张婉莹钢铁中五大元素
张婉莹-钢铁中五大元素
钢铁中五大元素
五大元素就是钢铁中最重要的也就是最基本的元素，五大元素的含量直接影响金属的
性能和牌号，所以检测五大元素尤为重要。以下就是五大元素的促进作用和检验依据：一、钢铁中碳的促进作用与分析
碳元素是钢铁中区分钢或铁的主要依据，含碳量大于1.7%的是生铁，含碳量在
0.2~1.7%的称为钢，含碳小于0.2%的称作低碳钢。碳在钢铁中有的以固溶体状态存在，有的生成碳化物（mn3c、wc、moc、cr3c2等）。碳的含量直接影响钢的性能，当碳含量高时钢的硬度和强度增加，但是其熔点、塑性和延展性降低，使钢难于加工。生铁的强度和硬
度随化合碳的增加而增高。分析方法：
冷却-气体容积法就是目前国内外广为使用的标准方法。本法成本低，存有较低的准
确度，测得结果就是总碳量的绝对值。其缺点就是建议有较娴熟的操作方式技巧，分析时
间较长，对低碳试样测量误差很大。方法原理:
试样在1150～1250℃的高温o2气流中燃烧，钢铁中的碳被氧化生成co2:
c+o2=co2
4fe3c+13o2=4co2+6fe2o3
mn3c+3o2=co2+mn3o3fes+5o2=fe3o4+3so23mns+5o2=mn3o4+3so2
生成的co2与过剩的o2经导管引入量气管，测定容积，然后通过装有koh溶液的吸
收器，吸收其中的co2co2十2koh=k2co3十h2o剩余的o2再返回量气管中，根据吸收前
后容积之差，得到co2的容积，据此计算出试样中碳的质量分数。
二、钢铁中硫的促进作用与分析
硫在钢中是一种有害元素。硫在钢铁中以mns、fes状态存在。fes的熔点低，最后凝固，夹杂于钢铁的晶格之间。当加热压制时，fes熔融，钢铁的晶粒失去连接作用而碎裂。硫的存在所引起的这种“热脆性”严重影响钢铁的性能。因此国家标准规定碳素钢中硫含
量不得超过0.05%，优质钢中含硫量应不超过0.02%。分析方法：
硫的测定方法很多。经典的硫酸钡重量法用作测量低硫试样。冷却―滴定法具备直观、快速、精确及适应环境范围广的特点，被广为使用，它也就是国内外的标准方法。
燃烧―滴定法中的燃烧―碘酸钾容量法：将钢铁试样于1250～1300℃的高温下通氧燃烧，使硫全部转化为二氧化
硫，将分解成的二氧化硫用淀粉溶液稀释，用碘酸钾标准溶液电解至浅蓝色为终点:
燃烧：3fes+5o2=fe3o4+3so23mns+5o2=mn3o4+3so2吸收：so2+h2o=h2so3
电解：
kio3+5ki+6hcl=3i2+6kcl+3h2oh2so3+i2+h2o=h2so4+2hih2so3+i2+h2o=h2so4+2hi
燃烧-碘量法的最大缺点是回收率不高，为防止测定结果偏低，一般是采用与试样成分、含量相近的标准样品，按分析操作步骤标定标准溶液浓度，以减小误差。
三、钢铁中磷的促进作用与分析
磷元素在钢铁中以固溶体磷化物存在，有时呈磷酸盐夹杂形式存在。磷在钢中可以提
高钢的抗拉强度和耐大气腐蚀作用，改善钢的切削加工性能。但磷在钢中是一种有害元素。它能使钢铁产生“冷脆性”，fe3p质硬，降低钢铁的塑性和韧性，降低力学性能，影响钢件的使用寿命。分析方法
磷钼蓝光度法：在酸性溶液中，磷酸与钼酸分解成黄色的磷钼卤多酸，可以被硫酸亚铁、二氯化锡、抗坏血酸、硫酸肼等转换成蓝色的磷钼蓝，反应方程式如下：
h3po4+12h2moo4=h7[p(mo2o7)6]+10h2o
h7[p(mo2o7)6]+4feso4+2h2so4=h7pmo12o38+2fe2(so4)3+h2o
钢铁中磷的测定方法有重量法、滴定法、光度法。一般是使磷转化为磷酸，在与钼酸
铵反应生成磷钼酸，在此基础上可用重量法、酸碱滴定法、磷钼蓝光度法进行测定。
四、钢铁中硅的促进作用与分析
硅元素是钢中有益元素，能增强钢的硬度、弹性及强度，提高抗氧化能力及耐酸性、
耐腐蚀性，并能促使c以游离态石墨状态，使钢富于流动性，易于铸造，同时它又是钢的
有效脱氧剂。硅在钢中主要以fesi、mnsi、femnsi存在。在高碳硅钢中，一部分以sic
存在，也有时形成固熔体或硅酸盐.但硅含量过高使钢塑性和韧性降低。分析方法
光度法：硅的光度分析方法中，以硅钼卤多酸光度法的研究和应用领域最为广为。测
量原理就是：在一定的酸度下，硅酸与钼酸分解成黄色硅钼卤多酸h8[si(mo2o7)6],可以
用作光度法测量硅。若用还原剂进一步将其转换成平均价为+5.67价的硅钼蓝，一般会用
光度测量硅，而且更灵敏、更平衡。反应式如下：
h4sio4+12h2moo4=h8[si(mo2o7)6]+10h2o硅钼徐可以被硫酸亚铁等进一步还原成为硅钼蓝： h8[si(mo2o7)6]+2c6h8o6=h8[simo12o38]+2c6h6o6+2h2o五、钢铁中锰的作用与分析
