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第1篇

關(guān)鍵詞：鋼鐵化學(xué)分析；情況；偏差的應(yīng)用

1.前言

鋼材是一種應(yīng)用十分廣泛的材料，寶特韶關(guān)自投產(chǎn)以來，成果豐碩，成為寶鋼特鋼長材重要的坯料供應(yīng)基地，產(chǎn)品拓展、品質(zhì)提升、成本改善、制造能力長足進(jìn)步。主要以特鋼為主，特鋼對各項(xiàng)工藝質(zhì)量要求嚴(yán)格。標(biāo)準(zhǔn)中針對鋼材中化學(xué)成分的分析和允許偏差做出了相應(yīng)的規(guī)定，鋼材化學(xué)成分分析全過程進(jìn)行規(guī)定，每一個(gè)分析結(jié)果都給出一個(gè)對比值。鋼材中化學(xué)成分檢測分為：熔煉成分檢測和化學(xué)成品檢測。熔煉成分檢測和化學(xué)成品檢測在分析方法和分析數(shù)值上都存在著一定的差異。熔煉分析方法的數(shù)值可能會(huì)超出標(biāo)準(zhǔn)，而成分分析方法中數(shù)值在規(guī)定的范圍內(nèi)，針對差異的情況，標(biāo)準(zhǔn)中中設(shè)置了一個(gè)允許數(shù)值，也就是允許偏差。

2.鋼材化學(xué)分析中的允許偏差

鋼材中的化學(xué)成分分析有：熔煉成分檢測和化學(xué)成品檢測。在鋼水澆注過程中采用球拍試樣，通過風(fēng)動(dòng)送樣系統(tǒng)到實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室接到試樣，對樣品進(jìn)行制備，滿足檢測后進(jìn)行檢測分析，分析結(jié)果表示同一爐或同一個(gè)鋼包中鋼水的平均化學(xué)成分，叫做熔煉成分檢測。通過在加工完成以后的成品鋼材上取樣進(jìn)行檢測，叫做成品檢測。由于鋼水在結(jié)晶過程中會(huì)產(chǎn)生偏析或元素的不均勻分布，所以，成品檢測的值有時(shí)與熔煉檢測的值不一致，就出現(xiàn)了成品化學(xué)分析的允許偏差。GB/T6992015《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》中規(guī)定的鋼的化學(xué)成分就是針對熔煉成分檢測而言。新標(biāo)準(zhǔn)中熔煉檢測被成品檢測所替代，熔煉檢測試樣不正確導(dǎo)致分析結(jié)果不可靠和在未取得熔煉檢測試樣的時(shí)候，可以使用成品化學(xué)分析，但是要求成品檢測分析的結(jié)果要符合熔煉成分規(guī)定。

3.國外標(biāo)準(zhǔn)的一些相關(guān)情況

國外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的情況作簡要說明:(1)美標(biāo)：在鋼類或品種標(biāo)準(zhǔn)的綜合標(biāo)準(zhǔn)中將成品成分偏差納入，或在各標(biāo)準(zhǔn)中分別規(guī)定。(2)德標(biāo)：分別在各標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定成品成分允許偏差，未統(tǒng)一。(3)前蘇聯(lián)標(biāo)：在各標(biāo)準(zhǔn)中分別做出規(guī)定,不按元素的不同含量分類，沒有統(tǒng)一性。(4)日標(biāo)：JISG0321是日本專用的標(biāo)準(zhǔn),共有四個(gè)成品成分允許偏差表，不銹耐熱鋼的成分偏差是根據(jù)成分元素含量范圍分檔規(guī)定其大小；中低合金鋼成分偏差是根據(jù)除了元素含量范圍分檔規(guī)定以外，還增加了按鋼材截面積大小分檔的規(guī)定,截面愈大，要求愈寬；碳素鋼則兩種情況都存在。偏差值的規(guī)定有四種：①根據(jù)化學(xué)元素的含量范圍進(jìn)行分類規(guī)定；②按化學(xué)元素的含量范圍分類，增加鋼材的截面大小分類規(guī)定；③按鋼材的重量、大小分類做出規(guī)定；④不管元素含量和鋼材截面大小怎么樣，一個(gè)元素規(guī)定一個(gè)偏差。第一和第二種兩種情況比較科學(xué)。

