GB/T 20123-2006 钢铁 总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)

ICS77.080.01

H11

中华人民共和国国家标准

GB/T20123-2006/ISO15350:2000

钢铁总碳硫含量的测定

高频感应炉燃烧后红外吸收法

(常规方法)

Steelandiron-Determinationoftotalcarbonandsulfurcontent

Infraredabsorptionmethodaftercombustioninaninductionfurnace

(routinemethod)

(ISO15350:2000,IDT)

2006-03-02发布2006-09-01实施

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布

中国国家标准化管理委员会

GB/T20123-2006/ISO15350:2000

月U舌

本标准等同采用ISO15350:2000

为便于使用，本标准做了下列编辑性修改:

a)本‘国际标准’一词改为本‘标准，;

b)用小数点.‘’代替作为小数点的逗号，‘夕;

c)删除国际标准的前言;

d)将原国际标准中表6的位置移到9.2.2之下。

本标准的附录A、附录B、附录C和附录D为资料性附录。

本标准由中国钢铁工业协会提出。

本标准由全国钢标准化技术委员会归口。

本标准主要起草单位:钢铁研究总院。

本标准主要起草人:杨国荣。

GB/T20123-2006/ISO15350:2000

钢铁总碳硫含量的测定

高频感应炉燃烧后红外吸收法

(常规方法)

范围

本标准规定了高频感应炉燃烧后红外吸收法测定钢铁中总碳硫含量的方法。

方法适用于质量分数为。.005环-4.3%的碳含量及。.0005%一。.33%的硫含量的测定。

本方法能适用于常规的生产控制分析工作，并符合公认的实验室认可机构对分析方法的要求，这种

方法是被广泛接受的、好的实验室分析方法。本标准采用校准过的商业仪器，并以钢铁有证参考物质验

证校准，同时其仪器性能由常规统计过程控制方法((SPC)进行控制。

本方法可采用单元素测定方式，即单独测定碳或硫;或者采用同时测定方式，即同时测定碳和硫

2规范性引用文件

下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均

为有效。所有的标准都会被修订，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版

本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

ISO437:1982钢铁--一总碳含量的测定—燃烧重量法

ISO4934:1980钢铁—总硫含量的测定—燃烧重量法

ISO4935:1989钢铁—硫含量的测定—高频感应炉燃烧后红外吸收法

ISO5725-1:1994测量方法和结果的精度(准确度和精密度)—第1部分:通则和定义

ISO5725-2:1994测量方法和结果的精度(准确度和精密度)—第2部分:确定标准方法的重现

性和再现性的基本方法

ISO5725-3:1994测量方法和结果的精度(准确度和精密度)—第3部分:标准测定方法精密度

的中间测量

ISO9556:1989钢铁—总碳含量的测定—高频感应炉燃烧后红外吸收法

工SO10701:1994钢铁--一硫含量的测定—次甲基蓝光度法。

ISO13902:1997钢铁—高硫含量的测定—高频感应炉燃烧后红外吸收法

ISO14284:1996钢铁—测定化学成分的取样和制样

原理

3.1碳

在氧气流中燃烧将碳转化成一氧化碳和/或二氧化碳。利用氧气流中二氧化碳和一氧化碳的红外

吸收光谱进行测量。

3.2硫

在氧气流中燃烧将硫转化成二氧化硫。利用氧气流中二氧化硫的红外吸收光谱进行测量。

4试荆

4.1丙酮，蒸干后残渣的质量分数应小于。.0005%0

4.2环己烷，蒸干后残渣的质量分数应小于。.00050o

CB/T20123-2006八SO15350:2000

4.3惰性磁珠，用氢氧化钠饱和的烧结勃土，粒度为0.7mm-1.2mm，用于吸收二氧化碳。

4.4纯铁催化剂，粒度为。.4mm-0.8mm，碳和硫的质量分数分别小于0.001%.

