電廠金屬材料中鈮元素的看譜分析

摘 要：只有引進了Nb元素的分析才能更大程度的保證材質(zhì)分析結(jié)果的準確性，因此在常用看譜分析方法中引入Nb的元素的分析是完全必要的；因此掌握了上述Nb元素的看譜分析方法會對電廠工程質(zhì)量起到重要的保障作用。

關(guān)鍵詞：電廠金屬材料；Nb元素；看譜分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.003

0 前言

鈮為一種金屬元素，俗稱“烈火金剛”，化學符號Nb，原子序數(shù)41，原子量92.90638，屬周期系ⅤB族（也曾被稱為鈳（Cb），現(xiàn)有些國外標準仍如此稱之）。在一些高溫高熱的爐里，特別是制造一千六百度以上的真空加熱爐非鈮莫屬。用鈮作合金元素添加到鋼里，能使鋼的高溫強度增加，加工性能改善。鈮與鎢、鉬、釩、鎳、鈷等一系列金屬合作能得到熱強合金，可以用作超音速噴氣式飛機和火箭、導彈等的結(jié)構(gòu)材料。目前研制新型的高溫結(jié)構(gòu)材料時，已開始把注意力轉(zhuǎn)向鈮，許多高溫、高強度合金都有鈮參加。

1 引進Nb元素看譜分析的必要性

目前火力發(fā)電正向著大容量、大參數(shù)方向發(fā)展，所用鋼種日益增多，材質(zhì)日趨復雜，目前電廠常用金屬材料中很多都含有Nb元素如：主蒸汽管道材料P91、P92，主給水管道材料WB36，鍋爐受熱面管道T23等都含有微量Nb元素，而螺栓常用材料2Cr12WMoVNbB的Nb的含量達到了0.2—0.4%，20Cr1Mo1VNbTiB的含量達到了0.11—0.25%，而電廠常用受熱面管道材質(zhì)super304H的Nb的含量達到了0.40%，而TP347H更是達到了0.80%。

我公司項目工程材質(zhì)符合主要是靠看譜半定量分析和定性分析，常分析的合金元素有Cr 、Mo、 V 、Ni、 W 、Ti元素，而Nb元素作為次要元素不做分析，有的初級分析人員根本連想都沒想過，在一般各種協(xié)會舉辦的光譜分析培訓班里也不將Nb元素作為重點培訓講述，而在實際工作中我們經(jīng)常和有Nb元素的材質(zhì)打交道，在有些特殊情況下我們有些工作離開了Nb元素的分析就不可能完成。例如：常用過熱器管道材料super304H和TP347H的主要合金元素的含量如下：

super304H Cr 18.0 Ni 9.0 Nb 0.40

TP347H Cr 18.0 Ni 10.0 Nb 0.80

從上述數(shù)據(jù)看出按傳統(tǒng)光譜分析方法要把上述兩種材質(zhì)分開只能看Ni元素的譜線，而根據(jù)Ni元素的譜線特點，要分開9.0%和10.0%的Ni的含量根本是不可能的，要把這兩種鋼材分開只能看Nb元素。只有引進了Nb元素的分析才能更大程度的保證材質(zhì)分析結(jié)果的準確性，因此在常用看譜分析方法中引入Nb的元素的分析是完全必要的。

2 Nb元素的看譜分析方法

本人經(jīng)過學習和大量的實踐分析，現(xiàn)已掌握了一套電廠金屬材料Nb元素的定性和半定量分析方法，具體介紹如下：

Nb元素在整個譜線區(qū)域中有三組特征線：Nb1組、Nb2組、Nb3組，Nb1組在藍色第一區(qū)域，位于人眼的不敏感區(qū)域，分析起來非常困難，這里不做介紹；而Nb2和Nb3組分別位于綠色區(qū)域和黃綠色區(qū)域，此區(qū)域位人眼的敏感區(qū)域，分析起來較為清楚，在這里做重點介紹 。

2.1 Nb2組的看譜分析。

（1）分析條件：交流電弧、電壓：220伏 電流：5A 極距：2mm 預燃：40-50秒。

（2） 特征線：Ni線綠色區(qū)的5線組及其前面非常亮的銅線 （圖1）。

（3）分析方法：在看譜分析時先找到5線組和Cu線，然后找到Cu線前面的1號和2號鐵線，2號鐵線稍亮，若材料中含有Nb元素則在1號線鐵線的旁邊會多出現(xiàn)一根Nb線（1線），在Cu線前多出一根Nb線（線），由于線離Cu線很近，而Cu線又太亮，故線可忽略只看線，若要對Nb元素進行半定量分析可按“表1”將號Nb線的亮度和1號或2號鐵線的亮度進行比較得出Nb元素的含量。

2.2 Nb3組的看譜分析

Nb3組位于人眼的最敏感的黃綠色區(qū)域，故也比較好分析。

（1）分析條件：交流電弧、電壓：220伏；電流：5A；極距：2mm；預燃：40-50秒。

（2）特征線：黃綠色區(qū)Cr組線的特征線，圖2中3號線旁邊的4線組，其中最右邊的很亮。

（3）分析方法：分析時先找到4線組，然后再找到1號線和2號線，如果有Nb元素就在1號和2號線的附近就出現(xiàn)了號和號兩根Nb線，（見圖2）若要對Nb元素進行半定量分析可按“表2”將號、號Nb線的亮度和3號鐵線的亮度進行比較得出Nb元素的含量。

3 Nb元素分析注意事項

（1）鋼中Nb的分析多為不銹鋼和耐熱鋼，譜線復雜，排列緊湊，需將目鏡焦距調(diào)好認準譜線，燃弧初期Nb線強度變化很大，應掌握在預燃時間以后進行強度評定，Nb線強度隨分析間隙改變而改變，應保持極距的一致性。

（2）Nb3組線較靈敏，干擾較小，可用于定性分析，兩條Nb線之間有兩條較為敏感的Cr線并與其緊挨，對分析稍有影響。

（3）Nb2組靈敏度較低，應結(jié)合Nb3組進行分析。

4 結(jié)論

綜合上述兩組Nb譜線，結(jié)合我公司承建工程材料特點，本人經(jīng)實踐總結(jié)出以下幾點：

（1）當Nb元素含量較高，達到0.2%以上可對其進行半定量分析，

（2）當含量大于等于0.5%時可用Nb2組進行半定量分析，

（3）當Nb元素含量在0.2—0.5%之間時，應結(jié)合Nb2和Nb3兩組譜線進行半定量分析。

（4）當Nb元素含量在0.2%以下時可結(jié)合Nb2和Nb3兩組譜線進行定性分析。

（5）當Nb元素含量小于0.1%時，應找一塊碳鋼進行譜線比較，然后結(jié)合Nb2和Nb3兩組線進行定性分析。

材質(zhì)為電廠工程質(zhì)量的命脈，在火力發(fā)電機組朝著大容量、高參數(shù)發(fā)展的今天，高性能的合金材料起到越來越重要的作用，而Nb元素作為提高金屬性能的重要元素也起著越來越重要的作用，因此掌握了上述Nb元素的看譜分析方法會對電廠工程質(zhì)量起到重要的保障作用。

參考文獻：

[1]DL/T991-2006.電力設(shè)備金屬光譜分析技術(shù)導則[S].

[2]劉宗耀，李知能.鋼鐵看譜分析標準圖譜與標志卡[M].重慶：重慶沙坪壩實業(yè)開發(fā)公司文化印刷廠，1996.

作者簡介：宋磊（1987-），男，本科，助工，研究方向：金屬檢測。