钢铁化学成分分析范文

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第1篇

关键词：钢铁化学分析；情况；偏差的应用

1.前言

钢材是一种应用十分广泛的材料，宝特韶关自投产以来，成果丰硕，成为宝钢特钢长材重要的坯料供应基地，产品拓展、品质提升、成本改善、制造能力长足进步。主要以特钢为主，特钢对各项工艺质量要求严格。标准中针对钢材中化学成分的分析和允许偏差做出了相应的规定，钢材化学成分分析全过程进行规定，每一个分析结果都给出一个对比值。钢材中化学成分检测分为：熔炼成分检测和化学成品检测。熔炼成分检测和化学成品检测在分析方法和分析数值上都存在着一定的差异。熔炼分析方法的数值可能会超出标准，而成分分析方法中数值在规定的范围内，针对差异的情况，标准中中设置了一个允许数值，也就是允许偏差。

2.钢材化学分析中的允许偏差

钢材中的化学成分分析有：熔炼成分检测和化学成品检测。在钢水浇注过程中采用球拍试样，通过风动送样系统到实验室，实验室接到试样，对样品进行制备，满足检测后进行检测分析，分析结果表示同一炉或同一个钢包中钢水的平均化学成分，叫做熔炼成分检测。通过在加工完成以后的成品钢材上取样进行检测，叫做成品检测。由于钢水在结晶过程中会产生偏析或元素的不均匀分布，所以，成品检测的值有时与熔炼检测的值不一致，就出现了成品化学分析的允许偏差。GB/T6992015《优质碳素结构钢》中规定的钢的化学成分就是针对熔炼成分检测而言。新标准中熔炼检测被成品检测所替代，熔炼检测试样不正确导致分析结果不可靠和在未取得熔炼检测试样的时候，可以使用成品化学分析，但是要求成品检测分析的结果要符合熔炼成分规定。

3.国外标准的一些相关情况

国外标准规定的情况作简要说明:(1)美标：在钢类或品种标准的综合标准中将成品成分偏差纳入，或在各标准中分别规定。(2)德标：分别在各标准中规定成品成分允许偏差，未统一。(3)前苏联标：在各标准中分别做出规定,不按元素的不同含量分类，没有统一性。(4)日标：JISG0321是日本专用的标准,共有四个成品成分允许偏差表，不锈耐热钢的成分偏差是根据成分元素含量范围分档规定其大小；中低合金钢成分偏差是根据除了元素含量范围分档规定以外，还增加了按钢材截面积大小分档的规定,截面愈大，要求愈宽；碳素钢则两种情况都存在。偏差值的规定有四种：①根据化学元素的含量范围进行分类规定；②按化学元素的含量范围分类，增加钢材的截面大小分类规定；③按钢材的重量、大小分类做出规定；④不管元素含量和钢材截面大小怎么样，一个元素规定一个偏差。第一和第二种两种情况比较科学。

4.钢材化学成分检测允许偏差的应用

(1)钢材化学成品分析的取样原则。标准GB/T2222006《钢中化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差》要求用于钢的化学成分成品分析的试样,试样应均匀一致,能充分代表每一个牌号钢材的化学成分,并且取样要有足够数量。不同的试样使用不同的取样方法：①样屑试样,采用钻床制备试样。要求钻好的样屑混合均匀。然后要去除表面氧化铁皮和脏物，不能使用水、油或其他剂。②大断面试样，从钢材横断面上取样，在钢材横断中心到边缘的中间部位平行于轴线上取样。③小断面试样,一种方法是从钢材的整个横断面上取样,另一种方法是从横断面上沿轧制方向取样。(2)钢材中成品化学成分允许偏差的使用。熔炼过程取样进行检测分析的值叫做成品化学成分允许偏差,一般情况下分析值都能满足标准规定,但在炼钢过程中钢中元素偏析，成品分析的成分值可能超出标准规定的成分界限值。对超出界限值的大小规定一个允许的数值，这就是成品化学成分允许偏差值，GB/T2222006《钢中化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差》普通碳素钢、低合金钢、优质碳素钢和合金钢、不锈钢和耐热钢四种偏差表。一种钢材成品化学成分允许的偏差只能使用一个表，不能两个表混合使用。(3)化学成分允许偏差的准确使用。钢材中化学成分检测分析的允许偏差，在具体检测的过程中应该尽量保证检测结果的误差，使用的时候应该注意：①同一种类钢材的化学成分分析的允许值，只能使用同一个表，不能同时使用多个表混合。②尽量保证钢材化学成分分析所得的值接近允许偏差值范围的上限，这样能够减少误差值给试验造成的不良影响。(4)不同钢种成品化学成分允许偏差值。依据标准GB/T222-2006《钢的成品化学成分允许偏差》共给出了几个化学成分允许偏差表，分为：表1低合金钢成品化学成分允许偏表2合金钢(不含不锈钢和耐热钢)成品化学允许偏差值，表3不锈钢和耐热钢成品化学成分允许偏差值。举个例子：合金结构钢34CrMo4，其冶炼工艺要求熔炼成分的碳元素，标准规定界限值为：上限0.36%，下限0.34%,成品钢材化学成分检测分析时，假如有一熔炼号的钢材碳含量为0.39%，说明超出标准规定上限值0.03%，按照表1低合金钢成品化学成分允许偏差值规定，钢材的碳含量是合格的。假如另一熔炼号的钢材出现碳含量为0.31%，说明超出标准规定下限值0.03%，按照本标准表1规定，钢材的碳含量也是合格的。

