鋼鐵分析(工業(yè)分析課件)

鋼鐵概述——鋼鐵材料的分類基礎(chǔ)知識鋼鐵的基礎(chǔ)知識

鋼鐵是鐵和碳的合金，其化學(xué)成分中大多數(shù)元素是鐵，還含有碳、硅、錳、磷、硫等元素。一、鋼的生產(chǎn)過程鐵礦石和焦炭、石灰石按一定比例配合，經(jīng)過高溫煅燒、冶煉，則鐵礦石被焦炭還原，生成粗制的鐵，稱生鐵。反應(yīng)歷程較復(fù)雜，可用下式代表：基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識反應(yīng)式：基礎(chǔ)知識鐵礦石主要含有硅酸鹽狀態(tài)存在的其他金屬或非金屬雜質(zhì)的氧化鐵，經(jīng)冶煉大部分雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成爐渣，分離除去，有少量雜質(zhì)C、Mn、Si、S、P等殘存在生鐵中。如果將生鐵的其他輔助材料配合，進(jìn)一步冶煉，則雜質(zhì)被進(jìn)一步氧化除去，同時(shí)控制含碳量降至一定限度，硅錳等元素含量很低，硫磷等雜質(zhì)降至0.05%以下，則成為鐵及碳的合金碳素鋼。若適當(dāng)提高鋼中Si或Mn含量，或加入一定量的Ni，Cr，W，Mo，V，Ti等金屬，成為特種鋼（鐵合金或合金鋼）。基礎(chǔ)知識加Ni、Cr、W、Ti

等形成的特種鋼又分別稱為Ni鋼、Cr鋼、W鋼、Ti鋼。加Ni增強(qiáng)鋼的強(qiáng)度及韌性多用于承受沖擊或強(qiáng)大壓力的制件，含Ni36%鑄鋼受熱時(shí)幾乎不膨脹，可制精密儀器。加Cr耐熱耐腐蝕性較強(qiáng)多用于制造多用于制造滾珠軸承或工具，含Cr12.5-18%的鉻鋼或含Cr0.6-1.75%、Ni1.25%的鎳鉻鋼，又稱不銹鋼，可制高壓鍋。加W

有極強(qiáng)的耐熱性，受熱至白熱化仍不軟化常制運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)件或刀具?；A(chǔ)知識各種合金鋼具有獨(dú)特的性能而用于特殊用途。如：高速切削鋼：含W15-18%V1-3%Cr2-5%合金鋼含Mo、V、Ti等合金鋼和鎢鋼性能相似。含有一定量V、Ti，而C又是以球狀存在的，稱“球墨鑄鐵”。具有和某些合金鋼類似的特殊性能，可代替合金鋼使用?；A(chǔ)知識二、鋼鐵材料的分類1.鋼的分類（含碳量一般不超過1.4%）：如果將生鐵的其他輔助材料配合，進(jìn)一步冶煉，則雜質(zhì)被進(jìn)一步氧化除去，同時(shí)控制含碳量降至一定限度，硅、錳等元素含量很低，硫、磷等雜質(zhì)降至0.05%以下，則成為鐵及碳的合金鋼、碳素鋼。

基礎(chǔ)知識

工業(yè)純鐵（含碳量≤0.04%）碳素鋼低碳鋼（含碳量≤0.25%）

中碳鋼（含碳量=0.25～0.60%）高碳鋼（含碳量＞0.60%）低合金鋼（合金元素≤5%）合金鋼中合金鋼（合金元素=5%～10%）高合金鋼（合金元素＞10%）基礎(chǔ)知識2.生鐵的分類（含碳量>2%的鐵碳合金）：煉鋼生鐵：含硅低而含硫高鑄造生鐵：含硅高而含硫低基礎(chǔ)知識鋼鐵試樣的采集、制備及分解一、基本術(shù)語GB/T222-20061、熔煉分析熔煉分析是指在鋼鐵澆注過程中采樣取錠，然后進(jìn)一步測成試樣并對其進(jìn)行的化學(xué)分析。分析結(jié)果表示同一爐或同一罐液的平均化學(xué)成分。2、成品分析主要用于驗(yàn)證化學(xué)成分，又稱驗(yàn)證分析。由于鋼鐵在結(jié)晶過程中產(chǎn)生元素的不均勻分布（偏析），成品分析的值有時(shí)與熔煉分析的值不同。3、成品化學(xué)成分允許偏差成品化學(xué)成分允許偏差是指熔煉分析的值雖在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，但由于鋼中元素偏析，成品分析的值可能超出規(guī)定的成分范圍。二、取樣規(guī)則GB/T20066-20061.用于鋼的化學(xué)成分熔煉分析和成品分析的試樣，必須在鋼液或鋼材具有代表性的部位采取。試樣應(yīng)均勻一致，能充分代表每一熔煉號（或每一灌罐）或每批鋼材的化學(xué)成分，并應(yīng)具有足夠的數(shù)量，以滿足全部分析要求。2.化學(xué)分析用試樣樣屑，可以鉆取、刨取，或用某些工具機(jī)制取。樣屑應(yīng)粉碎并混合均勻。制取樣屑時(shí)，能用水，油或其他潤滑劑，并應(yīng)去除表面氧化鐵皮和臟物。成品鋼材還應(yīng)除去脫碳層、滲透層、涂層、渡層金屬或其他外來物質(zhì)。3.當(dāng)用鉆頭采取試樣樣屑時(shí)，對熔煉分析或小斷面鋼材分析，鉆頭直徑應(yīng)盡可能的大，至少不應(yīng)小于6mm；對大段面鋼材成品分析，鉆頭直徑不應(yīng)小于12mm。4.供儀器分析用的試樣樣塊，使用前應(yīng)根據(jù)分析儀器的要求，適當(dāng)?shù)赜枰阅テ交驋伖馊?、熔煉分析取?.測定鋼的熔煉化學(xué)成分時(shí)，從每罐鋼液采取兩個(gè)制取試樣的錠，第二個(gè)樣錠供復(fù)驗(yàn)用。樣錠是在鋼液澆注中期采取。2.當(dāng)整個(gè)熔煉號的鋼，用下注法澆注，且僅澆注一般鋼釘時(shí)，樣錠采取方法為：如澆注真靜鋼，則應(yīng)在澆注鋼液達(dá)到保溫帽部位并高出鋼錠本體約50—100mm；如澆注沸騰鋼，則應(yīng)在澆注到距規(guī)定高度尚差100—150mm時(shí)采取。3.樣錠澆注在樣模內(nèi)。模內(nèi)應(yīng)潔凈、干燥。樣模尺寸可為：下部內(nèi)徑30—50mm，上部內(nèi)徑40—60mm，高度為70—120mm，或由工廠自選確定。4.往樣模內(nèi)澆注鋼液時(shí)，鋼流應(yīng)均勻，不應(yīng)使鋼液流出或溢濺，樣模不得注滿。應(yīng)使樣模內(nèi)鋼液鎮(zhèn)靜地冷凝。沸騰鋼可加入適量高純度金屬鋁使其平靜。樣錠不應(yīng)有氣孔和裂縫。5.每個(gè)樣錠應(yīng)經(jīng)檢查員檢查合格。樣錠上應(yīng)標(biāo)明熔煉和樣錠號。6.必要時(shí)樣錠應(yīng)進(jìn)行緩慢冷卻，或在制取樣屑對樣錠進(jìn)行熱處理，以保證容易加工制樣。7.未能按1或2的規(guī)定取得樣錠時(shí)，或在僅澆注一盤鋼錠情況下需采用與2的規(guī)定不同的取樣方法時(shí)，由工廠制訂補(bǔ)充辦法，并報(bào)上級公司或主管部門批準(zhǔn)。8.上述規(guī)定的熔煉分析取樣，適用于平爐、轉(zhuǎn)爐和電弧爐煉鋼的煉分析。電渣爐、真空感應(yīng)四、成品分析取樣成品分析用的試樣樣屑，應(yīng)按下列方法之一采取。不能按下列方法采取時(shí)，由供需雙方協(xié)議。大斷面鋼材（1）大斷面的初軋坯、方坯、扁坯、圓鋼、方鋼、鍛鋼件等，樣屑應(yīng)從鋼材的整個(gè)橫斷面或半個(gè)橫斷面上刨取；或從鋼材橫斷面中心至邊緣的中間部位（或?qū)蔷€1/4處）平行于軸線鉆??；或從鋼材側(cè)面垂直于軸中心線鉆取，此時(shí)鉆孔深度應(yīng)達(dá)鋼材或鋼坯軸心處。（2）大斷面的中空鍛件或管件，應(yīng)從壁厚內(nèi)外表面的中間部位鉆取，或在端頭整個(gè)斷面上刨取。四、成品分析取樣小斷面鋼材（1）從鋼材的整個(gè)斷面上刨?。ê附愉摴軕?yīng)避開焊縫）；或從斷面上沿軋制方向鉆取，鉆孔應(yīng)對稱均勻分布；或從鋼材外側(cè)面的中間部位垂直于軋制方向用鉆通的方法鉆?。?）當(dāng)按上述（1）的規(guī)定不可能時(shí)，如鋼帶、鋼絲，應(yīng)從彎折疊合或捆扎成束的樣塊橫斷面上刨取，或從不同根鋼帶、剛絲上截取。（3）鋼管可圍繞其表面在幾個(gè)位置鉆通管壁鉆取，薄壁鋼管可壓扁疊合后在橫斷面上刨取四、成品分析取樣鋼板（1）縱軋鋼板。鋼板寬度小于1m時(shí)，沿鋼板寬度剪切一條寬50mm的試料；鋼板寬度大于或等于1m時(shí)，沿鋼板寬度自邊緣至中心剪切一條寬50mm的試料。將試料兩端對齊，折疊1—2次或多次，并壓緊彎折處，然后在其長度的中間，沿剪切的內(nèi)邊刨取，或自表面用鉆通的方法鉆?。?）橫軋鋼板。自鋼板端部與中央之間，沿板邊剪切一條寬50mm、長500mm的試料，將兩端對齊，折疊1—2次或多次，并壓緊彎折處，然后在長度的中間，沿剪切的內(nèi)邊刨取，或自表面用鉆通的方法鉆?。?）厚鋼板不能折疊時(shí)，則按上述的（1）或（2）所述相應(yīng)折疊的位置鉆取或刨取，然后將等量樣屑混合均勻鋼鐵概述——鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法三、鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法

