CN1089164C - 钢成分的分析方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

用磨削机对钢片的分析部位磨削后，用具有密封部分的微粒子发生小室覆盖该部分，在小室中边通Ar气边激光照射进行再磨削后，以100Hz以上的振荡频率，且照射点至少在1mm2范围内边移动100MW/cm2以上的激光，边照射钢片以使其产生微粒子。微粒由Ar气体运送并供ICP发射光谱分析。将取出钢水凝固后的赤热试样收纳在处于精制Ar气气氛的试样室内并具有与试样相同曲面的试样保持部分中，在防止氧化的同时以适宜条件对试样表面照射脉冲激光，从而除去25μm以上的表层，除去后用ICP激发产生的微粒子进行分析。

Description

钢成分的分析方法及其装置
本发明涉及分析钢的化学成分的方法及其装置。
钢的成分组成对钢的性质影响很大，其组成分析在质量管理上是不可缺少的。在吹氧炼钢时，吹炼时间很短，为15分钟左右。在吹炼末期进行钢水的成分分析，然后将该数据反馈，使钢组成及钢水温度按照预定范围进行作业管理。因此，对分析时间则要求以秒为单位的迅速。而且，钢的特性随其组成和热处理而变化。通过设定判明其组成后的严密热处理条件，就可制出具有均匀特性的钢。
作为先有的分析方法，主要是JIS-G-1253中规定的火花和电弧放电激励的发射光谱分析。这种方法中，由于通过狭缝后将放电发射的光进行分光，因而不能使放电位置固定。因此，必须将分析试样设置在其固定的放电位置上，而且为了确保分析精度，还必须规定试样的放电部位是平滑面。为了满足这些条件，先有技术的钢片在分析时，首先要从钢片上切下需要大小的小钢块，加工后将分析面精整成平滑面。因此在试样调制作业时需要颇多的劳力和时间。然而，随着钢材制造技术的变迁，省略这种耗时的试样调制、迅速获得分析结果的重要性变得极为重要。
迅速分析的尝试之一是，在任何发射光谱分析法中将发射部分和分光部分在位置上分开，用光导纤维将放电发射的光送向分光部分的方法。然而，用这种方法时，仅仅是放电位置比较自由，但要求平滑面，并且由于放电特性受试样温度影响，因而还要求对其进行控制。此外，该方法中还有光导纤维的透过率问题，200nm以下波长的透过率是极低的，作为钢的重要成分C、P、S的分析光谱不能透过，因此这些元素无法分析。
解决这种试样温度和光透过问题的方法是，投射高密度能量使母试样的一部分蒸发后取微粒子试样，用惰性气体将该微粒子试样送至发射光谱分析装置。在特公昭62-14773号公报中公开了使用等离子弧作为高密度能量的装置。
按照上述公报，将装有等离子发射管的微粒子发生用圆筒覆盖在大型试样上，通过等离子弧加热使试样的一部分蒸发。在圆筒上吹入运送用气体，圆筒与大型试样相接的一端做成水平面，使圆筒内保持气密性，蒸发的试样呈微粒子状，借助于运送用气体通过细管送到发射光谱分析装置进行分析。而且还公开了选择等离子弧作为投射能量的理由是成分的蒸发速度快。
然而，一旦将上述公开的技术适用于实际试样时，还有许多问题。其一是，取样的微粒试样和母试样之间出现组成的差异，因而不能得到充分的分析精度和准确度。
另一问题是，试样是热钢片时，不言而喻，热钢片是无法进行分析的。
也就是，当对象是平滑而且是清洁的试样时，可以采用该装置；但是作为热钢片，在表层生成氧化膜，而且在该氧化膜下产生脱碳层等氧化影响部位。该部分的组成与母材的组成不同，因此必须除去，这是不言而喻的。如果想用等离子发射来除去，则发射部位的周围就会熔解。因此，该部分很容易与内部母材混合，即使反复发射，溶解部分自身也不会与母材组成一致。
此外，作为轧制前的热钢片，由于连续铸造时产生的称为振动标记(oscillation mark)的凹凸和切断时产生的凹凸，表面形状不平滑。因此，如果端面使用水平的微粒子发生圆筒，从圆筒和试样之间的间隙泄漏出运送用的气体，到达等离子发射光谱分析装置的气体量就会变动。这种变动会影响等离子弧焰内的激发状况，从而降低分析精度。
另一方面，在惰性气体气氛的试样室中对块状试样进行激光照射，使其一部分气化从而微粒化，将该微粒导入ICP(Inductivelycoupled plasma)(电感耦合等离子体)分析装置等中使之发射或离子化后进行分析的方法(称为激光/ICP分析)也是已知的。用此方法时，碳的分析精度方面尚有疑问，在钢成分分析中不实用，但可使操作时间缩短，例如，特开平3-167446号公报公开了，通过试样室的下半部可以滑动，使进入试样室的块状试样装卸和位置调整容易的试样交换装置。然而，特开平3-167446号公报的技术，在试样的切断调制不可避免的前提下有了改良，可以缩短一些时间，但不能大幅度地迅速提高。
本发明的目的在于提供能以高精度和高准确度迅速分析化学成分的钢成分的分析方法及其装置。
为了达到上述目的，本发明提供由以下工序构成的钢成分分析方法：
(a)为调整钢片的取样面的形状，对表面进行机械磨削的第1磨削工序；
(b)使开口端具有密封部位的小室与取样面接触，从而覆盖该取样面的工序；
(c)将惰性气体导入该小室内部的同时，为了除去附在钢片表层的污物和表层上生成的氧化层，对经过机械磨削的该试样面进行磨前的第2磨削工序；
(d)在第2磨削工序中，对经过磨削的试样面输入脉冲化的108W/cm2以上的能量，从而产生微粒子的工序；
(e)将该微粒子利用导入该小室内部的惰性气体来运送，并将其导入激发分析装置的激发焰的工序。
本发明还提供具有以下构成的钢成分分析装置：
(a)为调整钢片取样面的形状，对表面进行机械磨削的第1磨削手段；
(b)使密封部位与取样面接触，以致在覆盖该取样面的开口端上具有密封部位的小室；
(c)该小室在侧面具有惰性气体的流入口及流出口；
(d)从该流入口将惰性气体导入该小室内部的同时，为了除去附在钢片表层上的污物和在表层上生成的氧化层，对该取样面进行磨削的第2磨削手段；
(e)在用第2磨削手段磨削过的取样面上输入能量，从而产生微粒子的手段；
(f)对由该小室的流出口送出的该微粒子进行分析的激发分析装置。
此外，本发明还提供由以下工序构成的钢成分分析方法：
(a)取一部分钢水使之凝固，准备块状试样的工序；
(b)将该块状试样以赤热状态直接装入惰性气体气氛试样室中的工序；
(c)在试样室内的块状试样表面上照射脉冲激光从而产生微粒子的工序；离表面25μm以上的深处产生的微粒子是成分分析的对象试样；
(d)利用惰性气体将该微粒运送至电感耦合等离子分析器的运送工序；
(e)用电感耦合等离子分析器对该微粒子进行成分分析的工序。
本发明还提供具有以下构成的钢成分分析装置：
(a)容纳块状试样的试样室，该试样室由分析小室部分、试样保持部分、连通分析小室部分和试样保持部分的露出孔构成，块状试样被装载在试样保持部分的底面；
(b)试样保持部分的底面具有与块状试样底面基本相同的曲面；
