一种钢中固溶稀土含量的检测方法及其应用技术

本发明专利技术公开一种钢中固溶稀土量的检测方法及应用，属钢铁冶金领域。利用电解装置，按照检测方法进行操作，在中性溶剂、络合剂和导电剂配置的电解液中进行电解操作，固溶稀土溶于电解液中而稀土夹杂物不溶解，通过超声震荡过滤分离电解液，使用ICP

【技术实现步骤摘要】
一种钢中固溶稀土含量的检测方法及其应用


[0001]本专利技术涉及钢铁冶金领域,具体说,涉及一种钢中固溶稀土含量的检测方法及其应用。

技术介绍

[0002]稀土元素作为一系列稀散元素，具有较为活泼的化学性能，极易形成碳化物、氯化物、氢化物等稀土类化合物，在钢中起净化钢液、变质夹杂物和微合金化作用，可以有效地提高钢的强度及韧性，尤其微量稀土元素加入低合金钢中可以改善钢的多种性能。稀土加入钢中可以净化钢质和调控钢中夹杂物形态。
[0003]对钢中稀土含量不作具体的要求，通常称为稀土处理钢，其稀土主要以夹杂物形式存在。稀土钢或稀土微合金钢，是指稀土以合金化为目的而加入钢中，其含量有一定的范围，这些钢已经表现出稀土微合金化的作用。稀土含量是根据对钢组织和性能的需求而定，低于需求量的，发挥不了应有的作用。
[0004]我国已开发出稀土铜磷耐热钢、稀土耐热钢、含铌/钒稀土重轨钢、含铌稀土管线钢、含钒或锰的稀土结构钢等，稀土显著提高钢材的成型性、韧塑性、耐磨性、耐蚀性、耐疲劳等性能，使钢材获得更为优越的综合性能。
[0005]钢中固溶的稀土通常偏聚在晶界处，能抑制奥氏体晶粒长大。固溶稀土使钢中铁素体增加，珠光体减少，同时改善带状组织，明显提高显微硬度，且显微硬度和稀土固溶量有很好的线性关系。稀土加入有净化和变质作用。目前为止，对于如何测定钢中稀土固溶量尚未有权威的方法，本专利技术申请提供一种钢中固溶稀土含量的检测方法。
[0006]中国专利CN104569128A公开了一种钢中固溶稀土含量的测定方法，包括将待测定的钢样作为阳极，将不锈钢作为阴极，将无水氯化锂和乙酰丙酮的无水甲醇溶液作为电解液电解，称重电解后的所述钢样的质量为将电解后的所述电解液中的有机物蒸干，加入硝酸分解残渣得到待测试液以铯为内标元素，采用电感藕合等离子体质谱仪测定所述待测试液中的固溶稀土的质量，以及空白溶液中的固溶稀土的质量采用式：
[0007][0008]得到钢中固溶稀土含量。上述专利技术中的络合剂乙酰丙酮与Fe
2+
发生络合反应的能力较强，因此在电解过程中会使得固溶稀土钢发生溶解，从而影响检测结果的准确性。
[0009]中国专利CN 105954139 A公开了一种含稀土的镁合金中稀土元素固溶量的直接测定方法，该方法包括如下步骤配制有机溶剂电解液，测定被测镁合金中各组成物相在该电解液中的极化曲线，低温下恒电位电解镁合金试样使其固溶体相发生选择性分解低温下分离电解液中的固相，取一定量的分离液相转化为无机溶液并测定溶液中的稀土浓度，测定分离固相的重量以确定分解的固溶体重量利用无机溶液中的稀土浓度、分解的固溶体重量等数值计算镁合金中的稀土固溶量。本申请与上述专利技术相比原理有显著差异，过程较为繁琐，且会增大镁合金中稀土元素固溶量的误差，成本较高。
[0010]中国专利CN 103063589 A公开了一种测定钢铁材料中混合稀土固溶度的方法,选用氯化锂+三乙醇胺+乙二醇+二苯胍+苯1.5％的无水乙醇电解液、实行低温电解，然后将固溶稀土与稀土第二相夹杂物分离并经处理后利用分光光度计进行含量测定。上述专利技术中变量较多，不确定因素较大，测量个结果误差较大。
[0011]中国专利CN1041653C公开了一种钢中稀土固溶量电感耦合等离子体光谱分析法，通过
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5℃～
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10℃低温电解2～3个小时,快速分离滤出稀土夹杂物、挥发去除电解液中有机物质及通过强酸型阳离子交换树脂等手段可获得等离子体光谱仪分析的纯净固溶稀土。上述专利技术中使用非水电解液水浴蒸出低沸点有机物并加入盐酸有意破坏有机物和过强阳离子交换树脂排除其余干扰离子，该方法从原理上说得通，但是在实际操作过程中存在许多不可控因素，且过程过于繁琐，最后的结果会造成较大偏差，不具有代表性。
[0012]中国专利CN113109321A公开了一种铁铬铝合金中固溶钇含量的测定方法，包括：获得电解液，所述电解液以质量分数计包括：4～6％乙二醇、4～6％三乙醇胺、0.5～1.5％无水氯化锂和无水乙醇；在所述电解液下，以待测铁铬铝合金样品为阳极，不锈钢为阴极进行电解 15min～30min，获得电解混合液；将所述电解混合液过滤以固液分离，获得固溶稀土有机溶液；将酸液加入所述固溶稀土有机溶液中，并进行第一加热以使乙醇挥发去除，获得预处理溶液，获得预处理溶液；将所述预处理溶液进行第二加热以去除有机物，后定容，获得待测溶液；获得钇元素标准工作曲线；获得所述待测溶液中钇元素的含量；该方法能快速准确测量铁铬铝合金中固溶钇元素的含量。上述专利技术方法中需要两次挥发，工艺复杂，有机溶剂会存在残留的问题，测试结果偏差较大。
[0013]中国专利CN104569126A公开了一种钢中单一稀土夹杂硫氧化物含量的测定方法，将钢样用水和盐酸浸泡后洗净、干燥，钢样质量为M1，钢样作为阳极,不锈钢作为阴极，1.2
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1.5％的无水氯化锂和8
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10％的乙酰丙酮的无水甲醇溶液作为电解液电解，电流0.3
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0.6A，温度
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10℃以下，时间60
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120min，电解残渣用碘和无水乙醇的混合溶液冲洗得到第一洗液，电解后钢样质量为M2，将电解残渣和第一洗液加热，过滤得到第一沉淀；水和2％硝酸洗涤第一沉淀收集第一沉淀和第一硝酸洗液；将第一沉淀和第一硝酸洗液加热,过滤得到硝酸洗涤第二沉淀，合并滤液和第二硝酸洗液得到第一试液，浓缩第一试液定容得到待测试液；电感耦合等离子体质谱仪测定待测试液和空白溶液稀土夹杂硫氧化物的质量M和M0；计算得到单一稀土夹杂硫氧化物含量。上述专利技术中工艺复杂，电解时间较短，测量偏差较大。
[0014]中国专利CN104569130A公开了一种钢中氧化铌含量的测定方法，将钢样在水和盐酸中浸泡后洗净，乙醇冲洗，干燥后称重得到电解前钢样的质量将钢样作为阳极，不锈钢作为阴极，氯化钾和柠檬酸的混合溶液作为电解液电解洗去钢样上的电解残渣，乙醇冲洗，干燥，称重得到电解后钢样的质量向电解残渣中加入盐酸、硝酸和高氯酸,加热溶解得到第一试液；向第一试液中加入盐酸和酒石酸,煮沸后过滤得到沉淀向沉淀中加入硝酸，加入高氯酸得到第二试液；向第二试液加入硝酸和氢氟酸溶解得到第三试液；将第三试液定容为25毫升或50 毫升；以铯为内标元素，采用ICP
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MS测定第三试液的氧化铌质量，以及空白溶液的氧化铌质量根据公式得到钢中氧化铌含量。上述专利技术中钢样用酸性溶液浸泡，会使得溶液与样品反应，造成最后的结果不准确。

