CN102890080A - 直读光谱仪对钢中氮元素的快速分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直读光谱仪对钢中氮元素的快速分析方法，将待测试样先进行表面处理后再经砂带机细磨，使待测试样表面达到光滑无气孔或夹渣、纹路一致的要求；通过标准试样对光谱仪的精密度和准确度进行校验；待测试样放入直读光谱仪，在光谱分析仪中冲氩，冲氩时间设置在4-6s，通过火花控制设定预燃时间为4-6s，曝光时间3s，设定谱线波长为N149.26nm、3级，内标铁谱线Fe271.4nm；光栅刻线常数1667G/mm；根据光谱仪测得数据即为钢中氮元素含量。本发明克服现有技术中存在的不足，用快铣制样进行光谱分析钢中氮，操作方法简单、安全、样片制备时间短；可同时进行合金中主次量元素的测定，获得满意的结果。

Description

直读光谱仪对钢中氮元素的快速分析方法

技术领域

本发明涉及一种直读光谱仪对钢中氮元素的快速分析方法，属于钢铁成分快速分析技术领域。 

背景技术

传统的氮含量测定是依赖氧氮仪，样品的前处理（需要用车床）较为繁琐，单块样品处理分析完成时间在6分钟，分析人员劳动强度高且成本费用昂贵，已经无法满足生产快速指导，所以必须采用快速简便的分析方法。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种直读光谱仪对钢中氮元素的快速分析方法，实现分析常规元素的同时，对钢中的氮含量进行同步测量，达到在线快速分析满足生产需求，降低生产成本。 

为了解决以上技术问题，本发明提供一种直读光谱仪对钢中氮元素的快速分析方法，采用如下步骤：（1）将待测试样先进行表面处理后再经砂带机细磨，使待测试样表面达到光滑无气孔或夹渣、纹路一致的要求；（2）通过标准试样对光谱仪的精密度和准确度进行校验；（3）待测试样放入直读光谱仪，在光谱分析仪中冲氩，冲氩时间设置在4-6s，通过火花控制设定预燃时间为4-6s，曝光时间3s，设定谱线波长为N149.26nm为3级谱线，内标铁谱线Fe273.07 nm; 光栅刻线常数1667G/mm;入射狭缝20um，根据光谱仪测得数据即为钢中氮元素含量。 

本发明进一步限定的技术方案是：前述的直读光谱仪对钢中氮元素的快速分析方法，所述火花控制采用冲氩方式，氩气纯度>99.999，输入压力0.3Mpa。 

进一步的，前述的直读光谱仪对钢中氮元素的快速分析方法，其特征在于：所述试样表面处理为采用80目砂带或快速铣样机或铣样机。 

本发明的有益效果是：本发明克服现有技术中存在的不足，用快铣制样进行光谱分析钢中氮，操作方法简单、安全、样片制备时间短；可同时进行合金 中主次量元素的测定，获得满意的结果。因此，可节省大量的材料费用，大大缩短检测周期，解放劳动力，提高工作效率，分析周期从5～8分钟缩短至2分钟，操作人员由2人，减少到1人。本发明的实施，为其他类型的光谱分析的研究提供了有益的借鉴，同比氧氮分析仪单样成本费用可节支50元，取得了一定的经济效益。 

附图说明

图1为本发明的实施例1预燃时间和强度关系图。 

具体实施方式

本实施例所使用的主要仪器：ARL直读光谱仪，型号规格：4460，制造厂家：瑞士ARL工厂，计量检定周期：一年；仪器及工作条件要求：谱线波长：N149.26nm、3级  内标铁谱线Fe273.07 nm; 光栅刻线常数1667G/mm;透镜：采用VUV透镜CaF2、 氩气净化机：MP2000； 真空系统：膜泵和分子泵抽真空系统；狭缝宽度：入射狭缝20um、氮出射狭缝37um；光谱室：1m焦距，帕邢龙格装置，真空型。恒温控制（38±1）℃。 

实施例1 

预燃时间对氮分析结果的影响 

为研究预燃时间和分析强度的关系，实验采用国际标样，选择采用冲氩时间2s，曝光时间3s每个预燃时间分析5次，得到相对强度平均值，将预燃时间作为横坐标，相对强度作为纵坐标得到I—t图，如图1所示。从图中可以看出在预燃时间1—5s内强度迅速下降，5‰10 s下降缓慢并趋于平稳，以后随着时间的变化强度再次缓漫下降。光谱分析一般要求预燃后强度达到稳定状态后才开始曝光。在本实验过程中，考虑到其它元素的预燃时间都设定为5s，为了能使氮与其它元素同时测定，因此选择分析预燃时间5 s。 

实施例2 

冲氩时间对氮分析结果的影响 

在火花光谱分析中，冲氩的目的主要用氩气冲洗火花室内的空气。若冲氩 时间不足，火花室内留有空气将影响分析结果;若冲氩时间过长，对分析而言是一种浪费。本实验采用国际标样,预燃时间5 s,曝光时间3s，测定冲氩时间与分析值和标准偏差之间的关系，结果见表1。从表中看出，分析值随着冲氩时间增长变化不大，在5s以后标准偏差基本无大的变化。因此本实验选择分析冲氩时间5 s。 

