鋼鐵中金屬元素的溶解方法和作用.doc

鋼鐵中的金屬元素元素存在形式溶解方法實例作用C1、化合碳：Fe3C，Mn3C，Cr3C2，WC，W2C，VC，MoC，TiC。2、游離態(tài)：無定形碳、石墨碳、退火碳。高碳鋼退火后有游離碳析出，鑄鐵中以游離碳和化合碳存在。游離碳不和酸起作用，化合碳能溶于酸；Fe3C能溶解各種酸，易被空氣氧化，但不溶于冷的稀的非氧化性酸。1、加熱情況下，用鹽酸或硫酸處理至完全溶解，用硝酸破壞碳化物。2、含穩(wěn)定碳化物，用硝酸氧化前，先蒸發(fā)至冒硫酸煙，然后滴加硝酸。3、含極穩(wěn)定碳化物時，用熱鹽酸、硝酸或王水處理后，用高氯酸處理。1、在一定碳含量范圍，碳含量增加，鋼的硬度和強度提高，其塑性和韌性下降。2、碳的存在，鋼才能熱處理，調(diào)節(jié)和改變機械性能。Si主要以固溶體存在，硅化物有MnSi或FeMnSi;少量以硅酸鹽及游離SiO2形式成為非金屬夾雜；在高碳鋼有少量SiC。單質(zhì)硅與HF作用，與其他酸不起作用，能溶解強堿；硅化物能溶解于酸，難溶硅化物需用HNO3-HF或H2SO4-H3PO4溶解。硅含量高時，溶解過程產(chǎn)生硅酸沉淀，為消除硅酸影響，一是加HF成SiF4其他逸出，二是脫水產(chǎn)生SiO2沉淀濾去。1、作還原劑和脫氧劑。2、增強鋼的抗張力、彈性、耐酸性和耐熱性。Mn除以固溶體外，形成MnS、Mn3C及少量MnSi和FeMnSi，氧化物（MnO、MnOSiO2）和氮化物。溶于稀酸生成Mn2+，錳化物很活潑易溶解和氧化。錳含量高時，一是在低酸度介質(zhì)易被氧化產(chǎn)生棕色混濁，二是使溶液中其它元素氧化難于完全，如高錳鋼中磷的氧化。1、脫氧劑和脫硫劑。2、錳和硫形成MnS，防止因FeS導致熱脆現(xiàn)象，提供鋼的可鍛性。3、增加鋼的硬度和強度。P以固溶體和磷化物（Fe3P, Fe2P）存在,極少數(shù)呈磷酸鹽夾雜存在。在鋼中分布有偏析。絕不大部分磷化物溶于酸，但是非氧化性酸溶解時以PH3逸出，在氧化性酸中，大部分生成正磷酸，也生成焦磷酸和偏磷酸或次磷酸，因此一定要用氧化性酸溶樣或強氧化劑氧化，使其全部氧化成磷酸。Fe3P是硬而脆的物質(zhì)，磷含量高形成Fe3P，增加鋼的冷脆敏感性，產(chǎn)生焊接裂紋。鋼中磷高于0.1%會發(fā)生以上危害。S主要以硫化物存在鋼中，有大量錳存在時形成MnS和FeS。在鋼中分布有偏析。硫化物一般易溶于酸中，在非氧化性酸中生成硫化氫逸出，在氧化性酸中生成硫酸鹽。硫在化學分析中，通常表現(xiàn)在氣體容量法定碳時，必須要考慮良好的脫硫劑，否則會使碳含量結(jié)果偏高。以熔點低的FeS存在導致鋼的熱脆現(xiàn)象，對鋼的耐蝕性、可焊性也不利。Cr除以固溶體存在，可以形成碳化物、氮化物、硫化物、氧化物、FeCr、Cr3Si。其中鉻的碳化物和氮化物較為穩(wěn)定。在熱的鹽酸和熱的濃硫酸中迅速溶解，在強堿溶液中也能溶解。但與濃硝酸作用形成表面一層致密的氧化膜而鈍化，以至不溶解。測定高碳高鉻時，不允許長時間冒高氯酸煙，鋼必須在王水或鹽酸-硝酸混合酸中溶解后，加硫磷混合酸蒸發(fā)至冒硫酸煙，再滴加硝酸。有的鉻的碳化物在還原性酸中加熱可溶解，但在H2O2中易鈍化。鉻離子有顏色（三價為綠色，六價為黃色），比色時需考慮色澤空白；高價鉻離子有氧化性，對某些顯色劑有氧化作用，遇到此情況需將其還原到低價。通常采用在高氯酸冒煙時加鹽酸（或氯化鈉）使鉻成氯化鉻酰驅(qū)除。增強鋼的機械性能和耐磨性，增加鋼的淬透性及淬火后的抗變形能力，增加鋼的彈性、抗磁性、耐蝕性和耐熱性。Ni主要以固溶體存在，在鋼種不形成穩(wěn)定的化合物，所以大多數(shù)含鎳鋼和合金都溶于酸中。濃硝酸對鐵有鈍化作用，所以在溶解鎳鋼時，鎳含量低用硝酸（1+3）或鹽酸（1+1）；含鎳高的用硝酸（1+3）。主要是離子有色對比色有影響。鎳的隱蔽劑除氰化物外，很少有與之絡合能減少鎳離子的顏色隱蔽劑。因此需考慮試樣空白或通過分離鎳而消除其影響。使鋼具有韌性、防腐抗酸性、高導磁性，使晶粒細化提高淬透性、增加硬度。元素存在形式溶解方法實例作用Mo除以固溶體存在，主要形成碳化物（Mo2C、MoC、(Fe Mo)3C、(FeMo)6C），還有氮化物(MoN)及硼化物等鉬鋼能溶于稀硫酸和鹽酸中，低合金鋼中鉬主要以碳化物存在不溶于稀硫酸和鹽酸，但溶于硝酸。對穩(wěn)定的鉬碳化物加熱至冒硫酸煙才能分解（有時尚需在冒煙時滴加濃硝酸）。增強鋼的強度而不減塑性和韌性，使鋼在高溫下有足夠強度，改善鋼的耐腐蝕、冷脆性等。V除以固溶體存在，可形成VC，V2CVN，F(xiàn)eV2O4,V2O3, VO, V2O5,其中VC中往往形成缺碳的V4C3，因此鋼種釩的碳化物常呈V4C3和V2C形態(tài)。除了和HF作用外，不和其他非氧化性酸作用，能溶于硝酸或硝酸-鹽酸的混合酸。釩的碳化物很穩(wěn)定，用硫酸或鹽酸處理幾乎不溶解，只有以硝酸（或H2O2）氧化并經(jīng)硫酸冒煙處理后才能溶解。釩離子是有色的（5價呈黃色，4價呈藍色），比色時需考慮色澤空白，5價釩是氧化劑，不穩(wěn)定，易被還原，對某些顯色劑有氧化作用。另外5價釩能與磷、鉬一起生成絡合物，使磷的測定結(jié)果偏低，故常用亞鐵將其還原成低價以消除其干擾。提高鋼的抗拉強度和屈服點，尤其提高鋼的高溫強度，提高工具鋼壽命。V與S、N、O有強的親和力，是煉鋼的細化晶粒脫氧劑。Cu退火鋼中主要以固溶體或極微細的金屬夾雜物存在，銅大于0.8%以游離形態(tài)。銅不溶于稀鹽酸和稀硫酸，溶于硝酸或熱的濃硫酸比色分析時銅含量有色澤影響銅含量在0.02%以下，是鋼中有害雜質(zhì)，降低機械性能，加熱導致金屬表面氧化。Ti除以固溶鈦以外，還有化合物極其復雜，形成TiC、TiN、TiS、TiO、TiO2等。它們對酸的溶解性質(zhì)有差異，因此測定方法有總鈦、化合鈦和金屬鈦區(qū)別（即酸溶鈦和酸不溶鈦的區(qū)別）。鈦能溶于熱濃鹽酸，更易溶解于HF+HCl(H2SO4)中，同時F-與Ti4+絡合促進鈦分解。在HF+HNO3中，所有鈦化物都是可溶的。