第六章 钢铁分析

1、2022-3-201第六章第六章 钢铁分析钢铁分析6.1 概述概述 6.2 碳的测定碳的测定 6.3 硫的测定硫的测定 6.4 磷的测定磷的测定 6.5 锰的测定锰的测定6.6 硅的测定硅的测定 6.7 其它测定法介绍其它测定法介绍 2022-3-202 概述概述 了解钢的生产过程，从而进一步理解五大元了解钢的生产过程，从而进一步理解五大元素在钢中的作用，证明测定的意义素在钢中的作用，证明测定的意义 。 钢铁是铁和碳的合金，其化学成分中大多数钢铁是铁和碳的合金，其化学成分中大多数元素元素 是铁，还含有碳、硅、锰、磷、硫等元素。是铁，还含有碳、硅、锰、磷、硫等元素。 2022-3-203n钢铁的

2、分类钢铁的分类n 常见钢铁材料：常见钢铁材料：n 1 生铁生铁：铁矿石、焦炭、石灰石高温煅烧：铁矿石、焦炭、石灰石高温煅烧n （含碳量（含碳量2.5%4%)n 灰口铁（碳以游离态存在）灰口铁（碳以游离态存在）-铸造生铸造生铁铁n 白口铁（碳以化合态存在）白口铁（碳以化合态存在）-炼钢生炼钢生铁铁n 2 钢钢：白口铁进一步冶炼，降低碳的含量：白口铁进一步冶炼，降低碳的含量（0.05%1.7%）n 并使其他元素含量达到规定要求。并使其他元素含量达到规定要求。n 碳素钢（以铁、碳为主）碳素钢（以铁、碳为主）n 合金钢（加入其它金属元素以改变性合金钢（加入其它金属元素以改变性能）能）如不锈钢（镍铬钢）

3、，抗蚀性强，不易氧化如不锈钢（镍铬钢），抗蚀性强，不易氧化 n 3 铁合金铁合金：含有各种合金元素的特种生铁：含有各种合金元素的特种生铁 2022-3-204铁矿石石灰石焦炭配比高温燃烧生铁辅助材料熔炼碳素钢C控制在一定限度Si Mn很低S P 杂质2%,Mn2%Si促使C以游离态石墨状存在Si高流动性强，软易加工用于铸造Si4%C以化合态存在（如Fe3C, Mn阻止以游离态存在）mp=1200 Co断口灰色mp=1100Co断口银白色Mn高硬难加工多用于炼钢 2022-3-206 铁矿石主要含有硅酸盐状态存在的其铁矿石主要含有硅酸盐状态存在的其他金属或非金属杂质的氧化铁，经冶炼大他金属或非金

4、属杂质的氧化铁，经冶炼大部分杂质转化成炉渣，分离除去，有少量部分杂质转化成炉渣，分离除去，有少量杂质杂质C C、MnMn、SiSi、S S、P P等残存在生铁中。等残存在生铁中。 如果将生铁的其他辅助材料配合，进如果将生铁的其他辅助材料配合，进一步冶炼，则杂质被进一步氧化除去，同一步冶炼，则杂质被进一步氧化除去，同时控制含碳量降至一定限度，硅锰等元素时控制含碳量降至一定限度，硅锰等元素含量很低，硫磷等杂质降至含量很低，硫磷等杂质降至0.05%0.05%以下，以下，则成为则成为铁及碳的合金碳素钢铁及碳的合金碳素钢。2022-3-207特种钢：特种钢：若适当提高钢中若适当提高钢中SiSi或或MnM

5、n含量，或加入一定量含量，或加入一定量的的NiNi，CrCr，W W，MoMo，V V，TiTi等金属，成为特等金属，成为特种钢（铁合金或合金钢）。种钢（铁合金或合金钢）。2022-3-208 加加NiNi、CrCr、W W、TiTi等又分别称为等又分别称为NiNi钢、钢、CrCr钢、钢、W W钢、钢、TiTi钢钢。 加加NiNi增强钢的强度及韧性多用于承受冲击或强增强钢的强度及韧性多用于承受冲击或强大压力的制件；含大压力的制件；含Ni 36%Ni 36%铸钢受热时几乎不膨胀铸钢受热时几乎不膨胀可制可制精密仪器。精密仪器。 加加CrCr耐热耐腐蚀性较强多用于制造多用于制造耐热耐腐蚀性较强多用于

6、制造多用于制造滚珠轴承或工具。含滚珠轴承或工具。含Cr 12.5 18%Cr 12.5 18%的铬钢或含的铬钢或含铬铬 0.6 1.75%0.6 1.75%、Ni 1.25%Ni 1.25%的镍铬钢，又称的镍铬钢，又称不锈不锈钢钢，可制，可制高压锅高压锅。 2022-3-209 加加W W有极强的耐热性，受热至白热化仍不软化有极强的耐热性，受热至白热化仍不软化常制运转的机件或刀具。常制运转的机件或刀具。 高速切削钢高速切削钢：含：含W 1518% V 13%W 1518% V 13% Cr 25%Cr 25%合金钢合金钢 含含MoMo、V V、TiTi等合金钢和钨钢性能相似。等合金钢和钨钢性能

7、相似。 各种合金钢具有独特的性能而用于特殊用途。各种合金钢具有独特的性能而用于特殊用途。 含有一定量含有一定量V V、TiTi，而，而C C又是以球状存在的，称又是以球状存在的，称“球墨铸铁球墨铸铁”。具有和某些合金钢类似的特殊性具有和某些合金钢类似的特殊性能，可代替合金钢使用。能，可代替合金钢使用。 2022-3-2010二、钢铁产品牌号表示方法二、钢铁产品牌号表示方法（根据（根据GB/T221-2000） 钢铁产品牌号的表示，一般采用汉语拼音字母，化学元钢铁产品牌号的表示，一般采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。 采用汉语拼音字母

8、表示产品名称、用途、特性和工艺方采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个法时，一般从代表产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母。当和另一产品所取字母重复时，选取第二个字母或第字母。当和另一产品所取字母重复时，选取第二个字母或第三个字母，或同时选取两个汉字的第一个拼音字母。三个字母，或同时选取两个汉字的第一个拼音字母。 采用汉语拼音字母，原则上只取一个，一般不超过两个。采用汉语拼音字母，原则上只取一个，一般不超过两个。 产品名称、用途、特性和工艺方法表示符号见表产品名称、用途、特性和工艺方法表示符号见表1 1。2022-3-2011