锰元素就是金属中关键的合金元素之一，锰就是较好的脱氧剂和脱硫剂，能够减少由
于硫所引发的热脆性，然后提升钢的热加工性能，提升钢的可以锻性。减少锰的含量，可
以提升钢的强度和硬度。作为合金，过量的锰可以并使钢晶粒粗化，减少淬火脆敏性，减
少钢的塑性和韧性。钢铁中主要以mns状态存有，如s含量较低，过量的锰可能将共同组成mn3c、mnsi、femnsi等，Haon熔体状态存有。分析方法
钢铁中锰含量的分析通常采用滴定法和光度法。前者可用硝酸银(酸性条件)定量将锰氧化成三价，用硫酸亚铁钱标准滴定溶液滴定。还可以用过硫酸铵将锰氧化成七价，以亚砷酸钠-亚硝酸钠标准滴定溶液滴定。后者常用高碘酸钾将锰氧化成七价后，进行光度测定。
综上所述：
c是确定钢铁型号及用途→主要指标si、mn直接影响钢铁性能→控制一定量s、p有害成分→严格降至一定量
因此，对于生铁和碳素钢：c、si、mn、s、p等五种元素的含量就是冶金或机械工业化验室日常生产掌控的关键指
标，对钢铁的生产等具有重要意义。
钢铁中的元素（除铁外）可简单分为两大类：五大元素和稀少元素。五大元素即指碳、硅、锰、硫、磷；稀少元素主要指氮、氢、氧等气体元素和合金元素。当然所有元素都可能影响钢料的生产、制造及其性质，元素间也可能彼此影响。另外，某元素对某一钢种有益，但在另外一种钢种中就可能有害。下面简要介绍下五大元素对钢性能的影响： 1、碳碳是影响钢的组织和性能的主要元素。在钢中碳主要以渗碳体的形式存在。当钢的含碳量≤1.0％时，随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，而塑性和韧性不断下降。这是因为在以铁素体（ferrite）为基体的钢中，层片状渗碳体起着强化作用，钢中珠光体(pearlite)含量愈多，则强度和硬度愈高（张万昌，2000）。炼钢厂所生产的极低碳钢(IF钢，Interstitial Free 钢)，是在炼钢过程中加入铌和钛元素以制约碳元素的形成，这种极低碳钢超深冲性良好，主要用于汽车工业。在冷轧厂中最常见的卷板低碳钢为碳含量0.08％的SAE1008钢种，作为各大产业产品用钢的原料。但是，当钢中含碳量>1.0％以后、钢中出现网状渗碳体，这时钢的硬度虽随着含碳量的增加而不断提高，却导致钢的强度下降。钢中含碳量愈多，渗碳体网愈严重，网的厚度也越大。所以高碳钢的性能硬而脆，仅作工具用。 2、硅硅是在钢冶炼生产过程中由原料（铁矿石、废钢铁、脱氧剂等）所带入的(王章忠，2001)，硅溶于α－Fe中形成固溶体，提高钢的强度和硬度。所以，硅是钢中的有益元素，在钢中硅的含量<0.5％（张万昌，2000）。但是在一般具有无氧化炉（NOF）的连续退火线的热浸镀锌厂中，所使用的低碳钢(冷轧板)，其硅成分一般为0.03％max,最好不得超过0.04％，否则钢带进入460℃左右的锌槽之后，无法取得良好的着锌状态。 3、锰锰是在钢冶炼生产过程中由原料（铁矿石、废钢铁、脱氧剂等）所带入的，锰溶于α－Fe和渗碳体中使钢的强度和硬度提高，此外锰和硫化合成MnS，可以减轻硫对钢的危害，所以锰也是钢中的有益元素（张万昌，2000）。在钢中锰的含量<0.8%。但是在一般具有无氧化炉（NOF）的连续退火线的热浸镀锌厂中，所使用的商业级低碳钢(冷轧板)，其锰成分最好不得超过0.35％。但是，高强度低碳钢（如JIS G3101 SS400），其锰成分最好不得超过1.0％。 4、硫硫是在炼钢时由矿石和燃料带到钢中的，在钢中硫常以FeS形式存在，FeS与铁形成低熔点共晶（熔点985ºC），当钢材在轧制或锻造时（加热温度为800－1250ºC）,沿着晶界分布的低熔点共晶已呈熔融状态，消弱了晶粒之间的连接，会造成钢材开裂。这种现象叫热脆性。它是钢中的有害元素（张万昌，2000）。高炉厂的炼铁、炼钢过程中，在鱼雷车中遵循“高温脱硫、低温脱磷”的原则进行脱硫，使钢中含硫量不超过0.05％。但是在一般具有无氧化炉（NOF）的连续退火线的热浸镀锌厂中，所使用的低碳钢，其硫成分最好不得超过0.035％。
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
钢的五大元素 引言 钢是一种重要的金属材料，广泛应用于建筑、交通、机械制造等领域。它具有优异的力学性能和耐腐蚀性，被誉为现代工业文明的基石之一。钢的组成主要包括铁和碳，但除此之外，还存在着其他几个重要的元素对钢材的性能产生着深远影响。这些元素被称为钢的五大元素，分别是碳、硅、锰、磷和硫。 本文将详细介绍每个元素在钢中的作用及其对钢材性能的影响。 1. 碳（C） 碳是构成钢材最重要的元素之一，它可以通过控制含碳量来调节钢材的硬度和强度。在低碳钢中，碳含量通常在0.05%以下；而高碳钢中，碳含量可以达到0.6%以上。 •硬度：增加碳含量可以提高钢材的硬度。这是因为碳原子可以在晶格中形成固溶体，并增加晶格间距离，使得晶体结构更加紧密，从而增加了钢材的硬 度。 •强度：碳的存在可以增加钢材的强度。碳原子可以与铁原子形成固溶体，并生成强化相，如Fe3C（渗碳体），从而增加钢材的强度。 •韧性：适量的碳含量可以提高钢材的韧性。过高或过低的碳含量都会降低钢材的韧性。 2. 硅（Si） 硅是一种常见的合金元素，在钢中起到多种作用。 •脱氧剂：硅可以作为脱氧剂，与氧反应生成SiO2，有效地除去钢中的氧化物。这有助于提高钢材的纯净度和耐蚀性。 •弥散剂：硅能够与其他合金元素形成固溶体，改善晶界结构，提高钢材的强度和韧性。 •抑制晶粒长大：适量添加硅可以抑制晶粒长大，细化晶粒尺寸，从而提高钢材在高温下的力学性能。 3. 锰（Mn） 锰是一种重要的合金元素，在钢中起到多种作用。 •强化剂：锰能够与铁形成固溶体，并生成强化相，如MnS（硫化锰）和Mn3N （氮化锰），从而提高钢材的强度和硬度。 •脱氧剂：锰可以作为脱氧剂，与氧反应生成MnO，有效地除去钢中的氧化物。 这有助于提高钢材的纯净度和耐蚀性。
钢铁中所含元素在钢铁应用的作用 2008-11-12 15:20 1、磷（P）：使钢产生冷脆和降低钢的冲击韧性；但可改善钢的切削性能。 2、硅（Si）：能增加钢的强度、弹性、耐热、耐酸性及电阻系数等。冶炼中的脱氧剂能增加钢的过热和脱碳敏感性。 3、锰（Mm）：能提高钢的强度和硬度及耐磨性。冶炼时的脱氧剂和脱硫剂。 4、铬（Cr）：能增加钢的机械性能和耐磨性，可增大钢的淬火度和淬火后的变形能力。同时又可增加钢的硬度、弹性、抗磁力和抗强力，增加钢的耐蚀性和耐热性等。 5、镍（Ni）：可以提高钢的强度、韧性、耐热性、防腐性、抗酸性、导磁性等。增加钢的淬透性及硬度。 6、钒（V）：可赋于钢的一些特殊机械性能：如提高抗张强度和屈服点，明显提高钢的高温强度。 7、钛（Ti）：可防止和减少钢中气泡的产生，提高钢的硬度、细化晶粒、降低钢的时效敏感性、冷脆性和腐蚀性。 8、铜（Cu）：一般如P、S一样是残留有害元素。Cu的存在会降低钢的机械性能，破坏钢的焊接性能，会使钢在锻轧等加工时产生热脆性。钢中加入一定量的Cu，可提高钢的退火硬度，降低成本。若含Cu 0.15～0.25%时，可使钢的耐大气腐蚀的性能。 9、铝（Al）：（1）低碳结构钢中 0.5～1%的Al有助于增加钢的硬度和强度；（2）铬钼钢和铬钢中含Al可增加其耐磨性；（3）高碳工具钢中Al的存在可使产生淬火脆性。10、钨（W）：可提高钢的蠕变强度，又是钢中碳化物的强促进剂，每1%的W可提高钢的抗张强度和屈服点4＆#215;9.8N/cm2,并使其具有回火稳定性和高温强度。 11、钼（Mo）：可增加钢的强度又不致降低钢的可塑性和韧性，同时又能使钢在高温下具有足够的强度，能改善钢的冷脆性和耐磨性等。 12、钴（Co）：可以提高和改善钢的高温性能，增加其红硬性，提高钢的抗氧化性和耐蚀性能等。 13、铌（Nb）：可使钢的晶粒细化，降低钢的过热敏感性及回火脆性；改善钢的焊接性能，提高耐热钢的强度和抗蚀性等。 14、钽（Ta）：提高钢的质量及机械性能，提高合金的熔点、高温强度、碳化物及γ相的稳定性。 15、锆（Zr）: 冶炼过程中的除氧、硫、磷剂，Zr、Hf能提高钢的强度与硬度，尤其是钢的持久强度及改善钢的焊接性能。 16、稀土（Re）:是很好的脱氧、脱硫剂。能消除或见减弱钢中许多有害元素的影响，改善钢的质量。在不锈耐热钢中加入Re可改善钢的热加工性能，结构钢中加入Re可提高其塑性及韧性。 17、硼（B）：钢中的“维生素“。能成倍地增加淬火性；增加钢的硬度和抗张力；改善钢的焊接性能等。低碳钢中加入0.1～4.5%的B，有吸收中子的功能。 18、钙（Ca）：可以提高钢的强度及切削性能。冶炼过程中的净化剂。（除氧、硫、磷等）常见元素在钢中的作用 在钢材中添加不同的元素,可以使钢产生多种类型的产品,下面是一些元素对钢起的作用的介绍. （1）碳；含碳量越高，钢的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差.相反,含炭量越低,钢的硬度就越低,但其塑性和韧性就越好. （2）硫；含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性．所以说硫是钢中的有害杂物，
钢铁中猛的分析 一．概述： 锰几乎存在于一切钢铁中，是常见的“五大元素”之一，也是重要的合金元素。锰在钢铁中以MnS，Mn3C少量MnSi，FeMnSi，氧化物及氮氧化物等存在。锰和氧，硫有较强的化合能力，为良好的脱氧剂和脱硫剂，能降低钢的热脆性，提高热加工性能。锰固溶于钢铁中，以高硬度和强度，淬透性。作为一种合金元素，锰的加入亦有不利的一面：锰含量过高，有使钢晶粗话倾向，并增加钢的回火脆敏感性。在主贴生产中，锰过高时，缩孔倾向加大，在强度，硬度，耐磨性提高的同时，塑性，人性有所降低。 由上苏可见钢铁中锰的分析具有极其重要的意义，常见的反洗方法有以下几种：1. 过硫酸铵氧化高锰酸钾滴定法。2过硫酸铵氧化-亚砷酸钠滴定法3.过硫酸铵-银盐氧化广度法。4.过点算钠氧化分光广度法。 下面一GB223.63-1988中高碘酸钾（钠）广度法测定锰量为例，对试验条件，反应机理加以说明。 二方法概述： 1.高碘酸钾（钠）广度法测定锰量（即GB223.63-1988方法） （1）原理：试样经酸绒加厚，在硫酸，磷酸介质中，用高碘酸钾（钠）作为氧化剂，将锰氧化成七价，测量器吸光度。 （2）实验条件的选择。 A:溶样: a..一般的试样用（1+4）硝酸，低温加热即能溶解。这一本不仅考虑溶样需要，同 时注意下一步氧化需要，酸度以2-4mol/L为宜，过高，锰氧化不完全，甚至或不 那个氧化，酸度过小，易形成MnO2沉淀。一定要趋近氮氧化物，否则会形成硝酸， 江下一步形成的高锰酸还原使结果偏低。 反应方程式：2NO+HNO3+H2O=3HNO2 5HNO2+2HMNO4=2Mn（NO3）2+HNO3+3H2O 3MnS+14HNO3=3Mn（NO3）2+3H2SO4+8NO+4H2O 3Mn3C+28HNO3=9MN(NO3)2+3CO2+10NO+14H2O b.高桂试样：加入3-4滴氢氟酸，高温加热高氯酸脱水后，全部硅呈四氟化硅气体 挥发掉，消除贵的干扰。 反应方程式：FeSi+10HNO3=H2SIO4+Fe（NO3）3+H2O+7NO2 3FeSi+16HNO3=3Fe(NO3)2+3H4SiO4+2H2O+7NO2 加热冒烟 H4SIO4========H3SiO3+H2O HClO4 SiO2+4HF=SiF4+2H2O C生铁试样，加入氢氟酸后，仍有沉淀，是有利碳的残渣，用快速过滤后，少量多 次洗涤残渣后，合并洗液，注意这一步一定要先过滤，不能在显色后再过滤，否 则由于滤纸的吸收附和还原，会使眼色变浅造成结果降低。 D．高镍铬试样：由于镍遇到硝酸呈钝态，铬不溶于硝酸，而镍铬离子均有眼色对 光度法产生影响，加磷酸-高路算高温加热，浓热状态高路算具有强氧哈uxing，将 铬氧化呈种铬酸，六价铬有一个很重要的特性，生成易挥发的氯化铬酰(cro2cl2二 氯二氧化铬)，血红色液体，沸点116.7℃。利用这一特性消除铬的干扰。操作时课 分数次假如HCl或氯化钠，棕色烟雾散去后，加热至高氯酸浓烟冒出瓶口，掌握 好冒烟时间和程度是关键，否则重铬酸根离子在酸性介质中部稳定的，将发生分
张婉莹钢铁中五大元素 张婉莹-钢铁中五大元素 钢铁中五大元素 五大元素就是钢铁中最重要的也就是最基本的元素，五大元素的含量直接影响金属的 性能和牌号，所以检测五大元素尤为重要。以下就是五大元素的促进作用和检验依据：一、钢铁中碳的促进作用与分析 碳元素是钢铁中区分钢或铁的主要依据，含碳量大于1.7%的是生铁，含碳量在 0.2~1.7%的称为钢，含碳小于0.2%的称作低碳钢。碳在钢铁中有的以固溶体状态存在，有的生成碳化物（mn3c、wc、moc、cr3c2等）。碳的含量直接影响钢的性能，当碳含量高时钢的硬度和强度增加，但是其熔点、塑性和延展性降低，使钢难于加工。生铁的强度和硬 度随化合碳的增加而增高。分析方法： 冷却-气体容积法就是目前国内外广为使用的标准方法。本法成本低，存有较低的准 确度，测得结果就是总碳量的绝对值。其缺点就是建议有较娴熟的操作方式技巧，分析时 间较长，对低碳试样测量误差很大。方法原理: 试样在1150～1250℃的高温o2气流中燃烧，钢铁中的碳被氧化生成co2: c+o2=co2 4fe3c+13o2=4co2+6fe2o3 mn3c+3o2=co2+mn3o3fes+5o2=fe3o4+3so23mns+5o2=mn3o4+3so2 生成的co2与过剩的o2经导管引入量气管，测定容积，然后通过装有koh溶液的吸 收器，吸收其中的co2co2十2koh=k2co3十h2o剩余的o2再返回量气管中，根据吸收前 后容积之差，得到co2的容积，据此计算出试样中碳的质量分数。 二、钢铁中硫的促进作用与分析 硫在钢中是一种有害元素。硫在钢铁中以mns、fes状态存在。fes的熔点低，最后凝固，夹杂于钢铁的晶格之间。当加热压制时，fes熔融，钢铁的晶粒失去连接作用而碎裂。硫的存在所引起的这种“热脆性”严重影响钢铁的性能。因此国家标准规定碳素钢中硫含 量不得超过0.05%，优质钢中含硫量应不超过0.02%。分析方法： 硫的测定方法很多。经典的硫酸钡重量法用作测量低硫试样。冷却―滴定法具备直观、快速、精确及适应环境范围广的特点，被广为使用，它也就是国内外的标准方法。 燃烧―滴定法中的燃烧―碘酸钾容量法：将钢铁试样于1250～1300℃的高温下通氧燃烧，使硫全部转化为二氧化
钢铁中化学成分与性能间的关系 1、生铁 生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷、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（碳化物），主要存在于炼钢生铁中，碳化物硬而脆，塑性低，含量适当可提高生铁的强度和硬度，含量过多，则使生铁难于切削加工，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，汉能减少铸造的气眼，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切削性能，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，故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超过0.06%。 2钢 2.1 元素在钢中的作用 2.1.1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Mn、Si、S、P、O、N、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。这些杂质对钢材性能有一定影响，为保证钢材质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都做了严格的规定。 1）硫 硫来源于炼钢的矿石与燃烧焦炭。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。而钢材料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%～0.07％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 锰是炼钢时做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称为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，把锰看成是常存杂志。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
钢的化学成分五大元素 概述 钢是一种重要的金属材料，广泛应用于建筑、制造业等领域。钢的主要成分是铁，但同时还包含其他元素，这些元素对钢的性能和用途起着重要作用。本文将介绍钢的化学成分中的五大元素：碳、铁、锰、硅和磷。 碳（C） 碳是钢中最重要的元素之一，它决定了钢的硬度和强度。根据碳含量的不同，可以将钢分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。 •低碳钢：碳含量小于0.25%，具有良好的可塑性和焊接性，适用于制造汽车零部件、建筑结构等。 •中碳钢：碳含量在0.25%到0.60%之间，具有较高的强度和硬度，在机械制造领域得到广泛应用。 •高碳钢：碳含量大于0.60%，具有极高的强度和硬度，适用于制造刀具、弹簧等需要耐磨性能较高的产品。 铁（Fe） 铁是钢的主要成分，通常占钢的大部分比重。纯铁具有良好的延展性和塑性，但缺乏硬度和强度，因此需要通过控制其他元素的含量来改善钢的性能。 锰（Mn） 锰是一种重要的合金元素，它可以提高钢的硬度、强度和耐磨性。锰含量在0.25% 到 2.0%之间时，可以显著提高钢的机械性能。锰还可以提高钢的韧性和冲击韧性，在制造桥梁、建筑结构等领域得到广泛应用。 硅（Si） 硅是一种常见的合金元素，它可以提高钢的强度和耐磨性。硅含量在0.15%到0.35%之间时，可以显著改善钢的机械性能。同时，硅还可以降低钢的磁导率，使其适用于电力工业等领域。 磷（P） 磷是一种常见的杂质元素，在钢中以少量存在。高磷含量会导致钢变脆，因此在生产过程中需要控制磷含量。磷对钢的影响主要体现在冷脆性和疲劳性能上。
总结 钢的化学成分中的五大元素：碳、铁、锰、硅和磷，对钢的性能和用途起着重要作用。通过控制这些元素的含量，可以调节钢的硬度、强度、韧性等性能，使其适用于不同领域的需求。了解钢中各元素的作用，有助于合理选择和应用钢材，提高产品质量和效益。 参考文献： 1.李志刚, 王华, 董占江. 钢铁材料科学与工程[M]. 机械工业出版社, 2016. 2.张勇, 张涛. 钢铁冶金学[M]. 冶金工业出版社, 2014.
普通钢五元素分析 一碳硫分析 用定碳定硫仪测定 二硅磷锰的分析 1所需试剂 硝酸(1+3) (1份硝酸+3份水) 2过硫酸铵(固体) ①测锰混酸：硝酸银1g溶于500ml水中，加硫酸 25ml 磷酸30ml，硝酸30ml，用水稀至于1升。 ②钼酸铵溶液：5% ③草酸溶液：5% ④硫酸亚铁铵溶液：6%(每100ml溶液中滴1+1硫酸 6滴) ⑤钒酸铵溶液：0.25%(取钒酸铵2.5g加入500ml水 加热溶解冷却，加入浓硝酸30ml用 水稀至1升) 操作方法 称取试样和相同牌号的标样各1g，分别臵于100ml两用瓶中。加1：3的硝酸50ml加热溶解，加固体过硫酸铵1g左右，煮沸1分钟冷却，稀至100ml两用瓶中 硅的测定 吸取试液和标液各2ml，分别臵于100ml两用瓶中，加(1+3)硝酸1ml，水3ml，加钼酸铵溶液(5%)5ml，在沸水溶液中加热30秒钟，流水冷却，立即加5%草酸溶液10ml，6%硫酸亚铁铵溶液10ml，在波长650mm 处用1cm比色皿进行测定，记下试样和标样的消光值E1、E2 1) -锰的测定 分别吸取试液和标液各5ml，分别臵于50ml的两用瓶中，加测锰混酸20ml，加过硫酸铵固体1g，加热煮沸1分钟左右，冷却稀至50ml两用瓶中，在波长530nm处用1cm比色皿进行测定，记下试样和标样的消光值E2、E1 E1= 2) 磷的测定 吸取试样和标样各20ml分别臵于两只150ml烧杯中，其中一只空白加入8ml水，另一只加入0.25%钒酸铵溶液3ml，5%钼酸铵溶液5ml，在波长470nm处用2cm比色皿进行测定。记下试样和标样的消光值E2、E1 不锈钢中九元素分析 A 碳硫测定 (仪器分析) B 硅、镍、钛、磷、锰、铬。钼测定 试样溶液的制备 1试剂：稀王水盐酸+硝酸 +水=1+1+1 2操作：称取试样和相同牌号的标样各0.1g，分别臵于100ml的两用瓶中，加入1+1+1稀王水10ml，温热溶解，注意尽量减少蒸发，冷却后稀至刻度。 (一) 钛的测定
碳：碳硫分析仪分析碳，碳是钢的重要元素，它是区分钢铁的主要标志之一，对钢铁的性能起着决定性的作用，由于碳的存在，才能将钢铁进行热处理，才能调节和改变其机械性能。钢中含碳量高时其硬度和强度也随之增高(这是由碳化铁性能决定的)而延展性及冲击韧性则相应降低。所以快速准确地测定钢铁中的碳含量也就具有相当重要的意义。 硫：定硫仪测定硫，硫是钢铁中极有害的元素，主要以硫化物的形态存在于钢中。硫在钢铁中易于偏析，恶化钢的质量，它可以使钢产生热脆现象，降低钢的力学性能和钢的耐蚀性。优质钢中硫的含量不超过0.04%，在碳素钢中也应在0.055%~0.07%之间，含硫在0.1%以上的钢使用价值很小，钢中硫一般是由生铁中带来的，因此，碱性侧吹转炉所用的炼钢生铁含硫量不得超0.08%。硫的分析取样时由于其易于偏析必须注意代表性。 磷：元素分析仪测定磷，磷在钢铁中以固溶体和磷化物形态存在，也是有害杂质。当钢中含磷量超过0.1%时，便会增加钢的回火脆性以及焊接裂纹敏感性。碳硫分析仪含磷高的钢，具有冷脆性。钢中绝大部分磷化物是能溶于酸的，分析磷时，一定要用氧化性酸溶样，并用强氧化剂氧化，使之全部成H3PO4形态方可进行测定，磷的偏析现象很严重，这对钢的危害性就更大，取样也要注意代表性问题。 硅：硅在钢铁中主要以固溶体形式存在，还可形成硅化物，是钢中的有益元素。硅在钢中的作用像碳一样，能增加钢铁的硬度和强度，硅量增加，则铁中游离碳的比率也增加，故硅与碳两者同时存在，可相互调节。若两者各单独存在，则使铁质硬而脆。含硅稍高的钢铁，流动性打，易于铸造，且又能增加钢的电阻及耐酸性；但硅能降低钢铁的延展性，在碳素钢中硅的含量不能大于0.4%，因为大于0.5%是，冲击韧性便显著下降。 锰：锰在钢铁中除了形成固溶体外，还能形成MnS,Mn3C以及少量的MnSi,FeMnSi,氧化物和氮化物。在冶炼中锰通常作为脱氧剂及脱硫剂而特意加入的，对除硫有显著效果，锰还能增加钢铁的硬度和强度，但作用较碳差些，提高钢的可锻性，钢中锰之含量必须在0.3%~0.4%以上始能增加硬度。锰的作用与碳含量有关，碳低则锰的作用低，碳高则锰的作用高。锰能减少钢铁的延展性，碳硫分析仪锰的成分超过1.5%时则刚变脆，不能使用。锰含量在7%以上时，则钢的性质又变成抗磨性极优的材料。锰溶于稀酸中，生成二价锰离子，锰化物也都很活泼，容易溶解和氧化，这就为测定锰提供了有利的条件。 1
