钢铁五元素分析中的碳硫分析理论

               钢铁五元素分析中的碳硫分析理论
    高速分析渊源于钢铁五元素分析，特别是碳、硫分析。因此，在注意到其他分析方法高速化的同时，将着重讨论对碳量和硫量测定的理论问题。碳、硫分析的新理论。“新”的含意包括两个方面，首先它在经典的碳硫分析理论基础上有发展，另外，在某些方面对钢铁中碳、硫测定进行了有新意的定量地论述。
    碳、硫是确定钢铁产品规格和质量的重要元素。碳含量高于1.70%以上的叫铁，低于1.70%的叫钢。通常把含碳量高于0.60%的钢叫高碳钢，含碳量在0.25%-0.60%之间的钢叫中碳钢，含碳量小于0.25的钢叫低碳钢，含碳量小于0.04%的叫工业纯铁。碳对钢铁的性能起着重要的作用。
随着碳含量的增加，钢的硬度和强度得到提高，其韧性和塑性下降；反之，若含碳量减少，则硬度和强度下降，而韧性和塑性增加。硫存在于钢铁内，恶化钢铁质量，降低钢的力学性能及耐蚀性、可焊性。特别是钢中的硫，若以硫化铁状态存在时，它的熔点低(1000℃左右)，将会引起钢的“热脆”现象，即热变形，高温时工件产生裂纹，影响产品的质量和使用寿命。所以，红外碳硫分析仪钢中的硫含量越低越好，一般来说，普通钢中的含硫量不大于0.050%，工具钢中硫量不大于0.045%，优质钢硫量不大于0.020%。碳、硫在钢铁中以化合态和游离态存在。
    化合碳，主要以铁碳化合物和合金元素碳化物的形态存在，铁碳化合物如Fe3C能溶解在含氧化剂的浓硫酸和浓硝酸中；而合金元素碳化物难溶于酸，为了促溶增溶，往往结晶形碳等。游离碳，主要指碳固溶体中的碳，如石墨碳、退火碳、无定形碳、转化成游离碳，如渗碳体化为铁素体。渗碳体，常称白口铁，硬而脆难加工，转化为铁素体，称灰口铁，质软易加工。石墨碳为球形，即球墨铸铁。可见，碳的形态，直接影响钢铁性质。硫在钢铁中主要以MnS和FeS的形态存在，仅含少量的其他硫化物。而游离态的硫甚少。
    钢铁中的硫，一般易溶于酸中，在氧化性酸中生成硫酸盐，在非氧化性酸中，生成硫化氢。钢铁中的碳和硫在高温下(1250-1400℃)通氧燃烧，均能转化为气体，分别生成此即燃烧法测定碳硫的基础。钢铁中碳量和硫量的测定。首先将试样在高温炉中通氧燃烧，生成并逸出CO2和SO2气体，用此法实现碳和硫与金属元素及其化合物的分离，然后测定CO2和SO2的含量，再换算出钢铁中碳和硫的含量。
    测定方法有：容量法：常用的有气体容量法和非水滴定法，硫量测定常用的有碘量法、酸碱滴定法。特别是气体容量法测碳、碘量法定硫，既快速又准确，是我国碳、硫联合测定最常用的方法。红外法：用红外法测定碳硫，具有准确、快速、灵敏度高的特点，适用于检测精度较高的场合，价格高一点，典型的为红外碳硫分析仪。测定金属中的碳、硫，还有ICP法、X光荧光法、质谱法、色谱法、活化分析法等，检测设备多为进口的光谱仪等仪器。

南京麒麟分析仪器有限公司
理化分析中心