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浅谈机械产品质量控制与抽样检验

江苏双辉机械制造有限公司 朱国军

摘要： 在当前竞争激烈的市场经济形势下，产品的质量对企业的经济效益，对整个国民经济的发展起着举足轻重的作用。本文首先介绍了建立质量保证体系的重要性，并对影响机械产品的因素进行了简单的介绍，同时归纳出机械产品检验的一般步骤，简要概述了产品的质量检验大体情况，最后，列举了一些常用的检验机械产品的方法。

　　产品的质量控制是指为了达到产品的质量要求所采取的作业技术和活动，其目的用于监查生产过程以及排出在质量环节所产生的缺陷等原因。同时为了满足机械产品各种质量指标特性，需要对产品进行相关的检验，通过产品的质量检验，可以有效的监测产品质量的变化情况，因此，保证了机械产品的质量满足了用户的要求。

　　一、完善的质量保证体系是机械产品合格的前提

　　（1）上岗人员的技术保证措施人员素质对于质量体系的运行起着极为重要的作用，通过开展对上岗人员进行培训，资格认证，以提高人员的素质，调动职工的生产积极性，是质量控制得到保证的前提。

　　（2）原材料的质量保证措施企业要对采购的原材料进行多道工序的检验，保证符合标准的原材料进入生产的过程中。

　　（3）设备工艺的保证措施 企业通过运用设备管理的方法，对各类生产、测量、试验设备要进行定期的维修和检查，同时设备在最初使用之前要有相应的质量管理部门进行相关的鉴定，以确保设备的安全使用。

　　二、影响机械产品质量的几个因素

　　（1）市场调研质量 市场调研质量用于确定产品的需求，正确把握用户和市场对产品质量的需求，保证产品的销售通畅，为企业创造新的市场机遇。

　　（2）设计质量 设计质量是指从市场调研，形成产品的构想，进而转化为图纸、技术文件等质量规范。产品的设计一方面决定着产品的质量水平；另一方面，也决定着整个企业的经济效益，因此，产品的设计最为关键。

　　（3）制造质量 制造质量要符合图纸和技术文件的要求，制造质量主要受生产手段和人员素质因素的影响，其中生产手段主要包括产品的工艺方法、加工设备、检测设备等，这些手段是制造质量的关键。

　　（4）使用及服务质量 使用质量是指用户渐渐的对产品的可靠性和维修性提出新的要求，所以企业应重视对产品使用效果的研究。服务质量是指为了争取更过的客户，以开展多种形式的服务形式。

　　三、机械产品检验的一般步骤

　　（1）了解机械产品的主要特点和技术性能由于机械产品的用途各具不同，因此产品的结构性能也存在着差别。机械产品都是由若干分散的、无独立使用功能的制造单元组成；或者具有某些局部功能的部件组成。对于零件、部件、整机而言，其特点和技术性能有所不同。由于机械产品一般需要通过不同的方式传递载荷，使得零件需要承受一定的外力，因此其要具有一定的力学性能和组织结构，同时还具备一些诸如互换性、耐磨性、耐腐蚀性等特殊性能。

　　（2）分析机械产品的质量特性由于产品的质量特性是之后产品质量的检验项目、检验方法的前提，因此了解产品的质量特性十分关键。由于零件、部件、整机的功能不同，因此彼此具有不同的特性。零件具有材料的化学性能、力学性能、内部组织结构以及主要的结构尺寸、几何参数、表面粗糙度等诸多特性。而部件具有功能指标、结构尺寸、运动部件连接的灵活性、使用寿命等性能。

　　（3）选择批量产品的抽样方法根据机械产品的数量多少，将质量检验分为全数检验和抽样检验两种。全数检验适用于不合格率大，漏检有可能造成重大损失的情况，具有测量方便、检验费用小等优点。抽样检验适用于批量生产的产品，根据抽样检验的抽样程序、抽样表，对批量产品进行抽样检验和判定，通常破坏性测试的检验项目采用抽样检验。

　　（4）确定产品的测量精度和选择合适的测量仪器测量精度主要由机械产品的精度要求和检测仪器的检测精度所决定，测量仪器的选择不仅要根据被测对象的量值范围来选择精密度、分辨率合适的仪器设备以外，而且还要综合考虑测量的成本和企业的经济效益。对于大批量的机械产品，一般采用专门的测量仪器和标准件进行测量；而对于小批量的产品，通常采用通用量具进行测量。

　　四、机械产品质量检验概述

　　质量检验通过借助某种手段，对机械产品的一个或多个质量特性进行测定，之后把检验的结果同规定的质量标准进行比较，从而判断产品质量是否满足要求。通过产品的质量检验，可以有效的监测产品质量的变化情况，一方面，为产品的质量控制和管理提供质量信息；另一方面，还用于测定产品的工序能力，质量检验为产品的质量提供了保证，因此，机械产品的质量检验在生产过程中不可或缺。

　　机械产品的质量检验包括以下三个方面：

　　（1）进料的质量检验。此环节用于检验购进的原材料是否合格，比如机床电器产品，通常先进行工频耐压试验、抗老化试验等，以检验原器件是否符合标准，只有通过这样才能确保加工装配的要求。

　　（2）加工工序质量的检验。由于某些原因，产品在加工过程中产生缺陷，进而会影响产品的质量。可以通过检查加工后的零件是否达到了设计的要求，检验装配过程中有无振动和噪声产生，及时的找出问题的所在之处，确保零件装配的要求。

　　（3）最终的质量检验。此检验是在产品入库和进入市场之前完成，对于批量生产的产品，进行随机抽样检验。通常产品要进行几个大项的检验：外观、配套性、工作性能、可靠性和寿命以及几何精度等。

　　五、机械产品常用的检验方法

　　机械产品质量检验的方法主要包括检验时所运用的检验原理、手段、操作程序以及测试条件，对于机械零件而言，有如下检验方法。

　　（1）几何量的测量方法。此方法主要用于测量机械产品的外形尺寸、形状；位置偏差和表面粗糙度等其中表面粗糙度的主要测量方法有：比较法、光切法、干涉法、触针法、印模法、激光反射法以及光散射法等。

　　（2）金相分析法。此方法用于检验机械产品内部的显微组织结构，通过利用金相显微镜在专门制备的试样上观察材料的组织和缺陷的方法。

　　（3）断口分析法。此方法通过断口的形态分析研究诸如断裂起因、断裂性质、断裂方式、断裂机制、断裂韧性、断裂过程的应力状态以及裂纹扩展速率等，其实验的基础对断口表面的宏观形貌和微观结构特征进行直接观察和分析。

　　（4）力学性能试验法。力学性能试验主要包括硬度试验、压缩试验、拉伸试验、弯曲试验、扭转试验等，以用来测量机械产品的各项力学性能指标。

　　（5）无损检测法。此方法的检测主要有超声检测、射线检测、涡流检测以及磁粉检测等，以检测机械产品的内部缺陷和裂纹。

　　对于机械整机的检验方法主要有功能检验、结构力学检验、负载检验以及寿命检验等，它们绝大部分属于试验性使用检验，它是通过观察产品在实际使用中，根据产品的质量变化来获得检验结果。

　　六、结论

　　由于机械产品的具有诸多的用途，且品种繁多，机械产品的质量控制和检验是个复杂的工程，本文通过介绍产品的质量保证体系，突出了产品质量控制的重要性，同时针对产品的具体用途和质量特性，采用合理的产品检验方案，在满足机械产品精度要求的同时，又能经济实用、高效。

参考文献：

　　[1] 蒋晓兰.煤矿机械产品的质量控制.机械工程师.2010.9

　　[2] 盛国裕，沈海滨，吕丽莹等.机械产品质检方案策划方法的研究.计量管理.2009.7

　　[3] 王春秀，刘晶.机械产品质量控制与管理.技术经济与管理研究.2011.8

如何控制镍及镍基合金的焊接工艺

                         江苏九龙阀门制造有限公司          

                           潘凯  潘超  徐金平戚志雄

镍是重要的有色金属，具有独特的物理、化学和耐蚀性能，同时又具有良好的高温和低温力学性能，因此，镍及镍基合金在现代工业中得到了越来越广泛地应用，多数镍及镍基合金设备是靠焊接制造而成，镍及镍合金焊接一般采用手工钨极氩弧焊、手工焊条电弧焊、熔化极惰性气体保护焊等方法，也可采用埋弧自动焊焊接方法。但是在焊接过中也会产生很多焊接问题，影响镍及镍基合金设备的使用性能、安全性能和寿命。为了保证镍及镍基合金设备的安全使，控制镍及镍基合金的焊接质量，需要针对镍及镍基合金的焊接性，制定科学的焊接工艺。