钢铁中微量金属元素的作用 说明了各微量元素在钢铁中的作用 1、磷(P)、) 使钢产生冷脆和降低钢的冲击韧性；使钢产生冷脆和降低钢的冲击韧性；但可改善钢的切削性能。削性能。 2、硅(Si)能增加钢的强度、弹性、耐热、耐酸性及电阻系数等。、) 能增加钢的强度、弹性、耐热、耐酸性及电阻系数等。冶炼中的脱氧剂能 增加钢的过热和脱碳敏感性。冶炼中的脱氧剂能增加钢的过热和脱碳敏感性。3、(Mm)能提高钢的强度和硬度及耐磨性。冶炼时的脱氧剂和、锰)能 提高钢的强度和硬度及耐磨性。脱硫剂。脱硫剂。4、铬(Cr)能增加钢的 机械性能和耐磨性，可增大钢的淬火度和、)能增加钢的机械性能和耐磨性，淬火后的变形能力。同时又可增加钢的硬度、弹性、淬火后的变形能力。同时又可增加钢的硬度、弹性、抗磁力和抗强力，增加钢的耐蚀性和 耐热性等。抗磁力和抗强力，增加钢的耐蚀性和耐热性等。5、镍(Ni)可 以提高钢的强度、韧性、耐热性、防腐性、抗酸性、、)可以提高钢的强度、韧性、耐热性、防腐性、抗酸性、导磁性等。增加钢的淬透性及硬度。导磁性等。增加钢的淬透性及硬度。6、钒(V、可赋于钢的一些特殊机械 性能：如提高抗张强张强度和屈可赋于钢的一些特殊机械性能：如提高抗 张强度和屈服点，明显提高钢的高温强度。服点，明显提高钢的高温强度。 7、钛(Ti)可防止和减少钢中气泡的产生，提高钢的硬度、细化、)可防止 和减少钢中气泡的产生，提高钢的硬度、晶粒、降低钢的时效敏感性、冷 脆性和腐蚀性。晶粒、降低钢的时效敏感性、冷脆性和腐蚀性。8、铜(Cu、一般如P、S一样是残留有害元素。Cu的存在会降低、一样是残留有害元素。钢的机械性能，破坏钢的焊接性能，会使钢在锻轧等钢的机械性能，
钢中常见元素的存在状态 一、碳 碳是钢铁中的主要成分之一，是钢铁分类的重要依据，一般含水量碳量在1。7%以下者为钢，大于1。7%为铁。碳在钢中主要以碳化铁Fe3C和合金元素的碳化物状态存在，如Mn3C、Cr3C2、WC、TiC、NbC等，以这种形式存在的碳，称为化合碳。游离碳包括无定型碳、石墨碳和退火碳等。当碳含水量增加时，其强度和硬度随之增加，而塑性和延展性随之降低，使钢脆且难以加工；反之，随着碳含量的减少，钢的韧性得到增强且易切削加工。 二、硅 硅要钢中主要以固溶体状态存在，其形式为FeSi或更复杂的化合物FeMnSi，也有少部分硅酸盐状态的夹杂物，在高碳硅钢中可能有少量SiC形成。 硅和氧的亲和力仅次铝和钛，而强于锰、铬和钒，所以在炼钢过程中，硅用作还原剂和脱氧剂。硅还能增强钢的抗张力、弹性、耐热性，又能增大钢的电阻系数。故钢中含硅量一般不小于0。10%，作为一种合金元素来考虑，一般不低于0。40%，而硅金刚中含硅量可高达4%以上。 三、锰 锰在钢中主要以固溶体和MnS状态存在，当生成MnS后有多余的锰时，也可组成Mn3C，此外，也有少量的MnSi、FeMnSi等存在。 锰在炼钢中通常作脱氧剂和脱硫剂而特意加入。锰和硫作用可防止热脆，从而提高钢的可锻性。锰在钢中一般含量0。3~0。8%，含量超过0。8%即作锰合金钢。当锰钢中锰含量超过10%时，特别耐磨。 四、磷 磷在钢中主要以固深体、磷化物（Fe2P、Fe3P、FeP）及少量磷酸盐夹杂物的状态存在，常呈析离状态。磷在钢中的分布具有不同程度的偏析现象，所以在取样时应注意代表性。磷通常是钢铁中的有害元素，如Fe3P是一种很硬的物质，易发生冷脆现象影响钢的性能。但在某些情况下，磷能改善钢材的切削性能，故易切钢也要求有较高的磷含量。 五、硫 硫在钢中主要以MnS和FeS状态存在，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、可焊性不利，因此硫是钢的有害元素之一，在普通钢中硫的含量不超过0。05%优质结构钢、工具钢中不超过0。045%或0。05%，高级优质钢中不超过0。020%，但在易切削和高锰钢中硫含量可以高些。 硫在钢中易偏析，因此取样时必须注意代表性。 六、铬 铬在钢中的状态较为复杂，有金属状态、碳化物、硅化物、氮化物、氧化特等状态，其中以铬的碳化物状态较为稳定。 铬是合金元素中应用最广泛的元素之五，铬能提高钢的机械性能和耐磨性，也可增加钢的淬透性及淬火后的抗变形能力，增加钢的硬度、弹性等。 七、镍 镍在钢中主要以固溶体形式存在，也有以碳化物状态存在。由于镍在钢中不易形成稳定的化合物，所以大多数含镍钢和合金都溶于酸，但浓硝酸易使镍钝化，回此在溶解含镍钢时，一般采用稀硝酸和稀盐酸。 八、钼 钼在钢中主要以固溶体和碳化物（MoC、Mo2C）的形式存在。钼作为合金元素加入，能增加钢的强度，而不降低其可塑性和韧性，同时能使钢在高温下有足够的温度，并改善钢的各种性能。
