一種鋼中鈮相的定量分析方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于化學物相分析技術領域，具體涉及一種鋼中鈮相的快速定量分析方 法，特別是快速測定鋼鐵樣品中固溶鈮、氮化鈮、碳化鈮含量。
【背景技術】
[0002] 鈮作為微合金化元素加入鋼中，可以通過誘導析出和控制冷卻速度，實現析出物 彌散分布，起到延緩奧氏體再結晶和細化晶粒的作用，從而在較寬的范圍內調整鋼的韌性 水平。因此，加入鈮不僅可以提高鋼的強度，還可以提高鋼的韌性、抗高溫氧化性和耐蝕性， 降低鋼脆性轉變溫度，獲得好的焊接性能和成型性能，這都與鈮在鋼中的存在形態有直接 關系。鈮的化合能力很強，除了固溶鈮外，可形成NbN、NbC、Nb(CN)、Nb 205等化合物。Nb205在 鋼中含量較少，對鋼的性能影響較小，而NbN、NbC、Nb(CN)對鋼的性能影響較大，因此，準確、 快速的測定鋼中鈮的碳、氮化物，對研究含鈮鋼種的機理及應用具有重要的實際意義。
[0003] 在鋼中鈮的析出相對稀酸、中性溶液以及有機熔劑都很穩定，可用酸溶法、電解 法、以及鹵素-有機溶劑法提取鈮相。因不同鋼種含有不同的元素及含量，其對不同的酸具 有不同的耐蝕性，因此，采用酸溶法時，酸的種類和用量需要根據鋼中元素的種類和含量經 大量試驗后才能確定，且如果酸選擇不合適，可能會溶解部分鈮相。電解法和鹵素-有機溶 劑法是提取鋼中析出相常用方法，可保留各析出相的原貌，但電解法需要使用特殊的電解 裝置，且需要將待測鋼樣加工成規則的棒狀試樣，試樣量較大，電解時間長，該方法不適合 在特定部位取樣進行析出相的分布和定量研究；鹵素-有機溶劑法可用于肩狀試樣的溶解， 但一般采用攪拌溶解鋼樣，需要2h以上才能溶解完全，該方法溶樣速度慢。現有的鋼中鈮相 的定量測定報道中，主要針對鋼中鈮的碳氮化物總含量的測定，如CN 104568917 A鋼中鈮 的碳氮化物含量的測定方法和《含Nb微合金鋼中固溶Nb和非固溶Nb的定量測定與應用》，由 于鋼中還含有少量的氧化銀，上述測量方法中還包括少量氧化銀的含量，因此無法分別準 確測定鋼中鈮的碳化物和氮化物。現有方法中鈮含量的測定有一些采用硝基磺酚-S光度 法，需要加入大量的掩蔽劑和還原劑，消耗試劑多，操作繁瑣；雖有采用電感耦合等離子體 原子發射光譜儀（ICP-0ES)法快速測定鈮含量，但沒有考慮配制的校準溶液與各鈮相試液 基體的一致性，這會引起嚴重的基體效應，給測定結果帶來很大的誤差。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種鋼中鈮相的定量分析方法，提高了試樣的溶解速度， 并保留了各析出相的原貌，消除了基體效應，解決了化學分析操作繁瑣、分析速度慢的問 題。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：
[0006] -種鋼中鈮相的定量分析方法，由以下步驟組成：
[0007] (1)稱取試樣，加鹵素-有機溶劑，完全溶解；
[0008] (2)過濾后得到殘渣&1和濾液bQ，濾液bo蒸干后加強酸，加熱，完全去除有機溶劑后 加鹽酸定容，得第一溶液bi;用強堿溶液分解殘渣ai，用酸酸化，過濾后定容，得第二溶液b2 和殘渣a2;用混合酸完全分解剩余殘渣a2，加鹽酸定容，得第三溶液b3;用于測定碳化鈮用電 感耦合等離子體原子發射光譜儀測定各溶液中的鈮含量，然后用鈮的換算系數換算相應各 銀相的含量；
[0009] (3)配制與試樣溶液基體相近的校準溶液，用電感耦合等離子體原子發射光譜儀 測定校準溶液繪制鈮含量的校準曲線。
[0010] 進一步，所述的鋼中鈮相的定量分析方法中鹵素-有機溶劑中的的鹵素為溴、碘中 的一種，質量分數為3 %~15 %，有機溶劑為甲醇、乙醇中一種與丙酮按體積比5:1~5: 5混 合;溶解選用超聲波設備并在超聲波設備內通入循環冷卻水，以溶解完全。
[0011] 進一步，所述的鋼中鈮相的定量分析方法中濾液bo經水浴蒸干后，加硝酸和高氯 酸加熱冒煙至透明，完全去除有機溶劑后，加體積濃度為1+1的鹽酸，定容于容量瓶中得第 一溶液bu
