南京凯迪高速分析仪器有限公司

第一章   钢铁基本知识
一、 钢铁区分标准
C＞1.7%为铁            C＜1.7%为钢
1、钢分类（以各成份含量分类）
各元素含量总和＜5%为低合金钢；
5-10%为中合金钢；   ＞10%为高合金钢。
2、铁的分类（以断口颜色分类）
⑴分类：①白口铁：炼钢生铁（Fe3C）；②灰口铁：铸造生铁（游离石墨）。
⑵现在生产较多的球墨铸铁就是将熔化后的铸铁用稀土和镁处理，将其中的片状石墨转化为球状石墨，即为球铁。
二、钢铁中的主要成份及功能
1、非金属元素
①碳（C）：对钢铁的性能起决定性作用，含量增加，则强度和硬度增加，但塑性及延展性下降，钢变脆且难加工；反之含量减低，钢的韧性增强，因此不锈钢中C低。
②硫（S）：是有害元素，对钢铁的影响是“热脆”，即在热变形时，工件产生裂纹，它还能降低钢的机械性能，使疲劳极限、塑性、耐磨性显著下降，影响钢的使用寿命，含量高时还造成焊接困难和耐腐蚀性下降，因此，炼钢过程中，加锰铁脱硫，形成MnS进入碴中。
普钢中一般不超过0.05%，优质结构钢、工具钢不超过0.045%、0.03%，高级优质不超过0.02%，生铁中的含量较高可达0.35%，易切削钢中的硫也可达0.2%以上便于加工。
③硅（Si）：和氧的亲和力仅次于铝和钛，因此在炼钢中常用作脱氧剂；硅固溶于铁素体和奥氏体中能显著提高高钢的强度、硬度、弹性极限，对冶炼弹簧钢十分有利。另外还能提高钢的抗氧性、耐蚀性、耐磨性。
在铸铁中，硅是重要的石墨元素，承担着维持碳当量的重要任务，并能细化石墨，提高球状石墨的圆整性。
在有色合金中，Si是铸造铝合金和锻铝合金中的重要合金元素。
④磷（P）：由冶炼原料带入，是有害元素，Fe3P质硬影响塑性及韧性，易发生“冷脆”，易偏析影响力学性能。
有时为了达到某种特殊性能，人为加入P提高钢的抗拉强度，改善钢材的切削和抗蚀性能，故易切削钢都含较高的P，例：高磷铸铁。
⑤硼（B）：在自然界中尚未发现元素硼，钢中加入极少量的硼，可成倍地增加钢的淬透性，这是B的最独特作用。还能提高钢的机械性能，焊接性能。
由于钢中硼的存在形式十分复杂，在化学分析上就出现了“酸溶硼”，“酸不溶硼”及“全硼”之分。
⑥氮（N）：是随着炉料和炉子进入钢中，是杂质元素，可导致钢的宏观组织疏松，甚至形成气泡，N含量高时，钢的韧性下降，硬度和脆性增加，在不锈钢中可使晶间腐蚀。
2、金属元素
①锰（Mn）：是黑色金属中最常见的元素，在炼钢铁时作为脱氧剂、脱硫剂加入，Mn和S作用可防止热脆并提高钢的可锻性，当锰钢中Mn＞10%时，强度提高，特别耐磨。
在铝合金、铜合金等有色金属中则能提高压力使性能及耐磨、耐蚀性（特别是海水及氯化物等的腐蚀）。
②铬（Cr）：是钢铁生产中应用最广的元素之一，可提高钢的强度、硬度和耐磨性，使钢具有抗蚀性和抗氧化性。
③镍（Ni）：可增加钢的硬度、弹性、延展性、抗蚀性，并能细化晶粒，提高淬透性，使钢的机械性能大大提高（如韧性、防腐抗酸性、高导磁性等），当与Cr共存时，可大大提高钢的机械强度。
④铜（Cu）：在钢中加入少量Cu能提高其屈服点和疲劳强度，改善冲击韧性和抗大气腐蚀性能，此外还可改善钢液的流动性。
⑤钼（Mo）：在钢中可增加钢强度而不减其可塑性及韧性，同时使钢在高温下有足够的强度和改善钢的耐蚀性和冷脆性，因此钼被广泛应用于耐热钢、结构钢的生产中。
⑥钛（Ti）：加入钢中后可与N、O、C等形成化合物TiN、TiO2、TiC从而防止钢中产生气泡及改善钢的品质，提高其机械性能，Ti含量在不锈钢中一般为C含量的4-8倍，这样可防止不锈钢的晶间腐蚀，含V、Ti、Re的合金铸铁则具有良好的抗磨性能。
由于Ti有很高的强度与重量比，且在很广的温度范围内保持着优良的机械性能，故广泛地用于航空工业。
⑦钒（Ｖ）：钢中含钒能提高钢的强度、韧性、硬度及耐磨性，一般普通低合金钢中含Ｖ为0.2%－0.3%，高速切削工具钢中可达0.5%－2.5%。
⑧稀土总量（∑Re）：稀土总量常被作为添加剂使用，它与S、P、As等有害元素有很大的亲和力而生成难熔的化合物进入渣内或漂浮在铁件上部，起到脱S、P或除去及降低非金属夹杂物作用，这样提高钢材的机械性能，热加工性能及力学特性。
在铸铁中起变性作用和脱硫作用，使石墨球状化，即所谓的球墨铸铁，其机械性能显著提高。
⑨镁（Mg）：是矿物、岩石、耐火燃料、炉渣、水泥、海水、泥土中的重要成份。某些钢铁材料中加入一定量的Mg，这些材料在机械行业用途广泛。
⑩钨（W）：用于制造特殊钢种及硬质合金，它能增加钢的回火稳定性、红硬性、热强性及由于形成特殊碳化物而增加耐磨性。
⑾其它：AL：脱氧剂；Pb：一般不含，只有易切削钢中加入约0.1-0.2%；
Fe：基体元素；Sn；Zn等。



第二章    化 学 原 理
一、碳
1、非水法：试样在电弧炉内通氧燃烧生成CO2、SO2，SO2先被吸收除去后剩余的CO2导入乙醇—乙醇胺—氢氧化钾吸收液中吸收，并滴定；乙醇胺的加入使CO2增加吸收，以防滴定不及而逸去；乙醇是两性溶剂，易产生质子转移，促进弱酸的电离，从而提高酸性使反应加速。
C2H5OH+KOH=C2H5OK+H2O
C2H5OK+CO2=KC2H5CO3（碳酸乙基钾）
NH2C2H4OH+CO2=HOC2H4NHCOOH（2-羟基乙基胺羧酸）
HOC2H4NHCOOH+C2H5OK=HOC2H4NHCOOK+C2H5OH
2、气体容量法：试样燃烧生成的CO2被KOH吸收后，由于体积的减小而求得含量，因SO2对测C有干扰，故SO2可用活性MnO2或钒酸银滤去。
CO2+2KOH=K2CO3+H2O
二、 硫
1、酸碱中和法：试样燃烧生成SO2，遇H2O生成亚硫酸，经H2O2氧化成硫酸，用NaOH标准液滴定，根据其消耗量求得S含量。
SO2+H2O=H2SO3
H2SO3+H2O2=H2SO4+H2O
H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O
2、碘量法：试样燃烧生成的SO2被弱酸性的淀粉溶液吸收后，生成亚硫酸，以碘标准溶液（或碘酸钾标准溶液）滴定，使亚硫酸形成硫酸，以淀粉作指示剂而根据标准液消耗体积而求得S含量。
SO2+H2O=H2SO3
KIO3+5KL+6HCL=3I2+6KCL+3H2O
H2SO3+I2+H2O=H2SO4+2HI
三、 Mn、P、Si见说明书
四、Cr：（二苯偕肼光度法）：
试样用高氯酸（或硝酸、王水等）溶解，加热至冒高氯酸烟，将低铬氧化为高价（六价），在磷酸存在下（消除Fe干扰），以二苯偕肼与六价铬反应生成紫红色铬合物，借此进行光度测定（λ=540nm）。二苯偕肼：又名二苯卡巴肼，二苯氨基脲，二苯碳酰二肼。
五、Cu：（BCO光度法）
试样经酸溶解后，高氯酸冒烟，以柠檬酸掩蔽Fe等，在PH8.5-9.3的氨性介质中，BCO与Cu形成蓝色络合物，借此进行Cu测定。（λ=600nm）。
六、Mo：（氯化亚锡还原—硫氰酸盐光度法）
试样经酸溶解后，冒烟，以氯化亚锡作还原剂（Mo六价→五价），五价钼与硫氰酸盐形成橙红色络合物，测其吸光度。求得Mo含量。（λ=460nm）。530nm六价铬有干扰。
七、Ni：（碘—丁二酮肟光度法）
试样经酸溶解后，在有氧化剂存在（碘）的氨性价质中，Ni与丁二酮肟生成一种可溶性的酒红色的络合物，借此进行光度测定。求得Ni含量。（λ=530nm）
八、Ti（变色酸光度法）
试样经酸分解，在有抗坏血酸存在的酸性介质中（PH=3），四价Ti与变色酸形成棕色络合物，借此进行光度法测定求得Ti含量。（λ=500nm）
变色酸：1，8—二羟基萘—3，6—二磺酸钠
九、V：（二苯胺磺酸钠光度法）
试样经酸溶解后，微冒烟处理将钒氧化至五价，以亚砷酸钠选择性地还原六价铬，在mol/2  H2SO4、mol/2  H3PO4介质中，五价钒氧化二苯胺磺酸钠使呈紫色，借此进行光度测定而求得V含量。（λ=500nm）
十、∑Re；（偶氮Ⅲ光度法）
试样经酸，双氧水溶解，用草酸掩蔽Fe，四价Ti，用CPAⅢ与稀土形成蓝绿色络合物，借此进行光度测定而求得Re含量。（λ=650nm）。
稀土元素：指原子序数从57-71镧系元素以及钇（Y）。
十一、Mg：（CPAⅠ光度法）
试样经酸分解后，用二乙醇胺掩蔽Fe、Al、Ti、Sn、Zr等多价金属离子，EDTA—Pb掩蔽Fe、Ni、Co、Re元素。邻菲罗啉与乙二胺掩蔽Mn、Ni、Co、Zn、Cu等离子，在PH≈10的硼砂缓冲溶液中，CPAⅠ与Mg2+形成1：1的紫红色络合物，借此进行光度测定而求得Mg含量（λ=576nm）。