4.5高氯酸镁，试剂级，粒度为。.7mm-1.2mm，用于吸收水气。

4.6氧气，高纯(质量分数大于99.5%)

用一个管装上氧化催化剂(氧化铜或铂)，并加热至6000C，后面接二氧化碳和水的吸收剂来驱除氧

气中的有机污染物

4.7铂和铂硅胶，加热到350℃使一氧化碳转化成二氧化碳。

4.8助熔剂，铜、钨锡或钨用于测碳，钨用于测硫，粒度为0.4mm-0.8mm,碳和硫的质量分数分别小

于0.001%和。，0005%o

4.9纤维棉，用于吸收三氧化硫。

4.10钢铁有证参考物质(CRMs),所有用于校准和校准验证的标准物质必须由国际公认的组织认证，

并且通过一个或多个国家或国际实验室间的测试项目充分验证过。优先选择由仲裁方式测定的物质，

如:ISO437和ISO9556测定碳,ISO4934,ISO4935,ISO10701和ISO13902测定硫。不同于那些基

于其他有证参考物质的方法，这些方法可以溯源至SI单位制。

4.11钢铁参考物质(RMs)，用于本方法统计过程控制的参考物质，不必是有证的，但必须由认证机构

或使用该物质的实验室提供足够的均匀性数据，以确保给出控制数据的有效性。

5仪器装置

分析过程中，除另有规定，仅使用满足下列要求的普通仪器装置。

5.1碳测定仪或硫测定仪或碳和硫测定仪，由红外源、独立的测量池和参比池，以及作为平容板的隔膜

组成.

5.2瓷增竭，按照所用仪器厂商的规定，能够耐高频感应炉中燃烧，不产生含碳和硫的化学物质，使空

白值控制在特定范围内。

注:碳和硫的污染物通常可通过在空气中将柑涡置于电炉中燃烧除去，1000`C燃烧时间不少于40min,l3500C燃

烧时间不少于15-in,然后将增祸取出，置于干净的耐热盘中，冷却2min-3min,最后将增祸贮于千燥器中。

如怀疑氧气中含有有机污染物，在氧气进人仪器气路系统前，将后端连接二氧化碳和水吸收剂的氧化催化剂

(氧化铜或铂)管加热至6000C，净化氧气

5.3钳涡钳，可夹住瓷增祸(5.2)。

试验方法

本方法适用于商业分析仪，配备自动操作程序和校准程序。

如分析仪符合第8条的规定，则是合格的

6.1红外吸收法测碳—方法A

红外吸收测定二氧化碳的含量。二氧化碳在红外光谱中能吸收某一特定波长的红外能量，当二氧

化碳通过红外池时，吸收这一特定波长的能量，其他波长的红外能量被滤光片滤去。因只有二氧化碳吸

收红外能量，检测器可通过测量能量的变化，检测到二氧化碳的浓度。用一个红外池既做参比，又做测

量池在一个周期内，总碳以二氧化碳的方式被检测出来。见图A.10

6.2红外吸收法测碳—方法B

样品燃烧过程中，二氧化碳由氧气载人通过测量池(见5.1)，参比池中只有氧气通过。红外源发出

的能量通过两个红外池，并同时到达隔板，测量池中部分红外能量被二氧化碳吸收，参比池中红外能量

没有变化。如此造成到达隔膜板上的红外能量不平衡，使其变形。这种变形改变了固有的电容，产生电

信号的改变，再通过放大器测量二氧化碳。在一个周期内，总碳以二氧化碳的方式被检测出来。见

图A.2。

GB/T20123-2006八SO15350:2000

6.3红外吸收法测碳—方法C，闭环

在封闭回路中燃烧后，在同一红外池中测二氧化碳和一氧化碳。每一种气体分别用一个固态能量

检测器来测量，红外光被滤光片过滤后，只有某一特定波长的能量到达各自检测器。没有二氧化碳和一

氧化碳时，每个检测池得到的是最大能量。燃烧中，一氧化碳和二氧化碳的红外吸收特性造成能量损

失。闭环系统中能量损失与每种气体的浓度成比例。在一个周期内，总碳以二氧化碳和一氧化碳之和

的方式被检测出来。见图A.3.

6.4红外吸收法铡L硫—方法A

二氧化硫在红外光谱中能吸收某一特定波长的红外能量，当二氧化硫通过红外池时，吸收这一特定

波长的能量，其他波长的红外能量被特定波长的滤光片滤去。因只有二氧化硫吸收红外能量，检测器可

以通过测量能曼脚空化检测到二氧化硫的浓度。用一个红外池既做参比，又做测量池。在一个周期内，

总硫以二氧化硫的方式被检测出来。见图A.4,

6.5红外吸收法测硫—方法B

样品燃烧过程中，二氧化硫由氧气载人通过测量池(见5.1)，参比池中只有氧气通过。红外源发出

的能量通过两个红外池，并同时到达隔板，测量池中部分红外能量被二氧化硫吸收，参比池中红外能量

没有变化。如此造成到达隔膜板上的红外能量不平衡，使其变形。这种变形改变了固有的电容，产生电

信号的改变，再通过放大器测量二氧化硫。在一个周期内，总硫以二氧化硫的方式被检测出来。见

图A.5.

6.6红外吸收法测硫—方法C，闭环

在封闭回路中燃烧后，二氧化硫在红外池中被检测到。用一个固态能量检测器来测量，红外光被滤

光片过滤后，只有某一特定波长的能量到达检测器。燃烧后，二氧化硫的吸收特性造成能量损失。能量

损失与闭环系统中二氧化硫的浓度成比例。在一个周期内，总硫以二氧化硫的方式被检测出来。见

图A.6。

取制样

按ISO14284或适当的国家钢铁取制样标准取样。

分析步骤

替告:与燃烧分析有关的主要危险是预烧增塌及由此产生的熔融状态时发生的燃烧。任何时候都

要使用增塌钳，并将用过的堵塌存放在合适的容器中。打开氧气阀时要小心。嫩烧过程中的氛气必须

从仪器中清除掉，因为高浓度的氧气在狭小的空间中易造成火灾。

8.1仪器调试

按照厂家说明书组装仪器，并准备操作。检查燃烧单元和测量单元的气密性。在校准仪器和测量

空白前，用能测量出碳和硫含量的样品及助熔剂按8.3规定至少测定5次。

8.2试料

8.2.1试料粒度应大小一致，不能小于0.4mm试料不应有油、油脂及其他污染物。尤其是使试料

增碳和增硫的污染物。分析和校准的试料粒度应一致，并符合厂家说明。

沽污或碳质量分数小于。.02%的试料应使用丙酮，环己烷或其他合适的溶剂清洗。并于70℃一

100℃干燥

称量，精确至1mg。根据高频炉的容量和待测物的含量称取适当的试料量。

8.2.2实验室必须确保试料不受含有碳和/或硫的物质污染。本标准未包含特定的样品准备方法。建

议实验室要经常取不同含量的待分析试料和溶剂清洗过的试料，用受控的方法重复测定，以检测是否有

污染。如待分析试料和溶剂清洗过的试料间存在有显著统计误差，就要检查和修改制样过程。

GB/T20123-2006/ISO15350:2000

8.3校准

8.3.1碳

8.3.1.1建立校准范围，选择有证参考物质(CRMs)

使用本方法确立实验室中要分析的碳的总含量范围，并将其分为如表1所示的几个部分。

表1碳的校准范围

仪器范围设定校准范围(质量分数/)%

I0.005-0.120

u0.10-1.25

m1.04.3

选择表7所示的仪器范围有利于使仪器处于最佳性能状态，并为实验室间的测试提供设定的参数。

为了便于灵活操作，三个范围稍有重叠。应着重注意碳质量分数小于。.005%或大于5%时则超出了本

方法的测定范围，因此这样的结果不能作为按照本标准方法进行测定的结果如果分析上不需要，实验

室不必将全部三个范围都校准

最后为满足分析任务的要求，可适当偏离这些范围。灵活匹配校准范围可同时测定碳和硫。

选择一套有证参考物质来校准和验证。每个校准范围至少应包括最高点、最低点、和两个四分位

点。另外，选一个含碳量很低的有证参考物质来测空白值。

8.3.1.2调节测且系统的响应

如果仪器有一个以上碳检测池，按本节方法调节每一个检测器。

注:本节旨在提供一个精确测定空白值的方法，建立所有碳含量范围的试验参数。如果同时测定碳和硫，应确定相

应各通道的参数相同。参数应包括以下内容:

—增涡:预烧和不预烧;

助熔剂:类型和质量;