依據(jù)：國家標(biāo)準(zhǔn)GB221-1979漢語拼音字母：表示產(chǎn)品名稱、用途、特性和工藝方法元素符號：表示鋼的化學(xué)成分阿拉伯?dāng)?shù)字：表示成分含量或作其他代號基礎(chǔ)知識1、鋼例如：0Cr13：表示含碳量≤0.08%，含Cr13%的不銹鋼數(shù)字元素符號前：表示C含量元素符號后：表示該元素的含量不銹鋼：含碳≤0.08%時(shí)以“0”表示含碳≤0.03%時(shí)以“00”表示基礎(chǔ)知識2、生鐵：數(shù)字表示含硅量（0.1%為單位）產(chǎn)品名稱符號+含硅量3、鐵合金：主元素名稱符號+主元素含量（1%為單位）或順序號基礎(chǔ)知識

子學(xué)習(xí)情境3.2鋼鐵中硫的測定主要內(nèi)容

3任務(wù)資訊4計(jì)劃決策任務(wù)實(shí)施52任務(wù)分析任務(wù)來源16任務(wù)評價(jià)

任務(wù)來源求分析檢測人員按照檢測標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范化操作要求，完成鋼鐵中硫的測定并提交檢測報(bào)告交接常用禮儀常識、有關(guān)規(guī)定鋼鐵的分類和牌號鋼鐵樣品的采取和樣品的分解方法鋼鐵中硫的測定原理和方法數(shù)據(jù)處理及檢驗(yàn)報(bào)告編寫方法完成鋼鐵中硫的測定，需要具備的基本知識和基本技能任務(wù)分析任務(wù)資訊

制定檢測方案

決策計(jì)劃

實(shí)施樣品檢測

任務(wù)實(shí)施

任務(wù)檢查評價(jià)

檢查評價(jià)獲取相關(guān)知識鋼鐵中的硫的存在與作用1、來源:主要由焦炭或原料礦石引入鋼鐵2、形態(tài):主要以MnS或FeS狀態(tài)存在若任務(wù)資訊3、性能:使鋼產(chǎn)生“熱脆性”——有害成分原因：為什么產(chǎn)生熱脆性？

FeS的熔點(diǎn)較低，最后凝固，夾雜于鋼鐵的晶格之間。當(dāng)加熱壓制鋼鐵時(shí)，F(xiàn)eS熔融，鋼鐵的晶粒失去連接作用而脆裂。任務(wù)資訊

鋼鐵中硫的測定

測定硫的方法有高溫燃燒法（分碘量法、酸堿滴定法、光度法）、重量法和溶解法（氧化鋁色譜法和硫化氫光度法）

任務(wù)資訊

燃燒-酸堿滴定法經(jīng)燃燒生成的二氧化硫，以含有過氧化氫的水溶液吸收，生成的硫酸用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定。采用甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑，終點(diǎn)由紅變綠。此法不存在二氧化硫不穩(wěn)定逃逸或接觸氧化缺陷，因而對滴定速度沒有要求，適合碳硫聯(lián)合測定。

