CN113218934A - 一种利用全谱火花直读光谱法快速测定钢中钇含量的检测方法 - Google Patents

一种利用全谱火花直读光谱法快速测定钢中钇含量的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用全谱火花直读光谱法快速测定钢中钇含量的检测方法，包括以下步骤：通过改变稀土钇的添加量，炼制不同钇含量的钢锭，轧制成钢坯；在钢坯的一个截面上取标准样品，利用火花直读仪对标准样品进行均匀性检测并选取均匀性最好的样品作为标准样品；在标准样品上进行钻屑取样，并配制成标准溶液，利用ICP‑AES测定标准溶液中的钇含量；对标准样品进行激发标定得到强度比，根据强度比与钇含量进行拟合，形成稀土钇元素标准分析曲线。本发明能够实现快速检测钢铁中的钇含量，对于研究和推广钇在钢中的应用具有重要的现实科学价值和经济社会意义。

Description

一种利用全谱火花直读光谱法快速测定钢中钇含量的检测 方法
技术领域
本发明属于稀土钇检测方法技术领域，尤其涉及钢中稀土钇含量的在线快速检测方法。
背景技术
稀土元素的在钢液中作用日益突出，可望成为发展21世纪新型高附加值钢铁材料的重要元素。在钢材里加入少量的重稀土钇，可以显著提高钢材的力学性能和机械性能，但目前国内外标准中，关于钢铁中钇含量(质量分数)的测定暂无相关标准方法。关于稀土金属总量的检测方法标准GB/T 14635《稀土金属及其化合物化学分析方法》中的单一稀土含量采用“EDTA滴定法”标准，该方法比较繁琐，无法达到生成实践过程中在线快速检测的要求，且较难满足钢铁中对钇含量(质量分数)的检测需求。
火花直读光谱分析，是冶金快速分析的重要手段之一，但它也是一种相对测量方法，必须有相应的标准物质作比对，同时需要有专门的稀土钇检测的通道和谱线。目前，我国含有稀土元素的冶金分析用标准物质相对较少，特别是含钇的钢用标准物质，市场上没有供应，国内外的资料也未见报道；而传统的火花直读光谱仪也未开发有专门测量钇的通道和谱线，这就使得研究钇在钢中的作用和机理的工作遭遇瓶颈。全谱火花直读光谱仪可以实现全谱扫描，没有通道限制，解决了没有钇元素通道的问题；但目前还未有针对全谱火花直读光谱仪建立的钇元素检测方法。因此，研究和开发含钇的钢铁标准物质和快速检测方法对于研究和推广钇在钢中的应用具有重要的现实科学价值和经济社会意义。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种利用全谱火花直读光谱法快速测定钢中钇含量的检测方法。本发明能够快速检测钢铁中的钇含量，对于研究和推广钇在钢中的应用具有重要的现实科学价值和经济社会意义。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种利用全谱火花直读光谱法快速测定钢中钇含量的检测方法，包括以下步骤：
(1)通过改变稀土钇的添加量，炼制不同钇含量的钢锭，轧制成钢坯；
(2)在步骤(1)得到的每块钢坯的一个截面上取若干样品并进行表面处理，根据元素最小干扰原则选择全谱火花直读光谱仪的最佳工作谱线，利用最佳工作谱线对样品进行均匀性检测，并选取出均匀性最好的样品作为标准样品；
(3)在步骤(2)中得到的标准样品上进行钻屑取样，并配制成标准溶液，利用ICP-AES对标准溶液中的钇含量进行标定；
(4)利用步骤(2)中得到的标准样品进行激发标定得到强度比，建立强度比与步骤(3)得到的钇含量的对应关系，绘制稀土钇元素标准分析曲线；对标准分析曲线进行拟合，得到钇的数学模型，利用稀土钇元素标准分析曲线对未知稀土钇含量的钢进行检测。
优选的，步骤(1)中，所述钢坯由以下方法制备：
S01.中频感应炉内置氧化镁坩埚，烘烤并用基体原料洗炉；通过配料计算确定基体原料和纯稀土钇的加入量，打磨原料、称料、将基体原料放入氧化镁坩埚中；
