程序升温测定钒氮合金中的氮

程序升温测定钒氮合金中的氮作者：唐语胡维铸张鲁宁

来源：《当代化工》2019年第07期

摘 ;;;;;要：基于工作需求研究了利用TC-600氧氮分析仪，在惰性气体环境中测定钒氮合金中氮。利用手动分析方法，用锡做助熔剂通过程序升温，在熔融功率为3 500～5 500 W

时，逐渐将试样熔融，使氮充分释放，避免了试样喷溅，减小了对炉膛和上电极的污染，有效的提高了测量结果。并对方法所需的适宜条件进行了讨论，建立了钒氮合金中高含量氮的脉冲加热-热导分析方法，节约了成本，提高了速度和准确度，并减小了设备的损耗。

关 ;键 ;词：热导法;钒氮合金;氮;手动加样;程序升温

中图分类号：O659.2 ;;;;;;文献标识码： A ;;;;;;文章编号： 1671-0460（2019）07-1630-04

Abstract： The determination of nitrogen in vanadium nitrogen alloy by TC-600 oxygen nitrogen analyzer in inert gas environment was studied. By means of manual analysis， tin was used as flux to melt the sample at the melting power of 3500～5500 W by programmed temperature， and nitrogen was fully released to avoid the splashing of the sample， reducing the pollution of furnace and upper electrode， and the measurement result was improved effectively. The suitable conditions of the method were discussed， and the pulse heating thermal conductivity analysis method of high nitrogen content in vanadium nitrogen alloy was established， the cost was decreased， and the speed and accuracy were improved.

Key words： Heat conductance method; Vanadium nitrogen alloy; Nitrogen; Manual sampling; Programmed temperature

釩氮合金是由五氧化二钒、碳粉、活性剂等经1 500～1 800 ℃高温状态下，反应生成钒氮合金。钒氮合金是一种合金添加剂，钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能，可以使钢具有良好的可焊性。可替代钒铁用于微合金化钢的生产，促进钢中碳、钒、氮化合物的析出，更有效的发挥细化晶粒作用。钒氮合金可用于结构钢、工具钢、管道钢、钢筋及铸铁中[1]。

钒氮合金应用于高强度低合金钢中可同时进行有效的钒、氮微合金化，在达到相同强度下，添加氮化钒节约钒加入量30%～40%，进而降低了成本，减少刚的性能波动。钢中加

0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性[2]。钒氮合金添加于钢中能提高钢的强度、韧性、延展性及抗热疲劳性等综合机械性能，而且钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力[3]。

因此在钒氮合金中，对于氮含量的分析尤为重要。传统方法一般采用化学蒸馏法，样品分解困难，不同溶样试剂、冒烟时间以及蒸馏速度等都造成测定结果波动，而且分析时间长，每个工作者的检测样品数量有限，耗时耗力而且分析速度不能满足生产的需求。本文利用TC-600氧氮分析仪，在手动分析条件下，利用程序升温快速准确的测量氮的结果，降低成本，提高测量准确度，省略预处理过程，有利于生产需求[4]。

1 ;实验部分

1.1 ;主要仪器和试剂

TC-600氧氮分析仪（美国LECO公司）。载气：氦气，纯度≥99.99%，减压阀调至0.30 MPa，流量为450 mL/min;动力气：氮气，纯度≥99.5%，减压阀调至0.40 MPa;石墨坩埚：国产石墨套坩埚（常州伟康，规格：TC436 外埚，TC436 内埚）;镍蓝：LECO 高纯免洗镍囊;锡粒;试剂：碱试剂，稀土氧化铜，无水高氯酸镁，碱石棉，玻璃棉，无水乙醇等;使用样品：钒氮合金N：11.10，AgNO3（基准试剂，w（N）=8.24%（理论值）），Pb（NO3）2（基准试剂，w（N）=8.47%（理论值））[5]。

1.2 ;分析原理

目前对金属及合金材料中气体元素分析方法的研究，普遍采用惰性气体熔融热导法[6]。TC-600是基于微处理器、软件控制的自动化分析仪器，利用惰性气氛下高温熔融的方法，广泛应用测定各种金属、高温合金及其他无机材料中的氮含量。将称好一定重量的样品置于高纯石墨坩埚中，在氦气气氛和足够的高温条件下熔融，释放出氧、氮和氢。试样中的氧无论以何种形式存在，均与石墨坩埚中的碳反应生成一氧化碳。样品中的氮和氢分别以氮分子和氢气的形式释放。

氮是以热导法被检测。样品气体经过加热的稀土氧化铜，CO转化为CO2，H2转化为水，CO2和水再经由碱性吸收剂和无水高氯酸镁试管吸收去除，以免导致惹到吃误检，干扰热导检测器。处理后的分析气体再通过热导检测法测定氮的含量[7，8]。

1.3 ;实验方法

在仪器状态运行良好情况下，首先进行曲线校准，用硝酸铅基准试剂建立工作曲线，如表一，即称取不同重量的硝酸铅，在仪器中输入相同的重量0.03 g，根据所测结果校准曲线，去测定钒氮合金中的氮[9]。

2 ;结果与讨论

2.1 ;分析方式的选择

TC-600氧氮析仪有2种加样方式，一种为自动进样，一种为手动进样[10]。称取试样0.03 g，在功率为5 500 W时，进行下列分析。

从图1可知，手动固定分析方法结果偏低且结果不稳定，自动分析和程序升温结果稳定。

从表2可以看出，手动加样固定分析由于分析过程试样喷溅严重对炉膛造成污染，不容易清理长此以往对设备造成损害。飞灰粘在上电极，导致上电极金属表面被氧化物不完全覆盖，使得上电极失去导电性，在检测过程中功率加不上，从而缩短上电极使用寿命;自动进样和程序升温法在测量中无明显喷溅且结果稳定熔融状态好，对炉子污染小，有利于设备维护，但自动进样方法需要用到镍囊包裹，这样提高了生产成本增加了预处理时间，不利于生产实践。综上所述，文中选择手动加样程序升温的方法进行测量。

2.2 ;试样质量

分别称取0.01，0.02，0.03，0.04，0.05 g试样进行检测，测定结果如表3。从表3可以看出，称样量太少结果不稳定误差大，称样量多试样易喷溅导致熔融效果不好而且还对设备造成损害，试样在0.02～0.04 g时结果稳定，因此选称样量为0.03 g。

2.3 ;分析功率

在称样量为0.03 g时，做功率对测量结果影响的实验。通过测量发现功率在3 500 W时开始有氮气释放，5 500 W时氮气释放达到最高值，因此设定的升温步骤如表4所示[11]。

在该升温步骤下进行测量，试样基本无喷溅，熔融充分，埚底部熔融物表面光滑，有金属光泽，测量结果更接近准确值，该功率的设定符合希望的要求。