(c)对该块状试样照射脉冲激光以致产生微粒子的激光振荡器，该激光通过分析小室部分、露出孔，照射到块状试样上；
(d)将惰性气体导入试样室、将产生的微粒子运送到试样室外；
(e)对运送的微粒子成分进行分析的电感耦合等离子分析器。
本发明还提供由以下工序构成的钢成分分析方法：
对钢材表面按线状照射脉冲激光，从而产生微粒子的工序；
利用惰性气体将产生的微粒子运送至检测器的工序；
用该检测器分析微粒子的成分的工序；成分的推移可按激光的照射线得到，由该成分的推移检测出异常部分。
以下说明附图。
图1是本发明的实施方案1的钢成分分析装置的概念图。
图2所示曲线表示实施方案1中二次磨削的磨削深度和相对于碳分析值的内部碳量比之间的关系。
图3所示曲线表示实施方案1中微粒子生成速度和C分析值的相对标准偏差之间的关系。
图4是本发明的实施方案2的钢成分分析装置的概念图。
图5是本发明的实施方案2的另一个钢成分分析装置的概念图。
图6(A)和图6(B)所示曲线表示实施方案2中块状试样的温度和分析值之间的关系。
图7(A)至图7(C)所示曲线表示实施方案2中块状试样的离表面距离与成分的测定强度之间的关系。
图8是本发明的实施方案3的钢成分分析方法中使用的装置的概念图。
图9所示曲线表示实施方案3中脉冲激光的半值幅度和分析深度之间的关系。
图10所示曲线表示实施方案3中脉冲激光的尖点输出功率及照射点移动速度和分析深度之间的关系。
图11所示曲线表示实施方案3中分析线上的分析点的移动距离和成分的Fe强度比之间的关系。
图12是表示实施方案3中分析线上的分析点的移动距离和成分的Fe强度比之间关系的另一曲线图。
图13所示曲线表示实施方案3中分析线上的分析点的移动距离和成分的Fe强度比之间的关系。
图14是表示实施方案3中分析线上的分析点的移动距离和成分的Fe强度比之间关系的另一曲线图。
图15是表示实施方案3中分析线上的分析点的移动距离和成分的Fe强度比之间关系的另一曲线图。
实施方案1
采取的微粒子试样的组成如果和母试样的组成不一致(以下称母试样的代表性)，则无论怎样提高激发分析技术，分析精度也不会有所提高。和将母试样溶解后分取的溶液试料完全不相同，母试样代表性是固体试样分析时必定要考虑的问题。
损害微粒子试样代表性的重要因素之一是，和母试样的一部分一起，采集了与母试样无关的物质。实际上最多的是，采集了附在母试样表面的污物和表层上生成的氧化层。氧化反应使成分组成改变，例如，脱碳使表层的含碳率降低，其程度是试样的温度越高降低得越多。
为了避免污染和组成变动的影响，首先磨削作为母试样的钢片供分析用的部分，以除去与母试样组成不同的层(以下称为异层)。
在本发明中，分两段进行磨削，磨削的目的之一是除去与上述组成不同的异层，另一目的是调制试样采取面的形状。进行第一次机械磨削，首先是希望调制形状，而除去异层则是通过第二次磨削来完成。因此，第一次磨削是根据分析部位的表面形状进行，只要是达到允许的平坦度就行。这种机械磨削，一旦规定了钢片的分析部位，就可以利用被磨削装置的位置控制装置所感应的钢片表面磨削装置，自动进行。如果是机械磨削，则可以很容易地使表面平坦或者是除去异层而不会使异质层扩散至内部。而且，这种磨削是在大气中进行，因此在实用上也适合机械磨削。
然后，用微粒子生成小室覆盖该磨削面，这是为了在经过惰性气体中进行第二次磨削后，能接着在充分净化的面上进行取样。在该微粒生成小室中有开口部位，其前端具备密封部分，通过将该密封部分密附在钢片上，将钢片气密地覆盖。当密封对象是冷钢片时，密封材料用橡胶制的“O”型环等就行，而当对象是热钢片时，则使用有弹力的耐热材料。
此外，在微粒子生成小室中有流入口，通过气体运送管与惰性气体发生装置相连接，因此小室内可以通入惰性气体，通过导入这种气体，使微粒子生成小室内部成为惰性气体气氛。
如上所述，即使可以省略第一次磨削，对热钢片来说也不能省略第二次磨削。因为不可忽视第一次磨削后生成的氧化层。表1示出对约800℃的热钢片用火花放电进行二次磨削时和仅用第一次磨削而无第二次磨削时的相对标准偏差。微粒子生成也通过火花放电进行，激光分析用ICP进行。
表1
         分析成分     C    Si   Mn    P    S    Cr   Mo
         含有率(％)     0.20-0.24    0.20-0.22   1.50-1.35    0.02-0.04    0.01-0.03    0.31-0.35   0.10-0.15
  相对标准偏差(％)  有第二次磨削     5    3   5    5    9    2   3
 无第二次磨削     30    15   15    10    20    5   8
不进行第二次磨削时，其相对标准偏差是进行第二次磨削时的数倍，特别是C成为6倍。
第二次磨削，除机械磨削外，本发明中还可以通过输入用于微粒子生成的脉冲化高密度能量进行磨削。该能量形态中，有火花放电和脉冲DC放电或脉冲激光等。这些能量形态，可以短时间内输入密度高的能量，因而能使被输入的元素瞬间气化以致飞散。因此，磨削时钢片的温度几乎不升高，因而钢片中几乎不会扩散混入异层。作为先有技术的等离子放射中，很难使放射脉冲化，因此钢片温度上升并混入异层。
损害微粒子试样代表性的另一重要原因是选择蒸发的问题。如果成分元素不同，一般说来沸点也会不同，而且即使是相同元素，如果存在形态不同，气化时所需要的能量也不同，一旦微粒子化时输入必要的能量过程耗费时间，则在母试样中传导的热量使温度分布域变宽，例如沸点低的元素的蒸发域比沸点高的元素要宽，微粒子中低沸点元素的含有率比母试样中的高。
输入高密度的能量，由于一下子移至高温状态，则上述倾向急减。因此，100MW/cm2以上的能量密度(脉冲尖点能量/照射点面积)是必要的，在狭小面积上输入像火花放电和脉冲激光那样能在短时间内输入能量的脉冲型能量的形态则适合于上述要求。例如，如果在1μsec中输入相同瓦特数的能量，其能量密度是连续输入时的百万倍，进而，如果将输入面积定为0.1mm2，则为1cm2时的一万倍。等离子体焰照射时，脉冲输入是困难的，此外用激光时由于用透镜聚光，很容易将射束直径挤成数10μm大小，而等离子体焰照射时这却很困难。
气化的元素在惰性气体中冷却，成微粒子状态浮游。微粒子生成小室的气体流出口，通过微粒子运送管，与上述激发分析装置相连接，生成的微粒直接由惰性气体运送，送至激发分析装置。
在微粒子生成小室中装有密封部分，以堵塞与试样之间的空隙，运送气体稳定地导入激发装置。