4.鋼材化學(xué)成分檢測允許偏差的應(yīng)用

(1)鋼材化學(xué)成品分析的取樣原則。標(biāo)準(zhǔn)GB/T2222006《鋼中化學(xué)分析用試樣取樣法及成品化學(xué)成分允許偏差》要求用于鋼的化學(xué)成分成品分析的試樣,試樣應(yīng)均勻一致,能充分代表每一個(gè)牌號(hào)鋼材的化學(xué)成分,并且取樣要有足夠數(shù)量。不同的試樣使用不同的取樣方法：①樣屑試樣,采用鉆床制備試樣。要求鉆好的樣屑混合均勻。然后要去除表面氧化鐵皮和臟物，不能使用水、油或其他劑。②大斷面試樣，從鋼材橫斷面上取樣，在鋼材橫斷中心到邊緣的中間部位平行于軸線上取樣。③小斷面試樣,一種方法是從鋼材的整個(gè)橫斷面上取樣,另一種方法是從橫斷面上沿軋制方向取樣。(2)鋼材中成品化學(xué)成分允許偏差的使用。熔煉過程取樣進(jìn)行檢測分析的值叫做成品化學(xué)成分允許偏差,一般情況下分析值都能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,但在煉鋼過程中鋼中元素偏析，成品分析的成分值可能超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的成分界限值。對超出界限值的大小規(guī)定一個(gè)允許的數(shù)值，這就是成品化學(xué)成分允許偏差值，GB/T2222006《鋼中化學(xué)分析用試樣取樣法及成品化學(xué)成分允許偏差》普通碳素鋼、低合金鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼、不銹鋼和耐熱鋼四種偏差表。一種鋼材成品化學(xué)成分允許的偏差只能使用一個(gè)表，不能兩個(gè)表混合使用。(3)化學(xué)成分允許偏差的準(zhǔn)確使用。鋼材中化學(xué)成分檢測分析的允許偏差，在具體檢測的過程中應(yīng)該盡量保證檢測結(jié)果的誤差，使用的時(shí)候應(yīng)該注意：①同一種類鋼材的化學(xué)成分分析的允許值，只能使用同一個(gè)表，不能同時(shí)使用多個(gè)表混合。②盡量保證鋼材化學(xué)成分分析所得的值接近允許偏差值范圍的上限，這樣能夠減少誤差值給試驗(yàn)造成的不良影響。(4)不同鋼種成品化學(xué)成分允許偏差值。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T222-2006《鋼的成品化學(xué)成分允許偏差》共給出了幾個(gè)化學(xué)成分允許偏差表，分為：表1低合金鋼成品化學(xué)成分允許偏表2合金鋼(不含不銹鋼和耐熱鋼)成品化學(xué)允許偏差值，表3不銹鋼和耐熱鋼成品化學(xué)成分允許偏差值。舉個(gè)例子：合金結(jié)構(gòu)鋼34CrMo4，其冶煉工藝要求熔煉成分的碳元素，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定界限值為：上限0.36%，下限0.34%,成品鋼材化學(xué)成分檢測分析時(shí)，假如有一熔煉號(hào)的鋼材碳含量為0.39%，說明超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限值0.03%，按照表1低合金鋼成品化學(xué)成分允許偏差值規(guī)定，鋼材的碳含量是合格的。假如另一熔煉號(hào)的鋼材出現(xiàn)碳含量為0.31%，說明超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下限值0.03%，按照本標(biāo)準(zhǔn)表1規(guī)定，鋼材的碳含量也是合格的。

5.執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題

橫截面積不大于65000mm2的鋼件使用標(biāo)準(zhǔn)中表1~2中的偏差表。大于該橫截面積的鋼件化學(xué)成分允許偏差值可以適當(dāng)放寬,具體數(shù)值由供需雙方協(xié)商確定。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的殘余元素不適用于表1~3中規(guī)定中的化學(xué)成分的允許偏差。成品化學(xué)成分允許偏差,一種鋼的只能使用一個(gè)表,不可以兩個(gè)表混合使用。化學(xué)成品檢測的值,不可以超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定化學(xué)成分界限值的上偏差和分界限的下偏差。未能取得熔煉分析值,或懷疑熔煉分析值不可分析的成分值應(yīng)符合熔煉成分的規(guī)定,不得有偏差值。6.結(jié)束語為了保證鋼鐵生產(chǎn)穩(wěn)定順行，可以通過化學(xué)成分了解生產(chǎn)狀況，指導(dǎo)生產(chǎn)，在日常的鋼材化學(xué)成分檢測分析過程中，應(yīng)根據(jù)鋼材化學(xué)成分實(shí)際情況對允許偏差進(jìn)行有效分析，檢測人員在完成檢測任務(wù)時(shí)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)文件的相關(guān)的規(guī)定和規(guī)范進(jìn)行操作，確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，精準(zhǔn)、科學(xué)的使用鋼材化學(xué)成分允許偏差。如何確認(rèn)鋼的化學(xué)成分允許偏差，應(yīng)引起化學(xué)檢測員的注意，以確特鋼冶煉和產(chǎn)品的質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

[1]GB/T222-2006鋼的成品化學(xué)成分允許偏差.

[2]GB/T6992015優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼.

[3]王開遠(yuǎn).鋼的成品化學(xué)分析允許偏差及試樣制取方法新標(biāo)準(zhǔn)[J].機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量,2012(05)：133-137.

第2篇

關(guān)鍵詞：起重機(jī) 鋼絲繩 斷裂 陳舊斷口 失效分析

一、情況簡介

某汽車起重機(jī)在試吊一重約1噸的角塊的過程中小鉤鋼絲繩發(fā)生整體斷裂。事故鋼絲繩材質(zhì)為65鋼，結(jié)構(gòu)為6×37+FC，鋼絲與鋼絲之間為點(diǎn)接觸，捻制方法為右交互捻ZS。為查明鋼絲繩斷裂原因，避免類似事故的再發(fā)生，筆者對事故中的鋼絲繩取樣進(jìn)行了檢驗(yàn)和分析。

二、理化檢驗(yàn)

1.宏觀檢驗(yàn)

圖1為斷裂鋼絲繩。事故發(fā)生時(shí)，圖1所示一端與吊臂相連，斷裂處形貌呈花簇狀。圖2為事故鋼絲繩表面宏觀形貌，鋼絲繩表面有大量油污、顆粒，外層鋼絲磨損嚴(yán)重。

