脈沖加熱惰氣熔融-熱導(dǎo)法測(cè)定微氮合金中氮含量

陸向東，陳海峰，宋祖峰，付萬(wàn)云，王忠樂(lè)

（1.江蘇永鋼集團(tuán)有限公司檢測(cè)中心，江蘇張家港 215628；2.馬鞍山鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心，安徽馬鞍山 243000）

前言

我國(guó)熱軋帶肋鋼筋的生產(chǎn)主要采用V、Nb、Ti的1 種或組合的微合金化工藝，最常用的是釩氮合金。2018 年11 月1 日熱軋帶肋鋼筋新國(guó)標(biāo)《鋼筋混凝土用鋼 第2 部分：熱軋帶肋鋼筋》（GB/T 1499.2-2018）實(shí)施后，為打擊余熱處理鋼筋冒充熱軋鋼筋，規(guī)定了采用金相組織的檢驗(yàn)判定方法。在此背景下，釩氮合金開(kāi)始漲價(jià)，導(dǎo)致熱軋鋼筋合金成本大幅上升。為緩解成本壓力，有鋼廠對(duì)釩氮合金的替代品開(kāi)展研究，如富氮?jiǎng)?］、氮化釩鐵［2］等，取得了一定的效果。

微氮合金是我國(guó)新近研發(fā)、應(yīng)用的鐵合金產(chǎn)品，每年產(chǎn)量約30 萬(wàn)t，且使用量逐年上升，主要應(yīng)用于鋼鐵產(chǎn)品、尤其適合熱軋帶肋鋼筋的制造。作為熱軋帶肋鋼筋的合金原料，微氮合金可以部分替代價(jià)格昂貴的釩氮合金、硅鐵、硅錳合金等，降低鋼鐵產(chǎn)品的制造成本，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著［3-6］。

但微氮合金中氮含量的檢測(cè)國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有對(duì)應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重影響著公司采購(gòu)驗(yàn)證結(jié)算。該產(chǎn)品的生產(chǎn)、服務(wù)和過(guò)程控制的有序化及該行業(yè)的發(fā)展，迫切需要制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)方法填補(bǔ)空白。本文對(duì)微氮合金中氮含量的檢測(cè)開(kāi)展了研究，建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法，有利于推動(dòng)該產(chǎn)品的研發(fā)及推廣應(yīng)用。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

EMGA-820W 型氧氮分析儀（日本HORIBA公司）。

氨基酸磺酸：光譜純。

氮化錳鐵：氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.63%。

氮化硅鐵：氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29.65%。

錫囊：?5 mm×11 mm。

鎳籃：?7 mm×12 mm。

氦氣：純度大于99.99%。

石墨坩堝：石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.995%。

1.2 儀器工作條件

載氣壓力0.4 MPa；動(dòng)力氣壓力0.4 MPa；脫氣功率7.0 kW；分析功率5.5 kW；積分時(shí)間45 s。

1.3 試驗(yàn)方法

將試樣置于預(yù)先升溫至105 ℃±5 ℃的電熱干燥箱中，干燥30 min 后取出，置于干燥器中冷卻至室溫。將錫囊置于電子天平上去皮重后取出，稱(chēng)取10 mg微氮合金試樣于錫囊中，壓緊擠出囊內(nèi)的空氣，包卷錫囊后塞入鎳籃。將氧氮分析儀的加熱功率調(diào)至5.5 kW，采用上加樣的方式直接將包裹好的試樣置于加樣口進(jìn)行分析。測(cè)量完畢后需檢查試樣的熔融情況，判斷試樣分析的有效性及準(zhǔn)確性。儀器顯示的質(zhì)量分?jǐn)?shù)乘以手動(dòng)輸入的相應(yīng)倍數(shù)，即樣品實(shí)際質(zhì)量分?jǐn)?shù)。同時(shí)做空白試驗(yàn)。

1.4 校準(zhǔn)曲線的繪制

微氮合金沒(méi)有市售的國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)樣品，試驗(yàn)采用與樣品基體盡量一致的氮化錳鐵YSBC35641-2016（N 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.63%）和氮化硅鐵GBW（E）010401（N 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29.65%），用最佳分析條件下曲線校準(zhǔn)曲線，所得校準(zhǔn)曲線的線性良好，線性回歸系數(shù)R=0.9992。微氮合金中氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)（10.00%～28.00%）落在工作曲線范圍（5.63%～29.65%）之內(nèi)，可以保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 結(jié)果與討論

2.1 最佳分析條件的選擇

為了獲得最佳的分析條件，選擇微氮合金試樣（N質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.00%），對(duì)試樣的稱(chēng)樣量A、助熔劑鎳籃的用量B、熔樣功率C三個(gè)因素，分3 個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表1，對(duì)結(jié)果的分析見(jiàn)表2。

表1 正交試驗(yàn)方案

表2 氮測(cè)定數(shù)據(jù)分析

根據(jù)表2 計(jì)算的結(jié)果，最佳方案是第三個(gè)試驗(yàn)方案。此方案調(diào)間隙，氮的釋放峰很完整，沒(méi)有異常，故試驗(yàn)最終選擇的最佳條件為：試樣10 mg、助熔劑錫囊+鎳籃0.5 g、熔樣功率5.5 kW。

2.2 精密度試驗(yàn)

微氮合金沒(méi)有市售的國(guó)家和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)樣品，在最佳試驗(yàn)條件下，選用微氮合金1#試樣（N質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24.2%）和氮化硅鐵GSB03-2469-2008（N 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28.2%），進(jìn)行10 次重復(fù)測(cè)試，氮的分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 精密度試驗(yàn)結(jié)果 %

由表3 可見(jiàn)，該方法對(duì)于微氮合金和氮化硅鐵中氮的測(cè)定結(jié)果的RSD%分別為0.53%、0.97%，均在2.0%標(biāo)準(zhǔn)要求以下，表明本方法的精密度較好。

2.3 回收率試驗(yàn)

采用回收率試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確度。選取3個(gè)微氮合金試樣和1 個(gè)氮化硅鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品，試驗(yàn)中加入適量的氨基酸磺酸進(jìn)行回收率試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 回收率試驗(yàn)結(jié)果 %

由表4 可見(jiàn)，4 個(gè)樣品氮元素的回收率在98.7%～101.5%之間，平均回收率為100.02%，表明本方法具有較好的準(zhǔn)確度。

3 結(jié)論

本文建立了脈沖加熱惰氣熔融-熱導(dǎo)法測(cè)定微氮合金中氮含量的檢測(cè)方法，本方法準(zhǔn)確可靠、簡(jiǎn)便快速，能夠滿足常規(guī)生產(chǎn)檢驗(yàn)的分析需求。