ZG25Mn18Cr4光譜分析控制樣品的研制

李傳啟， 唐道敏， 楊崇秀

（中國長江動力集團(tuán)有限公司 中試室，湖北 武漢 430200）

ZG25Mn18Cr4高錳（鉻）鋼鑄件與一般奧氏體高錳鋼鑄件[1-2]不同，它是發(fā)電機(jī)等常用的無磁性材料。錳與氧的親和力較強(qiáng)，是冶熔煉的良好脫氧脫硫劑[3]，故該鑄件熔體化學(xué)性質(zhì)較活潑。以往爐前測試常用化學(xué)分析法，各元素分別測定，其鉆樣、稱量困難，溶解、測試速度較慢；電感耦合等離子體發(fā)射光譜法能同時測定除碳硫外的多個元素，但也需要樣品前處理[4-5]以及廢液處理[6-7]，都越來越難滿足爐前快速分析要求?；鸹ǚ烹娫影l(fā)射光譜法（SDAES）能快速、準(zhǔn)確、同步測定多元素[8]，但SDAES測試過于依賴匹配的控制樣品。

20世紀(jì)80年代，國內(nèi)曾生產(chǎn)了少量相似的、化學(xué)分析法用的屑狀高錳（鉻）鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品，但迄今尚未研制相應(yīng)SDAES用的塊狀標(biāo)準(zhǔn)樣品和控制樣品。本文以鑄件的澆道為光譜分析控制樣品的原料，經(jīng)過機(jī)械加工、篩選，并通過硫印、低倍、超聲波檢測，以及SDAES評估其均勻性，國家標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)分析方法或認(rèn)定的分析方法定值，制成控制樣品。已在實際生產(chǎn)中應(yīng)用多年，結(jié)果令人滿意。

1 實驗

1.1 主要儀器與設(shè)備

GS1000光譜儀（德國OBLF公司）：參數(shù)見表1。

表1 GS1000光譜儀及工作參數(shù)

CZA-4B催化再生式氣體凈化機(jī)（中科普瑞）；CWY-Ⅱ-3KVA交流穩(wěn)壓器（廣東鐵塔）；CS-8800C型紅外碳硫分析儀（無錫金義博）；721型分光光度計（上海精科）；J3G-400A砂輪切割機(jī)、GM-4光譜磨樣機(jī)（濟(jì)陽輕機(jī)）；CD6140A臥式車床（大連機(jī)床）。

1.2 棒料均勻性檢驗

改變光譜儀設(shè)置：輸入密碼，進(jìn)入admin層級，在Settings中，選擇Tasks，并選擇Routine Analysis，再選定Average中的No automatic averaging，選擇Print中的Analysis averages、Analysis single values、Statistics，并保存；也可在spark層級的Routine Analysis中，選擇Settings進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。

測試：在Recalibration后，選擇Analysis的Routine Analysis，分別在樣塊的兩個端面，用Fe6 Mn Steel分析程序，連續(xù)均勻分布、有效激發(fā)11次。

1.3 定值試驗方法

C、Si、Mn、P、S、Cr等元素含量的定值試驗方法，執(zhí)行GB/T223鋼鐵及合金化學(xué)分析方法或其他認(rèn)定方法等[9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 棒料遴選

ZG25Mn18Cr4鑄件一般以低碳鋼回收料為基礎(chǔ)，根據(jù)其熔體化學(xué)成分，添加鉻鐵、錳鐵等，冶熔煉澆注成型。其化學(xué)成分和力學(xué)、磁性能應(yīng)分別符合表1、表2的規(guī)定。

表2 ZG25Mn18Cr4鑄件化學(xué)成分

表3 ZG25Mn18Cr4鑄件力學(xué)及磁性能

專業(yè)機(jī)構(gòu)一般采用電爐熔煉、鑄棒擠壓等工藝規(guī)?；a(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)樣品，而本試驗所需制作的控制樣品數(shù)量少，因此，根據(jù)冶熔煉等加工過程、金相組織、化學(xué)成分相近原則，選用鑄件澆道垂直段的中間部分[10]作原料，化學(xué)成分選擇既遵循一般規(guī)律[11]，又結(jié)合該鑄件自身特點：其C、Si、Mn、Cr等元素的含量，應(yīng)盡可能在該材料相應(yīng)元素含量范圍的中值附近，而P、S含量應(yīng)分別在0.02%、0.01%附近。