1、镍及镍基合金的分类及用途

⑴工业纯镍：应用在处理苛性碱的设备上、食品加工设备、化学品装运容器、耐海水腐蚀设备和电器及电子元件等；

⑵蒙乃尔Monel(Ni—Cu系)：应用在石油和化工工业及在海洋开发中，可用来制造各种换热设备、石油和化工用管线、锅炉给水加热器、容器、反应釜、塔、槽等；

⑶因康镍Inconel(Ni-Gr-Fe系)：应用在化学工业中，用来制造加热器、换热器、蒸馏塔、蒸发器、冷凝器，以及盛装硝酸及硝酸加氢氟酸等用途的容器、管道、塔和槽等；

⑷哈斯特洛依Hastlloy(Ni-Mo或Ni-Gr-Mo系)：Ni-Mo系多用于制造盐酸容器的衬里、管道等；Ni-Cr-Mo系主要应用于在强腐蚀性氧化-还原复合介质中应用装置，以及在高温海水中应用的装置；

⑸Ni-Cr-Mo-Cu系：对含有氯离子、氟离子的酸性介质的冲刷能够耐冷凝腐蚀；

⑹铁镍基合金：常用于加热管、热交换器及蒸汽腐蚀器等，具有优良的耐应力腐蚀性能和耐高温腐蚀性能。

2、焊接方法

镍及镍合金焊接方法有：手工钨极氩弧焊、手工焊条电弧焊、熔化极惰性气体保护焊、埋弧自动焊等。

3、焊接工艺参数

不同系列的镍及镍合金焊接工艺参数稍有不同

4、焊接常见缺陷

镍及镍基合金在焊接时，如果采用的工艺措施不当，危害较大的会发生焊缝气孔和焊接热裂纹。

4.1焊缝气孔

镍及镍合金特别是纯镍、蒙乃尔等合金，固液相温度间距小，流动性偏低，在快速冷却结晶条件下，游离出来的气体在流动性较差的液态镍中不能在镍基合金焊缝凝固前完全逸出，从而极易在焊缝中产生气孔。另外，焊接坡口及其两侧的油污、水分、灰尘及氧化层清理不干净；焊接电流及电弧电压较低，焊接速度过快焊接热能量低；焊枪气体保护喷嘴直径较小，保护气体流量过低；气体保护效果不良，焊条烘干不良，烘干温度计保温时间不够，这些也是产生气孔的原因。

4.2焊接热裂纹

镍和铁的二元共晶物中有较多低熔点的金属共晶物和非金属共晶物。特别是硫、磷共晶物熔点比镍铁低很多(Ni-S为645℃、Ni-P为880℃)，在焊缝结晶时低熔点共晶物的液态膜残留在晶界区，同时镍及镍合金线胀系数大，焊接时易产生较大的应力，焊缝结晶时低熔点共晶物的液态膜在收缩应力作用下易产生开裂。另外，焊接坡口及其两侧的污物清理不干净、焊缝表面凸凹不平等也会产生裂纹。其次，收弧时如果没有填满弧坑和电流衰减时间较短，收弧处熔敷金属量少出现弧坑其强度比较薄弱，在相变应力和拘束应力的作用下产生收弧处微裂纹。

5、焊接工艺

为了解决上述焊接问题，以保证焊接质量，文章结合石油化工工程中镍及镍合金管材采用氨弧焊和焊条电弧焊的焊接施工，特制定以下焊接工艺。

5.1焊接准备

5.1.1技术准备

⑴施工前，焊接技术人员应根据设计文件、相关标准和焊接工艺评定，并编制焊接工艺指导书，组织进行焊接工艺评定；

⑵针对各类焊接接头编制《焊接工艺卡》或《焊接工艺规程》，施焊过程严格按照工艺卡要求的参数进行。

⑶焊工必须持有《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》或GB50236合格证或设计规定的其它合格证。

5.1.2材料要求

⑴焊接材料的储存、保管应符合JB／T3223-96《焊接材料质量管理规程》及相关标准的要求；

⑵焊接使用的焊条、焊丝、焊剂、保护气、电极应有出厂合格证和质量证明书；

⑶焊材的烘干、发放、回收严格按有关规定执行，焊条的烘干工艺按生产厂家说明书提供的参数进行，如无则按焊接工艺指导书给定的参数进行；

⑷焊丝使用前，应去除表面的油脂、锈等杂物；

⑸保温材料性能应符合预热及其处理要求。

5.1.3设备要求

⑴使用的直流焊机要在校准周期内，并且完好、性能可靠，双表指示灵敏；

⑵焊条保温筒、刨锤、不锈钢丝刷或铜丝刷配备齐全，特别是刨锤不得与碳钢混用，应采用不锈钢材料或在其表面堆焊不锈钢；

⑶预热及热处理的设备完好，性能可靠，检测仪表在校准周期内。

5.1.4施焊环境要求

镍及镍合金焊接施工的环境条件应达到以下要求：

⑴环境温度不低于0℃；

⑵手弧焊时风速不大于8m／s，氩弧焊时风速不大于2m／s；

⑶相对湿度不大于90％；

⑷无雨、雪天气。

5.2施工工艺

5.2.1坡口型式及尺寸

5.2.2坡口清理及组对

⑴焊接坡口及其两侧用专用砂轮或不锈钢丝刷将氧化层清除干净，并用丙酮和无水乙醇去除其表面油污、水分、灰尘等有害物质，防止硫、铅、磷或低熔点杂质混入熔敷金属中。

⑵壁厚相同时，其内壁应做到平齐，内壁错边量要小于0.5mm。

⑶当壁厚不同时，其内壁厚差0.5mm或外壁厚差大于2mm时，应按图2所示的要求加工。

5.2.3焊接方法

⑴采用氩弧焊接管径小于等于3〃或壁厚小于6mm的对接焊缝；否则采用氩弧打底，焊条电弧焊填充盖面；

⑵有熔透性要求的接管焊缝采用氩弧打底焊条电弧焊盖面，采用焊条弧焊焊接非熔透性接管焊缝。

5.2.4定位焊

⑴用实芯焊丝钨极氩弧焊进行定位焊接时，焊缝背面应进行充氩保护；

⑵定位焊长度为l0～15mm，高2～4mm且不超过壁厚的2／3；

⑶管道定位焊缝焊点数为2～5点，焊接前应将定位焊缝两端磨削成便于引弧的斜坡；

⑷定位焊顺序应上下相应交错进行，点焊马鞍口时应先点焊尖角两点；

⑸对口所用的挡板及具应与母材材质相同。

5.2.5焊接要点

⑴在工艺参数范围内尽量采用小的焊接线能量、短电弧、不摆动或小摆动的操作方法。

⑵焊接镍及镍合金使用的氩气纯度不应低于99．99％。打底时，熔池前沿保持直径为2～3mm的小孔，焊丝以滴状过渡至熔池。

⑶用角向磨光机或不锈钢钢丝刷彻底清理层间及表面，打磨和切割时不得与碳素钢混用，必须使用白刚玉砂轮片；

⑷焊条电弧焊填充及盖面时，为了防止焊接飞溅损伤母材，在坡口两测大于lOOmm范围内的母材上涂以自垩粉；

⑸管材及配件不得与碳钢混放，要用胶皮或石棉布垫放；

⑹交叉作业时，要在管道的污染部位覆盖石棉布；

⑺承插焊必须两遍成型；

⑻为了防止焊接变形，当壁厚较大时，填平焊接宜选用对称焊接；

⑼焊接完毕后，必须及时将焊缝表面的熔渣及周围的飞溅物，防飞溅材料清理干净。

5.2.6热处理

镍及镍基合金焊接一般情况下不需预热和热处理，只是在耐蚀堆焊时考虑适当的预热和热处理。

5.2.7焊接注意事项及要求

⑴焊条筒内必须存放同牌号的焊条，而且存放时间不得超过4小时；

⑵各层各道的焊接接头要错开，层间清理要彻底；

⑶禁止在非焊接部位引弧及电弧擦伤管材表面；

⑷打底要控制好电弧，运弧及送丝要均匀，以保证焊缝根部熔合良好；

⑸层内温度应小于1O0℃。

5.2.8焊缝返修

⑴清除缺陷后应将清除后的焊缝修磨成至少l：3的斜度；

⑵采用砂轮机磨削清除缺陷，根部缺陷磨削的宽度应在4-5mm。缺陷清除后，应对返修部位进行坡口修理磨槽两侧的角度大于25。，磨槽两端的角度不小于45；

⑶焊缝返修后仍按原规定检验；

⑷同一部位的返修次数不得超过两次，需要超次返修时，应制定措施并经施工单位技术总负责人批准；

⑸应将焊接修补的部位、次数和检测结果作好记录存档。

总之，在镍及镍基合金焊接施工中，我们首先要做好焊前清理，在保证熔合良好的前提下，选用较小的焊接线能量，严格控制层间温度，选用较大的坡口角度和较小的钝边，尽量不使焊缝拉平或凹下。另外，在执行合适的焊接工艺的同时，还要在施工过程中严格管理，才能保证镍及镍基合金焊缝的焊接质量。