S02.开启抽真空并缓慢升温，真空度保持在6.67×10-1Pa；当基体原料全部熔化后加入纯稀土钇并保温，熔融后浇注到铸型中，脱模后进行锻打，并轧成厚度为30mm的钢坯。
优选的，步骤S01中，所述稀土钇的纯度为99.9％。
优选的，步骤S01中，所述基体原料由以下质量百分数的化学成分组成：
C 0.09％，Mn 1.34％，S 0.006％，P 0.021％，Si 0.2％，Als 0.027％，N0.0044％，Nb0.029％，Ca 0.0013％，Ti 0.011％，Sn 0.0044％，余量为Fe。
优选的，步骤(3)中，所述火花直读仪的工作条件为：放电频率400-500Hz；氩气流量220-230L/h；环境温度25℃/光室温度20℃；湿度50-60％；吹扫时间1s；激发时间12s，另有4s预燃时间。
优选的，步骤(2)中，所述均匀性检测为：利用全谱火花直读光谱仪在标准样品的表面打点扫描，每个标准样品打8个点，通过强度比的相对标准不确定度判断试样的均匀性匀性。
根据重复性试验数据标准不确定度(UA1)和相对标准不确定度(U(rel,A1))进行计算，查验数据的稳定性。相对标准不确定度(U(rel,A1))越小，说明数据差异性越小，稳定性越好，即证明均匀性越好。
优选的，步骤(2)中，所述工作谱线为λY＝371.029nm。
优选的，步骤(3)中，所述标准溶液由以下方法制备：
A1.取钢屑0.50g，加入水、盐酸、硝酸按质量比1：1：3配制的混合溶液25mL，至钢屑完全溶解，加5mL高氯酸，加热至高氯酸冒烟，继续加热至试液体积剩余1～2mL；
A2.试液冷却后加20mL水和5mL盐酸，加热溶解至试液清亮无杂物，冷却至室温，得到标准溶液。
优选的，步骤(3)中，按照GB/T20066-2006规定的方法进行取样，取样后对样品的表面进行研磨，研磨材质的粒度为0.124～0.25mm。
取样方法：在步骤(1)制备的钢坯的一个截面上、该截面对角线的1/4处分别进行取样，样品边缘距截面边缘的距离为1mm；取样示意图如图1所示。
优选的，步骤(4)中，所述标准分析曲线为：所述数学模型为：y＝1.94724*108x2+3.16856*107x+89329.93426，其中：x为元素含量；y为强度比。
本发明的有益效果：
本发明研究和开发含钇的钢铁标定试样；并利用全谱火花直读光谱仪绘制钇的标准分析曲线，实现钢铁中钇的含量的测定。本发明的检测方法快速、准确，重复性、稳定性好，对于研究和推广钇在钢中的应用具有重要的现实科学价值和经济社会意义。
附图说明
图1：试样均匀性测试取样示意图；A为取样位置示意图，B为取出的样品；
图2：a为钇的标准分析曲线图，b为拟合参数；
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术部分介绍的，在钢材里加入少量的重稀土钇，可以显著提高钢材的力学性能和机械性能，但目前国内外标准中，关于钢铁中钇含量(质量分数)的测定暂无相关标准方法。由于钢材中钇含量较低，现有技术很难检测钢材中钇的含量。
基于此，本发明的目的是提供一种利用全谱火花直读光谱法在线快速测定钢中钇含量的检测方法。本发明首先建立了含钇的钢用标准物质，研制钇的标准分析曲线，建立钇的数学模型。
全谱火花直读光谱仪工作原理：
将制备好的块状样品在火花光源的作用下与对电极之间的放电，在高温和惰性气氛中产生等离子体，被测元素的原子被激发时，电子在原子内不同能级间跃迁，当由高能级向低能级跃迁是产生的特征谱线，测量选定的分析元素和内标元素特征谱线的光谱强度。根据样品中被测元素谱线强度与浓度的关系，通过校准曲线计算被测元素的含量。
利用上述工作原理，建立钇元素强度比与含量的关系，形成稀土钇元素标准分析曲线，实现标准分析曲线的精准定制。
