第七章鋼鐵分析課件

第七章鋼鐵分析§7.1概述§7.2碳的測定§7.3硫的測定§7.4磷的測定§7.5錳的測定§7.6硅的測定§7.7其它測定法介紹

1精選課件ppt§7.1

概述

鋼鐵是鐵和碳的合金，其化學(xué)成分中大多數(shù)元素是鐵，還含有碳、硅、錳、磷、硫等元素。

了解鋼的生產(chǎn)過程，從而進(jìn)一步理解五大元素在鋼中的作用，證明測定的意義。2精選課件ppt焦炭還原鐵礦石石灰石CaCO3除SiO2一、鋼的生產(chǎn)過程3精選課件ppt

碳是鋼鐵的主要成分之一，它直接影響著鋼鐵的性能。碳是區(qū)別鐵與鋼，決定鋼號(hào)、品級(jí)的主要標(biāo)志。形態(tài)：兩種二、各元素在鋼中的形態(tài)和作用主要講述C、S、Si、Mn、P（一）碳1.鋼鐵中的C來源：碳在鋼中可作為硬化劑和加強(qiáng)劑，正是由于碳的存在，才能用熱處理的方法來調(diào)節(jié)和改善其機(jī)械性能。

4精選課件ppt由原料礦石引入或脫氧及特殊需要而有意加入（二）硅

1、來源

在高硅鋼中，一部分以SiC存在，也有時(shí)形成固熔體或硅酸鹽。2、形態(tài)主要以硅化物：FeSi、MnSi、FeMnSi存在5精選課件ppt（二）硅3、性能

(1)增強(qiáng)鋼的硬度、彈性及強(qiáng)度，提高抗氧化能力及耐酸性

(2)

促使C以游離態(tài)石墨狀態(tài)，使鋼高于流動(dòng)性，易于鑄造

(3)有效的脫氧劑6精選課件ppt

鋼鐵中主要以MnS狀態(tài)存在，如S含量較低，過量的錳可能組成MnC、MnSi、FeMnSi等，成固熔體狀態(tài)存在。(三)錳1、來源

少量由原料礦石中引入，主要是在冶煉鋼鐵過程中作為脫硫脫氧劑有意加入。2、形態(tài)

增強(qiáng)鋼的硬度，減弱延展性。3、性能

7精選課件ppt（四）硫

1.來源主要由焦炭或原料礦石引入鋼鐵

2.形態(tài)

主要以MnS或FeS狀態(tài)存在8精選課件ppt

3性能使鋼產(chǎn)生“熱脆性”——有害成分原因：為什么產(chǎn)生熱脆性？

FeS的熔點(diǎn)較低，最后凝固，夾雜于鋼鐵的晶格之間。當(dāng)加熱壓制鋼鐵時(shí)，F(xiàn)eS熔融，鋼鐵的晶粒失去連接作用而脆裂。9精選課件pptP↑→流動(dòng)性↑→易鑄造并可避免在軋鋼時(shí)軋輥與壓件粘合（五）磷

1.來源

：由原料中引入，有時(shí)也為了特殊需要而有意加入

2.形態(tài)：以Fe2P或Fe3P狀態(tài)存在3.性能：磷化鐵硬度較強(qiáng)，以至鋼鐵難于加工，并使鋼鐵產(chǎn)生“冷脆性”也是有害雜質(zhì)作用。在特殊情況下常有意加入一定量P達(dá)此目的。

10精選課件ppt三、檢測意義C是確定鋼鐵型號(hào)及用途→主要指標(biāo)

Si、Mn直接影響鋼鐵性能(有益的)→控制一定量

S、P有害成分→嚴(yán)格降至一定量

因此，對于生鐵和碳素鋼：C、Si、Mn、S、P等五種元素的含量是冶金或機(jī)械工業(yè)化驗(yàn)室日常生產(chǎn)控制的重要指標(biāo)。11精選課件ppt§7.2

碳的測定

測定各種形態(tài)的碳屬于相分析；在成分分析中，一般鋼樣只測定總碳量。生鐵試樣除測定總碳量外，常分別測定游離碳和化合碳的含量。12精選課件ppt總碳量的測定方法將試樣置于高溫氧氣流中燃燒，使之轉(zhuǎn)化為二氧化碳再用適當(dāng)方法測定。歸納起來可分為三大類：

物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法13精選課件ppt燃燒-氣體容積法(氣體容量法)

燃燒-氣體容積法是目前國內(nèi)外廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)方法。要求有較熟練的操作技巧，分析時(shí)間較長，對低碳試樣測定誤差較大。成本低，較高的準(zhǔn)確度，結(jié)果是總碳量的絕對值。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：14精選課件ppt（一）方法原理C+O2=CO24Fe3C+13O2=

4CO2+6Fe2O3Mn3C+3O2=CO2+Mn3O3FeS+5O2=Fe3O4+3SO23MnS+5O2=Mn3O4+3SO2試樣在1200～1300℃的高溫O2氣流中燃燒，鋼鐵中的碳被氧化生成CO2:15精選課件ppt剩余的O2再返回量氣管中，根據(jù)吸收前后容積之差，得到CO2的容積，據(jù)此計(jì)算出試樣中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

