专题文章：一文说透钢铁中的非金属元素分析

近年来，中国钢铁产量占据全 球钢铁产量的一半以上，远远超过、美、日、韩等传统的钢铁大国，已经成为名副其实的钢铁大国。在过去二十多年的时间里，中国钢铁不仅实现量的积累，而且实现质的突破。在逐步从钢铁大国往钢铁强国转变。中国在航母用钢、高强钢、取向硅钢技术上相继突破，为中国航母下水，飞机上天以及新能源汽车提供了有力条件。

要生产高品质的钢材，质量控制必不可少。对钢材进行质量控制的前提，需要了解那些因素对钢材会产生影响。这里主要列举5种非金属元素碳硫氧氮氢对钢的影响因素。

钢

影响钢的因素有很多，所含有合金元素（C，Si，Mn，P，S，Cr等）的类型和浓度不同，钢分为不同的质量等级和应用领域。 

碳

在钢材中，碳是仅次于铁的主要元素，它直接影响钢材的强度、塑性、韧性和焊接性能等。从含碳量4-5%的生铁到含碳量ppm级别的不锈钢。碳的含量不仅影响到纹理，还会影响到铁的物质属性。比如说磁性、硬度和弹性。比如说，铸铁（2-4%C）很脆但是可塑，工具钢（0.4%-1.7%）具有弹性和韧性，碳钢（<0.4%C）可锻造的，对于板材、钢管和钢梁非常有用。碳元素能以不同的形式存在于铁基体里面。和其他元素结合成碳化物，溶于铁基质或者所谓单质碳元素存在。

硫

硫主要来自炼钢原料，炼钢时难以除尽。硫在钢中是以硫化物夹杂形式存在，对钢的塑性、韧性、焊接性能、厚度方向性能、疲劳性能和耐腐蚀性都有不利影响。其中危害最 大是与铁生成FeS，造成钢在800~1200℃时变脆而易于开裂，即产生'热脆性'。但是硫也可以作为易切屑元素，用于提高钢的可加工性。

氮

钢铁中氮一部分以氮化物形态存在，另一部分以氮原子的形式固溶在钢中，只有极少数的情况下，氮以分子形式夹杂于气泡中或吸附在钢表面。随着氮含量的增加，可使钢材的强度显著提高，塑性和韧性则降低，可焊性变差，冷脆性加剧;同时增加时效倾向及冷脆性和热脆性，损坏钢的焊接性能及冷弯性能。因此，应该尽量减小和限制钢中的含氮量。氮在一些其他元素的配合下也可以减少其不利影响，改善钢材性能，可作为低合金钢的合金元素使用。

氧

钢铁中的氧以化合态和游离态形式存在，游离态形式相对比较少，主要是以金属氧化物和夹杂化合物的形式存在。钢中各种氧化物的总量随着含氧量增加而增加，这些氧化物杂质对钢材力学性能等各方面均有不利影响。随着钢中含氧量增加，钢的塑性、冲击韧性降低，氧化物夹杂使钢的耐腐蚀性、耐磨性降低，使冷冲压性、锻造加工性及切削加工性变差。

氢

钢中氢以氢原子的形式存在，来源于炉气中的水蒸气分压。在高温条件下，两个氢原子很容易形成一个氢分子而释放出来。与氧、氮一样，气体元素在固态钢中溶解度极小，它们在高温时溶入钢液，冷却时来不及逸出而积聚在组织中形成高压细微气孔，使钢的塑性、韧度和疲劳强度急剧降低，严重时会造成裂纹、脆断，是必须严格控制的有害元素。

常见分析方法：燃烧法

考虑到以上元素对材料的影响，非常建议在钢材制造过程之前和生产之后对其进行非金属元素的分析测试，以确保原材料和最 终产品具有稳定的质量。

测量碳硫氧氮氢非金属元素，方法有很多种，这里主要介绍的是燃烧法。该方法对于固体和粉末样品都适用，进样后仪器自动分析结果，可以确保所分析的元素被完全监测到。碳硫氧氮氢五种非金属元素，需要使用两台仪器分别进行分析。一台是碳硫分析仪，另外一台是氧氮氢分析，氧氮氢分析仪通过惰性气体高温熔融技术，将样品中的氧氮氢元素释放出来，用红外检测器分析氧元素，热导检测器分析氮和氢元素。其中红外检测器利用特征光谱的原理，热导检测器利用化合物的热传导系数的不同，运用朗伯比尔定律，确定不同金属粉末和金属材质中的氧氮氢含量。其中红外检测器可定制不同规格，满足各种含量段氧元素的测定。

ELtra新一代ONHp系列，对于粉末元素的分析提供了非常大的便捷性，大颗粒样品可以直接进样，无需使用镍囊。小颗粒粉末样品装入镍囊后可直接进样，无需密封。同时可搭配自动清扫装置，设置清扫程序，提高分析效率。

碳和硫元素可以通过碳硫分析仪获得。在感应炉中，样品在高纯度氧气的作用下燃烧后，经过一系列催化净化作用，通过红外检测器进行分析。同样的碳硫分析仪也可以配置不同规格的红外检测器单元，从而满足从低含量到高含量的碳硫元素分析。仪器中可选择专门针对粉末样品分析的智能供氧系统，为粉末样品的分析提供可靠的结果。

对于钢铁材料来说，碳、硫、氢、氧、氮等非金属元素会影响材料的物理性质，燃烧分析法可以提供方便可靠的解决方案，更多的应用方案欢迎咨询。

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