鋼鐵材料化學(xué)分析中數(shù)據(jù)誤差的影響因素

雙瑞前

（山西大同大學(xué)，山西大同 037009）

1 概述

改革開放以來，國內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定快速發(fā)展，其中鋼鐵產(chǎn)業(yè)作為衡量一個(gè)國家制造業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志的重要產(chǎn)業(yè)，它在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面所發(fā)揮的重要作用是無可替代的。鋼鐵產(chǎn)業(yè)不僅僅是我國工業(yè)化改革進(jìn)程中的一個(gè)基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，同時(shí)它也是能源、資金、資源、高精尖技術(shù)的密集型產(chǎn)業(yè)。目前來講，我國正處于并長期處于發(fā)展中國家，在這一階段的社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展中對(duì)于鋼鐵材料的需求量十分巨大，需求端反作用于供應(yīng)端，我國的鋼鐵產(chǎn)量也在逐年攀升。鋼鐵材料化學(xué)分析步驟在該領(lǐng)域的制造和生產(chǎn)過程中是一項(xiàng)十分重要工作，它對(duì)于鋼鐵行業(yè)的新型生產(chǎn)工藝和高新產(chǎn)品的研發(fā)有著非常重大的影響。正因?yàn)檫@樣，為確保鋼鐵材料在化學(xué)理論分析層面的正確性，盡可能地減少和避免因數(shù)據(jù)不準(zhǔn)而引起的誤差，對(duì)于鋼鐵化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著不可替代的重大意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 在試樣制備階段可能產(chǎn)生誤差的影響因素

鋼鐵材料化學(xué)分析的基礎(chǔ)條件是對(duì)具有代表性樣品的選擇。例如在焊屏試件鋼鐵材料中，應(yīng)當(dāng)慎重進(jìn)行樣屑的選擇，注意不能直接與基材或過渡層接觸，否則將會(huì)造成分析結(jié)果不準(zhǔn)確的情況。在試件堆焊過程中，對(duì)于厚度參數(shù)需要嚴(yán)格控制，確保符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。如果所選用的焊接厚度不符合要求，那么一旦基材當(dāng)中的某些化學(xué)成分進(jìn)入了堆焊層，可能直接導(dǎo)致鋼材當(dāng)中的含碳量降低，不符合國家要求的標(biāo)準(zhǔn)水平。上述情況也將會(huì)導(dǎo)致在對(duì)鋼鐵材料進(jìn)行化學(xué)分析時(shí)所得的結(jié)果發(fā)生不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。另外，鋼鐵材料的取樣對(duì)于分析結(jié)果也有著十分重要的影響，不同的材料取樣方式也有很大差異，在對(duì)材料進(jìn)行取樣時(shí)選擇要考慮到材料樣本的自身特點(diǎn)。例如，H10Mn2埋弧焊絲，其焊絲的最小直徑在0.02mm，考慮到該樣品的特點(diǎn)，在進(jìn)行取樣操作時(shí)要和生產(chǎn)車間配合密切，在選取合適的焊絲以后，根據(jù)科學(xué)規(guī)范的規(guī)程要求對(duì)焊絲進(jìn)行取樣。如果在取樣過程中操作失誤，那么，針對(duì)上述樣品的化學(xué)分析結(jié)果中Mn、Si等元素的含量就出現(xiàn)偏離原始材料的現(xiàn)象，進(jìn)而引起不必要的誤差。我們通過分析和研究發(fā)現(xiàn)，若在完成了堆焊操作以后再進(jìn)行取樣，那么所得的結(jié)果中Mn元素的含量就會(huì)有一定程度的下降，達(dá)不到1.50%～1.90%的要求。而Si元素的含量則會(huì)出現(xiàn)較實(shí)際情況偏高的情況，超出規(guī)定的0.070%以下的標(biāo)準(zhǔn)。在焊接過程中，所使用的助焊劑化學(xué)成分分布不均勻，焊接時(shí)，焊接的條件沒有進(jìn)行嚴(yán)格把控等因素都可能會(huì)對(duì)最終的結(jié)果產(chǎn)生一些影響。

