鋼鐵分析和測定條件

1、鋼鐵分析和測定條件 概述 了解鋼的生產(chǎn)過程，從而進一步理解五大元素在鋼中的作用，證明測定的意義 。 鋼鐵是鐵和碳的合金，其化學(xué)成分中大多數(shù)元素 是鐵，還含有碳、硅、錳、磷、硫等元素。 焦炭還原鐵礦石 鐵礦石被焦炭還原生 石灰石CaCO3除SiO2 成粗制生鐵 一、鋼的生產(chǎn)過程 鐵礦石和焦炭、石灰石按一定比例配合，經(jīng)過高溫煅燒、冶煉，則鐵礦石被焦炭還原，生成粗制的鐵，稱生鐵。反應(yīng)歷程較復(fù)雜，可用下式代表： 鐵礦石主要含有硅酸鹽狀態(tài)存在的其他金屬或非金屬雜質(zhì)的氧化鐵，經(jīng)冶煉大部分雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成爐渣，分離除去，有少量雜質(zhì)C、Mn、Si、S、P等殘存在生鐵中。 如果將生鐵的其他輔助材料配合，進一步冶煉，則

2、雜質(zhì)被進一步氧化除去，同時控制含碳量降至一定限度，硅猛等元素含量很低，硫磷等雜質(zhì)降至0.05%以下，則成為鐵及碳的合金碳素鋼。特種鋼： 若適當(dāng)提高鋼中Si或Mn含量，或加入一定量的Ni，Cr，W，Mo，V，Ti等金屬，成為特種鋼（鐵合金或合金鋼）。 加Ni、Cr、W、Ti等又分別稱為Ni鋼、Cr鋼、W鋼、Ti鋼。 加Ni增強鋼的強度及韌性多用于承受沖擊或強大壓力的制件含Ni 36%鑄鋼受熱時幾乎不膨脹可制精密儀器 加Cr耐熱耐腐蝕性較強多用于制造多用于制造滾珠軸承或工具含Cr 12.5 18%的鉻鋼或含鉻 0.6 1.75%、Ni 1.25%的鎳鉻鋼，又稱不銹鋼，可制高壓鍋。 加W有極強的耐熱

3、性，受熱至白熱化仍不軟化常制運轉(zhuǎn)的機件或刀具。 高速切削鋼：含W 1518% V 13% Cr 25%合金鋼 含Mo、V、Ti等合金鋼和鎢鋼性能相似。 11黑色金屬材料是指鐵、鉻、錳及它們的合金，通常稱為鋼鐵材料。各類鋼鐵是由鐵礦石及其他輔助原料在高爐、轉(zhuǎn)爐、電爐等各種冶金爐中冶煉而成的產(chǎn)品。 1. 鋼鐵材料的分類 (1)鋼的分類 鋼是指含碳量低于2的鐵碳合金，其成分除鐵碳外，還有少量硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)元素，合金鋼還含有其他合金元素。一般工業(yè)用鋼含碳量不超過。 6.1.1 基礎(chǔ)知識12按化學(xué)成分分類 鋼鐵材料可分為碳素鋼和合金鋼 合金鋼：低合金鋼(合金元素總量5)； 中合金鋼(合金元素總量在

4、510)； 高合金鋼(合金元素總量10)。 按品質(zhì)分類 普通鋼(磷含量，硫含量)；優(yōu)質(zhì)鋼(磷含量、硫含量)；高級優(yōu)質(zhì)鋼(磷含量，硫含量)。 6.1.1 基礎(chǔ)知識13 (2)生鐵的分類 生鐵是含碳量高于2的鐵碳合金，通常按用途分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵兩類。 煉鋼生鐵是指用于煉鋼的生鐵，一般含硅量較低)，含硫量較高)。 高爐中生產(chǎn)出來的生鐵主要用作煉鋼生鐵，約占生鐵產(chǎn)量的8090，質(zhì)硬而脆，斷口成白色，也叫白口鐵。 鑄造生鐵是指用于鑄造各種生鐵、鑄鐵件的生鐵，一般含硅量較高)，含硫量稍低)。因其斷口呈灰色，所以也叫灰口鐵。 6.1.1 基礎(chǔ)知識14 (3)鐵合金的分類 鐵合金是含有煉鋼時所需的各種合

5、金元素的特種生鐵，用作煉鋼時的脫氧劑或合金元素添加劑。鐵合金主要是以所含的合金元素來分，如硅鐵、錳鐵、鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵、鈮鐵、釷鐵、硅錳合金等。 用量最大的是硅鐵、錳鐵、鉻鐵。 6.1.1 基礎(chǔ)知識 二、各元素在鋼中的形態(tài)和作用 主要講述C 、S 、Si 、Mn 、P （一）碳 1 鋼鐵中的C來源： 碳是鋼鐵的主要成分之一，它直接影響著鋼鐵的性能。碳是區(qū)別鐵與鋼，決定鋼號、品級的主要標(biāo)志。 形態(tài)：兩種 碳是對鋼性能起決定作用的元素。碳在鋼中可作為硬化劑和加強劑，正是由于碳的存在，才能用熱處理的方法來調(diào)節(jié)和改善其機械性能。 對存在狀態(tài)的影響 灰口生鐵，石墨C多，軟而韌 白口生鐵，化合物C多，硬而

