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鋼鐵中常見元素存在的影響
1、碳

碳是鋼鐵中重要元素,它對鋼鐵的性能起決定性作用,由于碳的存在,才能對鋼進行熱處理,才能調節和改變其機械性能,碳含量高時,脆性和硬度增大,含碳低的鋼韌性較好;在決定鋼的品級時,往往注意到碳的含量,對碳的測定來說,爐前比爐后分析更有意義。鋼中碳主要以Fe3C狀態及合金元素的碳化物狀態而存在,例如Mn3C、Cr3C、WC、W2C、VC等,這些統稱化合碳;在鐵中碳大部分呈鐵的固溶體,如無定形碳、退火碳、石墨碳等,統稱游離碳。碳化鐵不溶于冷的和稀的非氧化性酸(硫酸、鹽酸),大部分碳化物以黑色或深褐色的沉淀而沉降下來。大多數合金元素的碳化物難溶于酸內,為使其完全溶解,需采取適當的措施,例如:

A)在加熱的情況下,將鋼樣用鹽酸或硫酸處理,直至金屬部分完全溶解,然后小心加入硝酸使碳化物破壞;

B)鋼樣內如含有穩定的碳化物時,在用硝酸氧化之前,先行蒸發至冒硫酸煙,而后加入硝酸;

C)如鋼中含有極穩定的碳化物,用上述方法不能溶解時,可將鋼樣用熱鹽酸或硝酸處理,然后與高氯酸一起在高氯酸蒸發溫度下(約200度)加熱,這時全部碳化物即會分解; 

2、硫

以硫化物狀態存在于鋼中,它易使鋼產生熱脆,使鋼的機械性能降低,同時對鋼的耐蝕性、可焊性也不利,故硫也是鋼中有害元素之一;普通鋼中硫不超過0.05%,優質結構鋼、工具鋼中不超過0.04或0.03%,高級優質鋼不超過0.02%,但在易切削鋼與高錳鋼中可以高些;硫在鋼中易偏析,因此取樣時要注意代表性,硫化物在1250~1350度通氧燃燒生成SO2氣體;

3、硅

在鋼中主要以固溶態存在,主要以Fe2Si、FeSi或更復雜的化合物FeMnSi存在,硅和氧的親和力僅次于鋁和鈦,而強于鉻、錳、釩,在煉鋼過程中,用作還原劑和脫氧劑。硅能增強鋼的抗張力、彈性、耐酸性和耐熱性,又能增大鋼的電阻系數,故鋼中硅一般不小于0.1;作為合金元素,一般不低于0.6%;耐酸耐熱鋼及彈簧鋼中硅較高,而硅鋼含硅量可高達4%以上;

4、錳

在鋼中主要以MnS狀態存在,錳在冶煉鋼鐵過程中通常作為脫硫劑和脫氧劑而特意加入,錳和硫作用可防止熱脆,從而提高鋼的可鍛性;在鋼中一般含量為0.3~0.8%,含量超過0.8%即為錳合金鋼,在生鐵中一般為0.5~2%。高錳鋼可達到13~15%,錳可溶于稀酸中,生成二價錳離子。錳含量高時在低酸度解質中遇強氧化劑易產生棕色混濁,二是含量高使溶液中其他元素的氧化難于完全,如在高錳鋼中的磷;

5、磷

在鋼中主要以固溶態及磷化物(Fe2P、Fe3P等)狀態存在,常呈析離狀態,Fe3P是一種很硬的物質,易發生冷脆現象,從而影響鋼的鍛接;磷是鋼中有害元素之一,一般含量在0.06%以下,優質鋼在0.04或0.03以下,特殊情況也有0.1%以上(如易切削結構鋼);鋼中絕大部分磷化物能溶于酸,但在用非氧化性酸溶解會以PH3逸出,在氧化性酸中,則生成H3PO4及H3PO3,因此在分析磷時一定要用氧化性酸溶樣,并再用強氧化劑氧化H3PO3,使全部磷生成H3PO4,方能測定磷;

6、鉻

能增強鋼的機械性能和耐腐性,也可以增加鋼的淬透性及淬火后的抗變形能力,從而增加鋼的硬度、彈性、抗磁性、抗張力、耐蝕性、耐熱性;鉻能溶于熱的HCL及稀H2SO4中,與濃硝酸作用由于表面生成一層氧化膜而鈍化不能溶解,一般處于固溶體中的鉻易溶于HCL及稀H2SO4或高氯酸中,但鉻的碳化物或氮化物,一般用濃硝酸處理或經硫酸、高氯酸加熱至冒煙處理才能破壞,有的甚至在H2SO4冒煙時滴加硝酸才能破壞。鉻對化學分析影響:一是鉻離子有色(三價為綠色,六價為金黃色),在比色時,要考慮色澤空白,二是高價鉻離子有氧化劑,對某些有機顯色劑有氧化作用,遇此情況應將其還原到低價,亦可用高氯酸冒煙加HCL使鉻生成CrO2CL2驅除,以消除其影響;

7、鎳

普通鋼中含量在0.3%以下,主要是廢鋼帶入,不起合金元素作用,含量在0.8%以上的鋼可算為鎳鋼,鎳作為合金元素能使鋼具有高級的機械性能,即可使鋼具有韌性、防腐抗酸、高導磁性并使晶粒細化,提高淬透性,增加硬度等;

鎳在鋼中主要以固溶體和碳化物存在,與HCL或稀硫酸反應較慢,但在熱濃硫酸中及稀硝酸中溶解較快,濃硝酸易使鎳鈍化,所以溶解低鎳鋼中用硝酸(1+3)或鹽酸(1+1),高鎳鉻鋼用HCL、硝酸混合酸(王水)或高氯酸,高鎳鋼用稀硝酸。鎳在化學分析中影響主要是離子有色對比色有影響,含量高時應考慮色澤空白。

8、銅

在鋼中主要以固溶體或極微細的合金夾雜物狀態存在,銅在鋼中的含量一般在0.2%以下,通常它是害中有害雜質,使鋼的機械性能降低,并自加熱時導致金屬表面氧化,影響鋼的質量,但有時也特意往鋼中加銅代替部分鎳,如鋼中加入2%以下的銅能提高退火鋼的硬度,含銅0.15~0.25%的鋼能提高耐大氣腐蝕性,不銹鋼中加入銅能提高對HCL的抗蝕性;銅不易溶于稀的HCL中,但易溶于硝酸和熱的濃硫酸中,銅在比色分析中影響主要是在銅含量高時有色澤影響;

9、稀土

稀土是很強的脫氧劑、脫硫劑,它能消除或減弱鋼中許多有害雜質的影響,鋼中加入少量稀土,能提高鋼的流動性,從而改善鋼的質量,能顯著提高不銹耐熱鋼的熱加工塑性,結構鋼中加入能提高塑性和韌性,減弱可逆回火脆性等,稀土元素性質極其相似,不易相互分離,易溶于酸中,在分析中影響主要是高價具有氧化性,對氧化還原反應有一定影響。
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