9、现就普通质量非合金钢，普通质量低合金钢和普现就普通质量非合金钢，普通质量低合金钢和普通质量优质非合金钢以及硅钢、工具钢等牌号表示方通质量优质非合金钢以及硅钢、工具钢等牌号表示方法分述如下：法分述如下：1、普通质量非合金钢、普通质量非合金钢碳素结构钢牌号表示方法碳素结构钢牌号表示方法 普通质量非合金钢牌号表示方法是参照ISO和其他国家标准，用屈服点数值或抗拉强度值作为牌号的主要表示方法。其优点是从牌号中可以反映强度级别、质量、特性和用途。比较科学和方便。 2022-3-2012 具体来说，碳素结构钢牌号表示方法由代表具体来说，碳素结构钢牌号表示方法由代表屈服点数值屈服点数值的字母的字母、屈服点数

10、值屈服点数值、质量等级符号质量等级符号和和脱氧方法符号脱氧方法符号四部分四部分顺序组成。例如：顺序组成。例如： Q235AFQ235AFQ215BQ215BQ255AQ255AQ275Q275QQ表示钢材屈服点表示钢材屈服点“屈屈”字汉语拼音首位字母；字汉语拼音首位字母；阿拉伯数字阿拉伯数字屈服点数值。单位为屈服点数值。单位为MPa(MPa(兆帕兆帕) )ABCDABCD分别为质量等级。表示是否做冲击功和在什么条件下分别为质量等级。表示是否做冲击功和在什么条件下做冲击功。做冲击功。A A级级不做冲击功性能试验，只做常规拉力和冷弯。不做冲击功性能试验，只做常规拉力和冷弯。B B级级在常温在常温(

11、20)(20)做冲击试验，冲击功为做冲击试验，冲击功为27J27J。C C级级在在00做冲击试验，冲击功为做冲击试验，冲击功为27J27J。D D级级在在2020做冲击试验，冲击功为做冲击试验，冲击功为27J27J。A A、B B、C C、D D冲击试样为冲击试样为V V型缺口纵向冲击。型缺口纵向冲击。2022-3-2013F Fb bZ ZTZTZ表示脱氧方法。其中：表示脱氧方法。其中：FF沸腾钢沸腾钢“沸沸”字汉语拼音首位字母，是不脱氧钢。字汉语拼音首位字母，是不脱氧钢。bb半镇静钢半镇静钢“半半”字汉语拼音首位字母，是不完全脱字汉语拼音首位字母，是不完全脱氧钢。氧钢。ZZ镇静钢镇静钢“镇

12、镇”字汉语拼音首位字母，是完全脱氧钢。字汉语拼音首位字母，是完全脱氧钢。TZTZ特殊镇静钢特殊镇静钢“特镇特镇”两字汉语拼音首位字母，是两字汉语拼音首位字母，是特殊脱氧钢，如真空处理的钢。特殊脱氧钢，如真空处理的钢。在牌号组成的表示方法中，在牌号组成的表示方法中，“Z”Z”与与“TZ”TZ”代号可以省代号可以省略。略。2022-3-20142、普通质量优质非合金钢、普通质量优质非合金钢优质碳素结构优质碳素结构钢牌号表示方法钢牌号表示方法 牌号是用阿拉伯数字表示平均含碳量（以万分之几计）。牌号是用阿拉伯数字表示平均含碳量（以万分之几计）。沸腾钢和半镇静钢在牌号后边加符号沸腾钢和半镇静钢在牌号后边

13、加符号“F和和“b”，镇静钢不标，镇静钢不标符符号。如号。如08F，表示含碳量。平均含碳量；，表示含碳量。平均含碳量；15F表示含碳量，平均含碳量等。表示含碳量，平均含碳量等。较高锰含量的优质碳素钢，在阿拉伯数字后标出锰元素符较高锰含量的优质碳素钢，在阿拉伯数字后标出锰元素符号，如号，如15Mn，碳含量为，锰含量，碳含量为，锰含量1.00%。而。而65Mn和和70Mn，如含锰量，就不属于非合金优质钢，如含锰量，就不属于非合金优质钢，而应为低合金优质钢。而应为低合金优质钢。2022-3-20153、普通质量低合金钢、普通质量低合金钢低合金高强度结构钢牌号表示方法低合金高强度结构钢牌号表示方法 低

14、合金高强度结构钢的牌号由代表钢的屈服点的汉语拼音低合金高强度结构钢的牌号由代表钢的屈服点的汉语拼音的字母的字母(Q)，屈服点的数值，屈服点的数值(阿拉伯数字阿拉伯数字)和质量等级符号和质量等级符号(A，B，C，D，E)三个部分按顺序排列而成。三个部分按顺序排列而成。 例如例如Q345A，其中：，其中： Q钢材屈服点的钢材屈服点的“屈屈”字汉语拼音的首位字母字汉语拼音的首位字母； 345屈服点的数值，单位屈服点的数值，单位MPa； A、B、C、D、E分别为质量等级符号分别为质量等级符号，且，且A、B、C、D级级冲击试验条件与普通质量非合金钢相同冲击试验条件与普通质量非合金钢相同，冲击功较普通质量

15、，冲击功较普通质量非合金钢高，规定冲击功非合金钢高，规定冲击功34J；而；而E级为在级为在40做冲击试做冲击试验，冲击功为验，冲击功为27J。 该低合金高强度钢，除了含普通质量非合金钢的五种常规该低合金高强度钢，除了含普通质量非合金钢的五种常规元素外，还可根据性能要求，加入元素外，还可根据性能要求，加入V、Nb、Ti、Cr、Ni、A1等细化晶粒的元素。等细化晶粒的元素。2022-3-20164、专门用途的优质非合金钢和优质低合金钢牌号的、专门用途的优质非合金钢和优质低合金钢牌号的表示方法表示方法 钢材的牌号采用阿拉伯数字，化学元素符号和代表钢材的牌号采用阿拉伯数字，化学元素符号和代表产品用途的

