一种测定微合金钢中固溶钒和非固溶钒含量的方法
【专利摘要】本发明公开一种测定微合金钢中固溶钒和非固溶钒含量的方法。该方法采用蒸馏水和盐酸的混合液溶解试样，但该混合液对非固溶钒（以碳氮化钒形式存在）不溶解，通过离心沉降可以实现将钢中的固溶钒和碳氮化钒分离。另外由于碳氮化钒溶于王水，利用王水直接将沉降物溶解配制成溶液。采用电感耦合等离子体发射光谱仪分别测定两种溶液中钒的光谱强度，根据采用相同方法制备的标准溶液中钒含量的光谱强度与含量的关系曲线对比，即可分别计算出固溶钒含量和非固溶钒含量。本发明方法简单，能够准确分别测定微合金钢中固溶钒和非固溶钒含量。
【专利说明】一种测定微合金钢中固溶钒和非固溶钒含量的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钢中钒的分离和定量测量方法，特别是涉及一种测定微合金钢中固溶钒和非固溶钒含量的方法。【背景技术】[0002]微合金钢的开发不仅可以改善钢的性能，同时也可以降低生产成本，减少污染，使资源得到了更为合理的利用，微合金技术是现代钢铁技术的发展方向。在控轧控冷所生产的钢材中，结合钢的动、静态再结晶温度设计轧制工艺，以获得细小的奥氏体晶粒，从而最终细化室温钢材的组织，提高钢的性能。钒是发展现代超级钢最主要的合金元素之一，不仅可以细化奥氏体晶粒，而且其析出强化效果可以显著提高钢的强度，特别是在中厚板、线材等高强度低碳微合金钢中的运用更是必不可少。
[0003]钒的固溶和析出行为及其对轧制冷却组织变化的影响是轧制工艺确定的关键因素，尤其是对钒的析出强化效果的控制已然成为钢的成分和轧制工艺设计的基础。然而，对于析出强化，钒的析出物(以碳氮化钒形态)尺寸通常为几纳米到几十纳米时效果最好，采用酸溶过滤的方法难以实现碳氮化钒的分离。因此如何实现该尺寸范围析出物的分离，进而对钢中固溶钒和非固溶钒(碳氮化钒中的钒)定量分析成为一个难题。目前现有钒含量的测定方法中，(如中国金属学会推荐的技术方法CSM 07 02 23 01-2003低合金钢-钒含量的测定-高锰酸钾氧化亚铁滴定法、CSM 07 02 23 02-2003低合金钢-钒含量的测定-过硫酸铵氧化铁滴定法、CSM 07 02 23 03-2003低合金钢-钒含量的测定-硝酸氧化亚铁滴定法、CSM 07 02 23 05-2003低合金钢-钒含量的测定-5_Br_P酸D酸P光度法、CSM 0702 94 01-2003低合金钢-锰、磷、铬、镍、钥、铜、钒、钴、钛、铝含量的测定-电感耦合等离子体发射光谱法)，主要利用硝酸、盐酸及其混合酸将钢中钒全部溶解，之后通过光度法、滴定法等测定钢中总的钒含量，但是却没有实现将钢中固溶钒和非固溶钒(碳氮化钒)分离，分别测定其含量。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明提供一种测定微合金钢中固溶钒和非固溶钒含量的方法。该发明将固溶钒与非固溶钒分离，并且能够准确测定微合金钢中固溶钒的含量和非固溶钥;的含量。
[0005]一种测定微合金钢中固溶钒和非固溶钒含量的方法，其具体步骤如下:
1.固溶钒含量标准溶液的配制及校准曲线的绘制:
(1.1)酸液的配制:盐酸(优级纯，密度1.19g/cm3)及蒸馏水。将盐酸加入到蒸馏水中，搅拌，制得的液体为混合液即酸液。该酸液各组分的体积比为:盐酸:水=1:1。
[0006](1.2)固溶钒含量标准溶液的配制:称取3、份质量为# CM= 0.2-0.5) g的铁粉(纯度≥99.5%)，分别放入内盛20-50 mL上述酸液的容器中。将上述3、个容器放入水浴箱，水浴加热至70°C，并保温3-4 h以保证铁粉充分溶解。取出上述容器并将溶液分别完全转移至3、个容量瓶中，蒸馏水冲洗容器3飞次，冲洗液也转移至容量瓶。选取其中一份溶液作为空白溶液，直接用蒸馏水定容至乙mL刻度(Z1=IOOlOO mL，为容量瓶体积)。其它溶液中则分别按一定均匀梯度增加量加入100 mg/mL的标准钒溶液，标准溶液的最大加入量应包含被测钢中钒含量的范围，再用蒸馏水定容至Z1 mL刻度。从被定容后的3、份溶液分别取乙mL放入离心管中(Ζ2=30-50 mL,为提取溶液体积)，置入Centrifuge 5430型离心机进行离心分离，离心转速为500(T7500 rpm，离心时间l(Tl5 min，保证不溶物沉降完全。
