鋼鐵材料化學(xué)分析中數(shù)據(jù)誤差的影響因素

雙瑞前

（山西大同大學(xué)，山西大同 037009）

1 概述

改革開放以來，國內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定快速發(fā)展，其中鋼鐵產(chǎn)業(yè)作為衡量一個(gè)國家制造業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志的重要產(chǎn)業(yè)，它在推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面所發(fā)揮的重要作用是無可替代的。鋼鐵產(chǎn)業(yè)不僅僅是我國工業(yè)化改革進(jìn)程中的一個(gè)基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，同時(shí)它也是能源、資金、資源、高精尖技術(shù)的密集型產(chǎn)業(yè)。目前來講，我國正處于并長期處于發(fā)展中國家，在這一階段的社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展中對于鋼鐵材料的需求量十分巨大，需求端反作用于供應(yīng)端，我國的鋼鐵產(chǎn)量也在逐年攀升。鋼鐵材料化學(xué)分析步驟在該領(lǐng)域的制造和生產(chǎn)過程中是一項(xiàng)十分重要工作，它對于鋼鐵行業(yè)的新型生產(chǎn)工藝和高新產(chǎn)品的研發(fā)有著非常重大的影響。正因?yàn)檫@樣，為確保鋼鐵材料在化學(xué)理論分析層面的正確性，盡可能地減少和避免因數(shù)據(jù)不準(zhǔn)而引起的誤差，對于鋼鐵化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著不可替代的重大意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 在試樣制備階段可能產(chǎn)生誤差的影響因素

鋼鐵材料化學(xué)分析的基礎(chǔ)條件是對具有代表性樣品的選擇。例如在焊屏試件鋼鐵材料中，應(yīng)當(dāng)慎重進(jìn)行樣屑的選擇，注意不能直接與基材或過渡層接觸，否則將會造成分析結(jié)果不準(zhǔn)確的情況。在試件堆焊過程中，對于厚度參數(shù)需要嚴(yán)格控制，確保符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。如果所選用的焊接厚度不符合要求，那么一旦基材當(dāng)中的某些化學(xué)成分進(jìn)入了堆焊層，可能直接導(dǎo)致鋼材當(dāng)中的含碳量降低，不符合國家要求的標(biāo)準(zhǔn)水平。上述情況也將會導(dǎo)致在對鋼鐵材料進(jìn)行化學(xué)分析時(shí)所得的結(jié)果發(fā)生不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。另外，鋼鐵材料的取樣對于分析結(jié)果也有著十分重要的影響，不同的材料取樣方式也有很大差異，在對材料進(jìn)行取樣時(shí)選擇要考慮到材料樣本的自身特點(diǎn)。例如，H10Mn2埋弧焊絲，其焊絲的最小直徑在0.02mm，考慮到該樣品的特點(diǎn)，在進(jìn)行取樣操作時(shí)要和生產(chǎn)車間配合密切，在選取合適的焊絲以后，根據(jù)科學(xué)規(guī)范的規(guī)程要求對焊絲進(jìn)行取樣。如果在取樣過程中操作失誤，那么，針對上述樣品的化學(xué)分析結(jié)果中Mn、Si等元素的含量就出現(xiàn)偏離原始材料的現(xiàn)象，進(jìn)而引起不必要的誤差。我們通過分析和研究發(fā)現(xiàn)，若在完成了堆焊操作以后再進(jìn)行取樣，那么所得的結(jié)果中Mn元素的含量就會有一定程度的下降，達(dá)不到1.50%～1.90%的要求。而Si元素的含量則會出現(xiàn)較實(shí)際情況偏高的情況，超出規(guī)定的0.070%以下的標(biāo)準(zhǔn)。在焊接過程中，所使用的助焊劑化學(xué)成分分布不均勻，焊接時(shí)，焊接的條件沒有進(jìn)行嚴(yán)格把控等因素都可能會對最終的結(jié)果產(chǎn)生一些影響。

