CN104677926A - 一种采用虚拟曲线法分析中、低合金钢中化学成分的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种采用虚拟曲线法分析中、低合金钢中的化学成分的方法，该方法通过X射线激发出试样中待测元素的特征谱线，利用其特征谱线强度结合虚拟单标灵敏度曲线，从而定量中、低合金钢中的化学成分。本发明首次在荧光光谱仪上利用虚拟标准法来分析中、低合金钢中的元素，且利用中、低合金钢中元素的1%含量的特征谱线强度可以任意绘制单标灵敏度系数，在无同牌号标样的前提下，也可定量中、低合金钢中的化学成分。
Description
技术领域
本发明属于金属材料的化学成分分析领域，特别提供一种适用于中、低合金钢的冶炼、锻造、原料、半成品检验及中间过程的质量控制的化学成分分析方法。
背景技术
目前分析中、低合金钢化学成分的方法主要有湿化学法、电感耦合等离子光谱法、荧光光谱法等。
湿化学法需针对不同的元素选择不同的方法对中、低合金钢的元素进行逐一分析；若采用电感耦合等离子光谱法，需要对试样进行化学前处理再利用ICP光谱仪进行测量，故这两个方案均具有分析周期长、操作繁琐、试验成本高等不足。
荧光光谱法分析快速，分析周期短，但该方法严格依赖着标准物质，由于标准物质的研制远远滞后于金属材料的生产，所以荧光法的广泛应用受到了标准物质的制约。若能解决光谱标样问题，将大大地拓展荧光光谱仪的应用，避免分析周期长、操作繁琐、试验成本高等不足，能够快速地分析各种中、低合金钢中的化学成分，解决新牌号中、低合金钢的成分检测问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用虚拟曲线法分析中、低合金钢中的化学成分的方法，该方法通过X射线激发出试样中待测元素的特征谱线，利用其特征谱线强度结合虚拟单标灵敏度曲线，从而定量中、低合金钢中的化学成分。
本发明具体提供了一种采用虚拟曲线法分析中、低合金钢中化学成分的方法，其特征在于：采用中、低合金钢虚拟曲线法定量分析中、低合金钢的化学元素；其中，X荧光光谱仪设定的参数如下：
试验用仪器：日本岛津XRF-1800型X射线荧光光谱仪，40Kw铑靶；
条件设置：面罩直径20mm，Cr及原子序数大于Cr的元素，电压电流选用60kVx55mA，P及原子序数小于P的元素，电压电流选用30kVx110mA；具体参数见表1：
表1X荧光光谱仪设定的参数
本发明利用大冶钢厂生产的编号为GSBH40072-94（共六块）的光谱标准样品和抚钢与北钢院生产的编号为GSBH40068-93（共六块）的光谱标准样品，先选择出最适宜分析的中、低合金钢标分析线，并对元素间的重叠校正进行处理，使每个元素的特征谱线强度均与其含量成线性关系，再将合金钢标样按上述工作条件登记强度后制成EC工作曲线，然后将EC曲线法转法为单标灵敏度系数法，这时设定一个虚拟标准物质（包含中、低合金钢中的待测元素），使它能够与所绘制的单标灵敏度曲线拟合在一起，从而得到虚拟标准中每一元素的浓度与特征谱线强度之间的线性关系，利用这一关系即可绘制虚拟合成标样的灵敏度曲线即FP法工作曲线。
本发明所述采用虚拟曲线法分析中、低合金钢中化学成分的方法，其特征在于，所述方法的具体工艺步骤如下：
（1）、对X荧光光谱仪进行设定，将仪器调整为适应中、低合金钢的分析，设定参数如下：
试验用仪器：日本岛津XRF-1800型X射线荧光光谱仪，40Kw铑靶；
条件设置：面罩直径20mm，Cr及原子序数大于Cr的元素，电压电流选用60kVx55mA，P及原子序数小于P的元素，电压电流选用30kVx110mA；具体参数见表1；
（2）、按上述条件对标准物质进行测定，找出元素间的基体校正及谱线重叠干扰的相关系数，确定各个元素含量与特征谱线强度的线性关系及每一元素的1%净强度值；
Fe的Kβ对CoKα的重叠校正，测量重叠系数0.033带入后可使低含量Co的分析准确至0.01%量级上；Cr的Kα对Mn的Kα的重叠校正系数为：0.0043；W的Mα对SiKα的重叠校正，测量重叠系数0.003带入后可使低含量Si的分析准确至0.01%量级上；W的Mα对PKα的重叠校正系数为0.001，Mo的LL对PKα的重叠校正系数0.0348，重叠系数带入后可使P的测量精度达到0.00X%；
