原子發(fā)射光譜法測(cè)Cr5合金鋼中的氮

邰國(guó)旗

（邢臺(tái)德龍機(jī)械軋輥有限公司，河北 邢臺(tái) 054000）

1 前言

氮最早是隨著爐料和爐氣而帶入鋼中的，被認(rèn)為是一種雜質(zhì)元素。鋼中殘留有氮時(shí)，將導(dǎo)致宏觀組織疏松，甚至形成氣泡。氮含量高時(shí)，鋼的韌性下降，硬度和脆性增加。但氮能促進(jìn)晶粒細(xì)化，提高鋼的強(qiáng)度和硬度，所以目前氮已被認(rèn)為是一種重要的合金元素，采用中間合金或摻入方法加入鋼中，在若干情況下，氮的作用同銅、鎢相似，其效用約為鎳的20倍，因此可以替代一部分鎳，例如發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)不銹鋼鉻錳氮鋼等，就是用氮代替鎳制成合金鋼，性能十分優(yōu)良。所以，在冶煉合金鋼時(shí)控制氮含量意義重大［1］。

用氧氮分析儀熱導(dǎo)法分析氮，由于受取制樣限制，處理試樣過(guò)程復(fù)雜，分析效率低下，不能與冶煉同步分析結(jié)果，經(jīng)常分析結(jié)果拖延滯后，無(wú)法滿足爐前調(diào)整成分需求。本文討論在分析爐前光譜試樣同時(shí)分析出鋼液中氮含量，節(jié)約取制樣時(shí)間，分析效率提高，分析精密度，重復(fù)性都較理想，具有推廣價(jià)值。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器設(shè)備

SPECTRO LAB M12直讀光譜儀；GM-8光譜磨樣機(jī)；TCH-600氧氮?dú)渎?lián)合測(cè)定儀。

2.2 分析條件

1）氬氣要求：N2≤0.000 4%，O2≤0.000 15%，氬氣純度≥99.999%，H2O≤0.000 3%。高純氬氣再經(jīng)過(guò)中科普瑞CZA-4A 型氬氣凈化機(jī)高溫處理后分析使用。

2）氬氣流量和分析氣氛要求：氬氣流量控制在180 L/h，壓力0.70 MPa，為保證分析時(shí)凝聚放電和分析氣氛對(duì)分析產(chǎn)生干擾，試樣磨平覆蓋激發(fā)口時(shí)，要用氬氣吹掃30 s。具體分析條件：沖洗10 s，預(yù)燃3 s，積分5 s。

2.3 分析曲線的建立

2.3.1 建立分析曲線控制樣的制備

在實(shí)際工作中，購(gòu)買(mǎi)的標(biāo)準(zhǔn)樣品由于成分和物理狀態(tài)的差異，常常是校準(zhǔn)曲線和實(shí)際分析物品干擾變化很大。對(duì)氮分析來(lái)說(shuō)，由于含量很低，購(gòu)買(mǎi)標(biāo)樣建立曲線分析往往不夠理想，因?yàn)橘?gòu)買(mǎi)的標(biāo)樣多為鍛造和軋制狀態(tài)，而分析樣品多為澆鑄狀態(tài)。為了避免冶金狀態(tài)變化給分析結(jié)果帶來(lái)的影響，要用冶金過(guò)程和物理狀態(tài)一致控制樣，這樣的樣品必須自制。分別從10爐次、每爐1 540 ℃時(shí)取鋼液，每爐澆鑄3個(gè)Φ40 mm×60 mm圓柱形樣品，用樹(shù)脂切割砂輪，從1/2處切開(kāi)，切割時(shí)注意用水冷卻，避免切割時(shí)氧化；切割面要求不能有裂紋、砂眼、夾渣等可見(jiàn)缺陷。分析時(shí)樣品表面要用砂輪進(jìn)行研磨，磨制樣品表面不能用力過(guò)猛，樣品表面不能過(guò)熱。

