灰口生铁 （软而韧）
Si>2%,Mn< 2% Smi促p=使12C00以oC游离断态口石灰墨色状存在 Si高流动性强，软易加工 用于铸造
白口生铁 （硬而脆） Si<0.5% ,Mn> 4% C以化合态存在（如Fe3C, Mn阻止以游离态存在 mp=1100oC 断口银白色 Mn高硬难加工
多用于炼钢
铁矿石和焦炭、石灰石按一定比
主要硅化物： FeSi,MnSi
高碳钢部分 SiC
有时固熔体或 硅酸盐
MnC, MnS, FeMnSi
固 熔体
MnS , FeS
Fe2P , Fe3P
原料矿石；脱 原料矿 焦炭或 原料引
来
焦炭
氧或特殊需 石；作
入；特
源
要加入 脱硫脱 原料矿 殊需要
氧剂 石引入 加入
硬度 延展性韧性
熔点 弹性强度抗
第六章 钢铁分析
§6.1 概述 §6.2 碳的测定 §6.3 硫的测定 §6.4 磷的测定 §6.5 锰的测定
§6.6 硅的测定
§6.7 其它测定法介绍
§6.1 概述
了解钢的生产过程， 从而进一步理解五大元素 在钢中的作用，证明测定 的意义 。
钢铁是铁和碳的合金， 其化学成分中大多数元素 是铁，还含有碳、硅、锰、 磷、硫等元素。
a 一般生铁或碳素钢Si含量<1% b 电器用硅钢Si含量可达4% c 特殊用途的硅铁、硅钢等合金，
Si含量 高达12 – 95% 如： 含Si 12 – 14%的铁合金称硅铁 含Si 12%，Mn 20%的铁合金称硅镜铁， 主要用于炼钢脱氧剂
(三)锰
1、来源
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。
当 固 定 称 样 量 如 0.2500g 、 0.5000g 或 1.000g时的含碳量，其结果可按下式计算：
(C) (C)读数 f
f —温度、压力补正系数
§6.3 硫的测定
硫的测定方法很多。经典的硫酸钡 重量法用于测定高硫试样。燃烧—滴定 法具有简单、快速、准确及适应面广的 特点，被广泛采用，它也是国内外的标 准方法。
❖一、钢的生产过程
铁矿石 石灰石 焦炭
碳素钢
配比 生铁 辅助材料C控制在一定限度
高温燃烧
熔炼 Si Mn 很低
S P 杂质<0.05%
焦炭还原铁矿石
铁矿石被焦炭还原生
石灰石CaCO3除SiO2
成粗制铁成生铁
C 2.5 - 4%
生铁
Mn 0.5 - 6% Si 0.5 - 3% S,P(少量)
据Mn Si 量生铁一般分为
CO2十2KOH = 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）主要试剂
1.氢氧化钾吸收剂溶液(400g/L)；
2.除硫剂 活性二氧化锰(粒状)或钒酸银。
2.1 钒酸银； 2.2 活性氧化锰；
3. 酸性氯化钠溶液（250g/L）；
C + O2 = CO2 4Fe3C + 13O2 = 4CO2 + 6Fe2O3
Mn3C +3O2 = CO2 + Mn3O 3FeS +5O2 = Fe3O4 +3SO2
3MnS + 5O2= Mn3O4 + 3SO2
（一） 方法原理
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CO2
13.瓷舟,14.温度自动控制器. 15. 供氧旋塞
（四）分析步骤
将炉温升至1200～1350℃，检查管路及活塞是 否漏气，装置是否正常，燃烧标准样品，检查仪器 及操作。
称取适量试样(可按照表7-2确定称样量)置于瓷 舟中，将适量助熔剂覆盖于试样上面，打开玻璃磨 口塞，将瓷舟放入瓷管内，用长钩推至高温处，立 即塞紧磨口塞。预热lmin，按照定碳仪操作规程操 作，测定其读数(体积或含量)。打开磨口塞，用长 钩将瓷舟拉出，即可进行下一试样分析。
（五）磷
1 来源 ：由原料中引入，有时也为 了特殊需要而有意加入
2 形态：以Fe2P或Fe3P状态存在 3 性能：磷化铁硬度较强，以至钢 铁难于加工，并使钢铁产生“冷脆性”也是 有害杂质作用(事物都有其另一面)
P↑ → 流动性↑ →易铸造 并 可避免在轧钢时轧辊与压件粘合
在特殊情况下常有意加入一定量P达 此目的。
(五)测定条件
1．试样的燃烧程度
燃烧温度 ;助熔剂降低燃烧温度;通O2速度 2．硫的干扰及消除
在高温O2气流中燃烧时，试样中硫也 转化为SO2：
如果生成的SO2，在吸收前未能除去，同样 被KOH溶液吸收，干扰碳的测定。常用MnO2、 AgVO3除去混合气体中的SO2
3.测定中应注意的问题 3.1 –3.15 3.2 助熔剂中含碳量一般不超过0.005% ; 3.3 样品的放置要均匀地铺在燃烧舟中; 3.4 定碳仪应装置在室温较正常的地方
加Ni、Cr、W、Ti等又分别称为Ni钢、Cr 钢、W钢、Ti钢。
加Ni增强钢的强度及韧性多用于承受冲 击或强大压力的制件含Ni 36%铸钢受热时几 乎不膨胀可制精密仪器
加Cr耐热耐腐蚀性较强多用于制造多用 于制造滚珠轴承或工具含Cr 12.5 – 18%的 铬钢或含铬 0.6 – 1.75%、Ni 1.25%的镍 铬钢，又称不锈钢，可制高压锅。
3.8 如分析完高碳试样后，应空通一次，才可以 接着做低碳试样分析。
3.9 当洗气瓶中硫酸体积显著增加及二氧化锰变 白时，说明已失效，应及时更换。
3.10 观察试样是否完全燃烧，如燃烧不完全，需 重新分析。
3.11 炉子升温应开始慢，逐步加速，以延长硅 碳棒寿命。
3.12 分析前，应先检查仪器各部分是否漏气。 工作开始前及工作中，均应燃烧标准样品，判 定工作过程中仪器的准确性。
介绍燃烧—滴定法中的燃烧—碘酸 钾容量法
• 含Mn 12% - 20%的铁合金为镜铁 • 含Mn 60% - 80%的铁合金为锰铁 • 上两种主要用于炼钢做脱硫剂
（四）硫 1 来源 主要由焦炭或原料矿石引入钢铁
2 形态 主要以MnS或FeS状态存在 若：
生成
S Mn
MnS
反之 过量S和Fe
FeS
3 性能 使钢产生“热脆性”——有害成分 原因：为什么产生热脆性？ FeS的熔点较低，最后凝固，夹杂于钢铁的 晶格之间。当加热压制钢铁时，FeS熔融，钢铁 的晶粒失去连接作用而脆裂。
氧化性
流动性
抗酸碱性 检测意义
高
低↑
↑ 产生热脆 产生冷脆性
↑
↓
性
↓
↑
钢中
生铁P<0.3%
↓
↑
↓
↑
S<0.05% 生铁
<0.35
一般碳素 钢 <0.06%
↑
↑%
优质钢
↑
<0.03%
↑
轧辊钢高 达 0.4 –
0.5%磷
铁 15 –
20%之间
↑易于铸造
（促使C 以游离态）
↑易于铸造 防止轧辊 轧件间粘 合
4. 类型 : 生铁 P<0.3% 一般碳素钢
<0.06% 优质钢<0.03% 特殊用途：轧辊钢高达 0.4 –
0.5% 炼 钢 或 铸 钢 用 的 磷 铁 15 –
20%之间. 以上归纳成如下表：
各元素在钢中的形态和作用表
C
Si
Mn
S
P
固溶体 形 碳化物Fe3C, 态 Mn3C, Cr3C,
WC, MoC. 游离石墨碳
如果将生铁的其他辅助材料配合，进一步 冶炼，则杂质被进一步氧化除去，同时控制 含碳量降至一定限度，硅猛等元素含量很低， 硫磷等杂质降至0.05%以下，则成为铁及碳的 合金碳素钢。
特种钢：
若适当提高钢中Si或Mn含量，或加入一定量 的Ni，Cr，W，Mo，V，Ti等金属，成为特 种钢（铁合金或合金钢）。
3.13 吸收前后观察刻度的时间应一致。吸收后 观察刻度时，量气管及水准瓶内液面与视线应 处在同一水平线上。
3.14 吸收器中氢氧化钾溶液使用久后也应进行 更换，一般在分析2000次后更换，否则吸收效 率降低，使测定结果偏低。
3.15 测定中应记录温度与大气压力，以确定补
正系数f。如附录八所示。
分析结果计算
加W有极强的耐热性，受热至白热化仍 不软化常制运转的机件或刀具。 高速切削钢：含W 15–18% V 1–3%
Cr 2–5%合金钢 含Mo、V、Ti等合金钢和钨钢性能相似。 各种合金钢具有独特的性能而用于特殊用途。 含有一定量V、Ti，而C又是以球状存在的， 称“球墨铸铁”。具有和某些合金钢类似的特 殊性能，可代替合金钢使用。
二、各元素在钢中的形态和作用
主要讲述C 、S 、Si 、Mn 、P （一）碳 1 钢铁中的C来源：
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。
❖形态：两种 游离态
化合态 Fe3C, Mn3C, Cr3C2,WC, MoC等
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。
§6.2 碳的测定
测定各种形态的碳属于相分析；在 成分分析中，一般钢样只测定总碳量。 生铁试样除测定总碳量外，常分别测定 游离碳和化合碳的含量。
总碳量的测定方法
方法有很多，但通常都是将试样置于高温氧 气流中燃烧，使之转化为二氧化碳再用适当方法 测定。 归纳起来可分为三大类：
物理法、 化学法 物理化学法
(距离高温炉约300～500mm)