             掌握硬度测试的几种方法

无锡金铃内燃机配件制造有限公司    夏国华

硬度--是衡量材料软硬程度的一个性能指标。它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力，是反应材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。

最常用的是静负荷压入法硬度试验，即洛氏硬度(HRA/HRB/HRC)、布氏硬度(HB)、维氏硬度(HV)，其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。而里氏硬度(HL)、肖氏硬度(HS)则属于回跳法硬度试验，其值代表金属弹性变形功的大小。

布氏硬度HB

布氏硬度(HB)是以一定大小的试验载荷，将一定直径的淬硬钢球或硬质合金球压入被测金属表面，保持规定时间，然后卸荷，测量被测表面压痕直径。布式硬度值是载荷除以压痕球形表面积所得的商。一般为：以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2(N/mm2)。 
    洛氏硬度HR

洛氏硬度是以压痕塑性变形深度来确定硬度值指标。以0.002毫米作为一个硬度单位。当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：

- HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料，如硬质合金等

- HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球求得的硬度，用于硬度较低的材料，如铸铁

- HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料，如淬火钢等

维氏硬度HV

维氏硬度(HV)以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)。 它适用于较大工件和较深表面层的硬度测定。维氏硬度尚有小负荷维氏硬度，试验负荷1.961～49.03N，它适用于较薄工件、工具表面或镀层的硬度测定；显微维氏硬度，试验负荷小于1.961N，适用于金属箔、极薄表面层的硬度测定。

肖氏硬度HS

肖氏硬度试验是一种动载试验法,其原理是将具有一定质量的带有金刚石或合金钢球的重锤从一定高度落向试样表面,根据重锤回跳的高度来表征测量硬度值大小（符号为HS），重锤回跳得越高,表面测量越硬。 
    邵氏硬度HA/HD

具有一定形状的钢制压针﹐在试验力作用下垂直压入试样表面﹐当压足表面与试样表面完全贴合时﹐压针尖端面相对压足平面有一定的伸出长度L(即压针扎进被测物的深度)，以L值的大小来表征邵氏硬度的大小，L值越大﹐表示邵尔硬度越低﹐反之越高。

         合金元素在钢铁中存在形式与影响

无锡国信质量检验技术研究院 钱华新

一 . 碳

碳是钢铁中的重要，它是区分钢铁的重要标志之一。在决定钢号时，往往注意到碳的含量，碳对钢铁的性能起决定性的作用，由于碳的存在，才能将钢进行热处理，才能调节和改变其机械性能。当含碳量在一定范围内时，随着含碳量的增加，钢的硬度和强度得到提高，其塑性和韧性下降，反之，则强度和硬度下降，而塑性和韧性提高。由于碳含量在钢铁中的重要作用，，所以快速准确地测定钢铁中的碳含量也就是具有相当重要的意义。

碳在钢铁中的存在形式可分为下列两种：

1：化合碳：碳以化合形态存在。在钢中主要以铁的碳化物（如FeC）和合金元素的碳化物形态存在。在合金钢中常见的碳化物有（Mn₃CCr₃C₂WCWC₂VCMoCTiC等统称为化和碳）

2：游离碳：铁碳固容体中的碳，无定形碳、退火碳、等统称为游离碳。高碳钢经退火处理时也会有部分游离碳析出。在铸铁中的碳，除了极少量固容于铁素体外，常常以游离形态或化合形态，或两者并存的形态存在。化合碳与游离碳总和称为总碳量。在分析游离碳较多的铸铁等试样时，应特别注意样的

代表性和均匀性。

游离碳一般不和酸起作用，而化合碳能溶于酸中，借此性质可分离游离碳。碳化铁容易溶解在各种酸种，并容易被空气所氧化，但是碳化铁不溶于冷的和稀的非氧化性酸（硫酸、盐酸）内，大部份碳化物以黑色或深褐色的沉淀而沉降下来，但是，这种称定在氧化剂甚至于在空气中的氧参与下都很容易溶解。，受到农盐酸、农硝酸作用时，碳化铁即被析出不同组分的挥发性碳。

大多数合金元素的碳化物难溶于酸内，为使其完全分解，需采取适当的措施。如：

1：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。

2：钢样内如含有稳定碳化物时，在用硝酸氧化以前，先行蒸发至冒硫酸烟（或蒸发硫磷酸至冒硫酸白烟），然后再仔细地滴加浓硝酸

3：如钢样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、硝酸或盐－硝混合酸处理后，再用高氯酸处理。在高氯酸蒸发的温度（约200度）下加热，这是全部碳化物即会分解。

二 . 硅

硅在钢铁中主要以固溶体形式存在，还可形成硅化物，其形式有MnSi或FeMnSi等，也有少许以硅酸盐以及游离SiO₂的形式成为钢铁中非金属夹杂物而存在，在高碳钢中可能有少量SiC形式存在。

硅和氧的亲和力久次于铝和钛，而强于铬、锰、钒。所以在炼钢过程中，硅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。故钢中含硅量一般不小于0.10％，作为一种合金元素，一般不低于0.4％，耐酸耐热钢及弹簧钢中含硅量较高。而硅钢中含硅量可高达4％以上。

单质硅只能与氢氟酸作用，与其他无机酸不起作用，但能溶解于强碱的溶液中。钢中大多数的硅化物是溶于酸的。但如遇周其表IV/V/VI副属元素和部分过渡元素的难溶性硅化物时，则只有用HNO₃-HF或H₂SO₄-H₃PO₄混合酸才能分解。

硅对化学分析的影响，注要表现为当钢中硅含量较高时，在溶解的过程中容易产生硅酸沉淀。此外，在测定其他元素时，为了消除硅酸的影响，有两种方法：1：是加氢氟酸成SiF4气体逸出（可以在铂、黄金、刚玉或氟乙稀中进行）。2：脱水后成SiO₂沉淀虑去。

三 . 磷

    磷在钢中以固溶体和磷化物形态存在。磷化物形态有Fe₃P,Fe₂P等，极少量有时呈磷酸盐夹杂物存在。磷在钢中的分布具有不同程度的偏析现象，所以取样时应注意代表性。

Fe₃P是一种很硬而脆性大的物质，当磷含量高时易形成Fe3P增加钢的冷脆敏感性；增加钢的回火脆性以及焊接裂纹敏感性。一般认为在钢中含磷量高于0.1％时，便会发生上述的危害性。通常情况下认为磷是钢中的有害元素，但是它也有可利用的一面。如：磷和铜联合作用时，能提高钢的抗蚀性；它和锰、硫联合作用时，能改善钢的切削加工性。如；我国易切结构钢Y12含磷0.08～0.15％。

钢中绝大多数磷化物是能溶于酸的，但是，用非氧化性溶解时会以PH₃形态逸出。在氧化性酸中，大部分生成正磷酸H₃PO₄,也有一部分生成焦磷酸（H₄P₂O₇）、偏磷酸（HPO3）或次磷酸（H3PO2）状态。因此，在分析磷时，除了一定要用氧化性酸容样外，并要用强氧化剂氧化，使之全部成H3PO4形态。方可继续进行。

