碳、硫、氧、氮、氫元素對金屬影響

在與金屬接觸的氣體中，無論是地球的大氣，真空系統(tǒng)的殘留氣體，或惰性氣體中，總是有氫、氧、氮、碳、硫。因此在地球上不可能得到完全不含“氣體”元素的金屬。隨著科學技術的發(fā)展，我們可以通過廣泛的科學研究進一步探討和認識氣體元素在金屬中的行為，已弄清了過去所不知道的固體中氣體雜質形成的來源。作為理想的金屬晶格而言，氫、氧、氮、碳(硫除外，它不屬于間隙相元素)，在達到一定濃度值以前，將僅以間隙溶液形式存在。半徑分別接近于0.46、0.7、0.71、0.77(A°)的氫、氧、氮、碳的原子填充到金屬晶格的結點中間并不置換金屬原子，使晶格對稱性稍有扭曲。除間隙固溶體外，氣體在金屬中還能以剩余相(凝聚相和氣態(tài)相)形式，圍繞位錯堆聚的形式以及在內表面上的吸著形式存在。

氣體元素能使鋼材產(chǎn)生縮孔、氣泡、疏松、點狀偏析、裂紋等缺陷?？s孔是鋼錠冷卻收縮時，因無液體補充而在鋼錠內部形成的孔洞。鋼中氣泡是由于鋼錠凝固時，碳－氧反應生成的氣泡來不及排除就被圍在鋼錠內部產(chǎn)生的。疏松是一種微小孔洞分布在鋼材內部。點狀偏析形成的原因是鋼件中已凝固或已呈糊狀的金屬部份，存在氣泡或收縮孔隙，這些位置隨后為富含低熔點組元和雜質的溶液所填充，就造成了點狀偏析，點狀偏析嚴重的鋼中氣體元素含量往往較高。而裂紋的產(chǎn)生通常是由于鋼液凝固過程中發(fā)生了夾雜質物的集聚和氣體溶解度的降低，并且一般集中在晶粒邊界，形成了薄弱環(huán)節(jié)，以后當熱處理或壓力加工時產(chǎn)生的應力超過強度時，這種地方容易開裂產(chǎn)生裂紋。鋼中氣體元素除了與其它各種因素綜合作用產(chǎn)生許多缺陷外，其本身還會對鋼材性能產(chǎn)生各自獨有的影響。

鋼中硫對鋼材性能的影響

硫是由礦石、生鐵、燃料進入鋼中的，它在鋼中的溶解度較小，它與鐵形成硫化鐵，硫化鐵與鐵能形成低熔點的共晶體，其熔點為985°C.當鋼在1000-1200°C的溫度下進行鍛軋時，低熔點共晶體即熔化，使鋼晶粒間的結合能力大為減弱，強度劇烈降低使鋼極易產(chǎn)生裂紋。這種現(xiàn)象稱為“熱脆”。

高的含硫量除顯著降低鋼的疲勞強度和塑性外，還使鋼的耐蝕性和焊接性能變壞。

硫還極易在鋼中產(chǎn)生偏析，在鋼錠中其偏析程度可達600%，所以硫在高等級優(yōu)良鋼中含量不得超過0.025%；優(yōu)良鋼中為0.035%-0.040%；普通鋼中為0.050%。

納克管式碳硫儀爐溫的選擇

管 式 紅 外 儀 的 較高 溫 度 為１ ５5０ ℃ ， 溫度過低， 增碳劑中的 Ｃ、 Ｓ 不能完全釋放且分析時間長， 因此需要選擇合適的溫度對增碳劑進行測定。 實驗選擇稱樣量為０．２ ｇ， 實驗溫度為９００ ～１ ３００ ℃ ， 見表１。 結果表明溫度在９００～１ ３００ ℃ 時， Ｃ 的結果幾乎無影響， Ｓ 在溫度大于 １ ２００ ℃ 后 趨 于 穩(wěn) 定， 因此 選 用 １ ３００ ℃可以完全滿足實驗要求。

納克CS-3000G雙爐碳硫分析儀日常操作

一. 樣品準備

按ISO 14284或適當?shù)膰覙藴手迫悠贰?

坩堝預處理：碳和硫的污染物通?？赏ㄟ^將坩堝置于富空氣的電爐中灼燒除去，1000℃灼燒時間不少于40分鐘，1350℃灼燒時間不少于15分鐘。然后將坩堝取出，置于干凈的耐熱盤中，冷卻2～3分鐘，將坩堝貯存于干燥器中。

二. 儀器開機

1 通氣：打開動力氣和氧氣氣瓶上的調壓閥，將輸出壓力調至0.2MPa~0.3MPa之間。

2 通電：打開儀器后面板主機電源，至少預熱1小時。

3 打開計算機。

4儀器預操作：在坩堝托上放一空坩堝，并在“樣品質量”處輸入任意質量（一般輸入1g），然后點擊“開始”，等一個分析過程結束后觀察基線。

5 檢查儀器分析氣流量是否正常。

6 管式爐分析：調入管式爐專用分析方法，設置爐溫，等待爐溫到達設定值。

三. 分析測試

1儀器重復空燒（在坩堝托上放一空坩堝，并在“樣品質量”處輸入任意質量（一般輸入1g），然后點擊“開始”）幾次，基線穩(wěn)定后分析3個廢樣以使氣路對硫的吸附提前飽和。

2挑選一種合適含量的標準樣品進行分析，分析結果滿足要求即可進行樣品分析。

3 稱樣：在天平上稱好樣品，并在軟件中輸入“樣品名稱”、“樣品質量”和“鎢粒質量”（如果天平已用數(shù)據(jù)線與計算機連接，則選擇“自動讀數(shù)”，計算機自動讀取質量）。

4 分析：將稱好樣品的坩堝放在坩堝托上，點擊“開始”，則自動關爐，分析開始。

5分析結束，自動開爐后，更換坩堝，重復3.3~3.4步驟進行下一次分析。

6 根據(jù)需要統(tǒng)計或打印分析數(shù)據(jù)。

7 管式爐分析：在天平上稱好樣品，并在軟件中輸入“樣品名稱”、“樣品質量”，點擊開始按鈕，等待沖洗和調零，當軟件開始采集基線的時候，將瓷舟用干凈的鑷子夾到管式爐的入口處，然后將瓷舟緩慢推入燃燒管內，抽出樣品推具，關好爐門，扳上排空開關。等待分析結果。

四. 儀器關機