5.执行标准时应注意的几个问题

横截面积不大于65000mm2的钢件使用标准中表1~2中的偏差表。大于该横截面积的钢件化学成分允许偏差值可以适当放宽,具体数值由供需双方协商确定。产品标准中规定的残余元素不适用于表1~3中规定中的化学成分的允许偏差。成品化学成分允许偏差,一种钢的只能使用一个表,不可以两个表混合使用。化学成品检测的值,不可以超出标准规定化学成分界限值的上偏差和分界限的下偏差。未能取得熔炼分析值,或怀疑熔炼分析值不可分析的成分值应符合熔炼成分的规定,不得有偏差值。6.结束语为了保证钢铁生产稳定顺行，可以通过化学成分了解生产状况，指导生产，在日常的钢材化学成分检测分析过程中，应根据钢材化学成分实际情况对允许偏差进行有效分析，检测人员在完成检测任务时，严格按照标准和作业文件的相关的规定和规范进行操作，确保检测结果的准确性，精准、科学的使用钢材化学成分允许偏差。如何确认钢的化学成分允许偏差，应引起化学检测员的注意，以确特钢冶炼和产品的质量。

【参考文献】

[1]GB/T222-2006钢的成品化学成分允许偏差.

[2]GB/T6992015优质碳素结构钢.

[3]王开远.钢的成品化学分析允许偏差及试样制取方法新标准[J].机械工业标准化与质量,2012(05)：133-137.

第2篇

关键词：钢渣 生产厂家 化学成分 矿物组成

中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（a）-0094-02

钢渣是炼钢的副产品，每生产1吨钢可产生0.15～0.20 t钢渣。我国是世界第一大产钢国，2008年我国钢渣年产量已达5000多万吨，积存钢渣已有2亿多吨[1]。在国外一些发达国家，钢渣的综合利用已接近或达到排用平衡，而我国钢渣的综合利用率约为40%[2]。大量堆积的钢渣，不仅污染了环境，也造成了巨大的资源浪费。

制约钢渣大宗利用的关键问题是：钢渣中含有一定量的高温煅烧的f-CaO、方镁石和RO相，这些组分在水泥硬化后能继续与水发生水化反应，从而使固相体积增大97%和218%[3，4]，造成构件的膨胀开裂。

本文以不同厂家、不同粒径及不同颜色的钢渣为研究对象，通过对比方法，研究了钢渣化学成分和矿物组成的变化规律。

1 试验原材料和试验方法

1.1 原材料

钢渣分别取自武钢、邯钢、湘钢和韶钢四个钢厂，为经过破碎磁选的尾渣，其中武钢和邯钢的钢渣为转炉自然冷却渣（简称自然渣），另外两种渣为经热泼工艺处理的转炉钢渣（简称为热泼渣）。钢渣取回后剔除大于9.5 mm的颗粒，晒干并经人工选铁后，装袋备用。

1.2 试验方法

X射线荧光光谱分析：利用初级X射线光子激发待测物质中的原子，使之产生荧光（次级X射线）而进行物质成分分析和化学态研究的方法。当原子受到X射线光子（原级X射线）的激发使原子内层电子电离而出现空位，原子内层电子重新配位，较外层的电子跃迁到内层电子空位，并同时放射出次级X射线光子，此即X射线荧光。较外层电子跃迁到内层电子空位所释放的能量等于两电子能级的能量差，X射线荧光的波长对不同元素是特征的。因此，采用粉末压片法，用AXiOS advanced波长色散型X射线荧光光谱仪对钢渣等原材料进行化学成分分析。

XRD-X射线衍射法：利用XRD对钢渣矿物相进行定性分析。用玛瑙研钵在无水乙醇中将钢渣试样研细至0.063 mm以下，压入样品凹槽内，采用日本理光（Rigaku）公司生产的D/MAX-IIIA型X射线衍射仪进行测试，仪器参数为：铜耙（Cu K a），石墨单色器滤波，加速电压为37.S kV，电流为40 mA，最大功率3 kW。

2 试验结果和分析

运用XRF分析测试技术，分析了四个厂家钢渣的化学成分，见表1。

从表1中可以看到，四种钢渣的主要化学成分是CaO、SiO2、FeO/Fe2O3和MgO，占总量80%以上，四种钢渣的CaO含量在40%左右，SiO2含量在10%～18%，氧化铁的含量在20%左右，FeO的含量均在10%～15%之间，相差不大，但是MnO含量相差较大，最小为武钢钢渣的1.24%，最大是韶钢钢渣高达3.3%，两者相差超过170%；武钢自然渣的MgO含量最高，高达10.88%，而其它三种钢渣的含量相差不大，都在5%～6%之间。此外还有少量的Al2O3和P2O5等，P2O5含量在1%～2%，Al2O3含量相差较大，湘钢钢渣砂的高达5.55%，而韶钢的仅为1.57%。

