火花源原子發(fā)射光譜儀已廣泛應(yīng)用于冶金行業(yè)爐前化學(xué)成分分析，是快速配合爐前在線分析的首選檢測(cè)手段，光譜儀分析的準(zhǔn)確性除與儀器本身的分析精密度直接相關(guān)外，許多文獻(xiàn)提出待測(cè)樣品應(yīng)與內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)樣品的物理狀態(tài)保持一致。
盡管光譜儀在爐前快速分析方面已較為成熟，但在對(duì)鋼材成品化學(xué)分析中卻受到了很大的限制。普遍認(rèn)為，鋼材成品試樣，由于經(jīng)過不同的鍛(軋)、熱處理工藝后，其組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，與專用的內(nèi)控標(biāo)樣(一般為鑄態(tài))組織結(jié)構(gòu)完全不同，影響火花源原子發(fā)射光譜儀分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文對(duì)此予以探討。
本文一方面對(duì)常用鉻鎳不銹鋼、鉻不銹鋼、中低合金鋼和碳素鋼等在不同熱處理狀態(tài)下進(jìn)行了光譜分析試驗(yàn)研究，考察鋼樣的物理狀態(tài)對(duì)光譜分析準(zhǔn)確度的影響;同時(shí)對(duì)304和0Cr13連鑄坯沿厚度方向進(jìn)行了多層光譜檢測(cè)，尋求連鑄坯成分變化規(guī)律，探討了影響光譜儀對(duì)成品鋼材分析準(zhǔn)確度原因所在。
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1 樣品
內(nèi)控標(biāo)樣：鍛軋態(tài)304標(biāo)樣、鑄態(tài)2Cr13標(biāo)樣、鑄態(tài)45#鋼標(biāo)樣各1塊。
分析試樣：鑄態(tài)標(biāo)樣304、2Cr13和40Cr，鍛軋態(tài)標(biāo)樣321、1Cr13、中低合金鋼、碳素鋼各1塊。
連鑄坯樣品：304、0Cr13連鑄坯各一塊，分別在橫截面的邊部、1/4和1/2處截取試樣各1塊，共6塊連鑄坯樣品。
1.2 樣品表面處理
內(nèi)控標(biāo)樣和對(duì)應(yīng)的分析試樣均采用相同的制樣方法，保證二者制樣條件一致。連鑄坯樣品僅使用平面砂輪機(jī)研磨。
1.3 測(cè)定
1.3.1 樣品的熱處理
對(duì)1.1中分析試樣按表1進(jìn)行不同的熱處理，熱處理?xiàng)l件見表1。
1.3.2 連鑄坯橫截面低倍酸浸試驗(yàn)
對(duì)1.1所取連鑄坯樣品進(jìn)行酸浸低倍組織檢驗(yàn)，部分照片見圖1～圖3。
由上述低倍酸浸組織可知：304不銹鋼呈明顯的柱狀晶，柱狀晶較為發(fā)達(dá)，直至鑄坯中心部位，中心有明顯偏析帶，因而光譜分析應(yīng)關(guān)注是否在中心區(qū)域存在較大成分偏析。其1/4、1/2處試樣情況基本相近，邊緣部位由于三角晶區(qū)的出現(xiàn)，柱狀晶不如前兩個(gè)部位發(fā)達(dá)。0Cr13鑄坯有明顯的等軸晶區(qū)，柱狀晶不發(fā)達(dá)，預(yù)測(cè)其中心的化學(xué)成分偏析應(yīng)比304鋼弱。
1.3.3 實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)方法一，分別以鍛軋態(tài)304、鑄態(tài)2Cr13、鑄態(tài)低合金鋼為內(nèi)控標(biāo)樣，以鑄態(tài)304、鍛軋態(tài)1Cr13、鍛軋態(tài)45#(實(shí)際同樣是標(biāo)準(zhǔn)樣品)為試樣進(jìn)行多次(5～7次)分析，取平均值。
實(shí)驗(yàn)方法二，將鑄態(tài)304、鍛軋態(tài)321試樣，鑄態(tài)2Cr13、鍛軋態(tài)1Cr13試樣，鑄態(tài)40Cr、鍛軋態(tài)中低合金鋼和碳素鋼試樣按表1進(jìn)行熱處理后，分別以鍛軋態(tài)304、2Cr13、鑄態(tài)45#為對(duì)應(yīng)內(nèi)控標(biāo)樣，在每種狀態(tài)下進(jìn)行多次(5～7次)測(cè)量后取平均值。
實(shí)驗(yàn)方法三，由于所取鑄坯樣品太大，為了適應(yīng)光譜分析的要求，分別將每個(gè)部位(邊部、1/4處、1/2處)樣品沿鑄坯厚度方向鋸為3塊(見圖4)?？紤]到光譜分析點(diǎn)的波動(dòng)性，在圖4對(duì)應(yīng)行位置，每行進(jìn)行4點(diǎn)成分分析(即4列、每列7行，每塊鑄坯共計(jì)分析28個(gè)點(diǎn)位)。
2、結(jié)果與討論
2.1 不同物理狀態(tài)和不同熱處理狀態(tài)對(duì)光譜分析的影響
(1)按實(shí)驗(yàn)方法一進(jìn)行試驗(yàn)，將分析值與原認(rèn)定值對(duì)比，其中304結(jié)果見表2(其他表略)。