表1 冲氩时间对氮分析结果的影响 

冲氩时间，s	激发次数	平均值，×10-4%	标准偏差，×10-4%
				2	11	59.4	5.1
5	11	59.5	3.1
				8	11	59.2	2.7
11	11	59.7	3.1
				17	11	59.4	3.4

火花控制气氛和压力：氩气，纯度>99.999，输入压力0.3Mpa。 

实施例3 

试样加工对氮分析结果的影响： 

采用80目砂带、快速铣样机和铣样机先进行表面处理再在砂带机上细磨三种制备方法，最终要求制成表面光滑、纹路一致，无气孔或夹渣的光谱试样，为了考察制样方法及氮测量值的关系，对三种方法进行了钢中氮的测量，数据见表2。 

表2 样品钢中氮的测量 

备注：由表1可以看出用砂带制样和铣样机制样分析结果差别不大，但第三种采用先铣后磨的方法精密度较高，此方法最为可取。 

实施例4 

精密度和准确度的检定 

(1)仪器稳定后，将标准样品连续测量11次，此组数据不得任意取舍或补 测，数据见表3。 

表3  精密度的检查——原始记录 

样品编号	平均值  ×10-6	标准偏差	相对标准偏差/%	仪器标准偏差
					YSBS11185-2006	27	0.0002	4.72	0.0003
GSB03-3453-2008-5	110	0.0004	3.38	0.0004

备注：《ARL4460金属分析仪铁基材料分析精度及检测限保证》指标给出N含量0.002%-0.005%标准偏差0.0003；0.01-0.02标准偏差在0.0004-0.0005， 表3数据显示符合保证精度。 

(2)仪器稳定后，测定标准样品的值与光谱值对比，标准样品的选取具有代表性，能检验分析程序中氮组分的线性，分别选取代表含量低、中、高的标准试样，数据见表4。 

表4  准确度的检查1——原始记录 

注：选择的三块有含量梯度代表性的国家级标样光谱结果与标准值比较，差值在（2-4）×10^-6符合化学允许差。 

表5  分析结果的准确度（10^-6） 

注：为验证本方法是否能投入使用，再次选用生产试样对氮含量测定，并与氧氮分析仪进行比较，在这些数据中最高含量为186×10^-6最低含量为25×10^-6 ，两种方法测得差值（光谱分析值减去氧氮分析值）平均值为4×10^-6，因此4460光谱仪的准确性完全满足离线工艺要求的分析。 

1、检出限和测定下限   

检出限计算，一般的火花光谱仪检测限DL=3a, a：空白样品10次含量测试的标准偏差，经测量计算DL=3×10^-6、测定下限为15×10^-6。 

线性范围：仪器设备技术文件给出氮测定范围0.0015-0.25%，完全满足检测要求。 

2、工序氮含量波动比对 

表6  熔炼（氩后）到成品氮含量波动范围 

3、测量误差的可控范围确定 

我司成分体系中加入固氮元素钢种综合测量误差=（光谱测量误差）0.0004%+0007%（工序误差）即为0.0011%，标准规定对氮含量没有固定要求范围，此误差范围作为参考，无需制定内控范围。 

无固氮元素的钢种，技术文件要求对上限进行控制（客户要求）要求N≤0.012%，无固氮元素钢种内控上限=0.0012%+（仪器平均偏差）0.0004%+（工序极差）0.0009%=即0.0133%，综合测量偏差在0.0013%，故规定不带固氮元素钢 种光谱测量熔炼氩后样内控范围N≤0.010%，超出内控标准则采用熔炼炉号对应的钢材样做氧氮仪检测判定。 

本发明采用上述技术方案通过实施验证，方法可行，能够获得满意结果。 

Claims (3)

1.直读光谱仪对钢中氮元素的快速分析方法，其特征在于采用如下步骤：

（1）标样加工采用80目氧化锆砂带细磨；将待测试样先进行表面处理后再经80目氧化锆砂带细磨，使待测试样表面达到光滑无气孔或夹渣、纹路一致的要求；

（2）通过标准试样对光谱仪的精密度和准确度进行校验；

（3）待测试样放入直读光谱仪，在光谱分析仪中冲氩，冲氩时间设置在4-6s，通过火花控制设定预燃时间为4-6s，曝光时间3s，设定谱线波长为N149.26nm、3级，内标铁谱线Fe271.4 nm; 光栅刻线常数1667G/mm;根据光谱仪测得数据即为钢中氮元素含量。

2.根据权利要求1所述的直读光谱仪对钢中氮元素的快速分析方法，其特征在于：所述火花控制采用冲氩方式，采用管道氩气纯度>99.999,0₂+N₂<10×10^-4 % 露点<70℃，经MP2000净化器后，进入仪器，氩气压力0.3Mpa，氩气出口经过滤桶排出。

3.根据权利要求1所述的直读光谱仪对钢中氮元素的快速分析方法，其特征在于：所述试样表面处理为采用80目砂带或快速铣样机或铣样机。