激发分析装置中用高温的激励焰激发试样元素，该激励焰，例如，原子吸收光谱分析中是乙炔的燃烧焰，等离子体发射光谱分析中是Ar等离子体焰。在这些激励焰中可以气流状态导入试样，通过激励焰时加热激发的元素，吸收固有的光谱或发光，因此在瞬时间就可完成其定性和定量分析。等离子体激励焰的情况下，可以将元素离子化并将它导入质量分析器后进行质量分析，也可以是元素量相应于极微量的情况。然而，关于质量分析，不仅耗费设备成本，而且为了维护装置的性能，日常应该注意的事项很多，从目前来看，在制造现场很难处理。光谱分析却是实用的。
以上说明的方法，与先有技术相比，可以实现分析精度和准确度的提高，但对于容易偏折的一部分元素则要求更高的精度和准确度。
微粒子试样的情况下，除了选择蒸发性外，还必须考虑微粒子的均一性及其数量。微粒子在运送气体中浮游的状态，相当于成分溶解在水溶液式样中的状态，大粒子一旦飞入激励焰中，就会提供高浓度。必须使细小粒子均匀分散的气体稳定后再导入激励焰中。此外，使用不能满足分析灵敏度的数量，则缺乏准确度，噪音比也高，精度也降低。
即使同样是输入高密度能量的方法，如果严格比较也会有些不同。如果将火花放电和脉冲激光进行比较，就可看出脉冲激光具有更优良的输入条件。火花放电的情况下，放电点是极微细的面积，而控制该点是很困难的，在容易放电的点进行选择性放电，这会对试样代表性带来一些影响。如果对激发分析法进行比较，从C、P、S等的比金属无素分析和多元素同时分析方面来看，等离子体发射光谱法比原子吸收光谱法更有利。特别是电感耦合等离子体(以下简称ICP)焰的高温域宽且稳定，适于微粒子状态物质的激发。也就是说，作为高密度能量，照射脉冲激光以致生成微粒子，运送至ICP后进行分析，这是最佳组合。
关于激光照射，其选择蒸发、微粒子生成速度等根据照射条件而异。研究它们之间的关系，归纳整理如下。
可以通过提高照射的能量密度来减小选择蒸发的倾向，以100MW/cm2以上的密度就可以特选择蒸发抑制在允许的范围内。然而密度若过高则会使Ar等气氛电离从而产生等离子体的所谓发生击穿现象。一旦发生这种现象，激光能量就不能使最早的微粒子生成。为了抑制选择蒸发以致不发生击穿，将照射点的能量密度规定在108W/cm2以上至1011W/cm2以下进行照射为适宜。然后，如果调查在该条件下照射后得到的微粒子，其粒径为0.1μm以下就可充分得到分布的均匀性。
为了使微粒子的生成速度高从而确保微粒子试样的数量，当然，对激光输出功率有一定要求，以选择输出功率为5W以上的振荡器为宜。但是，如上所述以能在短时间内输入能量的更为有利，故要求脉冲激光。如果脉冲的振荡频率小，会损害稳定地将微粒子供给激励焰，因而需要100Hz以上的振荡。按100Hz以上振荡时，不会出现由于频率而导致的分析精度差，而20Hz以下的振荡，与100Hz以上时的情况之间产生相当大的差异。
用脉冲照射时，试样蒸发的痕迹呈孔状，与在同一点反复照射激光来深挖孔相比较，稍稍移动照射点，边扩大孔径边挖孔的方法其试样容易蒸发，微粒子生成速度大。
此外，通过移动照射点还可以增加取样面积。这一点对容易偏析的元素分析是很重要的，可以避免仅仅取偏析的部位或仅仅取不偏析的部位，从而提高试样代表性。由于一边在至少为1mm2面积内移动投射点一边将激光照射到试样面上，因而在满足微粒子发生速度的同时，还提高了偏析元素的分析精度。
以上，与分析精度相关联叙述了照射条件，微粒子试样的取样，也就是不使母试样的组成发生变化，以完全稳定的所需速度采取母试样的一部分，从钢片角度看就是磨削。也就是说，微粒子采取条件，实质上就是磨削钢片的最适宜条件。但是，磨削时，与分析取样不同，没有必要以稳定的速度取样，然而必须避免选择蒸发和异相混入而引起的母试样变化这一点却与分析取样相同。另外，有必须除去的层，对除去的深度也有要求。
如果以一个例子来看异层的深度，则可达数百μm。钢材中最容易受到氧化的影响并作为污染成分而引起注意，碳也是很难得到分析精度的元素。图2示出针对这种碳来调查深度方向的浓度和试样浓度之比的结果。图中，横坐标是磨削深度，纵坐标是其深度的碳分析值和母试样分析值之比，对三种钢片进行了调查，标记●表示对热铸钢片进行了第一次磨削，标记○表示轧管的周边面没有进行第一次磨削，标记□表示轧管的端面没有进行第一次磨削。对热铸钢片，施以第一次磨削，通过其后的脱碳使其表层的碳浓度降低，一旦经过100μm左右的第二次磨削，就会出现代表母试样的面。对轧管，估计有轧机油等污染，故表层的碳浓度高，在周边面也有10倍以上。对它们进行深度达100-300μm的磨削，从而出现能代表母试样的面。
用脉冲激光照射来产生微量试样时，如果第二次磨削也用脉冲激光照射，则对小室内进行修改，没有必要安装磨削装置从而防止复杂化，这样很容易使小室内保持清洁。
用脉冲激光磨削时，照射条件基本上与以微粒子生成为目的的条件相同，能量密度范围及扫描照射面积不变，但为了确保除去深度，至少反复10次左右扫描照射，而为了使深度均一化，提高振荡频率并以1kHz以上的振荡次数照射是不同之处。
照射点的移动，比移动试样容易，操作聚光透镜或反射镜就能以高速度方便地移动。聚光是用直径为数十mm的单焦点透镜进行，作为平行光线的激光入射至其中央，透过光聚集在其焦点。一旦平行移动该透镜，则入射点仅仅部分地从中央移至周边，而透过光仍然聚光在焦点。随着透镜的平行移动，焦点也同样平行移动，但也仅仅是部分的聚光点移动。而且为了调整其进行方向使来自振荡器的激光入射至聚光透镜中央，使用了反射镜，通过旋转该反射镜来移动射向透镜的入射点，这时就改变了射向透镜的入射角，从而移动聚光点，使其离开透镜焦点。
照射位置控制装置，是使反射镜旋转从而控制反射角，或者是控制聚光透镜的平行移动以使激光的照射点移动。
运送气体中，使用高纯度Ar，而Ar是易于高纯度化且供广泛实用的惰性气体。而且，ICP焰是Ar等离子体，如果使用Ar，则在进行光谱分析时就不会有作为干扰射线等新光谱方面的苦恼。
对钢的特性有很大影响的重要元素之一是碳，它是偏析元素，要求高精度和高准确度的分析。另一方面，碳在大气中作为二氧化碳和碳氢化合物大量存在。
市售的高纯度Ar的纯度为99.995％，如果调查其含碳率，则为4-5μg/升。ICP焰中，规定这种气体为等离子体气体，使用10几升，作为辅助气体、运送气体使用数升，但这些杂质的量影响钢中C的分析精度。如果使用Zr吸气剂来精制它，则C浓度降至0.2μg/升。
钢中的C含有率，在普通钢中是千分之几，该浓度在运送气体中相当于1μg/升。分析时，以Ar气体中的C浓度作为空白值，减去空白值，就算出了分析值，而Ar气体中的C浓度越高，其变动也越大。
图3示出调查Ar气中的C浓度对C分析精度影响的结果。根据高纯度Ar气的精制程度，变化C浓度进行调查，根据微量试样的数量和试样中的含C率不同，其受影响的程度也不同。图中，横坐标是微粒子精制速度，纵坐标是相对标准偏差，标记△及▲表示Ar气中的C浓度为5μg/升，□及■表示为1μg/升，○及●表示为0.2g/升时的情况，△、□及○是试样中的含C率为0.1％的情况，▲、■及●是试样中的含C率为0.2％的情况。