四 . 硫

硫主要以硫化物的形态存在于钢中。在钢中有大量锰存在时，主要以MnSF和FeS，而很少形成其它硫化物。如：CrS、FeS-Cr2S3、VS、TiS等等。一般认为硫是钢中有害元素之一。硫在钢中易于偏析，恶化钢的质量。如以熔点较低的FeS的形式存在时，将导致钢的热脆现象。此外，硫存在于钢内能使钢的机械性能降低，同时对钢的耐蚀性、可焊性业不利。

由于硫在钢中易于偏析，因此，取样时必须注意代表性。钢中硫化物一般易溶于酸中，在非氧化性酸中生成硫化氢逸出，在氧化性酸中转化成硫酸盐，硫化物在高温下（1250～1350）通氧气燃烧大部分转化为SO2气体。转化为SO2的作用并不完全。

硫在化学分析中的影响，通常表现在气体容量法定碳时，必须考虑要有良好的脱硫剂，否则会使碳的结果偏高。

五 . 锰

锰在钢中除了形成固溶体外，还能形成MnSMn3C以及少量的MnSiFeMnSi 氧化物（如MnOMnO.SiO2等）和氮化物等。

锰在冶练钢铁过程中，通常作为脱氧剂及脱硫剂而特意加入。锰与硫能形成熔点较高的MnS，可防止因FeS而导致的热脆现象，并由此可提高钢的可缎性，锰还能使钢铁的硬度和强度增加。

锰溶于稀酸中，生成二价锰离子，锰化物也都很活泼，溶于溶解和氧化。由于锰的价态较多（有2、3、4、6、7、价），这就为测定锰提供了有利因素。

锰对化学分析的影响，主要有两个方面：一是含锰量高时，在低酸度价质中迂强氧化剂易产生棕色混浊：二是锰含量高时，使溶液中其它元素的氧化难于完全，如高锰钢中的磷的氧化就是如此。遇此情况需考虑适当的氧化方法。

六 . 铬

铬是合金钢生产中应用最广泛的元素之一。铬能增强钢的机械性能和耐磨性，增加钢的淬透性及淬火后的抗变形能力，增强钢的弹性、抗磁性、耐蚀性和耐热性。

铬在钢中的形态较复杂，除了部分存在于铁固溶体中外，还可以形成碳化物【（FeCr）2C Cr3C2 Cr7C3 Cr23C6 等】硫化物【CrS FeS 、Cr2S3 等】氮化物【CrN、Cr2N】氧化物【CrXOY (FeMn)O`Cr2O3】与金属铁的化合物（FeCr）和硅化物（Cr3Si等）。其中以铬的碳化物和氮化物状态较为稳定。因此，在用化学法测定钢中铬时，首先要注意上述情况，采用相应的溶解方法，才能保证铬全部溶解，从而得到满意的准确分析结果。

铬能在热的盐酸和热的硫酸中迅速溶解。 Cr+2HCl===CrCl3+H2

                                     2Cr+6H2SO4====Cr2(SO4)3+3SO2+6H2O

铬在强碱溶液中也能溶解，但是与浓硝酸作用时由于在其表面生成一层致密的氧化膜而被纯化，以致不能溶解。一般处于固溶体中的铬易溶于盐酸、稀硫酸、或高氯酸中，但残留的铬的碳化物或氮化物，通常用加浓硝酸、或加热至冒硫酸烟或冒高氯酸烟时才能破坏。有的甚至需在硫酸冒烟时滴加硝酸才能破坏。在测定高铬高碳试样中铬时，往往不允许长时间冒高氯酸烟，钢样就必须在王水或盐酸—硝酸混合酸中溶解后，加硫磷混合酸蒸至冒硫酸烟，再滴加浓硝酸，方能使试样溶解完全。有些铬的碳化物（如Cr23C6 Cr7C3等）在还原性酸中加热可以逐渐溶解，但在水中容易纯化。

铬对其它元素化学分析的影响，主要有二个方面：一是铬离子是有色的（三价为绿色、六价为黄色），在比色时要考虑色泽空白：二是高价铬离子有氧化性，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。上述影响亦可用分离的方法将铬除去。通常较简便的方法就是在高氯酸冒烟时加盐酸（或氯化纳）使铬成氯化铬酰Cr2CL2驱除。  Cr2O7+4CL-+6H===2CrO2CL2+3H2O

七 . 镍

普通钢中的含镍量在0.3%以下，不起合金元素作用。平均含镍量在0.5%以上的钢就可以算镍钢。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、防腐抗酸性、高导磁性，并使晶粒细化提高淬透性，增加硬度等。在许多特殊钢和合金镍含量更高。在噢氏体钢中的镍量超过8%，从而增加钢的耐蚀性能和良好的可焊性，耐热钢中的镍含量有的超过20%,从而增加钢的耐热性。含镍25%的钢即具有抗溶融碱的特殊性能，而含镍量36%的高镍钢对热膨胀以及电磁的敏感性很强。

镍在钢中主要以固溶体的形态存在。由于镍在钢中并不形成稳定的化合物，所以大多数含镍钢和合金都溶于酸中。纯镍与盐酸或稀硫酸反应很缓慢，然后与浓硝酸激烈反应，在浓硝酸中加少量盐酸反应也相当快。然后浓硝酸对铁有钝化作用，所以在溶解含镍尴尬时，镍含量低的用硝酸（1+3）或盐酸（1+1），含镍高的用硝酸(1+3)高镍铬钢用王水或盐酸—硝酸混合酸（1+1）或高氯酸。

镍在化学分析中的影响，主要是离子有色对比色有影响。镍的掩蔽剂除氰化物以外，很少有与之络合能减少镍离子的颜色的掩蔽剂。因此应考虑采取试样空白或通过分离镍而消除其影响。

八 . 钛

钛是较为活泼的金属元素之一，它和碳、氮、氧都有极强的亲和力，和硫的亲和力也强于铁和硫的亲和力，因此它是一种良好的脱氧去气剂，和固定碳和氮的有效元素，加入适当的钛能改变钢的品质和提高机械性能，能提高耐热钢的抗氧化性和热酸性，提高不锈钢的耐蚀 

钢中的钛除了固溶钛以外，其化合物及其复杂，能形成TiC TiN TiS TiO TiO2等等。

金属钛能溶于热的浓盐酸中，2Ti+6HCl====2TiCl3+3H2,更易溶解于HF+HCl(H2SO4)中，这时除浓酸与金属的作用外，还利用F和Ti的络合作用，促进钛分解：

Ti+6HF====2TiCL6-2+2H+ +2H2

钛可以溶于盐酸、浓硫酸、王水、和氢氟酸中，但钛的氧化物、碳化物、氮化物、化学性较大，

从上述可以看出，钢中钛除固溶钛外，还有化合钛，它们对酸的溶解性质有差异。因此就引起了分析方法上有总钛量，化合钛和金属钛的区别。（也就称为酸溶钛和酸不溶钛的区别）

钛在化学分析的影响有以下二点：1：四价钛在低酸度溶液中很易水解形成白色偏钛酸沉淀或胶体，后者难溶于酸中，因此在分析过程中应保持溶液的一定酸度以防止水解，或采用加络合剂的办法掩蔽钛。2：三价钛离子呈紫色，易被空气和氧化剂氧化成四价。

九 . 钒

钒是钢铁中很重要的元素之一，就我国钢铁体系来讲，MO W V Ti Nb和Xt等合金元素是我国合金元素的重要部分。钢中含有钒使钢具有特殊的机械性能，提高钢的抗张强度和屈点，尤其是提高钢的高温度，提高工具钢的使用寿命。钒和硫、氮、氧都有强的亲和力，在炼钢时可用作细化晶粒的脱氧剂。

钒在钢中除了古溶钒外，还可形成VC V2CVN FeV2O4 V2O3 VO V2O5等其中VC往往形成缺碳的V4C3。因此钢中钒的碳化物常呈V4C3和V2C形态。

钒除了用氢氟酸作用外，它不和非氧化性酸作用。它能溶于硝酸或硝酸与盐酸的混合酸中。钒的碳化物是很稳定的，用硫酸或盐酸处理时，几乎不能溶解，只有以硝酸（或过氧化氢）氧化并经硫酸冒烟处理后才能溶解。钒以四价状态存在于溶液中，四价钒受到强氧化剂（如高锰酸鉀）作用时，则变成五价钒并形成钒酸。