2.化學(xué)成分分析

遠(yuǎn)離斷裂位置取樣，使用LAB-M11直讀光譜儀進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表2。該鋼絲繩的化學(xué)成分符合GB/T 699-1999《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》對65鋼成分的技術(shù)要求。

3.力學(xué)性能試驗(yàn)

在靠近事故鋼絲繩斷裂處取樣，樣品長度1m，置于WAW-2000C型萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。結(jié)果顯示，事故鋼絲繩的破斷拉力為92.362kN。

4.金相檢驗(yàn)

從鋼絲繩斷裂部位截取軸向和橫截面試樣，經(jīng)鑲嵌、磨拋和4%（體積分?jǐn)?shù)）硝酸酒精溶液腐蝕后進(jìn)行顯微組織觀察。圖3為事故鋼絲繩軸向顯微組織，可以看出，近斷裂面處與遠(yuǎn)斷裂面處的組織均為回火索氏體+鐵素體，鐵素體呈長條狀。圖4為事故鋼絲繩的橫截面顯微組織，部分鋼絲已嚴(yán)重磨損，回火索氏體和鐵素體分布均勻。

5.硬度測試

截取事故鋼絲繩橫截面，經(jīng)鑲嵌、磨拋后，置于Durascan-20顯微硬度計(jì)上進(jìn)行維氏硬度測試，結(jié)果如表3所示，符合中高碳鋼絲經(jīng)淬火+高溫回火處理后的硬度要求。

6.掃描電鏡及能譜分析

將鋼絲繩斷口置于掃描電鏡下觀察。圖5為1#鋼絲的斷口形貌。鋼絲繩共有6股，其中4股鋼絲的斷口形貌均與1#鋼絲類似，鋼絲表面平齊，斷口與鋼絲軸向呈一定角度，屬于由剪切力作用形成的解理斷口。從圖6中可以發(fā)現(xiàn)其斷口有絮狀組織，對其進(jìn)行能譜（EDS）分析，結(jié)果表明，絮狀組織中氧含量較高，如圖7所示，說明其已被氧化，在此次事故發(fā)生前已發(fā)生斷裂，屬于陳舊斷口。

另2股鋼絲的斷口形貌與如圖8所示的2#鋼絲斷口類似，斷口均呈杯錐狀，中部疏松纖維區(qū)、臨近的快速解理區(qū)和最外沿的剪切唇區(qū)，屬于典型的拉伸斷口[1]。纖維區(qū)分布有大量細(xì)小的等軸韌窩，見圖9，韌窩邊緣清晰，棱角分明，表明其為一個(gè)新鮮斷口，是在此次事故中由于受到軸向拉應(yīng)力而造成的斷裂。

三、分析結(jié)論與建議

1.結(jié)論

斷裂鋼絲繩的結(jié)構(gòu)、捻制方式、化學(xué)成分、金相組織、硬度均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)要求。鋼絲存在嚴(yán)重的擠壓、磨損變形。事故發(fā)生前，鋼絲繩已有4股斷裂，斷裂方式為剪切力作用下的解理斷裂，屬于陳舊斷口，剩余未斷的2股鋼絲最終在事故發(fā)生時(shí)因受過大的軸向拉應(yīng)力而斷裂。

2.建議

2.1嚴(yán)禁鋼絲繩過載使用、擠壓變形，且避免受到劇烈的沖擊和振動(dòng)。

2.2應(yīng)定期對鋼絲繩進(jìn)行檢查，檢查的內(nèi)容包括：是否存在斷絲、油脂是否流失或失效等[2]。

參考文獻(xiàn)

第3篇

關(guān)鍵詞：金相檢驗(yàn)；發(fā)展；重要性

1 金相檢驗(yàn)在材料研究中的重要性

從某種意義上而言，金相檢驗(yàn)就是在人們主觀意識(shí)的基礎(chǔ)上對于金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究與分析，將物理冶金學(xué)理論運(yùn)用到實(shí)際的操作過程中，針對其金屬以及合金的成分進(jìn)行檢驗(yàn)，性能的分析。

在進(jìn)行金相檢驗(yàn)之前必須做好以下兩個(gè)方面的準(zhǔn)備工作：一是針對材料的組成結(jié)構(gòu)以及性能進(jìn)行大量的測試研究，通過理論化的數(shù)據(jù)完成對材料的認(rèn)識(shí)。二是根據(jù)材料的特性進(jìn)行相互之間的對比與規(guī)律性的研究，從而得知材料間的共性特點(diǎn)以及特殊性能，這對于金相檢驗(yàn)有著極其重要的指導(dǎo)意義。在許多工業(yè)的發(fā)展過程中，金相檢驗(yàn)都得到了很好的發(fā)展并發(fā)揮了極其重要的地位，尤其是在對材料進(jìn)行檢驗(yàn)的過程中更是發(fā)揮了不可替代的重要作用。利用顯微組織結(jié)構(gòu)的特性以及控制手段對發(fā)展中的冶金材料、機(jī)械制造、能源建筑等都進(jìn)行了相關(guān)的檢驗(yàn)。它是材料研究中重要的組成部分之一，同時(shí)新材料的不斷出現(xiàn)，也大大促進(jìn)了金相檢驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展。

2 金相檢驗(yàn)在現(xiàn)代材料研究中的作用

金相檢驗(yàn)主要是通過采用定量金相學(xué)原理，運(yùn)用二維金相試樣磨面或薄膜的金相顯微組織的測量和計(jì)算來確定合金組織的三維空間形貌，從而建立合金成分、組織和性能間的定量關(guān)系。這種技術(shù)不僅僅大大提高了金相檢驗(yàn)的準(zhǔn)確率更是提高了其速度，大大縮短了工作時(shí)間。

隨著鋼鐵行業(yè)的不斷發(fā)展壯大，文章主要以以下三種常用的鋼材為例闡釋金相檢驗(yàn)在材料研究中的重要意義及其作用。一是熱軋普碳鋼材，這種鋼材是可以通過優(yōu)化工藝進(jìn)行廉價(jià)生產(chǎn)的金屬材料。二是低合金鋼高強(qiáng)度熱軋鋼材；三是合金結(jié)構(gòu)鋼。這三種鋼材嚴(yán)格意義上來講都屬于在顯微結(jié)構(gòu)下進(jìn)行金相檢驗(yàn)的一種金屬材料。下面就針對這三種鋼材材料檢驗(yàn)進(jìn)行詳細(xì)的分析與總結(jié)。

2.1 化學(xué)成分與金相組織

首先在進(jìn)行化學(xué)成分分析與金相組織檢驗(yàn)的同時(shí)，必須清楚的了解什么是合金設(shè)計(jì)，其根本目的及其意義。在進(jìn)行合金設(shè)計(jì)的過程中，最主要的就是對組織設(shè)計(jì)進(jìn)行很好的測評(píng)，了解成分與組織之間的相互敏感度，必須選擇滿足特性需要的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析控制。這些性能的好壞與受控成分、表面組織以及應(yīng)力情況等有著直接的關(guān)系。所以在進(jìn)行金相組織檢測的同時(shí)必須清楚的掌控其材料的性能、化學(xué)成分。合金設(shè)計(jì)的目的就是為了將各個(gè)工程建設(shè)的各項(xiàng)性能有機(jī)的結(jié)合在一起，將其性能最優(yōu)化。將組織結(jié)構(gòu)的性能配置控制在可操作的范圍之內(nèi)。這樣不僅僅能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行測算更加能有效的解決資源。如馬氏體形態(tài)、貝氏體形態(tài)等首先受控于碳的含量。低碳鋼淬火后得到板條狀馬氏體，而高碳鋼淬火后得到針狀馬氏體。所以，金相檢驗(yàn)是驗(yàn)證和解釋所設(shè)計(jì)成分是否合理的強(qiáng)有力的手段。

2.2 組織演變規(guī)律與工藝制度

在每一個(gè)生產(chǎn)工序中，都必須先確定其材料的化學(xué)成分，然后再系統(tǒng)的了解材料的施工設(shè)備、制造工藝。這里面所指的主要是冶煉、鑄造、熱處理等技術(shù)。采用唯一的金相檢驗(yàn)技術(shù)針對每一個(gè)施工工藝及環(huán)節(jié)進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷評(píng)估，可以通過儀器了解到顯微組織結(jié)構(gòu)的變化以及特征。最早的應(yīng)用技術(shù)主要是存在于鑄造樹枝晶的制作與混合中，但是原有的晶體制造工藝并不是很完善，并不能很好的進(jìn)行測試，這也是導(dǎo)致某些工藝技術(shù)鐵素體不完整的主要原因，對此必須加強(qiáng)這種工藝制度的完整性以及組織規(guī)律變化的考察研究。

2.3 金相學(xué)與材料科學(xué)

顯微鏡的發(fā)展給合金設(shè)計(jì)帶來了革命性的變化。眾所周知，人類冶煉金屬通過各種途徑了解合金工藝過程、特性以及使用性能的漫長歷史，直到有了金相顯微鏡后才形成了當(dāng)今的冶金科學(xué)。顯微組織與宏觀力學(xué)關(guān)系的認(rèn)識(shí)，為成分-組織-性能半定量或定量的研究和建立關(guān)系式創(chuàng)造了條件，為材料的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。其中，最典型的就是Hall-Petch關(guān)系式（σs=σo+kd-1/2）。該關(guān)系式是細(xì)晶強(qiáng)化的理論依據(jù)，是20世紀(jì)下半葉與鋼的組織細(xì)化相關(guān)的5個(gè)重大成就之一。所以，必須依靠實(shí)際的金相研究和金相檢驗(yàn)工作，來證實(shí)材料設(shè)計(jì)的科學(xué)性，制定工藝的合理性。

金相檢驗(yàn)分析，不僅有組織識(shí)別還有評(píng)定，既有定性還有定量、半定量的檢測。金相檢驗(yàn)的內(nèi)容歸納起來有以下幾項(xiàng)：（1）材料基體相的組織結(jié)構(gòu)及其缺陷；（2）顯微組織的取向和狀態(tài)的非均勻性，如帶狀、分布不均、晶粒度等；（3）第二相的類型、結(jié)構(gòu)、組成、數(shù)量、形態(tài)、尺寸和分布；（4）研究原子按鍵力分布的晶體結(jié)構(gòu)和電子按能量分布的原子、離子結(jié)構(gòu)。就顯微組織檢驗(yàn)來說，顯微組織檢驗(yàn)是通過一個(gè)二維截面視圖來建立一個(gè)三維結(jié)構(gòu)圖形的，這樣在顯微組織檢驗(yàn)中就分為4個(gè)級(jí)次。正確識(shí)別是什么顯微組織；定性的顯微組織狀態(tài)；定量的顯微組織狀態(tài)；顯微組織與性能之間的關(guān)系。