含C率为0.1％的试样中，如果规定以相对标准偏差为2％以内的分析精度作为目标，则必须将Ar气中的C浓度降至1μg/升以下。
因此，在惰性气体发生装置上装备Ar精制装置，将市售的高纯度气体进一步精制使其含碳量在1μg/升以下，用于等离子体焰用和运送气体用。
为了防止精制过的气体再污染，配管系统要净化，不用说，也要注意配管材料，避免使用那些对气体是否透过还有疑问而且难以净化的普通塑料和橡胶等，可以使用金属或玻璃等。
表2示出在上述条件下，将分析冷钢片的结果与真实值进行对比的情况。
                  表2                                       (％)
  成分   C   Si   Mn    P    S    Cu   Ni   Cr    Mo    Al
  分析值   0.19   0.19   0.69    0.012    0.002    0.004   0.02   0.03    0.006    0.002
真实值 0.19 0.19 0.68 0.011 0.002 0.004 0.02 0.03 0.006 0.001
真实值，是通过化学分析严格测定的值，分析值与真实值非常接近。
实施例
使用脉冲激光或脉冲DC弧放电作为高密度能量，从热钢片上取下微粒子试样，将它送至ICP进行分析。图1示出所用的脉冲激光装置。
图中，1是钢片，2是钢片表面磨削装置，安装在同一方向的台架3上，与小室装载台架4一起，通过自动推送台架5来控制磨削位置。6是微粒子发生小室，其一端呈圆筒状的开口部位7，在其前端配有密封部分8。另一端是石英玻璃制的窗9，激光从此处通过微粒发生小室6照射到钢片1的表面上。10是气体流入口，11是气体流出口。
振荡器12、反射镜13，聚光透镜14构成高密度能量输入机构；由振荡器12发出的激光，用反射镜13调整其进行方向，用聚光透镜14聚光。另外，反射镜13的角度由角度控制器15控制，而聚光透镜14则由透镜移动控制器16来控制其位置。通过这些控制来决定照射点的位置并进行移动。
17是运送气体发生装置，通过气体运送管18将运送气体送至气体流入口10。气体流出口11由气体运送管18与ICP发射光谱分析装置19相连接，利用发射光谱来分析产生的微粒子。
在钢片表面磨削装置2上使用研磨机，除了钢片表面磨削装置2和微粒子生成小室的送出部位外，用热屏蔽板(图中未示出)来覆盖整个装置以防止来自热钢片的热辐射。热钢片的分析面呈2-3mm的凹凸状态，用#60粒度的带式研磨机磨削约十秒，或用150mm直径带有氧化锆磨粒的圆盘磨削约20秒，即可使30mm×30mm左右的面积平滑，可以忽视热对研磨带和研磨盘的影响。
第一次磨削后，钢片表面磨削装置2离开钢片1，由自动推送台架5控制，装载在小室台架4上的微粒子生成小室6被送至研磨面上，此时移动小室台架4使微粒子生成小室6覆盖研磨面。
微粒子生成小室6是铜制的，钢片侧端面呈内径20mm、外形26mm、长5mm的圆筒状开口部位7，在其前端周围刻有沟槽，充填纤维状陶瓷中织入低熔点玻璃粉末的密封材料，形成密封部分8。玻璃粉末借助于钢片的热保持粘性呈熔融物状，填补钢片和微粒子生成小室之间的空隙，从而提高小室的内密闭性。
第二次磨削是通过激光照射进行，使用的振荡器12是与微粒子生成用共用，是一种装有超声波Q开关的Nd-YAG激光(波长1.06μm)。磨削的照射条件是，振荡频率10kHz，照射点的能量密度109W/cm2，在2mm2范围内反复照射10次。扫描是通过变化反射镜15的反射角度使之高速移动，进而通过这种移动和平行移动垂直聚光透镜14来进行。
使用火花放电时，和用激光时的高密度能量输入机构不同，在微粒子发生小室17内装备电极，以端面部位作为对电极的小室结构。第二次磨削仍然利用放电，重复5次进行5秒放电-3秒停止的循环。放电条件是，电压400V、C＝10μF、L＝10μH、R＝2Ω、频率400Hz。
运送气体中，使用Ar，运送气体发生装置17由Ar高压贮气瓶和Zr吸气剂气体精制器组成。而且，为了易于净化，使用不锈钢管作为气体运送管。
ICP发射光谱分析是在，频率27.12MHz、输出功率1.5kW、等离子体流量15升/分、辅助气体流量1升/分、试样气体(运送气体)流量1升/分的条件下，使到达的微粒子直接激发发光。分光器是パツセンルンケ型光谱仪，将光谱仪内抽成真空，就可以测定200nm以下的波长。分析谱线分别使用C193nm、P178nm、S181nm、Si212nm、Mn252nm、Al396nm、Ni232nm、Cr268nm、Mo202nm、Cu325nm、Co229nm、V311nm、Ti335nm、Nb309nm、B183nm、Ca318nm、Ar355nm、Fe271nm及170nm；采用在各分析谱线位置上设置狭缝及光电子倍增管进行测定的同时测定多元素的系统。
光强度的测定是通过电子倍增管改变电流，进一步改变电压，将10秒的光强度累计值定为测定光强度。分析时采用将与铁强度之比作为测定值的强度比法。测定值的分析值换算，是预先测定已知道组成的标准试样，然后作成校准曲线，使用该校准曲线来换算成分析值。
表3中示出使用的试样成分
                                           表3
                                                                                           (％)
分析成分 C Si Mn P S Cr Mo Cu Ni Al
含有率 0.22 0.21 1.38 0.02 0.010 0.32 0.12 0.01 0.02 0.035
为了进行比较，对本发明范围以外的对比例，以及利用等离子体放射使微粒子生成的先有技术例进行了调查。关于这些微粒子生成条件及主要成分，用相对标准偏差来表示分析值的精度和准确度，并示于表4中。
                                      表4
  例 试验号No.                    微粒子生成条件                               相对标准偏差(％)
   能量形态   能量密度(W/cm2)   頻率(Hz)    照射点移动面积(mm2)   Ar气精制                                     分析成分
    C    Si    Mn    P     S     Cr    Mo
本发明实施例 1 火花 5×105 60 - 有 4.8 3.8 2.8 4.2 4.5 1.5 1.7
2 激光 1×1011 500 0.5 有 4.1 1.8 1.5 2.2 2.9 0.6 0.8