钒对化学分析的影响主要有二个方面：1：钒离子是有色的（五价呈黄色、四价呈兰色），比色时需考虑色泽空白，2：五价钒是氧化剂，不稳定，易被还原，对某些显色剂有氧化作用。另外，五价钒能与磷、钼生成络合物，使磷的测定结果偏低，故常用亚铁将其还原成低价以消除其干尤。

十 . 钼

钼在钢中除固溶钼外，还可能形成碳化物（MO2C MOC {Fe,MO}3C {Fe,MO}6C等等），氮化物（MON）以及硼化物等，但在低合金钢中主要形态是碳化物钼作为合金元素加入钢中，能增强钢的强度而不减其塑性和韧性，同时能使钢在高温下有足够的强度，而且改善钢的耐蚀、冷脆性等。

钼只能与浓硝酸作用，热的浓硫酸作用。而含钼钢能溶于稀硫酸和盐酸中，低合金钢中的钼主要以碳化物形态存在，不溶于稀硫酸和盐酸。硝酸不仅能分解钼的碳化物，而且能溶解金属钼（高纯钼还需补加几滴过氧化氢）。对于稳定的钼碳化物加热至冒硫酸烟才能分解。(有时尚须在冒烟时滴加浓硝酸)。因此在测定钼时应予主意。

十一 . 钨

钨是重要的合金元素之一。它的作用主要是增加钢的回火稳定性，红硬性，热强性以及形成特殊碳化物而增加其耐磨性，高速工具钢和硬质合金都必须含有较多量的钨。

钨在钢中主要以碳化物形式存在。如：Fe3W3C, Fe21W2C,WC,W2C等。部分钨能溶于基体形成固溶体。此外还能形成Fe2W,W2等等。

钨不与盐酸和硫酸作用，仅微溶于硝酸、氢氟酸和王水。为了使钨溶解，可以是他形成络合物。例如：在浓磷酸中由于生成磷钨酸H3[P(W3O10)4]而能使钨溶解。金属钨还可以溶解于HNO3==HF中。这是由于钨（VI）能与氟离子生成稳定的络合物而进入溶液。钨亦溶于过氧化氢中。曾经有人用过过氧化氢与草酸的混合物溶解钨铁，甚为快速。细粉末状的钨溶于煮沸的苛性碱溶液中生成碱金属钨酸盐并析出氢气。

钨的碳化物对还原性酸一般是稳定的。它们仅溶于氧化性酸溶液中。含钨钢通常易溶于盐酸（1+1）或硫酸（1+4）中。当用盐酸和硫酸处理钢样时，金属钨及其碳化物以重质黑色粉末状沉于容器底部，需缓慢滴加硝酸氧化，使其转化为钨酸，否则会使较多的铁、铬、钼、钛、锆、锡、硅、磷等等夹杂在钨酸中。钨酸消溶于过量的盐酸和硝酸的混合酸中。在重量法或容量法中，以钨酸形式析出时，必须注意到上述情况。

钨对化学分析的影响是严重的，注要是因为钨含量高时极易水解产生混浊。要将其完全分解是困难的，并且用钨酸的形式分离时还会有吸附。消除这种影响的方法有三种：1：加磷酸、酒石酸或柠檬酸掩蔽；2：冒硫酸烟或高氯酸烟时钨酸脱水后过泸；3：用强碱使钨酸转变为可溶性的钨酸钠。

十二 . 铝

铝是钢的良好的脱氧剂、去气剂和致密剂之一。在不同的条件下，铝对钢的影响不一样。作为合金元素加入，可提高钢的抗氧化性，改善钢的电磁性能，在耐热钢中提高热强性，在渗碳钢中促使形成坚硬耐磨耐蚀的渗碳层。

铝在钢中主要以金属固溶体形态存在，此外还可形成氮化铝（AlN）、氧化铝(Al2O3)、以及(FeMn)O.Al2O3 CaO.AlO3和AlOxNy等夹杂物。

铝不与浓硝酸和浓硫酸发生作用。在稀硝酸中反应非常缓慢，易溶于盐酸。铝的氧化物在化学在化学性质上是很稳定的，但是AlN很活泼，易溶于酸。所谓“酸溶铝”系指金属铝和氮化铝而言。“酸不溶铝”主要指铝的氧化物。铝的氧化物不是绝对不溶解于酸，只是极少溶解于酸。而且随溶样酸的不同和温度不同而有差异。

铝在化学分析中有二点应注意1：在盐酸介质中AlCl₃过热状态下易蒸发损失。2：铝与铁、铬、钛等元素常伴随在一起，加之铝是二性元素，因此在分离和测定铝时手续仍比较麻烦复杂。

十三 . 铌

铌在钢中在主要以铌化物的形态存在。主要有NbC,Fe2Nb,其它形式有NbN,Nb2O2,Nb2O5等（其中NbC同VC一样，常因缺碳而形成Nb4C3,而Fe2Nb又因缺位或其它原因使其化学成分与Fe3Nb2相近，因此文献上常常写成Fe3Nb2）。

铌作为合金元素加入钢中，能显著地提高钢的强度和抗腐蚀性，改善钢的焊接性能。钢中的铌通常为0.1 %~ 1 %左右，普通低合金钢中的铌含量在0.015 %~0.050 %，而在高温用的结构钢中含铌量可达3 %。

铌不溶于盐酸、硝酸、及硫酸中，但易溶于氢氟酸和硝酸的混合酸中，它与氢氟酸能缓慢的作用。它可以和熔融的苛性碱迅速发生反应生成铌酸盐，它与碱溶液能发生较显著的作用。所以铌化物对稀酸是稳定的，Fe2Nb只溶于含氧化剂的酸性溶液中。NbCNbN可以溶于HNO3+HF；HF+H2O2；NH4F.HF+H2O2等混合酸中。NbC还可以溶解在饱和草酸+水中。

Nb2 O5可溶于HF、H2SO4+HF,加热至冒烟的浓硫酸中等。

当用酸分解钢样时，铌极易水解成铌酸析出沉淀，但在酒石酸、柠檬酸、草酸盐、过氧化氢或氢氟酸存在下，铌能形成可溶性的络合物。许多方法就是利用此特性使铌保存于溶液中而进行测定。

十四 . 钴

钴是世界上稀少的贵重金属，因此多用于冶炼特殊的钢和合金。

钴在特殊钢中，能改善钢的高温性能，增强钢的红硬性提高抗氧化和耐腐蚀能力，为超硬高速钢及高温合金的重要合金化元素，钴在钢和合金中的含量范围较大，在特殊的钴基高温合金中可达50%左右，而在原子能和某些工业的钢种里，含钴量要求低于一定范围。（例如：在0.01 %）

钴在钢中绝大部分以固溶体的形态存在，并不形成碳化物。

钴在稀盐酸和硫酸中反应很缓慢，能逐渐溶解，在热的盐酸中溶解较快，易溶于稀硝酸和王水，在浓硝酸中激励反应。

钴离子是粉红色的，在比色时要注意消除其色泽影响

十五 . 硼

为了改善钢的某些性能，常常向钢中加一定量的硼，比如在普通钢和结构钢中加入微量的硼（一般平均含量在0.003 %），可提高钢的淬透性，从而能提高零件截面积性能的均匀性，在珠光体耐热钢中加入微量硼可提高钢的高温强度。用硼可节约镍、铬、钒、钨等稀缺金属，可以弥补我国镍、铬资源的不足。

硼在钢中除了以固溶体形态存在外，还可以形成各种硼化物。有硼化物、氮化物、氧化物等等，在高硼钢中还会形成Fe2B ,TiB，等金属硼化物。

在钢铁中硼的分析的主要内容常常有：全硼、酸溶硼和不酸溶硼等区别。所谓全硼是指固溶硼和化合硼的总量、“酸溶硼”常常是指能溶于5N硫酸中的固溶硼和碳硼化物中的硼。“酸不溶硼”就是指不溶于5N硫酸的其他一些硼化物，主要是BN ,B2O3等等。

十六 . 稀土元素

一般所说的稀土元素，是指元素周期表中原子序数为57~71的镧系元素以及周期表ШB族中钪和钇，共17个元素，由于这些元素大多是在矿石中共生，而且化学性质也很相似，所以归为一类。在我国钢号中用”Xt”表示。