3 在試樣分解階段可能產(chǎn)生誤差的影響因素

鋼鐵材料化學(xué)分析中對試樣的分解操作，目的是確保被測組分都能夠進(jìn)入分析狀態(tài)。在熔樣操作中，為了保證分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，需要嚴(yán)格控制熔樣的時(shí)間、溫度、酸度等條件。例如，對鋼鐵材料中鉻的分析采用過硫酸銨氧化-銀鹽滴定法，對鋼錳的分析采用亞硝酸鈉-亞砷酸鈉滴定法，由于試樣當(dāng)中碳化物不容易破壞分解，含量會相對較高。在對樣品進(jìn)行檢測的過程中將所制備的試樣在試劑中溶解以后會得到一種渾濁的溶解溶液，其中一般含有許多雜質(zhì)。鑒于上述情況，在分解過程中為了確保所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要把將溶解樣品的時(shí)間適當(dāng)加長，直到溶液中產(chǎn)生白色煙狀三氧化硫，同時(shí)溶液總體由渾濁變得清澈。除此之外，當(dāng)想要分析鋼鐵樣品中的P元素含量時(shí)，如果含有W、Mo等金屬元素時(shí)，應(yīng)當(dāng)對所得的渾濁溶液進(jìn)行過濾處理，如果不進(jìn)行過濾處理那么將會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)分析得出的結(jié)果比標(biāo)準(zhǔn)要求要高的情況，從而導(dǎo)致了所得結(jié)果和實(shí)際情況產(chǎn)生偏差。除此之外，在試樣的稱取時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)當(dāng)對材料進(jìn)行精挑細(xì)選，避免由于環(huán)境的不同或者人的主觀意識等可控因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。例如在對鋼鐵材料中的Mn元素進(jìn)行測定時(shí)，采用光度法進(jìn)行測量時(shí)，若所選用材料的用量過少，加之試樣中不可避免地含有許多雜質(zhì)成分，這也會影響該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。比如，在對鋼鐵材料中的Si元素的含量進(jìn)行測定時(shí)，需要實(shí)驗(yàn)人員仔細(xì)挑選合適的試樣，盡量選取細(xì)而且薄的樣屑分析。如果選擇了較厚的試樣，雖然通過加長溶解的時(shí)間可以保證試樣的充分溶解，但是這樣一來，所得的分析結(jié)果較實(shí)際值將會產(chǎn)生偏低的現(xiàn)象，為結(jié)果的分析帶來了一定的誤差。

4 在器具及試劑選用方面可能產(chǎn)生誤差的影響因素

鋼鐵材料化學(xué)分析同其他學(xué)科的分析一樣在實(shí)驗(yàn)過程中要求使用性能完好的分析器具，經(jīng)過嚴(yán)格的校準(zhǔn)及鑒定確定無誤之后，研究人員方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如果在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)分析器具存在設(shè)備故障或狀態(tài)指示異常的突發(fā)情況，將直接導(dǎo)致分析結(jié)果作廢的情況。例如應(yīng)用光度法分析時(shí)，應(yīng)用光學(xué)玻璃比色皿之前，需要認(rèn)真校對。分析鋼鐵材料中含量的過程中，隨著時(shí)間的進(jìn)展，溶液中含氟化物會腐蝕樣品，從而造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差的情況。因此在實(shí)際操作中，需要對比色皿定期更換，以避免此類誤差的發(fā)生。例如在化學(xué)分析過程中，可以同步開展標(biāo)樣及試樣同步分析，保證分析結(jié)果準(zhǔn)確無誤。鋼鐵材料化學(xué)分析結(jié)果也會受到分析試劑的影響。例如，在實(shí)際的操作過程中如果所使用的純抗壞血酸發(fā)生了質(zhì)量問題，在對生鐵材料當(dāng)中的P元素含量測定實(shí)驗(yàn)中，使用鉍鹽催化-抗壞血酸還原法，顯色液將會出現(xiàn)諸多的變化。在實(shí)際分析的過程中不難看出，因?yàn)樯F中P元素含量有很多差異，因此如果正在這種方法進(jìn)行含量的分析檢測，其顯色液的顏色變化可能不會十分明顯，材料的吸光度也很難體現(xiàn)出較大的差異。但是對其他的金屬元素使用同種方法進(jìn)行含量檢測時(shí)，并沒有發(fā)生相似的上述現(xiàn)象。除此之外，當(dāng)采用純凈無水乙醇試劑檢測法對P元素進(jìn)行含量檢測時(shí)，可能出現(xiàn)顯色異常的情況。當(dāng)夏季時(shí)，室內(nèi)溫度較高環(huán)境下，這種顯色異常的問題發(fā)生的概率更大，這也會對實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析帶來一定的誤差影響。

