所属栏目：冶金论文发表 发布时间：2011-02-25浏览量:183
内容摘要
在控轧控冷的配合下，钢中微量的钛可显著的改善低合金钢的强度和韧性。工业生产中的各炉钢，碳、硫、氮含量均有波动性，因此，多大范围的钛，选择怎样的加工工艺参数，确定什么样的热处理制度，达到足够的强韧度呢，这需要了结实际生产条件下钢锭合金的成分和热处理制度。
关键词： 电解试样-分离定量相-相分析
实验部分
1、 实验材料
选五炉钢，其中含钛量(%)分别为：0.036、0.056、0.092、0.129、0.204，其它元素的成分波动为：C、0.08~0.11;Si、0.3~0.4;Mn、0.45~0.5;P、0.09~0.11;S、0.011~0.019;N、0.078~0.095;这五大炉钢分别经1200°C和1050°C固溶处理，然后各经1°C/S、10°C/S、20°C/S不同速度冷却，共制成三十个试样。
2、 实验仪器
(1) 硒整流器
(2) APD-10型全自动X-射线衍射仪
(3) PH计
(4) 722型分光光度计
(5) IMME2200-测碳硫仪
3、 实验方法
(1) 试样制备
电解试样：φ10*100mm;切屑，供总钛、总硫、总氮的测定
(2)、总钛的测定
切屑0.5g用15ml王水溶解，1：1硫酸15ml蒸发至冒白烟，加水煮沸溶解盐类，过滤，定量用5%抗坏血酸5ml络和铁，用二安替比林甲烷发色。于420mm波长测定消光值。
(3)、相的分离及钛的测定
a、 细粒碳化钛中钛的测定
电解钢棒，其电解液为7.5%KCl+1%的cit溶液，电流密度为50mA/cm2，时间150min，电解在0~5°C的冰箱中进行。电解后的阳极沉淀用橡皮头的玻璃棒擦净，残渣抽虑到密虑纸上，洗净后放在50ml20%的盐酸中，于70°C的水裕上，恒温20min溶解，过滤，虑液定容比色。
b、 粗粒碳化钛中钛的测定
用盐酸处理后的阳极沉淀连同滤纸放在50ml10%硝酸溶液于90°C的水浴上，恒温50min后过滤，虑液加1：1硫酸6ml蒸发至冒白烟，水溶，定容比色法测钛。这是碳化钛(粗)与硫碳化钛量，减去后者计算的硫碳化钛中钛量。
c、 氮化钛中钛的测定
用硝酸处理后的残渣连同滤纸放在瓷坩锅中炭化，后放在马弗炉中灼烧，温度为580°C，时间20min，取出冷却，加3g焦硫酸钾放在煤气灯上强火加热待其熔溶，至透明后，用50ml5%的硫酸浸取，后浓缩定容比色测钛。
d、 硫碳化钛中钛的计算
同(3)a的电解方法相同，阳极沉淀用20%盐酸处理后的抽虑到不含硫的有机薄膜上，(孔径0.2μ47mm)，沉淀连同膜放在干净的1000°C以上高温烧灼后的坩锅中，加少许纯铁粉，用高频感应法加热，使之迅速升温产生SO2气体，用红外线照射测硫，根据TiO2CS分子量测出钛。
e、 固溶钛的计算
用总钛减去化合钛量为固熔钛
f、 总硫的测定
用切屑同(3)d的方法同直接测硫
g、 化合氮的计算
根据氮化钛中钛量用TiN的分子量计算氮量
h、 总氮的测定(蒸馏分离-容量法测定)
切屑0.5g用30ml1：4的硫酸在保持不沸腾下溶解后放在较高温下继续蒸发冒白烟，加5ml浓硫酸，1g焦硫酸钾加热冒烟30min以上，取下冷却，加30ml水溶解大部分盐类，冷却蒸馏，加10mlNaOH(12.5M)和30ml水进行蒸馏，馏出液用加2滴甲基红-次甲基蓝指示剂的0.1%的硼酸10ml吸收，待接收80ml取下补加4滴指示剂，用氨磺酸标液进行滴定测得。
i、 相的x-衍射鉴定
用10%乙酰丙酮加1%的四甲基氨化铵甲醇溶液电解钢棒，以不锈钢圆筒作阴极，醋酸纤维薄膜作隔袋，钢棒做阳极#p#副标题#e#，温度在-5°C的冰箱中进行，时间3hour，电流密度25mA/cm2，把阳极沉淀抽虑到有机膜上。把电解粉末用乙醇涂附在单晶硅片上，用CoK2辐射，电压30Kv，电流30mA,以每分2度(2θ)扫描，范围为35°C-75°C，作定性分析。后经盐酸、硝酸处理再做X-衍射分析。
j、 定量精度σ、cv的测定
用上述方法对同一试样做6次细粒碳化钛粗粒碳化钛和硫碳化钛，氮化钛中钛的测定
k、 溶液氧化势的测定并溶样
配制0.8%高锰酸钾、10%重铬酸钾溶液，其中含20%硫酸分别为1ml、5ml、10ml、20ml各四种溶液50ml;配制5%氯酸钾溶液、50%盐酸溶液，取5%kClO310ml5份，分别加5%HCl5ml、10ml、20ml、50ml最后稀释至60ml;取50%硝酸1ml、5ml、10ml、20ml稀释至50ml。测其电动势，并用四种溶液电解钢棒的阳极沉淀，后作x-衍射分析。
结果与讨论
1、钢中钛的态别定量结果
以一组钢样为例，各相的定量结果如表(1) 表(1)
2、细粒碳化钛的确定
细粒碳化钛与钢锭固溶温度，冷却速度及钛的含量有密切关系，因细粒碳化钛与σq(强度)有直线关系，所以了解它的数对于确定钢中钛的含量，热处理制度有实际意义，所选取30个试样定量分析其结果。
由结果可知，固溶温度越高，新生的碳化钛越完全，随后析出的TiC细也越多。
于强度结果比较，选用1050°C固溶，20°C/s冷却，Ti%为1.290%，即能达到性能要求，可以不必用更多的钛，如果用更高的钛，更高的固溶温度，结果强度太高使韧性过差即浪费钛也没有必要。
3、 钛对硫化锰转化作用
测得STics和S总的结果如表(2)，其比值同总钛含量关系可见，钢中钛含量在1.29%能使钢中全部硫转化成硫碳化物。扫描电镜电镜分析表明，低钛含量钢中有长条的碳化锰(x衍射也能指出如衍射图)均随轧钢方向拉长，能谱分析为硫化锰，而钛含量在1.28%以上的钢中，未见到长条的硫化锰，能谱分析表明硫化物均为含钛的化合物，所以1.29%的钛，足够完成钢中硫化物的形态控制。
4、 钛对氮的固定作用
得到的化合氮与测得总氮量见表(3)，其比值与Ti总的关系，由结果可知，钛含量为1.29%是已使钢中全部氮固定为氮化钛，消除固溶氮带来的影响。
5、各相态别定量的精确度
根据以上测试方法，得到细粒碳化钛，硫碳化钛和细粒碳化钛精度如表(4)
6、 溶液氧化势与相稳定性关系的探讨
根据能斯特方程，溶液电势与lg(氧化剂)/(还原剂)成线性关系，在固定高锰酸钾、重铬酸钾的浓度后，其电势E即与lg(H+)成线性关系，这样可利用它们氧化势随酸度可调的原理，改变它的电势;在硝酸体系中，因(NO3-)的浓度对氧化势有影响，在浓度小时成线性关系。在氯酸钾和盐酸体系中，是生成新生态氯提高氧化势。测试结果与理论相符。
为了对钛的化合物稳定性有所了解，对它能逐相分离做了如下实验：用5%的硝酸溶液50ml，含4%硫酸的0.4%KMNO4溶液50ml与70度的水浴上恒温50min溶解电解残渣，得到了：高锰酸钾能溶解所有相，硝酸能溶解硫碳化钛，碳化钛。重铬酸钾溶解情况还不清楚。用50ml1：1盐酸加入10ml5%KCLO3于水浴上溶解残渣，剩下硫碳化钛、氮化钛相，但硫碳化钛x-衍射峰值小，可能有溶解。对钛的所有相稳定性探讨，逐相分离有待更深的研究。
结论
本文通过在不同温度下固溶与不同速度下冷却的钛微合金相分析，可得出两点结论：
(1) 电解后的析出相是通过盐酸、硝酸、焦硫酸逐相分离定量，其精确度较#p#副标题#e#好，准确度高。
(2) 加入1.29%的钛能达到足够的强度，有效的控制MnS的生成。消除固态氮的影响，同时，以快的速度能获得较好细粒碳化钛。
参考文献
(1)陈名浩 钢铁研究总院学不报 1986、10
(2)新金属材料 1977、No5
(3)钢和铁镍合金的物理化学相分析 上海科技出版社