6、脆 碳素鋼據(jù)C 含量分三類，低、中、高碳素鋼 （二）硅 1、來源 由原料礦石引入或脫氧及特殊需要而有意加入 2、形態(tài) 主要以硅化物：FeSi 、MnSi 、FeMnSi 存在 在高硅鋼中，一部分以SiC存在，也有時形成固熔體或硅酸鹽。 （二）硅 3、性能 增強鋼的硬度、彈性及強度，提高抗氧化能力及耐酸性(3)、類型 a 一般生鐵或碳素鋼Si含量0.8% 碳素鋼 Mn 0.3 0.8% 高錳鋼高達13% - 14%如含錳0.8% - 14%為各種型號的高錳鋼，具有良好的彈性及耐腐蝕性。用于制造彈簧、齒輪、轉(zhuǎn)軸、鐵路道岔等。 含Mn 12% - 20%的鐵合金為鏡鐵 含Mn 60% - 80%的鐵

7、合金為錳鐵 上兩種主要用于煉鋼做脫硫劑 （四）硫 1 來源 主要由焦炭或原料礦石引入鋼鐵 2 形態(tài) 主要以MnS或FeS狀態(tài)存在 若： 3 性能 使鋼產(chǎn)生“熱脆性”有害成分 原因：為什么產(chǎn)生熱脆性？ FeS的熔點較低，最后凝固，夾雜于鋼鐵的晶格之間。當(dāng)加熱壓制鋼鐵時，F(xiàn)eS熔融，鋼鐵的晶粒失去連接作用而脆裂。 （五）磷 1 來源 ：由原料中引入，有時也為了特殊需要而有意加入 性能：磷化鐵硬度較強，以至鋼鐵難于加工，并使鋼鐵產(chǎn)生“冷脆性”也是有害雜質(zhì)作用 P 流動性 易鑄造 在特殊情況下常有意加入一定量P達此目的。 4. 類型 : 生鐵 P0.3% 一般碳素鋼0.06% 優(yōu)質(zhì)鋼0.03% 煉鋼或

8、鑄鋼用的磷鐵 15 20%之間 以上歸納成如下表： CSiMnSP形 態(tài) 固溶體 碳化物Fe3C, Mn3C, Cr3C, WC, MoC. 游離石墨碳主要硅化物：FeSi,MnSi 高碳鋼部分SiC 有時固熔體或硅酸鹽 MnC, MnS, FeMnSi 固熔體MnS , FeSFe2P , Fe3P來 源焦炭原料礦石；脫氧或特殊需要加入原料礦 石；作 脫硫脫 氧劑焦炭或 原料礦 石引入原料引 入；特 殊需要 加入各元素在鋼中的形態(tài)和作用表硬度高產(chǎn)生熱脆性產(chǎn)生冷脆性檢測意義決定鋼鐵型號及用途主要指標(biāo)直接影響鋼鐵性能控制一定量有害成分嚴(yán)格降至一定量三 、 檢測意義 綜上所述，C是確定鋼鐵型號及用

9、途主要指標(biāo) Si、Mn直接影響鋼鐵性能(有益的)控制一定量 S、P有害成分 嚴(yán)格降至一定量 29 3. 鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法 我國目前鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法是依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 22179的規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用漢語拼音字母、化學(xué)元素符號及阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法表示。用漢語拼音字母產(chǎn)品名稱、用途、特性和工藝方法。元素符號鋼的化學(xué)成分阿拉伯?dāng)?shù)字成分含量或作其他代號。 6.1.1 基礎(chǔ)知識元素含量的表示方法是：含碳量一般在牌號頭部，對不同種類的鋼，其單位取值也不同。如碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼類以萬分之一)含碳量為單位，不銹鋼、高速工具鋼等以千分之一)為單位。如20A鋼平均含碳量為，2CrB平均含碳量也為。31

10、 1.術(shù)語成品分析 成品分析是指在加工過的成品鋼材上采取試樣，然后對其進行的化學(xué)分析。成品分析主要用于驗證化學(xué)成分，又稱驗證分析。 鋼鐵試樣的采取和制備32 2試樣的采取規(guī)則 （1）用于鋼的化學(xué)成分熔煉分析和成品分析的試樣，必須在鋼液或鋼材具有代表性的部位采取。試樣應(yīng)均勻一致，能充分代表每一熔煉號或每批鋼材的化學(xué)成分，并有足夠的數(shù)量，以滿足全分析的要求。 制樣前檢查加工現(xiàn)場、工具及設(shè)備是否干燥清潔，有無油圬及其他雜物，以確保試樣的純凈。 鋼鐵試樣的采取和制備33 2試樣的采取規(guī)則 （3）如金屬表面有油污，取樣前應(yīng)以汽油、乙醚等有機溶劑洗凈，風(fēng)干。 （4）如遇鋼鐵試樣有縮孔或氣泡(這種試樣往往有