将稀土元素分为三组：

1：铈族元素：轻稀土；镧、铈、镨、钕、鏂、钐、铕等七个元素。2：铽族元素：

3：稀土元素在钢中，半数以上进入碳化物中，小部分进入夹杂物中，其余部分进入固溶体中。稀土元素对氧、硫、磷、氢等的亲和力都很强，和砷、锑、铅、铋、锡也都能形成熔点较高的化合物。因此是很好的脱气、脱硫和清除其他的杂质的加入剂。钢中加入少量稀土，能提高钢的流动性，从而改善钢的表面质量；能显著提高不锈耐酸钢的热加工塑性。结构钢中加入稀土元素能提高其塑性和韧性，减弱可回火脆性等等。

稀土元素的性质极为相似，不易相互分离，一般皆以混合物的形式加入钢中。因此，一般的分析法也即测定其总量。稀土元素易溶于酸，Ce+4具有氧化性，对氧化还原有一定的影响。

十七 . 铜

铜在退火钢中主要以固溶体或极微细的金属夹杂物形态存在。一般当铜含量大于0.8 %时，会出现后一种游离态。

铜在钢中的含量一般在0.02 %以下，通常是钢中的有害杂质，使钢的机械性能降低，并在加热时导致金属表面的氧化，影响钢的质量，但有时也特意往钢中加入铜以代替部分镍。在低碳低合金钢中，特别与磷同时存在时可提高钢的抗大气腐蚀性能。2-3% 铜在奥氏体不锈钢中可提高其对硫酸、磷酸及盐酸等抗腐蚀性及对应力腐蚀的稳定性。

铜不溶于稀盐酸或稀硫酸，但溶于硝酸或热的浓硫酸中。

铜在比色法分析中的影响主要是在铜含量高时有色泽影响，应考虑色泽空白。

十八 . 氮

气体对钢的质量影响很大，在大多数情况下，气体的存在使钢发脆并出现裂纹，降低耐蚀性等弊病。氮在钢中一般含量不大于0.008% ，但在某些情况下，例如：在镍铬钢、铬锰钢中加入少量氮，它起着合金元素的作用，代替了相当部分的镍。除此，根据需要还对钢进行表面渗氮处理，以此增加钢的硬度和耐磨性能。也显著改善其耐蚀性能。

钢中氢主要以氮化物形态存在，只有及少数的一部分成为固溶体。

按物理性质和键的特性，氮化物可分为两类：金属氮化物和非金属氮化物。而金属氮化物又分为非过度金属氮化物和金属过度氮化物。钛副族、钒副族的金属氮化物以及非金属氮化物常常属于难容的氮化物。这些氮化物溶解需要用高氯酸或硫酸冒烟处理，或采用K2SO4---H2SO4“湿法熔融”除上述难容的氮化物外，其他氮化物都能溶于稀酸。

  钢中杂质元素对钢性能的影响

            无锡市第二标准件制造有限公司 邵强

  碳素钢与合金钢相比，易于冶炼，除铁和碳二个基本组元之外，还含有少量的硅、锰、硫、磷、氢、氧、氮等元素，这些元素常称为杂质。它们的存在，必定会对钢的性能产生影响。

一   硅和锰的影响

    硅和锰是炼钢时作为脱氧剂进入钢中的。硅溶入铁素体中起固溶强化作用，从而提高热轧钢材的强度、硬度、弹性极限，但会降低塑性、韧性。硅的脱氧作用比锰强，可以消除氧化铁夹杂对钢的有限作用。

    锰大部分能溶于铁素体中，形成置换固溶铁素体并使铁素体强化，锰还能增加珠光体的相对量，细化珠光体，从而提高钢的强度。此外，锰与硫化合生成硫化锰，可消除硫的有限作用。因此，锰和硅在碳素钢中是有益的杂质元素，生产过程中二者含量一般控制在Si<0.5 % ,Mn<0.8 % 。

二   硫的影响

由于生铁中含有较多的硫与磷，在炼钢时因去除不完全而残留在钢中。硫在铁中与Fe形成化合物FeS 。FeS与Fe又能形成低熔点共晶体FeS----Fe（熔点为985°），分布在晶界上，在钢材热加工时（1150~1200°）低熔点的FeS----Fe的共晶体已溶化，导致钢材晶间开裂，韧性极低，这种现象称为热脆性。

在钢中加入锰会减弱硫的有限、害作用，因为S和Mn的亲和力比S和Fe的亲和力大，发生反应如下：FeS+Mn====MnS+Fe

因此锰可以取代铁而形成MnS.。MnS的熔点高（1200），在高温下又有一定塑性，而且呈粒状分布与晶粒内部，从而避免了热脆性的产生。

硫对钢的焊接性能也产生不良影响，它不但导致焊缝产生热裂，而且硫在焊接过程中容易生成SO2气体使焊缝产生气孔和疏松。

因此，总体上S是碳素钢中有害的杂质元素，生产中应在炼钢时尽量去除掉，其质量份数一般控制在S<0.05 % 。

三   磷的影响

磷在钢中易产生偏析，形成Fe3P能使钢的强度、硬度提高，但却使钢的塑性、韧性显著下降，脆性增大。特别是钢的脆性转折温度急剧升高，引起钢的冷脆性。因此，磷在碳素钢中也是有害的杂质元素，故磷的含量也要严格控制，一般其含量规定P<0.05 % .

四  氧的影响

由于炼钢是一个氧化过程，不可避免地会在钢中存在着相当数量的FeO 。虽然在冶炼未期用锰铁、硅铁或铝进行脱氧，其产物MnO,SiO2,Al2O3或FeO.MnO,2FeO.SiO2等又大部分浮入渣中而被除掉，但仍然会有少量的氧残留在钢中。以上述各种夹杂形式存在氧化物，对钢的性能极为不利，将大幅度地降低钢的强度、韧性和疲劳强度，同时能降低钢的冲击韧度和急剧提高钢的脆性转折温度。

                               五  氢的影响

氢在冶炼时以原子状态进入钢水中。钢中氢的质量分数极低，对组织影响极小，但对钢的性能却有较大的危害。微量的氢会使钢导致钢产生“氢脆”，出现“白点”，使钢的塑性降低，在合金钢中该现象尤为严重。

一般认为钢中含氢是产生白点的主要原因。氢在奥氏体中的溶解度远远大于在铁素体中的溶解度，在铁素体中的溶解度又随温度的降低而剧减。因此，当钢由高温冷却时将有氢析出。如果在缎后或轧后缓慢冷却，析出的氢原子可向表面扩散而逸出，如冷却较快，析出的氢原子来不及向钢表面扩散逸出，则将聚集在钢中的缺陷处，如晶界、亚晶界、显微气孔等处，并结合成氢分子，产生巨大的压力。当氢分子产生的压力超过钢的强度时，钢材内部则产生细微裂纹，即形成白点。

白点主要在合金钢的初轧钢胚和大型锻件中出现，此外，氢还会使焊缝热影响区产生冷裂纹。

钢中除了有上述常存杂质外，还有少量的非金属夹杂物：氧化物、硫化物、氮化物和硅酸盐等。钢中的非金属夹杂物，主要来源于冶炼、浇注过程中物理化学反应的生成物以及因浸蚀剥落而进入钢中的炉渣及耐火材料。

非金属夹杂物之所以降低钢的力学性能与工艺性能，主要是由于非金属夹杂物与金属基体交界处的弹性、塑性变形不协调，易引起应力集中，在脆性夹杂物的边缘出现疲劳裂纹，从而降低钢的疲劳强度。脆性夹杂物的尺寸越大，颗粒越多，危害也越大。因此，对承受交变载荷的零用钢，要严格控制非金属的夹杂数量。

综上所述：钢中常存夹杂和非金属夹杂物均会降低尴尬的力学性能和工艺性能。对于有重要用途的钢材，非金属夹杂物的数量、形状、大小和分布情况，都要严格控制。为此，人们常常为提高钢的纯度而努力。

钢中元素对钢的性能影响

无锡国信质量检验技术研究院 钱华新

一 . 碳

钢的性能与含碳量有直接的关系。含碳量越高，硬度越高，合金的硬度取决于合金中含碳量的多少，含碳量增加，渗碳体组织多，硬度直线上升。合金的强度也是随含碳量的多少而变化的。

