CN107328761A

CN107328761A - 一种钢中的铈元素的检测方法、钢质量控制方法

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Publication number: CN107328761A
Application number: CN201710578610.3A
Authority: CN
Inventors: 杨道兴; 肖桂华
Original assignee: Pangang Group Jiangyou Changcheng Special Steel Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Jiangyou Changcheng Special Steel Co Ltd
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2017-11-07

Abstract

一种钢中的铈元素的检测方法、钢质量控制方法，属于钢及铁合金分析检测领域。钢中铈元素的精确检测方法，包括：采用电感耦合等离子体发射光谱法进行检测，且采用的分析谱线的波长为456.236nm，通过消除钛和镧的干扰，从而提高了检测的准确度和精度。本发明提供的检测合金或钢中铈元素的方法简便易行，且结果准确、效率高。

Description

一种钢中的铈元素的检测方法、钢质量控制方法

技术领域

本发明涉及钢、铁合金分析、检测领域，具体而言，涉及一种钢中的铈元素的检测方法、钢质量控制方法。

背景技术

钢是一种多成分的材料，其含有Ca，Mg，Zr，V，Nb，Ta，Cr，Mo，W，Mn，Fe，Ni，Co，Cu，Ag，Si，Al，Zn等元素。针对一些特殊的钢种，人们特别地关注其含有的铈元素的量。而由于其含有多种元素，因此，准确和快速地检测其中的铈元素就想的相对比较困难。目前，用于检测钢材中的各种元素含量的方便比较常见的是电感耦合等离子体发射光谱法(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry，ICP-AES)。此外，不同钢种的基体和合金成分含量相差较大，且经常需要同时检测不同钢种中铈含量，使用基体匹配法使操作变得非常复杂，由于用ICP-AES方法检测时，各元素谱线相对位子不变，但各元素谱图形状会发生变化，各干扰元素的干扰系数也发生变化，使用干扰系数检测时，需经常测定各干扰元素的干扰系数。当干扰元素较多时，操作不但复杂且结果准确性也较差。

因此，有必要提出一种干扰小、更准确的检测方法。

发明内容

本发明的第一方面，提供了一种钢中铈元素的重复性和复现性好的检测方法。利用前述的检测方法，可以有效提高检测的重复性、复现性和效率。

本发明的第二方面，提供了一种钢质量的控制方法，其通过前述的铈元素检测方法对钢进行检测，从而指导钢的制备，通过检测、制备的反馈，从而获得质量更高的钢。

本发明是这样实现的：

一种钢中铈元素的检测方法，包括：

通过预先建立的工作曲线以电感耦合等离子体发射光谱法检测钢试样，且电感耦合等离子体发射光谱法采用的分析谱线的波长为456.236nm；

建立工作曲线的方法包括：

配制待测试样溶液：将待测试样置于容量瓶中，加入硝酸、盐酸形成的混合酸，加热至试样溶解，冷却至室温，用水定容，混匀；

配制含铈标准钢样品溶液：将含铈标准钢样品置于容量瓶中，加入硝酸、盐酸形成的混合酸，加热至试样溶解，冷却至室温，用水定容，混匀；

配制工作曲线铈标液系列：在N个容量瓶中分别加入与配制待测试样溶液步骤中相同量的混合酸，混匀；在N个容量瓶中的N-1个容量瓶中分别加入不同量的铈标液，用水稀释至刻度，混匀，以使N-1个容量瓶具有铈含量梯度范围；待测试样溶液和含铈标准钢样品溶液中的铈含量均在铈含量梯度范围内。

建立工作曲线：启动电感耦合等离子体光谱仪并在测量前进行预热，然后选取456.236nm的分析谱线，以工作曲线铈标液系列中未添加铈标液的工作曲线铈标液为校准空白，再分别对应于N-1个容量瓶中的溶液检测铈发射光强度；分别以铈的浓度为横坐标，分析线强度比为纵坐标，绘制工作曲线图；测定钛溶液干扰谱线，调整铈标液的峰波长为铈标液的发射光强度最大处波长，调整背景控制点，使钛的干扰系数的绝对值小于0.00005，消除钛的干扰，得到工作曲线；

试样测量：首先检测与待测试样铈含量相近的含铈标准钢样品或铈标液，并求出含铈标准钢样品或铈标液的标准值与检测值的比值k1，然后测定待测试样中铈的含量的检测值y，再检测与铈含量相近的标准样品或铈标液，并求出标准样品或铈标液标准值与检测值得比值k2；