11、嚴(yán)重的成分偏析)應(yīng)重新取樣。 （5）制樣過程中，不能接觸水、油、潤滑劑等。 鋼鐵試樣的采取和制備34 3.試樣的采取和制備 （1）熔煉分析 常用的取樣工具 鋼制長柄取樣勺，容積約為200mL。 在出鐵口取樣，是用長柄勺臼取鐵水。 鋼鐵試樣的采取和制備35 3. 試樣的采取和制備 （1）熔煉分析 在鐵水包或混鐵車中取樣時，應(yīng)在鐵水裝至12時取一個樣或更嚴(yán)格一點在裝入鐵水的初、中、末期各階段的中點各取一個樣。 鋼鐵試樣的采取和制備36 3. 試樣的采取和制備 （1）熔煉分析 從煉鋼爐內(nèi)的鋼水中取樣，一般是用取樣勺從爐內(nèi)臼出鋼水，清除表面的渣子之后澆入金屬鑄模中，凝固后作為送檢樣。 鋼鐵試樣的采取和

12、制備37 3.試樣的采取和制備 （2）成品分析 試樣的抽檢 從冷的生鐵塊中取送檢樣時，一般是隨機地從一批鐵塊中取3個以上的鐵塊作為送檢樣。 軋鋼廠用鋼坯，要進行原材料分析時，可以從原料鋼錠15高度的位置沿垂直于軋制的方向切取鋼坯整個斷的鋼材。 鋼鐵試樣的采取和制備38 3. 試樣的采取和制備 試樣的制備 試樣的制取方法有鉆取法、搗碎法、壓延法、鋸、搶、銼取法等。 a.生鐵試樣的制備 白口鐵 由于白口鐵硬度大，只能用大錘打下，砂輪機磨光表面，再用沖擊缽碎。 鋼鐵試樣的采取和制備39b. 鋼樣的制備 大斷面的初軋坯、方坯、扁坯、圓鋼、方鋼、鍛鋼件等，樣屑應(yīng)從鋼材的整個橫斷面或半個橫斷面上刨取；或從

13、鋼材側(cè)面垂直于軸中心線鉆取，此時鉆孔深度應(yīng)達鋼材或鋼坯軸心處。 大斷面的中空鍛件或管件，應(yīng)從壁厚內(nèi)外表面的中間部位鉆取。 鋼鐵試樣的采取和制備 小斷面鋼材等，樣屑從鋼材的整個斷面上刨取(焊接鋼管應(yīng)避開焊縫)；或從鋼材外側(cè)面的中間部位垂直于軋制方向用鉆通的方法鉆取。 如鋼帶、鋼絲，應(yīng)從彎折疊合或捆扎成束的樣塊橫斷面上刨取，或從不同根鋼帶、鋼絲上截取。40 鋼鐵試樣主要采用酸分解法，常用的有鹽酸、硫酸和硝酸。 三種酸可單獨或混合使用，分解鋼鐵樣品時，若單獨使用一種酸時，往往分解不夠徹底，混合使用時，可以取長補短，且能產(chǎn)生新的溶解能力。一般均采用稀酸溶解試樣，而不用濃酸，防止溶解反應(yīng)過于激烈。 鋼鐵

14、樣品的分解41 1.元素在不同的鋼種中，酸的選擇也不一樣 (1) Si的測定 一般鋼種，普通碳鋼，低合金鋼（Si1.0%）采用稀硝酸（1+4或1+3）溶解。 但Si較高1.0%4.5%時的彈簧鋼，硅鋼用稀HNO3溶解易生成硅酸脫水而沉淀，應(yīng)改為稀H2SO4溶解。 含Ni，Cr，Mo，W等不銹鋼，耐熱鋼，單以HNO3，HCl難溶解。 鋼鐵樣品的分解42 (2) Mn的測定 一般碳素鋼，低合金鋼，生鐵試樣常以HNO3（1+3）或硫磷混酸溶解。難溶的高合金鋼以王水溶解，加HClO4或H2SO4冒煙溶解。 鋼鐵樣品的分解43 (3)P的測定 大多數(shù)鋼種的磷較易用酸溶解。普碳鋼，低合金鋼，合金鋼都采用稀

15、HNO3（1+3）溶解，KMnO4氧化或（NH4）2S2O8氧化或HClO4冒煙。硅鋼，礬鋼，不銹鋼，高速鋼，一般采用王水溶解，HClO4冒煙。 溶解試樣如果測磷時，一般用氧化性酸，不能采用還原性酸，如單獨用HCl，易生成PH3氣體逸出，使磷損失。 鋼鐵樣品的分解44 (4)Cr的測定 一般情況下，普碳鋼，低合金鋼，高速鋼采用硫磷混酸溶解，HNO3分解氧化； 高鉻鋼，高鉻鎳鋼等采用王水溶解，HClO4氧化或HClH2O2溶解，HClO4氧化； 鎳鉻合金鋼采用HClO4分解氧化； 鋁合金采用堿熔融再酸化； 鋼鐵樣品的分解45 (5) Ni的測定 溶解含Ni的鋼種，當(dāng)Ni含量較低時，普通碳素鋼、低