 3   激光 1×1010   50    2   有     3.8    1.5    1.4    2.3     2.7     0.8    1.0
 4   激光 1×106   100    4   有     1.0    0.9    0.5    1.7     1.8     0.6    0.7
 5   激光 5×105   1000    1   有     1.2    1.0    0.4    1.9     1.8     0.5    0.6
 6   激光 5×106   5000    2   有     1.1    0.8    0.5    1.8     1.9     0.6    0.6
比较例  7   激光 1×107   500    2   有     14.5    3.7    2.6    8.2     11.8     1.5    7.7
 8   激光 1×108   100    2   无     不可    1.2    0.7    2.1     2.3     0.9    1.1
  先有技术例  9   等离子体 5×104   -    -   有     不可    7.9    9.7    14.8     17.6     4.7    8.5
 10   等离子体 1×104   -    -   有     不可    19.6    22.3    48.5     51.6     5.4    29.9
注：相对标准偏差起过100％的数据不给采用。
在本发明的实施例中，分析对象即使是热钢片，其分析值的相对标准偏差也是在5％以内的良好值。其中，用脉冲激光并在较好的条件范围内进行的试验No.4、5、6中进行的分析，相对标准偏差在2％以内并具有极高精度和准确度。
与此相反，先有技术例中，不可避免混入异层，不能进行C的分析，其它成分的分析偏差也大。
在对比例中，使用不经过精制的高纯度Ar气体的试验No.8，不能对C进行分析；试验No.7中能量密度不足，相对标准偏差大，精确度和准确度差。
实施方案2
如果在常温下处理赤热状态的块状试样，试样温度时刻在变化。对该温度正在变化的块状试样照射脉冲激光从而产生微粒子的情况下，分析受什么样的影响是极为重要问题。
脉冲激光照射时，由于投入高密度能量，因而照射点呈现极高的温度。而且，微粒子化过程中，像发射光谱分析那样，不管元素的激发状态，只要是块状试样的一部分忠实地微粒子化就行。因此，可认为块状试样的温度影响极小。为了确认这一事实，对1000℃以上的赤热块状试样，在其冷却过程中用脉冲激光进行激光/ICP分析来调查这种影响。
将其结果示于图6(A)和图6(B)中。图中，纵坐标是分析值，横坐标是试样温度。图6(A)是对Mn，图6(B)是对P进行调查的结果。对任何成分来说都是，即使温度变化而分析值却几乎不变，因此不受温度的影响。
即使是赤热状态试样温度变化的块状试料，照射脉冲激光后得到微粒子试样的激光/ICP分析中，分析值基本上不受块状试样温度的影响，因此可以得到可靠的分析值。对冷却了的试样来说，温度变化较小，不言而喻，同样可靠。
钢水凝固后的块状试样，其表面或多或少地受到大气中氧的作用，表层部分不代表试样的成分组成。图7(A)-图7(B)中示出调查这种情况的结果。对小径30mm，大径33mm的圆锥台块状试样的切断断面，用SIMS(次级离子质谱法)(Secodary ion massSpecerography)和XMA(X射线微量分析仪)(X-ray microanalyser)，从侧面对内部进行线分析的结果，测定成分是P、Mn、S。图中，纵坐标是各成分的测定强度、横坐标是离表面的距离。
可以判明，任何成分直至10几μm，测定值都不变化，但在25μm以上时，块状试样的内部发生变化，不受大气中氧的作用，可见到Mn和S的小峰的位置皆相同，由此可认为是MnS夹杂偏析。
激光照射时，离表面向下挖25μm左右是容易的，因此照射开始后初期的微粒子不作为分析对象，仅仅将表面下深度为25μm以上处发生的微粒子作为分析对象。因此，即使不进行切断或研磨块状试样之类的调制，也可以得到能充分代表试样的微粒子。
然后，损害微粒子试样代表性方面，有污染问题和选择蒸发问题；关于ICP分析精度降低，有微粒子的生成速度大及运送量变动的问题。
ICP分析中，用Ar等离子体焰激发运送的微粒子，因此如果在运送气体中使用高纯度的Ar气体，由于不含干扰元素因此是适宜的。
然而，市售的高纯度Ar气体含有数μg/升以烃等状态存在的碳。将这种杂质碳规定在1μg/升以下使用，钢中的微量碳也能以高精度分析出来。
为了去除杂质碳，可使用金属吸气剂方式的精制装置，也可以在将运送气体送至试样室的配管系上装备该精制装置。而且，为了防止运送中的再污染，作为配管材料，可以采用容易得到清洁面的金属或玻璃。
至于选择蒸发、微粒子生成速度和微粒子的大小，激光的照射条件对它们都有影响。
使用脉冲激光，是因为激光能使照射点密度增大并使蒸发的选择性变小。如果激光的照射点密度变小，则微粒子的生成速度降低，这导致ICP分析的灵敏度不足并使蒸发的选择性变大。如果过大，则Ar气体电离并产生等离子。这被称为击穿现象，一旦发生这种现象，激光的能量就不可能使微粒子发生。激光照射点密度的允许范围是108W/cm2以上至1011W/cm2以下。如果是这种条件，所得微粒子的粒径就会在0.1μm以下，在ICP焰内可视为是均匀的。
脉冲频率在20Hz时的分析精度，与100Hz以上时的分析精度相比，差很多。这被认为是，如果频率低，供给ICP焰中的微粒子不稳定。如果在100Hz以上，则无差别，分析精度良好。
对同一点进行高频脉冲连续照射，会助长选择蒸发并随着照射次数在照射面和焦点之间产生错动，微粒的发生量减少。通过移动照射点可克服上述两点，而且，还能避免对偏析部位分析值的极端影响。
以下，关于装置，用图4对其作用进行说明。图中，101是分析小室部分，102是试样保持部分，103是块状试样，104是激光振荡器、107是运送气体配管、108是ICP分析器、110是激光、121是露出孔。
试样室是由分析小室部分101和通过101上的露出孔121与其相连通的试样保持部分102组成，块状试样103被收纳在试样保持部分102中。激光110，从激光振荡器104发出，通过分析小室101及露出孔121，照射到块状试样103的表面上。分析小室部分101和试样保持部分102，为了防止试样氧化，保持惰性气体气氛，在分析小室部分101中送入惰性的运送气体。因激光照射产生的微粒子，由这种运送气体从分析小室部分101，通过配管107导入ICP分析器108，在此处进行分析。
