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常见元素在钢铁中的作用
常见元素在钢铁中的作用
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）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；
B）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；
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，因此在分析磷时一定要用氧化性酸溶样，并再用强氧化剂氧化H3PO3，使全部磷生成H3PO4，方能测定磷；
6、铬
能增强钢的机械性能和耐腐性，也可以增加钢的淬透性及淬火后的抗变形能力，从而增加钢的硬度、弹性、抗磁性、抗张力、耐蚀性、耐热性；铬能溶于热的HCL及稀H2SO4中，与浓硝酸作用由于表面生成一层氧化膜而钝化不能溶解，一般处于固溶体中的铬易溶于HCL及稀H2SO4或高氯酸中，但铬的碳化物或氮化物，一般用浓硝酸处理或经硫酸、高氯酸加热至冒烟处理才能破坏，有的甚至在H2SO4冒烟时滴加硝酸才能破坏。铬对化学分析影响：一是铬离子有色（三价为绿色，六价为金黄色），在比色时，要考虑色泽空白，二是高价铬离子有氧化剂，对某些有机显色剂有氧化作用，遇此情况应将其还原到低价，亦可用高氯酸冒烟加HCL使铬生成CrO2CL2驱除，以消除其影响；
7、镍
普通钢中含量在0.3%以下，主要是废钢带入，不起合金元素作用，含量在0.8%以上的钢可算为镍钢，镍作为合金元素能使钢具有高级的机械性能，即可使钢具有韧性、防腐抗酸、高导磁性并使晶粒细化，提高淬透性，增加硬度等；
镍在钢中主要以固溶体和碳化物存在，与HCL或稀硫酸反应较慢，但在热浓硫酸中及稀硝酸中溶解较快，浓硝酸易使镍钝化，所以溶解低镍钢中用硝酸（1+3）或盐酸（1+1），高镍铬钢用HCL、硝酸混合酸（王水）或高氯酸，高镍钢用稀硝酸。镍在化学分析中影响主要是离子有色对比色有影响，含量高时应考虑色泽空白。
8、铜
在钢中主要以固溶体或极微细的合金夹杂物状态存在，铜在钢中的含量一般在0.2%以下，通常它是害中有害杂质，使钢的机械性能降低，并自加热时导致金属表面氧化，影响钢的质量，但有时也特意往钢中加铜代替部分镍，如钢中加入2%以下的铜能提高退火钢的硬度，含铜0.15~0.25%的钢能提高耐大气腐蚀性，不锈钢中加入铜能提高对HCL的抗蚀性；铜不易溶于稀的HCL中，但易溶于硝酸和热的浓硫酸中，铜在比色分析中影响主要是在铜含量高时有色泽影响；
9、稀土
稀土是很强的脱氧剂、脱硫剂，它能消除或减弱钢中许多有害杂质的影响，钢中加入少量稀土，能提高钢的流动性，从而改善钢的质量，能显著提高不锈耐热钢的热加工塑性，结构钢中加入能提高塑性和韧性，减弱可逆回火脆性等，稀土元素性质极其相似，不易相互分离，易溶于酸中，在分析中影响主要是高价具有氧化性，对氧化还原反应有一定影响。本文由南京华欣分析仪器制造有限公司整理发布http://www.njhxfxy.com
