<232>ELEMENTAL IMPURITIES—LIMITS 元素杂质—限度
INTRODUCTION 介绍
This general chapter specifies limits for the amounts of elemental impurities in drug products. Elemental impurities include catalysts and environmental contaminants that may be present in drug substances, excipients, or drug products. These impurities may occur naturally, be added intentionally, or be introduced inadvertently (e.g., by interactions with processing equipment). When elemental impurities are known to be present, have been added, or have the potential for introduction, assurance of compliance to the specified levels is required. A risk-based control strategy may be appropriate when analysts determine how to assure compliance with this standard. Due to the ubiquitous nature of As, Cd, Pb, and Hg, they (at the minimum) must be considered in the risk-based control strategy. Regardless of the approach used, compliance with the limits specified is required for all drug products.
本章说明了药品中元素杂质的数量限度。元素杂质包括可能会存在于原料药、辅料或制剂中的催化剂和环境污染物。这些杂质可能会自然生成的、有意加入的或不可逆引入（例如与生产设备的相互反应）的。如果已知元素杂质存在、被加入或有引入的可能性，则必须保证其符合指定限度。分析人员在决定如何保证符合本标准时，可以适当采用基于风险的控制策略。由于砷、镉、铅和汞在自然中普遍存在，在采用基于风险的控制策略时必须包括对这四种元素的考虑。不论采用何种方式，所有药品均需符合指定的限度。
The limits presented in this chapter do not apply to excipients and drug substances, except where specified in this chapter or in the individual monographs. However, elemental impurity levels present in drug substances and excipients must be known and reported.
在本章中给出的限度不适用于辅料和原料药，除非在本章或各论中有说明。但是，原料药和辅料中的元素杂质水平必须知道并报告。
The limits indicated in this chapter are not required for articles intended only for veterinary use and conventional vaccines. Dietary supplements and their ingredients are addressed in Elemental Contaminants in Dietary Supplements2232 .1
本章中指出的限度不适用于仅供兽用品种和传统疫苗。膳食补充剂及其成分在《膳食补充剂元素污染物2232》中已有说明。
SPECIATION杂质形态
The determination of the oxidation state, organic complex, or combination is termed speciation. Each of the elemental impurities has the potential to be present in differing oxidation or complexation states. However, arsenic and mercury are of particular concern because of the differing toxicities of their inorganic and complexed organic forms.
不同形式如氧化态、有机复合物或复合状态称为杂质形态。每一种元素杂质都可能会以不同的氧化或复合状态存在。但因为砷和汞的有机形态和复合无机形态的毒性有差异，因而其受到特别关注。
The arsenic limits are based on the inorganic (most toxic) form. Arsenic can be measured using a total arsenic procedure under the assumption that all arsenic contained in the material under test is in the inorganic form. Where the limit is exceeded using a total arsenic procedure, it may be possible to show via a procedure that quantifies the different forms that the inorganic form meets the specification.
砷限度是基于无机（大多是有毒的）形式。假定物料中含有的砷均为无机形式，则可以采用总砷测试方式进行检测，如果采用总砷量检测结果显示超出限度，也可以对不同砷的存在方式进行定量检测，来证明有机砷符合限度规定。
The mercury limits are based upon the inorganic (2+) oxidation state. The methyl mercury form (most toxic) is rarely an issue for pharmaceuticals. Thus, the limit was established assuming the most common (mercuric) inorganic form. Limits for articles that have the potential to contain methyl mercury (e.g., materials derived from fish) are to be provided in the monograph.汞限度是基于无机二价氧化态。甲基汞形式（毒性最强）对于药物来说影响最大。因而，对汞的限度设定是假定其为最常见（汞盐）无机形式。对于可能含有甲基汞（例如鱼制品）的产品，其限度在各论中均有包括。
ROUTES OF EXPOSURE 暴露途径
The toxicity of an elemental impurity is related to its extent of exposure (bioavailability). The extent of exposure has been determined for each of the elemental impurities of interest for three routes of administration: oral, parenteral, and inhalational. These limits are based on chronic exposure. The other two routes of administration, mucosal and topical, are considered to be the same as oral for the purpose of this standard, and the PDEs described in Table 1 would apply to these products. [NOTE—The routes of administration of drug products are defined in general chapter Pharmaceutical Dosage Forms 1151 . ]
每种元素杂质的毒性与其暴露程度（生物利用度）有关。各元素杂质的在三种给药途径下的暴露程度已经过测定：口服、注射和吸入。这些限度是基于长期暴露的数据制订的。其它两种给药途径：粘膜和局部给药，是作为与口服一样考虑的，因此在相同PDE下，表1中的限度同样适用于该类产品。【注---制剂给药途径在通论中有定义《药物制剂形式1151》】
DRUG PRODUCTS 制剂
The limits described in the second through fourth columns of Table 1 are the base daily dose PDEs of the elemental impurities of interest for a drug product taken by the patient according to indicated routes of administration. Parenterals with an intended maximum dose of greater than 10 mL and not more than 100 mL must use the Summation Option described below.
在表1的第2至第4列所指限度是基于日剂量计算的各元素杂质的由病人在指定摄入途径下的日
最大允许暴露量。注射剂如果最大剂量超过10ml，但不超过100ml，必须使用下述的《加和方式》计算。
Large Volume Parenterals 大容量注射液
When the daily dose of an injection is greater than 100 mL (large volume parenteral (LVP)), the amount of elemental impurities present in the drug product must be controlled through the individual components used to produce the product. The amounts of elemental impurities present in each component used in an LVP are less than the values included in the fifth column of Table 1.
