第13章鋼鐵分析-新

第十三章鋼鐵分析

本章參考書1.《工業(yè)分析》李廣超編，化學(xué)工業(yè)出版社，20072.《鋼鐵及原材料的原子吸收光譜分析

》中國科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所編，科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，19783.《鋼鐵產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化工作手冊(cè)》冶金工業(yè)部情報(bào)標(biāo)準(zhǔn)研究總所鋼鐵標(biāo)準(zhǔn)室編，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1990

§13-1

概述鐵礦石與焦炭、石灰石按一定比例配合，經(jīng)高溫煅燒、冶煉，鐵礦石被焦炭還原，生成生鐵。生鐵再與其他輔料配合，進(jìn)一步冶煉得到鋼。生鐵與鋼的主要區(qū)別在于雜質(zhì)含量不同（生鐵≤7%；鋼≤3%）。碳是決定鋼鐵性能的主要元素之一。生鐵C

%1.7~6.67鋼C

%0.2~1.7熟鐵(純鐵)C

%<0.2其它元素的含量也可影響鋼鐵的性能。Si使鋼鐵的彈性、強(qiáng)度增加，還可改變鋼鐵中C的狀態(tài)；Mn使鋼鐵的硬度增加，延展性變?nèi)鮏iMn灰口生鐵>2%<2%鑄造白口生鐵<0.5%>4%煉鋼S以FeS

形式夾雜于鋼鐵晶粒間，鋼鐵具有“熱脆性”；P以Fe3P形式存在，硬度大，難加工，鋼鐵具有“冷脆性”。C、Si、Mn、S、P五元素含量是冶金、機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)必須控制的指標(biāo)，對(duì)于確定鋼鐵型號(hào)及用途至關(guān)重要。而對(duì)于各種合金鋼，其金屬離子測定視要求進(jìn)行?！?3-2

總碳的測定

碳是鋼鐵中的重要元素，是區(qū)分鋼、鐵的主要元素之一，是決定鋼號(hào)的依據(jù)。碳在鋼鐵中存在形成有化合碳和游離碳；化合碳一般能溶于熱、稀HNO3，游離碳不溶解。生鐵樣品須測定游離碳，可將樣品溶于熱、稀HNO3，不溶物用測定總碳的方法測定游離碳?；咸?總碳-游離碳鋼鐵樣CO2↑+SO2↑+金屬氧化物用活性MnO2→脫掉SO2，測CO2及過量O2體積，混合氣體通過KOH后測得體積差ΔV即CO2：

C%=ΔV為生成CO2在測定條件下體積；f為將實(shí)測體積校正為760mmHg，16℃時(shí)的校正系數(shù)；0.0005為760mmHg，16℃時(shí)每毫升CO2重量（g/mL）鋼鐵定碳儀§13-3

硫的測定

碳素鋼≤0.05%；優(yōu)質(zhì)鋼≤0.02%;錳鋼≤0.15%;生鐵≤0.35%燃燒－碘量法

SO2+H2O=H2SO3IO3–+5I–+6H+=3I2+3H2OI2+H2SO3+H2O=2I–+H2SO4+2H+

C、V分別為KIO3標(biāo)液的濃度和體積；G為試樣量爐前C－S快速分析樣品通氧燃燒后生成CO2和SO2，先用碘標(biāo)液滴定生成的SO2，再用非水滴定法測定生成的CO2。

C2H5OH+KOH=C2H5OK+H2OC2H5OK+CO2=C2H5KCO3

碳酸鉀乙酯。指示劑為：百里酚酞＋百里香酚蘭?！?3-4

磷的測定生鐵≤0.3%碳素鋼≤0.06%；優(yōu)質(zhì)鋼≤0.03%;軋輥鋼0.4-0.5%;煉鋼或鑄造用磷鐵15-20%。P→H3PO4→磷鉬酸H3[P(Mo3O10)4]→測定（不同方法）磷鉬藍(lán)光度法λmax＝660nm在0.8mol/L～1.1mol/LHNO3酸度下H3PO4+12H2MoO4=H3[P(Mo3O10)4]+12H2O

黃色磷鉬雜多酸（磷鉬黃）H3[P(Mo3O10)4]+4Sn2++8H+=(2MoO2·4MoO3)2·H3PO4+4Sn4++4H2O

（藍(lán)色）磷鉬藍(lán)§13-5

硅的測定鋼鐵中的硅以FeSi、Fe2Si、FeMnSi的形態(tài)存在，含量一般小于1％。測定的方法有SiO2重量法、K2SiF6容量法、硅鉬藍(lán)比色法。在pH=0.7~1.3條件下3FeSi+16HNO3=3Fe(NO3)3+3H4SiO4+2H2O+7NOH4SiO4+12H2MoO4=H8[Si(Mo2O7)6]+10H2O硅鉬黃

