原子發射光譜法測Cr5合金鋼中的氮

邰國旗

（邢臺德龍機械軋輥有限公司，河北 邢臺 054000）

1 前言

氮最早是隨著爐料和爐氣而帶入鋼中的，被認為是一種雜質元素。鋼中殘留有氮時，將導致宏觀組織疏松，甚至形成氣泡。氮含量高時，鋼的韌性下降，硬度和脆性增加。但氮能促進晶粒細化，提高鋼的強度和硬度，所以目前氮已被認為是一種重要的合金元素，采用中間合金或摻入方法加入鋼中，在若干情況下，氮的作用同銅、鎢相似，其效用約為鎳的20倍，因此可以替代一部分鎳，例如發電機護環不銹鋼鉻錳氮鋼等，就是用氮代替鎳制成合金鋼，性能十分優良。所以，在冶煉合金鋼時控制氮含量意義重大［1］。

用氧氮分析儀熱導法分析氮，由于受取制樣限制，處理試樣過程復雜，分析效率低下，不能與冶煉同步分析結果，經常分析結果拖延滯后，無法滿足爐前調整成分需求。本文討論在分析爐前光譜試樣同時分析出鋼液中氮含量，節約取制樣時間，分析效率提高，分析精密度，重復性都較理想，具有推廣價值。

2 實驗部分

2.1 儀器設備

SPECTRO LAB M12直讀光譜儀；GM-8光譜磨樣機；TCH-600氧氮氫聯合測定儀。

2.2 分析條件

1）氬氣要求：N2≤0.000 4%，O2≤0.000 15%，氬氣純度≥99.999%，H2O≤0.000 3%。高純氬氣再經過中科普瑞CZA-4A 型氬氣凈化機高溫處理后分析使用。

2）氬氣流量和分析氣氛要求：氬氣流量控制在180 L/h，壓力0.70 MPa，為保證分析時凝聚放電和分析氣氛對分析產生干擾，試樣磨平覆蓋激發口時，要用氬氣吹掃30 s。具體分析條件：沖洗10 s，預燃3 s，積分5 s。

2.3 分析曲線的建立

2.3.1 建立分析曲線控制樣的制備

在實際工作中，購買的標準樣品由于成分和物理狀態的差異，常常是校準曲線和實際分析物品干擾變化很大。對氮分析來說，由于含量很低，購買標樣建立曲線分析往往不夠理想，因為購買的標樣多為鍛造和軋制狀態，而分析樣品多為澆鑄狀態。為了避免冶金狀態變化給分析結果帶來的影響，要用冶金過程和物理狀態一致控制樣，這樣的樣品必須自制。分別從10爐次、每爐1 540 ℃時取鋼液，每爐澆鑄3個Φ40 mm×60 mm圓柱形樣品，用樹脂切割砂輪，從1/2處切開，切割時注意用水冷卻，避免切割時氧化；切割面要求不能有裂紋、砂眼、夾渣等可見缺陷。分析時樣品表面要用砂輪進行研磨，磨制樣品表面不能用力過猛，樣品表面不能過熱。

同爐次要同時用熱導法分析該爐氮含量，作為控樣的參考值。

2.3.2 元素干擾的校正［2］

由于Si 在N49.3 nm 光譜有連續的光譜帶，Cr5合金鋼中Si 含量0.2%～0.4%，雖然含量不高，但實際分析過程中影響較大，對共生元素譜線干擾采用下列公式校正計算：

式中：Madd為加校正后的強度；MN為校正前強度；Ksi為Si的校正系數；Csi為Si的百分含量，%。

除譜線干擾外，元素間干擾也必須考慮。元素間干擾會使光譜分析數據不準確，這些元素對分析結果影響和百分含量成線性關系，具有規律，可以校正。對Cr5 鋼中含量高的Cr、Ni、Mo、V、Fe 元素采用倍增校正，計算公式如下：

式中：Mmult為倍增校正后氮的強度；Madd為加和校正后強度氮的強度；∑Ki（N）為共存元素i 的校正系數；Ci為共存元素百分含量，%。

2.3.3 分析曲線的制作

（1）復制Cr Ni 不銹鋼分析曲線，重新建立Cr5合金鋼分析方法，在復制的曲線上加以校正。

（2）氮元素分析曲線繪制，首先在CrNi 不銹鋼分析方法下分析已經準備好的試樣，分析自制控樣含量梯度和線性關系能否使用。

（3）選取含量梯度好的10 個試樣，建立分析曲線。光譜法和熱導法分析對比見表1，擬合參數，以及干擾元素修正系數，得到N元素分析曲線，見圖1。

表1 光譜法和熱導法分析對比

圖1 光譜分析曲線

3 結果與討論

3.1 用生產試樣驗證分析曲線

建好分析曲線，在生產Cr5 鋼時，用制作曲線分析氮含量和熱導法對比數據，見表2。

表2 光譜和熱導法分析結果數據對比

從表2的10組數據可以看出，兩種分析法相對偏差RD是14.5%，據此統計，檢測10 組樣品，質量合格，檢測質量良好，說明兩種方法檢測結果比較一致，本法可做為生產質量監控方法使用。

3.2 正確度和精密度

選用合適標準樣品進行正確度和精密度評價，分別選擇N含量0.003 1%低標樣和N含量0.006 6%高標樣，在不同時期分析10 次（見表3），進行結果統計，分析結果和參考值基本一致。連續測定相對誤差也在允許范圍內。

表3 光譜法分析標準樣品結果 %

4 結語

用原子發射光譜法分析Cr5 合金鋼中的氮，通過散點趨勢分析，修正譜線間干擾，得到分析Cr5合金鋼中的氮的數學模型，利用光譜分析軟件建立分析曲線，可分析氮含量0.002%～0.012%的樣品。和熱導法數據對比，數據可信，完全可以用該方法快速進行Cr5合金鋼中的氮含量分析。