本发明很好地给出5种元素间的重叠校正系数及铁、镍、铬之间基体较正系数，利用这些校正可很好地得出中、低合金钢中化学元素含量与特征谱线强度的线性关系；按照中、低合金中成分与谱线强度的关系，能够很好地计算出虚拟标样各元素的谱线强度，从而绘制出虚拟单标的FP法灵敏度曲线，利用该曲线可以定量任一中、低合金钢中的化学成分。
（3）、确定虚拟标准物质的含量（见表2）及特征谱线强度之间的线性关系，绘制虚拟单标的灵敏度曲线；
表2虚拟标准物质的含量
| V | Ti | Cu | Al | Nb | Co | W | Mo | Ni | Cr | Mn | Si | P | |
| 虚拟标准物质% | 0.3 | 0.4 | 0.2 | 1.0 | 0.2 | 0.2 | 1.5 | 0.5 | 1.2 | 1.5 | 1.0 | 0.8 | 0.04 |
| 谱线净含量kcps | 5.30 | 4.02 | 2.95 | 9.67 | 7.43 | 7.01 | 8.37 | 21.07 | 14.59 | 41.61 | 24.75 | 9.17 | 4.02 |
（4）、利用虚拟单标灵敏度曲线测定待测样品的含量。
本发明所述采用虚拟曲线法分析中、低合金钢中化学成分的方法，其特征在于：能够准确分析中、低合金钢中的化学成分，本发明优选采用英国生产的碳钢残留元素BAS光谱标准物质对虚拟单标灵敏度曲线进行可行性验证。
技术方案要点：
为了采用荧光光谱仪定量分析中、低合金钢中的化学成分，首先对系列标准物质的试样进行激发，寻找较佳的激发电压、激发电流、激发角度、脉冲范围等，优化各种测量参数；其次，对多种标准物质进行基体校正、重叠校正，确定各个元素含量与特征谱线强度的线性关系及每一元素的1%净强度值；其三，确定虚拟标准物质的含量及特征谱线强度，绘制虚拟单标的灵敏度曲线；其四，利用虚拟单标灵敏度曲线测定待测样品的含量。该技术方案采用XRF-1800型荧光光谱仪，利用其单标FP法的软件功能，从而定量分析中、低合金钢中的化学成分。
本发明首次在荧光光谱仪上利用虚拟标准法来分析中、低合金钢中的元素，利用中、低合金钢中元素的1%含量的特征谱线强度可以任意绘制单标灵敏度系数，在无同牌号标样的前提下，也可定量中、低合金钢中的化学成分。
本发明的有益效果如下：
（1）、节省中、低合金钢标准物质的购买费用；
（2）、解除无同牌号中、低合金钢标钢的制约；
（3）、解决新牌号中、低合金钢化学成分的分析难题；
（4）、减少化学试剂的耗费，缩短分析周期；
（5）、该方法可拓展至其它合金的荧光光谱分析。
该分析方法将解除标准物质对中、低合金钢的制约，解决了新牌号中、低合金钢的成分检测难题。使用该方法能够快速（仅用数分钟）准确地分析中、低合金钢中的化学成分，大幅提高了中、低合金钢的检测效率，满足中、低合金钢材料质量控制的要求，更适合现代化企业的生产需求。目前已对38CrMoAl、1Cr11Ni2W2MoV、CrNiMo、W18Cr4V等十余个牌号，百余个试样中的V、Ti、Cu、Al、Nb、Co、W、Mo、Ni、Cr、Mn、Si、P等进行了定量分析，对材料的质量进行了很好的控制，每个试样的分析时间不超过5分钟（其它方法至少约4小时）。
具体实施方式
采用虚拟曲线法定量分析38CrMoAl、碳钢BAS物质，具体过程如下：
（1）、对X荧光光谱仪进行设定，将仪器调整为适应中、低合金钢的分析，设定参数如下：
试验用仪器：日本岛津XRF-1800型X射线荧光光谱仪，40Kw铑靶；
条件设置：面罩直径20mm，Cr及原子序数大于Cr的元素，电压电流选用60kVx55mA，P及原子序数小于P的元素，电压电流选用30kVx110mA，具体参数见表1；
（2）、将制备好的荧光试样放置于试样盒中，按上述条件对标准物质进行测定，找出元素间的基体校正及谱线重叠干扰的相关系数，确定各个元素含量与特征谱线强度的线性关系及每一元素的1%净强度值；