本发明实现了钢中钇含量在线快速检测；同时制备了含钇的钢铁标准样品。本发明解决了钇含量检测中如何准确命中所需要的钢中钇的含量，即如何准确命中目标成分。为了达到此目标，采用多炉次熔炼，从中择优选取的办法。制备标定样时所用的中频感应熔炼炉带有电磁搅拌功能，能有效促进钢中各成分充分混匀。通过本发明的步骤1向钢锭中添加不同质量的钇不能直接得出钢锭中的钇含量，因为在冶炼过程中钇会有不同程度的烧损，不能保证每一炉钢中钇的收得率都完全相同，加入不同量的稀土钇是为了炼制不同钇含量的标准样品，同时通过不同的加入量使得各炉钢中的钇含量存在梯度。炼制完的钢锭中钇含量的数值无法确定，故需要通过ICP-AES进行测定，此方法为化学分析方法，理论上可以测定所有化学元素的含量，技术上发展较为成熟，但相对于火花直读光谱检测来说，ICP-AES检测耗时长、效率低，无法满足生产过程中在线快速检测的需求。在实际检测中含钇(Y)钢材成分并非必须和本发明中原料的化学成分及含量完全相同，原料的化学成分及含量不同，对检测钇含量没有明显影响。采用本发明的方法可以快速检测钢材中Y的含量，达到生产线要求的快速分析检测的目的。并且不是破坏性试验，能够保持钢材的完整性。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。
实施例1
步骤一：样品制备
利用中频感应炉，通过改变稀土钇的添加量，炼制不同钇含量的钢锭，轧制成钢坯，共计冶炼标准样品8炉，试样编号分别为Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8。
操作步骤如下：
中频感应炉内坩埚为内置氧化镁坩埚，烘烤并用基体原料洗炉；通过配料计算确定基体原料和纯稀土钇的加入量，打磨原料、称料、将基体原料放入坩埚中，稀土纯Y放入料仓中，其中稀土钇纯度为99.9％，氧化镁坩埚化学成分如表1所示，基材化学成分如表2所示。
开启抽真空并缓慢升温，真空度保持在6.67×10-1Pa；观察基体原料熔化状态，全部熔化时间大约为70min；加入料仓中稀土，保温约2min，并进行电磁搅拌。电磁搅拌有利于温度、合金成分的均匀化，保证了标定试样的均匀性，确认熔清状态，浇注到相应的铸型中，钢锭脱模后进行锻打，并轧成厚度为30mm的钢板。
表1坩埚化学成分
化学成分 MgO SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
含量 ≥97.5 ≤0.70 ≤0.10 ≤1.10 ≤0.460
坩埚的选择对钢锭的制备有一定的影响，所以本发明选择氧化镁坩埚，降低坩埚对钢锭制备的影响。
表2基材化学成分
Figure BDA0003011811690000051
步骤二：均匀性测试
在步骤一所炼每块钢坯一个侧面对角线的1/4处且距侧面边缘1mm位置进行取样，每块标定试样取得4块规格为20mm*20mm*10mm的样品，如图1所示。并对试样进行编号。为了防止钢样表面氧化及污染等情况对数据准确性和精密度的影响，利用铣床对试样表面进行研磨，研磨材质的粒度为0.2mm。
本实验利用SPECTROLAB S火花直读仪进行标准样品均匀性测试，SPECTROLAB S火花直读仪工作条件：放电频率450Hz；氩气流量220L/h；环境温度25℃/光室温度20℃；湿度50-60％；吹扫时间1s；激发时间12s，另有4s预燃时间。利按照上述工作条件，用SPECTROLABS火花直读仪对试样上表面进行打点扫描，测定其强度比值，根据元素最小干扰原则，在仪器推荐的测定谱线中选择工作谱线，本试验选择的工作谱线为λY＝371.029nm。利用全谱火花直读光谱仪在试样上表面打点扫描，每个试样随机选一个侧面，打8个点，通过强度比的相对标准不确定度判断试样的均匀性，并在每组中选择一块均匀性最好的样品作为标准样品用于绘制标准分析曲线。步骤一种制备的8个钢板Z1～Z8，每个钢板进行均匀性检测的强度比值如表3所示。
表3均匀性试样强度比值
Figure BDA0003011811690000061