试样中的铈含量

其中，m-为待测试样的质量；

在检测过程中，当|k1-k2|≤0.01时，检测两个标准样品或铈标液之间可检测2～4个待测样品。

本发明中，与待测试样铈含量相近的含铈标准钢样品或铈标液意在说明，本发明提出的检测方法的检测精度高。对于铈含量相近的多个样品，亦能够通过检测分辨不同样品的精度更高的检测结果。因此，所述的铈含量相近，不能被理解为，本发明提供的钢中铈含量检测方法只能用于检测与标样(如含铈标准钢样品、铈标液)的铈含量相近的待测样。

较佳地，待测试样中的铈含量与标准钢样品中的铈含量或铈标液中的铈含量差异在20％以内时，本发明提供的钢中铈含量检测方法任然具有较好的检测效果。以待测试样中铈含量为1％为例，则标准钢样品中的铈含量为0.8％时，任然具有较好的检测精度和准确度。

一种控制钢品质的方法，其包括采用如上述钢中铈元素的检测方法对待测样品进行检测。

本发明实施例的有益效果：

本发明实施例提供的钢中铈元素的检测方法基于电感耦合等离子体发射光谱法，该检测方法相对成熟，更易于操作、分析和检测。并且，采用波长为456.236nm的分析谱线，在前述的分析谱线范围内铈的干燥仅仅存在镧系元素和钛元素，常见钢中的Ca、Mg、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ni、Co、Cu、Ag、Si、Al、Zn等元素在456.236nm处不存在干扰。在电耦合等离子体发射光谱法检测时，通过调整背景控制点，使钛的干扰系数的绝对值小于0.00005，可消除钛的干扰。在此情况下，镧的干扰系数为1％的镧相当于0.003％的铈，钢中镧含量一般小于0.1％时，钢中镧对铈的检测几乎不干扰。本发明提出的检测方法简便，结果准确。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下针对本发明实施例的钢中铈元素的检测方法、钢质量控制方法进行具体说明：

本发明提供了一种钢中铈元素的检测方法，可以用于准确检测钢中铈元素的含量。

前述的精确检测方法可以检测多个钢种所含有的铈元素含量，例如，CSM07059403-2003高温合金。另外，所述的检测方法除了可以检测铈元素之前，还可以检测镧元素、钇元素。

发明人经过研究发现，现有的合金和钢中铈元素检测时，多采用电耦合等离子发射光谱法，并结合基体匹配思路进行检测。但是，其检测过程中，采用了多个不合适宜的分析光谱，而合金和钢中元素种类多多，因而干扰也多，不同钢种的基体和合金成分含量相差较大，且经常需要同时检测不同钢种中铈含量，使用基体匹配法使操作变得非常复杂。

由于用ICP-AES方法检测时，各元素谱线相对位子不变，但各元素谱图形状会发生变化，各干扰元素的干扰系数也发生变化，使用干扰系数检测时，需经常测定各干扰元素的干扰系数。当干扰元素较多时，操作不但复杂且结果准确性也较差。

发明人创造性地发现了通过调整和改变分析光谱，而选用456.236nm的分析谱线，进行检测，可以有效地避免大部分元素在原有测试方法中产生干扰的情况。并且，采用前述的456.236nm波长的分析谱线，存在少量的干扰，但是可以简单地通过测试方式的调整和数据处理，从而极大地消除干扰元素在测试中形成的干扰，从而大大提高检测的准确性，并精确检测方法更简单。此外，通过对精确检测方法进行检测，可以实现检测多个待测试样，从而实现提高检测的效率，降低成本。

本发明提供的钢中铈元素的检测方法。检测方法的一大特点就是采用电感耦合等离子体发射光谱法进行检测，且采用的分析谱线的波长为456.236nm。用呈梯度的铈标液测铈标液工作曲线图谱后，检测纯钛溶液谱图，调整背景控制点，使钛的干扰系数的绝对值小于0.00005，消除钛的干扰，通过数据再处理操作，得到不考虑任何干扰的工作曲线，用该曲线直接检测钢铁试样中铈含量。

进一步地，检测方法包括：

S101、采用电感耦合等离子体发射光谱法，以波长为456.236nm的分析谱线检测标准样，建立标准曲线。

标准曲线是对待测样品(如待测钢、合金)进行检测的数据基准，通过适当的数据处理，可以获得待测样品中目标元素(如铈)的含量。

前述的标准钢样品是指：任意一种化学元素组成已知的钢，其中，化学元素组成是指元素种类和含量。

通过上述方式将标准钢样品处理为液体后，即可采用电耦合等离子发生光谱法，在456.236nm波长的分析谱线下对前述的液体进行检测。

具体地，一种可选的实现方式是：以波长为456.236nm的分析谱线检测标准样。对标准液进行检测得到铈标液工作曲线。标准液中的铈元素的含量已知。

第一种标准液(铈标液，100.0μg/ml)的制备方法可以是：移取铈标液(1000.0μg/ml)100.00毫升于1000.0毫升容量瓶中，加入20毫升盐酸(ρ1.19g/ml)，混匀，用水稀释定容，混匀。