Fe的Kβ对CoKα的重叠校正，测量重叠系数0.033带入后可使低含量Co的分析准确至0.01%量级上；Cr的Kα对Mn的Kα的重叠校正系数为：0.0043；W的Mα对SiKα的重叠校正，测量重叠系数0.003带入后可使低含量Si的分析准确至0.01%量级上；W的Mα对PKα的重叠校正系数为0.001，Mo的LL对PKα的重叠校正系数0.0348，重叠系数带入后可使P的测量精度达到0.00X%；
（3）、确定虚拟标准物质的含量（见表2）及特征谱线强度之间的线性关系，绘制虚拟单标的灵敏度曲线；
（4）、利用虚拟单标灵敏度曲线测定待测样品的含量；
采用英国生产的碳钢残留元素BAS光谱标准物质对虚拟单标灵敏度曲线进行可行性验证，结果见表3、4。
表3碳钢BAS物质分析结果与标准值的比较
| 名称 | Si | Mn | P | Cr | Mo | Ni | Cu | Ti | W |
| 测量值 | 0.117 | 0.63 | 0.008 | 0.104 | 0.036 | 0.018 | 0.47 | 0.118 | 0.098 |
| SS451/1 | 0.116 | 0.62 | 0.009 | 0.104 | 0.039 | 0.016 | 0.47 | 0.105 | 0.099 |
| 测量值 | 0.058 | 1.31 | 0.032 | 0.065 | 0.051 | 0.20 | 0.22 | 0.041 | 0.057 |
| SS452/1 | 0.055 | 1.30 | 0.035 | 0.067 | 0.054 | 0.19 | 0.22 | 0.031 | 0.054 |
| 测量值 | 0.332 | 1.40 | 0.040 | 0.26 | 0.076 | 0.12 | 0.099 | 0.087 | 0.29 |
| SS453/1 | 0.34 | 1.38 | 0.044 | 0.26 | 0.081 | 0.11 | 0.099 | 0.073 | 0.30 |
| 测量值 | 0.30 | 0.49 | 0.052 | 0.064 | 0.20 | 0.074 | 0.049 | 0.011 | 0.14 |
| SS454/1 | 0.31 | 0.80 | 0.061 | 0.062 | 0.20 | 0.069 | 0.051 | 0.010 | 0.15 |
| 测量值 | 0.23 | 0.40 | 0.045 | 0.20 | 0.13 | 0.36 | 0.038 | 0.024 | 0.19 |
| SS455/1 | 0.25 | 0.40 | 0.052 | 0.21 | 0.14 | 0.35 | 0.038 | 0.022 | 0.20 |
表4 38CrMoAl分析结果与标准值的比较
| 元素 | Mo | Cu | Ni | Mn | Cr | P | Si | Al |
| 测量值 | 0.408 | 0.083 | 0.444 | 0.187 | 2.021 | 0.0301 | 0.145 | 0.438 |
| 1#标准值 | 0.406 | 0.084 | 0.443 | 0.203 | 2.028 | 0.0330 | 0.140 | 0.381 |
| 测量值 | 0.288 | 0.095 | 0.104 | 0.679 | 1.774 | 0.0094 | 0.291 | 0.566 |
| 2#标准值 | 0.286 | 0.093 | 0.107 | 0.691 | 1.776 | 0.0128 | 0.288 | 0.507 |
| 测量值 | 0.163 | 0.410 | 0.172 | 0.348 | 1.522 | 0.0149 | 0.310 | 1.005 |
| 3#标准值 | 0.166 | 0.400 | 0.175 | 0.363 | 1.520 | 0.0184 | 0.302 | 0.920 |
| 测量值 | 0.111 | 0.268 | 0.113 | 0.459 | 1.128 | 0.0243 | 0.223 | 1.263 |