如果注射剂日剂量超过100ml（大容量注射剂LVP），药品中的元素杂质必须通过用于生产的单个原辅料来进行控制。LVP中每一种原辅料中存在的元素杂质的数量应不超过表1中第5列的数值。
Table 1. Elemental Impurities for Drug Products
表1：药品元素杂质
Element 元素Oral Daily
Dose
PDE
口服
Parenteral
Daily
Dose PED
Inhalational
Daily Dose
PDE
吸入
LVP Component
Limit
大容量成份限度
(ug/day)注射
(ug/day)(ug/g)
(ug/day)
Cadmium 镉25 2.5 1.50.25 Lead 铅5550.5 Inorganic arsenic 无机砷 1.5 1.5 1.50.15 Inorganic mercury无机汞15 1.5 1.50.15 Iridium 铱10010 1.5 1.0 Osmium 锇10010 1.5 1.0 Palladium 钯10010 1.5 1.0 Platinum 铂10010 1.5 1.0 Rhodium 铑10010 1.5 1.0 Ruthenium 钌10010 1.5 1.0 Chromium 铬**25* Molybdenum 钼10010250 1.0 Nickel 镍50050 1.5 5.0 Vanadium 钒10010 1.5 5.0 Copper 铜10001007025
a PDE = Permissible daily exposure based on a 50-kg person.
以50kg体重计算的允许日暴露量
b See Specification section. 见质量标准部分
* Not a safety concern. 无安全性问题
Options for Demonstrating Compliance 证明符合的方式
DRUG PRODUCT ANALYSIS OPTION 制剂分析方式
The results obtained from the analysis of a typical dosage unit, scaled to a maximum daily dose, are compared to the Daily Dose PDE.
对具有代表性的制剂单位中进行检测，采用所测得的结果，计算至最大日服用剂量，与日剂量允许日暴露量进行比较。
Daily Dose PDE≥measured value (μg/g) × maximum daily dose (g/day)
日剂量允许日暴露量≥ 实测值（微克/克）× 最大日剂量（克/天）
The measured amount of each impurity is NMT the Daily Dose PDE, unless otherwise stated in the individual monograph.
除非各论中另有规定，每一元素测得的数量应不超过日剂量允许日暴露量。
SUMMATION OPTION 加和方式
Separately add the amounts of each elemental impurity (in μg/g) present in each of the components of the drug product using the following equation:
将制剂所用原辅料中存在的所有元素杂质（ug/g）采用以下公式分别加和
Daily Dose PDE ≥ [ΣM1(C M×W M)] ×D D
Where 其中
M = each ingredient used to manufacture a dosage unit
一个制剂单位中所用的原辅料
C M= element concentration in component (drug substance or excipient) (μg/g)
原辅料中存在元素的浓度（原料药或辅料）（ug/g）
W M= weight of component in a dosage unit (g/dosage unit)
一个制剂单位中所用原辅料的重量（g/制剂单位）
D D= number of units in the maximum daily dose (unit/day)
最大日服用剂量的制剂单位数（单位/天）
The result of the summation of each impurity is NMT the Daily Dose PDE, unless otherwise stated in the individual monograph. Before products can be evaluated using this option, the manufacturer must validate that additional elemental impurities cannot be inadvertently added through the manufacturing process.
除非在各论中另有规定，每个元素加和的结果应不超过日剂量允许最大暴露值。在产品使用此方法进行评估前，生产商必须验证在生产过程中不会有更多的该元素杂质被不可逆地加入。
DRUG SUBSTANCE AND EXCIPIENTS 原料药和辅料
The presence of elemental impurities in drug substances and excipients must be controlled and, where present, reported. The acceptable levels for these impurities depend on the material's ultimate use. Therefore, drug product manufacturers must determine the acceptable level of elemental impurities in the drug substances and excipients used to produce their products.
原辅料中的元素杂质必须进行控制，如果存在，必须报告。这些元素杂质的可接受标准取决于该物料的使用上限，因此药品生产商必须决定用于制剂生产的原辅料中的元素杂质的可接受限度。
The values provided in Table 2 represent concentration limits for components (drug substances and excipients) of drug products dosed at a maximum daily dose of 10 g/day. These values serve as default concentration limits to aid discussions between drug product manufacturers and the suppliers of the components of their drug products. [NOTE—Individual components may need to be limited at levels different from those in the table depending on monograph-specific mitigating factors. ]
在表2中提供的数值代表用于日剂量不超过10克/天的制剂生产所用药物成份（原料药和辅料）中的浓度限。这些数值是默认的浓度限值，帮助制剂生产商和其原辅料供应商对此进行讨论。【注—单个成分可能需要根据各论特定的减轻因素来制订不同于表中数值的限度。】
Table 2. Default Concentration Limits for Drug Substances and Excipients
表2 原料药和辅料中默许浓度限度
Element 元素Concentration
limits (ug/g) for
Oral Drug
Products with a
Maximum Daily
Dose of
口服最大剂量
≤10g/day
Concentration
limits (ug/g) for
Parenteral Drug
Products with a
Maximum Daily
Dose of
≤10g/day
注射
Concentration
limits (ug/g) for
Inhalational Drug
Products with a
Maximum Daily
Dose of
≤10g/day
吸入
Cadmium 镉 2.50.250.15
Lead 铅0.50.50.5
Inorganic arsenic 无机砷0.150.150.15
Inorganic mercury无机汞 1.50.150.15
Iridium 铱10 1.00.15
Osmium 锇10 1.00.15
Palladium 钯10 1.00.15
Platinum 铂10 1.00.15
Rhodium 铑10 1.00.15
Ruthenium 钌10010 1.5
Chromium 铬** 2.5
Molybdenum 钼10 1.025
Nickel 镍50 5.00.15
Vanadium 钒1001030
Copper 铜100107
* Not a safety concern. 无安全性问题
ANALYTICAL TESTING 分析测试
If, by validated processes and supply-chain control, manufacturers can demonstrate the absence of impurities, then further testing is not needed. When testing is done to demonstrate compliance, proceed as directed in general chapter Elemental Impurities—Procedures 233 , and minimally include As, Cd, Pd, and Hg in the Target Element evaluation.