16、合金鋼、合金鋼，一般采用HNO3（1+3）或HCl（1+1），生鐵則采用硫磷混酸。 含Ni量高時，如高鎳鉻鋼，不銹鋼采用王水或混酸 鉻鎳鉬鋼采用H2O2+HF+HCl=20+10+5在常溫下溶解。 鋼鐵樣品的分解46 1.元素在不同的鋼種中，酸的選擇也不一樣 (6) Mo的測定 大多數(shù)普碳鋼，低合金鋼，可采用HClHNO3混酸、硫磷混酸滴加HNO3 高合金鋼采用王水溶解 鋼鐵樣品的分解47 (7) Ti的測定 一般含Ti的鋼樣溶于HCl、濃H2SO4、王水和HF中。存在的形式不同溶樣酸不同，以金屬狀態(tài)固溶體存在于鋼中的以HCl（1+1）可溶解。 以TiC，TiN形式必須有氧化性酸如HNO3，H

17、ClO4才能溶解。 鋼鐵樣品的分解(8) V的測定 金屬V不易溶于HCl中，但能迅速溶于HNO3中，常以稀HNO3溶解，也可溶于HNO3+HCl中。 48 1.元素在不同的鋼種中，酸的選擇也不一樣 (9) Cu的測定 銅不易溶于稀HCl、冷H2SO4中，但溶于HNO3、熱的H2SO4、王水或HCl +H2O2中。通常用HNO3或HCl+H2O2來分解試樣。 鋼鐵樣品的分解49 2.對于不同類型鋼鐵試樣有不同的分解方法，現(xiàn)簡略介紹如下： （1）對于生鐵和碳素鋼，常用稀硝酸分解，常用(1+1)(1+5)的稀硝酸，也有用稀鹽酸(1+1)加氧化劑分解的。 鋼鐵樣品的分解 碳的測定 測定各種形態(tài)的碳屬于

18、相分析；在成分分析中，一般鋼樣只測定總碳量。生鐵試樣除測定總碳量外，常分別測定游離碳和化合碳的含量。總碳量的測定方法 方法有很多，但通常都是將試樣置于高溫氧氣流中燃燒，使之轉(zhuǎn)化為二氧化碳再用適當(dāng)方法測定。 歸納起來可分為三大類： 物理法、 化學(xué)法 物理化學(xué)法燃燒-氣體容積法(氣體容量法) 燃燒-氣體容積法是目前國內(nèi)外廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)方法。（一）方法原理 試樣在12001300的高溫O2氣流中燃燒，鋼鐵中的碳被氧化生成CO2: C + O2 = CO2 4Fe3C + 13O2 = 4CO2 + 6Fe2O3 Mn3C +3O2 = CO2 + Mn3O 3FeS +5O2 = Fe3O4 +3S

19、O2 3MnS + 5O2 = Mn3O4 + 3SO2 （一） 方法原理 生成的CO2與過剩的O2經(jīng)導(dǎo)管引入量氣管，測定容積，然后通過裝有KOH溶液的吸收器，吸收其中的CO2 CO2十2KOH = K2CO3十H2O 剩余的O2再返回量氣管中，根據(jù)吸收前后容積之差，得到CO2的容積，據(jù)此計算出試樣中碳的質(zhì)量分數(shù)。 （二）主要試劑 1.氫氧化鉀吸收劑溶液(400g/L)； 2.除硫劑 活性二氧化錳(粒狀)或釩酸銀。 2.1 釩酸銀； 2.2 活性氧化錳； 3. 酸性氯化鈉溶液（250g/L）； 4.助熔劑 錫粒(或錫片)、銅、氧化銅、純鐵粉。 5.高錳酸鉀溶液（40g/L）； 6.甲基橙指示劑

20、（2g/L）。 圖1 氣體容量法定碳裝置 l.氧氣瓶，2.氧氣表，3.緩沖瓶，4、5.洗氣瓶，6.干燥塔，7.玻璃磨口塞,8.管式爐，9.燃燒管，10.除硫管,11.容量定碳儀(包括: 冷凝管a 、量氣管b、水準(zhǔn)瓶c、吸收瓶d、小旋塞e、三通旋塞f、），l2.球形干燥管，13.瓷舟,14.溫度自動控制器. 15. 供氧旋塞（三）儀器P137（四）分析步驟 將爐溫升至12001350，檢查管路及活塞是否漏氣，裝置是否正常，燃燒標(biāo)準(zhǔn)樣品，檢查儀器及操作。 稱取適量試樣置于瓷舟中，將適量助熔劑覆蓋于試樣上面，打開玻璃磨口塞，將瓷舟放入瓷管內(nèi)，用長鉤推至高溫處，立即塞緊磨口塞。預(yù)熱lmin，按照定碳儀

21、操作規(guī)程操作，測定其讀數(shù)(體積或含量)。打開磨口塞，用長鉤將瓷舟拉出，即可進行下一試樣分析。 (五)測定條件 1試樣的燃燒程度 燃燒溫度 ;助熔劑降低燃燒溫度;通O2速度 2硫的干擾及消除 在高溫O2氣流中燃燒時，試樣中硫也轉(zhuǎn)化為SO2： 如果生成的SO2，在吸收前未能除去，同樣被KOH溶液吸收，干擾碳的測定。常用MnO2、AgVO3除去混合氣體中的SO2 3.測定中應(yīng)注意的問題 3.1 助熔劑中含碳量一般不超過0.005% ; 3.2 樣品的放置要均勻地鋪在燃燒舟中; 3.3 對測定含硫量較高的試樣(大于0.2%)，應(yīng)增加除硫劑量或增加一個除硫管。 如分析完高碳試樣后，應(yīng)空通一次，才可以接著

22、做低碳試樣分析。 3.5 吸收器、水準(zhǔn)瓶內(nèi)溶液以及混合氣體三者的溫度應(yīng)基本相同，否則將產(chǎn)生正負空白值。 3.6 當(dāng)洗氣瓶中硫酸體積顯著增加及二氧化錳變白時，說明已失效，應(yīng)及時更換。 3.7 觀察試樣是否完全燃燒，如燃燒不完全，需重新分析。 爐子升溫應(yīng)開始慢，逐步加速，以延長硅碳棒壽命。 3.9 分析前，應(yīng)先檢查儀器各部分是否漏氣。 3.10 吸收器中氫氧化鉀溶液使用久后也應(yīng)進行更換，一般在分析2000次后更換，否則吸收效率降低，使測定結(jié)果偏低。 3.11 測定中應(yīng)記錄溫度與大氣壓力，以確定補正系數(shù)f。分析結(jié)果計算 當(dāng)固定稱樣量如、或時的含碳量，其結(jié)果可按下式計算： f 溫度、壓力補正系數(shù)燃燒-

23、氣體容積法(氣體容量法) 本法成本低，有較高的準(zhǔn)確度，測得結(jié)果是總碳量的絕對值。其缺點是要求有較熟練的操作技巧，分析時間較長，對低碳試樣測定誤差較大。64 2.測定方法 (2) 燃燒非水滴定法 方法原理 甲醇和乙醇的極性均比水小，根據(jù)“相似相溶”原理，二氧化碳在醇中的溶解度比在水中大，這也有利于二氧化碳的直接滴定。 主要反應(yīng) KOH +C2H5OH = C2H5OK + H2O RNH2 + CO2 = RNHCOOH C2H5OK + RNHCOOH = C2H5OCOOK + RNH2 本方法碳量的測定范圍為。 碳的測定65 2.測定方法 (2) 燃燒非水滴定法 結(jié)果計算p140 碳的測定

24、66 1.硫的存在形式 硫還能降低鋼的力學(xué)性能，還會造成焊接困難和耐腐蝕性下降等不良影響。 鋼鐵中的硫化物一般易溶于酸中，在非氧化性酸中生成硫化氫逸出，在氧化性酸中轉(zhuǎn)化成硫酸鹽。 硫化物在高溫下(12501350) 通氧氣燃燒大部分生成二氧化硫，但轉(zhuǎn)化的不完全，操作時應(yīng)嚴(yán)格控制條件。硫的測定67 2.測定方法 鋼鐵中硫的測定，其試樣分解方法有兩類：一類為燃燒法；另一類為酸溶解分解法。 酸分解法可用氧化性酸(硝酸加鹽酸)分解，這時試樣中硫轉(zhuǎn)化為H2SO4，可用BaSO4重量法測定，也可以用還原劑將H2SO4還原為H2S，然后用光度法測定。 若用非氧化性酸(鹽酸加磷酸)分解，硫則轉(zhuǎn)變?yōu)镠2S，可直

25、接用光度法測定。 燃燒法分解后試樣中硫轉(zhuǎn)化為SO2 ，SO2濃度可用紅外光譜直接測定，也可使它被水或多種不同組成的溶液所吸收，然后測定，最終依SO2量計算樣品中硫含量。 硫的測定 硫的測定 在多種分析方法中，燃燒碘酸鉀滴定法是一種經(jīng)典的分析方法，被列為標(biāo)準(zhǔn)方法。介紹燃燒滴定法中的燃燒碘酸鉀容量法 69 2.測定方法 (1) 燃燒碘酸鉀滴定法 方法原理 鋼鐵試樣置于12501000的高溫下通氧氣燃燒，其試樣中的硫化物被氧化為二氧化硫。 3MnS + 5O2 = Mn3O4 + 3SO2 3FeS + 5O2 = Fe3O4 + 3SO2 SO2 + H2O = H2SO3 在酸性條件下，以淀粉為

26、指示劑，用碘酸鉀碘化鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至藍色不消失為終點。然后根據(jù)濃度和消耗體積，計算出鋼鐵中硫的含量。 IO3-+5I-+6H+3I2+3H2O I2+SO32-+H2O=2I-+SO42-+2H+ 燃燒碘酸鉀滴定法適用于鋼鐵及合金中以上硫的測定。 硫的測定(二)主要試劑及儀器 1碘酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液 c(1/6K103、0.0002500mol/L； 2淀粉吸收液(10g/L)； 3.助熔劑 （三）儀器裝置p149定硫儀的滴定部分裝置 1.球形管 2.滴定管 3.吸收杯(四)測定步驟 1淀粉吸收液的準(zhǔn)備：將爐溫升至12001350C，檢查裝置是否正常，于定硫吸收杯中加入淀粉吸收液，以6001

