一、前言 

碳是钢铁中的重要元素。它是区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。碳对钢铁的性能起到决定性的作用。一般说来，随着碳含量的增加，钢铁的硬度和强度也相应提高，而韧性和塑性却变差，使钢变脆且难于加工；反之，随着碳含量的减少，钢的韧性得到增强。碳对钢的影响还表现在通过热处理改善钢的机械性能上。通常认为，钢的含碳量在0.05—1.7%，铁的含碳量在1.7%以上。把碳小于0.03%的钢称为超低碳钢。 

钢铁中碳主要以两种形式存在。一种是游离碳，如无定形碳、退火碳、结晶形碳或石墨碳等；另一种是碳化合物称为化合碳，可用“MC”表示。化合碳与游离碳之和称为总碳。 

总碳量的测定方法很多，但通常都是将试样置于高温氧气流中燃烧，使用使之转化为CO2，再用适当的方法测定，如气体容量法、吸收重量法、电导法、电量法、非水滴定法、光度滴定、色谱法及红外吸收法等。这些方法各有优劣，对常量或含量较高的碳一般能达到预期的效果，但对于超低碳的测定部分方法还达不到要求。 

硫是钢中的有害元素。可以引起钢的热脆性，降低钢的机械性能，特别使疲劳极限、塑性和耐磨性显著下降，影响钢件的使用寿命。同时，硫对钢的耐蚀性及可焊性也有不利影响。

钢中硫的含量，普通钢中一般不超过0.05%，优质结构钢，工具钢不超过0.045%，0.03%，高级优质钢不超过0.02%，生铁中硫含量较高，有的可达0.35%。易切削钢中硫的含量也可达0.20%以上，其特点是便于加工。 

测定硫的方法有许多。如硫酸钡重量法，燃烧—滴定法（碘量法及中和法）、电导法、硫化氢法、红外线法等。 

本文讨论采用高频红外碳硫仪联合测定合金钢中的超低碳硫。 

红外吸收法是根据CO2与SO2能选择性地吸收波长为4.27微米及7.35微米的红外光这一原理而设计的。当样品未经燃烧时，只有载体氧气通过测量池，氧气对该特定波长的红外线不产生吸收，探测器接收的从红外光源发出的红外光线能量最大。当试样开始燃烧后，生成的CO2 、SO2随氧气进入测量池，对红外光进行吸收，探测器接受到的红外光能量随CO2 、SO2浓度的增加呈指数衰减，近似地服从光的吸收定律：朗伯—比尔定律。据此以标准样品通过测量池探测器接收的能量为参比，经计算机数据处理后即可得到试样中碳硫的百分含量。 

二、试验部分 

2.1  仪器和试剂 

2.1.1 高频红外碳硫分析仪一套 HCS—878型(四川省德阳市科学仪器厂) 

2.1.2 联想品牌电脑一台 

2.1.3 HP1010打印机 

2.1.4 纯钨助熔剂(武汉有色金属材料有限公司) 

2.1.5 三氧化钼(中国胶体化工厂) 

2.1.6 锡助熔剂(中国云南个旧) 

2.2  条件选择 

测定不同的试样其所需条件不同，对常量的碳硫分析大部分人都能准确地完成，但对于超低含量的碳硫则需要更为苛刻的条件。本文根据我厂不锈钢多，碳硫含量低（大部分碳含量低于0.05硫含量低于0.01），部分还属于超低碳硫的实际情况对合金钢中的超低碳硫进行了如下条件试验： 

一、清洗时间的选择 

一般含碳量在0.05以上含硫量在0.007以上的钢样可选择清洗时间为30--35秒，而超低含量碳硫因气路中残留CO2、SO2对其结果影响较大，故清洗时间需要更长，一般选择40—50秒。清洗时间的选择可根据在试样燃烧完后运行试波器，观察碳硫信号波形图的稳定时间来确定。如下图即是在测定碳硫含量分别为0.019和0.007的不锈钢时示波器的运行情况：

由此我们可以看出，在清洗时间为30秒后碳的运行即基本稳定,但硫的曲线在38秒后才稳定，鉴于碳硫含量都非常低，为减小前一试样对结果的影响，故在分析时选择清洗时间为45秒。 

