超低碳鋼碳含量測定方法的探討

王營龍，李 海

（天津天鋼聯合特鋼有限公司，天津 301500）

冷軋鋼板運用于汽車制造業中的本質在于其成形的性能，因此鋼之中的碳含量要求都極低。諸如DC系列的冷軋低碳鋼板，其甚至要求0.10%以內的WC值，而針對特深沖，抑或是超深沖的DC05、DC06鋼板，其WC數值要保證在0.008%以內。根據日常檢測踐和國內鋼企提供的生產數據，實際的碳含量水平較標準規定值低得多，鋼板產品成分分析中，經濟、快捷和準確的方法是直讀光譜分析[1]。

1 試驗部分

1.1 儀器設備

光譜儀運用的是ARL4460型光電直讀，光源形式為CCS，針狀鎢電極4＞30mm頂角90°，設置3mm的分析間隙；銑樣機選取的型號為HV-BI型，品牌為南京和澳，濟陽輕工生產的GM-2型的光譜磨樣機，紅外碳硫儀為德國埃爾特公司生產，型號為CS-800。

1.2 設備工作條件

實驗過程中，實驗環境的溫度保持在19℃～25℃之間，濕度保持在30%～50%的范圍內，選用氬氣作為實驗氣體，光譜的分辨率確定為9pm，光譜波段為120nm～800nm。

1.3 試驗方法

樣品采用平磨砂帶機進行打磨（及時更換砂帶），標準物質和樣品按GB/T4336進行預處理，掃描，修正譜線漂移；在設備自檢通過時，合理選取Fe-10分析程序，確保物質的局部得以標準化，然后校正待測樣品，獲得校正系數。然后對待測樣品展開實驗檢測，并詳細記錄實驗數據[2,3]。

1.4 樣品的制備

ARL4460型光電直讀光譜儀樣品制備：在銑樣機之中添加待測餅樣，并銑去待測餅樣表面的氧化層，然后將餅樣進行平行三次激發，激發設備為直讀光譜儀，然后求得三次平行激發的平均值，作為待測樣品的最終檢測結果。CS-800紅外碳硫儀樣品制備：同樣于銑樣機之中銑去待測樣品表面的氧化層，然后直接檢測樣品的碎屑即可[4]。

2 結果與討論

2.1 擬合曲線

分析程序選用的是Fe-10，并設置擬合曲線的相關參數：0.0417%為背景等效濃度（BEC），0.0014%確定為檢出限制，0.0066%設置為擬合曲線的標準偏差，0.9980確定為相關的系數，2.000%為測量的最終上限。

2.2 數據采集

2.2.1 數據采集要求

開展樣品分析時，短波范圍掃描機所得到的標準化結果務必不能為紅色，且控制相對標準差為5%以內。針對樣品激發時，需要首先將前2次～3次的樣品激發數值進行去除，然后統計后續樣品的激發數值，并求得平均值。標準樣品務必要激發5次以上，待測樣品務必要激發3次以上。

2.2.2 標準樣品檢測數據

再次校準時，可以運用碳元素認定值為0.0026%和0.0028%的標準物質來進行，校準之后得到的數據如表1所示。

表1 標準樣品再校準數據的統計結果（n=10）

2.3 樣品制備方式對結果的影響

直讀光譜儀分析時，樣品制備的好壞直接影響分析結果的精度和準確度，特別是在分析超低碳鋼時所產生的影響更加明顯。出于分析結果準確性的角度考慮，必須要嚴格要求兩種制備樣品的制樣環節。首先是采用銑樣機制樣，使用銑刀在低碳程序下處理的樣品，樣品的表面平整，沒有夾渣、裂痕及氧化皮等情況，紋路清晰，用時15s，且采用銑樣機制樣，樣品不易受污染。其次，磨樣運用砂紙即可，并確保樣品不受污染或者變質影響。如果樣品的溫度太高，且出現變色現象，需要將其進行冷卻處理，重新制樣后才能進行檢測；若樣品紋路不清晰，則要另換砂紙進行重新磨樣。通過兩種制樣方式的對比，可以明顯看出，銑樣機制備的樣品無論是用時還是制樣效果都要遠勝于砂紙磨樣，因此，實驗采用銑樣機進行制樣。

2.4 氬氣純度對結果的影晌

分析間隙中的激發氣氛對于光譜儀的準確度和靈敏度有著很大的影響。火花室內的空氣會強烈吸收紫外光，削弱光譜儀譜線，使其靈敏度顯著下降。激發作業時，選擇性氧化、第三元素的產生等因素均會致使激發再現性變差。同時，大量的金屬蒸汽也在該階段中生成，并污染環境，致使檢測精度受到大幅度影響。為防范上述問題，需要在惰性氣體之中，也就是氫氣中開展激發放電作業。

作為光譜儀的分析條件，氫氣的純度在很大程度上回影響到檢測結果的準確性和精準度，直讀光譜儀所使用的氫氣純度要求為99.996%，準度不夠的氨氣會增加激發過程的不確定性，譬如跳閘或者激發光源不激發等情況，從而導致分析數據不準確，尤其是對如C，P等波長較短的元素進行分析時，分析數據不準確性的可能性將會進一步增加。造成這一情況出現的原因在于短波元素的分析波長都在真空紫外區，而氧會強烈吸收波長在200nm以下的譜線，如果選取純度較低的氫氣，則亦會被氧氣吸收，進而影響到最終的檢測結果。本次實驗之中，選取的氫氣的純度高達99.996%以上，能夠滿足實驗檢測對于氫氣的基本要求，保證分析結果的準確性。

2.5 氬氣壓力對結果的影響

在實驗中使用的氬氣，要確保其合適的流量和壓力外，還要確保其穩定，否則難以得到理想的分析結果。若流量過小，則難以排除火花室當中的空氣以及試樣激發所分解出來的含氧化物，最終會導致擴散放電；反之，則會使激發樣品的火花發生跳動，并且還會浪費氫氣，出于分析成本的考慮，實驗過程中要講氨氣的壓力控制在0.30MPa。

2.6 檢測精密度的分析

對于檢測的精密度的校正，可以合理運用平均偏差、標準偏差、方差等一系列數據的平均值來和測定值進行比對研判。由于在實驗過程中，實驗儀器設備的穩定性，實驗樣品的均勻程度等均會對最終的精密度檢測結果產生影響，因此務必要綜合運用上述數據來開展精密度度量作業。一般至少需要測試30次以上。然后優選均勻性較好的樣品來開展精密度試驗，并在相同條件下分別測試10次，控樣碳的參考值設定為0.0046%左右，具體檢測結果見表2。可知，檢測的標準差符合規范要求，達到了實驗的測試目的。

表2 精密度試驗（n=10）

2.7 準確度實驗

將直讀光譜儀與紅外碳硫儀所測鋼中超低碳的結果加以對比，可以發現，光譜值與碳硫值能夠很好的吻合，能夠滿足生產要求。

綜上所述，可以得到如下結論：①制備樣品用快速銑樣機制樣，同時樣品表面不能過高，防止被氧化，確保分析結果的準確度與精確度。②在光譜儀進行分析時，控制氨氣的壓力在0.3MPa，且氫氣的純度要求〕99.996%。③直讀光譜儀可以快速準確的對超低碳鋼中的碳含量進行測定，可以滿足生產要求。