坯料先通過硫印、低倍檢驗，確定無偏析、縮孔、裂紋等缺陷，經(jīng)過超聲波檢測，確定無裂紋、氣孔、夾雜等內(nèi)部缺陷，再車床加工，制成Φ38×40 mm圓柱形樣品，剔除有缺陷的樣品，選取外觀較好的樣品。

2.2 均勻性評估

SDAES測定的短期精密度與樣品的均勻性、光譜儀、電源、分析條件等相關(guān)[12-14]。GS1000光譜儀采用脈沖放電光源（GDS，最高激發(fā)頻率可達(dá)1 000 Hz），內(nèi)置積分、控制電路于真空光室等，穩(wěn)定性好。在調(diào)整光譜儀至最佳狀態(tài)后的短時間里，其重復(fù)性主要取決于樣品的均勻性。因此，可用判斷樣塊端面各元素測定值有無“可疑值”的方法[15]，反過來分別評估棒料兩個端面的均勻性；用判斷兩個端面相同元素測定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差之間、平均值之間是否存在“顯著性差異”的方法[15]，反過來評估棒料整體的均勻性。

用SDAES作棒料化學(xué)成分均勻性檢驗后，分別顯示出兩個端面的20多種元素的11次測定值、平均值、最大值、最小值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。本試驗主要討論C、Si、Mn、P、S、Cr的分布狀況。

端面均勻性：分別設(shè)每個元素11次測定值的最大值、最小值為可疑值，用格魯布斯（Grubbs）法計算統(tǒng)計量T值，T值均必須不大于T0.05,11的查表值，才視為均勻。

整體均勻性：判定棒料的兩個端面均勻后，再逐個比較同一元素在兩個端面的兩組測定數(shù)據(jù)，用F檢驗法計算統(tǒng)計量F值，F(xiàn)≤F表，證明兩組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差沒有顯著性差異，再用t檢驗法的“兩組平均值的比較”方法，計算統(tǒng)計量t值，t≤t0.10,20，證明兩組數(shù)據(jù)的平均值不存在顯著性差異。均必須F≤F表，t≤t0.10,20，才確認(rèn)棒料整體均勻。

2.3 定值試驗

用定值試驗方法和相關(guān)數(shù)據(jù)處理方法，測定均勻性好的棒料的C、Si、Mn、P、S、Cr等元素的含量?？刂茦悠坊瘜W(xué)成分見表4。定值過程中得到湖北省機(jī)電研究院檢測中心、武漢材料保護(hù)研究所檢測中心的協(xié)助。

表4 ZG25Mn18Cr4控制樣品化學(xué)成分

3 樣品分析

3.1 建立分析方法

給制作的ZG25Mn18Cr4控制樣品編號（命名），并以其編號為名稱，選用Fe6 Mn Steel分析程序，在Settings的Type Standardization Samples（TSS）庫中新建TSS，輸入其C、Si、Mn、P、S、Cr的定值等，保存并有效激發(fā)6次。

在Settings的Materials Data庫中新建材料牌號：輸入牌號名稱ZG25Mn18Cr4及其C、Si、Mn、P、S、Cr的含量范圍，并選擇已建立在TSS庫中的、自制的ZG25Mn18Cr4控制樣品為TSS等，并保存。

3.2 生產(chǎn)測試

日常生產(chǎn)測試，磨削控制樣品、待測樣品分析面至表面粗糙度Ra≤4 μm[16]，直接進(jìn)入Analysis的Quality-Control分析程序，選擇牌號ZG25Mn18Cr4，并簡單地按分析程序進(jìn)行。冶熔煉過程中，如果樣品的錳含量高于20%，可聯(lián)合采用Fe3 Cr Steel分析程序。