如果生产商能通过采用经验证的工艺和供应商链控制，证明杂质不可能出现，则不需要进行进一步的测试。在为证明杂质符合规定而进行测试时，应根据《通论》中《元素杂质—检测方法233》要求进行，并在《目标元素评估》中必须包括砷、镉、铅和汞。
【译者注---此处原文为砷、镉、钯（Pd）和汞，但根据第一段介绍内容及“自然中普遍存在”的特性，应为“铅（Pb）”。】
This dietary supplement chapter is still under revision and appears online in PF 38(3)
[May-June 2012].
膳食补充剂章节仍在修订中，其修订内容可由在线PF38(3)【5-6月2012】查得。
Auxiliary Information – Please check for your question in the FAQs before contacting USP. Topic/Question Contact Expert Committee
General Chapter Kahkashan Zidi, Ph.D
Senior Scientific Liaison
1-301-816-8269(GCCA2010) General Chapters – Chemical Analysis
USP 36-NF31 Page 151 Pharmacopeial Forum: Volume No. 37(3)
本文出自一本很不好买的书，相当全面，偶然整理，希望对大家学习有帮助 —————————————————————— 有几位选手把我给气乐了，话说这段文章来自我爷爷的手抄本（不过现在老人家现在改复印了，挺时髦的），原书我没看到过所以不知道书名（我们有时候还是比较喜欢上世纪的老版书，比较严谨，实验室王老有本金相可是他老人家的宝贝，轻易不示人）。话说我码字是自娱自乐，目标受众也是学材料的同门，你们一帮连论文都没写过的大神忽然跳出来跟我这指责不尊重知识产权，真是好笑。想讨论问题，我欢迎，想骂人，出门左转菜市场。 —————————————————————— 为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼过程中加入的元素称为合金元素。常用的合金元素有铬，镍，钼，钨，钒，钛，铌，锆，钴，硅，锰，铝，铜，硼，稀土等。磷，硫，氮等在某些情况下也起到合金的作用。 (1)铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性。铬为不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。 铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。 含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。 （2）镍（Ni） 镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。一般地讲，对不需调质处理而在轧钢、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。据统计，每增加1%的镍约可提高强度29.4Pa。随着镍含量的增加，钢的屈服程度比抗拉强度提高的快，因此含镍钢的比可较普通碳素钢高。镍在提高钢强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小。对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提。镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。含镍3.5%的钢可在-100℃时使用，含镍9%的钢则可在-196℃时工作。镍不增加钢对蠕变的抗力，因此一般不作为热强钢的强化元素。 镍含量高的铁镍合金，其线胀系数随镍含量增减而显著变化，利用这一特性，可以设计和生产具有极低或一定线胀系数的精密合金、双金属材料等。
重金属各元素 砷 砷（As）是人体非必须元素，元素砷的度相较低而砷的化合物均有剧毒，三价砷化合物比五价砷化合物毒性更强，有机砷对人体和生物都有剧毒，砷通过呼吸道、消化道和皮肤接触人体。如摄入量超过排泄量，砷就会再人体的肝、肾、肺、子宫、胎盘、骨骼、肌肉等部位，特别是在毛发、指甲中蓄积，从而引起慢性砷中毒，潜伏期可长达几年甚至几十年。慢性砷中毒有消化系统症状、神经系统症状和皮肤病变等。砷还有至癌作用，能引起皮肤癌。砷危害植物作物的原因是由于砷阻碍了作物中水分的输送，使作物根以上的地上部分氮和水分的供给受到限制，造成作物枯黄。在一般情况下，土壤、水、空气、植物和人体都含有微量砷，对人体不会造成伤害。砷是我国实施排放总量控制的指标之一，砷的污染主要来源于采矿、冶金、化工、化学制药、农药生产、纺织、玻璃、制革等部门的工业废水。 测定砷的两个比色法，新银盐分光光度法和二乙氨基二硫代甲酸银光度法，其原理相同，具有类似的选择性。但新银盐分光光度法测定速度快、灵敏度高，适合于水和废水的测定，特别是对天然水样，而二乙氨基二硫代甲酸银光度法适合分析水和废水，但使用三氯甲烷，会污染环境。氢化物发生原子吸收法是将水和废水中的砷以氢化物形式吹出，通过加热产生砷原子，从而进行定量。样品采集后，用硫酸将样品酸化至pH<2保存，废水样品酸化至含酸达1％。现多以采用原子荧光法测定。 镉 镉（Cd）不是人体必须的元素，镉的毒性很大，它可通过食物链进入动物和人体，可以在人体内蓄积，主要蓄积在肾脏，引起泌尿系统的功能变化，镉在人体内形成镉硫蛋白，它与含羟基、氨基、巯基的蛋白质分子结合，影响酶的功能，导致蛋白尿和糖尿等；镉还能影响维生素Ｄ3的活性，使骨质疏松、萎缩、变形等。镉对植物的危害表现在其破坏叶绿素，从而降低光合作用，还能使花粉败育，影响植物生长、发育和繁殖。水中含镉0.1mg/L时，可轻度抑制地表水的自净作用。用含镉0.04mg/L的水进行农业灌溉时，土壤和稻米就会受到明显的污染。