1：对亚共析钢来说，随着含碳量增加，组织中珠光体量也增多，铁素体量减少，固强度直线上升。

2：对于过共析钢来说，随着含碳量的增加，二次渗碳体出现并增多，强度增大的趋势减慢。

3：含碳量到0.9 % 后，二次渗碳体渐渐构成网状，包围了珠光体，使合金强度呈下降趋势。

4：含碳量增至2.11 % 后，合金中出现脆性更大的莱氏体，强度降低到一个很低的值。

5：以后含碳量继续增加，合金的基体是连片的渗碳体，强度变化不大，但其数值是很低的。合金的塑性主要是由铁素体提供的，低碳钢的铁素体组织多，所以塑性最好。随着含碳量的增加。铁素体减少，合金的塑性也不断的下降。当合金的基体为渗碳体时，塑性趋于零。合金的冲击韧性随着脆性的渗碳体的增多，急剧下降。碳对焊接性能有着不良的影响。含碳量愈高，它的熔点愈低：反之，含碳量愈高，它的熔点愈低 

二 .  锰

锰是炼钢生铁和脱氧剂锰铁带入钢中的杂质元素。锰的脱氧能力很好，能还原钢中氧化铁，提高钢的产量。

锰能溶入铁素体，提高钢的强度和硬度，并使钢材在热轧后冷却时得到片层较细、强度较高的珠光体。

锰还能与硫形成硫化锰，以消除硫的有害作用。

工业用钢一般都含有一定数量的锰，它能消除或减弱钢因硫所引起的热脆性，从而改善钢的热加工性能。

锰在钢中由于降低临界转变温度而起到细化珠光体的作用。它具有使钢形成和稳定奥氏体组织的能力，

锰也强烈增加钢的淬透性。它还能减低钢的红折性。含锰量大于0.5 %，而含碳量较高时，水淬时容易发生裂纹，主要是由于锰会促使晶粒长大的原因。锰钢可做火车轮、钢轨、道岔等。锰是钢中的有益元素。

三  . 硅

硅也是由炼钢和脱氧剂硅铁带入钢中的杂质元素。硅能更好地消除氧化铁对钢的不良影响。硅也能溶入铁素体，使铁素体强化，提高钢的强度、硬度、弹性、弹性极限和耐磨性。

硅提高钢的AC3温度，一般要求较高淬火和退火温度。硅的导热性较差，脱碳傾向比较严重。所以加热时必须注意升温速度不易太快，如果加热速度太快，就会有一定数量的珠光体没来得及转变，即保留一部分珠光体，这样对以后的热处理结束时的机械性能、使用寿命都有影响，需要有一定保温时间。

由于导热性差，钢内外温差较大，容易有开裂危险。

硅对钢的回火稳定性和抗氧化性有很大好处，因此，硅在钢中也是有益元素。

四 .硫

硫是在炼钢时由矿石和燃料带到带到钢中来的有害杂质。硫与铁化合成硫化铁（FeS）存在钢中，FeS的塑性差，因此，含硫多的钢脆性大。更为严重的是989C°，FeS与Fe形成低熔点的共晶体分布在奥氏体晶界上。当钢加热到1000°进行压力加工时，晶界上的共晶体溶化，使钢材在加工过程中沿晶界开裂。这种现象称为热脆。硫在钢中是有害元素。为了消除硫的有害作用，可增加钢的含锰量，锰能从FeS中夺走S而形成硫化锰（MnS）熔点1620°，并呈粒状分布在晶粒内，能有效消除热脆性。

五 .磷

磷也是钢中有害杂质，容易形成冷脆。冷加工时如果含磷量高时，很容易开裂，在常温用力击打就可以折断。

六 .钨

钨是合金元素，熔点为3370°（3410°），钨对钢的淬透性不大。它在钢中的用途主要是增加尴尬的回火稳定性。它在钢中增加红硬性和热强性，增加耐磨性。钨提高尴尬的临界温度，必须采用较高的加热温度和较长保温时间，不然达不到所期待的结果。钨能阻止钢的晶粒长大，可细化晶粒。钨的塑性低，导热性差。

七 .铬

铬是合金钢的元素，加入钢中能显著改善钢的抗氧化作用，增加钢的抗腐蚀能力。能显著增加钢的淬透性，增加钢的回火脆性倾向。铬加入纯铁和钢中在一定含铬量时，能提高强度、硬度、耐磨性。

八 .钒

钒是合金钢元素，它在钢中的作用为细化钢组织和晶粒，提高钢的强度、韧性、耐磨性。但是含钒量过高会使钢的缎造性变坏。当钒在高温溶入奥氏体时，会增加钢的淬透性，增加钢的回火稳定性。钒在高速钢中也有增加赤热性能作用。

钒对热处理的影响：由钒提高钢的上临界点AC3，钒的碳化物溶入奥氏体内又很慢，所以，含钒钢在热处理时一般需要较高加热温度和较长的保温时间。

九 .钼

钼是合金钢元素。它在钢中的作用为提高淬透性、热强性、防止回火脆性。钼提高钢的临界点，含钼钢在热处理时温度偏高一些。

十 .镍

镍是合金钢元素。镍和碳不形成碳化物，他是形成和温度奥氏体的主要元素。镍由于降低临界转变温度和降低钢中各元素的扩散速度，因而提高钢的淬透性。

十一.铝

铝在钢中的作用： 1；是作为炼钢时脱氧，并且细化晶粒。

                    2；作为合金元素加入钢中，提高钢抗氧化性。                                                                                                                                                                            

         3；它也有不良影响，在某些钢中脱氧，如果用量过多，会促

进钢石墨化倾向。

十二 .钛

钛是合金钢元素，钛提高钢的临界点，由于钢中的钛和碳形成十分稳定的碳化钛（TiC），在一般热处理的奥氏体化温度范围内，碳化钛极难溶解。由于碳化钛颗粒，使奥氏体晶粒细化，奥氏体分解转变时，新相晶核形成的机会增多，这些都将加速奥氏体的转变。

十三 .硼

硼在钢中主要用途是增加钢的淬透性，从而节约其他较稀缺、较贵重的合金元素，如：Ni、Cr 、Mo等。

钢铁化学分析三元素常规检测方法

（适用于普通钢和低合金钢）

无锡国信质量检验研究院 计建红

Si、Mn、p、如果是快速分析法应取  Si ：20 mg  Mn ：50 mg  p： 50 mg

Si、Mn、p、如果是常规分析法应取  500 mg

一：试剂的配制；

1、过硫酸铵    15 %  （新鲜配制）

2、钼酸铵      5 %

3、草酸        5%

4、过氧化氢    30%

5、硫酸亚铁铵  6%  （每100ml硫酸亚铁铵中加硫酸1：1）6滴

6、钒酸铵      0.25% （钒酸铵2.5克加入500ml水中加热溶解，冷却后加入浓硝酸30ml，稀至1000ml）

7、硝硫混合酸  1000ml水中加硫酸50ml、8ml硝酸

8、硫磷混合酸  Mn （称取1克硝酸银溶解于500ml水中，加硫酸25ml、磷酸30ml、硝酸30ml、再加水稀释至1000ml刻度） 

二：溶解母液；（称取试样500mg）

   将85ml硝硫混合酸至于125ml烧杯中，分别加入5ml过硫酸铵，烧至细泡沫没有，再加入5ml过硫酸铵继续烧至发褐色（温度稍微降低点），然后再加6滴过氧化氢，至使它还原呈黄色（注：滴加时要慢滴）

将烧好的试样倒入100ml杯中稀释至刻度。

三：比色法（光度法）：

1、硅：硅钼兰比色法 （波长660 mn）

钼酸铵5ml+30ml蒸馏水+母液5ml（放置10~20分钟），加入草酸10ml+硫酸亚铁铵10ml ，

以水为空白。

2、锰：高锰酸比色法 （波长530nm）

   25ml锰混合液+10ml过硫酸铵+10ml母液再加温至表面有细泡沫（加热煮沸），以水为空白。

2、磷：磷钼黄比色法 （波长430nm）

钼酸铵5ml+钒酸铵3ml+母液25ml ，空白液：8ml蒸馏水+25ml母液。

                三元素快速测定方法

  （适用于普通钢和低合金钢）

                  无锡国信质量检验研究院 计建红

一、           硅的快速测定； （硅钼兰比色法） 波长650 nm

① 硝酸：        1：4

② 碳酸钾、钼酸铵混合液： 称取碳酸钾12.5%、钼酸铵4.5%

③ 草酸 ：       5%

④ 硫酸亚铁铵：  2.5%

⑤ 高锰酸钾：    2 %

称取试样20mg于250ml烧杯中，加入1：4硝酸10ml ，滴加高锰酸钾至红色不退再过量1滴，至分解出Mno2析出，加碳酸钾混合液20ml煮沸1~2分钟，加草酸20ml，加硫酸亚铁铵20ml,加蒸馏水80ml摇均，用1cm比色皿，以水为空白，测定其吸光度。