二、助熔剂的选择 

在碳硫分析中，助熔剂是必不可少的。加入一定量的助熔剂，一方面可降低样品的熔点，使样品易于燃烧；另一方面有助于样品燃烧温度的提高，使样品达到更好的燃烧效果。目前常用的助熔剂有钨粒、锡粒、工业纯铁和三氧化钼。目前在合金钢材料碳硫分析中，最常用的是三氧化钼+锡粒+钨粒组合，本人就这几种助熔剂的不同组合对碳硫含量分别为0.019和0.007的标样做了分析，结果如下：

由此我们可以看出，钨粒、三氧化钼、锡粒+钨粒、三氧化钼+锡粒+钨粒和三氧化钼+钨粒几种组合均可达到分析要求。锡粒单独使用对硫的吸附相当严重，使结果严重偏低，不适合生产的需要；三氧化钼为粉末状，极易被氧气吹散，也不适宜单独使用；锡粒+钨粒以及三氧化钼+锡粒+钨粒因产生大量的粉尘，在刚开始分析时结果还不错，但不到10个样品即发生严重的吸附，使硫的结果越测越低，也不适用于生产的需要；三氧化钼+钨粒和纯钨粒均能满足生产需要，且燃烧情况较好,从节约成本考虑在实际分析中选择加入纯钨助熔剂。 

三、标准样品的影响 

在碳硫分析中，标准样品的合理利用对分析结果的准确性起到至关重要的作用。尤其是在测定超低含量碳硫时影响更为明显。对同一个试样，用单标样曲线和多标样曲线所得结果也有一定的差异，下面即是对几组试样用不同的曲线所得结果进行的比较：

由此我们不难看出，在用单标样（碳0.068%硫0.0067%）进行测定时，碳的结果能满足测定要求，但硫的测定则相差较大，在标样含量附近的硫能得到较准确的结果，但对低含量和高含量的硫则相差很大。这是因为单标样不能消除由助熔剂、坩埚和氧气等外在因素对结果带来的影响，这些空白也带入了结果中；而用多个标样作曲线则避免了这一问题，同时也起到了一个校正标样的作用，避免了因某个标样含量的偏差对结果所造成的影响。使结果更接近真实值。但我们在实际分析中是不可能知道试样的具体含量范围的，而且其范围也只是一个大范围，因此对试样的测定选用多标样曲线就尤为重要。 

四、其它影响因素讨论 

在日常分析中，我们也遇到另外一些异常情况。在仪器及各种条件选择正常时，却频繁出现异常峰，如出现双峰、拖尾峰等（见下图）；

或是硫在一开始时很低甚至测不出来，随着测定的进行越作越高。这是什么原因呢？我们在长期实验中总结发现这主要是由于助熔剂、坩埚和氧气等的影响所造成的。这些外在因素对碳硫结果也产生直接影响。当出现异常峰时，我们首先应该检查仪器的气路（因电路一般不会出现故障），看是否有漏气的情况发生；若仪器电气路正常，再考虑其它因素。我们在分析中曾遇到过这种情况，仪器一切正常，试样也是平常常做的，但却不定期的出现异常峰。这是什么原因呢？后来我们经过反复试验才发现这是由于钨助熔剂质量差引起的，我们改用武汉有色金属材料有限公司生产的纯

钨助熔剂后分析即恢复了正常。同时，坩埚质量的好坏也对分析结果产生不可忽视的影响，质量差的坩埚空白高且不均匀，使分析结果的重现性差，且也会出现燃烧不好的情况，而这些因素的影响在分析中是不易被发觉的。 

在高频红外碳硫仪中，干燥剂的定期更换是非常重要的。我们常用的氧气在快用完时常含有一定的水汽，而水蒸汽的红外吸收峰同SO2的吸收峰相近，也在7.35微米附近，对SO2的测定产生影响。一般人认为这种影响是正偏差，但我们在实际工作中发现其实不然，其对结果的影响是不可预计的，并不是说水份含量高结果就会偏高。我们在分析工作中就曾遇到过硫在一开始的测定中很低甚至不能检测的情形，就算是含量很高的硫也是这样，后经分析发现是新换的氧气水份含量过高，使干燥剂很快失效，影响了硫的测定。一般的分析中，常对净化氧气的前两只干燥管经常更换，而对燃烧后气体要通过的第三根干燥管则置之不理，甚至只装过滤灰尘的脱脂棉。我在实际的工作中发现，这种做法是不正确的。第三根净化管的作用甚至比前两根的更大。它既能除去氧气中的水蒸气，同时也对坩埚、助熔剂等带入的极少量水蒸气有净化作用，进一步确保了结果的准确性。