了合金化而加入的合金元素，最常用的有硅、猛、珞、線、钳、鹄、帆，钛，锐、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。 1、硅在钢中的作用： （1）提高钢中固溶体的强度和冷加工硕化程度使钢的韧性和塑性降低。 （2）硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比，这是一般弹簧钢。（3）耐腐蚀性。硅的质量分数为15% — 20%的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层Si02薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。 缺点：（4）使钢的焊接性能恶化。 2、镭在钢中的作用 （1）镭提高钢的淬透性。 （2）镭对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。 （3）镭对钢的高温瞬时强度有所提高。 镭钢的主要缺点是，①含猛较高时，有较明显的回火脆性现象；②镭有促进晶粒长大的作用，因此镭钢对过热较敬感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钮、飢、钛等来克服：⑧当镭的质量分数超过1%时, 会使钢的焊接性能变坏，④镭会使钢的耐锈蚀性能降低。 3、珞在钢中的作用 （1）珞可提高钢的强度和硬度。 （2）珞可提高钢的高温机械性能。 （3）使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性 （4）阻止石墨化 （5）提高淬透性。 缺点：①辂是显著提高钢的脆性转变温度②辂能促进钢的回火脆性。4、W 在钢中的作用 （1）可提高钢的强度而不显著降低其韧性。 （2）银可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性。 （3）改善钢的加工性和可焊性。 （4）银可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐8 /I 蚀。 5、钮在钢中的作用 （1）铝对铁素体有固溶强化作用。 （2）提高钢热强性 （3）抗氢侵蚀的作用。 （4）提高钢的淬透性。 缺点：钮的主要不良作用是它能使低合金钳钢发生石墨化的倾向。6、钩在钢中的作用 （1）提高强度 （2）提高钢的高温强度。 （3）提髙钢的抗氢性能。
钢材中各元素对性能性的影响 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和 冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此 用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高 还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀； 此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢 含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就 算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度， 故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入 1.0－1.2%的硅， 强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀 性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具 有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低 钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢 中含锰0.30-0.50%,在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度， 提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点 高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性 能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，
使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求 钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降 低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性 能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改 善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐 磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐 腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍 对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但 由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬 钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高 温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发 生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以 抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化 晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18 镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。 10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶
各种元素在钢铁中的作用 钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe(铁)外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。 各种元素在钢铁中有什么作用 碳（Carbon) 存在于所有的钢材，是最重要的硬化元素。有助于增加钢材的强度，我们通常希望刀具级别的钢材拥有0.6%以上的碳，也成为高碳钢。 铬（Chromium) 增加耐磨损性，硬度，最重要的是耐腐蚀性，拥有13%以上的认为是不锈钢。尽管这么叫，如果保养不当，所有钢材都会生锈 锰（Manganese） 重要的元素，有助于生成纹理结构，增加坚固性，和强度、及耐磨损性。在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧，出现在大多数的刀剪用钢材中，除了A-2,L-6和CPM 420V。 钼（Molybdenum） 碳化作用剂，防止钢材变脆，在高温时保持钢材的强度，出现在很多钢材中，空气硬化钢（例如A-2,ATS-34）总是包含1%或者更多的钼,这样它们才能在空气中变硬。 镍（Nickle） 保持强度、抗腐蚀性、和韧性。出现在L-6\AUS-6和AUS-8中。 硅（Silicon） 有助于增强强度。和锰一样，硅在钢的生产过程中用于保持钢材的强度。 钨（Tungsten） 增强抗磨损性。将钨和适当比例的铬或锰混合用于制造高速钢。在高速钢M-2中就含有大量的钨。 钒（Vanadium） 增强抗磨损能力和延展性。一种钒的碳化物用于制造条纹钢。在许多种钢材中都含有钒，其中M-2，Vascowear，CPM T440V和420V A含有大量的钒。而BG-42与ATS-34最大的不同就是前者含有钒 按钢的用途分类 一、结构钢 （1)建筑及工程用结构钢简称建造用钢，它是指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其他工程上制作金属结构件的钢。 （2)机械制造用结构钢--是指用于制造机械设备上结构零件的钢。这类钢基本上都是优质钢或高级优质钢，主要有优质碳素结构钢、合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢等 根据含碳量和用途的不同﹐这类钢大致又分为三类﹕ 1. 小于0.25％C为低碳钢﹐其中尤以含碳低于0.10%的08F﹐08Al等﹐由于具有很好的深冲性和焊接性而被广泛地用作深冲件如汽车﹑制罐……等﹐20G则是制造普通锅炉的主要材料﹐此外﹐低碳钢也广泛地作为渗碳钢﹐用于机械制造业﹐ 2. 0.25～0.60％C为中碳钢﹐多在调质状态下使用﹐制作机械制造工业的零件。调质多少22~34HRC,能得到综合机械性能,也便于切削. 3. 大于0.6％C为高碳钢﹐多用于制造弹簧﹑齿轮﹑轧辊等﹐根据含锰量的不同﹐又可
钢中不可能除尽所有的杂质 在钢的冶炼过程中，不可能除尽所有的杂质，所以实际使用的碳钢中除碳以外，还含有少量的锰、硅、硫、磷、氧、氢、氮等元素，它们的存在，会影响钢的质量和性能。 ()一? 锰和硅的影响 ● 锰和硅是炼钢过程中必须加入的脱氧剂，用以去除溶于钢液中的氧。 ● 它还可把钢液中的FeO 还原成铁，并形成MnO 和2SiO 。 ● 锰除了脱氧作用外，还有除硫作用，即与钢液中的硫结合成MnS ，从而在相 当大程度上消除硫在钢中的有害影响。 ● 这些反应产物大部分进入炉渣，小部分残留于钢中，成为非金属夹杂物。 ● 脱氧剂中的锰和硅总会有一部分溶于钢液中，冷至室温后即溶于铁素体中， 提高铁素体的强度。 ● 此外，锰还可以溶入渗碳体中，形成()C Mn Fe 3, 锰和硅的固溶强化作用铁素体提高钢的强度和硬度 ● 锰对碳钢的机械性能有良好的影响，它能提高钢的强度和硬度，当含锰量不 高<0.8%时，可以稍微提高或不降低钢的塑性和韧性。 ● 锰提高强度的原因是它溶入铁素体而引起的固溶强化，并使钢材在轧后冷却 时得到层片较细、强度较高的珠光体，在同样含锰量和同样冷却条件下珠光体的相对量增加。 ● 硅溶于铁素体后有很强的固溶强化作用，显着提高钢的强度和硬度，但含量 较高时，将使钢的塑性和韧性下降。
()二? 硫的影响 来源： 硫是钢中的有害元素，它是在炼钢时由矿石和燃料带到钢中来的杂质。 存在形式： 从FeS 相图4.25可以看出，硫只能溶于钢液中，在固态铁中几乎不能溶解，而是以FeS 夹杂的形式存在于固态钢中。 热加工开裂即热脆： 1. 硫的最大危害是引起钢在热加工时开裂，这种现象称为热脆 2. 造成热脆的原因是由于FeS 的严重偏折 3. 即使钢中含硫量不算高，也会出现Fe+FeS 共晶 4. 钢在凝固时，共晶组织中的铁依附在先共晶相一铁晶体上生长，最后把FeS 留在晶界处，形成离异共晶。FeS Fe +共晶的熔化温度很低989度，而热加工的温度一般为1150~1250度，这时位于晶界上的FeS Fe +共晶已处于熔融状态，从而导致热加工时开裂 5. 如果钢液中含氧量也高，还会形成熔点更低的（940度）FeS FeO Fe ++三相共晶，其危害性更大 防止热脆的方法和原理： 防止热脆的方法是往钢中加入适当的锰。由于锰与硫的化学亲合力大于铁与硫的化学亲合力，所以在含锰的钢中，硫便与锰形成MnS ，避免了FeS 的形成。MnS 的熔点为1600度，高于热加工温度，并在高温下具有一定的塑性，故不会产生热脆。 在一般工业用钢中含锰量常为含硫量的5?10倍
铁、钢中各种添加元素的性能解析 一、生铁： 生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷和硫等元素。这些元素对生铁的性能均有一定的影响。 碳（C）：在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），主要存在于铸造生铁中，另一种是化合碳（碳化铁），主要存在于炼钢生铁中，碳化铁硬而脆，塑性低，含量适当可提高生铁的强度和硬度，含量过多，则使生铁难于削切加工，这就是炼钢生铁切削性能差的原因。石墨很软，强度低，它的存在能增加生铁的铸造性能。 硅（Si）：能促使生铁中所含的碳分离为石墨状，能去氧，还能减少铸件的气眼，能提高熔化生铁的流动性，降低铸件的收缩量，但含硅过多，也会使生铁变硬变脆。 锰（Mn）：能溶于铁素体和渗碳体。在高炉炼制生铁时，含锰量适当，可提高生铁的铸造性能和削切性能，在高炉里锰还可以和有害杂质硫形成硫化锰，进入炉渣。 磷（P）：属于有害元素，但磷可使铁水的流动性增加，这是因为硫减低了生铁熔点，所以在有的制品内往往含磷量较高。然而磷的存在又使铁增加硬脆性，优良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流动性，含磷量可达1.2%。 硫（S）：在生铁中是有害元素，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁化合成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性和减低铁液的流动性，顾含硫高的生铁不适于铸造细件。铸造生铁中硫的含量规定最多
不得超过0.06%（车轮生铁除外）。 二、钢： 钢除含碳以外，还含有少量锰(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧（O）、氮（N）和氢（H）等元素。这些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。这些杂质对钢性能是有一定影响，为了保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都作了严格的规定。 硫：硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭。它是钢中的一种有害元素。硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，FeS和 Fe形成低熔点(985℃)化合物。而钢材的热加工温度一般在1150～1200℃以上，所以当钢材热加工时，由于 FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为“热脆”。含硫量愈高，热脆现象愈严重，故必须对钢中含硫量进行控制。高级优质钢：S＜0.02%～0.03%；优质钢：S＜0.03%～0.045%；普通钢：S＜0.055%～0.7%以下。 磷：磷是由矿石带入钢中的，一般说磷也是有害元素。磷虽能使钢材的强度、硬度增高，但引起塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时，它使钢材显著变脆，这种现象称"冷脆"。冷脆使钢材的冷加工及焊接性变坏，含磷愈高，冷脆性愈大，故钢中对含磷量控制较严。高级优质钢： P＜0.025%；优质钢： P＜0.04%；普通钢： P＜0.085% 锰：锰是炼钢时作为脱氧剂加入钢中的。由于锰可以与硫形成高熔点(1600℃)的 MnS，一定程度上消除了硫的有害作用。锰具有很好的脱氧能力，能够与钢中的FeO成为MnO进入炉渣，从而改善钢的品
钢铁中常见元素存在的影响 1、碳 碳是钢铁中重要元素，它对钢铁的性能起决定性作用，由于碳的存在，才能对钢进行热处理，才能调节和改变其机械性能，碳含量高时，脆性和硬度增大，含碳低的钢韧性较好；在决定钢的品级时，往往注意到碳的含量，对碳的测定来说，炉前比炉后分析更有意义。钢中碳主要以Fe3C状态及合金元素的碳化物状态而存在，例如Mn3C、Cr3C、WC、W2C、VC等，这些统称化合碳；在铁中碳大部分呈铁的固溶体，如无定形碳、退火碳、石墨碳等，统称游离碳。碳化铁不溶于冷的和稀的非氧化性酸（硫酸、盐酸），大部分碳化物以黑色或深褐色的沉淀而沉降下来。大多数合金元素的碳化物难溶于酸内，为使其完全溶解，需采取适当的措施，例如： A）在加热的情况下，将钢样用盐酸或硫酸处理，直至金属部分完全溶解，然后小心加入硝酸使碳化物破坏； B）钢样内如含有稳定的碳化物时，在用硝酸氧化之前，先行蒸发至冒硫酸烟，而后加入硝酸； C）如钢中含有极稳定的碳化物，用上述方法不能溶解时，可将钢样用热盐酸或硝酸处理，然后与高氯酸一起在高氯酸蒸发温度下（约200度）加热，这时全部碳化物即会分解； 2、硫 以硫化物状态存在于钢中，它易使钢产生热脆，使钢的机械性能降低，同时对钢的耐蚀性、可焊性也不利，故硫也是钢中有害元素之一；普通钢中硫不超过0.05%，优质结构钢、工具钢中不超过0.04或0.03%，高级优质钢不超过
0.02%，但在易切削钢与高锰钢中可以高些；硫在钢中易偏析，因此取样时要注意代表性，硫化物在1250~1350度通氧燃烧生成SO2气体； 3、硅 在钢中主要以固溶态存在，主要以Fe2Si、FeSi或更复杂的化合物FeMnSi存在，硅和氧的亲和力仅次于铝和钛，而强于铬、锰、钒，在炼钢过程中，用作还原剂和脱氧剂。硅能增强钢的抗张力、弹性、耐酸性和耐热性，又能增大钢的电阻系数，故钢中硅一般不小于0.1；作为合金元素，一般不低于0.6%；耐酸耐热钢及弹簧钢中硅较高，而硅钢含硅量可高达4%以上； 4、锰 在钢中主要以MnS状态存在，锰在冶炼钢铁过程中通常作为脱硫剂和脱氧剂而特意加入，锰和硫作用可防止热脆，从而提高钢的可锻性；在钢中一般含量为0.3~0.8%，含量超过0.8%即为锰合金钢，在生铁中一般为0.5~2%。高锰钢可达到13~15%，锰可溶于稀酸中，生成二价锰离子。锰含量高时在低酸度解质中遇强氧化剂易产生棕色混浊，二是含量高使溶液中其他元素的氧化难于完全，如在高锰钢中的磷； 5、磷 在钢中主要以固溶态及磷化物(Fe2P、Fe3P等)状态存在，常呈析离状态，Fe3P是一种很硬的物质，易发生冷脆现象，从而影响钢的锻接；磷是钢中有害元素之一，一般含量在0.06%以下，优质钢在0.04或0.03以下，特殊情况也有0.1%以上（如易切削结构钢）；钢中绝大部分磷化物能溶于酸，但在用非氧化性酸溶解会以PH3逸出，在氧化性酸中，则生成H3PO4及H3PO3，因此在
简述几种常见合金元素在钢中的主要作用 为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼 过程中加入的元素称为合金元素。常用的合金元素有铬，镍，钼，钨，钒，钛，铌，锆，钴，硅，锰，铝，铜，硼，稀土等。磷，硫，氮等在某些情况下也起到合金的作用。 (1)铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性。铬为不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。 铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。 含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。 （2）镍（Ni） 镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。一般地讲，对不需调质处理而在轧钢、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。据统计，每增加1%的镍约可提高强度。随着镍含量的增加，钢的屈服程度比抗拉强度提高的快，因此含镍钢的比可较普通碳素钢高。镍在提高钢强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小。对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提。镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。含镍%的钢可在-100℃时使用，含镍9%的钢则可在 -196℃时工作。镍不增加钢对蠕变的抗力，因此一般不作为热强钢的强化元素。 镍含量高的铁镍合金，其线胀系数随镍含量增减而显著变化，利用这一特性，可以设计和生产具有极低或一定线胀系数的精密合金、双金属材料等。 此外，镍加入钢中不仅能耐酸，而且也能抗碱，对大气及盐都有抗蚀能力，镍是不锈耐酸钢中的重要元素之一。 （3）钼（Mo）
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。 12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。 13、钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。 14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。 15、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削
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KaziT G，Jamali M K，Kazi G H，et al．Anal Bioanalhem，2005，383: 297 叶宏萌，袁旭音，赵静．中国环境科学，2012，( 10) : 1853 Davidson C M，Duncan A L，Littlejohn D，et al．AnalChim Acta，1998，363: 45