生成的CO2與過剩的O2經(jīng)導(dǎo)管引入量氣管，測定容積，然后通過裝有KOH溶液的吸收器，吸收其中的CO2。CO2十2KOH=K2CO3十H2O16精選課件ppt§7.3

硫的測定

介紹燃燒—滴定法中的燃燒—碘酸鉀容量法

硫酸鋇重量法經(jīng)典用于測定高硫試樣燃燒—滴定法簡單、快速、準(zhǔn)確及適應(yīng)面廣被廣泛采用，它也是國內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)方法。17精選課件ppt(一)原理滴定：

將鋼鐵試樣于1250～1350℃的高溫下通氧燃燒，使硫全部轉(zhuǎn)化為二氧化硫，將生成的二氧化硫用淀粉溶液吸收，用碘酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至淺藍(lán)色為終點(diǎn):燃燒：4FeS+O2=2Fe2O3+

4SO2

3MnS+5O2=Mn3O4

+3SO2吸收：SO2+H2O=H2SO3KIO3+5KI+6HCl=

3I2

+6KCl+3H2O

H2SO3+I2+H2O=H2SO4+2HI18精選課件ppt

燃燒—酸堿滴定法

本法采用雙氧水溶液作為吸收劑吸收二氧化硫，生成的H2SO3被氧化為H2SO4，然后用NaOH標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定生成的H2SO4，即可求出SO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O吸收：SO2+H2O=H2SO3H2SO3+H2O2=H2SO4+H2O滴定：19精選課件ppt

本法克服了SO2在吸收器中逃逸的現(xiàn)象，對滴定速度沒有要求，尤其適合于碳硫的聯(lián)合測定。該法終點(diǎn)敏銳，操作方便；燃燒過程中即使有SO3產(chǎn)生也能被滴定，不影響測定結(jié)果。20精選課件ppt§7.4

磷的測定

重量法滴定法光度法P173-176P磷酸鉬酸銨磷鉬酸21精選課件ppt§7.5

錳的測定鋼鐵中錳含量的分析滴定法光度法錳硝酸銀酸性條件三價(jià)錳滴定硫酸亞鐵錳過硫酸銨七價(jià)錳亞砷酸鈉-亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定標(biāo)準(zhǔn)溶液錳高碘酸鉀七價(jià)錳22精選課件ppt§7.6

硅的測定

介紹還原型硅鉬酸鹽光度法測定鋼鐵中硅的測定方法重量法滴定法光度法最經(jīng)典的測定方法準(zhǔn)確、適用范圍廣等實(shí)際應(yīng)用最廣泛的方法簡單、快速、準(zhǔn)確等應(yīng)用最多的是硅鉬藍(lán)光度法23精選課件ppt一、方法原理試樣用稀酸溶解后，使硅轉(zhuǎn)化為可溶性硅酸:

3FeSi+l6HNO3=3Fe(NO3)3+3H4SiO4+7NO

+2H2OFeSi+H2SO4+4H2O=FeSO4+H4SiO4+3H2

加高錳酸鉀氧化碳化物再加亞硝酸鈉還原過量的高錳酸鉀24精選課件pptH4SiO4+12H2MoO4=H8[Si(Mo2O7)6]+10H2O本法適用于鐵、碳鋼、低合金鋼中0.030～l.00%酸溶硅含量的測定。

在弱酸性溶液中，加入鉬酸：氧化型的黃色硅鉬雜多酸(硅鉬黃)在草酸的作用下：硅鉬藍(lán)810nm處25精選課件ppt二、測定條件P178酸度和鉬酸銨濃度溫度和時(shí)間試劑的加入順序還原條件及光學(xué)性質(zhì)干擾及消除操作注意事項(xiàng)

掌握26精選課件ppt1.原理：27精選課件ppt(1)創(chuàng)造條件生成β型硅鉬雜多酸（硅鉬黃）硅鉬黃有兩種形態(tài)：2.條件

–硅鉬黃

–硅鉬黃pH3.8～4.8較高范圍寬l.0～1.8較低窄顏色

max藍(lán)綠色635，750nm藍(lán)色810nmε(硅鉬藍(lán))1.85×104靈敏度較低2.00×104

靈敏度較高穩(wěn)定性較穩(wěn)定不穩(wěn)定被還原為硅鉬藍(lán)

不易β易注：1.β型不穩(wěn)定較易還原成

型，其轉(zhuǎn)變速度隨溫度、酸度及離子強(qiáng)度而變化。2.730nm波長處二者硅鉬藍(lán)吸光度相等，在72型分光光度計(jì)上，采用650～700nm波長范圍測定。28精選課件ppt實(shí)際應(yīng)用是創(chuàng)造條件得β型硅鉬黃的原因？雖然β型不穩(wěn)定，生成的酸度又比較嚴(yán)格。但是：1.它在較高酸度下形成，此時(shí)鐵等許多金屬離子不易水解，共存離子干擾少