以一定速度将产生的微粒子送入ICP分析器8，这对确保分析精度来说是重要的，而试样保持部分102和块状试样103具有相同曲面，这两个面紧密接触，露出孔121被块状试样103的侧面堵塞，以致含微粒子的运送气体不会流向试样保持部分102，因此可使微粒子稳定后送入ICP分析器108中。
一旦按块状试样103与露出孔121紧密接触的方式收纳，就可以固定激光110的焦点，缩短控制时间。
块状试样103进出时，试样室分成分析小室部分101和试样保持部分102，因此试样收纳时没有必要将分析小室部分101直接曝露于大气中。因此，可省去用惰性气体置换分析小室部分101中大气的操作。
试样保持部分102在收纳试样时，曝露在大气中，因此在收纳块料试样后必须用惰性气体置换，置换成该气体时，如果试样保持部分102具有与块状试样103相同的曲面，则在试样保持部分102和块状试样103之间的空隙就很少，置换气体的量也少，就可缩短置换所需要的时间。
块状试样本身的组成变化是赤热试料所特有的问题，在表层由于氧导致的脱碳会影响碳分析值。
在试样保持部分中保持防止试样氧化的机构的原因就在于此，将块状试料收纳在试样保持部分，不仅要提供惰性气体气氛，而且还希望具有尽可能快冷却的机构。
实施例
使用图4中示出的试样，分析从转炉中取出后凝固的块状试样。
试样是底部直径为30mm、上部直径为33mm、高度为70mm的圆锥台。
试样保持部分102的内部，是其底部直径为30.5mm、高度为120mm，并具有与块状试样相同曲面的圆锥台状的空间。在试样保持部分102的上侧部设有吸气口124，在下部设有排气口125，与抽气泵(图中未示出)相连接，这样，在块状试样投入后可在短时间内进行气体置换，从而防止试样氧化。
周壁做成铜制的双重壁，从给排水口127将冷却水流到壁之间126，在试图保护周壁的同时，快速冷却块状试料103，极力防止它氧化。也就是，气体的短时间置换和试样的高速冷却机构组成防氧化机构。露出孔121是4mm×8mm的长方形。
为了使块状试样103的侧面与露出孔121很好地密接，试样保持部分102，相对于垂直线成45°倾斜地设定试样室。
分析小室部分101也是圆锥台状，与露出孔121相对的面是石英玻璃制的激光透过窗112。靠近该透过窗处设有运送气体的导入口113，在靠近露出孔121处设有送出口114。作为运送气体，使用Ar，在其精制时使用一种具有Zr吸气剂方式的精制装置，至于配管材料，用的是能净化表面的SUS管。
激光振荡器，使用的是装有超声波Q开关的Nd/YAG激光器(波长1.06μm)，用反射镜130和聚光透镜140控制照射点及焦点。照射点的移动，可以通过反射镜的旋转和聚光透镜的平行移动来进行。也就是，焦点是由聚光透镜决定，照射点是通过使反射镜130旋转，在单轴方向上移动。另一方面，如果使聚光透镜140在有效直径范围内平行移动，照射点就在相同方向上按同等量移动。将这两个动作组合起来，就可使照射点二维移动而进行扫描照射。
分析按以下方法进行。
作为惰性气体，使用市售的高纯度Ar，通过对它进行精制，使C浓度从4-5μg/升降至0.2μg/升。
供分析之前的块状试料3的表面温度是1100℃。将该块状试样收纳在按10升/分连续流入Ar气的试样保持部分，用排气量为50升/分的抽气泵排气使之达到1个气压，然后密闭吸气口和排气口。其间约5秒钟。冷却水继续流。
将反射镜以30Hz的周期按聚光位置的振幅为2mm进行旋转，与此同时，以5mm/分的速度平行移动聚光透镜并使照射点移动。移动速度为300mm/分，聚光点的点径为100μm。移动最好是在1mm平方以上的范围内扫描，而移动速度最好是以线束径和脉冲频率之积作为大致标准。
作为预处理，进行10秒钟的扫描照射，除去表层200μm后，进行测定。
运送气体的流量是1升/分。激光是以脉冲频率50Hz或1kHz，平均输出功率为10W的条件进行照射。
作为ICP分析器，使用ICP发射光谱分析装置。等离子体焰的发生条件是，高频输出功率1.5kW，频率27.12MHz，等离子体流量15升/分、辅助气体流量1升/分。直接使运送的微粒子激励发光。分光器是バツセンルン
Figure C9411832400371
)型光谱仪，将光谱仪内抽真空，即使是200nm以下的波长也能测定。分析的谱线是：C193nm、P178nm、S181nm、Si212nm、Mn252nm、Al396nm、Ni232nm、Cr268nm、Mo202nm、Cu325nm、Fe271nm及170nm，采用多元素同时测定系统。
光强度是通过光电子倍增管变换成电流，进而将它变换成电压后，将10秒内的光强度累计值作为测定光强度。在分析时，采用将与Fe强度的比作为测定值的内标准强度比的方法。测定值的分析值换算，是测定标准试样后做成校正曲线，用该校正曲线进行。
将分析结果和包括前处理的分析所需要的时间，与以前实用的火花发光法进行比较，并示于表5中。
实施例1是以脉冲频率50Hz，实施例2是以1kHz照射激光。而且，各例都是对从同一钢水中取出并凝固的试样进行测定的实施例。
                                                    表5
例 试料 分析值  对分析值的评价   分析时间(秒)
   C    Si     Mn     P    S
   实施例1    1    0.09    0.01     0.13     0.022    0.005    优   58
   2    0.12    0.02     0.12     0.024    0.006    良   60
   3    0.14    0.01     0.14    0.017    0.004    良   61
   4    0.13    0.02     0.10    0.020    0.005    良   60
   实施例2    5    0.10    0.01     0.12    0.022    0.005    优 59
   6    0.11    0.01     0.11    0.021    0.005    优   60
   7    0.10    0.01     0.11    0.020    0.005    优   61
   8    0.10    0.01     0.11    0.021    0.005    优   60
   先有技术例    9    0.36    0.04     0.15    0.017    0.006    不良   127
   10    0.07    0.01     0.11    0.017    0.004    良   128
   11    0.10    0.00     0.12    0.022    0.005    优   124