5 鋼鐵材料化學(xué)分析中數(shù)據(jù)誤差的分析方法因素

在大部分的鋼鐵材料化學(xué)分析過程，其實(shí)驗(yàn)操作的過程相對而言較為簡單，但是在實(shí)際的操作過程中，一些需要操作者格外注意的問題，目前并沒有被相關(guān)學(xué)者明確地提出。因此，這就對在分析過程中的操作人員的經(jīng)驗(yàn)提出了更高的要求，操作者必須能對溶液中細(xì)微的顏色變化給予充分重視和恰當(dāng)理解，從而在一定程度上降低了在結(jié)果分析階段誤差的產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。例如，在對鋼鐵材料中Cr元素含量進(jìn)行測定時(shí)，往往使用銀鹽催化-過硫酸銨氧化法，但是在一部分碳素鋼中，會在生產(chǎn)的過程中殘留有少量鉻的成分，雖然少量，但是不可忽視，經(jīng)過氧化處理之后，溶解液的顏色整體呈現(xiàn)出白色。如果此時(shí)把鉻元素指示劑滴加到前述白色溶解液中，一般情況下，并不能立刻出現(xiàn)由櫻紅色的改變。但是這時(shí)不要著急去處理溶解液，而只需要再滴加一滴標(biāo)準(zhǔn)亞鐵溶液，溶解液中就可以很快出現(xiàn)櫻紅色。在持續(xù)滴入之后，即可獲取鋼鐵材料樣品中殘存Cr元素的相關(guān)測定結(jié)果。在實(shí)際的操作過程中還有一些操作者，可能會通過Mn元素的滴定結(jié)果來判定Cr元素的含量，在這種情況下，結(jié)合現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，將會使分析結(jié)果產(chǎn)生一定的誤差。出現(xiàn)這種其情況的原因主要是在鉻元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%～0.40%的情況下，使用該溶液進(jìn)行滴定在整個(gè)過程中不會有明顯的變化發(fā)生，而且也不會出現(xiàn)與Cr元素的相關(guān)化學(xué)表現(xiàn)。另外，在對材料中的Si元素含量的測定中，使用鉬元素藍(lán)光度法進(jìn)行檢測，具體做法是將草酸、硫酸亞鐵溶液同步加入進(jìn)去，當(dāng)混合液體產(chǎn)生化學(xué)還原反應(yīng)以后，溶液中將會有鉬藍(lán)產(chǎn)生。但是這種分析方法在實(shí)際的應(yīng)用過程中也會引起在分析結(jié)果方面產(chǎn)生誤差的情況，特別是在爐前分析時(shí)，此種方法應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎選用。在對待測元素含量進(jìn)行光譜分析的過程中，使用的儀設(shè)備精度以及實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對于結(jié)果分析的準(zhǔn)確性都會產(chǎn)生一些不可忽視的影響。鋼制管件及其他鋼材對于C、P、S等元素的含量國家都有著非常嚴(yán)格的技術(shù)要求，因此，在對鋼鐵材料當(dāng)中的C、P、S等元素的分析測定過程中，必須要保證所測得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為結(jié)果分析的準(zhǔn)確性做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。由于在此類實(shí)驗(yàn)中對含量的最低數(shù)值沒有明確限制，因此可能會出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤報(bào)的失誤現(xiàn)象，從而直接導(dǎo)致了分析得出的結(jié)果同實(shí)際情況產(chǎn)生較大誤差。所以，在實(shí)際分析方法應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)盡量采用化學(xué)分析對照法，從而保證分析結(jié)果的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，避免各種數(shù)據(jù)誤差的發(fā)生。

6 結(jié)束語

針對鋼鐵材料進(jìn)行化學(xué)分析在檢測環(huán)節(jié)是一項(xiàng)非常重要工作，所得化學(xué)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，對于衡量鋼鐵材料的質(zhì)量具無可替代的重要價(jià)值和意義。化學(xué)分析作為一種實(shí)驗(yàn)實(shí)操技術(shù)，對于實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果的準(zhǔn)確度有著特別高的要求。正因如此，操作者在實(shí)際操作的過程中，更應(yīng)當(dāng)充分地考慮到諸如實(shí)驗(yàn)樣品的制備、試樣的分解、實(shí)驗(yàn)器具、試劑選用以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法等很多方面可能對數(shù)據(jù)引起誤差的因素。并且在此基礎(chǔ)上，做好在操作過程中的細(xì)節(jié)把控，嚴(yán)格按照要求對各道操作工序進(jìn)行執(zhí)行，盡可能地避免誤差因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響，保證最終分析結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。