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钢铁材料中碳、硫元素的作用
钢铁材料中碳、硫元素的作用及检测方法
碳和硫
是确定钢铁产品规格和质量的重要元素。碳含量高于
1.70%
以上的叫铸铁,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,若碳含量减少,则硬度和强度下降,二韧性和塑性增加。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,它的熔点低于(
100
0
℃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,影响产品的质量金额使用寿命。所以,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%
,上等钢硫量不大于
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,如
F
e
3C
、
Mn
3
C
、
Cr
3
C
2
、
WC
、
VC
、
Mo
2
C
、
TiC
等铁碳化合物如
F
e
3C
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,往往要冒硝酸和高氯酸烟。游离碳,主要指铁碳固溶体中的碳、如石墨碳、退火碳、无定形碳、结晶形碳等。游离碳一般不溶于酸,借此性质,可分离游离碳。在一定条件下,化合碳可转化成游离碳,如渗碳体转化为铁素体(
F
e
3C
1153
℃
3Fe+C
石墨)。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,仅含量的其他硫化物。如
Cr
2
S
3
、
VS
、
TiS
、
NbS
、
ZnS
等,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
CO
2
和
SO
2
,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(如电阻炉、高频炉、电弧炉等)通氧燃烧,生成并逸出
CO
2
和
SO
2
气体,用此法实现碳和硫与金属元素及其化合物的分离,然后通过分析部分测定
CO
2
和
SO
2
含量
,
再换算出钢铁中碳和硫的含量。
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