   12    0.00    0.30     0.37    0.099    0.029    不良   125
   13    0.10    0.01     0.12    0.022    0.004    优   125
本发明的实施例中，试样之间的分析值差异很小；而先有技术例中，例如从C的分析值来看，其差异较大，为0.00-0.36％。
火花发光中，一次分析的放电范围为6mmφ左右，但在该范围内如果存在针孔等凹凸部位，则凸部易于放电，不可避免异常放电，这被认为会造成试样间的分析值有较大的差异。
另一方面，激光照射时，在照射范围内既不存在突起，又不会是在此处集中照射。激光照射的问题点，不如说是选择蒸发和微粒子在规定量以上的稳定生成，特别是在限定激光照射条件的实施例2中，即使是偏析成分也可得到非常优良的重复精度。
如果比较分析时间，不需要对凝固试样进行冷却的本发明实施例中，在钢水凝固后60秒左右就可结束分析，与以前的半分钟以下相比较，分析时间缩短了。
按照本发明，通过激光照射从块状试样中采取微粒子试样，并激发该微粒子试样，因此不会像以前的火花发光法那样产生异常放电，而且不受试样温度变化的影响就能得到分析值。因此，不需要对凝固试样冷却、切断、研磨等就能安置在试样分析装置中，因此可以迅速地分析钢水成分。此外，即使从试样的变化、微粒子试样的污染、生成时的生成量、其稳定性及选择蒸发等方面考虑，也可获得高精度的分析结果。
因此，能迅速地将数据反馈到炼钢操作控制上，从而提高钢水的成分、温度等的控制精度。其结果是，减少成分不合规格的产品，并防止由于后吹和添加冷材等所引起的效率降低，从而达到节省能量。因此，可将赤热试样直接进行分析的本发明效果是极大的。
实施方案3
如果将激光聚光后再照射，聚光点的能量密度非常大，因而其附近的试样气化并飞散。飞散的试样凝固以后成微粒子被捕捉，这种现象不局限于钢材，陶瓷之类沸点高的物质同样会发生这种现象。因此，没有必要又从钢材上切下分析用试样又施加前处理之类的操作，而且对分析面照射激光后10至30秒中采取的微粒子可以同时用检测器进行分析，因而能迅速地获得分析结果。
发生异常现象的原因，不只存在于最表层，像表面镀敷钢片的夹杂物那样，离表面50μm以上深处存在的情况也有。
图10是一边移动激光的照射点一边以振荡频率100Hz照射脉冲激光的情况下，对微粒子的采集深度即分析深度进行调查的结果。使脉冲的尖点输出功率从20kW变化到200kW，对此进行调查，尖点输出功率越大，分析深度越深，当然，线分析速度越少，分析深度越深。将分析深度从1μm左右调整到200μm以上是容易的。为了既保持分析深度又要提高线分析速度，振荡频率还是以高为好。
于是，通过放电激发使钢材表面处于深度为20μm的元素发射是困难的，但用脉冲激光照射则可调整分析深度，因此可以在很宽的范围内检测出成分组成，不会将异常现象的原因成分忽略掉。
激光照射点，不仅可调整分析深度，还可以为了扫描异常部位和其周围而移动。移动时，可旋转反射镜和平行移动透镜来进行移动。用反射镜调整进行方向的激光，在聚光透镜的中心部位垂直于透镜入射，在钢材表面的照射点聚集成焦点。如果倾斜反射镜，则投向聚光透镜的入射角就发生变化且聚光点的位置移动。如果不倾斜反射镜但平行移动聚光透镜，则垂直入射透镜的激光在聚光透镜的集点聚光。该焦点通过聚光透镜的中心，处于垂直透镜的直线上，因此聚光点，即照射点在和透镜移行距离相同的方向上移动相同距离。
如果利用该原理，通过旋转反射镜、平行移动激光聚光透镜或者是它们的组合使照射点移动，就可以不用动微粒子采取小室或大型的钢材也能二维快速地移动照射点。特别是，为了掌握异常现象的原因，不仅是深度方向，在希望确保线分析的线幅的情况下还可将反射镜的旋转和聚光透镜的平行移动组合起来曲折式地移动照射点。用此方法，不仅可线分析，还可以进行二维扫描分析。
在钢材试样和微粒子采集装置移动的情况下，反射镜旋转或聚光透镜平行移动的任何一方，不用说都可以曲折地移动照射点。
对分析深度有影响的另一个要因是脉冲的半值幅度。图9中示出，规定照射点的移动速度为0.5mm/sec，以尖点输出功率200kW变化半值幅度调查分析深度的结果。希望分析深度深的情况下，最好是将脉冲半值幅度规定在一定范围内。
异常现象的原因成分存在的深度难以预先预料的情况下，通过将分析深度规定在50μm以下来防止发现不了它们。此时，在0.02μsec-0.5μsec范围内选择脉冲半值幅度，可按照尖点输出功率或照射点的移动速度，根据要求的深度进行分析。但是，尖点输出功率不足20kW时，则必须减慢照射点的移动速度，因此在实用上希望尖点输出功率为20kW以上，如果尖点输出功率过大，就会出现气氛气体等离子体化现象，此外还消耗能量并减少微粒子生成，因此尖点输出功率必须控制在5MW以下。
实施例
图8中示出为实施本发明而需要的装置示意图。从激光振荡器201发出的激光202由反射镜203决定其行进路线，而反射镜203上备有旋转控制机构204，并控制光路。被反射的激光202用聚光透镜205聚光，而聚光透镜205上也备有平行移动控制机构206来控制平行运动。被聚光的激光202通过微粒子采集小室207，在钢材试样208的表面聚集成焦点，形成激光照射点209。微粒子采集小室207具有开口部它通过密封材料210与试样表面相接，由惰性气体导入口211吹入惰性气体使小室内呈惰性气体气氛。惰性气体将微粒子采集室内产生的微粒子，通过运送管212送至检测器213，在此处进行微粒子分析。
旋转控制机构204和平行移动控制机构206，由运算器214指示控制内容。运算器214在分析线的深度和宽度和长度及照射点的轨迹、脉冲激光的脉冲半值幅度和尖点输出功率方面提供信息资料，由这些信息资料运算反射镜的旋转速度和最大旋转角以及旋转周数和聚光透镜的平行移动量及移动速度，在旋转控制机构204和平行移动控制机构206中指示各种控制。采用图8中示出的装置，对冷轧钢板和热浸镀锌钢板(CGL)的表面异常部位进行线分析，并判定其原因。
激光振荡器中使用Q开关脉冲YAG激光，以频率100-5000Hz振荡。检测器中使用高频电感耦合等离子发射光谱分析仪。在微粒子采集小室的激光入射面上用石英玻璃制作透过窗，密封材料是使用橡胶制′O′形环。反射镜的旋转是用步进电动机进行，做成按指示角度反复进行正旋转和反旋转的机构。聚光透镜的平行移动是通过使步进电动机的旋转变成直线运动，做成按分析线的长度进行往复运动的机构来实现的。
曲折地进行照射点移动时，选择同时进行分析线的长度方向移动和宽度方向的移动的Z字形轨迹，或者选择同时可在长度方向和宽度方向上进行任何一种方向移动的コ形轨迹的移动方式并输入运算器。在运算器中，由分析线的长度决定聚光透镜的平行移动距离，由分析线的宽度，用反射镜和聚光透镜的距离除以分析线的宽度，由此决定反射镜的最大旋转角。进而，在运算器中，由分析线的深度，根据尖点输出功率，算出照射点的必要移动速度，并算出反射镜的往复旋转数和旋转速度。