H8[Si(Mo2O7)6]+4FeSO4+2H2SO4=H8[SiMo2O5(Mo2O7)5]+2Fe2(SO4)3+2H2O

硅鉬藍(lán)§13-6

錳的測定測定方法：容量法和光度法1、容量法溶樣

、氧化、滴定（亞砷酸鈉-亞硝酸鈉）3Mn3C+28HNO3=9Mn(NO3)2+10NO+3CO2+14H2O3MnS+14HNO3=3Mn(NO3)2+8NO+3H2SO4+4H2O2Ag++S2O82-+2H2O=Ag2O2+2H2SO45Ag2O2+2Mn2++4H+=10Ag++2MnO4-+2H2O5AsO33-+2MnO4-+6H+=5AsO43-+2Mn2++3H2O5NO2-+2MnO4-+6H+=5NO3-+2Mn2++3H2O亞砷酸鈉還原具有優(yōu)良的選擇性，但不能將七價(jià)錳完全還原成二價(jià)錳，部分七價(jià)錳可能被還原為三價(jià)或四價(jià)錳。亞硝酸鈉作還原劑，可以將七價(jià)錳定量還原為二價(jià)錳，但反應(yīng)速度緩慢，而且亞硝酸鈉本身不穩(wěn)定。以亞砷酸鈉–亞硝酸鈉混合溶液作還原劑，亞砷酸鈉選擇性好而且滴定反應(yīng)速度快，亞硝酸鈉使錳（VII）幾乎完全被還原為錳（II）。2、光度法利用樣品處理后生成的MnO4-有色，在λmax=530nm測定（注意參比的選擇）。當(dāng)溶液中有大量Fe3+及其它有色離子干擾時(shí)，參比溶液如何選擇？選擇褪色后的溶液作參比。13-7ICP發(fā)射光譜法測定鋼鐵中的五害元素等離子體技術(shù)是幾乎克服了傳統(tǒng)方法的大多數(shù)缺點(diǎn)，被稱為當(dāng)代分析技術(shù)的重大發(fā)展。

ICP光譜儀廣泛應(yīng)用于冶金分析中，用于從超微量到常量的定性或定量分析。特點(diǎn)：測試速度快、測量范圍寬、分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠等。低合金鋼及碳素鋼中五害元素As、Sn、Pb、Sb、Bi的ICP光譜分析方法。本方法適用于鋼樣，樣品能溶于混合酸。測定范圍：As0.0005~0.05%，Sn0.002~0.10%，Pb0.002~0.10%，Sb0.0005~0.05%，Bi0.0005~0.05%等離子體的一般概念

等離子體指的是離子、電子、中性粒子組成的氣體。在等離子體中，凈電荷為零。通常用氬形成等離子體。氬離子和電子是主要導(dǎo)電物質(zhì)。一般溫度可以達(dá)到6000-10000K。試樣經(jīng)鹽酸、硝酸溶解定容后進(jìn)入霧化器霧化，被氬氣帶入等離子體后，經(jīng)過等離子體干燥、原子化、進(jìn)行原子或離子發(fā)射，發(fā)射其特征光譜?！?3-8

鐵的分析GB：用SnCl2－TiCl3法（防止污染）方程式1、溶樣：Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2OFeSiO3+4NaF+6HCl→FeCl2+4NaCl+SiF4↑+3H2OFeO·Fe2O3+8HCl→2FeCl3+FeCl2+4H2OFeCO3+2HCl→FeCl2+CO2↑+H2O2Fe3++Sn2+→

2Fe2++Sn4+2、還原：2FeCl3+SnCl2=2FeCl2+SnCl4Fe3++Ti3++H2O=Fe2++TiO2++2H+3、過量1dTi3+將六價(jià)鎢（無色）還原為五價(jià)鎢（藍(lán)色）4、滴定6FeCl2+K2Cr2O7+14HCl=6FeCl3+2KCl+2CrCl3+7H2O（1）加入磷酸能與Fe3+離子生成無色絡(luò)離子，可防止Fe3+離子對(duì)指示劑的氧化作用，并可消除三氯化鐵的黃色影響使終點(diǎn)明顯。同時(shí)由于Fe(HPO4)2-的生成，降低了Fe3+/Fe2+電對(duì)的電位，使化學(xué)計(jì)量點(diǎn)附近的電位突躍增大，提高了結(jié)果的準(zhǔn)確度。加入1mL濃硝酸輔助分解樣品，如試樣含硅量較高時(shí)，可加入1~2d氫氟酸溶解殘?jiān)允闺y溶樣品溶解完全。（2）溫度太低，溶樣時(shí)間長，易形成焦磷酸