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1.1 碳

碳（Carbon）是一種非金屬元素，與硅（Si）、鍺（Ge）、錫（Sn）、鉛（Pb）同屬周期表中ⅣA族。碳的原子序數(shù)6，相對原子質(zhì)量12.011，熔點(diǎn)3500℃左右，沸點(diǎn)4800℃左右，密度2.25g/cm3（石墨）、3.51g/cm3（金剛石）。碳的高熔點(diǎn)是由于固體碳的原子以共價(jià)鍵相結(jié)合的緣故。碳在地殼內(nèi)的豐度為0.027%。單質(zhì)碳有三種存在形態(tài)，金剛石、石墨和無定形碳，它們的區(qū)別不在其外形，而決定于原子的空間排列。碳在高溫下燃燒，與氧可生產(chǎn)兩種氧化物——當(dāng)氧化不完全時(shí)生成一氧化碳，在氧氣中充分燃燒則生成二氧化碳。二氧化碳在碳的測定中有極重要的地位。

碳是鋼鐵材料中的主要元素。碳在鋼中的含量、存在形態(tài)及所形成碳化物的形態(tài)、分布對材料的性能起著極為重要的作用。當(dāng)碳量在一定范圍內(nèi)時(shí)，隨著碳量的增加，鋼的硬度和強(qiáng)度提高，而韌性和塑性變差。碳是區(qū)分鐵與鋼，決定鋼號、品級的主要標(biāo)志。常見的碳素鋼就是以碳含量來區(qū)分不同鋼種的，同時(shí)決定各碳素鋼的性能和用途。由于碳在鋼鐵中的重要作用，在冶煉過程和成品分析中快速、準(zhǔn)確測定其碳含量具有相當(dāng)重要的意義。

碳在鋼中以游離碳（亦稱非化合碳）和化合碳兩種形式存在。無定形碳、石墨碳、鐵碳固溶體中碳、某些退火鋼中的碳等統(tǒng)稱為非化合碳，它主要存在于生鐵、鑄鐵機(jī)某些退火處理的高碳鋼中。另一類是鐵及合金元素與碳形成的碳化物，例如，F(xiàn)e3C、Fe23C6、Mn3C、Cr3C2、VC、Mo2C、TiC、WC、W2C等，統(tǒng)稱為化合碳，常用MC表示。

游離碳和化合碳之和稱為總碳量，在成分分析中通常測定總碳量。

含碳量對鋼鐵熱處理性能和工藝的影響甚為明顯。常規(guī)的熱處理，主要目的是使金相組織改變。這種改變的規(guī)律，是與鐵碳相圖所示的規(guī)律一致的，也就是說，碳在金相組織的改變中起著關(guān)鍵的作用。

煉鐵的過程，就是以碳為還原劑，以氧化鐵（鐵礦石）作為氧化劑的一個(gè)氧化—還原過程。而煉鋼的全過程，也是一個(gè)氧化還原過程，以含碳量的變化來反映變化的過程。在煉鋼的氧化期，含碳量不斷降低，稱為“脫碳”，脫碳量的多少，往往成為氧化期冶煉效果的標(biāo)志。所以在煉鋼工藝中，對一些重要產(chǎn)品用鋼，其脫碳量都有一定的要求。而在煉鋼的還原期，則是含碳量增加或穩(wěn)定的過程。所以，含碳量的變化，直接反應(yīng)了冶煉的過程。

1.2 硫

硫（Sulfur）是一種非金屬元素，俗稱硫磺，在周期表中與氧（O）、硒（Se）、碲（Te）同屬ⅥA族元素。硫的原子序數(shù)16，相對原子量32.066，不同形態(tài)硫（α、β、γ）的熔點(diǎn)112～120℃，沸點(diǎn)445℃，密度1.92～2.07g/cm3。

一般而言，硫在鋼中是一種有害元素。硫在鋼中固溶量很小，主要行程MnS，當(dāng)錳量不足時(shí)，則形成FeS。這些硫化物都分布在晶粒的界面上，而且熔點(diǎn)都較低。當(dāng)其加熱時(shí)，這些硫化物即先行熔化，從而使鋼材在加熱過程中發(fā)生裂紋或斷裂。這種不良的性能，叫做“熱脆性”，又稱為紅脆。

硫存在于鋼中，還使鋼的機(jī)械性能降低，特別是疲勞極限、塑性和耐磨性顯著下降。同時(shí)，硫的存在對鋼的耐腐蝕性、可焊性也是不利的。生鐵和鋼中的含硫量直接影響到其產(chǎn)品的等級和牌號，生產(chǎn)低硫、低磷鋼是現(xiàn)代冶煉工藝追求的目標(biāo)。

目前，通過脫硫工藝，可使鋼的含硫量控制在0.01%以下。但在某些鋼中，如易切削剛、磁鋼等，有適量的硫的存在可改善其加工性能和磁性。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼要求硫量在0.050%或0.045%以下，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的硫量在0.035%以下，優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼要求硫控制在0.030%或0.020%以下。煉鋼生鐵和鑄造生鐵控制硫量在0.07%和0.05%以下，而易切削剛中硫量可達(dá)0.1%以上。需要指出的是硫在鋼中易產(chǎn)生偏析，在取制樣時(shí)要注意其代表性和均勻性。一般有色金屬中含硫量較低。

由于硫是金屬材料中的有害元素，在冶煉過程中要控制作為原輔材料（如礦石、燒結(jié)礦、焦炭、煤、石灰石等）的含硫量。硫量測定是冶金分析的常規(guī)分析項(xiàng)目。