	结晶器上口宽边或窄边的长度(mm)

结晶器的冷却强度
Q=0.0036Fv
Q	结晶器冷却水量(m³/h)
F	结晶器水缝总面积(mm²) 其中F=B×D
B	结晶器的水缝周长(mm)
D	结晶器水缝断面宽度，取4～5mm
v	冷却水在水缝内的流速，方坯取6～12m/s，板坯取3.5～5m/s

二次冷却段的耗水量
Q=W×G
Q	二冷区耗水量(m3/h)
W	二次冷却强度（升/千克钢）（也叫比水量：所消耗的冷却水量与通过二冷区的铸坯质量的比值。）低碳钢比水量1.0～1.2升/千克钢；中高碳钢，低合金钢比水量0.7～1.0升/千克钢；不锈钢，裂纹敏感钢比水量0.4～0.6升/千克钢；高速钢比水量0.1～0.3升/千克钢
G	连铸机理论小时产量(t/h)

浇注平台温度（盛钢桶开始浇注时，桶内钢液测量的温度）
T_平=T_中+△T₁+△T₂+βt
T_平	浇注平台温度（℃）
T_中	中间包内钢液的理论浇注温度（℃）
△T₁	中包内钢液初期温度降低值（℃）（与中包预热状态有关，一般10～15℃）
△T₂	钢液从盛钢桶到中间包的温度降低值（℃）
β	盛钢桶内自然降温速率(℃/min) 盛钢桶50吨为1.3～1.5℃/min，盛钢桶100吨为0.5～0.6℃/min，盛钢桶200吨为0.3～0.4℃/min，盛钢桶300吨为0.2～0.3℃/min
t	盛钢桶内钢液最大允许浇注时间(min)

连铸浇注温度（中间包内钢液温度）
T_中=T_熔+a
T_中	中间包的钢液理论浇注温度（℃）
T_熔	钢液的熔点（℃）
T_熔=1538℃-[88C%+8Si%+5Mn%+30P%+25S%+5Ca%+4Ni%+2Mo%+2V%+1.5Cr%]
a	钢液的过热度（℃）中包过热度取值范围10～30℃，铸坯断面大的取值高一些

钢的热处理工艺设计经验公式

钢的热处理

1.1正火加热时间

t=KD
t	加热时间
D	工件有效厚度(mm)
K	加热时间系数(s/mm)

K值的经验数据
加热设备	加热温度(℃)	碳素钢K/(S/mm)	合金钢K(S/mm)
箱式炉	800~950	50~60	60~70
盐浴炉	800~950	12~25	20~30

1.2正火加热温度

根据钢的相变临界点选择正火加热温度
低碳钢	T=Ac3+(100~150℃)
中碳钢	T=Ac3+(50~100℃)
高碳钢	T=Ac3+(30~50℃)
亚共析刚	T=Ac3+(30~80℃)
共析钢及过共析钢	T=Acm+(30~50℃)

1.3淬火加热时间

t=a×K×D（不经预热）
t=(a+b)×K×D（经一次预热）
t=(a+b+c)×K×D（经二次预热）
t	加热时间(min)
a	到达淬火温度的加热系数(min/mm)
b	到达预热温度的加热系数(min/mm)
c	到达二次预热温度的加热系数(min/mm)
K	装炉修正系数
D	工件的有效厚度(mm)

在一般的加热条件下，采用箱式炉进行加热时，碳素钢及合金钢a多采用1～1.5min/mm；b为1.5～2min/mm(高速钢及合金钢一次预热a=0.5～0.3；b=2.5～3.6；二次预热a=0.5～0.3；b=1.5～2.5；c=0.8～1.1)，若在箱式炉中进行快速加热时，当炉温较淬火加热温度高出100～150℃时，系数a约为1.5～20s/mm，系数b不用另加。若用盐浴加热，则所需时间，应较箱式炉中加热时间少1/5(经预热)至1/3(不经预热)左右。

工件装炉修正系数K
工件装炉方式	修正系数
t030111.1	1.0
t030111.3	2.0
t030111.5	1.3
t030111.7	1.0

1.4淬火加热温度

亚共析钢的淬火加热温度	Ac3+(30~50℃)
共析和过共析钢	Ac1+(30~50℃)
合金钢的淬火加热温度	Ac1（或Ac3）+(50~100℃)

1.5回火加热时间

对于中温或高温回火的工件，回火时间是指均匀透烧所用的时间 t=aD+b
t	回火保温时间(min)
D	工件有效尺寸(mm)
a	加热系数(min/mm)
b	附加时间，一般为10~20min
盐浴的加热系数为0.5~0.8min/mm；铅浴的加热系数为0.3~0.5min/mm; 井式回火电炉（RJJ系列回火电炉）加热系数为1.0~1.5min/mm 箱式电炉加热系数为2~2.5min/mm

1.6回火加热温度

T=200+k(60-x)
x	回火后硬度值(HRC)
k	待定系数，对于45钢，x＞30，k=11

大量试验表明，当钢的回火参数P一定时，回火所达到的工艺效果—硬度值或力学性能相同。因此，按传统经验式确定回火参数仅在标准态(回火1h)时方可使用，实际生产应用受到限制。

为了解决上述问题，将有关因素均定量表达，文献中导出如下回火公式:

(1) 在200~400℃范围： HV=640-(T-20)×1.05+(lgt-1.28)×366+(T-200)(lgt-1.28)×0.036
(2) 在400~600℃范围： HV=17.2×10³/T-(lgt-1.28)×29.4-(T-400)(lgt-1.28)×0.023
T	回火温度℃
t	回火时间min

对比可以看出影响回火效果的主要因素是T和t能较好，较真实地反映出实际工艺参数的影响，定量地表达了不同温度区间回火硬度的变化特征。

钢的淬火冷却时间计算

钢预冷淬火时空气预冷时间ty(s)
ty=12+(3~4)D
D	淬火工件危险截面厚度(mm)
钢Ms点上分级冷却时间tf(s)
tf=30+5D

钢的淬火硬度的计算

钢终端淬火试验时，距试样顶端4~40mm范围内各点硬度H4~40(HRC)
H_4~40=88C^1/2-0.0135E²C^1/2+19Cr^1/2+6.3Ni^1/2+16Mn^1/2+35Mo^1/2+5Si^1/2-0.82G-20E^1/2+2.11E-2
E	到顶端距离(mm)
G	奥氏体晶粒度
钢的最高淬火硬度，即淬火钢获得90%马氏体时的硬度Hh(HRC)
Hh=30+50C
钢的临界淬火硬度，即淬火钢获得50%马氏体时的硬度H1(HRC)
H1=24+40C
钢淬火组织为马氏体时的硬度HVM
HVM=127+949C+27Si+11Mn+8Ni+16Cr+21logvM
钢淬火组织为贝氏体时的硬度HVB
HVB=-323+185C+330Si+153Mn+65Ni+144Cr+191Mo+logv B(89+54C-55Si-22Mn-10Ni-20Cr-33Mo)
钢淬火组织为珠光体-铁素体的硬度HVPF
HVPF=42+223C+53Si+30Mn+13Ni+7Cr+19Mo+logv PF(10-19Si+4Ni+8Cr+130V)

钢回火后硬度的计算

钢淬火组织为马氏体时的回火硬度HVM
HVM=-74-434C-368Si+15Mn+37Ni+17Cr-335Mo-2235V+(10³/PB)(260+616C+321Si-21Mn-35Ni-11Cr+352Mo-2345V)
PB	回火参数（回火温度×回火时间），此处加热时间为1h
钢淬火组织为贝氏体时的回火硬度HVB
HVB=262+162C-349Si-64Mn-6Ni-186Cr-485Mo-857+(10³/PB)(-149+43C+336Si+79Mn+16Ni+196Cr+498Mo+1094V)
钢回火后硬度回归方程
HRC=75.5-0.094T+0.66CM
T	回火温度(℃)
CM	钢的含碳量或碳当量(%)
CM=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15
45钢回火后硬度回归方程
HV=640-(T-200)1.05-(logt-1.28)36.6+(T-200)(logt-1.28)0.0036 20≤T≤400
HV=17.2×10⁴/T-(logt-1.28)29.4-(T-400)(logt-1.28)0.014 400≤T≤600
t	回火时间(min)

钢的回火温度的估算（使用于碳素钢）

T=200+k(60-x)
x	回火后硬度值(HRC)
k	待定系数，对于45钢，x＞30,k=11;x≤30,k=12

由钢的化学成分估算力学性能

6.1求屈服比（屈服极限σs/抗拉强度σb）

油液淬火调质σs/σb(%)

σs/σb=55+3Si+4Mn+8Cr+10Mo+3Ni+20V

Si≤1.8%,Mn≤1.1%,Cr≤1.8%,Mo≤0.5%,Ni≤5%,V≤0.25%

材料适用直径在φ150~200mm

空气淬火调质钢σs/σb(%)

σs/σb=48+3Si+4Mn+8Cr+10Mn+3Ni+20V

6.2求抗拉强度σb(9.8×MPa)

调质钢
σb=100C-100(C-0.40)/3+100Si/10+100Mo/4+30Mn+6Ni+2W+60V 适用C≤0.9%,Si≤1.8%,Mn≤1.1%,Cr≤1.8%,Ni≤5%,V≤2%
普通正火及退火钢
σb =20+100C_M
热轧钢
σb=27+56C_M
锻钢
σb=27+50C_M
铸铁
σb=27+48C_M
C_M	钢的碳当量
C_M=[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

机加工常用计算公式

术语和单位

Dm	加工直径(mm)
Vc	切削速度(m/min)
n	主轴转速(r/min)
Tc	加工时间(min)
Qz	金属去除量(cm3/min)
Im	加工长度(mm)
Pc	有效功率(kW)
Kc0.4	切削厚度为0.4mm时的单位切削力(N/mm2)
fn	每转进给量(mm/r)
kr	主偏角（度）
Rmax	表面粗糙度(um)
rε	刀片刀尖半径(mm)
ap	切削深度(mm)

公式

切削速度(m/min)	Vc=π×Dm×n/103
主轴转速(r/min)	n=vc×103/(π×Dm)
金属去除量(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
加工时间(min)	Tc=Im/fn×n
表面粗糙度(um)	Rmax=fn2/ rε×125
刀尖R补偿公式	*Z=R-Rtan(a/2) X=Ztan(a)*