钢铁中的15种残余元素 钢中的残余元素问题是冶金工业面临的重要问题之一。在炼钢过程中，炼钢原料(包括铁水、废钢及铁合金等)会将大量杂质元素带入炼钢炉中。其中一部分杂质元素可以去除，但仍有一部分杂质元素将留在钢中，这一部分杂质(非有意添加的合金元素)统称为残余元素。 这些残余元素是钢材质量产生不稳定的主要因素之一。某些残余元素易于偏析，即使其含量很低，也会对钢材性能产生很强的负面作用。 如轴承钢中的残余钛就是一个典型的案例。Ti易与N反应产生高硬度夹杂物，极大影响轴承钢的使用寿命。 1、残余元素的分类 将已知的一部分钢中残余元素按其氧化势分为三类，如下表。它们在炼钢过程中分别表现为完全保留、部分保留和极少保留。
上表中，第一类元素的氧化势低于铁，在炼钢时不参与氧化反应，最终几乎全部积存在钢铁产品中。 第二类残余元素的氧化势与铁接近，在炼钢的吹炼过程中，仅有一部分被氧化除去，其去除程度与元素本身特性有关。 第三类元素氧化势高于铁，在钢水吹炼过程中，它们首先被氧化进入炉渣中除去，仅剩余极少一部分进入产品中。
因此，钢中的残余元素问题，实际上只有第一类和第二类所含的15种元素。其中8种元素为全保留元素，7种元素为部分保留元素。 2、钢中残余元素的来源 我国是一个共生铁矿较多的国家，共生铁矿中包括V、Ti、P、As、Sn、Sb、Re(稀土元素)等，在冶炼时带入钢材中。 除了原生铁矿带入铁水中的残余元素以外，钢水中的残余元素最大来源是废钢，主要分为： (1)废钢中的合金钢。目前炼钢厂没有经济有效的技术，来分选合金钢与普碳钢，而在一些中、高合金钢中含有种类繁多的合金元素。在钢的再循环中，这些合金元素将作为残余元素进入钢中; (2)废钢中的表面涂层或镀层。其中产生问题最多的是镀锡板，它是作为罐头盒进入废钢循环的，其他的镀层包括铜、镍和铬等;镀锌板也有广泛应用，但锌在炼钢中可基本去除而无需考虑; (3)废钢原料中裹杂的有色金属。最重要的有汽车废钢，其中夹杂一些微型电机，主要杂质为铜。 市面上，残余元素含量最多的是铜，铜主要是由汽车废钢进入炼钢炉。据估计目前炼钢厂混合废钢中平均含铜量大约在0.3%左右，具体含量多少取决于合金钢的来源及所占比例。
钢铁中微量金属元素的作用： -—-----——-——-————-—--————----—————--—- 1、磷（P): 使钢产生冷脆和降低钢的冲击韧性；但可改善钢的切削性能。 2、硅（Si)：能增加钢的强度、弹性、耐热、耐酸性及电阻系数等。冶炼中的脱氧剂能增加钢的过热和脱碳敏感性。 3、锰（Mm）：能提高钢的强度和硬度及耐磨性。冶炼时的脱氧剂和脱硫剂。 4、铬（Cr）：能增加钢的机械性能和耐磨性，可增大钢的淬火度和淬火后的变形能力.同时又可增加钢的硬度、弹性、抗磁力和抗强力，增加钢的耐蚀性和耐热性等。 5、镍（Ni）：可以提高钢的强度、韧性、耐热性、防腐性、抗酸性、导磁性等。增加钢的淬透性及硬度。 6、钒（V): 可赋于钢的一些特殊机械性能：如提高抗张强度和屈服点，明显提高钢的高温强度。 7、钛（Ti）：可防止和减少钢中气泡的产生，提高钢的硬度、细化晶粒、降低钢的时效敏感性、冷脆性和腐蚀性。 8、铜（Cu）：一般如P、S一样是残留有害元素。Cu的存在会降低钢的机械性能，破坏钢的焊接性能，会使钢在锻轧等加工时产生热脆性。钢中加入一定量的Cu，可提高钢的退火硬度，降
低成本。若含Cu 0.15～0。25%时，可使钢的耐大气腐蚀的性能。 9、铝（Al）：(1）低碳结构钢中 0。5~1%的Al有助于增加钢的硬度和强度；（2）铬钼钢和铬钢中含Al可增加其耐磨性; (3）高碳工具钢中Al的存在可使产生淬火脆性。 10、钨（W）：可提高钢的蠕变强度，又是钢中碳化物的强促进剂,每1％的W可提高钢的抗张强度和屈服点4＆#215;9.8N/cm＆sup2;，并使其具有回火稳定性和高温强度. 11、钼（Mo）:可增加钢的强度又不致降低钢的可塑性和韧性，同时又能使钢在高温下具有足够的强度，能改善钢的冷脆性和耐磨性等。 12、钴(Co)：可以提高和改善钢的高温性能，增加其红硬性，提高钢的抗氧化性和耐蚀性能等。 13、铌（Nb）：可使钢的晶粒细化，降低钢的过热敏感性及回火脆性；改善钢的焊接性能，提高耐热钢的强度和抗蚀性等。 14、钽（Ta）：提高钢的质量及机械性能,提高合金的熔点、高温强度、碳化物及γ相的稳定性。 15、锆（Zr）: 冶炼过程中的除氧、硫、磷剂,Zr、Hf能提高钢的强度与硬度，尤其是钢的持久强度及改善钢的焊接性能。 16、稀土（Re):是很好的脱氧、脱硫剂。能消除或见减弱钢中许多有害元素的影响，改善钢的质量。在不锈耐热钢中加入Re可改善钢的热加工性能，结构钢中加入Re可提高其塑性及韧性。