成分浓度的比较是通过用ICP测定元素的发光强度来进行的。
将详细的分析条件示于表6、将分析结果示于图11-图15，将分析结果和基于该结果的判定结果，与先有的发射光谱分析法进行比较、并示于表7中。
                                         表6
  试样    钢材   脉冲半值幅(μm)   尖点输出功率(kw)   照射点的轨          分析线
深度(μm) 长度(mm) 宽度(mm)
  A    冷轧钢材   0.5    20   Z字形   20  8   1
  B    冷轧钢材   0.1    100   Z字形   50  8   1
  C    冷轧钢材   0.02    1000   コ形   20  8   2
  D    CGL   0.1    500   直线   100  8   -
  E    CGL   0.1    200   コ形   50  8   2
                                         表7
试样 钢材             实施例            先有技术例
异常部分检测元素 判定原因 异常部位检测元素   判定原因
A 冷轧钢材 Al、Ca少 氧化铝 Al 氧化铝
B  冷轧钢材 Ca，Si，Al，Na 粉末     Ca，Si，Al   夹杂物
 C  冷轧钢材 无 铁磷     无   铁鳞
 D  CGL Al 氧化铝     无   铁鳞
 E  CGL Ca，Al 夹杂物     无   铁鳞
对试样A-E进行分析的结果分别示于图11-图15中。图中，纵坐标是用Fe强度比表示分析结果的发光强度，横从标是在分析线上的分析点的移动距离。异常部位用箭头表示。
图11中，分析线临近异常部位时，Al含量急剧增加，Ca稍稍增加。同样，图12中Ca、Al、Na、Si，图14中Al，图15中Ca、Al各自都增加，而图13中看不到成分的变化。
归纳图11-图15的结果，与先有的发射光谱分析法相比较，对试样A来说，本发明实施例中可检测出来的Ca在先有技术例中却测不出。试样B也是先有技术例中测不出Na，造成错误判断。而且，本发明的实施例中，对深度为50μm以及100μm以下的分析试样D及E，检测出镀膜下的成分变动，并判定异常的原因分别是氧化铝夹杂物及氧化钙·氧化铝复合夹杂物。但是，在先有技术例中没有检出变动成分，其异常的原因已判明为铁鳞。
如上所述，按照本发明，由于在判定钢材表面异常原因的分析中使用了激光气化法，因此异常部位即使被绝缘物包覆也可检测出成分，而且通过控制激光的照射条件，就能很容易地改变分析线的深度和宽度，从而不会将异常部位的成分变动忽略掉。

Claims (23)

1.钢成分的分析方法，该方法是由以下工序构成：
(a)为了调整钢片的取样面的形状，机械磨削其表面的第1磨削工序；
(b)将开口端具有密封部分的小室的该密封部分，与取样面接触，以致覆盖该取样面的工序；
(c)将惰性气体导入该小室内部的同时，为了除去粘附在钢片表层上的污物和表层上生成的氧化层，对已经机械磨削的该取样面进行磨削的第2磨削工序；
(d)在第2磨削工序中，对经过磨削的取样面输入脉冲化的108W/cm2以上的能量，使之产生微粒子的工序；
(e)通过导入该小室内部的惰性气体运送该微粒子，并导入激发分析装置的激发焰中的工序。
2.根据权利要求的分析方法，其中，第2磨削工序是通过机械磨削进行的。
3.根据权利要求1的分析方法，其中，第2磨削工序是通过火花放电进行的。
4.根据权利要求1的分析方法，其中，第2磨削工序是通过脉冲DC放电进行的。
5.根据权利要求1的分析方法，其中，第2磨削工序是通过脉冲激光进行的。
6.根据权利要求5的分析方法，其中，第2磨削工序是通过以1kHz以上的振荡频率，规定照射点的能量密度为108-1011W/cm2，照射点的范围至少为1mm2并反复至少10次以上扫描照射激光进行。
7.根据权利要求1的分析方法，其中，第2磨削工序中的惰性气体是Ar。
8.根据权利要求7的分析方法，其中，该Ar气体是通过精制装置精制了的Ar气体，含碳量是1μg/升以下。
9.根据权利要求1的分析方法，其中，产生该微粒子的工序是通过使用激光作为能量，以100Hz以上的振荡频率，按规定照射点的能量密度为108-1011W/cm2，照射点位置的范围至少为1mm2，边移动边对试样面照射激光来进行。
10.根据权利要求1的分析方法，其中，该激发分析装置是原子吸收光谱分析装置，该激发焰是乙炔的燃烧焰。
11.根据权利要求1的分析方法，其中，该激发分析装置是等离子体发射光谱分析装置，该激发焰是Ar等离子体焰。
12.根据权利要求1的分析方法，其中，该激光分析装置是等离子体发射光谱分析装置，该激发焰是电感耦合等离子体焰。
13.钢成分的分析装置，它的构成如下：
(a)为了调整钢片的取样面的形状，机械磨削其表面的第1削手段；
(b)使密封部分与取样面接触，以使覆盖该取样面的开口端上具有密封部分的小室；
(c)在该小室的侧面具有惰性气体的流入口及流出口；
(d)由该流入口将惰性气体导入该小室内的同时，为除去粘附在钢片表层上的污物和表层上生成的氧化层，对该取样面进行磨削的第2磨削手段；
(e)在经第2磨削手段磨削过的取样面上输入能量，产生微粒子的手段；
(f)对由该小室流出口送出来的该微粒进行分析的激发分析装置。
14.根据权利要求13的分析装置，其中，第1磨削手段是研磨机。
15.根据权利要求13的分析装置，其中，第2磨削手段是利用火花放电的磨削装置。
16.根据权利要求13的分析装置，其中，第2磨削手段是利用脉冲DC放电的磨削装置。
17.根据权利要求13的分析装置，其中，第2磨削手是利用脉冲激光的磨削装置。
18.根据权利要求13的分析装置，其中，还有惰性气体精制装置，精制过的惰性气体由该流入口导入该小室内。
19.根据权利要求13的分析装置，其中，产生该微粒子的手段，是火花放电装置。
20.根据权利要求13的分析装置，其中，产生该微粒子的手段是脉冲激光照射装置。
21.根据权利要求13的分析装置，其中，脉冲激光照射装置是由振荡器、反射镜、单焦点聚光透镜、和控制照射位置的装置组成，控制该照射位置的装置，是使反射镜旋转以致控制反射角或控制聚光透镜的平行移动。
22.根据权利要求13的分析装置，其中，该激发分析装置是原子吸收光谱分析装置。
23.根据权利要求13的分析装置，其中，该激发分析装置是等离子体发射光谱分析装置。
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