碳、硫、氧、氮、氢元素对金属影响

在与金属接触的气体中，无论是地球的大气，真空系统的残留气体，或惰性气体中，总是有氢、氧、氮、碳、硫。因此在地球上不可能得到完全不含“气体”元素的金属。随着科学技术的发展，我们可以通过广泛的科学研究进一步探讨和认识气体元素在金属中的行为，已弄清了过去所不知道的固体中气体杂质形成的来源。作为理想的金属晶格而言，氢、氧、氮、碳(硫除外，它不属于间隙相元素)，在达到一定浓度值以前，将仅以间隙溶液形式存在。半径分别接近于0.46、0.7、0.71、0.77(A°)的氢、氧、氮、碳的原子填充到金属晶格的结点中间并不置换金属原子，使晶格对称性稍有扭曲。除间隙固溶体外，气体在金属中还能以剩余相(凝聚相和气态相)形式，围绕位错堆聚的形式以及在内表面上的吸着形式存在。

气体元素能使钢材产生缩孔、气泡、疏松、点状偏析、裂纹等缺陷。缩孔是钢锭冷却收缩时，因无液体补充而在钢锭内部形成的孔洞。钢中气泡是由于钢锭凝固时，碳－氧反应生成的气泡来不及排除就被围在钢锭内部产生的。疏松是一种微小孔洞分布在钢材内部。点状偏析形成的原因是钢件中已凝固或已呈糊状的金属部份，存在气泡或收缩孔隙，这些位置随后为富含低熔点组元和杂质的溶液所填充，就造成了点状偏析，点状偏析严重的钢中气体元素含量往往较高。而裂纹的产生通常是由于钢液凝固过程中发生了夹杂质物的集聚和气体溶解度的降低，并且一般集中在晶粒边界，形成了薄弱环节，以后当热处理或压力加工时产生的应力超过强度时，这种地方容易开裂产生裂纹。钢中气体元素除了与其它各种因素综合作用产生许多缺陷外，其本身还会对钢材性能产生各自独有的影响。

钢中碳对钢材性能的影响

碳在金属中的较大溶解度，随着原子序数的增加，按Ti-Zn-Zr-Cd的方向从百分之几降到千分之几。碳在钢中的形式以碳化物(Fe3C)为主，固溶体为辅，是决定钢的强度的主要元素。钢中碳含量增加时，强度升高，塑性和韧性降低，为此需要在整个熔炼过程中控制其含量。当钢中有形成稳定碳化物时，铌、钛、钒、钼、钨等元素时，其屈服强度的提高更为显著。随着碳含量的增加钢的焊接性能显著下降，故在普通低合金钢中碳含量一般不超过0.22%。碳还增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低钢的抗大气腐蚀能力。

测定金属中的碳、硫含量，有ICP法、直读光谱法、质谱法、色谱法、活化分析法等，各有其优点和适用范围，大多数厂家选择使用的是高频红外碳硫分析仪，这是一个什么仪器，您了解吗？

高频红外碳硫分析仪是采用红外吸收法，将试样中的碳、硫经过富氧条件下的高温加热，氧化为二氧化碳、so2气体。该气体经处理后进入相应的吸收池，对相应的红外辐射进行吸收，由探测器转发为信号，经计算机处理输出结果。此方法具有准确、快速、灵敏度高的特点，高低碳硫含量均可使用，采用此方法的红外碳硫分析仪，自动化程度较高，价格也比较高，适用于分析精度要求较高的场合。

高频红外碳硫仪CO2、SO2等极性分子具有电偶极矩，因而具有振动和转动等结构。按量力学分成分裂的能级，可与入射的特征波长红外光耦合产生吸收，气体分子在红外光波段，具有选择性吸收谱图，当特定波长的红外光通过CO2或SO2气体后，能产生强烈的光吸收。

由于探测器是将光信号转换为电信号，当探测器工作在线性区域内，选定某一特定波长并且确定了分析池（吸收池）长度时，由测量光强能换算出混合气体中被测气体的浓度，这就是红外吸收法能定量测量气体浓度的基本原理。