第二种标准液(铈标液，10.00μg/ml)的制备方法如下：移取铈标液(1000.0μg/ml)10.00毫升于1000.0毫升容量瓶中，加入20毫升盐酸(ρ1.19g/ml)，混匀，用水稀释定容，混匀。

第三种标准液(铈标液，1.00μg/ml)的制备方法如下：移取铈标液(100.00μg/ml)10.00毫升于1000.0毫升容量瓶中，加入20毫升盐酸(ρ1.19g/ml)，混匀，用水稀释定容，混匀。

钛标液的制备可以按照如下方式进行：

钛溶液(1000.0μg/ml)

称取1.0000克99.5％的高钛金属于600毫升广口烧杯中，加入50～100毫升水，加入50.0毫升硫酸(ρ1.42g/ml)，混匀，加热至高钛金属大部分溶解，加入40～50毫升硝酸(ρ1.42g/ml)，混匀，加热至高钛金属分解完全，加热至冒硫酸烟，冷至室温，加入100～200毫升水，混匀，冷至室温，移入1000.0毫升容量瓶中，用水稀释定容，混匀。

S102、以标准曲线为基准，采用电感耦合等离子体发射光谱法，以波长为456.236nm的分析谱线检测待测样品。

其中，所述的待测样品指的是，有待对其进行检测以确定其中铈含量的合金或钢。较优地，检测过程中，待测样品的选择可以按照如下条件进行：当试样中铈含量＜0.03％时，称取0.2～0.3g试样，当试样中铈含量≥0.03％时，称取0.1～0.2g试样，精确至0.1mg。

在检测之前，对待测样品(合金或钢)采取如下的处理方式：

将待测样品置于100.0mL容量瓶中，加15～20mL适当比例的硝酸(ρ1.42g/ml)盐酸(ρ1.19g/ml)混合酸，低温加热至试样溶解完全，冷却至室温，同批试样中如果某一试样中含有W(钨)、Nb(铌)者，整批加入10.0毫升柠檬酸溶液(150克/L)，混匀，冷至室温，用水稀释至刻度，混匀。通过上述的处理方式，使待测试样的铈含量在前述的标准曲线(工作曲线铈标液)对应液体中加入铈量的范围以内。

以下结合实施例对本发明的钢中铈元素的精确检测方法、钢质量控制方法作进一步的详细描述。

实施例1

钢中的铈元素精确检测方法如下：

步骤1：启动电感耦合等离子体光谱仪并在测量前至少预热15～30min，待仪器稳定后，选取分析谱线456.236nm。

步骤2：以工作曲线铈标液系列中不加铈标液者(第一组液体)为校准空白，由低到高测定工作曲线溶液(第二组液体至第五组液体中的一个或多个)中铈发射光强度。分别以铈的浓度为横坐标，分析线强度比为纵坐标，绘制工作曲线图。

步骤3：测定钛溶液(1000.0μg/ml)干扰谱线，调整铈标液的峰波长为铈标液的发射光强度最大处波长，调整背景控制点，使钛的干扰系数的绝对值小于0.00005，消除钛的干扰，通过数据再处理操作，基于书的工作曲线图，得到不考虑任何干扰的工作曲线(标准曲线)。

步骤4：试样测量

(以称取0.1000g试样为基准)

首先检测第一标准样品，并求出第一标准样品的标准值与检测值的比值k₁。且前述的第一标准样品中的是含量与待测试样中的铈含量相近(相差5％)。

然后测定待测试样中铈的含量的检测值y，再检测前述的第一标准样品或另一标准样品，并求出第一标准样品或另一标准样品的标准值与检测值得比值k2。

其中，前述之，标准值与检测值均指的是铈的含量。

上述的第一标准样品或另一标准样品为标准样品或铈标液按处理待测试样方法制备的。

待测试样中的铈含量(W_Ce)通过以下方式计算得到：

m-----试料的质量，单位为克(g)；。

当k₁与k₂在检测过程中|k₁-k₂|≤0.01时，检测两个标准样品或铈标液之间可检测2～4个待测样品，如果仪器波动性较大，则必须检测两个标准样品或铈标液之间只能检测一个待测样品。其中，通过在检测待测试样前后分别对标准样品，或铈标液进行检测，从而可以获得检测设备和仪器的波动情况，进而判断检测结果的重复性和复现性，以便合理地控制检测待测试样的个数、检测待测试样结果的准确性和精度。