4價鈦在低酸情況下很容易水解形成白色偏鈦酸沉淀或膠體，所以水解過程需要保持一定酸度防止水解，或采用絡合劑掩蔽鈦；3價鈦離子呈紫色，不穩(wěn)定，易被空氣和氧化劑氧化成4價。較為活潑的元素，和氮、氧、碳有極強的親和力，是良好的脫氧去氣劑，是固定碳和氮的有效元素。能提高鋼的機械性能，提高耐熱鋼的抗氧化性、提高不銹鋼的耐腐蝕性，對鋼焊接性能有利。W主要以化合碳存在，如Fe3W3C、Fe21W2C、WC、W2C等，部分鎢能溶于基體形成固溶體，此外還形成Fe2W、W2N。鎢鋼僅溶于氧化性酸中，易溶于鹽酸（1+1）或硫酸（1+4）中。當用鹽酸和硫酸處理鋼樣時，金屬鎢以及碳化物以重質(zhì)黑色粉末沉于容器底部，需緩慢滴加硝酸氧化，使其轉(zhuǎn)化為鎢酸，否則會使較多的鐵、鉻、釩、鉬等夾雜存在鎢酸中。鎢高時極易水解產(chǎn)生混濁，將其分離較困難，用鎢酸形式分離還會有吸附，消除此影響方法有：一是加磷酸、酒石酸或檸檬酸掩蔽，二是冒硫酸或高氯酸煙時鎢酸脫水后過濾，三是強堿使鎢酸轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘逆u酸鈉。增加鋼的回火穩(wěn)定性、紅硬性、熱強性，增加耐磨性。Al主要以金屬固溶體存在，可以形成AlN, Al2O3,(FeMn)OAl2O3,CaOAl2O3和AlOxNy夾雜物。鋁不與濃硝酸和濃硫酸發(fā)生作用，在稀硝酸中反應緩慢，易溶于鹽酸。鋁的氧化物性質(zhì)很穩(wěn)定，但AlN很活潑，易溶于酸。即“酸溶鋁”指金屬鋁和AlN，“酸不溶鋁”指鋁的氧化物。但鋁的氧化物不是絕對不溶于酸。在鹽酸介質(zhì)中，AlCl3過熱易蒸發(fā)損失，鋁與鐵、鉻、鈦等元素常常伴隨在一起，加之鋁是兩性元素，因此在分離和測定鋁時，較復雜。脫氧劑，去氣劑。作為合金元素可提高鋼的抗氧化性，改善鋼的電磁性，在滲氮鋼中促使形成堅硬耐磨、耐腐蝕的滲氮層。元素存在形式溶解方法實例作用Nb主要以鈮化物存在如NbC，F(xiàn)e2Nb，還有NbN，Nb2O2, Nb2O5等。鈮化物對稀酸較穩(wěn)定，F(xiàn)e2Nb溶于氧化性酸，NbC和NbN可溶于HNO3+HF，HF+ H2O2, NbC可在飽和草酸+ H2O2中。用酸分解鋼樣時，鈮極易水解成鈮酸析出沉淀，但在酒石酸、檸檬酸、草酸、H2O2、HF 存在下，鈮能形成可溶的絡合物。顯著提高鋼的強度和抗腐蝕性，改善鋼的焊接性能。B除固溶體外，還有硼化物如Fe3（CB）, Fe23（CB）6，氮化物如BN和氧化物B2O3等。全硼指固溶硼和化合硼總量，酸溶硼指能溶于2.5mol/l硫酸的一些硼化物，主要是BN和B2O3。酸不溶硼不是指不溶解于酸，是溶解過程是否加氧化劑而不同。提高鋼的淬透性，提高鋼高溫強度，蠕變強度。稀土半數(shù)以上進入碳化物中，小部分進入夾雜物中，其余存在固溶體中。不易相互分離，一般測其總量。稀土易溶于酸，Ce+4具有氧化性，對氧化還原反應有影響。與O、N、S、P、H等親和力強，和砷、銻、鉛、鉍、錫等形成熔點高的化合物。具有良好的脫氣，脫硫和其他有害雜質(zhì)作用。具有提高鋼的流動性，改善鋼表面質(zhì)量，顯著提