16、符号表示。其中阿拉伯数字表示平均含碳产品用途的符号表示。其中阿拉伯数字表示平均含碳量的万分之几。元素符号表示添加的合金元素含量，量的万分之几。元素符号表示添加的合金元素含量，一般以百分之几表示。一般以百分之几表示。当其平均含量小于时，在牌当其平均含量小于时，在牌号中只标元素符号而不标明含量号中只标元素符号而不标明含量。用途的符号是指该用途的符号是指该钢种使用用途的汉语拼音首字母钢种使用用途的汉语拼音首字母。如。如20g(锅炉板锅炉板 )、14MnNbq(桥梁用钢板桥梁用钢板 ) )、16MnR(压力容器用钢板压力容器用钢板 ) )。2022-3-20175、碳素工具钢牌号表示方法、碳素工具钢牌

17、号表示方法 钢号冠以钢号冠以“T”代表碳素工具钢，含碳量以千分之代表碳素工具钢，含碳量以千分之几表示，如几表示，如T9，锰含量较高者在钢号后标出，锰含量较高者在钢号后标出“Mn”。如如T8Mn。高级碳素优质工具钢，在牌号尾部加符。高级碳素优质工具钢，在牌号尾部加符号号A，如，如T12A等。等。2022-3-20186 6、合金工具钢牌号表示方法、合金工具钢牌号表示方法 平均含碳量大于时不标出含平均含碳量大于时不标出含C C量，小于以千量，小于以千分之几表示，对铬量较低的钢，其含铬量以千分之几分之几表示，对铬量较低的钢，其含铬量以千分之几表示并在含量前加表示并在含量前加“0”0”字以示区别，如字

18、以示区别，如平均含铬量平均含铬量为为0 06 6的低铬工具钢，钢号应表示为的低铬工具钢，钢号应表示为Cr06Cr06。高速。高速工具钢钢号一般不标出碳含量，只标出合金元素平均工具钢钢号一般不标出碳含量，只标出合金元素平均含量百分之几。含量百分之几。2022-3-20197 7、滚珠轴承钢牌号表示方法、滚珠轴承钢牌号表示方法 含碳量在钢号中不予标出。铬含量以千分之几表示，并冠含碳量在钢号中不予标出。铬含量以千分之几表示，并冠以以“G”G”表示滚珠轴承钢，平均含铬量为的轴承钢、钢号表表示滚珠轴承钢，平均含铬量为的轴承钢、钢号表示为示为“GCrl5”GCrl5”。8 8、不锈耐酸钢，耐热钢牌号表示方

19、法、不锈耐酸钢，耐热钢牌号表示方法 一般用一位数字表示平均含碳量，以千分之几计。平均含一般用一位数字表示平均含碳量，以千分之几计。平均含碳量小于碳量小于11的用的用“0”0”表示，含碳量小于的用表示，含碳量小于的用“00”00”表示。表示。钢中主要合金元素以百分之几表示，其他微量元素也应标出。钢中主要合金元素以百分之几表示，其他微量元素也应标出。2022-3-2020三、各元素在钢中的形态和作用三、各元素在钢中的形态和作用主要讲述主要讲述C C 、S S 、Si Si 、Mn Mn 、P P（一）碳（一）碳1 1 钢铁中的钢铁中的C C来源：来源： 碳是钢铁的主要成分之一，它直接影碳是钢铁的主

20、要成分之一，它直接影响着钢铁的性能。碳是区别铁与钢，决定响着钢铁的性能。碳是区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。钢号、品级的主要标志。 游离态化合态 Fe3C, Mn3C, Cr3C2, WC, MoC等v形态：两种形态：两种2022-3-2021 碳是对钢性能起决定作用的元素。碳在钢碳是对钢性能起决定作用的元素。碳在钢中可作为硬化剂和加强剂，正是由于碳的存在，中可作为硬化剂和加强剂，正是由于碳的存在，才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能。才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能。 对存在状态的影响对存在状态的影响 灰口生铁，石墨灰口生铁，石墨C C多，软而韧多，软而韧 白口生铁，化合物

21、白口生铁，化合物C C多，硬而脆多，硬而脆 碳素钢据碳素钢据C C 含量分三类，低、中、高碳素钢含量分三类，低、中、高碳素钢按含碳量分钢低碳钢 1.7% （1.7 - 4%）2022-3-2022（二）硅（二）硅 1 1、来源、来源 由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入 2 2、形态、形态主要以硅化物：主要以硅化物：FeSi FeSi 、MnSi MnSi 、FeMnSi FeMnSi 存在存在在高硅钢中，一部分以在高硅钢中，一部分以SiCSiC存在，也有时形成固熔存在，也有时形成固熔体或硅酸盐。体或硅酸盐。2022-3-2023（二）硅（二）硅 3

22、 3、性能、性能 (1)(1)增强钢的硬度、弹增强钢的硬度、弹性及强度，提高抗氧化性及强度，提高抗氧化能力及耐酸性能力及耐酸性 (2)(2) 促使促使C C以游离态石以游离态石墨状态，使钢高于流动墨状态，使钢高于流动性，易于铸造性，易于铸造 2022-3-20243 3、性能、性能 (3)(3) 、类型、类型 a a 一般生铁或碳素钢一般生铁或碳素钢SiSi含量含量1%0.8% Mn0.8% 碳素钢碳素钢 Mn 0.3 0.8% Mn 0.3 0.8% 高锰钢高达高锰钢高达13% 13% - 14%- 14%2022-3-2027 如含锰如含锰0.8% - 14%为各种型号的高锰钢，为各种型号

23、的高锰钢，具有良好的弹性及耐腐蚀性。用于制造具有良好的弹性及耐腐蚀性。用于制造弹簧、齿轮、转轴、铁路道岔等。弹簧、齿轮、转轴、铁路道岔等。 含含Mn 12% - 20%的铁合金为的铁合金为镜铁镜铁 含含Mn 60% - 80%的铁合金为的铁合金为锰铁锰铁 上两种主要用于炼钢做脱硫剂上两种主要用于炼钢做脱硫剂2022-3-2028SMn生成MnS反之 过量S和FeFeS（四）硫（四）硫 1 1 来源来源 主要由焦炭或原料矿石引入钢铁主要由焦炭或原料矿石引入钢铁 2 2 形态形态 主要以主要以MnSMnS或或FeSFeS状态存在状态存在 若：若：2022-3-2029 3 3 性能性能 使钢产生使

