概述:碳、硫是確定鋼鐵產(chǎn)品規(guī)格和質(zhì)量的重要元素。碳含量高于1.70%以上的叫鐵,低于1.70%的叫鋼。通常把含碳量高于0.60%的鋼叫高碳鋼,含碳量在0.25%-0.60%之間的鋼叫中碳鋼,含碳量小于0.25的鋼叫低碳鋼,含碳量小于0.04%的叫工業(yè)純鐵。碳對鋼鐵的性能起著重要的作用。隨著碳含量的增加,鋼的硬度和強(qiáng)度得到提高,其韌性和塑性下降;反之,若含碳量減少,則硬度和強(qiáng)度下降,而韌性和塑性增加。硫存在于鋼鐵內(nèi),惡化鋼鐵質(zhì)量,降低鋼的力學(xué)性能及耐蝕性、可焊性。特別是鋼中的硫,若以硫化鐵狀態(tài)存在時,它的熔點低(1000℃左右),將會引起鋼的“熱脆”現(xiàn)象,即熱變形,高溫時工件產(chǎn)生裂紋,影響產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命。所以,鋼中的硫含量越低越好,一般來說,普通鋼中的含硫量不大于0.050%,工具鋼中硫量不大于0.045%,鋼硫量不大于0.020%。碳、硫在鋼鐵中以化合態(tài)和游離態(tài)存在?;咸迹饕澡F碳化合物和合金元素碳化物的形態(tài)存在,如Fe3C、Mn3C、Cr3C2、WC、VC、Mo2C、TiC等。鐵碳化合物如Fe3C能溶解在含氧化劑的濃硫酸和濃硝酸中;而合金元素碳化物難溶于酸,為了促溶增溶,往往結(jié)晶形碳等。游離碳,主要指碳固溶體中的碳,如石墨碳、退火碳、無定形碳、轉(zhuǎn)化成游離碳,如滲碳體化為鐵素體(Fe3C,1153℃時3Fe+C石墨)。滲碳體,常稱白口鐵,硬而脆難加工,轉(zhuǎn)化為鐵素體,稱灰口鐵,質(zhì)軟易加工。石墨碳為球形,即球墨鑄鐵??梢姡嫉男螒B(tài),直接影響鋼鐵性質(zhì)。硫在鋼鐵中主要以MnS和FeS的形態(tài)存在,僅含少量的其他硫化物。如Cr2S3、VS、TiS、NbS、ZnS等,而游離態(tài)的硫甚少。鋼鐵中的硫,一般易溶于酸中,在氧化性酸中生成硫酸鹽,在非氧化性酸中,生成硫化氫。鋼鐵中的碳和硫在高溫下(1250-1400℃)通氧燃燒,均能轉(zhuǎn)化為氣體,分別生成CO2和SO2,此即燃燒法測定碳硫的基礎(chǔ)。鋼鐵中碳量和硫量的測定。首先將試樣在高溫爐中(如管式爐、高頻爐、電弧爐等)通氧燃燒,生成并逸出CO2和SO2氣體,用此法實現(xiàn)碳和硫與金屬元素及其化合物的分離,然后測定CO2和SO2的含量,再換算出鋼鐵中碳和硫的含量。測定方法有:(1)容量法:常用的有氣體容量法和非水滴定法,硫量測定常用的有碘量法、酸堿滴定法。特別是氣體容量法測碳、碘量法定硫,既快速又準(zhǔn)確,是我國碳、硫聯(lián)合測定zui常用的方法。分析儀器的精度,碳量下限為0.050%,硫量下限為0.005%。典型的為CS2系列碳硫高速分析儀、CS3000A智能高速碳硫分析儀(2)紅外法:用紅外法測定碳硫,具有準(zhǔn)確、快速、靈敏度高的特點,適用于檢測精度較高的場合,價格高一點,典型的為HW2000系列紅外碳硫分析儀。(3)測定金屬中的碳、硫,還有ICP法、X光熒光法、質(zhì)譜法、色譜法、活化分析法等,檢測設(shè)備多為進(jìn)口的光譜儀等儀器。
碳硫高速分析的產(chǎn)生和發(fā)展與我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展的要求和條件相關(guān)。在50-60年代,我國提出“工業(yè)生產(chǎn)以鋼為綱”,煉鋼爐前,爭分奪秒,要求檢測實現(xiàn)高速。當(dāng)時分析條件,濕法為主,所以鋼鐵分析為中心的濕法高速化為人們所關(guān)注。60年代初的幾年中,先后報道了Mn、Si、P三元素分析,僅需45s,S、P二元素分析,僅需25-30s,轉(zhuǎn)爐煉鋼爐前五元素分析僅需25-50s,濕法分析成果達(dá)到了以秒計時領(lǐng)域。從歷史發(fā)展來看,高速分析的核心是鋼鐵中五元素,五元素中重點是碳和硫的分析。現(xiàn)在高速分析的儀器和方法,雖然涉及各個領(lǐng)域,然而碳和硫的分析儀器銷售量、營業(yè)額占高速分析儀器70%以上??梢哉f,高速分析淵源于鋼鐵五元素分析,特別是碳、硫分析。因此,在注意到其他分析方法高速化的同時,將著重討論對碳量和硫量測定的理論問題。碳、硫分析的新理論。“新”的含意包括兩個方面,首先它在經(jīng)典的碳硫分析理論基礎(chǔ)上有發(fā)展,另外,在某些方面對鋼鐵中碳、硫測定進(jìn)行了有新意的定量地論述。具體內(nèi)容包括:(1)CO2的生化與轉(zhuǎn)化;(2)SO2的生成與轉(zhuǎn)化;(3)碳、硫測定的*溫度;(4)碳酸鹽中硫的高速分析新體系;(5)碳硫分析中添加劑的作用原理;(6)電弧爐燃燒的理論
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