3 在試樣分解階段可能產(chǎn)生誤差的影響因素

鋼鐵材料化學(xué)分析中對(duì)試樣的分解操作，目的是確保被測(cè)組分都能夠進(jìn)入分析狀態(tài)。在熔樣操作中，為了保證分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，需要嚴(yán)格控制熔樣的時(shí)間、溫度、酸度等條件。例如，對(duì)鋼鐵材料中鉻的分析采用過硫酸銨氧化-銀鹽滴定法，對(duì)鋼錳的分析采用亞硝酸鈉-亞砷酸鈉滴定法，由于試樣當(dāng)中碳化物不容易破壞分解，含量會(huì)相對(duì)較高。在對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)的過程中將所制備的試樣在試劑中溶解以后會(huì)得到一種渾濁的溶解溶液，其中一般含有許多雜質(zhì)。鑒于上述情況，在分解過程中為了確保所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要把將溶解樣品的時(shí)間適當(dāng)加長，直到溶液中產(chǎn)生白色煙狀三氧化硫，同時(shí)溶液總體由渾濁變得清澈。除此之外，當(dāng)想要分析鋼鐵樣品中的P元素含量時(shí)，如果含有W、Mo等金屬元素時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)所得的渾濁溶液進(jìn)行過濾處理，如果不進(jìn)行過濾處理那么將會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)分析得出的結(jié)果比標(biāo)準(zhǔn)要求要高的情況，從而導(dǎo)致了所得結(jié)果和實(shí)際情況產(chǎn)生偏差。除此之外，在試樣的稱取時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)材料進(jìn)行精挑細(xì)選，避免由于環(huán)境的不同或者人的主觀意識(shí)等可控因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。例如在對(duì)鋼鐵材料中的Mn元素進(jìn)行測(cè)定時(shí)，采用光度法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，若所選用材料的用量過少，加之試樣中不可避免地含有許多雜質(zhì)成分，這也會(huì)影響該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。比如，在對(duì)鋼鐵材料中的Si元素的含量進(jìn)行測(cè)定時(shí)，需要實(shí)驗(yàn)人員仔細(xì)挑選合適的試樣，盡量選取細(xì)而且薄的樣屑分析。如果選擇了較厚的試樣，雖然通過加長溶解的時(shí)間可以保證試樣的充分溶解，但是這樣一來，所得的分析結(jié)果較實(shí)際值將會(huì)產(chǎn)生偏低的現(xiàn)象，為結(jié)果的分析帶來了一定的誤差。

4 在器具及試劑選用方面可能產(chǎn)生誤差的影響因素

鋼鐵材料化學(xué)分析同其他學(xué)科的分析一樣在實(shí)驗(yàn)過程中要求使用性能完好的分析器具，經(jīng)過嚴(yán)格的校準(zhǔn)及鑒定確定無誤之后，研究人員方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如果在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)分析器具存在設(shè)備故障或狀態(tài)指示異常的突發(fā)情況，將直接導(dǎo)致分析結(jié)果作廢的情況。例如應(yīng)用光度法分析時(shí)，應(yīng)用光學(xué)玻璃比色皿之前，需要認(rèn)真校對(duì)。分析鋼鐵材料中含量的過程中，隨著時(shí)間的進(jìn)展，溶液中含氟化物會(huì)腐蝕樣品，從而造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差的情況。因此在實(shí)際操作中，需要對(duì)比色皿定期更換，以避免此類誤差的發(fā)生。例如在化學(xué)分析過程中，可以同步開展標(biāo)樣及試樣同步分析，保證分析結(jié)果準(zhǔn)確無誤。鋼鐵材料化學(xué)分析結(jié)果也會(huì)受到分析試劑的影響。例如，在實(shí)際的操作過程中如果所使用的純抗壞血酸發(fā)生了質(zhì)量問題，在對(duì)生鐵材料當(dāng)中的P元素含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，使用鉍鹽催化-抗壞血酸還原法，顯色液將會(huì)出現(xiàn)諸多的變化。在實(shí)際分析的過程中不難看出，因?yàn)樯F中P元素含量有很多差異，因此如果正在這種方法進(jìn)行含量的分析檢測(cè)，其顯色液的顏色變化可能不會(huì)十分明顯，材料的吸光度也很難體現(xiàn)出較大的差異。但是對(duì)其他的金屬元素使用同種方法進(jìn)行含量檢測(cè)時(shí)，并沒有發(fā)生相似的上述現(xiàn)象。除此之外，當(dāng)采用純凈無水乙醇試劑檢測(cè)法對(duì)P元素進(jìn)行含量檢測(cè)時(shí)，可能出現(xiàn)顯色異常的情況。當(dāng)夏季時(shí)，室內(nèi)溫度較高環(huán)境下，這種顯色異常的問題發(fā)生的概率更大，這也會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析帶來一定的誤差影響。