表1列出了8中待测式样采用上述的精确检测方法得到的铈含量。

表1数据表明，用本发明实施例提供的新的准确测定钢中铈含量的ICP-AES方法测定钢中铈含量，检测结果的重复性和复现性皆很好。表1中，样品名称是按照合金(钢)命名规则的标号。

以下就YSBC11501-93GH49进行示例性的说明。

YSBC11501-93GH49所表示的是：钢铁类，二级分类高温合金，其编号为YSBC11501-93，其名称及牌号为GH49。编号为YSBC11501-93的高温合金中部分元素含量如表2所示。

表2YSBC11501-93高温合金组成

编号	C	Cr	Ti	Mo	V	Al	Co	B	W	Fe	Ce
												YSBC11501-93	0.32	9.6	1.83	5.45	0.3	3.56	14.87	0.028	5.82	0.48	0.002

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims

1.一种钢中的铈元素的检测方法，其特征在于，

通过预先建立的工作曲线以电感耦合等离子体发射光谱法检测钢试样，且所述电感耦合等离子体发射光谱法采用的分析谱线的波长为456.236nm；

建立所述工作曲线的方法包括：

配制工作曲线铈标液系列：在N个容量瓶中分别加入与所述配制待测试样溶液步骤中相同量的所述混合酸，混匀；在所述N个容量瓶中的N-1个容量瓶中分别加入不同量的铈标液，用水稀释至刻度，混匀，以使所述N-1个容量瓶具有铈含量梯度范围；所述待测试样溶液和所述含铈标准钢样品溶液中的铈含量均在所述铈含量梯度范围内，其中，N≥6且为正整数；

建立工作曲线：启动电感耦合等离子体光谱仪并在测量前进行预热，然后选取456.236nm的分析谱线，以工作曲线铈标液系列中未添加所述铈标液者为校准空白，再分别对应于所述N-1个容量瓶中的溶液检测铈发射光强度；分别以铈的浓度为横坐标，分析线强度比为纵坐标，绘制工作曲线图；测定钛溶液干扰谱线，调整铈标液的峰波长为铈标液的发射光强度最大处波长，调整背景控制点，使钛的干扰系数的绝对值小于0.00005，消除钛的干扰，得到所述工作曲线；

试样测量：检测与待测试样铈含量相近的含铈标准钢样品或铈标液，并对应求出所述含铈标准钢样品或铈标液的标准值与检测值的比值k1，然后测定待测试样中铈的含量的检测值y，再检测与待测试样铈含量相近的标准样品或铈标液，并对应求出标准样品或铈标液标准值与检测值得比值k2；

试样中的铈含量

其中，m为待测试样的质量；

2.根据权利要求1所述的钢中的铈元素的检测方法，其特征在于，当所述待测试样中含有W和/或Nb时，配制待测试样溶液的方法包括：

将待测试样置于容量瓶中，加入硝酸、盐酸形成的混合酸，加热至试样溶解，再加入柠檬酸溶液，混匀，冷却至室温，用水定容并混匀。

3.根据权利要求2所述的钢中的铈元素的检测方法，其特征在于，所述柠檬酸的浓度为150g/L。

4.根据权利要求1或2或3所述的钢中的铈元素的检测方法，其特征在于，所述硝酸的浓度为1.42g/mL，所述盐酸的浓度为1.19g/mL。

5.根据权利要求3所述的钢中的铈元素的检测方法，其特征在于，所述待测试样溶液、所述含铈标准钢样品溶液分别由相同容积的容量瓶利用相同的混合酸作为溶剂制备而成，且均定容至相同的容积。

6.根据权利要求1所述的钢中的铈元素的检测方法，其特征在于，所述铈标液的浓度为1000μg/mL、10.00μg/ml、1.00μg/ml中的任一种。

7.根据权利要求1所述的钢中的铈元素的检测方法，其特征在于，所述钛溶液的浓度为1000.0μg/ml。

8.根据权利要求1或7所述的钢中的铈元素的检测方法，其特征在于，所述钛溶液由钛金属通过酸解制作而成。

9.根据权利要求8所述的钢中的铈元素的检测方法，其特征在于，酸解所述钛金属的酸为硝酸和硫酸。

10.一种钢质量控制方法，其特征在于，所述方法包括采用如权利要求1至9中任一项所述的钢中的铈元素的检测方法对待测样品进行检测。