[0007](1.3)固溶钒含量校准曲线的绘制:用iCAP 6300电感耦合等离子体发射光谱仪测定并记录各离心管上层清液中钒的特征光谱强度，由仪器在仪器内部自动建立强度与相对应溶液中钒浓度之间的对应关系曲线，即固溶钒含量校准曲线。电感耦合等离子体原子发射光谱仪的工作参数为:RF功率1150 W，辅助气流速0.5 L/min，蠕动泵泵速50 rpm，雾化压力28 PSI，观察高度12 mm。
[0008]2.非固溶钒含量标准溶液的配制及校准曲线的绘制
(2.1)王水的配制:盐酸(优级纯，密度为1.19 g/cm3)及硝酸(优级纯，密度为1.42 g/cm3)。将盐酸和硝酸按体积比3:1混合、搅拌，制得的混酸即王水。
[0009](2.2)非固溶钒的分离:(a)将(1.3)测定后离心管中的上层清液缓缓倒去，配合滴管去除液体至离心管中液体体积约3 ml，之后加入蒸馏水至50 ml，放入离心机进行离心沉降，离心转速为5000-7500 rpm,离心时间5 min。如此循环3、次,最后去除溶液至残留体积约lml。每次去除溶液过程中确保不去掉沉降物。(b)准备多个离心管(一般4飞个)，把3、个容量瓶中剩余的溶液按样完全转移至离心管，蒸馏水冲洗容量瓶3飞次，冲洗液同样转移至离心管，每次所取溶液体积小于离心管体积。(c)将全部离心管依次放入Centrifuge 5430型离心机进行离心分离，离心转速为5000~7500 rpm,离心时间10~15min保证未溶物沉降完全，并对离心后的液体按步骤(a)处理。
[0010](2.3)非固溶钒标准溶液的配制:(a)对步骤(2.2)处理后的每个离心管分别加入1(T15 mL王水，并放入水浴箱，水浴加热至70 °C，并保温0.5~1 h确保沉降物完全溶解。
(b)取出离心管，然后将其中溶液按样完全移入Z1 mL容量瓶中。蒸馏水冲洗离心管:5次，冲洗液也转移到Z1 mL容量瓶中。(c)选取其中一份溶液作为空白溶液，用蒸馏水定容至Z1mL刻度。其它容量瓶则分别按一定梯度增加量加入100 mg/mL的标准钒溶液，标准溶液的最大加入量应包含被测钢中钒含量的范围，然后再用蒸馏水定容至Z1 mL刻度。
[0011](2.4)非固溶钒含量校准曲线的绘制:用iCAP 6300电感耦合等离子体发射光谱仪测定并记录各容量瓶溶液中的钒的特征光谱强度，由仪器在仪器内部自动建立钒浓度与强度的对应关系曲线，即非固溶钒含量校准曲线。电感耦合等离子体原子发射光谱仪的工作参数为:RF功率1150 W，辅助气流速0.5 L/min，蠕动泵泵速50 rpm，雾化压力28 PSI,观察高度12 mm。
[0012]3.固溶钒含量的测定
(3.1)从微合金钢试样上加工一定量的粉末。称取# CM = 0.2^0.5) g上述粉末放入盛有2(T50 mL酸液的容器中。
[0013](3.2)将上述容器放入水浴箱，水浴加热至70 °C，并保温3~4 h以保证铁粉溶解完全。溶解后的液体完全转移至容量瓶中，蒸馏水冲洗容器:5次，冲洗液也转移至容量瓶。用蒸馏水将溶液定容至乙mL刻度，摇匀。[0014](3.3)取溶液Z2 mL放入离心管中于Centrifuge 5430型离心机中进行离心分离，离心转速为5000~7500 rpm,离心时间10~15 min保证碳氮化I凡沉降完全。
[0015](3.4)用电感耦合等离子体发射光谱仪，根据仪器内部已自动建立的固溶钒含量校准曲线，测定出离心管中上层清液的钒浓度，即固溶钒浓度I。
[0016](3.5)根据公式
【权利要求】
1.一种测定微合金钢中固溶钒和非固溶钒含量的方法，其特征是:所述方法包括如下步骤: (1）固溶钒含量标准溶液的配制及校准曲线的绘制: (1.1)酸液的配制:盐酸及蒸馏水，将盐酸加入到蒸馏水中，搅拌，制得的液体为混合液即酸液，该酸液各组分的体积比为:盐酸:水=1:1; (1.2)固溶钒含量标准溶液的配制:称取3、份质量为M= 0.2-0.5 g的铁粉，分别放入内盛2(T50 mL上述酸液的容器中；将上述3、个容器放入水浴箱，用水浴加热至70°C，并保温3~4 h以保证铁粉充分溶解；取出上述容器并直接将溶液分别转移到3、个容量瓶中，容器用蒸馏水冲洗3飞次，冲洗液也转移至容量瓶；选取其中一份溶液作为空白溶液，直接用蒸馏水定容至Z1 mL刻度，Z1=IOOlOO mL为容量瓶体积；其它溶液中则分别按一定均匀梯度增加量加入100 mg/mL的标准钒溶液，标准溶解的最大加入量应包含被测钢中钒含量的范围，再用蒸馏水定容至乙mL ;分别提取3、份溶液Z2 mL于离心试管中，Ζ2=30-50mL为提取溶液体积，放入离心机，离心转速为500(T7500 rpm，离心时间l(Tl5 min，保证不溶物沉降完全。 (1.3)固溶钒含量标准溶液的测定:用电感耦合等离子体发射光谱仪测定并记录各离心管上层清液中钒的特征光谱强度，由仪器在仪器内部自动建立强度与相对应溶液中钒浓度之间的对应关系曲线，即固溶钒含量校准曲线；电感耦合等离子体原子发射光谱仪的工作参数为:RF功率1150W，辅助气流速0.5L/min，蠕动泵泵速50rpm，雾化压力28PSI，观察高度12mm ； (2)非固溶钒含量标准溶液的配制及校准曲线的绘制 (2.1)王水的配制:将盐酸和硝酸按体积比3:1混合、搅拌，制得的混酸即王水； (2.2)非固溶钒的分离: (a)将步骤(1.3)测定后离心管中的上层清液缓缓倒去，配合滴管去除液体至离心管中液体体积约3 ml，之后加入蒸馏水至50 ml进行离心沉降，离心转速为500(T7500 rpm，离心时间5 min ;如此循环3飞次，最后去除溶液至残留体积约1ml，每次去除溶液过程中确保不去掉沉降物； (b)准备多个离心管，把3、份容量瓶中剩余的溶液按份完全转移至离心管，蒸馏水冲洗容量瓶3飞次，冲洗液同样转移至离心管，每次所取溶液体积小于离心管体积； (c)将全部离心管依次放入Centrifuge5430型离心机进行离心分离，离心转速为5000-7500 rpm，离心时间l(Tl5min保证未溶物沉降完全，并对离心后的液体按步骤(a)处理； (2.3)非固溶钒标准溶液的配制: (a)对步骤(2.2)中每个离心管分别加入1(T15 mL王水，并放入水浴箱，水浴加热至700C，并保温0.5-1 h确保沉降物完全溶解； (b)取出离心管，然后将每份溶液依次移入Z1mL容量瓶中，蒸馏水冲洗离心管3飞次，冲洗液也转移到乙mL容量瓶中； (c)选取其中一份溶液作为空白溶液，用蒸馏水定容至Z1mL刻度，其它容量瓶则分别按一定梯度增加量加入100 mg/mL的标准钒溶液，标准溶液的最大加入量应包含被测钢中钒含量的范围，然后再用蒸馏水定容至乙mL刻度；(2.4)非固溶钒含量校准曲线的绘制:用电感耦合等离子体发射光谱仪测定并记录各容量瓶溶液中的钒的特征光谱强度，由仪器在仪器内部自动建立钒浓度与强度的对应关系曲线，即非固溶钒含量校准曲线，电感耦合等离子体原子发射光谱仪的工作参数同步骤(1.3)； (3)固溶钒含量的测定 (3.1)从合金钢试样上加工一定量的粉末，称取#= 0.2-0.5 g上述粉末放入盛有20-50mL酸液的容器中； (3.2)将上述容器放入水浴箱，用水浴加热至70 °C，并保温3~4 h以保证铁粉全部溶解溶解；将溶解后的液体直接转移到容量瓶中，蒸馏水冲洗容器3飞次，冲洗液也转移至容量瓶，用蒸馏水将溶液定容至乙mL体积，摇匀； (3.3)取溶液Z2 mL放入离心管中于离心机中进行离心分离，离心转速为5000-7500rpm,离心时间l(Tl5 min保证碳氮化I凡沉降完全； (3.4)用电感耦合等离子体发射光谱仪，根据仪器内部已自动建立的光谱强度和钒浓度的关系曲线测定出离心管中上层清液的钒浓度X1 ;电感耦合等离子体原子发射光谱仪的工作参数同步骤(1.3)； (3.5)根据公式:
2.根据权利要求1所述的测定微合金钢中固溶钒和非固溶钒含量的方法，其特征是:所述固溶钒和非固溶钒的分离，使用离心沉降的方法，所述方法采用离心机为德国产Centrifuge 5430台式高速离心机，其转速为5000-7500rpm。
3.根据权利要求1所述的测定微合金钢中固溶钒和非固溶钒含量的方法，其特征是:所述电感耦合等离子体原子发射光谱仪的型号为美国赛默飞公司的iCAP 6300，工作参数为:RF功率1150W，辅助气流速0.5L/min，蠕动泵泵速50rpm，雾化压力28PSI，观察高度12mm。
4.根据权利要求1所述的测定微合金钢中固溶钒和非固溶钒含量的方法，其特征是:所述盐酸为优级纯，密度为1.19 g/cm3 ;硝酸为优级纯，密度为1.42g/cm3 ;水为蒸馏水，铁粉纯度≥99.5%质量百分数。
【文档编号】G01N21/71GK103454262SQ201310360016
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】廖波, 吴来磊, 吴大勇, 肖福仁 申请人:燕山大学