鋼鐵材料化學分析中數據誤差的因素

尹 芳

（內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司化檢驗中心，內蒙古 包頭 014010）

鋼鐵材料化學分析要求通常較為嚴謹，一點馬虎都會引發難以估量的不良后果，這就要求在鋼鐵材料化學分析中必須保證所得數據的精確度。以促進鋼鐵行業在新產品、新工藝研發和應用發展。

1 試樣因素

1.1 試樣制備

1）取樣位置。在對鋼鐵材料進行化學分析前，必須選擇具有代表性的樣品，否則就失去了化學分析的意義。如，當鋼鐵材料為焊屏試件時，樣屑的選擇必須不得直接接觸過渡層和基材，否則將對分析結果的準確性造成不良影響。此外，在試件堆焊時，一定要嚴格控制其厚度，與有關規范要求保持一致，若厚度不達標，則基材的化學成分就會深入到堆焊層內，鋼材的含碳量也會隨之降低，并低于標準水平，并給鋼鐵材料的化學分析結果的準確性造成不利影響[1]。

2）取樣方式。在鋼鐵材料取樣過程中，要根據鋼材的特點采取不同的取樣方式，由此可見，取樣方式對分析結果也有著至關重要的影響。如，在H10Mn2埋弧焊絲的最下直徑為0.02 mm，鑒于其樣品特點，在取樣過程中就必須和車間相配合，先獲得焊螺絲，然后再按照規定科學取樣，因為一旦采用了錯誤的取樣方式，就會造成分析結果中錳和硅含量與其真實含量間的差異。在分析嘗試中發現，若先堆焊再取樣，則分析結果中的錳含量會比真實含量低，達不到要求標準1.50%～1.90%，相關硅的含量也會比其實際含量要高很多，遠遠高于標準≤0.070%的要求[2]。造成這也結果分析誤差的因素就在于焊接條件把控的不到位，及焊劑中的化學成分不均引起的。在這種條件下分析得出的數據結果往往是錯誤的。

根據現行規范標準，一般的工業分析中，待測組分含量與公差范圍的關系如表1 所示。

表1 待測組分質量分數與公差范圍的關系 %

1.2 試樣分解

對試樣進行分解，主要是為了讓被測組分都進入分析狀態。為確保分析數據的準確度，要求在熔樣過程中，必須對熔樣的酸度、溫度和時間進行嚴格控制。舉例說明，當采用亞硝酸鈉—亞砷酸鈉容量法測定鋼中的錳、過硫酸氨氧化—銀鹽容量法測定鋼中的鉻時，一些試樣中的碳化物不易被破壞掉，其含量也相對高一些，因此，在檢測中，雖然試樣被溶解了，但溶解所得的溶液是渾濁的（含有16Cr2MolE、15CrMo 等材料），當溶液出現這種現象時，為提升數據分析的準確性，應采取延長熔樣時間的方法加以處理，至溶液中冒出三氧化硫白煙、溶液變清澈。如果在鋼材料中磷分析過程中，如含有鉬、鎢元素時，則需把渾濁的溶液進行過濾處理，否則會造成分析結果高于標準要求，同樣會引起數據偏差問題。

在試樣稱取過程中，還應仔細挑選，減少人為破壞、環境影響等因素，盡可能減少試樣中的雜質含量。光度法測定合金鋼中錳的分析方法時，若稱樣量較少且試樣中含有雜質，分析結果則會嚴重失實[3]。根據筆者的工作經驗，在對合金鋼中進行硅元素的分析過程中，試樣必須精挑細選，其中細而薄的樣屑是最佳選擇，如選擇厚試樣進行溶解，雖可通過延長溶解時間來實現試樣溶解的目的，但其所得分析結果會低于實際值，同樣會造成數據誤差。

2 分析器具和試劑的因素

2.1 分析器具因素

在化學分析中，分析器具必須確保性能完好，經校準和校訂無誤后方可投入到分析工作中去，因為一旦存在不合理之處或設備故障，就極易造成分析結果批量的系統偏差。如，在光度法過程中，光學玻璃比色皿的應用之前必須做好校對工作；而在鋼材中分析鈮含量時，用液中的含氟化物會隨著時間的推移而對樣品進行腐蝕，極易給實驗結果帶來不利影響，為避免出現數據誤差，在實際操作中，必須定期更換比色皿。因此，在化學分析中，最好將鈮用標樣和試樣兩者進行同步分析，以提升分析數據的準確性。

2.2 試劑因素

分析試劑的質量和分析結果也有相輔相成的聯系。在分析工作中，如純抗壞血酸出現質量問題，當分析材料為生鐵中的磷含量時，最好選用鉍鹽來催化一抗壞血酸還原法，其中顯色液會發生系列變化，而在分析實踐中卻發現：由于生鐵中磷的含量是有差異的，因而在采用該法測試時，顯色液的顏色變化并不明顯，吸光度的差別也不大[4]。不同的是，當采用該方法分析其他金屬元素時，并沒出現過類似的現象：在采用純無水乙醇試劑對其中的磷含量進行化學分析的過程中，會有顯色異常，特別是在夏天的室內，因溫度過高更易出現這種問題，應加以重視。

3 分析方法因素

在鋼鐵材料的化學分析中，操作是比較簡單的，但在相關的操作規程中還有一些注意事項是沒有提到的，只有操作者能敏銳地捕捉和領悟到顏色變化，才能有效減少測量誤差。例如，在鋼中鉻含量的分析中，通常會選用銀鹽催化—過硫酸氨氧化法，在部分碳素鋼內會有鉻的殘留，經氧化處理后溶液的顏色會變白，當朝白色溶液中滴入鉻指示劑后，通常不呈現櫻紅色，此時切莫急于將溶液處理掉，只需再滴入一滴標準亞鐵溶液，櫻紅色就出現了，在持續滴入后，鋼材中殘存的鉻的數據。

在工作當中，一些操作者會在判斷鉻含量時，會選用錳的滴定結果，這種操作造成的數據失誤曾有發生。主要是因為w（Cr）在0.10%～0.40%時，滴定后溶液并不會有明顯變化，也不會看到鉻元素的出現。此外，在利用鉬藍光度法測定硅含量時，應同步加入硫酸亞鐵和草酸，這些混合液體經化學還原反應后會生成鉬藍，這種分析方法也會造成數據誤差，特別是在爐前分析中，更應慎用。

在光譜分析過程中，實驗環境和儀器條件都會給數據分析結果的準確性造成一定影響。當鋼材中需要對碳、硫和磷元素進行分析時，因鋼材和管件等均對硫、磷等含量有嚴格要求，因此在分析中也必須確保數據的準確性，因無最低數值限制，遂易產生結果誤報問題，數值不準問題時有發生。經過筆者的工作總結發現：要提高分析數據結果的準確性，在判斷的過程中最好選用化學分析對照法，以確保數據和期數值的精確度。

4 結語

化學分析作為一項實驗技術，數據分析結果的作用是非常重要的。要在鋼鐵材料化學分析中要得出準確的分析結果，就要了解所有可能引起數據誤差的各項因素，嚴格把控對每一道操作工序，方可得出相對準確的數據。