由上述試驗(yàn)結(jié)果可知：當(dāng)內(nèi)控標(biāo)樣與分析樣品的物理狀態(tài)不同時(shí)，測(cè)定結(jié)果與原認(rèn)定值之間的偏差均小于方法的重復(fù)性限r(nóng)，說(shuō)明物理狀態(tài)不同對(duì)火花源原子發(fā)射光譜分析結(jié)果的準(zhǔn)確度無(wú)顯著影響。
(2)按實(shí)驗(yàn)方法二進(jìn)行試驗(yàn)，數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)處理后，按GB/T11170289、GB/T4336284的重復(fù)性限r(nóng)和ANOVA一元方差分析判定，304、2Cr13、中低合金鋼結(jié)果分別見表3、表4和表5(321、1Cr13、40Cr和碳素鋼結(jié)果略)。
由(2)試驗(yàn)結(jié)果可知：實(shí)驗(yàn)樣品在不同熱處理狀態(tài)下，進(jìn)行多次光譜分析，測(cè)定結(jié)果平均值之間的極差均小于國(guó)標(biāo)規(guī)定的重復(fù)性限r(nóng)，同時(shí)P值均大于0.05(2Cr13錳元素除外)，表明不同熱處理狀態(tài)對(duì)分析結(jié)果無(wú)顯著影響。但對(duì)于2Cr13中錳元素，狀態(tài)平均值之間極差為0.008，小于國(guó)標(biāo)方法中的重復(fù)性限r(nóng)(0.011)，但從一元方差分析角度看，P值小于0.05，似乎說(shuō)明熱處理狀態(tài)對(duì)Mn元素準(zhǔn)確度有顯著影響(見表4)。但通過數(shù)據(jù)分析可知，同一狀態(tài)下重復(fù)測(cè)量的極差極小(最低為0.001)，是造成狀態(tài)間有顯著差異的主要原因，所以此時(shí)應(yīng)僅以重復(fù)性限r(nóng)為判定依據(jù)較為妥當(dāng)。
2.2 連鑄坯橫斷面化學(xué)成分的不均勻性
(1)按實(shí)驗(yàn)方法三對(duì)304鑄坯進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)處理后結(jié)果見表6、表7。
表6、表7實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，304鑄坯2塊試樣的多個(gè)部位出現(xiàn)成分極差超出重復(fù)性限的現(xiàn)象，特別是1/4處試樣的中心部位，鉻、鎳、碳、硅、錳、磷、硫等都出現(xiàn)了非常大的成分波動(dòng)，其極差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重復(fù)性限，這與低倍中心偏析帶吻合的很好，而邊緣部位由于三角晶區(qū)的出現(xiàn)，柱狀晶欠發(fā)達(dá)，盡管其成分也超出了重復(fù)性限，但其波動(dòng)范圍遠(yuǎn)小于1/4部位(數(shù)據(jù)略)。文獻(xiàn)曾采用原位分析儀對(duì)中碳鋼進(jìn)行了連鑄坯中心偏析帶的研究，實(shí)驗(yàn)說(shuō)明當(dāng)利用直讀光譜儀分析塊狀試樣的成分時(shí)，應(yīng)首先考慮光譜分析面、分析點(diǎn)位置的成分是否具有代表性，也就是說(shuō)樣品本身的均勻性是影響分析結(jié)果穩(wěn)定性的重要因素，在其它合金方面的研究也有同樣的報(bào)道。可見，由于凝固過程形成的不同部位化學(xué)成分的不均勻性，限制了光譜儀在成品鋼材成分分析中的應(yīng)用。
(2)304鑄坯的結(jié)果表明，在1/4處出現(xiàn)的成分偏析最為嚴(yán)重，故對(duì)0Cr13鑄坯，我們重點(diǎn)對(duì)其1/4處進(jìn)行了光譜分析，分析數(shù)據(jù)見表8。
數(shù)據(jù)表明，盡管0Cr13低倍組織中等軸晶比例較高，但其化學(xué)成分仍有較多部位、多處元素出現(xiàn)超出重復(fù)性限的現(xiàn)象，然而其波動(dòng)范圍比304小，可見，減少柱狀晶比例有利于化學(xué)成分的均勻。
從1.3.2和1.3.3的實(shí)驗(yàn)可以得出，火花源原子發(fā)射光譜儀分析鋼材成品成分時(shí)，鋼材由于連鑄過程造成的成分偏析影響了分析的準(zhǔn)確度，并非由于鑄坯物理狀態(tài)的不同而使分析準(zhǔn)確度受到影響。
3、結(jié)論
(1)不同熱處理狀態(tài)對(duì)火花源原子發(fā)射光譜化學(xué)成分分析的準(zhǔn)確度影響不大;
(2)塊狀試樣成分分布的不均勻，是影響火花源原子發(fā)射光譜進(jìn)行鋼材成品分析準(zhǔn)確度的主要原因;
(3)火花源原子發(fā)射光譜儀用于鍛(軋)態(tài)成品鋼材化學(xué)成分分析，應(yīng)密切注意光譜分析截面成分的代表性;
(4)減少的柱狀晶比例有利于鑄坯化學(xué)成分的均勻。
文獻(xiàn)來(lái)源：任維萍，連鑄鋼坯塊樣的狀態(tài)對(duì)火花源原子發(fā)射光譜分析準(zhǔn)確度的影響，太原鋼鐵技術(shù)中心，
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