二、锰的快速测定；（高锰酸比色法）  波长530nm

   ① 硝磷混合酸：1350ml水+硝酸450ml、磷酸75ml、硝酸银7.2g 。

② 过硫酸铵：  15 %~ 20 % （新鲜配制）

称取试样50ml于150ml烧杯中，加硝磷混合液20ml分解试样，分解完毕后，加入过硫酸铵10ml ，冷却加蒸馏水50ml 摇均，以1cm比色皿，以水为空白，测定其吸光度。

三、磷的快速测定：  （磷钼兰比色法） 波长650nm

   ① 硝酸：     2：5     硝酸2份、水5份

② 高锰酸钾： 2 %

③ 钼酸铵：   20 %    酒石酸钾纳  20 %  （使用前1：1混合）

④ 氟化钠：   2.4 %    氯化亚锡   0.2 %  （使用时混合）

称取试样50mg于150ml烧杯中，加入2：5硝酸10ml ，滴加高锰酸钾分解，使Mno2析出过量1滴，取下，加混合液（钼酸铵、酒石酸钾）5ml ，再加混合液（氟化钠、氯化亚锡）40ml ，以1cm比色皿，以水为空白，测定其吸光度。

铸铁中七元素的联合测定

无锡国信质量检验研究院 计建红

一：试剂（溶解母液）

①  溶解混合酸： 硫酸 50ml 、硝酸 8ml 、加入水中稀释至1000ml

②  过硫酸铵：   15 % （当天配制）

③  过氧化氢：   30 %

二：溶解母液

   称取试样0.5g于250ml锥形瓶中，加混合酸85ml 及过硫酸铵10ml ，加热溶解完毕后，再加过硫酸铵10ml ，煮沸2-3分钟，使锰呈褐色二氧化锰析出后，滴加过氧化氢后使褐色沉淀澄清且过量1滴，继续煮沸1分钟，流水冷却至室温，将溶液稀至100ml 后仍倒入原锥形瓶中，并以快速干滤纸过滤于干的100ml 容量瓶中，供下述各元素测定之用。

  注：1、日常分析中为加快溶解速度可将溶解酸预热后加入；

      2、加入溶解酸后应立即加入过硫酸铵，防止磷呈磷化氢逸出，使磷结果偏低；

（一）硅的测定

一：试剂

① 钼酸铵溶液：    5 %

② 草酸溶液：      5 %

③ 硫酸亚铁铵溶液：6 %(每1升中需有1：1的硫酸5ml)；

④ 定硅补充酸：    取溶解混合酸100ml，以水稀释至1升即可；

二：分析方法

  于250ml锥形瓶中预置补充酸30ml ，用1ml刻度移液管精确吸取试样溶液1ml ，加入钼酸铵溶液5ml ，放置10~15分钟后，加入草酸溶液10ml ，硫酸亚铁铵溶液5ml ；

以水为空白液，1cm比色皿，波长650nm ，测定其吸光度；

注：1、加入钼酸铵溶液后的放置时间应随室温变化而改变，室温低时于10℃应放置半小时，夏天则需放置5分钟即可；

    2、加入草酸后应立即加入硫酸亚铁铵，并边摇边加；

（二）锰的测定

一：试剂

①  混合酸：磷酸30ml 、硝酸60ml 、加入水中，加入硝酸银2克，溶解后以水稀至1升；

②  过流酸铵溶液：15 % （当天配制）

二：分析方法

  于125ml锥形瓶中预置混合酸10ml及过硫酸铵溶液3ml，吸取试样溶液5ml ，加热煮沸1分钟，流水冷却至室温，稀释至25ml ；以水为参比液，以波长530nm，2cm比色皿，测定其吸光度；

（如果锰含量高用1cm比色皿、低锰量可用1cm比色皿）

（三）磷的测定

一：试剂

①  偏钒酸铵溶液： 0.25 % 称取偏钒酸铵2.5克加入500ml水中，加热溶解，冷却，加入浓硝酸30ml，放置室温，以水稀释至1000ml；                                       

②  钼酸铵溶液：  5 %

二：分析方法

   吸取试样20ml两份，分别置于125ml锥形瓶中；

1、空白液：加水9ml ；

2、看色液：加入饭酸铵溶液3ml ，钼酸铵溶液6ml ，放置10分钟后，以空白液为参比，      

           波长460nm ，3cm比色皿 ，测定其吸光度；

注：发色后随时间变化而变化，夏天发色后即可比色，冬天要放置半小时。

（四）铬的测定

一：试剂

①  混合酸：       与定锰混合液相同；

②  过硫酸铵溶液： 15 % （当天配制）

③  脲素：         固体

④  亚硝酸钠（钾）：1 %

⑤  指示剂： 称取苯代邻氨基苯甲酸0.2g ，加入含有无水碳酸钠0.2克之100ml水中 ，加热至溶解；

⑥ 硫酸亚铁铵溶液：0.01N称4克硫酸亚铁铵溶于水中，加浓硫酸50ml，冷却后稀释1升；

二：分析方法

   吸取试样20ml ,置于150ml锥形瓶中，加入混合酸10ml ，过硫酸铵溶液5ml ，煮沸3分钟，至多余过硫酸铵分解并呈高锰酸之红色，冷却，加入脲素0.5克 ，滴加亚硝酸钠溶液至高锰酸之色泽褪去，并过量1滴 ，放置1分钟 ，加指示剂1~2滴，以硫酸亚铁铵溶液滴定至橙红色变为亮黄色即为终点。             

（五）铜的测定

一：试剂

①  铜试剂：       0.2 %

②  柠檬酸铵溶液：  5 % （500克柠檬酸铵溶解于水，稀释至1000ml）

③  阿拉伯树胶溶液： 1 % （称取阿拉伯树胶1克于80ml水中加热至溶解，冷却稀至100ml）

④  氨水：          1：1

二：分析方法

   吸取试样溶液5ml 二份，分别置于150ml锥形瓶中，加入柠檬酸铵溶液5ml ，氨水5ml ，阿拉伯树胶溶液5ml 及水15ml （上述溶液可根据需要量按比例混合一起后一加入）

1、空白液：加水5ml ；

2、着色液：加入铜试剂5ml ；以波长500nm ，2cm比色皿空白液为参比测定其吸光度；

（六）鎳的测定

一：试剂

  ① 柠檬酸铵溶液：    50 %

② 碘溶液：   0.5 N （称碘6.4克，碘化钾12.5克，加少量水溶解稀至1000ml）

③  氨性丁二酮肟溶液：0.1 % （取1克丁二酮肟溶解于500ml浓氨水中，稀至1000ml）

二：分析方法

   吸取试样溶液5ml置于50ml容量瓶中，加水20ml左右，加入柠檬酸铵溶液5ml ，碘溶液5ml ，氨性丁二酮肟溶液10ml

,以水稀至刻度摇均（每加一试剂都项摇均）以波长530nm、2cm比色皿、水为空白测定其吸光度；

（七）钼的测定

一：试剂

  ① 硫酸-硫酸钛溶液：取三氯化钛（15 %）溶液20ml，加到硫酸（1：1）80ml中去，滴加过氧化氢（30%）至紫色褪去，呈过钛酸柠黄色，煮沸至黄色褪去，冷却，加（1：1）硫酸260ml ，用水稀释至1000ml ；

  ② 硫氰酸钠：  10 %

  ③ 高氯酸：    1：5

  ④ 氯化亚锡：  10%；（10克氯化亚锡溶于盐酸5ml中，以水稀释至100ml）

二：分析方法

   吸取试样溶液5ml 于150ml 锥形瓶中，沿瓶壁四周加入硫酸-硫酸钛溶液，硫氰酸

钠、氯化亚锡溶液各10ml 及高氯酸5ml （上述溶液可混合后一次加入）放置20~30

分钟，以波长500nm 、3cm比色皿，水为空白，测定其吸光度；

 注：在加入试样溶液时，尽量勿沾瓶壁，否则在溶液倾出比色时，硫氰酸钠与未被还

原的Fe⁺³相遇造成结果偏高；