品種鋼中痕量元素硼的分析方法研究

石連霞+等

摘 要：硼作為一種微量合金元素，在鋼中主要以固溶體的形式存在。在鋼中加入極少量的硼元素（w（B）=0.000 5%～0.005 0%），對提高鋼淬透性效果十分明顯，可以達到一般合金元素的幾百倍，因此，可以用微量硼元素來取代之前大量的合金元素，進而降低生產成本。由于化驗室現有的分析條件難以保障硼含量分析的準確度，所以，可以采用直讀光譜測定鋼中痕量元素硼分析方法進行相關研究，其效果非常明顯。

關鍵詞：潔凈鋼；硼元素；準確度；直讀光譜

中圖分類號：TG142.15 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.081

隨著公司產品朝著高端化的方向發展，人們越來越重視潔凈鋼的生產，對鋼中痕量元素分析的準確性要求也越來越高，不再將其作為簡單、粗略的參考元素，而是力求分析的精確度和準確度達到較高的標準。但是，由于鋼中硼含量較低，其產生的光譜信號很容易受到干擾。通過規范制樣過程和改進分析設備軟硬件等試驗，明顯提高了利用直讀光譜分析痕量元素硼的能力，有效指導煉鋼生產，為提高鋼產品質量提供了切實的保障。

1 規范制樣過程

1.1 規范試樣制備

受條件的限制，現在的樣品不能全部實現自動銑樣機銑樣。制樣分為研磨機磨制和銑樣機銑制2種，在加工乒乓球拍型生產試樣時，應該采用人工操作研磨機的方式，表面加工必須采用專用碳化硅砂輪，切砂輪粒度應符合60～80目的要求。加工好的試樣表面禁止直接用手摸，更不能與脂類物質接觸，而且試樣中杜絕出現夾雜、沙眼、疏松、裂紋、縮孔和毛刺等問題，同時，試樣的金相組織必須達到GB/T 6829—92標準中的1～2級的要求。只有這樣，才能保證分析結果的正確性。

1.2 更換砂紙和投用銑樣機

及時更換碳化硅砂紙，保證樣品表面的平整度。另外，在測定痕量元素硼時，要避免高含量樣品和低含量樣品在同一磨盤磨制，以防樣品之間交叉污染影響痕量元素分析的準確性。銑樣機銑制的樣品不會引入待測痕量元素雜質，大大提高了分析的準確性。尤其在分析超低含量硼元素時，銑樣機銑樣適用于在線生產，它的應用能夠有效提高分析的精密度和準確度。

2 改進分析設備軟硬件

2.1 設備硬件方面

PDA-7000直讀光譜儀分析常規生產樣品采用30°錐角電極，但是，在測定痕量元素時，分析結果忽高忽低，數據不穩定，所以，它不能用于在線生產質量控制。通過試驗發現，因為電極角度小，樣品激發時間長，使得錐角積灰嚴重，錐角稍微變化就會影響樣品分析的準確度，使其發生變化。為了提高樣品的靈敏度和穩定性，如果需要分析生產的品種鋼的超低含量元素時，要更換60°錐角電極，增大電極的錐度和比表面積，這樣就能減少灰塵的堆積，提高痕量元素分析結果的準確度。

2.2 設備軟件方面

脈沖分布分析法就是采用積分的方式處理所有的脈沖波發光強度值，將其中異常的分量去除。這種方法適用于鋼中痕量元素分析，有助于鋼中夾雜物定量和粒徑分析。同時，脈沖分布分析法還能夠區分固溶元素和非固溶元素，并通過火花放電光強度的頻率分布變化來獲取它的中位數強度。儀器根據這個頻數分布情況處理相關數據，從而獲得較為準確的痕量元素分析數據。