5 鋼鐵材料化學(xué)分析中數(shù)據(jù)誤差的分析方法因素

在大部分的鋼鐵材料化學(xué)分析過程，其實(shí)驗(yàn)操作的過程相對(duì)而言較為簡單，但是在實(shí)際的操作過程中，一些需要操作者格外注意的問題，目前并沒有被相關(guān)學(xué)者明確地提出。因此，這就對(duì)在分析過程中的操作人員的經(jīng)驗(yàn)提出了更高的要求，操作者必須能對(duì)溶液中細(xì)微的顏色變化給予充分重視和恰當(dāng)理解，從而在一定程度上降低了在結(jié)果分析階段誤差的產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。例如，在對(duì)鋼鐵材料中Cr元素含量進(jìn)行測(cè)定時(shí)，往往使用銀鹽催化-過硫酸銨氧化法，但是在一部分碳素鋼中，會(huì)在生產(chǎn)的過程中殘留有少量鉻的成分，雖然少量，但是不可忽視，經(jīng)過氧化處理之后，溶解液的顏色整體呈現(xiàn)出白色。如果此時(shí)把鉻元素指示劑滴加到前述白色溶解液中，一般情況下，并不能立刻出現(xiàn)由櫻紅色的改變。但是這時(shí)不要著急去處理溶解液，而只需要再滴加一滴標(biāo)準(zhǔn)亞鐵溶液，溶解液中就可以很快出現(xiàn)櫻紅色。在持續(xù)滴入之后，即可獲取鋼鐵材料樣品中殘存Cr元素的相關(guān)測(cè)定結(jié)果。在實(shí)際的操作過程中還有一些操作者，可能會(huì)通過Mn元素的滴定結(jié)果來判定Cr元素的含量，在這種情況下，結(jié)合現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，將會(huì)使分析結(jié)果產(chǎn)生一定的誤差。出現(xiàn)這種其情況的原因主要是在鉻元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%～0.40%的情況下，使用該溶液進(jìn)行滴定在整個(gè)過程中不會(huì)有明顯的變化發(fā)生，而且也不會(huì)出現(xiàn)與Cr元素的相關(guān)化學(xué)表現(xiàn)。另外，在對(duì)材料中的Si元素含量的測(cè)定中，使用鉬元素藍(lán)光度法進(jìn)行檢測(cè)，具體做法是將草酸、硫酸亞鐵溶液同步加入進(jìn)去，當(dāng)混合液體產(chǎn)生化學(xué)還原反應(yīng)以后，溶液中將會(huì)有鉬藍(lán)產(chǎn)生。但是這種分析方法在實(shí)際的應(yīng)用過程中也會(huì)引起在分析結(jié)果方面產(chǎn)生誤差的情況，特別是在爐前分析時(shí)，此種方法應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎選用。在對(duì)待測(cè)元素含量進(jìn)行光譜分析的過程中，使用的儀設(shè)備精度以及實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對(duì)于結(jié)果分析的準(zhǔn)確性都會(huì)產(chǎn)生一些不可忽視的影響。鋼制管件及其他鋼材對(duì)于C、P、S等元素的含量國家都有著非常嚴(yán)格的技術(shù)要求，因此，在對(duì)鋼鐵材料當(dāng)中的C、P、S等元素的分析測(cè)定過程中，必須要保證所測(cè)得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為結(jié)果分析的準(zhǔn)確性做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。由于在此類實(shí)驗(yàn)中對(duì)含量的最低數(shù)值沒有明確限制，因此可能會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤報(bào)的失誤現(xiàn)象，從而直接導(dǎo)致了分析得出的結(jié)果同實(shí)際情況產(chǎn)生較大誤差。所以，在實(shí)際分析方法應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)盡量采用化學(xué)分析對(duì)照法，從而保證分析結(jié)果的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，避免各種數(shù)據(jù)誤差的發(fā)生。

6 結(jié)束語

針對(duì)鋼鐵材料進(jìn)行化學(xué)分析在檢測(cè)環(huán)節(jié)是一項(xiàng)非常重要工作，所得化學(xué)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)于衡量鋼鐵材料的質(zhì)量具無可替代的重要價(jià)值和意義?；瘜W(xué)分析作為一種實(shí)驗(yàn)實(shí)操技術(shù)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果的準(zhǔn)確度有著特別高的要求。正因如此，操作者在實(shí)際操作的過程中，更應(yīng)當(dāng)充分地考慮到諸如實(shí)驗(yàn)樣品的制備、試樣的分解、實(shí)驗(yàn)器具、試劑選用以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法等很多方面可能對(duì)數(shù)據(jù)引起誤差的因素。并且在此基礎(chǔ)上，做好在操作過程中的細(xì)節(jié)把控，嚴(yán)格按照要求對(duì)各道操作工序進(jìn)行執(zhí)行，盡可能地避免誤差因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響，保證最終分析結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。