一种测定普碳钢、中低合金钢中钛含量的方法技术领域
本发明具体涉及一种测定普碳钢、中低合金钢中钛含量的方法，属于冶金
分析方法领域。
背景技术
钛是重要的合金元素，在钢中钛的化学形态较复杂，尤其是氧化钛、碳化
钛等酸难分解组份的存在，给实际样品的分解带来很大困难。
对于低合金钢中钛的测定已经有国家标准方法GB/T20125-2006《低合金钢
多元素的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法》，该方法使用盐酸、硝酸混
合稀酸溶解样品，由于部分钛化物不能完全分解，导致测定结果偏低；2005年
8月出版的《河南科学》，第23卷第4期中《ICP-AES法测定电工钢中元素钛
锆含量的研究》的论文提供了一种测定方法，此方法用稀硫酸将试样溶解后过
滤，再处理残渣，操作繁琐，分析样品时间长；1994年第02期的《特钢技术》，
名为《钢中微量钛的测定》的论文提供了另外一种测定方法，此方法利用钛与
二安替比林甲烷生成黄色络合物的特点，进行比色分析，该方法对溶液的酸度
要求较高，而且此方法的灵敏度较低，不能满足微量钛的分析要求；国家标准
方法GB/T4336-2002《碳素钢中低合金钢火花源原子发射光谱分析法》，该方
法要求所分析试样的组织结构及含量必须与制作标准曲线的标准样品的组织结
构相同、含量相近，否则分析结果误差非常大，而在实际工作中，很难保证试
样的组织结构与标准物质的相同，这样造成试样的分析结果准确度很低。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种灵敏度高，测定速度快，操作简便而且相
对于其他方法干扰小，同时有良好的选择性，能够为冶炼成分控制过程提供准
确数据的测定普碳钢、中低合金钢中钛含量的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：样品制备
称取一定质量的待测普碳钢或中低合金钢样品，置于烧杯中，依次加入氢
氟酸、高纯水、硝酸，制成试样样品；另外称取与试样样品中待测普碳钢或中
低合金钢样品相同质量的高纯铁，也置于烧杯中，依次加入与试样样品相同的
氢氟酸、高纯水、硝酸，制成空白样品；
步骤二：样品溶解
将步骤一制成的分别装有空白样品、试样样品的烧杯置于低温电热板，加
热溶解，样品溶解后加入高氯酸，发烟至湿盐状，取下烧杯冷却至室温，然后
在烧杯中加入盐酸溶解盐类，将烧杯中的溶液移入玻璃容量瓶中，稀释至刻度，
摇匀，制成试样样品溶液及空白样品溶液；
步骤三：标准校正曲线溶液的配置
选用6种已知钛含量的普碳钢或中低合金钢标准物质，其Ti含量范围为
0.001～1.000％，经过与步骤一、步骤二相同的步骤后，制成标准校正曲线溶
液；
步骤四：绘制校准曲线
将标准校正曲线溶液及空白样品溶液引入电感耦合等离子体发射光谱仪，
测定待测离子的信号强度，以质量百分数为横坐标，离子的信号强度为纵坐标
绘制Ti校准曲线；
步骤五：测定Ti的含量
将试样样品溶液及空白样品溶液引入电感耦合等离子体发射光谱仪，测定
待测离子的信号强度，根据步骤四的标准溶液校准曲线，求出空白样品溶液及
试样样品溶液中Ti的质量百分数，
待测普碳钢或中低合金钢中Ti的质量百分数按下式计算：
W＝Wi-W0
式中：W为待测普碳钢或中低合金钢中Ti的质量百分数；
W0为空白样品溶液中Ti的质量百分数；
Wi为试样样品溶液中Ti的质量百分数。
进一步的，所述步骤一中待测普碳钢或中低合金钢样品的质量为0.500g，
加入氢氟酸3mL、高纯水15mL、硝酸5mL，步骤二中加入高氯酸2mL，加入盐酸
溶解盐类5mL。
进一步的，所述步骤二中低温电热板加热温度为300℃～400℃。
进一步的，所述步骤四中电感耦合等离子体发射光谱仪型号为Optima
5300DV。
其中，所述Optima5300DV电感耦合等离子体发射光谱仪的主要工作参数
为：高频发射功率为1300W，冷却气流量为15mL/min，辅助气流量为0.2mL/min，
雾化气流量为0.8mL/min。
本发明的有益效果在于：本发明的一种测定普碳钢、中低合金钢中钛含量
的方法，利用F-与Ti4+络合促进钛分解、硝酸与氢氟酸混酸可以溶解所有钛化物
的特性，采用硝酸、氢氟酸溶解低温处理样品，高氯酸发烟除尽氢氟酸,通过采
用电感耦合等离子发射光谱仪测定普碳钢、中低合金钢中钛含量。本发明通过
对普碳钢、中低合金钢样品的多次检验，应用效果良好。本发明采用高纯铁及
普碳钢、中低合金钢标准物质制作工作曲线，克服了基体干扰；具有线性范围
宽，灵敏度高，操作简便，分析结果准确、可靠的特点。
使用本方法对普碳钢、中低合金钢中钛进行测定，能够在2小时内测定完
成，缩短了样品处理时间，分析方法的范围可达Ti0.001at～1.00at％。此外，
本发明只使用5mL硝酸、5mL盐酸、3mL氢氟酸、2mL高氯酸大大减少了溶剂使
用量，有利于环境保护。
附图说明
图1为本发明一种测定普碳钢、中低合金钢中钛含量的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：
本具体实施方式的方法步骤如图1所示，
一种测定普碳钢、中低合金钢中钛含量的方法，利用F-与Ti4+络合促进钛
分解、硝酸与氢氟酸混酸可以溶解所有钛化物的特性，本专利采用硝酸、氢氟
酸低温溶解处理样品，高氯酸发烟除尽氢氟酸。在优化的仪器条件下，利用等
离子体原子发射光谱仪进行普碳钢、中低合金钢中钛的测定。
本实施例中，所用试剂包括：
硝酸、盐酸、氢氟酸、高氯酸：优级纯；
普碳钢、中低合金钢标准物质：标准物质证书给出准确含量；
100mL容量瓶；300mL聚四氟乙烯烧杯；
高纯铁；
氩气：氩气纯度≥99.9％。
压缩空气
该方法包括以下步骤：
步骤一：称取0.500g待测普碳钢或中低合金钢样品，置于酸煮洗净的300mL
聚四氟乙烯烧杯中，依次加入3mL氢氟酸、15mL高纯水、5mL硝酸；另称取0.500g
高纯铁于一个酸煮洗净的300mL聚四氟乙烯烧杯，依次加入3mL氢氟酸、15mL
高纯水、5mL硝酸，作空白样品。
步骤二：将装有空白样品、试样样品的聚四氟乙烯烧杯置于低温电热板，
加热温度300℃～400℃，溶解，样品溶解后加入2mL高氯酸，发烟至湿盐状、
取下冷至室温。加入5mL盐酸溶解盐类，移入100mL玻璃容量瓶中，稀释至刻
度，摇匀，等待上机。
步骤三：标准校正曲线溶液的配置
为了减小基体效应，选择6种普碳钢或中低合金钢标准物质，测定普碳钢时
选用普碳钢标准物质，测量中低合金钢则选用中低合金钢标准物质，Ti含量范
围为0.001～1.000％，称取0.500g置于酸煮洗净的300mL聚四氟乙烯烧杯中，
依次加入3mL氢氟酸、15mL高纯水、5mL硝酸，与处理试样相同条件下处理标
准物质；同时称取0.500g高纯铁，加入相同量的溶剂，与处理试样相同条件下
溶解处理，做为曲线的空白，此溶液制作标准曲线用。
步骤四：优选测定仪器为美国PE公司的Optima5300DV，仪器工作参数的
确定：ICP-AES分析过程中，高频发射功率、载气流量直接影响仪器测定的灵
敏度和精密度，所以确定仪器的工作参数如表1所示。
表1
参数名称
数值
RF功率(W)
1300
冷却气流量(mL/min)
15
辅助气流量(mL/min)
0.2
雾化气流量(mL/min)
0.8
进样方式
蠕动泵进样
采样方式
跳峰方式采样
重复次数
3
观测方式
轴向观测
冲洗时间(s)
30
积分(计算)模式
Peak Area
通过查阅谱线库，确定Ti336.121nm做分析线。
绘制校准曲线：将标准校正曲线溶液及空白样品溶液引入电感耦合等离子
体发射光谱仪，测定待测离子的信号强度，以质量百分数为横坐标，离子的信
号强度为纵坐标绘制Ti校准曲线。
步骤五：将试样样品溶液、空白样品溶液引入电感耦合等离子体发射光谱
仪，测定待测离子的信号强度，根据已知质量百分数的标准溶液校准曲线求出
空白样品溶液及试样样品溶液中Ti的质量百分数，
待测普碳钢或中低合金钢中Ti的质量百分数按下式计算：
W＝Wi-W0
式中：W为待测普碳钢或中低合金钢中Ti的质量百分数；
W0为空白样品溶液中Ti的质量百分数；
Wi为试样样品溶液中Ti的质量百分数。
本方法检测范围:Ti0.001at～1.00at％。
称取高纯铁、09V钢(GSBH40026-92，Ti0.0031％)、管线钢(2#,Ti0.016％)、
碳素钢(GSBH40081-94,Ti0.055％)、焊条钢(YSBC14134-01,Ti0.195％)、
35MoVAlTiRE(8-4,Ti0.694％)、中合金钢(80105,Ti0.927％)按上述方法溶解后，
制作工作曲线，曲线相关系数r大于0.999，按实验方法制备11份空白溶液分3
次进行测定，根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)定义的检出限公式
CL＝3Sb/k(Sb为空白的标准偏差，k为相应的校准曲线斜率)计算得方法检出限为
0.0002％。
分别称取标准样品9GrSi钢(材字246)、低合金钢(GBW01309)、低合金钢
(GBW01311)、低合金钢(YSBC15211-94)、以及试样JSAE1018Ti1#、2#样品，
按上述方法进行测定，结果见表2。
表2
样品
材字246
GBW01311
GBW01309
YSBC15211-94
1#
2#
认定值％
0.007
0.087
0.70
0.326
/
/
测定值％
0.0072
0.086
0.708
0.319
0.071
0.065
分别称取标准样品低合金钢(GBW01327)、光谱标准样品控残(9215B)以及试
样JSAE1018Ti1#、2#、3#样品分别按上述方法分别与国家标准方法
GB/T20125-2006、火花源原子发射直读光谱法GB/T4336-2002进行比对测定，
结果见表3。
表3
从以上结果得出：本专利方法与火花源原子发射直读光谱法测定结果一致，
而国家标准方法GB/T20125-2006《低合金钢多元素的测定电感耦合等离子体
原子发射光谱法》在处理样品时有一部分钛化物没有分解，故测定结果偏低。
因此，通过上述实施实例的验证，可以看出本发明ICP-AES测定普碳钢、
中低合金钢中钛，测定范围Ti0.001at～1.00at％。分析方法精密度高、准确
度高。本方法快速、简便，可以生产中推广、使用。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通
技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和
润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。