2.3 制作痕量元素專用曲線

工作曲線也是影響分析準確度的重要因素——待測元素含量偏低時，信號分布在曲線的最下端，稍微的曲線飄逸就無法校正回來，便會直接影響分析結果，而且高低標樣品也不適用于超低含量元素的再校準。因此，需重新制作痕量元素專用曲線，用于痕量元素的質量控制。為此，技術人員在中低合金鋼曲線的基礎上刪除了制作痕量元素曲線用的標準樣品，使用相應的痕量元素標樣通過調整待測元素的衰減值、放大檢測信號、消除譜線重疊干擾重新制作一條含量在0%～0.005 0%的超低含量元素專用曲線。同時，要調整待測元素的高低標樣品，這樣在中低合金鋼曲線下就可以測定全部元素含量，痕量元素不需單獨測定，有效地節約了分析時間和分析成本，提高了分析效率和分析準確率。

2.4 選擇合適的硼元素干擾校正方法

2.4.1 試驗方法

對光譜標樣進行一系列的激發燃燒，之后以鐵譜作為內標線，將得到的各元素光強值與內標線的光強值作比，將獲得的相對光強值帶入方程中，即：

Y=Ax2+Bx+C. （1）

用最小二乘法擬合，繪制出校正后的工作曲線進行元素干擾校正。

為了確定硼的干擾元素，應選擇與硼含量相同而干擾元素含量不同的光譜樣塊。通過激發樣塊得到分析值，構建坐標系，橫坐標為干擾元素含量，縱坐標為分析值和標注值的差值，只有當二者存在線性關系時，才能證明干擾元素對硼有干擾。試驗證明，磷、鎳對硼有干擾作用。在制備工作曲線時，校正這2種元素的干擾可以有效提高分析結果的準確性。

2.4.2 干擾校正方法及實驗結果

從現有的中低合金鋼光譜標樣中選出一定數量的樣塊，樣塊的硼含量控制在0.000 1%～0.004 4%之間。通過激發燃燒這些光譜標樣來獲得光強值和濃度計算值。以B的光強值為橫坐標、校正前后的濃度為縱座標，分別畫出工作曲線。通過干擾校正后的工作曲線，在擬合程度方面有了明顯的提高，有助于分析工作的順利進行。

3 實施效果

改善了取制樣方法后，嚴格取制樣過程，優化分析條件，改變了部分軟硬件功能，大大提高了品種鋼中超低元素含量硼的測定準確度，滿足了試煉方案中B波動0.000 8%～0.005 0%的要求，能夠有效指導含硼鋼SAE1008B、HRB500N-ZT-2、H08AB、SS540等鋼種的冶煉。經過此次研究，品種鋼中痕量元素硼的測定水平邁上了一個新的臺階，為以后鋼中其他微量元素的準確測定提供了很好的借鑒，同時，也為潔凈鋼的生產打下了堅實的基礎，值得推廣和應用。

參考文獻

[1]彭劍.鋼中硼硫磷測定的研究[D].南寧：廣西大學，2007.

[2]彭劍，陸建平，王益林，等.分光光度法與火焰原子吸收光譜法測定鋼中硼的比較[J].理化檢驗（化學分冊），2009（01）.

[3]陸建平，彭劍.火焰原子吸收光譜法間接測定鋼中硼量[J].理化檢驗（化學分冊），2008（12）.

〔編輯：白潔〕

Study on Analysis Method of Trace Element Boron in Steel

Shi Lianxia， Yao Lin， Zhang Jinhong， Zhan Juan

Abstract： As a kind of trace element， boron exists in the form of solid solution in the steel. Adding a very small amount of boron in steel（w （B）= 0.005 0% ～ 0.000 5%）， it is obvious that the effect of improving the steel quenching effect is obvious， and it can reach several hundred times of the ordinary alloy elements. Therefore， we can replace a large amount of alloy elements with trace boron， which can reduce the cost of production. Due to the laboratory existing condition analysis is difficult to guarantee the accuracy of the boron content analysis， so that we can analysis method research for determination of Trace Boron in steel by direct reading spectrometry. The effect is very obvious.

Key words： clean steel； boron element； accuracy； direct reading spectrometer