同爐次要同時(shí)用熱導(dǎo)法分析該爐氮含量，作為控樣的參考值。

2.3.2 元素干擾的校正［2］

由于Si 在N49.3 nm 光譜有連續(xù)的光譜帶，Cr5合金鋼中Si 含量0.2%～0.4%，雖然含量不高，但實(shí)際分析過(guò)程中影響較大，對(duì)共生元素譜線干擾采用下列公式校正計(jì)算：

式中：Madd為加校正后的強(qiáng)度；MN為校正前強(qiáng)度；Ksi為Si的校正系數(shù)；Csi為Si的百分含量，%。

除譜線干擾外，元素間干擾也必須考慮。元素間干擾會(huì)使光譜分析數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，這些元素對(duì)分析結(jié)果影響和百分含量成線性關(guān)系，具有規(guī)律，可以校正。對(duì)Cr5 鋼中含量高的Cr、Ni、Mo、V、Fe 元素采用倍增校正，計(jì)算公式如下：

式中：Mmult為倍增校正后氮的強(qiáng)度；Madd為加和校正后強(qiáng)度氮的強(qiáng)度；∑Ki（N）為共存元素i 的校正系數(shù)；Ci為共存元素百分含量，%。

2.3.3 分析曲線的制作

（1）復(fù)制Cr Ni 不銹鋼分析曲線，重新建立Cr5合金鋼分析方法，在復(fù)制的曲線上加以校正。

（2）氮元素分析曲線繪制，首先在CrNi 不銹鋼分析方法下分析已經(jīng)準(zhǔn)備好的試樣，分析自制控樣含量梯度和線性關(guān)系能否使用。

（3）選取含量梯度好的10 個(gè)試樣，建立分析曲線。光譜法和熱導(dǎo)法分析對(duì)比見(jiàn)表1，擬合參數(shù)，以及干擾元素修正系數(shù)，得到N元素分析曲線，見(jiàn)圖1。

表1 光譜法和熱導(dǎo)法分析對(duì)比

圖1 光譜分析曲線

3 結(jié)果與討論

3.1 用生產(chǎn)試樣驗(yàn)證分析曲線

建好分析曲線，在生產(chǎn)Cr5 鋼時(shí)，用制作曲線分析氮含量和熱導(dǎo)法對(duì)比數(shù)據(jù)，見(jiàn)表2。

表2 光譜和熱導(dǎo)法分析結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)比

從表2的10組數(shù)據(jù)可以看出，兩種分析法相對(duì)偏差RD是14.5%，據(jù)此統(tǒng)計(jì)，檢測(cè)10 組樣品，質(zhì)量合格，檢測(cè)質(zhì)量良好，說(shuō)明兩種方法檢測(cè)結(jié)果比較一致，本法可做為生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)控方法使用。

3.2 正確度和精密度

選用合適標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行正確度和精密度評(píng)價(jià)，分別選擇N含量0.003 1%低標(biāo)樣和N含量0.006 6%高標(biāo)樣，在不同時(shí)期分析10 次（見(jiàn)表3），進(jìn)行結(jié)果統(tǒng)計(jì)，分析結(jié)果和參考值基本一致。連續(xù)測(cè)定相對(duì)誤差也在允許范圍內(nèi)。

表3 光譜法分析標(biāo)準(zhǔn)樣品結(jié)果 %

4 結(jié)語(yǔ)

用原子發(fā)射光譜法分析Cr5 合金鋼中的氮，通過(guò)散點(diǎn)趨勢(shì)分析，修正譜線間干擾，得到分析Cr5合金鋼中的氮的數(shù)學(xué)模型，利用光譜分析軟件建立分析曲線，可分析氮含量0.002%～0.012%的樣品。和熱導(dǎo)法數(shù)據(jù)對(duì)比，數(shù)據(jù)可信，完全可以用該方法快速進(jìn)行Cr5合金鋼中的氮含量分析。