27、500mL/min的流速通氧，用碘酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至淺藍色不褪，作為終點色澤，關(guān)閉氧氣。(四)測定步驟 稱取適量試樣，置于瓷舟中，加入適量助熔劑，將瓷舟推至高溫處，預(yù)熱，通氧，控制氧速為15002000mL/min，燃燒后的混合氣體導(dǎo)入吸收杯中，使淀粉吸收液藍色開始消褪，立即用碘酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定并使液面保持藍色，當(dāng)吸收液褪色緩慢時，滴定速度也相應(yīng)減饅，直至吸收液的色澤與原來的終點色澤相同，間歇通氣后，色澤不變即為終點。計算T 碘酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液對硫的滴定度，g/mL； V 滴定試樣所消耗碘酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL； V0滴定空白時所消耗碘酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的平均體積，mL； m 試料的質(zhì)量，g。 (

28、五)測定條件 助熔劑用量 SO2的轉(zhuǎn)化率 SO2的回收率 連續(xù)測定10個樣品后，就應(yīng)清除管內(nèi)的氧化物 燃燒酸堿滴定法 本法采用雙氧水溶液作為吸收劑吸收二氧化硫，生成的H2SO3被氧化為H2SO4，然后用NaOH標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定生成的H2SO4，即可求出SO2的質(zhì)量分數(shù)。 吸收： SO2 + H2O = H2SO3 H2SO3 + H2O2 = H2SO4+H2O 滴定： 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O 本法克服了SO2在吸收器中逃逸的現(xiàn)象，對滴定速度沒有要求，尤其適合于碳硫的聯(lián)合測定。該法終點敏銳，操作方便；燃燒過程中即使有SO3產(chǎn)生也能被滴定，不影響測定結(jié)果。 7

29、7 (2) 燃燒酸堿滴定法 方法討論 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液易吸收空氣中的二氧化碳，需加保護裝置。配制時也應(yīng)采用經(jīng)煮沸數(shù)分鐘并冷卻后的蒸餾水，以除去水中的二氧化碳。 吸收液必須在冷至室溫后，再加入過氧化氫，以免過氧化氫受熱分解。造成測定結(jié)果的誤差。 硫的測定78 1.方法原理 將鋼鐵試樣置于11501250高溫爐中加熱，并通氧氣燃燒，使鋼鐵中的碳和硫被定量氧化成CO2和SO2，以氫氧化鉀乙醇溶液吸收其中的CO2，SO2以KIO3氧化定硫。 2.結(jié)果計算 =TCVC =TSVS 碳硫快速分析聯(lián)合測定CS-H60D型高智能碳硫分析儀 CS-H60型微機碳硫分析儀 鋼鐵中磷的測定方法有重量法、滴定法、

30、光度法。一般是使磷轉(zhuǎn)化為磷酸，在與鉬酸銨反應(yīng)生成磷鉬酸，在此基礎(chǔ)上可用重量法、酸堿滴定法、磷鉬藍光度法進行測定。 磷的測定 82 1.磷的存在形式 磷在鋼鐵中主要以固溶體、磷化鐵Fe2P、Fe3P及其他合金元素的磷化物和少量磷酸鹽夾雜物的形式存在，常呈析離狀態(tài)。磷通常為鋼鐵中的有害元素，F(xiàn)e3P質(zhì)硬，影響塑性和韌性，易發(fā)生“冷脆”。磷在凝結(jié)過程中易產(chǎn)生偏析現(xiàn)象，因此取樣時必須保證試樣對母體材料的代表性。磷的偏析現(xiàn)象，降低力學(xué)性能，在鑄造工藝上，可加大鑄件縮孔、縮松的不利影響。 磷的測定83 1.磷的存在形式 在某些情況下，磷的加入亦有利的方面，提高鋼鐵的拉伸強度，尤其是與錳、硫聯(lián)合作用時，能改

31、善鋼材的切削性能，磷能提高鋼材的抗腐蝕性，磷和銅聯(lián)合作用時，效果更加顯著。利用磷的脆性，可冶煉炮彈鋼，提高爆炸威力。 鋼中絕大部分磷化物是能溶于酸的，但用非氧化性酸溶解時會以PH3形態(tài)逸出。在氧化性酸中，大部分生成正磷酸，也有一部分生成偏磷酸或次磷酸。故分析磷時，除了一定要氧化性酸溶解試樣外，并要用強氧化劑氧化，使之全部轉(zhuǎn)化為正磷酸，才能進行測定。 磷的測定84 2.測定方法 (1) 二安替比林甲烷-磷鉬酸重量法(GB 223.388) 方法原理 試樣加溶解酸，加熱溶解及一系列處理后。在鹽酸溶液中，加二安替比林甲烷-鉬酸鈉混合沉淀劑，形成二安替比林甲烷磷鉬酸沉淀 (C23H24N4O2)3H3

32、PO412MOO32H2O。 過濾洗滌后烘至恒重，用丙酮-氨水溶解沉淀，再烘至恒重，由失重求得磷量。 結(jié)果計算 按公式計算磷的含量 p157 磷的測定85 2.測定方法 方法討論 含錳大于2的試樣，高氯酸應(yīng)增加，除硅、砷后蒸發(fā)至冒高氯酸煙，并維持燒杯內(nèi)部透明2030min。 磷的測定86 2.測定方法 (2) 磷鉬藍光度法 方法原理 磷在鋼鐵中主要以金屬磷化物的形式存在，經(jīng)硝酸分解后生成正磷酸和亞磷酸，用高錳酸鉀或過硫酸銨氧化處理后，全部轉(zhuǎn)化為正磷酸。 在酸性溶液中，磷酸與鉬酸生成黃色的磷鉬雜多酸，可被硫酸亞鐵、氯化亞錫、抗壞血酸等還原為藍色的磷鉬雜多酸(磷鉬藍)。 磷鉬藍雜多酸的吸收峰在90

33、5nm處，；通常在690nm波長處測量吸光度，這時690。吸光度為縱坐標(biāo)對濃度作標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，可查出不同吸光度下的磷含量。 結(jié)果計算 按公式計算磷的含量 磷的測定87 2.測定方法 酸度是反應(yīng)的重要條件,避免硅鉬酸因此在室溫下反應(yīng).硝酸酸度一般在范圍。 溶解鋼鐵樣品時，不可單獨使用鹽酸或硫酸，否則磷會生成氣態(tài)磷化氫而揮發(fā)損失。而且加熱溫度不宜過高，時間不宜過長，以免溶液蒸發(fā)過多而影響酸度。 加入高錳酸鉀溶液后，試樣的煮沸時間和其他操作應(yīng)與標(biāo)樣的測定保持一致性，以免影響測定結(jié)果。 磷的測定88 2.測定方法 方法雖然控制較高的酸度，可避免硅鉬酸的形成。但當(dāng)硅含量高時，仍有可能形成少量的硅鉬酸，。

34、可加入酒石酸鉀鈉，使其生成較穩(wěn)定的配合物而不致生成硅鉬雜多酸，從而消除干擾。 鐵對測定有干擾，一是含鐵與不含鐵所形成的吸收曲線不同。 磷的測定89 2.測定方法 （4） 磷釩鉬黃光度法（碳素鋼，低合金鋼中P快速分析，測高磷時常用） 方法原理 在硝酸介質(zhì)中鉬酸銨和釩酸銨形成可溶性鱗釩鉬黃色配合物，在加波長為315nm處有最大吸收，一般選可見光420nm。 方法討論 顯色酸度：58為宜，超過10顯色緩慢； 顯色溫度：2040為宜。20以上5分鐘后顏色可達最深。在室溫較低時約20分鐘才能顯色完全。 磷的測定90 2.測定方法 方法討論 干擾元素：W（VI）存在時在8%的酸度下WO3量小于15mg不干

35、擾，大于20mg以鎢酸形式沉淀，干擾測定。 當(dāng)As（V）、Si（IV）、W(VI)同時存在時，Si1mg，WO31mg時均不干擾。超此量，可在堿性溶液中以Ca2+、Be2+作載體進行分離； 硅酸的影響與溶液的酸度和放置時間有關(guān)：酸度低，溫度高或放置時間長會增加硅酸的影響。 磷的測定91 2.測定方法 方法討論 Si（IV）與 鉬酸銨形成黃色配合物干擾測定。干擾隨酸度增加而減弱。若采用15%HNO3溶液顯色，可消除大量Si干擾。 含Si高的樣。可預(yù)先以HF除Si； 大量As（V）存在使發(fā)色緩慢，結(jié)果偏低，干擾隨酸度增加減弱。 酸度8%10%時允許砷量5mg。 當(dāng)As含量高時，可在HCl溶液中加H

36、Br加熱使As揮發(fā)除去； 磷的測定92 2.測定方法 F-延緩發(fā)色。大于10mg結(jié)果偏低。應(yīng)在H2SO4酸性溶液中加熱蒸發(fā)除去。 Cl-能使吸光度降低，必須用HNO3反復(fù)蒸干。H2O2能將顯色劑中V（IV）氧化，使比色液呈紅色，干擾測定，應(yīng)用高錳酸鉀破壞雙氧水，過量的高錳酸鉀以亞硝酸鈉除去。過量的亞硝酸鈉加熱煮沸分解； 磷釩鉬黃光度法適用于各種含量的測定，特別是高P 磷的測定 錳的測定 鋼鐵中錳含量的分析通常采用滴定法和光度法。前者可用硝酸銀(酸性條件)定量將錳氧化成三價，用硫酸亞鐵錢標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定。 還可以用過硫酸銨將錳氧化成七價，以亞砷酸鈉-亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定。后者常用高碘酸鉀將錳