24、钢产生“热脆性热脆性”有害成分有害成分 原因：为什么产生热脆性？原因：为什么产生热脆性？ FeSFeS的熔点较低，最后凝固，夹杂于钢铁的的熔点较低，最后凝固，夹杂于钢铁的晶格之间。当加热压制钢铁时，晶格之间。当加热压制钢铁时，FeSFeS熔融，钢铁熔融，钢铁的晶粒失去连接作用而脆裂。的晶粒失去连接作用而脆裂。 2022-3-2030（五）磷（五）磷 1 来源来源 ：由原料中引入，有时也为了特：由原料中引入，有时也为了特殊需要而有意加入殊需要而有意加入 2 形态形态：以：以Fe2P或或Fe3P状态存在状态存在 3 性能性能：磷化铁硬度较强，以至钢铁难：磷化铁硬度较强，以至钢铁难于加工，并使钢铁产

25、生于加工，并使钢铁产生“冷脆性冷脆性”也是有害也是有害杂质作用杂质作用(事物都有其另一面事物都有其另一面) P 流动性流动性 易铸造易铸造 并可避免在并可避免在轧钢时轧辊与压件粘合轧钢时轧辊与压件粘合 在特殊情况下常有意加入一定量在特殊情况下常有意加入一定量P达此目达此目的。的。 2022-3-2031 4. 类型类型 : 生铁生铁 P0.3% 一般碳素钢一般碳素钢0.06% 优质钢优质钢0.03% 特殊用途：轧辊钢高达特殊用途：轧辊钢高达 0.4 0.5% 炼钢或铸钢用的磷铁炼钢或铸钢用的磷铁 15 20%之之间间. 以上归纳成如下表：以上归纳成如下表：2022-3-2032C CSiSiM

26、nMnS SP P形形态态 固溶体固溶体碳化物碳化物FeFe3 3C, C, MnMn3 3C, CrC, Cr3 3C, C, WC, MoC.WC, MoC.游离石墨碳游离石墨碳主要硅化物：主要硅化物：FeSi,MnSiFeSi,MnSi高碳钢部分高碳钢部分SiCSiC有时固熔体或有时固熔体或硅酸盐硅酸盐 MnC, MnC, MnS,MnS,FeMnSiFeMnSi 固固熔体熔体MnS ,MnS ,FeSFeSFeFe2 2P ,P , Fe Fe3 3P P来来源源焦炭焦炭原料矿石；脱原料矿石；脱氧或特殊需氧或特殊需要加入要加入原料矿原料矿石；作石；作脱硫脱脱硫脱氧剂氧剂焦炭或焦炭或原料

27、矿原料矿石引入石引入原料引原料引入；特入；特殊需要殊需要加入加入各元素在钢中的形态和作用表各元素在钢中的形态和作用表2022-3-2033硬度硬度高高低低 产生热脆产生热脆性性产生冷脆性产生冷脆性延展性韧性延展性韧性熔点熔点钢中钢中S0.05%生铁生铁0.35%生铁生铁P0.3% 一般碳素一般碳素钢钢0.06% 优质钢优质钢0.03%轧轧辊钢高达辊钢高达 0.4 0.5%磷铁磷铁 15 20%之间之间弹性强度抗弹性强度抗氧化性氧化性流动性流动性易于铸造易于铸造（促使（促使C以游离态）以游离态）易于铸造防易于铸造防止轧辊轧止轧辊轧件间粘合件间粘合抗酸碱性抗酸碱性检测意义检测意义决定钢铁型号及决定

28、钢铁型号及用途主要指标用途主要指标直接影响钢铁性直接影响钢铁性能控制一定量能控制一定量有害成分严格降至一定量有害成分严格降至一定量2022-3-2034三三 、 检测意义检测意义 综上所述，综上所述，C C是确定钢铁型号及用途是确定钢铁型号及用途主要指标主要指标 SiSi、MnMn直接影响钢铁性能直接影响钢铁性能( (有益的有益的)控制一定量控制一定量S S、P P有害成分有害成分 严格降至一定量严格降至一定量 因此，对于生铁和碳素钢：因此，对于生铁和碳素钢：C C、SiSi、MnMn、S S、P P等五等五种元素的含量是冶金或机械工业化验室日常生产控种元素的含量是冶金或机械工业化验室日常生产

29、控制的重要指标制的重要指标. .2022-3-2035 碳的测定碳的测定 钢铁中碳的作用：区别铁和钢的标志，一般随着碳含量的增钢铁中碳的作用：区别铁和钢的标志，一般随着碳含量的增加，钢铁的硬度和强度增加，韧性和塑性降低。加，钢铁的硬度和强度增加，韧性和塑性降低。 碳的存在形式：不易与酸作用的游离碳（如铁碳固溶体，无碳的存在形式：不易与酸作用的游离碳（如铁碳固溶体，无定形碳、石墨碳等）和易与酸作用的化合碳（如金属碳化物定形碳、石墨碳等）和易与酸作用的化合碳（如金属碳化物MCMC，M M代表金属元素）。代表金属元素）。 碳的测定：成分分析中一般要求测定总碳量，个别情况需要碳的测定：成分分析中一般要

30、求测定总碳量，个别情况需要测定游离碳或者化合碳含量。测定游离碳或者化合碳含量。测定各种形态的碳属于相分析；在成分分析中，一般钢样只测测定各种形态的碳属于相分析；在成分分析中，一般钢样只测定总碳量。生铁试样除测定总碳量外，常分别测定游离碳和定总碳量。生铁试样除测定总碳量外，常分别测定游离碳和化合碳的含量。化合碳的含量。2022-3-2036总碳量的测定方法总碳量的测定方法 方法有很多，但通常都是将试样置于高温氧方法有很多，但通常都是将试样置于高温氧气流中燃烧，使之转化为二氧化碳再用适当方法气流中燃烧，使之转化为二氧化碳再用适当方法测定。测定。 归纳起来可分为三大类：归纳起来可分为三大类： 物理法

31、、物理法、 化学法化学法 物理化学法物理化学法2022-3-2037燃烧燃烧- -气体容积法气体容积法( (气体容量法气体容量法) ) 燃烧燃烧- -气体容积法是目前国内外广泛气体容积法是目前国内外广泛采用的标准方法。本法成本低，有较高采用的标准方法。本法成本低，有较高的准确度，测得结果是总碳量的绝对值。的准确度，测得结果是总碳量的绝对值。其缺点是要求有较熟练的操作技巧，分其缺点是要求有较熟练的操作技巧，分析时间较长，对低碳试样测定误差较大。析时间较长，对低碳试样测定误差较大。2022-3-2038（一）方法原理（一）方法原理 试样在试样在12001300的高温的高温O2气流中气流中燃烧，钢铁

32、中的碳被氧化生成燃烧，钢铁中的碳被氧化生成CO2: C + O2 = CO2 4Fe3C + 13O2 = 4CO2 + 6Fe2O3 Mn3C +3O2 = CO2 + Mn3O 3FeS +5O2 = Fe3O4 +3SO2 3MnS + 5O2= Mn3O4 + 3SO22022-3-2039（一）（一） 方法原理方法原理 生成的生成的CO2与过剩的与过剩的O2经导管引入量气管，测经导管引入量气管，测定容积，然后通过装有定容积，然后通过装有KOH溶液的吸收器，吸收其溶液的吸收器，吸收其中的中的CO2 CO2十十2KOH = K2CO3十十H2O 剩余的剩余的O2再返回量气管中，根据吸收前

33、后容积再返回量气管中，根据吸收前后容积之差，得到之差，得到CO2的容积，据此计算出试样中的容积，据此计算出试样中碳的质碳的质量分数量分数。2022-3-2040（二）主要试剂（二）主要试剂 1.氢氧化钾吸收剂溶液氢氧化钾吸收剂溶液(400g/L)； 2.除硫剂除硫剂 活性二氧化锰活性二氧化锰(粒状粒状)或钒酸银。或钒酸银。 2.1 钒酸银；钒酸银； 2.2 活性氧化锰；活性氧化锰； 3. 酸性氯化钠溶液（酸性氯化钠溶液（250g/L）；）； 4.助熔剂助熔剂 锡粒锡粒(或锡片或锡片)、铜、氧化铜、铜、氧化铜、纯铁粉。纯铁粉。 5.高锰酸钾溶液（高锰酸钾溶液（40g/L）；）； 6.甲基橙指示剂

34、（甲基橙指示剂（2g/L）。）。 2022-3-2041v图图1 气体容量法定碳装置气体容量法定碳装置vl.氧气瓶，氧气瓶，2.氧气表，氧气表，3.缓冲瓶，缓冲瓶，4、5.洗气瓶，洗气瓶，6.干干燥塔，燥塔，7.玻璃磨口塞玻璃磨口塞,8.管式炉，管式炉，9.燃烧管，燃烧管，10.除硫除硫管管,11.容量定碳仪容量定碳仪(包括包括: 冷凝管冷凝管a 、量气管量气管b、水准瓶水准瓶c、吸收瓶吸收瓶d、小旋塞小旋塞e、三通旋塞、三通旋塞f、），），l2.球形干燥管，球形干燥管，13.瓷舟瓷舟,14.温度自动控制器温度自动控制器. 15. 供氧旋塞供氧旋塞v（三）仪器（三）仪器2022-3-2042（

35、四）分析步骤（四）分析步骤 将炉温升至将炉温升至1200120013501350，检查管路及活塞是，检查管路及活塞是否漏气，装置是否正常，燃烧标准样品，检查仪器否漏气，装置是否正常，燃烧标准样品，检查仪器及操作。及操作。 称取适量试样置于瓷舟中，将适量助熔剂覆盖称取适量试样置于瓷舟中，将适量助熔剂覆盖于试样上面，打开玻璃磨口塞，将瓷舟放入瓷管内，于试样上面，打开玻璃磨口塞，将瓷舟放入瓷管内，用长钩推至高温处，立即塞紧磨口塞。预热用长钩推至高温处，立即塞紧磨口塞。预热lminlmin，按照定碳仪操作规程操作，测定其读数按照定碳仪操作规程操作，测定其读数( (体积或含体积或含量量) )。打开磨口塞

36、，用长钩将瓷舟拉出，即可进行下。打开磨口塞，用长钩将瓷舟拉出，即可进行下一试样分析。一试样分析。2022-3-2043( (五五) )测定条件测定条件 1 1试样的燃烧程度试样的燃烧程度 燃烧温度燃烧温度 ; ;助熔剂降低燃烧温度助熔剂降低燃烧温度; ;通通O O2 2速度速度 2 2硫的干扰及消除硫的干扰及消除 在高温在高温O O2 2气流中燃烧时，试样中硫也转化气流中燃烧时，试样中硫也转化为为SOSO2 2： 如果生成的如果生成的SOSO2 2，在吸收前未能除去，同样，在吸收前未能除去，同样被被KOHKOH溶液吸收，干扰碳的测定。常用溶液吸收，干扰碳的测定。常用MnOMnO2 2、AgVO

37、AgVO3 3除去混合气体中的除去混合气体中的SOSO2 22022-3-20443.3.测定中应注意的问题测定中应注意的问题 3.1 3.1 3.2 3.2 助熔剂中含碳量一般不超过助熔剂中含碳量一般不超过0.005% ;0.005% ; 3.3 3.3 样品的放置要均匀地铺在燃烧舟中样品的放置要均匀地铺在燃烧舟中; ; 3.4 3.4 定碳仪应装置在室温较正常的地方定碳仪应装置在室温较正常的地方( (距离高温炉约距离高温炉约300300500mm)500mm) 2022-3-20453.5 3.5 更换水准瓶所盛溶液、玻璃棉、除硫剂、氢更换水准瓶所盛溶液、玻璃棉、除硫剂、氢氧化钾溶液后，均

38、应作几次高碳试样，使二氧氧化钾溶液后，均应作几次高碳试样，使二氧化碳饱和后，才可进行试样测定。化碳饱和后，才可进行试样测定。3.6 3.6 对测定含硫量较高的试样对测定含硫量较高的试样( (大于大于0.2%)0.2%)，应增，应增加除硫剂量或增加一个除硫管。加除硫剂量或增加一个除硫管。3.7 3.7 吸收器、水准瓶内溶液以及混合气体三者的吸收器、水准瓶内溶液以及混合气体三者的温度应基本相同，否则将产生正负空白值。温度应基本相同，否则将产生正负空白值。3.8 3.8 如分析完高碳试样后，应空通一次，才可以如分析完高碳试样后，应空通一次，才可以接着做低碳试样分析。接着做低碳试样分析。3.9 3.9

39、 当洗气瓶中硫酸体积显著增加及二氧化锰变当洗气瓶中硫酸体积显著增加及二氧化锰变白时，说明已失效，应及时更换。白时，说明已失效，应及时更换。3.10 3.10 观察试样是否完全燃烧，如燃烧不完全，需观察试样是否完全燃烧，如燃烧不完全，需重新分析。重新分析。2022-3-2046 2022-3-2047分析结果计算 当固定称样量如、或时的含碳量，其结果可按下式计算： f 温度、压力补正系数f读数(C)(C)2022-3-2048 硫的测定硫的测定 硫的测定方法很多。经典的硫酸钡重量硫的测定方法很多。经典的硫酸钡重量法用于测定高硫试样。燃烧法用于测定高硫试样。燃烧滴定法具有滴定法具有简单、快速、准确

40、及适应面广的特点，被简单、快速、准确及适应面广的特点，被广泛采用，它也是国内外的标准方法。广泛采用，它也是国内外的标准方法。 介绍燃烧介绍燃烧滴定法中的滴定法中的燃烧燃烧碘酸钾容碘酸钾容量法量法 2022-3-2049( (一一) ) 原原 理理 将钢铁试样于将钢铁试样于12501350的高温下通氧的高温下通氧燃烧，使硫全部转化为二氧化硫，将生成的二氧燃烧，使硫全部转化为二氧化硫，将生成的二氧化硫用淀粉溶液吸收，用碘酸钾标准溶液滴定至化硫用淀粉溶液吸收，用碘酸钾标准溶液滴定至浅蓝色为终点浅蓝色为终点: 燃烧：燃烧：4FeS + O2 = 2Fe2O3 + 4SO2 3MnS +5O2 = Mn

41、3O4 + 3SO2 吸收吸收： SO2 + H2O= H2SO3滴定：滴定： KIO3 +5KI +6HCl = 3I2 +6KCl + 3H2O H2SO3 + I2 + H2O = H2SO4 + 2HI 2022-3-2050( (二二) )主要试剂及仪器主要试剂及仪器 1碘酸钾标准滴定溶液碘酸钾标准滴定溶液 c(1/6K103、0.0002500mol/L； 2淀粉吸收液淀粉吸收液(10g/L)； 3.助熔剂助熔剂2022-3-2051（三）仪器装置（三）仪器装置v定硫仪的滴定部分装置定硫仪的滴定部分装置 v1.球形管球形管 2.吸收杯吸收杯 3.滴定管滴定管2022-3-2052(

42、 (四四) )测定步骤测定步骤 将炉温升至将炉温升至12001350 C，检查装置，检查装置是否正常，于定硫吸收杯中加入淀粉吸收液是否正常，于定硫吸收杯中加入淀粉吸收液（硫小于（硫小于0.01%用低硫吸收杯，加用低硫吸收杯，加20mL吸收吸收液；硫大于液；硫大于0.01%用高硫吸收杯，加用高硫吸收杯，加60mL吸吸收液），以收液），以6001500mL/min的流速通氧，的流速通氧，用碘酸钾标准滴定溶液滴定至浅蓝色不褪，用碘酸钾标准滴定溶液滴定至浅蓝色不褪，作为终点色泽，关闭氧气。作为终点色泽，关闭氧气。2022-3-2053( (四四) )测定步骤测定步骤 称取适量试样，置于称取适量试样，置

43、于瓷舟瓷舟中，加入适量中，加入适量助助熔剂熔剂，将瓷舟推至高温处，将瓷舟推至高温处，预热预热，通氧，控，通氧，控制制氧速氧速为为15002000mL/min，燃烧后的，燃烧后的混合混合气体气体导入吸收杯中，导入吸收杯中，使淀粉吸收液蓝色开始消使淀粉吸收液蓝色开始消褪，褪，立即用碘酸钾标准溶液滴定并使液面立即用碘酸钾标准溶液滴定并使液面保持保持蓝色蓝色，当吸收液褪色缓慢时，滴定速度也相应，当吸收液褪色缓慢时，滴定速度也相应减馒，直至吸收液的色泽与原来的终点色泽减馒，直至吸收液的色泽与原来的终点色泽相相同同，间歇通气后，色泽不变即为终点。，间歇通气后，色泽不变即为终点。 2022-3-2054计算

44、计算 mVVT0SvT 碘酸钾标准溶液对硫的滴定度，碘酸钾标准溶液对硫的滴定度，g/mL；v V 滴定试样所消耗碘酸钾标准溶液的体积，滴定试样所消耗碘酸钾标准溶液的体积，mL；v V0滴定空白时所消耗碘酸钾标准溶液的平均滴定空白时所消耗碘酸钾标准溶液的平均体积，体积，mL；v m 试料的质量，试料的质量，g。2022-3-2055( (五五) )测定条件测定条件 助熔剂用量助熔剂用量SO2的转化率的转化率SO2的回收率的回收率连续测定连续测定10个样品后，就应清除管内的氧个样品后，就应清除管内的氧化物化物 2022-3-2056 燃烧燃烧酸碱滴定法酸碱滴定法 本法采用本法采用双氧水双氧水溶液作

45、为吸收剂吸收溶液作为吸收剂吸收二氧化硫二氧化硫，生成的生成的H2SO3被氧化为被氧化为H2SO4，然后用，然后用NaOH标准标准滴定溶液滴定生成的滴定溶液滴定生成的H2SO4，即可求出，即可求出SO2的质的质量分数。量分数。 吸收：吸收： SO2 + H2O = H2SO3 H2SO3 + H2O2 = H2SO4+H2O 滴定：滴定： 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O 本法克服了本法克服了SO2在吸收器中逃逸的现象在吸收器中逃逸的现象，对滴定，对滴定速度没有要求，尤其适合于碳硫的联合测定。该速度没有要求，尤其适合于碳硫的联合测定。该法终点敏锐，操作方便；燃烧过程中即