[0012 ]進一步，所述的鋼中鈮相的定量分析方法中強堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種， 質量濃度為10%~40%;滴加體積濃度為1 + 1的鹽酸酸化，過濾殘渣后，定容于容量瓶中得 第二溶液b2。
[0013] 進一步，所述的鋼中鈮相的定量分析方法中混合酸為硝酸、鹽酸、高氯酸和氫氟酸 混合溶液，混合酸完全分解剩余殘渣& 2后加體積濃度為1+1的鹽酸，定容于容量瓶中得第三 溶液b3。
[0014] 進一步，所述的鋼中銀相的定量分析方法中過濾殘渣時，選用慢速定量濾紙。
[0015] 進一步，所述的鋼中鈮相的定量分析方法中鈮的換算系數分別為:NbN/Nbl. 151; NbC/Nb 1.129〇
[0016] 進一步，所述的鋼中鈮相的定量分析方法中配制校準溶液，繪制校準曲線的方法：
[0017] (1)與第一溶液基體相近的校準溶液配制:選擇系列鋼鐵標準樣品，其與試樣的基 體一致，且鈮含量的范圍包含試樣中鈮含量，稱取與試樣質量一致的系列鋼鐵標準樣品，按 第一溶液的處理方法進行配制，用電感耦合等離子體原子發射光譜儀測定鈮含量，繪制第 一溶液的的校準曲線；
[0018] (2)與第二、三溶液基體相近的校準溶液配制:取6份不同容積的鈮標準溶液，再分 別加入鹽酸后用水定容，用電感耦合等離子體原子發射光譜儀測定鈮含量，繪制第二、三溶 液的的校準曲線。
[0019] 與現有技術相比較，本發明至少具有如下技術效果：
[0020] 本發明在甲醇或乙醇中加入丙酮，有利于鹵素尤其碘的快速溶解和洗滌；用磁力 攪拌法2h以上才能溶解完全，而本發明使用超聲波輔助溶解試樣，約40min可溶解完全，明 顯提高了試樣的溶解速度；用鹵素-有機溶劑提取析出相，保留了各析出相的原貌;選用不 同種類的試劑和處理方法分別提取了鋼樣中鈮相，便于準確測定鋼中固溶鈮、碳化鈮和氮 化鈮;配制的校準溶液與試樣溶液基體相近，消除了基體效應;使用高精度的分析儀器，解 決了化學分析操作繁瑣、分析速度慢的問題，具有簡單快速、準確度和精密度高等優點。
【具體實施方式】
[0021] 下面用實施例對本發明作進一步闡述，但這些實施例絕非對本發明有任何限制。 本領域技術人員在本說明書的啟示下對本發明實施中所作的任何變動都將落在權利要求 書的范圍內。
[0022]實施本發明較佳的工藝條件：
[0023]熱電全譜直讀等離子體發射光譜儀（ICAP6300-ICP-0ES)，儀器的最佳工作條件： RF功率1150W;觀測高度：高；觀測方向：徑向；輔助氣流量0.5L.mirT1;冷卻氣流量15L.min 一S載氣流量〇.75L.min-S栗速50r.min-S積分時間15s;分析線：309.4nm，316.3nm;掃描模 式:全譜掃描；
[0024]主要試劑:鹽酸（1.18g/mL)，硝酸（1.42g/mL)，氫氟酸（1.15g/mL)，高氯酸（1.67g/ mL)，氫氧化鈉，氫氧化鉀、甲醇，乙醇，丙酮，水為二次去離子水，試劑均為優級純。GSB03-2623-2010管線鋼1# ~GSB03-2628-2010管線鋼6#。
[0025] 鈮的標準溶液的制備方法：移取1000ug/mL鈮標準溶液2 . OmL置于1000mL容量瓶 中，加20mL鹽酸，用水稀釋至刻度，混勾，此溶液為2.0ug/mL。銀的換算系數分別為:NbN/Nb 1.151;NbC/Nb 1.129。
[0026] 實施例1
[0027] 準確稱取0.5000g肩狀X80鋼鐵試樣，置于250mL錐形瓶中，加100mL6%碘-乙醇-丙 酮(體積比1:1)，于室溫下，放入超聲波清洗機內用超聲波快速溶解;超聲波設備內通入循 環冷卻水，以保證試樣在室溫條件下溶解。
[0028] 用雙層慢速定量濾紙過濾殘渣，用乙醇洗滌。取濾液在水浴下蒸干，加15mL硝酸， 5mL高氯酸加熱冒煙至透明，稍冷后，加1 OmL體積濃度為1+1的鹽酸，定容于100mL容量瓶中， 得第一溶液，用于測定固溶鈮；
[0029]將上述過濾的殘渣和濾紙移入250mL燒杯中，加20mL質量濃度為20%的氫氧化鈉， 于沸水浴中加熱lh，分解殘渣中氮化鈮后，滴加 1~2滴質量分數為1 %酚酞，滴加 1+1鹽酸至 溶液為無色，并過量10