直讀光譜法測定海洋結構用鋼中的鋯

曹愛青

（濟鋼集團有限公司，濟南250101）

0 前言

海洋結構用鋼是用在海洋平臺上的特殊用鋼，是在海洋上進行作業的特殊場所用鋼。一般海洋平臺的服役期要比船舶類長50%，因此采用的鋼板必須具有高強度、高韌性、抗疲勞、抗層狀撕裂、良好的焊接性及耐海水腐蝕等。而鋼中各成分對鋼的性能都會產生一定的影響，因此，對鋼中各成分的含量要求也就顯得尤為重要。

元素鋯作為鋼中的一種合金元素，大多都是從原材料中帶入，而非有意加入。經過各工藝環節處理后作為殘余元素留在鋼中。它可以碎化鋼中的硫化物，控制硫化物的形態細化鋼的晶粒組成，提高橫向沖擊韌性，加強鋼的強度和硬度，鋼中只要加入千分之一的鋯，硬度和強度就會驚人的提高，然而基于海洋結構用鋼的特殊性，鋼中鋯的含量需要嚴格控制。因此為保證鋼材性能不受影響，需要對該殘余元素進行檢測。目前鋯元素的檢測大多都是通過傳統的化學分析法、電感耦合等離子體原子發射光譜法進行測定［1］，用直讀光譜法測定還較少見報道。

火花源原子發射光譜分析則是將制備好的塊狀樣品作為一個電極，用光源發生器使樣品與對電極之間激發發光，并將該光束引入分光室，通過色散元件將光譜分解后，對選定的內標線和分析線的強度進行測量，根據標準樣品制作的校準工作曲線，求出分析樣品中待測元素的含量［2－4］。本文通過大量的條件實驗，用直讀發射光譜法確定了實驗條件，取得了滿意的結果，滿足了現代煉鋼生產及新產品開發的要求。

1 實驗部分

1.1 主要儀器

ARL4460型直讀光譜儀（美國賽默飛世爾公司）；CZA－4A型氬氣凈化器（中科院成都化學所）；PAL－MIL銑床；盤式磨樣機；高速試樣切割機。

1.2 工作條件

樣品分析所需氬氣氛圍（純度＞99.996%）；鋯元素的分析線：349.62nm；塊狀鋼樣作上電極，鎢電極作對電極，樣品與電極的分析間隙：3mm。

1.3 樣品制備

樣品制備應嚴格控制，分析樣品應均勻，無縮孔和裂紋。通常要求分析樣品的直徑大于16mm，厚度大于2mm，樣品經制備后，應保證樣品表面平整、潔凈無污染。標準樣品與分析樣品應在同一條件下制備，且不能過熱，否則將影響結果的準確度。

2 儀器準備

2.1 建立分析程序，確定分析條件

得工作曲線發生平移，采用曲線平移法消除Ni元素的影響，與系統中相應的標準樣品共同重新繪制擬合工作曲線，如圖1。

表1 分析條件Table 1 Analysis conditions

圖1 鋯的工作曲線Figure 1 Working curve of zirconium.

基于鐵基分析程序，建立海洋結構用鋼的分析程序，通過條件實驗確立最佳分析條件，如表1。

2.2 繪制工作曲線

選取相應的標準樣品，將其添加到標準樣品庫中，分析其強度，分析中發現Ni元素對其有干擾，使

2.3 分析程序校準

按照鋯的含量，在該程序標準樣品庫中分別選取高、低含量的樣品2～3塊為高、低標標準樣品，作為日常校準設備的標準化樣品，定期對該分析程序進行標準化校正。

選取與待測樣品性質相近且含量相近的標準樣品，建立類型標準化程序，根據工作需要，即時校準工作曲線，提高分析結果準確度。

3 結果與討論

3.1 精密度實驗

取待測海洋結構用鋼兩塊，分別連續測定7次，統計結果如表2。

表2 方法精密度實驗Table 2 Precision tests of this method ／%

由表2精密度實驗結果可以看出，該方法的精密度高，相對標準偏差低，能達到GB4336／T—2002的要求［5］，可滿足日常檢測的需求。

3.2 準確度實驗

取兩塊標準樣品，平行分析11次后取平均值，并與標準值進行對照，結果如表3。

表3 方法準確度實驗Table 3 Accuracy test of this method／%

由表3的準確度實驗結果可以看出，標準樣品的測試結果與標準值相吻合。

3.3 方法對照實驗

為適應并滿足生產部門的生產需求，共抽取有代表性的5批海洋結構用鋼進行了實驗，并與化學分析法進行了對比，實驗對比結果如表4。

表4 試樣分析結果對照表Table 4 Comparision of analysis results／%

由表4數據可以看出直讀光譜法測定試樣的測定值與化學法的測定值相吻合，說明直讀光譜法的分析結果是準確可靠的。

3.4 長期結果穩定性實驗

利用均值－極差控制圖控制方式，在一段時間內使用該分析程序分析同一樣品中鋯的含量，并將數據進行統計分析，繪制出均值－極差控制圖，如圖2。

圖2 均值－極差控制圖Figure 2Rcontrol chart.

根據控制圖的判異準則，可判斷此均值－極差控制圖是可用的，在此時間段內的分析結果是準確可靠并可控的。

4 結論

通過以上方法的研究，經過實驗數據的分析，表明本方法的精密度和準確度均能達到要求，測定結果的重復性可控制在國家標準GB／T 4336—2002規定的范圍之內。經過標準樣品的結果驗證以及待測試樣的光譜分析方法與化學分析方法實驗結果的比較，可以證明該方法完全可以滿足生產及新品開發的要求。在不增加任何新設備的情況下，完全能夠滿足海洋結構用鋼中鋯含量的測定。與傳統的化學方法相比較，不僅具有操作簡便、快速、準確，而且消除人為誤差，使分析結果更加客觀公正，對于指導生產具有重要意義。

［1］鮑葉琳，劉鵬宇 .電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP－AES）測定稀土鎂合金中鋯［J］.中國無機分析化學，2013，3（Z1）：83－85.

［2］粟智，任斌，易紅 .光電直讀光譜分析中不同材質最佳分析參數選取方法的探討［J］.光譜實驗室，1995，12（3）：44－50.

［3］張文華，王彥東，吳冬梅，等 .交流電弧直讀光譜法快速測定地球化學樣品中的銀、錫、硼、鉬、鉛［J］.中國無機分析化學，2013，3（4）：16－19，26.

［4］駱有健，錢慶長 .火花源直讀光譜儀測定陽極銅中19種雜質元素［J］.中國無機分析化學，2012，2（4）：53－55.

［5］國家標準化委員會 .GB／T 4336—2002碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發射光譜分析方法（常規法）［S］.北京：中國標準出版社，2002.