注：氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液易吸收空氣中的二氧化碳，所以需要加保護(hù)裝置。配制時(shí)也應(yīng)采用經(jīng)煮沸數(shù)分鐘并冷卻后的蒸餾水，以除去水中的二氧化碳。任務(wù)資訊碳硫聯(lián)合測定：燃燒碘量法定硫-氣體容積法定碳燃燒碘量法定硫-非水滴定法定碳高頻引燃-紅外碳硫分析儀任務(wù)資訊氧化鋁色譜分離-硫酸鋇重量法先將試樣中的硫經(jīng)酸分解氧化后轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}，然后在鹽酸介質(zhì)中加入氯化鋇，生產(chǎn)硫酸鋇沉淀。任務(wù)資訊

重點(diǎn)分析：燃燒——碘量法任務(wù)資訊將鋼鐵試樣于1250—1350攝氏度下通氧燃燒，使硫全部轉(zhuǎn)化為二氧化硫，將生成的二氧化硫用淀粉溶液吸收，用碘酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴至淺藍(lán)色為終點(diǎn)。方程式：燃燒：4FeS+7O2=2FeO3+4SO23MnS+5O2=Mn3O4+3SO2

吸收：SO2+H2O=H2SO3

滴定：KIO3+5KI+6HCl=3I2+6KCl+3H2OH2SO3+I2+H2O=H2SO4+2HI實(shí)驗(yàn)提要

實(shí)驗(yàn)儀器：任務(wù)實(shí)施實(shí)驗(yàn)試劑：（1）氧純度不低于99.5%。（2）溶劑適于洗滌試樣表面的油質(zhì)或污垢，如丙酮等。（3）無水氯化鈣（固體）。（4）碘化鉀（固體）。（5）堿石棉。（6）硫酸（ρ=1.84g?ml-1）。（7）鹽酸（ρ=1.19g?ml-1）。任務(wù)實(shí)施（8）氫氧化鉀(100g?L-1)。（9）助熔劑二氧化錫、五氧化二釩、鐵粉。（10）淀粉吸收液。（11）碘酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液①c(1/6kIO3)=0.01mol?L-1②c(1/6kIO3)=0.001mol?L-1③c(1/6kIO3)=0.000.25mol?L-1任務(wù)實(shí)施實(shí)驗(yàn)步驟：（1）裝上瓷管，接通電源，升溫。鐵、碳鋼及低合金鋼試樣，升溫至1250-1300℃，中高合金鋼及高溫合金鋼、精密合金鋼升溫至1300℃以上。（2）通入氧，其流量調(diào)節(jié)為1500-2000ml·min-1，檢查整個(gè)裝置的管路及其活塞是否漏氣，調(diào)節(jié)并保持裝置在正常的工作狀態(tài)。當(dāng)更換洗氣瓶內(nèi)的硫酸、球形干燥管內(nèi)的脫脂棉及換瓷管后均應(yīng)先燃燒幾個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)試樣，以其二氧化硫飽和系統(tǒng)后才能開始分析操作。任務(wù)實(shí)施（3）空白試驗(yàn)在測定試樣前應(yīng)按試料分析步驟（6）中①～③，但不加試料反復(fù)做瓷舟、瓷蓋和助熔劑的空白試驗(yàn)，直至空白試驗(yàn)數(shù)值穩(wěn)定，而且，在測量試樣的過程中仍須經(jīng)常做空白試驗(yàn)并得到穩(wěn)定的數(shù)值（V0）。（4）選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)樣品按分析步驟的規(guī)定測量，以檢查儀器裝置，在儀器達(dá)到要求后才能開始試樣分析。任務(wù)實(shí)施（5）以適量的溶劑洗滌試樣表面的油質(zhì)或污垢。加熱蒸發(fā)除去殘留的洗滌液。按表6-3規(guī)定稱取試料量表6-3試料量硫含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/％試料量/g0.0030~0.0101.00±0.01，精確至1mg>0.010~0.0500.50±0.01，精確至1mg>0.050~0.1000.25±0.01，精確至0.1mg>0.100~0.2000.10±0.01，精確至0.1mg

注：高溫合金試料量不超過（0.50±0.01）g

任務(wù)實(shí)施

(6)測定（1）于吸收杯中加入25ml淀粉吸收液，通氧，用碘酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液②或③滴定至淀粉吸收液呈淺藍(lán)色，此色為起始色澤。在分析過程中，每測一次試料，都要更換一次淀粉吸收液，并調(diào)節(jié)好起始色澤。（2）將試料置于瓷舟中，按表6-4規(guī)定取適量助熔劑均勻覆蓋于試料上。任務(wù)實(shí)施表6-4助熔劑量