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常見元素在鋼鐵中的作用
常見元素在鋼鐵中的作用
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(diào)節(jié)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(tài)及合金元素的碳化物狀態(tài)而存在，例如Mn3C、Cr3C、WC、W2C、VC等，這些統(tǒng)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(tǒng)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(shù)合金元素的碳化物難溶于酸內(nèi)，為使其完全溶解，需采取適當?shù)拇胧�，例如�?/span>
A）鋼樣內(nèi)如含有穩(wěn)定的碳化物時，在用硝酸氧化之前，先行蒸發(fā)至冒硫酸煙，而后加入硝酸；
B）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；
C）如鋼中含有極穩(wěn)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(fā)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(tài)存在于鋼中，它易使鋼產(chǎn)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(yōu)質(zhì)結構鋼、工具鋼中不超過0.04或0.03%，高級優(yōu)質(zhì)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(tài)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(shù)，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(tài)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(zhì)中遇強氧化劑易產(chǎn)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(tài)及磷化物(Fe2P、Fe3P等)狀態(tài)存在，常呈析離狀態(tài)，F(xiàn)e3P是一種很硬的物質(zhì)，易發(fā)生冷脆現(xiàn)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(yōu)質(zhì)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(jīng)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(qū)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(tài)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(zhì)，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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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。本文由南京華欣分析儀器制造有限公司整理發(fā)布http://mhyuanse.com