对每块标定试样上测定的8个点的数据进行考察，结合重复性试验数据标准不确定度(UA1)和相对标准不确定度(U(rel,A1))进行计算，查验数据的稳定性。相对标准不确定度(U(rel,A1))越小，说明数据差异性越小，稳定性越好，即证明均匀性越好。
通过重复性试验标准不确定度:
Figure BDA0003011811690000062
重复性试验的相对标准不确定度为:
Figure BDA0003011811690000063
其中：S：待测样品测定标准偏差；
N：单个样品测定次数；
Figure BDA0003011811690000064
待测样品测定的平均值。
测得的标定试样的数据以及数据重复性试验的标准不确定度(UA1)及相对标准不确定度(U(rel,A1))如下表3。通过表3中数据进行均匀性判定，可以看到相对标准偏差(RSD)均小于5％，符合在重复性和再现性条件下，两次测试结果之间的绝对值不超过概率为95％的要求。说明了每块标定试样的8个点的数据波动均较小，即证明所炼制的标定试样的均匀性较好，说明了标定试样是可取的。
相对标准不确定度(U(rel,A1))越接近1，说明数据稳定性越不好。表中相对标准不确定度(U(rel,A1))均小于1，数值均较小，再次验证了炼制的标定试样的均匀性较好。
步骤三：钢中钇含量ICP定值
通过步骤二均匀性测试，在Z1～Z8的每个钢板中分别取出4块试样，在4个试样中选择一个的均匀性最好的样品作为该编号钢板的标准样品，8个标准样品分别对应Z1～Z8，在标准样品的1/4处进行钻屑取样(取样时注意钻头温度不要过高)，取钢屑0.50g试样，加入25mL水—盐酸—硝酸(1：1：3)混合溶液缓缓加热至试料溶解完全，加5mL高氯酸，加热冒高氯酸冒烟，继续加热至试液体积剩余1mL～2mL。冷却，加20mL水，加5mL盐酸，微热溶解盐类，冷却至室温，此时试液清亮无杂物。所得标准溶液与Z1～Z8的钢板一一对应，标准溶液编号为X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8。
利用ICP-AES测定标准溶液中钇含量，取标准溶液对ICP-AES进行校准，在ICP-AES准确性与稳定性良好的情况下进行试样的测定。将上述所配标准溶液进行检测，得到Z1～Z8的钢样中钇的含量(X1对应Z1的钢样中钇的含量，依次类推)。通过ICP-AES测定得到钇含量如表4所示。
表4 ICP-AES测得标准溶液中钇的含量
标准溶液编号 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8
钇含量(wt/％) 0.0023 0.0024 0.012 0.01 0.021 0.042 0.062 0.075
步骤四：标准分析曲线的绘制
利用步骤二中筛查出的工作谱线分别激发每个标准样品，利用SPECTROLAB S火花直读仪对不同稀土钇含量的标准样品进行激发标定，在光谱仪中建立一个强度比与稀土钇含量对应的数据库，如表5所示，并对数据进行线性拟合形成稀土钇元素标准分析曲线(见图2)，实现标准谱线的精准定制。
钇的数学模型为：y＝1.94724*108x2+3.16856*107x+89329.93426
表5 SPECTROLAB S火花直读仪所测强度比值与稀土钇浓度对应关系
Figure BDA0003011811690000071
实施例2
取含钇钢，随机打取8个点，利用全谱火花直读光谱仪进行打点扫描。设置全谱火花直读光谱仪工作条件:放电频率400Hz；氩气流量220L/h；环境温度25℃/光室温度20℃；湿度50-60％；吹扫时间1s；激发时间12s另有4s预燃时间。利用花火直读光谱仪对试样表面进行打点扫描，得出强度比值，根据实施例1步骤四中所得标准分析曲线算出试样中的钇含量。
全谱火花直读光谱仪打点扫描测得强度比值为410040，带入钇的数学模型为：
y＝1.94724*108x2+3.16856*107x+89329.93426，得出钇含量为：0.00956％。