| 4#标准值 | 0.112 | 0.269 | 0.116 | 0.473 | 1.137 | 0.0294 | 0.225 | 1.191 |
| 测量值 | 0.068 | 0.053 | 0.085 | 0.216 | 0.993 | 0.0114 | 0.680 | 1.584 |
| 5#标准值 | 0.068 | 0.052 | 0.069 | 0.229 | 0.995 | 0.0148 | 0.532 | 1.487 |
| 测量值 | 0.214 | 0.177 | 0.329 | 0.151 | 1.353 | 0.0488 | 0.124 | 0.700 |
| 6#标准值 | 0.218 | 0.175 | 0.325 | 0.161 | 1.359 | 0.0570 | 0.122 | 0.637 |
由上表可见，采用虚拟单标灵敏度曲线来测量碳钢中微量的残留元素及38CrMoAl所得到的测量结果较为准确。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种采用虚拟曲线法分析中、低合金钢中化学成分的方法，其特征在于：采用中、低合金钢虚拟曲线法定量分析中、低合金钢中的化学元素；其中，X荧光光谱仪设定的参数如下：
试验用仪器：日本岛津XRF-1800型X射线荧光光谱仪，40Kw铑靶；
条件设置：面罩直径20mm，Cr及原子序数大于Cr的元素，电压电流选用60kVx55mA，P及原子序数小于P的元素，电压电流选用30kVx110mA；
先选择出最适宜分析的中、低合金钢标分析线，并对元素间的重叠校正进行处理，使每个元素的特征谱线强度均与其含量成线性关系，再将合金钢标样按上述工作条件登记强度后制成EC工作曲线，然后将EC曲线法转法为单标灵敏度系数法，这时设定一个虚拟标准物质，使它能够与所绘制的单标灵敏度曲线拟合在一起，从而得到虚拟标准中每一元素的浓度与特征谱线强度之间的线性关系，利用这一关系即可绘制虚拟合成标样的灵敏度曲线即FP法工作曲线。
2.按照权利要求1所述采用虚拟曲线法分析中、低合金钢中化学成分的方法，其特征在于：所述虚拟标准物质包含中、低合金钢中的待测元素。
3.按照权利要求1所述采用虚拟曲线法分析中、低合金钢中化学成分的方法，其特征在于，所述方法的具体工艺步骤如下：
（1）、对X荧光光谱仪进行设定，将仪器调整为适应中、低合金钢分析的参数，设定参数如下：
试验用仪器：日本岛津XRF-1800型X射线荧光光谱仪，40Kw铑靶；
条件设置：面罩直径20mm，Cr及原子序数大于Cr的元素，电压电流选用60kVx55mA，P及原子序数小于P的元素，电压电流选用30kVx110mA；
（2）、按上述条件对标准物质进行测定，找出元素间的基体校正及谱线重叠干扰的相关系数，确定各个元素含量与特征谱线强度的线性关系及每一元素的1%净强度值；
Fe的Kβ对CoKα的重叠校正，测量重叠系数0.033带入后可使低含量Co的分析准确至0.01%量级上；Cr的Kα对Mn的Kα的重叠校正系数为：0.0043；W的Mα对SiKα的重叠校正，测量重叠系数0.003带入后可使低含量Si的分析准确至0.01%量级上；W的Mα对PKα的重叠校正系数为0.001，Mo的LL对PKα的重叠校正系数0.0348，重叠系数带入后可使P的测量精度达到0.00X%；
（3）、确定虚拟标准物质的含量及特征谱线强度之间的线性关系，绘制出虚拟单标的灵敏度曲线，虚拟标样准物质的含量及其相应的特征谱线的净含量见下表；
（4）、利用虚拟单标灵敏度曲线测定待测样品的含量。
4.按照权利要求1所述采用虚拟曲线法分析中、低合金钢中化学成分的方法，其特征在于：采用英国生产的碳钢残留元素BAS光谱标准物质对虚拟单标灵敏度曲线进行可行性验证。
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Application publication date: 20150603 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |