高频燃烧红外吸收法测定高镍不锈钢中碳硫含量

2019-03-14郭士光王忠乐

安徽冶金科技职业学院学报 2019年1期

郭士光，王忠乐

(马钢股份公司技术中心安徽马鞍山 243000)

碳和硫是不锈钢中的有害元素。由于碳、硫元素在铁基体中的溶解度很低，在高温加热后的冷却过程中会有碳化物、硫化物的沉淀相析出，导致钢的朝脆转变温度和缺口敏感性提高，大大降低了不绣钢的韧脆转变温度，同时也会恶化不绣钢的腐烛性能[2]。因此必须将不锈钢中的碳、硫含量控制在一个较低的水平。准确测定碳、硫含量对于指导炼钢工艺、优化钢性能具有重要的意义。

1 实验部分

1.1 实验原理

试样在氧气流中燃烧，将碳转化为一氧化碳、二氧化碳，硫转化为二氧化硫，利用氧气流中二氧化碳、一氧化碳以及二氧化硫的红外吸收光谱进行测量。

1.2 主要仪器及工作条件

力可LECO CS844碳硫分析仪(美国力可公司)。

LECO CS844工作条件：积分延迟时间0 s；开始基线2 s；最短集成时间40 s；最长集成时间60 s；吹扫时间15 s；延迟时间25 s；试样冷却时间0 s；高纯氧(≧99.999%)流量3 L/min；动力气(氮气)流量1 L/min。

1.3 试剂

1.3.1 纯铁助熔剂A型：粒度<1.25 mm，C<0.001%， S<0.001%，Fe≧99.8%，太原钢铁(集团)有限公司钢铁研究所；

1.3.2 钨助熔剂(NCS150001)：0.4 mm<粒度<1.0mm，C≦0.0008%，S≦0.0005%，钢研纳克检测技术有限公司；

1.3.3 铜助熔剂：0.425 mm<粒度<0.85 mm，C<0.0015%，S<0.0015%，Cu>99.95%，铜陵市金利坩埚瓷厂；

1.3.4 标准样品(如表1)

表1 标准样品中碳、硫元素含量(%)

1.4 试验方法

1.4.1 坩埚预处理

将碳硫仪专用坩埚置于1000 ℃的马弗炉中保温40 min，取出冷却后放入干燥器中待用。

1.4.2 空白试验

将一定量的助熔剂加入到经预处理的坩埚中(1.4.1)，经碳硫分析仪分析后得到空白读数，平行测定3次，取碳、硫元素含量的平均值作为空白值。

1.4.3 试样分析

分别称取一定质量的助熔剂和标准物质放入经预处理的坩埚(1.4.1)中，将盛有助熔剂和标准物质的坩埚放到碳硫仪的底座上进行分析，记录分析读数。

2 结果与讨论

2.1 空白试验

分别选取铜(1.3.3)、钨(1.3.2)、纯铁(1.3.1)+铜(1.3.3)的混合物三种常用的助熔剂做空白试验，平行测定3次，助熔剂用量及空白结果如表2。

表2 不同助熔剂的空白试验

表2可以看出三种助熔剂中碳的空白值从低到高依次为钨、铁+铜、铜；硫的空白值从低到高依次为钨、铜、铁+铜。

2.2 助熔剂种类对分析结果的影响

以Cr18Ni20Mo2Cu2Nb为研究对象，准确称取Cr18Ni20Mo2Cu2Nb标准物质1 g置于坩埚(1.4.1)中，覆盖2 g铜助熔剂(1.3.3)，分析碳、硫元素含量，平行测定7次。分别用3 g钨助熔剂(1.3.2)、1 gCu(1.3.3)+1 gFe(1.3.1)助熔剂代替2 g铜助熔剂(1.3.3)，重复上述操作，结果如下(表3)：

表3 助熔剂对实验结果的影响

助熔剂是影响测定结果稳定性的重要原因之一[2]。由表3可知，在铜、钨、铁+铜3种助熔剂作用下，C含量的相对标准偏差依次为0.51%、1.21%、1.61%；S含量的相对标准偏差依次为7.61%、2.94%、23.26%。可见碳的精密度结果较好。坩埚燃烧效果显示：铜、铁+铜两种助熔剂燃烧后有明显的飞溅现象、钨助熔剂燃烧后较为平滑(见图1)；硫释放曲线表明铜做助熔剂时，硫有明显的释放不充分现象(见图2)。

图1助熔剂燃烧效果图

由于使用铜助熔剂会有释放不充分的现象，所以可以选择钨、铁+铜作为助熔剂，但是结合图1可知，铁+铜做助熔剂时飞溅现象比较明显，所以钨助熔剂是最佳选择。

2.3 称样量对分析结果的影响

分别称取0.25 g、0.5 g、0.75 g、1.0 g OCr18Ni12Mo2Ti、Cr18Ni20Mo2Cu2Nb，覆盖2.0 g钨助熔剂，平行分析3次，结果如图3。

图中红线表示样品标准值。由图可知，对于OCr18Ni12Mo2Ti，碳、硫含量的最佳称样量分别为0.5 g、1.0 g；对于Cr18Ni20Mo2Cu2Nb，碳、硫含量的最佳称样量均为0.25 g。可以看出，对于Cr18Ni20Mo2Cu2Nb，随着称样量的增加，碳硫含量呈下降趋势，这是因为Cr18Ni20Mo2Cu2Nb碳、硫、镍含量相对较高，称样量越大，燃烧试样所需的功率也越大，容易造成试样熔融不完全的现象[4]；对于碳硫含量相对较低的OCr18Ni12Mo2Ti标准样品，没有出现该现象。所以对于碳、硫含量较高的高镍合金，适当减小称样量可以提高测量结果的准确度。