ICP-AES测定钇含量：采用上述含钇钢，在待测含钇钢试样的1/4处进行钻屑取样(取样时注意钻头温度不要过高)，取钢屑0.50g试样，加入25mL水—盐酸—硝酸(1：1：3)混合溶液缓缓加热至试料溶解完全，加5mL高氯酸，加热冒高氯酸冒烟，继续加热至试液体积剩余1mL～2mL。冷却，加20mL水，加5mL盐酸，微热溶解盐类，冷却至室温，此时试液清亮无杂物。利用ICP-AES测定待测试样溶液中钇含量，取标准溶液对ICP-AES进行校准，在ICP-AES准确性与稳定性良好的情况下进行试样的测定，得到待测钢样中钇含量为0.0087％。
实施例3
取含钇钢，随机打取8个点，利用全谱火花直读光谱仪进行打点扫描。设置全谱火花直读光谱仪工作条件:放电频率500Hz；氩气流量230L/h；环境温度25℃/光室温度20℃；湿度50-60％；吹扫时间1s；激发时间12s另有4s预燃时间。利用花火直读光谱仪对试样表面进行打点扫描，得出强度比值，根据实施例1步骤四中所得标准分析曲线算出试样中的钇含量。
全谱火花直读光谱仪打点扫描测得强度比值为265096，带入钇的标准分析曲线为：
y＝1.94724*108x2+3.16856*107x+89329.93426，得出钇含量为：0.00537％。
ICP-AES测定钇含量：采用上述钢材，在待测含钇钢试样的1/4处进行钻屑取样(取样时注意钻头温度不要过高)，取钢屑0.50g试样，加入25mL水—盐酸—硝酸(1：1：3)混合溶液缓缓加热至试料溶解完全，加5mL高氯酸，加热冒高氯酸冒烟，继续加热至试液体积剩余1mL～2mL。冷却，加20mL水，加5mL盐酸，微热溶解盐类，冷却至室温，此时试液清亮无杂物。利用ICP-AES测定待测试样溶液中钇含量，取标准溶液对ICP-AES进行校准，在ICP-AES准确性与稳定性良好的情况下进行试样的测定，得到待测钢样中钇含量为0.0053％。
实施例4
取含钇钢，随机打取8个点，利用全谱火花直读光谱仪进行打点扫描。设置全谱火花直读光谱仪工作条件:放电频率420Hz；氩气流量220L/h；环境温度25℃/光室温度20℃；湿度50-60％；吹扫时间1s；激发时间12s另有4s预燃时间。利用花火直读光谱仪对试样表面进行打点扫描，得出强度比值，根据实施例1步骤四中所得标准分析曲线算出试样中的钇含量。
全谱火花直读光谱仪打点扫描测得强度比值为707314，带入钇的标准分析曲线为：
y＝1.94724*108x2+3.16856*107x+89329.93426，得出钇含量为：0.0176％。
ICP-AES测定钇含量：采用上述钢材，在待测含钇钢试样的1/4处进行钻屑取样(取样时注意钻头温度不要过高)，取钢屑0.50g试样，加入25mL水—盐酸—硝酸(1：1：3)混合溶液缓缓加热至试料溶解完全，加5mL高氯酸，加热冒高氯酸冒烟，继续加热至试液体积剩余1mL～2mL。冷却，加20mL水，加5mL盐酸，微热溶解盐类，冷却至室温，此时试液清亮无杂物。利用ICP-AES测定待测试样溶液中钇含量，取标准溶液对ICP-AES进行校准，在ICP-AES准确性与稳定性良好的情况下进行试样的测定，得到待测钢样中钇含量为0.017％。
实施例5
取含钇钢，随机打取8个点，利用全谱火花直读光谱仪进行打点扫描。设置全谱火花直读光谱仪工作条件:放电频率440Hz；氩气流量230L/h；环境温度25℃/光室温度20℃；湿度50-60％；吹扫时间1s；激发时间12s另有4s预燃时间。利用花火直读光谱仪对试样表面进行打点扫描，得出强度比值，根据实施例1步骤四中所得标准分析曲线算出试样中的钇含量。
全谱火花直读光谱仪打点扫描测得强度比值为1065743，带入钇的标准分析曲线为：
y＝1.94724*108x2+3.16856*107x+89329.93426，得出钇含量为：0.0265％。
ICP-AES测定钇含量：采用上述钢材，在待测含钇钢试样的1/4处进行钻屑取样(取样时注意钻头温度不要过高)，取钢屑0.50g试样，加入25mL水—盐酸—硝酸(1：1：3)混合溶液缓缓加热至试料溶解完全，加5mL高氯酸，加热冒高氯酸冒烟，继续加热至试液体积剩余1mL～2mL。冷却，加20mL水，加5mL盐酸，微热溶解盐类，冷却至室温，此时试液清亮无杂物。利用ICP-AES测定待测试样溶液中钇含量，取标准溶液对ICP-AES进行校准，在ICP-AES准确性与稳定性良好的情况下进行试样的测定，得到待测钢样中钇含量为0.0274％。
实施例6
取含钇钢，随机打取8个点，利用全谱火花直读光谱仪进行打点扫描。设置全谱火花直读光谱仪工作条件:放电频率460Hz；氩气流量220L/h；环境温度25℃/光室温度20℃；湿度50-60％；吹扫时间1s；激发时间12s另有4s预燃时间。利用花火直读光谱仪对试样表面进行打点扫描，得出强度比值，根据实施例1步骤四中所得标准分析曲线算出试样中的钇含量。
全谱火花直读光谱仪打点扫描测得强度比值为2013699，带入钇的标准分析曲线为：
y＝1.94724*108x2+3.16856*107x+89329.93426，得出钇含量为：0.0471％。
ICP-AES测定钇含量：采用上述钢材，在待测含钇钢试样的1/4处进行钻屑取样(取样时注意钻头温度不要过高)，取钢屑0.50g试样，加入25mL水—盐酸—硝酸(1：1：3)混合溶液缓缓加热至试料溶解完全，加5mL高氯酸，加热冒高氯酸冒烟，继续加热至试液体积剩余1mL～2mL。冷却，加20mL水，加5mL盐酸，微热溶解盐类，冷却至室温，此时试液清亮无杂物。利用ICP-AES测定待测试样溶液中钇含量，取标准溶液对ICP-AES进行校准，在ICP-AES准确性与稳定性良好的情况下进行试样的测定，得到待测钢样中钇含量为0.045％。
实施例7
取含钇钢，随机打取8个点，利用全谱火花直读光谱仪进行打点扫描。设置全谱火花直读光谱仪工作条件:放电频率480Hz；氩气流量230L/h；环境温度25℃/光室温度20℃；湿度50-60％；吹扫时间1s；激发时间12s另有4s预燃时间。利用花火直读光谱仪对试样表面进行打点扫描，得出强度比值，根据实施例1步骤四中所得标准分析曲线算出试样中的钇含量。
全谱火花直读光谱仪打点扫描测得强度比值为2211772，带入钇的标准分析曲线为：
y＝1.94724*108x2+3.16856*107x+89329.93426，得出钇含量为：0.051％。
ICP-AES测定钇含量：采用上述钢材，在待测含钇钢试样的1/4处进行钻屑取样(取样时注意钻头温度不要过高)，取钢屑0.50g试样，加入25mL水—盐酸—硝酸(1：1：3)混合溶液缓缓加热至试料溶解完全，加5mL高氯酸，加热冒高氯酸冒烟，继续加热至试液体积剩余1mL～2mL。冷却，加20mL水，加5mL盐酸，微热溶解盐类，冷却至室温，此时试液清亮无杂物。利用ICP-AES测定待测试样溶液中钇含量，取标准溶液对ICP-AES进行校准，在ICP-AES准确性与稳定性良好的情况下进行试样的测定，得到待测钢样中钇含量为0.0492％。
实施例8
取含钇钢，随机打取8个点，利用全谱火花直读光谱仪进行打点扫描。设置全谱火花直读光谱仪工作条件:放电频率450Hz；氩气流量225L/h；环境温度25℃/光室温度20℃；湿度50-60％；吹扫时间1s；激发时间12s另有4s预燃时间。利用花火直读光谱仪对试样表面进行打点扫描，得出强度比值，根据实施例1步骤四中所得标准分析曲线算出试样中的钇含量。
全谱火花直读光谱仪打点扫描测得强度比值为389569，带入钇的标准分析曲线为：
y＝1.94724*108x2+3.16856*107x+89329.93426，得出钇含量为：0.00898％。
