工业分析第七章(精)

第七章钢铁分析

第一部分复习与思考题

一.简述钢铁试样中各组分存在的形式及性能

钢铁是铁和碳的合金,大部分是铁,碳、硅、锰、硫、磷是主要杂质元素, 俗称为“五大元素”。

1.碳

存在形态:游离态:无定形碳、退火碳、石墨碳等

化合态:Fe 2 C , Mn

3

C,WC,Cr 3 C 2

性能:碳是钢铁中的重要元素,对钢铁性能起决定性作用的元素。当碳含量高时, 钢的硬度和强度增加, 压延性和冲击韧性降低 ; 含碳量低时, 硬度较低, 压延性和冲

击韧性增强,熔点较高

钢铁的分类常常以碳含量的高低为主要依据。

含碳低于 0.2%称为纯铁;

含碳量在 0.05%-2%之间的称为钢

含碳量高于 2%即为生铁

存在状态对钢铁性能的影响:

灰口铁,石墨碳多,软而韧,易于铸造;白口铁,化合物碳多,硬而脆 2. 硅

存在形态:

主要以硅化物:FeSi 、 MnSi 、 FeMnSi 存在, 有少部分则以硅酸盐形态存在, 形成钢中非金属夹杂物。

性能:

(1增强钢的强度,弹性,提高抗氧化能力及耐蚀性

(2促使 C 游离态为石墨状态,使钢富于流动性,易于铸造

(3硅也是钢的有效脱氧剂

硅直接控制钢铁性能,控制一定量

3. 锰

存在形式 :

钢铁中主要以 MnS 、 Mn 3C 、 MnSi 、 FeMnSi 及固溶体状态存在

性能:

(1锰与氧硫具有较强的化合能力,故为良好的脱氧和脱硫剂,降低钢的热脆性,提高热加工性能

(2锰提高钢的可锻性和机械强度

(3含量达 14%时,使钢具有良好的耐磨性

锰直接影响钢铁性能,控制一定量

4.硫

存在形态: 主要以 MnS 或 FeS 状态存在

性能:使钢产生热脆性——有害成分

为什么会产生热脆性?

FeS的熔点较低,最后凝固,夹杂于钢铁的晶格之中。当加热压制钢铁时, FeS 熔融,钢铁的晶粒失去连接作用而脆裂。

因此,国家标准规定碳素钢中 S<0.05%时,优质钢中 S<0.025%

5.磷

存在形态:Fe 2P 、 Fe 3P 性能:一般属于有害元素,降低钢的塑性、韧性和高温性能,减弱钢对冲击的抵抗能力,使钢铁产生冷脆现象,影响钢的锻接性能。但在特殊用途的钢中, 含磷量在冶炼时有意添加,以提高钢的抗拉强度和耐大气腐蚀作用

二.气体容积法测定钢中碳的原理是什么

试样在 1200~1300℃的高温 O2气流中燃烧, 钢铁中的碳和硫被氧化生成 CO 2

和 SO 2:

C + O2 = CO 2

4Fe 3C + 13O2 = 4CO 2 + 6Fe2O 3

Mn 3C +3O2 = CO 2 + Mn3O

3FeS +5O2 = Fe 3O 4 +3SO2

用脱硫剂(活性 MnO 2 吸收 SO 2 MnO 2 + SO2 = MnSO 4

生成的 CO 2与过剩的 O 2经导管引入量气管,测定容积,然后通过装有 KOH

溶液的吸收器,吸收其中的 CO 2。

剩余的 O 2再返回量气管中,根据吸收前后容积之差,得到 CO 2的容积,

据此计算出试样中碳的质量分数。

三.定碳仪的标尺刻度刻制的原理是什么?校正系数如何计算?

定碳仪量气管上的标尺,其刻度常以 mL 表示,读数是被 KOH 吸收的 CO 2

体积(mL 数,其计算公式为

CO 2十 2KOH = K 2CO 3十 H 2O

MnS

反之过量 S 和

FeS

A —温度 16℃、气压 101.325Kpa 时封闭液面上每毫升 CO 2中含碳的质量,

g 。用硫酸作封闭液时, A 值为 0.0005000g ;用氯化钠溶液作封闭液时 A 值为

0.0005022g ;

V —吸收前后气体的体积差,即 CO 2的体积, mL ;

f —温度、气压校正系数;

m —试样的质量, g 。

已知 1molCO 2在标况下体积为 22260ml , 16℃时饱和水蒸汽压力为 1.813kPa, 所以在 16℃、 101.3kPa 时所占体积,可根据气态方程式求出

则每 1.00mLCO 2相当碳的质量为:

有些定碳仪量器管上标尺刻度直接刻成含碳量,可按下式计算碳的质量分数w(C读数—仪器上直接读出的碳的质量分数;

k—温度、压力校正系数

m—试料的质量, g 。

温度、压力补正系数 f 是指在任一气压 P 和温度 t 的状况下,单位体积的 CO 2相当于刻度尺状况即 101.325Kpa 、 16℃时 CO 2的体积读数。钢铁定碳仪量气

管的刻度,通常是在 16℃、 101.3kPa 时按每 mL 相当于每克试样含 0.05%刻制的

可见 f 值实际上是刻度状态下 CO2体积 V 1与测定状态下的体积 V 2之比值

100f V A c ω

⨯⨯⨯=m

k

ω(CC (ω读数⨯=t

1621V V V V f ==t 273162731.813101.3P P t ++⨯--=

23994mL 273

162731.813101.3101.322260V 16=+⨯-⨯=g 000500. 02399412=

t —量器管内温度,℃。

P — t ℃时大气压, Kpa ;

P t — t ℃时饱和水蒸气压力, Kpa ;

还有的仪器,量器管上标尺刻度直接刻成的是:当固定称样量如 0.2500g 、

0.5000g 或 1.000g 时的含碳量,其结果可按下式计算: