火花放电原子发射光谱法测定碳素钢和中低合金钢不确定度的评定

火花放电原子发射光谱法测定碳素钢和中低合金钢不确定度的评定

刘会忠

身份证号码： 34282819730715****

摘要：金属材料应用领域对钢材纯净度要求日趋提高，炉前炼钢工程师之所以关注钢中全氧含量的测定结果，目的在于通过全氧含量来推测钢中有害氧化物夹杂的含量水平，从而评判炼钢工艺的好坏和钢材纯净度。惰气熔融红外吸收法是钢中氧含量测定的首选方法，该方法要求使用表面无物理缺陷的、光洁的柱状或粒状样品进行分析，并且必须将表面氧化物去除干净，才能测定出钢中真实存在的全氧含量。

关键词：火花放电原子发射光谱法；测定；碳素钢；中低合金钢；不确定度

引言

钢的表面脱碳会影响产品的质量，譬如降低淬火钢表面硬度和耐磨性，缩短工具钢使用寿命，降低弹簧钢疲劳强度等，甚至导致钢制件断裂失效。因此，工艺人员必须对钢的表面脱碳进行严格控制，而准确测定钢的脱碳层深度则是钢表面质量控制的前提。目前钢脱碳层深度的测定方法有金相法、硬度法和测定碳含量法。

1测量原理

制备好的块状样品通过火花光源作用放电，受高温及惰性气氛影响产生等离子体，激发被测元素的原子活性，电子在原子内不同能级间跃迁，产生特征谱线，从而对分析元素及内标元素特征谱线的光谱强度进行精准测量。在此基础上，找出光谱强度与浓度的关系，通过校准曲线得知被测元素的含量。

2试验材料、方法及设备

2.1试验材料与方法

本文选取高碳工具钢75Cr1［13-14］(碳含量为0．75%)、淬火齿轮钢20CrMnTi(碳含量为0．2%)、低碳车厢板SH1100(碳含量为0．1%)3个典型钢种完成了脱碳层深度的测定试验。试验方法采用电子探针面分析法，并以金相法和显微硬度法作为对比方法。金相法测定时，将试样磨制、抛光后用4%的硝酸酒精溶液侵蚀，然后放入光学显微镜下选取典型位置进行5次总脱碳层深度测量，计算平均总脱碳层深度。显微硬度法测定时，将试样抛光后放入显微硬度计进行测量，检测力选用50g，间距50μm，依次沿直线打点测得从表面到基体每一位置的硬度值，从而获得距离表面一定深度范围内显微硬度的变化曲线，最后根据显微硬度的变化曲线测定脱碳层总深度。

2.2实验条件

本次试验对周围环境具有较高要求，其基体选择Fe和Al分析线为396.1nm。分析电极采用三峰放电方式，锥角钨电极30°，极距设置为3mm，氩气纯度应控制在99%~99.996%之间。除此之外，激发流量应控制为10L/min，待机流量需要控制在0.1~0.5L/min，试验过程需要在常温25℃环境下进行，且湿度需要控制在30%~70。

2.3试验设备

金相法使用LeicaDMI5000M光学显微镜，硬度法使用LM300AT显微硬度计，电子探针面分析法使用EPMA-1720电子探针分析仪，其二次电子像分辨率6nm，X射线取出角52．5°

2.4制样方法

当前钢铁企业对钢样品具有高质量的生产要求，如完成加工的钢样品需要无油污、无夹渣、无砂眼，同时应避免出现较大裂纹。乒乓球拍试样通过人工磨样机进行磨制，在钢样品加工完成后，应避免用手触碰，同时也不可与其他脂类物质产生过多接触，避免影响钢样品质量。加工过程中应严格控制操作温度，维持其组织结构的细密均匀性，减少分析结果的误差。传统钢样品生产中，通过60目Al2O3砂纸进行磨制，导致磨料侵入，成本较高且效果不理想，影响分析结果的确定性。为了使试样产品达到生产需求，减少砂带磨制样品时分析结果的偏差，可采用铣样机对样品表面进行铣削，可提高酸溶铝和全铝的分析准确性。铣样机刀片不易影响样品铣削对铝的分析结果，在具体应用中，相关人员应根据刀片的磨损情况及时进行更换，避免其表面不平整，影响整体分析结果。

3结果分析

3.1光谱标样(控样)的不确定度u2可由查标准物质证书提供各元素的标准偏差和测量数组来计算，属B类不确定度评定。也可用光谱标样(控样)进行几次实际测定，计算其标准偏差，属A类不确定度评定，本例采用标样实际测定。在仪器正常工作条件下，激发标准样块YSBS11178a-2000、YSBS11472-2000各9次，计算标准偏差s(x)以及测量数组n等于9，计算光谱标样(控样)引起的不确定度u2=s(x)/。

3.2仪器稳定性引起的不确定度可由查检定证书给出相对标准不确定度来评定，属B类不确定度评定，也可用标样进行几次实际测定，计算其标准偏差，属A类不确定度评定，本例采用标样实际测定。在仪器正常工作条件下，激发一块火花放电原子发射光谱法测定碳素钢和中低合金钢光谱分析标准物质，对代表性元素进行测量，在不少于2小时内，间隔20分钟以上，重复测量6次，计算6次测量值的标准偏差。

3.3分步阶梯程序升温条件下的氧含量测定由２．１可知，碳素钢样品中氧含量释放大致分为３个温度区间，根据表３的温度维持程序升温实验数据，在保证各温度区间的氧完全释放的前提下，将３个温度区间设置为３个阶跃式平台，形成分步阶梯程序升温程序，见表２。分别用１．３．１中两种制样方式，将

结束语

综上所述，随着钢材在多个领域中的广泛应用，提升钢产品质量是大部分钢铁生产公司的主要目的。钢铁产品具体制作过程中，产品质量会受多方面因素的影响。针对相关质量把控人员，其需要严格把控相关因素对产品质量的影响，根据钢铁企业实际生产情况，采取科学合理的质量控制措施，不断提升钢铁公司社会效益、经济效益。本文通过对不同形态铝分析过程中各环节的影响因素进行分析，为了避免分析结果受到影响，需要对取样方式、制样方式进行改善，并改变铝测定过程中设备的预燃时间、现场制作的工作曲线，同时加入共存元素的校正，避免不同环节因素对测量结果造成影响。

参考文献

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