钢铁中五大元素的作用与危害及其分析方法 作者：刘张50905022010 应化2班 钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe(铁)外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。钢铁生产流程包括：矿山开采→选矿→烧结→炼铁→炼钢→连铸→轧钢等。 钢铁工业是最重要的基础工业，是其他工业发展的物质基础。有了钢铁，就使得中国国民经济的技术改造成为可能。同时，钢铁工业的发展也有赖于煤炭工业、采掘工业、冶金工业、动力、运输等工业部门的发展。由于钢铁工业与其他工业的关系十分密切，因此许多国家都把发展钢铁工业放在十分重要的地位，并把这种发展与国民经济各部门的发展互相协调起来，保持正常的比例关系。针对此块精英人才，也是目前我国最稀缺的。 五大元素是特指钢铁中的碳、硫、硅、磷、锰五种元素。 五大元素各个化学元素对钢的性能有以下的影响：1、碳(C) 碳是钢铁的主要成分之一它直接影响着钢铁的性能。碳是区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。碳是对钢性能起决定作用的元素。碳在钢中可作为硬化剂和加强剂，正是由于碳的存在，才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能，钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。2、硅(Si)：由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入，在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。3、锰(Mn)：少量由原料矿石中引入，主要是在冶炼钢铁过程中作为脱硫脱氧剂有意加入，钢铁中主要以MnS状态存在，如S含量较低，过量的锰可能组成MnC、MnSi、FeMnSi等，成固熔体状态存在，在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。4、磷(P)：由原料中引入，有时也为了特殊需要而有意加入，以Fe2P或Fe3P状态存在，在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。5、硫(S)：主要由焦炭或原料矿石引入钢铁，主要以MnS或FeS状态存在，硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 检测钢铁中碳、硫、锰、磷、硅五大元素的方法：碳元素采用气体容量法硫元素采用碘量法锰元素采用银盐--过硫酸铵氧化光度法。磷元素采用氟化钠--氯化亚锡钼蓝光度法硅元素采用亚铁还原--硅钼蓝光度法钢铁中碳、硫、锰、磷、硅五大元素测量范围：C：0.020～6.000%；S：0.0030～2.000%；Mn：0.010～20.500% ；P：0.0005～1.0000%；Si：0.010～18.000%。
1 常存杂质元素对钢材性能的影响 钢除含碳以外，还含有少量锰(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧（O）、氮（N）和氢（H）等元素。这些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。这些杂质对钢性能是有一定影响，为了保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都作了严格的规定。 1）硫 硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭。它是钢中的一种有害元素。硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，FeS和Fe形成低熔点(985℃)化合物。而钢材的热加工温度一般在1150～1200℃以上，所以当钢材热加工时，由于FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为“热脆”。含硫量愈高，热脆现象愈严重，故必须对钢中含硫量进行控制。高级优质钢：S＜0.02%～0.03%；优质钢：S＜0.03%～0.045%；普通钢：S＜0.055%～0.7%以下。 2）磷 磷是由矿石带入钢中的，一般说磷也是有害元素。磷虽能使钢材的强度、硬度增高，但引起塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时，它使钢材显著变脆，这种现象称"冷脆"。冷脆使钢材的冷加工及焊接性变坏，含磷愈高，冷脆性愈大，故钢中对含磷量控制较严。高级优质钢：P＜0.025%；优质钢：P＜0.04%；普通钢：P＜0.085%。 3）锰 锰是炼钢时作为脱氧剂加入钢中的。由于锰可以与硫形成高熔点(1600℃)的MnS，一定程度上消除了硫的有害作用。锰具有很好的脱氧能力，能够与钢中的FeO成为MnO进入炉渣，从而改善钢的品质，特别是降低钢的脆性，提高钢的
强度和硬度。因此，锰在钢中是一种有益元素。一般认为，钢中含锰量在0.5%～0.8%以下时，把锰看成是常存杂质。技术条件中规定，优质碳素结构钢中，正常含锰量是0.5%～0.8%；而较高含锰量的结构钢中，其量可达0.7%～1.2%。 4）硅 硅也是炼钢时作为脱氧剂而加入钢中的元素。硅与钢水中的FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去，因此硅是一种有益的元素。硅在钢中溶于铁素体内使钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。镇静钢中的含硅量通常在0.1%～0.37%，沸腾钢中只含有0.03%～0.07%。由于钢中硅含量一般不超过0.5%，对钢性能影响不大。 5）氧 氧在钢中是有害元素。它是在炼钢过程中自然进入钢中的，尽管在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。氧在钢中以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夹杂形式，使钢的强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。 6）氮 铁素体溶解氮的能力很低。当钢中溶有过饱和的氮，在放臵较长一段时间后或随后在200～300℃加热就会发生氮以氮化物形式的析出，并使钢的硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。钢液中加入Al、Ti或V进行固氮处理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除时效倾向。 7）氢 钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。白点常在轧制的厚板、大锻件中发现，在纵断面中可看到圆形或椭圆形的白色斑点；在横断面上则是细长的发丝