2.β型硅鉬黃比

型硅鉬黃易被還原成硅鉬藍(lán)3.β型硅鉬黃的還原產(chǎn)物硅鉬藍(lán)的靈敏度高于

型還原產(chǎn)物的靈敏度盡量減少β型→α型轉(zhuǎn)化的措施：控制β型的配合時(shí)間及配合溫度29精選課件ppt≤20℃10min30℃2min100℃30s←水浴加熱30s，(2)溫度影響硅鉬黃的反應(yīng)速度但加熱生成硅鉬黃后，必須及時(shí)冷卻，并進(jìn)行下步的還原處理，否則在高溫下，時(shí)間過長，甚至硅鉬黃也可能分解，可能有α硅鉬黃形成冷卻辦法——流水冷卻注意→

我們做實(shí)驗(yàn)時(shí)常溫下放15min。30精選課件ppt(3)測硅消除P,As的干擾

酸度是生成硅鉬黃或硅鉬藍(lán)及排除P,As雜質(zhì)干擾的重要條件硅鉬黃得在低酸度生成，然后提高酸度至3.0～4.0mol/L消除P,As干擾

31精選課件ppta:調(diào)整酸度（提高酸度），破壞P,As雜多酸，消除P,As干擾

b:增加Fe2+還原能力并消除Fe3+黃色干擾

除P,As雜多酸由誰擔(dān)任？可加入有機(jī)酸：草酸，酒石酸，檸檬酸消除干擾其中以H2C2O4效果最快H2C2O4除了提高酸度除雜質(zhì)，還有其他作用32精選課件ppt

C:使用H2C2O4注意

a硅鉬黃也能進(jìn)一步被H2C2O4分解因此加入H2C2O4，待鉬酸鐵（黃色）↓溶解后，立即（半分鐘內(nèi)）加入FeSO4還原之有的書上為了避免H2C2O4的不利因素，預(yù)先將草酸，亞鐵鹽及硫酸三者配成混合液（這樣可以完全消除H2C2O4不利影響

b參比液用褪色空白移取10.00mL試液，于50mL容量瓶中，加10.00mL50g/LH2C2O4，5.0mL鉬酸銨溶液50g/L、5mL60g/LFeSO4，水定容33精選課件ppt(3)KMnO4及NaNO2在溶樣中作用

a.

，以免將來生成的硅鉬黃(即硅鉬雜多酸)，在條件不具備時(shí)，過早的被Fe2+還原，造成誤差b.(同時(shí))使少量碳化物分解注意：如含碳量過高，則應(yīng)該將石墨碳過濾除去。選該參比液的目的：清除草酸鐵的黃色(雖為淡黃色但也有影響)方法技巧在于：先加草酸，破壞硅鉬雜多酸Si顯色。KMnO4

34精選課件pptA作用：過量的KMnO4妨礙下步反應(yīng)，可用NaNO2還原除去B過量的NaNO2應(yīng)△分解除去

NaNO235精選課件ppt三、主要試劑與儀器

1.試劑

1.1純鐵（硅的含量小于0.002%）；

1.2鉬酸銨溶液（50g/L）；

1.3草酸溶液(50g/L)1.4硫酸亞鐵銨溶液(60g/L)；

1.5硅標(biāo)準(zhǔn)溶液(20

g/mL)2．儀器721等類型的光度計(jì)。36精選課件ppt四、分析步驟

稱取試樣0.1g左右，置于150mL燒杯中。加入30mL硫酸(1+17)，低溫緩慢加熱（不要煮沸）至試樣完全溶解（并不斷補(bǔ)充蒸發(fā)失去的水分）。煮沸，滴加高錳酸鉀溶液（40g/L)至析出二氧化錳水合物沉淀。再煮沸約lmin，滴加亞硝酸鈉溶液(100g/L)至試驗(yàn)溶液清亮，繼續(xù)煮沸l(wèi)min～2min(如有沉淀或不溶殘?jiān)?，趁熱用中速濾紙過濾，用熱水洗滌)。冷卻至室溫，將試驗(yàn)溶液移入100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。37精選課件ppt加入10.0mL草酸溶液、5.0mL鉬酸銨溶液、5.0mL硫酸亞鐵銨溶液，用水稀釋至刻度，混勻。移取10.00mL上述試驗(yàn)溶液二份，分別置于50mL容量瓶中(一份作顯色溶液用，一份作參比溶液用)顯色溶液小心加入5.0mL鉬酸銨溶液，混勻。放置15min或沸水浴中加熱30s，加入l0mL的草酸溶液，混勻。待沉淀溶解后30s內(nèi)，加入5.0mL的硫酸亞鐵銨溶液，用水稀釋至刻度，混勻。

參比溶液

38精選課件ppt

將顯色溶液移入lcm吸收皿中，以參比溶液為參比，于分光光度計(jì)波長810nm處測量溶液的吸光度值。對沒有此波長范圍的光度計(jì)，可于680nm處測量。思考一