ICP-AES测定钇含量：采用上述钢材，在待测含钇钢试样的1/4处进行钻屑取样(取样时注意钻头温度不要过高)，取钢屑0.50g试样，加入25mL水—盐酸—硝酸(1：1：3)混合溶液缓缓加热至试料溶解完全，加5mL高氯酸，加热冒高氯酸冒烟，继续加热至试液体积剩余1mL～2mL。冷却，加20mL水，加5mL盐酸，微热溶解盐类，冷却至室温，此时试液清亮无杂物。利用ICP-AES测定待测试样溶液中钇含量，取标准溶液对ICP-AES进行校准，在ICP-AES准确性与稳定性良好的情况下进行试样的测定，得到待测钢样中钇含量为0.0091％。
对实施例2～实施例8中采用本发明的方法的测定值(火花直读测定值)与ICP测定方法的检测结果(ICP测定值)进行比较，所得结果见表6。
表6检测结果比较
Figure BDA0003011811690000111
由于目前对于钇元素含量的测定主要采用ICP测定法，但该方法检测钇元素含量的过程非常复杂，且需要对待测样品进行破坏性检测，检测时间较长。由表6可知，本发明的方法与ICP法相比，偏差值非常小，基本可以忽略不计。但本发明的检测方法无须对待测样品进行破坏，检测速度快。适合于推广应用。
试验例：不确定度试验
对实施例2～8的检测结果进行不确定度分析。
不确定主要分为两类，A类不确定和B类不确定度。通过对不确定度的计算来判定测定结果的影响因素。
1、测试结果带来的不确定度((U(rel,A1)))
重复性试验引入的标准不确定度及相对标准不确定度的计算参考公式(2.1)
Figure BDA0003011811690000112
表7 Y的重复性试验相对标准不确定度
Figure BDA0003011811690000121
由表7分析可知，由重复性试验计算的不确定度为0.0001。不确定度越小，说明测定的结果的偏差值越小，测试准确性越好，数值的使用价值越高。钇的不确定度只有0.0001，不确定度值都较小，说明测量结果质量好，可信赖度高。
2、钢基体带来的的不确定度(U(rel,B1))
已知钢中的各元素的含量是以铁基体作为内标，在检测过程中，标定试样和待测试样中的铁基体含量应当相同或基本一致,待测试样和标定试样中的铁基体含量的差异会给测量结果带来不确定度。通常，标定试样和待测试样间的铁基体含量相差不大于1％(根据经验得出铁基体含量每相差1％就会带来0.3的误差)，按均匀分布铁量差异引起的标准不确定度为:
根据测定含量分析，假设铁的平均浓度为98％,则
Figure BDA0003011811690000122
Figure BDA0003011811690000123
由此分析可知，钇的由钢基体带来的的不确定度均为0.0018。
3、合成不确定度的评定(Urel)
经过对测试结果带来的不确定度、标定谱线非线性带来的不确定度、钢基体带来的的不确定度判断了不同原因可能带来的不确定度，通过对合成不确定度的计算来判断整个实验测试结果。计算过程如下：
Figure BDA0003011811690000124
Figure BDA0003011811690000125
表9合成不确定度的评定
Figure BDA0003011811690000131
通过对A类和B类不确定度计算来判定测定结果。取95％的置信水平,则包含因子k＝2,则测试样品中：
钇U＝0.001804×2＝0.003608
(4)
通过上式可知钇的不确定为0.003608，即钇检测结果的波动范围是0.003608％。
在实施例中，通过ICP-AES法检测值与全谱火花直读光谱法所测值偏差值分别为0.00086、0.00007、0.0006，偏差率均小于钇的不确定度(0.003608)，故可得出全谱火花直读光谱法所测值的准确度较好，符合检测要求。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用全谱火花直读光谱法快速测定钢中钇含量的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过改变稀土钇的添加量，炼制不同钇含量的钢锭，轧制成钢坯；
