不銹鋼中多元素光電光譜測(cè)定研究

吳 偉 劉景梅 金 軍 胡玉梅

(中車(chē)戚墅堰機(jī)車(chē)車(chē)輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

0 前言

隨著軌道交通產(chǎn)業(yè)的快速、健康發(fā)展，通過(guò)新技術(shù)、新材料、新工藝、新工法和新設(shè)備生產(chǎn)出來(lái)的批量新產(chǎn)品的質(zhì)量，需要通過(guò)快速、高精檢驗(yàn)檢測(cè)方法來(lái)判定其質(zhì)量是否符合軌道交通使用要求。光電光譜分析法具有靈敏度高,分析速度快,適用范圍廣,分析費(fèi)用低,可同時(shí)測(cè)定多種元素等特點(diǎn),在軌道交通產(chǎn)品的成分分析、結(jié)構(gòu)分析、科學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用。中車(chē)戚墅堰機(jī)車(chē)車(chē)輛工藝研究所有限公司引進(jìn)的日本島津PDA-7000型光電直讀光譜儀在生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用,但隨著產(chǎn)品的更新?lián)Q代，尤其是近幾年來(lái)產(chǎn)品的種類(lèi)增多，原有狹隘的不銹鋼鋼種制定分析方法已不能適應(yīng)日常分析的要求。為此，通過(guò)收集各類(lèi)不銹鋼標(biāo)樣和試樣，對(duì)其中C、Si、Mn、P、S、Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、Al等元素進(jìn)行了試驗(yàn)研究，制定了不銹鋼光譜定量分析方法，滿足了日常分析的要求。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試樣制備

試樣制備質(zhì)量好壞直接影響分析結(jié)果,要求試樣中被測(cè)元素成分均勻。冶煉過(guò)程取樣，每一勺不銹鋼水注入樣品模具中，應(yīng)保證鑄造樣品均勻，無(wú)縮孔和裂紋;成品取樣，應(yīng)從成品中均勻部位取得。從模具中取樣，一般在高度方向的下端1/3處取得。未經(jīng)切割的樣品，其表面必須去掉1.5 mm的厚度。磨樣應(yīng)當(dāng)有紋路,磨制好的樣品溫度應(yīng)不超過(guò)40 ℃,以不燙手為宜。

1.2 儀器分析條件

氬氣壓力：0.35～0.4 MPa；環(huán)境溫度：(23±5)℃；環(huán)境濕度：小于70%；波長(zhǎng)范圍: 121～589 nm; 刻劃光柵: 2 400條/mm;電極及間距: 鎢電極,電極間距5 mm;分析參數(shù): 沖洗2 s,預(yù)燃10 s,積分5 s;測(cè)定強(qiáng)度: 相對(duì)。分析元素、分析線、內(nèi)參比線如表1所示。

表1 分析元素﹑分析線﹑內(nèi)參比線 /nm

1.3 各元素的校準(zhǔn)曲線

收集各類(lèi)不銹鋼試樣，用化學(xué)分析法定值，成分如表2所示。

標(biāo)準(zhǔn)樣品由撫順?shù)搹S和上海鋼鐵研究所生產(chǎn)。標(biāo)準(zhǔn)樣品中元素含量范圍如表3所示。

表2 化學(xué)分析法定值的成分 /%

表3 不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品中的元素含量范圍 /%

在設(shè)定流量的純氬氣中,為避免樣品冶金狀態(tài)變化給分析帶來(lái)的影響，將制備好的不銹鋼試樣(見(jiàn)表2)與不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品(見(jiàn)表3)一起放到火花架上,利用制定好的分析參數(shù),以鐵元素為內(nèi)標(biāo),在PDA-7000型光譜儀上依次連續(xù)激發(fā)收集元素譜線的相對(duì)光強(qiáng)度,并對(duì)譜線進(jìn)行干擾校正和基體校正,作出每一個(gè)元素的整體校正曲線[1],選取曲線斜率高,相關(guān)系數(shù)大的校正曲線,存入計(jì)算機(jī)。

表4為各分析元素的校正曲線系數(shù)。其中校正曲線是根據(jù)下列模型運(yùn)用最小二乘法擬合而成。

(1)

式中：CR為被測(cè)元素的含量；IR為元素譜線相對(duì)光強(qiáng)值；A,B,C,D為校正曲線系數(shù)。

表4 分析元素校正曲線系數(shù)

(2)

R=標(biāo)樣的化學(xué)含量-計(jì)算含量

1.4 曲線校正

1.4.1工作曲線的校正[2]

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，光電光譜法的工作曲線會(huì)變動(dòng)。例如: 儀器工作環(huán)境(溫度、濕度)的變動(dòng)、更換氬氣的純度不同、氬氣壓力的高低(流量的大小)、透鏡的污染、電子系統(tǒng)的老化、樣品加工面的不同等均能使曲線發(fā)生變化。為了使用曲線進(jìn)行分析,必須將曲線恢復(fù)到原來(lái)的位置，為此對(duì)工作曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

1.4.2控樣校正

由于試樣和標(biāo)樣的冶金過(guò)程和物理狀態(tài)有差異，為避免樣品冶金狀態(tài)變化給分析帶來(lái)的影響，用一個(gè)與試樣的冶煉過(guò)程和物理狀態(tài)相一致的樣品作為控樣，用于控制試樣的分析結(jié)果。

1.4.3曲線的誘導(dǎo)含量校正

光電光譜定量分析要求標(biāo)樣與試樣中內(nèi)標(biāo)元素的含量相近,由于本試驗(yàn)測(cè)定不同種類(lèi)的不銹鋼,基體元素鐵含量波動(dòng)較大,為避免試樣和標(biāo)樣之間的基體不一致而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差,在試驗(yàn)中采用了誘導(dǎo)含量校正法對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行校正,以確保分析結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

2 結(jié)果討論

2.1 精密度試驗(yàn)

選取一塊均勻的不銹鋼標(biāo)樣, 進(jìn)行精密度試驗(yàn), 得出的分析精度結(jié)果如表5所示。從表5可以看出, 連續(xù)測(cè)定 11次, 每個(gè)元素的精密度較好, 元素分析結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于 5%。

(3)

2.2 準(zhǔn)確度試驗(yàn)

對(duì)8個(gè)不同含量的標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定 11 次取平均值, 進(jìn)行準(zhǔn)確度試驗(yàn), 測(cè)定結(jié)果如表6所示。從表 6可以看出, 各標(biāo)樣的測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值吻合較好, 滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許差要求。

表5 方法精密度 /%

表6 方法準(zhǔn)確度 /%

3 結(jié)論

本方法精密度和準(zhǔn)確度均較好,同時(shí)也對(duì)表2的不銹鋼產(chǎn)品試樣進(jìn)行了分析且與化學(xué)分析值作了比較,結(jié)果吻合較好，該方法能滿足日常分析要求。近半年來(lái)，利用該方法對(duì)公司軌道交通產(chǎn)品的檢測(cè)進(jìn)行了比對(duì)試驗(yàn)(與ICP6300光譜法、CS800碳硫分析儀檢測(cè)結(jié)果)及統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)兩者數(shù)據(jù)高度吻合，大大縮短了中控以及終檢周期，值得在同行業(yè)中推廣。