技术实现思路

[0015]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种钢中固溶稀土含量的检测方法及其应用，经过稀土钢的电解、超声震动清洗、过滤分离，完成钢中固溶稀土含量的检测，配合特定的电解液、电解参数，按照顺序步骤，以及计算公式来测量钢中固溶稀土的含量，使测试结果更将准确和快速，工艺简单，易于操作。
[0016]根据上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0017]一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢中固溶稀土含量的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步、试样预处理：将含稀土钢样的表面预处理，去掉表面的氧化层或铁锈，然后用乙醇和盐酸中的任意一种的清洗液进行冲洗，干燥后称重，得到电解前钢样的质量M1；第二步、电解过程：选用中性电解液溶液进行电解，将所述预处理后的钢样作为阳极，将不锈钢作为阴极，选用中性腐刻溶液进行电解；采用的腐刻液作为电解液，主要由中性溶剂、电解质以及基体元素络合剂按一定比例进行配制，按照电解液中组分质量百分比计算，所述电解液配方是：4～12％氯化钾作为导电剂，0.3～3.5％柠檬酸作为络合剂，余量为去离子水或有机溶剂作为电解液的基体溶剂；或电解液配方采用：2～10％四甲基氯化铵作为导电剂，6～15％三乙醇胺作为络合剂，5～15％丙三醇作为电解液的基体溶剂，余量为去离子水或有机溶剂也作为电解液的基体溶剂；电解液体积为20～2000mL；电解时利用的电解装置采用直流稳压电源，电解装置的阳极和阴极夹具均为不锈钢材质，保持良好的电流稳定性，使用绝缘橡胶分别将电极夹具固定住，阴极和阳极间距为5～20cm，使作为阳极的钢样与阴极的底部位置处于同一水平线，并使阳极和阴极均不触碰到电解腐刻槽内壁，接通电路，开始电解；控制电解温度为
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20℃～45℃，电流密度为10～1200mA/cm2，电解时间控制在30min～24h；用无水乙醇对电解后的钢样进行冲洗，对钢样表面残留的溶剂进行喷洗，干燥后的电解钢样进行称重，得到电解后钢样的质量M2；并收集完成电解后的溶液；第三步、超声震动清洗：电解结束后，部分稀土沉积于阳极电极上，对黏附于阳极上的稀土进行超声震荡收集，步骤如下：将阳极置于添加去离子水的超声震荡器内，对阳极上残留的固溶稀土进行超声震荡溶解，超声震荡频率范围是：2～130KH
Z
，对电极上残留的固溶稀土进行超声震荡溶解，使残留于阳极的稀土在超声波的作用下进一步扩散溶解到溶液中，收集超声处理后的溶液；第四步、过滤分离：将上述收集超声处理后的溶液通过过孔径≤0.15μm滤膜的过滤装置，分别对电解后的溶液、超声处理后的溶液进行真空抽滤分离，分离出残渣和溶液，分别得到两种过滤掉残渣的含固溶稀土溶液，并收集残渣；将两种溶液以钪为内标元素,采用电感耦合等离子体质谱仪测定所述两种溶液中固溶稀土的质量；对电解后的溶液真空抽滤后的电解残渣进行干燥，称重质量为M3；设定过滤后的电解液中的固溶稀土的浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：付建勋，王奕，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：