分别选取四种钢厂的钢渣试样进行XRD测试，测试结果见图1。

分析可见，四种钢渣的主要矿物成分较相似，主要矿物是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相，RO相为FeO、MgO和MnO形成的连续固溶体。从XRD衍射峰强对比分析可知，武钢钢渣中的Ca（OH）2量最少，CaCO3量较多；湘钢中Ca（OH）2量最多，CaCO3量较少；邯钢中的Ca（OH）2和CaCO3量均不多；韶钢中的Ca（OH）2和CaCO3均较多。Ca（OH）2和CaCO3属低温矿物，是钢渣在水冷却和存放过程中f-CaO水化或水化产物碳化生成的。

具有潜在水硬活性的矿物主要是C3S和C2S，由于两者的衍射峰重叠较多，不易区分相对数量。湘钢钢渣中Al2O3组分较多，因而其XRD射中可见铁铝酸四钙的特征衍射峰。

3 结论

从上述研究中，可得出以下结论：不同生产厂家钢渣的化学成分主要是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相；矿物组成也基本相似。不同厂家钢渣的化学成分和矿物的含量存在差异。

参考文献

[1] 朱桂林，孙树杉.加快钢铁渣资源化利用是钢铁企业的一项紧迫任务[J].中国废钢铁，2006，12（6）：33-42.

[2] 朱桂林.中国钢铁工业固体废物综合利用的现状和发展[J].中国废钢铁，2003，9（3）：34-41.

第3篇

【关键词】钢材；化学成分；机械性能

前 言

钢铁仍是21世纪占据主导地位的结构材料，在我国快速发展的现阶段，对钢材的需求更是极其迫切。铁矿石含量有限，优质的铁矿石更是稀缺，研究提升我国钢材的性能是科研技术工作者的艰巨任务。钢材的显微组织决定了钢材的机械性能，而其化学组成和热处理工艺又决定了其显微组织。因此对钢材的化学成分与其机械性能进行统计分析，研究之间的关系，对提升钢材质量有指导意义。至十九世纪五十年代以来，不少国外研究者开展了化学分析、显微结构与机械性能之间关系的研究工作，通过这些工作探究了成分与性能之间的关系，并通过钢材成分预测其机械性能，早期的文献有报道。国内因为痕量检测技术方面不足，对钢材这方面的研究还很少。随着近年来试验检测设备技术的进步，计算机的发展，通过计算机对合金钢进行性能设计已经在简单的材料中得到了验证，并且将向复杂材料发展，因此，对一些常用钢材数据积累有着重要的意义。

本文对比了我国某铸钢厂生产的20钢和宝钢集团的20钢的化学成分与机械性能，并对它们之间的关系进行了探究。

1.试验部分

本文从我国南方某钢铁厂选取60炉次20镇静钢?30mm棒材作为试样，以宝钢的20钢轧材做钢样。

试验为了排除轧制板材终了温度的影响，对钢样进行了热处理，采用900℃保温1.5h后进行空冷，然后加工成需要测试的要求的试样尺寸。在北京钢研总院14室对钢材的化学成分进行了详细的分析。用金相显微镜对钢材的微观晶粒度及珠光体的百分含量进行了分析。利用万能试验机对钢材的常规拉伸力学性能进行了测试，同时采用冲击试验机对钢材的冲击韧性进行了评估，测试除了部分试样的裂纹萌生功和裂纹扩展功。

两生产厂家的样品测试的化学成分分析如表1，基本力学性能及微观组织参数对比如表2.

从上面两表数据可以看出，这两家钢材厂的钢材在碳含量控制方面平均值相同，说明两者的技术要求一致，但是从标准差来看，这家钢材厂在控制方面相对于宝钢仍有较大差距。其他成分方面，宝钢也都将标准差控制低于这家钢材厂，说明宝钢在钢材杂质控制水平方面较高。这也在表2中性能稳定可靠性方面得到了体现。

2.数据的分析

因为篇幅关系，本文仅对部分回归方程结果进行讨论，回归方程系数的推导计算过程不做描述。

以化学成分为自变量，机械性能作为因变量，按照多元线性回归统计分析建立回归模型。由钢材的性能、化学成分和组织参数组成对称矩阵。通过矩阵求解得到回归方程系数。

上述方程中——拉伸强度，MPa；

——断裂伸长率，%；

——碳元素含量，%；

——常温冲击功、低温冲击功，J。

3.结论

从线性方程可以看出，几乎所有的性能指标都与碳元素含量有关，说明对钢的性能来说碳的控制最为重要。其他常规元素如硅、锰、硫也很重要，磷的影响稍弱，其次是铝，而其他痕量元素相对来说对钢材性能影响很小。适当的调整和控制化学成分能一定程度提升钢材性能，在冶金过程中对常规五元素的控制仍然是关键所在。

参考文献