重金属的危害特性及重金属分析方法原理介绍 一、重金属的危害特性 从环境污染方面所说的重金属，实际上主要是指汞、镉、铅、铬、砷等金属或类金属，也指具有一定毒性的一般重金属，如铜、锌、镍、钴、锡等。我们从自然性、毒性、活性和持久性、生物可分解性、生物累积性，对生物体作用的加和性等几个方面对重金属的危害稍作论述。 （一）自然性： 长期生活在自然环境中的人类，对于自然物质有较强的适应能力。有人分析了人体中60多种常见元素的分布规律，发现其中绝大多数元素在人体血液中的百分含量与它们在地壳中的百分含量极为相似。但是，人类对人工合成的化学物质，其耐受力则要小得多。所以区别污染物的自然或人工属性，有助于估计它们对人类的危害程度。铅、镉、汞、砷等重金属，是由于工业活动的发展，引起在人类周围环境中的富集，通过大气、水、食品等进入人体，在人体某些器官内积累，造成慢性中毒，危害人体健康。 （二）毒性： 决定污染物毒性强弱的主要因素是其物质性质、含量和存在形态。例如铬有二价、三价和六价三种形式，其中六价铬的毒性很强，而三价铬是人体新陈代谢的重要元素之一。在天然水体中一般重金属产生毒性的范围大约在1～10mg/L之间，而汞，镉等产生毒性的范围在0.01～ 0.001mg/L之间。 （三）时空分布性： 污染物进入环境后，随着水和空气的流动，被稀释扩散，可能造成点源到面源更大范围的污染，而且在不同空间的位置上，污染物的浓度和强度分布随着时间的变化而不同。 （四）活性和持久性： 活性和持久性表明污染物在环境中的稳定程度。活性高的污染物质，在环境中或在处理过程中易发生化学反应，毒性降低，但也可能生成比原来毒性更强的污染物，构成二次污染。如汞可转化成甲基汞，毒性很强。与活性相反，持久性则表示有些污染物质能长期地保持其危害性，如重金属铅、镉等都具有毒性且在自然界难以降解，并可产生生物蓄积，长期威胁人类的健康和生存。 （五）生物可分解性： 有些污染物能被生物所吸收、利用并分解，最后生成无害的稳定物质。大多数有机物都有被生物分解的可能性，而大多数重金属都不易被生物分解，因此重金属污染一但发生，治理更难，危害更大。 （六）生物累积性： 生物累积性包括两个方面：一是污染物在环境中通过食物链和化学物理作用而累积。二是污染物在人体某些器官组织中由于长期摄入的累积。如镉可在人体的肝、肾等器官组织中蓄积，造成各器官组织的损伤。又如1953年至1961年，发生在日本的水俣病事件，无机汞在海水中转化成甲基汞，被鱼类、贝类摄入累积，经过食物链的生物放大作用，当地居民食用后中毒。 （七）对生物体作用的加和性： 多种污染物质同时存在，对生物体相互作用。污染物对生物体的作用加和性有两类：一类是协同作用，混合污染物使其对环境的危害比污染物质的简单相加更为严重；另一类是拮抗作用，污染物共存时使危害互相削弱。 二、重金属的定量检测技术
人体内重金属元素的危害及检测方法 （山东大学化学与化工学院2010级化学基地班耿轶峥 201000112008） 一、选定课题的简要说明： 近年来，随着我国工业化快速发展，大气、水土的污染形势日益严峻，人体中金属含量超标已经越来越多的在各地发生，其对人体造成的危害不容无视，如铅毒症、水俣病等。这些中毒症状往往会给人体带来严重的永久性损伤，进而导致残疾甚至死亡。因而，只有了解重金属以及其摄入过多的症状，才能有效防范重金属中毒。 由于危害人体健康的重金属含量极低，常规检查不易查出，一旦查出时往往已经出现严重的并发症，研制灵敏度更高、准确度更好、速度更快的检测方法便是现阶段追求的目标，本文将例举集中常用的测定重金属元素的检测方法。 二、信息检索说明： 1 检索关键词：重金属、人体、危害 2 检索工具和数据库： 2．1 中国期刊全文数据库 2．2 万方数据系统 三、综述： 以上检索共查找到了相关文献85篇，另外又对比参考了各个数据库推荐的相似文献，其中重点参考了中国期刊全文数据库中的20余篇文章。在经过对其的学习和理解并通过自己的总结及相应参考后，现将该课题内容和自己的启示心得综述如下。 摘要对什么是重金属目前尚无严格的定义，化学上跟据金属的密度把金属分成重金属和轻金属，常把密度大于4.5g/cm3的金属称为重金属。如：金、银、铜、铅、锌、镍、钴、铬、汞、镉等大约45种。从环境污染方面所说的重金属是指：汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属。对人体毒害最大的有5种：铅、汞、铬、砷、镉。这些重金属在水中不能被分解，人饮用后毒性放大，与水中的其他毒素结合生成毒性更大的有机物或无机物。通常认可的重金属分析方法有：微谱分析（MS）、紫外可分光光度法（UV）、原子吸收法（AAS）、原子荧光法（AFS）、电感耦合等离子体法（ICP）、X荧光光谱（XRF）、电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）。 目录
钢中五种有害的元素是指：Pb-铅，Sn-锡，As-砷，Sb-锑，Bi-铋， 1. Pb-铅 周期系第Ⅳ A族元素，原子序数82，原子量270.2，熔点327.5℃，沸点1740℃，密度11.34g/cm3,银灰色重金属，质柔软。钢中残余铅极微，因绝大部分铅在冶炼过程中以蒸汽逸出钢液。由于铅和铁不生成固熔体，一般它是以微小的球状形态而存在于钢中，易发生偏析，对钢的性质有一定不良影响，铅能使钢的塑性略有降低，使钢的冲击值有较大降低。如因特殊用途则是在浇注过程中加入，钢中含少量铅可改善钢的切削加工性能。 2. Sn-锡 周期系第Ⅳ A族元素，原子序数50，原子量118.69，有白锡，灰锡，脆锡三种同素异构体，密度：白锡7.28 g/cm3,灰锡5.75 g/cm3,，脆锡6.32-6.56g/cm3,熔点：白锡231.88℃， 灰锡231.99℃，脆锡231.99℃。沸点：白锡2260℃，灰锡2270℃，脆锡2260℃。 锡可大大降低钢及合金的高温机械性能，对钢的加工性能也十分有害。在钢中加入少量锡时能提高钢的耐腐蚀性，其强度也有一定提高，而对塑性却影响不大。 3. As-砷 周期系Ⅴ A族元素，原子序数33，原子量74.92，俗名砒，有灰，黄，黑三种同素异构体，密度5.727 g/cm3，熔点717℃，613℃升华。 砷在钢中常以Fe 2As,Fe 3 As 2 ,FeAs及固溶体形式存在，易发生偏析现象，砷与磷， 锑同族，对钢性能影响有类似之处，砷能提高钢的抗拉强度和屈服点，增强抗腐蚀和抗氧化性能，但砷含量较高时（如大于0.2%），则使钢的脆性增加，延伸率，断面收缩率及冲击韧性降低，并影响焊接。 4. Sb-锑 周期系Ⅴ A族元素，原子序数51，原子量121.8，密度6.684g/cm3, 熔点630.74℃，沸点1750℃，锑对钢的性质有恶劣影响，一般使钢的强度降低，脆性增加，但如在钢中加入一定量的锑，会不同程度的提高钢的抗腐蚀能力及耐磨性。 5. Bi-铋 周期系Ⅴ A族元素，原子序数83，原子量208.98，密度9.8g/cm3, 熔点271.4℃，沸点1560±5℃，由于铋在钢中含量几乎不熔，在冶炼过程中，绝大部分以蒸汽逸出，故铋在钢中含量极微。它易偏析于晶间，相间，它在晶间浓度甚至可为在合金整体浓度的8100倍，它的存在因而引起钢的脆性，它能使不锈钢热态韧性降低，如含铋量较多，还会降低钢的塑性，影响钢的高温强度，致使不锈钢挤压材产生裂纹。如作特殊用途加入少量铋入钢中，则可显著改善钢的切削加工性能。