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钢铁中常见元素存在的影响
1、碳

碳是钢铁中重要元素,它对钢铁的性能起决定性作用,由于碳的存在,才能对钢进行热处理,才能调节和改变其机械性能,碳含量高时,脆性和硬度增大,含碳低的钢韧性较好;在决定钢的品级时,往往注意到碳的含量,对碳的测定来说,炉前比炉后分析更有意义。钢中碳主要以Fe3C状态及合金元素的碳化物状态而存在,例如Mn3C、Cr3C、WC、W2C、VC等,这些统称化合碳;在铁中碳大部分呈铁的固溶体,如无定形碳、退火碳、石墨碳等,统称游离碳。碳化铁不溶于冷的和稀的非氧化性酸(硫酸、盐酸),大部分碳化物以黑色或深褐色的沉淀而沉降下来。大多数合金元素的碳化物难溶于酸内,为使其完全溶解,需采取适当的措施,例如:

A)在加热的情况下,将钢样用盐酸或硫酸处理,直至金属部分完全溶解,然后小心加入硝酸使碳化物破坏;

B)钢样内如含有稳定的碳化物时,在用硝酸氧化之前,先行蒸发至冒硫酸烟,而后加入硝酸;

C)如钢中含有极稳定的碳化物,用上述方法不能溶解时,可将钢样用热盐酸或硝酸处理,然后与高氯酸一起在高氯酸蒸发温度下(约200度)加热,这时全部碳化物即会分解; 

2、硫

以硫化物状态存在于钢中,它易使钢产生热脆,使钢的机械性能降低,同时对钢的耐蚀性、可焊性也不利,故硫也是钢中有害元素之一;普通钢中硫不超过0.05%,优质结构钢、工具钢中不超过0.04或0.03%,高级优质钢不超过0.02%,但在易切削钢与高锰钢中可以高些;硫在钢中易偏析,因此取样时要注意代表性,硫化物在1250~1350度通氧燃烧生成SO2气体;

3、硅

在钢中主要以固溶态存在,主要以Fe2Si、FeSi或更复杂的化合物FeMnSi存在,硅和氧的亲和力仅次于铝和钛,而强于铬、锰、钒,在炼钢过程中,用作还原剂和脱氧剂。硅能增强钢的抗张力、弹性、耐酸性和耐热性,又能增大钢的电阻系数,故钢中硅一般不小于0.1;作为合金元素,一般不低于0.6%;耐酸耐热钢及弹簧钢中硅较高,而硅钢含硅量可高达4%以上;

4、锰

在钢中主要以MnS状态存在,锰在冶炼钢铁过程中通常作为脱硫剂和脱氧剂而特意加入,锰和硫作用可防止热脆,从而提高钢的可锻性;在钢中一般含量为0.3~0.8%,含量超过0.8%即为锰合金钢,在生铁中一般为0.5~2%。高锰钢可达到13~15%,锰可溶于稀酸中,生成二价锰离子。锰含量高时在低酸度解质中遇强氧化剂易产生棕色混浊,二是含量高使溶液中其他元素的氧化难于完全,如在高锰钢中的磷;

5、磷

在钢中主要以固溶态及磷化物(Fe2P、Fe3P等)状态存在,常呈析离状态,Fe3P是一种很硬的物质,易发生冷脆现象,从而影响钢的锻接;磷是钢中有害元素之一,一般含量在0.06%以下,优质钢在0.04或0.03以下,特殊情况也有0.1%以上(如易切削结构钢);钢中绝大部分磷化物能溶于酸,但在用非氧化性酸溶解会以PH3逸出,在氧化性酸中,则生成H3PO4及H3PO3,因此在分析磷时一定要用氧化性酸溶样,并再用强氧化剂氧化H3PO3,使全部磷生成H3PO4,方能测定磷;

6、铬

能增强钢的机械性能和耐腐性,也可以增加钢的淬透性及淬火后的抗变形能力,从而增加钢的硬度、弹性、抗磁性、抗张力、耐蚀性、耐热性;铬能溶于热的HCL及稀H2SO4中,与浓硝酸作用由于表面生成一层氧化膜而钝化不能溶解,一般处于固溶体中的铬易溶于HCL及稀H2SO4或高氯酸中,但铬的碳化物或氮化物,一般用浓硝酸处理或经硫酸、高氯酸加热至冒烟处理才能破坏,有的甚至在H2SO4冒烟时滴加硝酸才能破坏。铬对化学分析影响:一是铬离子有色(三价为绿色,六价为金黄色),在比色时,要考虑色泽空白,二是高价铬离子有氧化剂,对某些有机显色剂有氧化作用,遇此情况应将其还原到低价,亦可用高氯酸冒烟加HCL使铬生成CrO2CL2驱除,以消除其影响;

7、镍

普通钢中含量在0.3%以下,主要是废钢带入,不起合金元素作用,含量在0.8%以上的钢可算为镍钢,镍作为合金元素能使钢具有高级的机械性能,即可使钢具有韧性、防腐抗酸、高导磁性并使晶粒细化,提高淬透性,增加硬度等;

镍在钢中主要以固溶体和碳化物存在,与HCL或稀硫酸反应较慢,但在热浓硫酸中及稀硝酸中溶解较快,浓硝酸易使镍钝化,所以溶解低镍钢中用硝酸(1+3)或盐酸(1+1),高镍铬钢用HCL、硝酸混合酸(王水)或高氯酸,高镍钢用稀硝酸。镍在化学分析中影响主要是离子有色对比色有影响,含量高时应考虑色泽空白。

8、铜

在钢中主要以固溶体或极微细的合金夹杂物状态存在,铜在钢中的含量一般在0.2%以下,通常它是害中有害杂质,使钢的机械性能降低,并自加热时导致金属表面氧化,影响钢的质量,但有时也特意往钢中加铜代替部分镍,如钢中加入2%以下的铜能提高退火钢的硬度,含铜0.15~0.25%的钢能提高耐大气腐蚀性,不锈钢中加入铜能提高对HCL的抗蚀性;铜不易溶于稀的HCL中,但易溶于硝酸和热的浓硫酸中,铜在比色分析中影响主要是在铜含量高时有色泽影响;

9、稀土

稀土是很强的脱氧剂、脱硫剂,它能消除或减弱钢中许多有害杂质的影响,钢中加入少量稀土,能提高钢的流动性,从而改善钢的质量,能显著提高不锈耐热钢的热加工塑性,结构钢中加入能提高塑性和韧性,减弱可逆回火脆性等,稀土元素性质极其相似,不易相互分离,易溶于酸中,在分析中影响主要是高价具有氧化性,对氧化还原反应有一定影响。
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