46、使有法终点敏锐，操作方便；燃烧过程中即使有SO3产生也能被滴定，不影响测定结果。产生也能被滴定，不影响测定结果。2022-3-2057 钢铁中磷的测定方法有重量法、滴定法、钢铁中磷的测定方法有重量法、滴定法、光度法。一般是使磷转化为磷酸，在与钼光度法。一般是使磷转化为磷酸，在与钼酸铵反应生成磷钼酸，在此基础上可用重酸铵反应生成磷钼酸，在此基础上可用重量法、酸碱滴定法、磷钼蓝光度法进行测量法、酸碱滴定法、磷钼蓝光度法进行测定。定。 磷的测定磷的测定 2022-3-2058 锰的测定锰的测定 钢铁中锰含量的分析通常采用滴定法钢铁中锰含量的分析通常采用滴定法和光度法。前者可用硝酸银和光度法。前者可用

47、硝酸银( (酸性条件酸性条件) )定量将锰氧化成三价，用硫酸亚铁钱标定量将锰氧化成三价，用硫酸亚铁钱标准滴定溶液滴定。还可以用过硫酸铵将准滴定溶液滴定。还可以用过硫酸铵将锰氧化成七价，以亚砷酸钠锰氧化成七价，以亚砷酸钠- -亚硝酸钠标亚硝酸钠标准滴定溶液滴定。后者常用高碘酸钾将准滴定溶液滴定。后者常用高碘酸钾将锰氧化成七价后，进行光度测定。锰氧化成七价后，进行光度测定。2022-3-2059 硅的测定硅的测定 目前钢铁中硅的测定方法很多，主要有目前钢铁中硅的测定方法很多，主要有重量法，滴定法，光度法等。重量法是最重量法，滴定法，光度法等。重量法是最经典的测定方法，具有准确、适用范围广经典的测定

48、方法，具有准确、适用范围广等特点等特点 。光度法具有简单、快速、准确等。光度法具有简单、快速、准确等特点，是目前实际应用最广泛的方法。其特点，是目前实际应用最广泛的方法。其中应用最多的是硅钼蓝光度法。中应用最多的是硅钼蓝光度法。 介绍介绍还原型硅钼酸盐光度法测定还原型硅钼酸盐光度法测定 2022-3-2060一、方法原理一、方法原理 试样用稀酸溶解后，使硅转化为可溶性硅酸试样用稀酸溶解后，使硅转化为可溶性硅酸: : 3FeSi+l6HNO 3FeSi+l6HNO3 3 = 3Fe(NO= 3Fe(NO3 3) )3 3+3H+3H4 4SiOSiO4 4+7NO+7NO +2H+2H2 2O

49、O FeSi+H FeSi+H2 2SOSO4 4+4H+4H2 2O = FeSOO = FeSO4 4+H+H4 4SiOSiO4 4+3H+3H2 2 加高锰酸钾氧化碳化物，再加亚硝酸钠还原过加高锰酸钾氧化碳化物，再加亚硝酸钠还原过量的高锰酸钾，在弱酸性溶液中，加入钼酸，使量的高锰酸钾，在弱酸性溶液中，加入钼酸，使其与其与H H4 4SiOSiO4 4反应生成氧化型的黄色硅钼杂多酸反应生成氧化型的黄色硅钼杂多酸( (硅硅钼黄钼黄) )，在草酸的作用下，用硫酸亚铁铵将其还原，在草酸的作用下，用硫酸亚铁铵将其还原为硅钼蓝为硅钼蓝: :2022-3-2061H4SiO4 + 12H2MoO4

50、= H8Si(Mo2O7)6+10H2O H8Si(Mo2O7)6+4FeSO4+2H2SO4 H8 Si(Mo2O7)5Mo2O5+2Fe2(SO4)3+2H2Ov 于波长于波长810nm处测定硅钼蓝的吸光度。本法适用处测定硅钼蓝的吸光度。本法适用于铁、碳钢、低合金钢中于铁、碳钢、低合金钢中l.00%酸溶硅含量的测定。酸溶硅含量的测定。 酸液显色硅钼黄H2C2O4提高酸度消除P、As干扰Fe2+还原为硅钼蓝比色测定2022-3-2062二、主要试剂与仪器二、主要试剂与仪器 v1 试剂试剂v 1.1 纯铁（硅的含量小于纯铁（硅的含量小于0.002%）；）； 1.2 钼酸铵溶液（钼酸铵溶液（50

51、g/L）；）； v 1.3 草酸溶液草酸溶液(50g/L) v 1.4 硫酸亚铁铵溶液硫酸亚铁铵溶液(60g/L)； v 1.5 硅标准溶液硅标准溶液(20 g/mL) v2仪器仪器 721等类型的光度计。等类型的光度计。2022-3-2063三、分析步骤三、分析步骤 称取试样左右，置于称取试样左右，置于150mL150mL烧杯烧杯中。加入中。加入30mL30mL硫酸硫酸(1+17)(1+17)，低温缓慢加热（不要煮沸）至试样，低温缓慢加热（不要煮沸）至试样完全溶解（并不断补充蒸发失去的水分）。煮沸，完全溶解（并不断补充蒸发失去的水分）。煮沸，滴加高锰酸钾溶液（滴加高锰酸钾溶液（40g/L)4

52、0g/L)至析出二氧化锰水合至析出二氧化锰水合物沉淀。再煮沸约物沉淀。再煮沸约lminlmin，滴加亚硝酸钠溶液，滴加亚硝酸钠溶液(100g/L)(100g/L)至试验溶液清亮，继续煮沸至试验溶液清亮，继续煮沸lminlmin2min(2min(如有沉淀或不溶残渣，趁热用中速滤纸过如有沉淀或不溶残渣，趁热用中速滤纸过滤，用热水洗涤滤，用热水洗涤) )。冷却至室温，将试验溶液移。冷却至室温，将试验溶液移入入100mL100mL容量瓶容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。中，用水稀释至刻度，混匀。2022-3-2064 移取移取上述试验溶液二份，分别置于上述试验溶液二份，分别置于50mL50mL容量容量

53、瓶中瓶中( (一份作显色溶液用，一份作参比溶液用一份作显色溶液用，一份作参比溶液用) ) 显色溶液显色溶液 小心加入钼酸铵溶液，混匀。放小心加入钼酸铵溶液，混匀。放置置15min15min或沸水浴中加热或沸水浴中加热30s30s，加入，加入l0mLl0mL的草酸溶的草酸溶液，混匀。待沉淀溶解后液，混匀。待沉淀溶解后30s30s内，加入的硫酸亚内，加入的硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，混匀。铁铵溶液，用水稀释至刻度，混匀。 参比溶液参比溶液 加入草酸溶液、钼酸铵溶液、硫酸加入草酸溶液、钼酸铵溶液、硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，混匀。亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，混匀。2022-3-2065 将显

54、色溶液移入将显色溶液移入lcmlcm吸收皿中，以参比溶吸收皿中，以参比溶液为参比，于分光光度计波长液为参比，于分光光度计波长810nm810nm处测量溶处测量溶液的吸光度值。对没有此波长范围的光度计，液的吸光度值。对没有此波长范围的光度计，可于可于680nm680nm处测量。处测量。 v思考一下思考一下测定波长测定波长的问题的问题v显色溶液显色溶液与与参比溶液参比溶液和通常情况下和通常情况下所选择的情况有什么区别？所选择的情况有什么区别？2022-3-2066工作曲线绘制工作曲线绘制 移取数份与已知其硅含量的移取数份与已知其硅含量的纯铁纯铁或或低低硅硅标样作低样。移取标样作低样。移取0 0、硅

55、标、硅标准溶液准溶液(20(20 g/mL)g/mL)，分别置于上述数份，分别置于上述数份低样低样中，以下按分析步骤进行。用硅标准溶液中，以下按分析步骤进行。用硅标准溶液中硅量和中硅量和纯铁纯铁中硅量之和为横坐标，测得中硅量之和为横坐标，测得的吸光度值为纵坐标，绘制工作曲线的吸光度值为纵坐标，绘制工作曲线。 2022-3-2067硅的质量分数按下式计算：硅的质量分数按下式计算： VVmm161g/g10)Si(v式中式中 v m1从工作曲线上查得的硅量，从工作曲线上查得的硅量， g；v V1移取试验溶液的体积，移取试验溶液的体积，mL；v V试验溶液的总体积，试验溶液的总体积，mLv m称样量

56、，称样量，g。2022-3-2068 Am ( g)m1 gA试液试液工工 作作 曲曲 线线v( g/50mL)2022-3-2069四、测定条件四、测定条件酸度和钼酸铵浓度酸度和钼酸铵浓度 温度和时间温度和时间 试剂的加入顺序试剂的加入顺序 还原条件及光学性质还原条件及光学性质 干扰及消除干扰及消除 操作注意事项操作注意事项 v掌握掌握2022-3-2070原理：原理：试样酸溶H4SiO4H3PO4(正硅酸)(正磷酸)(NH4)2MoO4强酸温度H8Si(Mo2O7)6H3P(Mo3O10)4还原剂Fe2+(H2SO4介质)H2C2O4存在H8Si(Mo2O7)5Mo2O52022-3-20

57、71测定方法的类型测定方法的类型 根据含量的不同选择适当的方法根据含量的不同选择适当的方法 常量法常量法 SiOSiO2 2重量法重量法 K K2 2SiFSiF6 6容量法容量法 微量法微量法 硅钼蓝分光光度法硅钼蓝分光光度法酸液显色硅钼黄H2C2O4提高酸度消除P、As干扰Fe2+还原为硅钼蓝比色测定2 条件条件(1)创造条件生成创造条件生成型硅钼杂多酸（硅钼黄）型硅钼杂多酸（硅钼黄）硅钼黄有两种形态硅钼黄有两种形态 ：1原理原理2022-3-20721 1 硅钼杂多酸（硅钼杂多酸（ 硅钼黄）硅钼黄） 在较低酸度即较多在较低酸度即较多4.8 4.8 的室温中生成很稳的室温中生成很稳定定,

58、,还原为蓝绿色还原为蓝绿色2 2 硅钼杂多酸硅钼杂多酸在较高酸度即较低在较高酸度即较低1.8 1.8 （水泥化学分析）中（水泥化学分析）中生成，还原为蓝色生成，还原为蓝色（ 硅钼黄）硅钼黄）2022-3-2073易转化TpHI 硅钼黄硅钼黄 硅钼黄硅钼黄pH3.84.8 较高较高 范围范围宽宽l.01.8 较低较低 窄窄颜色颜色 max蓝绿色蓝绿色 635，750 nm蓝色蓝色 810nm(硅钼蓝硅钼蓝)1.85104 灵敏度灵敏度较低较低2.00104 灵敏度较高灵敏度较高稳定性稳定性较稳定较稳定不稳定不稳定被还原为被还原为硅钼蓝硅钼蓝 不易不易易易注：注：型不稳定较易还原成型不稳定较易还原

59、成 型，其转变速度随温度升高，酸度型，其转变速度随温度升高，酸度降低（降低（pHpH升高）及离子强度的增大而加快。升高）及离子强度的增大而加快。730nm730nm波长处二者硅钼蓝吸光度相等，在波长处二者硅钼蓝吸光度相等，在7272型分光光度计上，采用型分光光度计上，采用650650700nm700nm波长范围测定。波长范围测定。 2022-3-2074 实际应用是创造条件得实际应用是创造条件得型硅钼黄的原因？型硅钼黄的原因？ 虽然虽然型不稳定，生成的酸度有比较严格型不稳定，生成的酸度有比较严格 但是：但是： 1 1 因为它在较高酸度下形成，此时铁等许多金属离子不易水因为它在较高酸度下形成，此

60、时铁等许多金属离子不易水解，共存离子干扰少解，共存离子干扰少 2 2 型硅钼黄比型硅钼黄易被还原成硅钼蓝型硅钼黄比型硅钼黄易被还原成硅钼蓝 3 3 型硅钼黄的还原产物硅钼蓝的灵敏度高于型硅钼黄的还原产物硅钼蓝的灵敏度高于 型还原产物型还原产物的灵敏度的灵敏度 尽量减少尽量减少型型型转化的措施型转化的措施 控制控制型的配合时间及配合温度型的配合时间及配合温度 T t I A2022-3-2075 (2) (2)温度影响硅钼黄的反应速度温度影响硅钼黄的反应速度 20 10min20 10min 30 2min 30 2min 100 30s 100 30s水浴加热水浴加热30s30s， 注意注意