37、氧化成七價后，進行光度測定。 硅的測定 目前鋼鐵中硅的測定方法很多，主要有重量法，滴定法，光度法等。重量法是最經(jīng)典的測定方法，具有準(zhǔn)確、適用范圍廣等特點 。光度法具有簡單、快速、準(zhǔn)確等特點，是目前實際應(yīng)用最廣泛的方法。其中應(yīng)用最多的是硅鉬藍光度法。 介紹還原型硅鉬酸鹽光度法測定 一、方法原理 試樣用稀酸溶解后，使硅轉(zhuǎn)化為可溶性硅酸: 3FeSi+l6HNO3 = 3Fe(NO3)3+3H4SiO4+7NO+2H2O FeSi+H2SO4+4H2O = FeSO4+H4SiO4+3H2 加高錳酸鉀氧化碳化物，再加亞硝酸鈉還原過量的高錳酸鉀，在弱酸性溶液中，加入鉬酸，使其與H4SiO4反應(yīng)生成氧化

38、型的黃色硅鉬雜多酸(硅鉬黃)，在草酸的作用下，用硫酸亞鐵銨將其還原為硅鉬藍: H4SiO4 + 12H2MoO4 = H8Si(Mo2O7)6+10H2O 于波長810nm處測定硅鉬藍的吸光度。本法適用于鐵、碳鋼、低合金鋼中l(wèi).00%酸溶硅含量的測定。 二、主要試劑與儀器 1 試劑 1.1 純鐵（硅的含量小于0.002%）； 1.2 鉬酸銨溶液（50g/L）； 1.3 草酸溶液(50g/L) 1.4 硫酸亞鐵銨溶液(60g/L)； 1.5 硅標(biāo)準(zhǔn)溶液(20g/mL) 2儀器 721等類型的光度計。 三、分析步驟 稱取試樣左右，置于150mL燒杯中。加入30mL硫酸(1+17)，低溫緩慢加熱（不

39、要煮沸）至試樣完全溶解（并不斷補充蒸發(fā)失去的水分）。煮沸，滴加高錳酸鉀溶液（40g/L)至析出二氧化錳水合物沉淀。再煮沸約lmin，滴加亞硝酸鈉溶液(100g/L)至試驗溶液清亮，繼續(xù)煮沸l(wèi)min2min(如有沉淀或不溶殘渣，趁熱用中速濾紙過濾，用熱水洗滌)。冷卻至室溫，將試驗溶液移入100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。 移取上述試驗溶液二份，分別置于50mL容量瓶中(一份作顯色溶液用，一份作參比溶液用) 顯色溶液 小心加入鉬酸銨溶液，混勻。放置15min或沸水浴中加熱30s，加入l0mL的草酸溶液，混勻。待沉淀溶解后30s內(nèi)，加入的硫酸亞鐵銨溶液，用水稀釋至刻度，混勻。 參比溶液 加入

40、草酸溶液、鉬酸銨溶液、硫酸亞鐵銨溶液，用水稀釋至刻度，混勻。 將顯色溶液移入lcm吸收皿中，以參比溶液為參比，于分光光度計波長810nm處測量溶液的吸光度值。思考一下測定波長的問題 顯色溶液與參比溶液和通常情況下所選擇的情況有什么區(qū)別？ 工作曲線繪制 移取數(shù)份與已知其硅含量的純鐵或低硅標(biāo)樣作低樣。移取0、硅標(biāo)準(zhǔn)溶液(20g/mL)，分別置于上述數(shù)份低樣中，以下按分析步驟進行。用硅標(biāo)準(zhǔn)溶液中硅量和純鐵中硅量之和為橫坐標(biāo)，測得的吸光度值為縱坐標(biāo)，繪制工作曲線。 硅的質(zhì)量分數(shù)按下式計算： 式中 m1從工作曲線上查得的硅量，g； V1移取試驗溶液的體積，mL； V試驗溶液的總體積，mL m稱樣量，g。

41、 A m (g) m1 g A試液 工 作 曲 線(g/50mL)四、測定條件p177酸度和鉬酸銨濃度 溫度和時間 試劑的加入順序 還原條件及光學(xué)性質(zhì) 干擾及消除 操作注意事項 p180掌握測定方法的類型 根據(jù)含量的不同選擇適當(dāng)?shù)姆椒?常量法 SiO2重量法 K2SiF6容量法 微量法 硅鉬藍分光光度法2 條件(1)創(chuàng)造條件生成型硅鉬雜多酸（硅鉬黃） 硅鉬黃有兩種形態(tài) ：1原理1 硅鉬雜多酸（ 硅鉬黃） 在較低酸度4.8 的室溫中生成很穩(wěn)定,還原為藍綠色 2 硅鉬雜多酸 在較高酸度即較低1.8 （水泥化學(xué)分析）中生成，還原為藍色 （ 硅鉬黃） 硅鉬黃 硅鉬黃pH3.84.8 較高 范圍寬l.01.8 較低 窄顏色 max 藍綠色 635，750 nm藍色 810nm(硅鉬藍)1.85