—试样粒度:质量

特别强调的是预烧柑涡可使柑祸空白值及其变化最小。

称取选定质量的含碳质量分数约。.05%的参考物质((4.11)，精确至1mg;称取选定质量的助熔剂，

精确至5mg。将参考物质和助熔剂置于柑祸中(5.2)，用柑祸钳(5.3)将预烧过的柑祸放在炉子的柑涡

托上，将托升起。参照厂家说明书推荐的方法，输人试样质量和空白值。重复分析参考物质(4.11)直到

显示值稳定为止。再按厂家说明书调节信号至碳含量显示读数为参考物质碳含量的质量分数。.003

之内。

8.3.1.3测定空白值

对每一仪器范围称取选定质量的助熔剂(精确至5mg)，置于柑涡中，加人称取的CRM(4.10)以测

量碳空白值将CRM的质量值输人仪器质量补偿器，开始分析。重复测定三次以上，取平均值。再减

去CRM的碳含量，即是空白值。如果空白值大于。.002%，标准偏差大于。0005，找出其原因并作

相应处置，然后重新测定。根据厂家说明书输人平均空白值。如有必要可以根据4.3.1.2中试样量调

节助熔剂用量。如果仪器不能自动校准空白值，在计算前，应从总结果中减去空白值。

8.3.1.4建立校准曲线

按照8.3.1.1给出的浓度范围，选择认证参考物质，按厂家说明书输人8.3.1.3中测定的空白值

如果仪器没提供多重曲线拟合程序，按厂家说明书校准，并立即按未知样品分析所有的校准试样。按厂

家的要求评定分析结果。进行下一步实验前，修正无关联的因素

8.3.2硫

8.3.2.1建立校准范围和选择认证参考物质

使用本方法确立实验室中要分析的硫的总含量范围，并按表2将其分成两段校准。

GB/T20123-2006/ISO15350:2000

表2硫的校准范围

仪器范围设定校准范围(质量分数/)%

工0.0005-0.0500

ll0.03一0.33

选择表2所示的仪器范围有利于使仪器处于最佳性能转态，并为实验室间的测试提供设定的参数。

为了便于灵活操作，三个范围稍有重叠应着重注意硫质量分数小于。0005%或大于。.4%时则超出

了本方法的测定范围，因此这样的结果不能作为按照本标准方法进行测定的结果如果分析上不需要，

实验室不必将全部两个范围都校准。

最后为适应分析任务的要求，可适当偏离本工作曲线的浓度范围，使该校准曲线适于同时测定碳硫

的需要

选择一套有证标准物质来校准和验证。每个校准范围至少包括最高点和最低点和两个四分位点

另外，选一个含硫量很低的有证标准物质，测空白值。

8.3.2.2调节m}lif统的响应

按8.3.1.2的程序操作，但选用硫质量分数约。.03%的参考物质

8.3.2.3测定空白值

按8.3.1.3的程序操作，但选用合适的含硫有证参考物质。

8.3.2.4建立校准曲线

参照8,3.2,1的校准范围选择合适的有证参考物质(4.10)，按照仪器说明输人8.3.2.3测定的空

白值，对8.3.2.1所列范围进行仪器校正。如果仪器未提供多重曲线拟合程序，按厂家说明书校准，并

立即按未知品分析所有的校准试样，按厂家要求评定结果。进行下一步实验前，修正无关联的因素。

8.4校准验证

8.4.1线性

对碳和硫的每个校准范围，挑选两个有证参考物质((4.10)，该样品小于。.lg时在其粒度水平下应

是均匀的。其中一个是校准范围的最低点(A)，另一个是最高点(B)。将其混合成九种不同的混合物进

行分析，按下述方法评定校准线性。

如果一个以上的校准范围使用相同的硬件组合，包括检测池，那样可以将这些范围合并进行线性试

验。在这种情况下样品A和B应该是合并的浓度范围的两个端点。

按实验室分析未知样品的程序准备9个柑锅，使用四位数分析天平，按表3称取每种参考物质

MID，精确至。.0001g，放人塔祸中，记录结果表3中的M是分析用的试样总质量通常是1g.

按公式(1)计算待测元素的浓度:

CFMAXC',+MBXC.，…’·············一(1)

MA+Md

式中:

MA-A的质量，单位是克(9);

CA--A的浓度，单位是克每立方厘米(g/cm');

M—B的质量，单位是克(9);

Cn—B的浓度，单位是克每立方厘米(g/cm')

随机快速分析试样，以测定值做Y轴，以计算值做X轴，绘制校准曲线。校准曲线应是斜率很接近

45“的直线。否则找出原因，解决后再重作。分别计算柑祸7-3，和7-9绘制的直线斜率，两斜率相减，

并计算两斜率偏差的百分比。如果偏差百分比大于。2，仔细调试检测池的线性，或采取其他适当的校

正措施，并重新测定。如无适当的校正措施且有一个或多个性能指标不符合，则应改善线性系统记录

线性试验数据。

GB/T20123-2006/ISO15350:2000

线性试验数据及示例见附件B,

表3用于线性检验的试样系列

样品号