(2)在步骤(1)得到的每块钢坯的一个截面上取若干样品并进行表面处理，根据元素最小干扰原则选择全谱火花直读光谱仪的最佳工作谱线，利用最佳工作谱线对样品进行均匀性检测，并选取出均匀性最好的样品作为标准样品；
(3)在步骤(2)中得到的标准样品上进行钻屑取样，并配制成标准溶液，利用ICP-AES对标准溶液中的钇含量进行标定；
(4)利用步骤(2)中得到的标准样品进行激发标定得到强度比，建立强度比与步骤(3)得到的钇含量的对应关系，绘制稀土钇元素标准分析曲线；对标准分析曲线进行拟合，得到钇的数学模型，利用稀土钇元素标准分析曲线对未知稀土钇含量的钢进行检测。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钢坯由以下方法制备：
S01.中频感应炉内置氧化镁坩埚，烘烤并用基体原料洗炉；通过配料计算确定基体原料和稀土钇的加入量，打磨原料、称料、将基体原料放入氧化镁坩埚中；
S02.开启抽真空并缓慢升温，真空度保持在6.67×10-1Pa；当基体原料全部熔化后加入稀土钇并保温，并进行电磁搅拌，熔融后浇注到铸型中，脱模后进行锻打，并轧成厚度为30mm的钢坯。
3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，步骤S01中，所述稀土钇的纯度为99.9％。
4.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，步骤S01中，所述基体原料由以下质量分数的化学成分组成：
C 0.09％，Mn 1.34％，S 0.006％，P 0.021％，Si 0.2％，Als 0.027％，N 0.0044％，Nb0.029％，Ca 0.0013％，Ti 0.011％，Sn 0.0044％，余量为Fe。
5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤(2)中，按照GB/T20066-2006中规定的方法进行取样，取样后对样品的表面进行研磨，研磨材质的粒度为0.124～0.25mm。
6.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤(2)中，所述全谱火花直读仪的工作条件为：放电频率400-500Hz；氩气流量220-230L/h；环境温度25℃/光室温度20℃；湿度50-60％；吹扫时间1s；激发时间12s，另有4s预燃时间。
7.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤(2)中，所述均匀性检测为：利用全谱火花直读光谱仪在样品的表面打点扫描，每个样品打8个点，通过强度比的相对标准不确定度判断试样的均匀性匀性。
8.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤(2)中，所述最佳工作谱线为λY＝371.029nm。
9.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤(3)中，所述标准溶液由以下方法制备：
A1.取钢屑0.50g，加入20mL密度为1.19g/mL的盐酸溶液，待钢屑完全溶解，加5滴密度为1.67g/mL高氯酸，加热至高氯酸冒烟完全，继续加热至试液体积剩余1～2mL；
A2.试液冷却进行稀释定容，混匀后静置至试液清亮无杂物，得到标准溶液。
10.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤(4)中，所述数学模型为：y＝1.94724*108x2+3.16856*107x+89329.93426，其中：x为元素含量；y为强度比。
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