不锈钢析出相分析
姜凤琴 余卫华
(钢铁研究所)
摘 要 通过对不锈钢析出相分析所常用的一些电解液的分析比较,选取最佳电解液及电解制度对不锈钢析出相标准样品进行了相分析,得到了满意的结果,证明了所选电解液及电解制度在不锈钢析出相分析中的可行性。
关键词 不锈钢 相分析 电解
1 前 言
不锈钢为一种用途广泛的钢种。
其中存在的合金元素使不锈钢具有良好的机械性能,耐磨性能及抗蚀能力。
为了深入了解合金元素对钢性能的影响,有必要知道这些元素在钢中的存在状态,这就需要对不锈钢进行相分析。
2 实验部分
2.1 钢种及化学成分
为了验证分析方法的可靠性,我们选用不锈钢析出相标样作为实验钢种,此标样系由太钢钢研所研制,钢种为1C r18N i9T i,化学成分见表1。
2.2 析出相类型
表1 试样化学成分
元 素C Si M n P S N i C r M o T i N O
含量,%0.0390.600.820.0230.0159.7118.430.0520.430.01430.0027
钢种经X—射线进行相鉴定,析出的主要为M23C6(M:C r,Fe),T i N、T i C、T i2CS和少量的C r2N。
2.3 电解液及电解制度
电解液组成:1%四甲基氯化铵+10%乙酰丙酮—甲醇
电解制度:电流密度:25～30mA c m2
电解时间:50m in。
电解温度:-5℃～0℃
2.4 M23C6(M:Cr,Fe)与Cr2N的分离方法
为了测定M23C6中的C r含量,有必要将姜凤琴,女,工程师C r2N与M23C6分开,M23C6在稀酸强氧化性的溶液中容易钝化,而C r2N在热酸性溶液中容易分解,因此,我们用稀H2SO4与H2O2混合溶液,水浴加热30m in便可将C r2N分解而保留M23C6,达到分离目的。
2.5 元素分析方法
C r:二苯碳酰二肼光度法
T i:二氨替吡啉甲烷光度法
N:萘氏试剂蒸馏分离光度法
S:高频燃烧红外吸收法
Fe:邻菲罗啉光度法
2.6 析出相定量分析
棒状—电解—电解残渣—酸溶
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3
4
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Sep. 1996
W ISCO T ECHNOLO GY
样品—电解—
—电解提取物—酸溶—溶液—测C r as (全析物)
—电解提取物—化学分离—残渣—酸溶—溶液—测C r as (M 23C 6) —电解提取物—酸溶—溶液—测T i as (T i C+T i N +T i 2CS )
—电解提取物—化学分离—残渣—酸溶—溶液—测Fe as (M 23C 6) —电解提取物—化学分离—残渣—酸溶—测N as (T i N ) —电解提取物—测S as (T i 2CS )
图1 相分析流程图
3 结果与讨论
分析结果见表2。
按基体不同分类,可把不锈钢分为奥氏
体不锈钢,铁素体不锈钢,马氏体不锈钢,沉淀硬化不锈钢及奥氏体铁素体共存的双相不锈钢,不锈钢中C r 、N i 成分在较宽范围内变化,C r 从12%～30%,N i 从0%～25%,成分对变化导致了不锈钢析出相的复杂。
表2 析出相中元素的相际分配
元 素C r as (全析物)
C r as (M 23C 6)
T i as T i C
T i
N T i 2CS Fe as (M 23C 6)
N as (T i N )S as (T i 2CS )标准值,%0.0720.0600.1370.0190.0130.013分析值,%
0.077
0.059
0.140
0.019
0.013
0.013
不锈钢中含有较高的C r 、N i ,溶液中很
容易钝化,而且钢中含有的碳化物及TCP 相大都比较稳定,所以电解液的酸度应该比较大,活性离子含量也应较高,如果用醇做溶剂,对基体活化溶解的效果更好,基于以上考虑,以往常用的电解液是:(1)10%KC l +10%HC l +2%～5%柠檬酸;(2)5%～10%HC l -CH 3OH (必要时加甘油或络合剂)。
但后来发现用HC l -CH 3OH 溶液提取的回收率偏低,Ρ相,C r 2N 等可能损的,从而又发展了其他一些电解液,如(3)15%N aC l +15%柠檬酸钠+1%抗坏血酸;(4)3.6%ZnC l 2+2.5%HC l +1%酒石酸—CH 3OH ;(5)1%L i C l +5%甘油+4%磺基水杨酸—CH 3OH ;(6(1%四甲基氯化铵+10%乙酰丙酮—CH 3OH 。
(AA 电解液)。
后两种电解液酸度较小,又是醇作溶剂,
能抑制基体钝化,可以得到较高的提取率,电解液(5)对某些不锈钢定量提取时,会使Ρ相溶解于电解液中,不能全部提取第二相,原因在于在此电解液中,Ρ相优先于基体或与基体同时溶解。
但其作为差减法求Ρ相含量,仍有较高的实用价值。
对于合金化程度高的钢或合金来说,在水溶液中进行电解是困难的,因为合金化程度高的钢或合金的金属元素水解倾向性大,即使加入络合剂也抑制不住水解,但改用醇作介质,却可以抑制水解,有时还能抑制某些合金在水溶液中的钝化。
由于非水溶液能抑制副反应的发生,便能阻止副产物的生成,所以电解以后试样表面光滑,便于洗涤,能减少操作过程中的损失,提高回收率。
事实上,对于所有钢和合金来说,水溶液导电性强,因而合金基体表面的不同区域由于某些差异构成
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的微电池内阻小,有时产生负差异效应后,金属自动溶解电流足可与较小的外加电流相比拟,因而造成不均匀溶解,导致电解后试样表面粗糙,难以洗涤,影响回收率,水同时易溶解空气中的氧,并能离解出羟基,而O2、OH-及H2O分子都可以在金属阳极上发生吸附,这些特性均是导致金属钝化的因素,水电解液在使用前,有时用返N2来排除O2,原因在此。
因此,对于不锈钢相分析而言,最佳电解液为电解液(6),即AA电解液,但因为甲醇作为溶剂,导电性能差,电阻大,电解过程中会产生热量,使温度升高,因此,要在低温下进行电解,通常电解温度为-5℃～0℃。
通过对分析结果的分析,发现分析值与标样的标准值相差很小,在分析误差范围内,说明分析值有较高的准确度。
因此,可以说AA电解液在选定的电解制度下能有效地提取不锈钢中第二相。
4 结 语
经分析比较,从几种电解液中,选定了AA电解液,在使用它的过程中,发现它的优越性。
(最大的优越性在于回收率高),它不仅仅用于提取不锈钢中的第二相,对其他钢种的析出物相分析也应有较高的实用价值。
今后宜在这方面作进一步的工作。
参 考 文 献
1 钢和铁.镍基合金的物理化学相分析,北京钢研总院编
2 姜晓霞.王景韫.合金相电化学
3 HO拉施柯著.钢和合金的物理化学相分析
4 钢和合金物理化学相分析学习班讲义.冶金分析情报网编
5 不锈钢中析出物国家标准样品研制报告
(本文承蒙钢研所化学室高级工程师曹宏燕的指导与帮助,特此感谢。
)
(收稿日期:1996—06—15)
(上接第33页)
用软水闭路循环冷却,从1991年10月份投产以来,至今运行良好,从未发现烧坏一块冷却壁。
上海宝钢1号高炉采用纯净水循环系统,也取得了较好效果。
5 结 论
(1)综上所述,延长高炉寿命,关键之一是提高冷却壁寿命。
(2)要提高冷却壁寿命,就要解决好冷却壁结构、材质、制造工艺、冷却强度等问题,冷却壁材质宜选用铁素体球墨铸铁和铸钢材质。
结构宜采用日本第3、第4代冷却壁。
制造冷却壁水冷管采用防渗碳措施,扩大水管直径,提高冷却强度,冷却水宜用软水或净化水。
(3)维护管理好冷却壁,是冷却壁获得长寿的关键,特别是砖衬脱落后冷却壁维护尤为重要,因此必须要有一定的检测手段和高炉操作制度与之适应。
(4)实行科研、设计、生产三结合,不断开发国外长寿冷却壁的先进技术,促进国内冷却设备技术达到新水平。
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武钢技术。