3 金相檢驗(yàn)的主要應(yīng)用技術(shù)

在金相檢驗(yàn)中主要應(yīng)用的技術(shù)有三種：（1）顯像技術(shù)，應(yīng)用顯像技術(shù)來揭示材料的顯微組織、斷口形貌特征、各種缺陷形貌特征、表面狀態(tài)等。這種技術(shù)包括兩個(gè)方面即腐蝕技術(shù)、成像技術(shù)。腐蝕技術(shù)是根據(jù)不同受檢材料和檢驗(yàn)項(xiàng)目，選用不同的試劑和方法進(jìn)行腐蝕。成像技術(shù)就是利用顯微鏡成像原理如光學(xué)顯微鏡的暗場技術(shù)、偏光技術(shù)、干涉技術(shù)等，它主要記錄和顯示材料的二維平面微觀組織結(jié)構(gòu)特征；（2）衍射技術(shù)，主要用來分析材料的晶體結(jié)構(gòu)。晶體缺陷及晶向關(guān)系等問題，衍射技術(shù)中經(jīng)常使用的設(shè)備是X-射線儀、電子衍射儀等；（3）微區(qū)成分分析技術(shù)，利用化學(xué)成分分析來研究材料的基體、第二相、夾雜物以及腐蝕產(chǎn)物的組成，尤其是材料中微量元素對材料性能的影響等。它所使用的儀器有電子或離子探針、譜儀等。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷變化與發(fā)展，信息化的不斷涌現(xiàn)，數(shù)字化成像技術(shù)的普及對于金相檢驗(yàn)而言更是一種全新的挑戰(zhàn)，所以這就要求其相關(guān)的技術(shù)人員必須加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)與完善，不斷將新的技術(shù)、新的理念融入于金相檢驗(yàn)技術(shù)中，不斷提高自身科學(xué)文化素質(zhì)，在工作中以認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度進(jìn)行材料的檢驗(yàn)與分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時(shí)要給予及時(shí)的處理與解決，保證其金相檢驗(yàn)在實(shí)際操作中的理論意義及其技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)

第4篇

關(guān)鍵詞 ：取樣模 ; 白口化

中圖分類號(hào)：G353文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1、 前言

目前國內(nèi)外的鋼鐵企業(yè)中，生鐵的分析方法多種多樣，主要有化學(xué)法和儀器法。從準(zhǔn)確性來講，化學(xué)法有優(yōu)勢，并且已成型，具備相應(yīng)的分析標(biāo)準(zhǔn)，但存在分析節(jié)奏慢，受人為因素影響較大的缺點(diǎn)，不利于快速檢驗(yàn)和及時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)。儀器法主要有熒光光譜法和直讀光譜法，常用于定性、半定量、定量分析，該法簡單、快速、準(zhǔn)確。一般情況下，可用于1％以下含量的組分測定，在鋼鐵工業(yè)中應(yīng)用很廣泛。但也有一定的局限性，由于分析樣品存在著基體效應(yīng)，首先需要為每類樣品建立一套校準(zhǔn)曲線。除此之外，光譜分析儀器易受外界溫度、濕度、電流強(qiáng)度、磁場、電壓穩(wěn)定性等因素影響，外界環(huán)境要求相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定。對于生鐵來講，除碳元素之外的其余元素能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行測定。然而，因碳元素含量相對較高，制備的試塊碳的分布不均勻，而且石墨碳的大量存在，使不均勻性加劇，用正常的光譜成分檢測方法，試樣會(huì)激發(fā)不充分，無法完成準(zhǔn)確的定量檢測。

在國內(nèi)鋼鐵行業(yè)，火花源原子發(fā)射光譜法分析生鐵方面尚未得到廣泛的應(yīng)用，主要技術(shù)難題是對生鐵試樣白口化程度要求較高。日本、美國等國鋼和鐵產(chǎn)品采用X熒光光譜法快速分析，國內(nèi)一些大鋼廠也在開展生鐵快速成分析法探索，其中相關(guān)論文很多，多是儀器分析法，但總之要想用直讀光譜儀分析混鐵爐試樣，必須著手解決生鐵白口化問題，這是焦點(diǎn)問題。

混鐵爐是高爐和轉(zhuǎn)爐之間的煉鋼輔助設(shè)備，混鐵爐的本體結(jié)構(gòu)由爐體、支撐底座和傾動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。它主要用于調(diào)節(jié)和均衡高爐和轉(zhuǎn)爐之間鐵水供求的設(shè)備，保證不間斷地供給轉(zhuǎn)爐需要的鐵水，鐵水在混鐵爐中儲(chǔ)存和混勻鐵水成份及均勻溫度，它對轉(zhuǎn)爐煉鋼非常有利。

因此，快速準(zhǔn)確檢驗(yàn)混鐵爐鐵水成分，對轉(zhuǎn)爐煉鋼意義重大。

2、現(xiàn)狀分析及存在問題分析

2.1現(xiàn)狀分析

黑龍江建龍鋼鐵技術(shù)處為轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)，配備三臺(tái)OBLF公司GS-1000型直讀光譜儀，為煉鋼鋼水成分分析提供有力支撐。該直讀光譜分析儀是分析塊狀金屬樣品非常好的儀器，其以分析速度快，分析結(jié)果準(zhǔn)確的特點(diǎn)，被廣泛用于快節(jié)奏的煉鋼生產(chǎn)控制。經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn)：該直讀光譜儀帶有鑄鐵分析工作曲線，具備分析生鐵樣品軟件條件，而且混鐵爐離爐前直讀光譜室距離很近，如用直讀光譜儀分析混鐵爐生鐵樣品，會(huì)大大縮短混鐵爐生鐵樣品分析周期。從送樣、制樣、分析到結(jié)果報(bào)出約10分鐘，這將大大利于煉鋼生產(chǎn)。

2.2存在問題分析

2.2.1要用直讀光譜儀分析混鐵爐試樣必須解決生鐵白口化問題。

生鐵中非金屬元素 C、Si、P、S 等含量高，在試樣采集時(shí)易偏析。碳在鐵碳合金中以石墨或化合碳形式存在。石墨碳是影響碳及其它元素偏析的主要原因。若有更多的石墨碳轉(zhuǎn)化為化合碳，則可大量減少偏析現(xiàn)象。硅和碳是促進(jìn)碳石墨化的元素，硅高碳易石墨化；硅低碳易形成化合碳。而直讀光譜分析生鐵樣品要求試樣表面層碳都以碳化物的狀態(tài)存在，不能有游離石墨，即鑄鐵的分析面必須是完全白口。當(dāng)鑄鐵表面存在游離碳時(shí)(灰口鐵)，光譜儀激發(fā)不充分，鐵基體強(qiáng)度較低，會(huì)影響分析結(jié)果。特別是碳高達(dá)3.8～4.0％，硅高達(dá)1.0～2.6％，欲使這樣的成分白口化是非常困難的。但生鐵樣品狀態(tài)直接影響直讀光譜分析結(jié)果。

下表為一塊混鐵爐生鐵樣品用直讀光譜儀激發(fā)五個(gè)點(diǎn)分析結(jié)果：

生鐵樣品

序號(hào) Si Mn P S

1 0.46 0.098 0.086 0.013

2 0.45 0.091 0.077 0.013

3 0.38 0.087 0.068 0.013

4 0.43 0.089 0.077 0.013

從結(jié)果中可以看出此塊生鐵樣有偏析現(xiàn)象，甚至偏析嚴(yán)重樣品無法激發(fā)。

2.2.2試樣不規(guī)則有效激發(fā)點(diǎn)少的問題。

目前黑龍江建龍鋼鐵生鐵試樣采用印章樣。（如下圖），該種形狀試樣不像球拍鋼樣利于直讀光譜儀樣品夾持，造成激發(fā)點(diǎn)選擇性少。

生鐵樣品

2.2.3直讀光譜儀鑄鐵工作曲線修正問題。

OBLF公司GS-1000型直讀光譜儀在出廠前，采用永久工作曲線法制作一條鑄鐵工作曲線，隨著用戶生產(chǎn)模式和原料結(jié)構(gòu)不同，必須通過相應(yīng)的控樣進(jìn)行修正來消除誤差。

3、項(xiàng)目預(yù)期達(dá)到目標(biāo)

拓展直讀光譜儀分析范圍，具備快速分析混鐵爐生鐵試樣能力，更好指導(dǎo)煉鋼生產(chǎn)。

4、實(shí)施方案及工作計(jì)劃

4.1制定措施

4.1.1選用直讀光譜儀分析混鐵爐生鐵試樣。

4.1.2 制定混鐵爐生鐵樣品白口化方案。

4.1.3光譜分析儀對生鐵樣品進(jìn)行均勻性檢驗(yàn)。

4.1.4對生鐵樣品進(jìn)行金相組織檢驗(yàn)確認(rèn)白口化。

4.1.5在印章樣尾部加裝金屬環(huán)，方便樣品夾持和增加樣品激發(fā)點(diǎn)數(shù)。

4.1.6采用生鐵標(biāo)樣進(jìn)行生鐵各元素工作曲線進(jìn)行控樣修正。

5、實(shí)施過程

5.1新式樣模制作：將原印章樣模變薄（原厚度：10mm改為5mm），增加試樣塊的冷卻面積(原直徑30mm改為42mm)，同時(shí)樣模外型尺寸加大，增加熱量。

5.2樣模底部墊鋼板或銅板加速白口化。（注意：鋼板面要平整否則樣品磨制困難）

5.3生鐵樣品脫模后，稍冷卻約兩分鐘投入冷水激冷后，立刻取出送光譜室。（注意不要過早投入冷水中以防樣破裂，同時(shí)避免樣品在水中停留過長的時(shí)間，防止樣品中有積水影響分析結(jié)果）

5.4光譜分析員接到樣品后用光譜磨樣機(jī)對樣品進(jìn)行打磨約1mm后，用直讀光譜儀生鐵曲線進(jìn)行分析。

5.5光譜分析員將生鐵分析結(jié)果報(bào)混鐵爐。

6、實(shí)施效果分析

6.1新樣模生鐵樣品均勻性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表1

樣品名 爐號(hào) 化學(xué)成分

Si Mn P S

生鐵 09211018 0.64 1.57 0.099 0.018

0.66 1.62 0.098 0.015

0.65 1.59 0.094 0.018

0.66 1.62 0.101 0.017

生鐵 09110897 0.57 0.17 0.093 0.017

0.56 0.16 0.091 0.016

0.57 0.16 0.091 0.016

0.57 0.17 0.091 0.016

表2

樣品名 磨制

次數(shù) 化學(xué)成分

Si Mn P S

生鐵 1 0.64 1.57 0.099 0.018

2 0.66 1.62 0.098 0.015

3 0.65 1.59 0.094 0.018

4 0.66 1.62 0.101 0.017

生鐵 1 0.57 0.17 0.093 0.017

2 0.56 0.16 0.091 0.016

3 0.57 0.16 0.091 0.016

4 0.57 0.17 0.091 0.016

上表1為不同樣品多點(diǎn)激發(fā)后結(jié)果，激發(fā)點(diǎn)正常，各指標(biāo)穩(wěn)定性好。 表2為不同樣品，多次磨制后測定結(jié)果，由此可得樣品均勻性好。

6.2混鐵爐生鐵樣品金相組織如下表。

生鐵100倍金相圖

通過金相組織檢驗(yàn)，生鐵為分布均勻的奧氏體+滲碳體組織，為白口化生鐵組織。

6.3生鐵樣品分析結(jié)果比對。

樣品名 分析方法 爐號(hào) 化學(xué)成分

Si Mn P S

混鐵爐生鐵 熒光分析 09210781 0.37 0.075 0.096 0.019

直讀分析 0.38 0.080 0.100 0.020

化學(xué)分析 0.37 0.077 0.095 0.019

混鐵爐生鐵 熒光分析 09210806 0.38 0.095 0.089 0.026

直讀分析 0.42 0.100 0.090 0.030

化學(xué)分析 0.39 0.097 0.088 0.027

混鐵爐生鐵 熒光分析 09210840 0.41 0.094 0.069 0.046

直讀分析 0.38 0.100 0.066 0.048

化學(xué)分析 0.40 0.096 0.068 0.044

第5篇

關(guān)鍵詞：主銷軸 夾雜物 偏析 斷裂

中圖分類號(hào)：TG157 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）009-015-03

某公司提供以下情況：履帶主銷軸（以下簡稱：軸）在挖掘機(jī)上與履帶配合使用，軸工作時(shí)受彎曲應(yīng)力，在碎石路面上工作185 h發(fā)生斷裂。軸外形尺寸為 36 mm2 mm。軸為韓國牌號(hào)S43BC，具體的成分、熱加工工藝等均保密。委托者稱成分接近GB/T 699-1999《碳素結(jié)構(gòu)鋼》中的45號(hào)鋼。略知軸加工工序：軋制調(diào)質(zhì)處理冷加工高頻爐淬火回火。技術(shù)要求：軸表面硬度55～60 HRC，芯部硬度285～330 HB，淬火層深度3.0～5.0 mm（≥45 HRC）。與軸配合使用的履帶要求表面硬度38～49 HRC，詢問委托者硬度為什么相差這么多，回答不知道，是仿造的。

1 試驗(yàn)結(jié)果與分析

1.1 宏觀檢驗(yàn)

軸斷裂樣品形貌見圖1，圖2。宏觀斷口觀察，如圖3所示，斷口有一定斜度，無宏觀疲勞紋，有明顯的撕裂嶺與河流花樣，呈脆性斷口特征。裂紋源在箭頭a處，受力后裂紋快速擴(kuò)展，大約到斷口半徑處后又以箭頭b處為裂紋源再次擴(kuò)展直至軸斷裂。

1.2 化學(xué)成分分析

在斷裂的軸上取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，其中C、S含量采用HCS-140型高頻紅外碳硫分析儀檢測，其余元素依據(jù)GB/T 223系列標(biāo)準(zhǔn)檢測。檢測結(jié)果見表1，結(jié)果表明其C含量高于技術(shù)要求。

1.3 硬度及淬火層深度測定

依據(jù)GB/T 230.1-2009《金屬材料 洛氏硬度試驗(yàn) 第一部分：試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，采用LR-300TDL型洛氏硬度計(jì)對軸表面硬度進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表2。技術(shù)要求：深度3.0～5.0 mm范圍內(nèi)硬度≥45 HRC，實(shí)際檢測深度為3.3 mm，硬度值檢測結(jié)果符合技術(shù)條件要求。

1.4 微觀斷口觀察

使用日本日立株式會(huì)社，型號(hào)S-4800場發(fā)射掃描電子顯微鏡對斷口進(jìn)行掃描觀察，圖4（a）為裂紋源a位置，縱裂紋從軸表面向心部擴(kuò)展，無疲勞輝紋。裂紋處放大1000X裂紋分布有較多的球狀物P的還鑲嵌在凹坑中5明是D類非金屬夾雜物，見圖4（b）。對裂紋擴(kuò)展區(qū)進(jìn)行觀察，可以看見清晰的河流狀花樣，呈現(xiàn)解理斷口特征，屬于脆性開裂斷口，見圖4（c）。

1.5 金相檢測分析

在Axio Observer.Alm型金相顯微鏡上分別對斷裂軸進(jìn)行非金屬夾雜物含量的測定和顯微組織觀察。

觀察斷口橫截面金相組織，在裂紋源a附近觀測到兩條尚未交叉的縱向裂紋，見圖5。裂紋位置處于淬火區(qū)域，裂紋a與裂紋b成一定角度。兩條裂紋剛直形如閃電，并沿晶界擴(kuò)展，裂紋兩側(cè)無氧化脫碳現(xiàn)象，屬于淬火裂紋。

2 分析討論

根據(jù)上述檢測，此軸存在以下缺陷：

牌號(hào)接近45號(hào)鋼，碳含量卻達(dá)到55號(hào)鋼，而鋼中的含碳量對高頻淬火形成裂紋的敏感性的影響十分強(qiáng)烈。實(shí)踐證明，45號(hào)鋼的含碳量接近上限時(shí)，高頻淬火過程的開裂現(xiàn)象將急劇增加，增大了熱裂和冷裂傾向。

根據(jù)生產(chǎn)工序，軸應(yīng)該是軋制件。金相檢測結(jié)果存在樹枝狀結(jié)晶，說明沒有經(jīng)過良好的軋制，有較嚴(yán)重的偏析，降低了軸的性能；偏析嚴(yán)重及樹枝狀晶，高溫時(shí)鋼的晶界強(qiáng)度較晶內(nèi)低，淬火應(yīng)力下，容易從晶界開裂，增大了高頻淬火過程的開裂傾向。偏析使得臨界溫度不同，奧氏體化后相同的冷卻條件下，組織有很大差別。在合金元素含量較高的偏析區(qū)域，Ms點(diǎn)較基體高，容易形成馬氏體，形成較大的組織應(yīng)力及熱應(yīng)力，易成為裂紋。

非金屬夾雜物含量達(dá)D類粗系2.5，破壞軸整體性及連續(xù)性，降低鋼的強(qiáng)度及韌性。

依據(jù)GB/T 13320-2007評(píng)定，組織為珠光體+索氏體+鐵素體+魏氏組織，評(píng)定為8級(jí)，是調(diào)質(zhì)質(zhì)量最差的級(jí)別。

橫截面淬火層馬氏體為3級(jí)，屬正常的馬氏體組織。但是，兩條裂紋剛直形如閃電，并沿晶界擴(kuò)展，裂紋兩側(cè)無氧化脫碳現(xiàn)象，屬于淬火裂紋。

軸的硬度設(shè)計(jì)不合理，技術(shù)要求軸的表面硬度55～60 HRC，與軸配合使用的履帶表面硬度38～49HRC，硬度差為6 ～11 HRC。實(shí)際測量硬度59.0～60 HRC，超出履帶技術(shù)上限10～11 HRC，不管從耐磨、強(qiáng)度和韌性哪個(gè)角度設(shè)計(jì)，都不該相差這么多。查《結(jié)構(gòu)鋼手冊》55鋼硬度達(dá)60 HRC時(shí)，回火溫度最高100 ℃，根本達(dá)不到消除高頻淬火應(yīng)力的作用，除非相當(dāng)長時(shí)間回火；為了提高軸的使用壽命，設(shè)計(jì)硬度應(yīng)該與履帶相當(dāng)。

由于軸存在上述缺陷，在碎石路面受彎曲應(yīng)力，工作185 h斷裂。電鏡觀察裂紋起源于軸表面，無疲勞輝紋，擴(kuò)展區(qū)有河流狀花樣，斷口為解理，有D類夾雜，軸邊緣無剪切唇，屬于脆性瞬間斷裂。

3 結(jié)論

（1）含碳量偏高，增大了熱裂和冷裂傾向。

（2）非金屬夾雜物破壞軸整體性及連續(xù)性，降低鋼的強(qiáng)度及韌性。

（3）原料未經(jīng)過良好的軋制或均勻化退火，保留有樹枝狀結(jié)晶和偏析，降低了軸的性能。

（4）軸硬度設(shè)計(jì)不合理，與履帶不匹配。

參考文獻(xiàn)：

[1] 任頌贊，張靜江，陳質(zhì)如，等.鋼鐵金相圖譜[M].上海：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2005：104，136，691.

第6篇

關(guān)鍵詞：Q690C；低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼；焊接規(guī)范

中圖分類號(hào)：P755.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言：

進(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著社會(huì)在不斷的進(jìn)步與發(fā)展，國家電力事業(yè)正在蓬勃發(fā)展。電網(wǎng)在不斷升級(jí)，電壓等級(jí)從原先的110kV、220kV向超高壓330kV、500kV及特高壓750kV、1000kV發(fā)展，輸電線路鐵塔承受的荷載也越來越大，基塔重量也隨之加大。為了保證鐵塔質(zhì)量，又能達(dá)到減輕塔重、降低造價(jià)之目的，國家電網(wǎng)公司在近幾年一直研究高強(qiáng)鋼在輸電線路鐵塔中的應(yīng)用，Q420、Q460等低合金高強(qiáng)度鋼材在不斷進(jìn)行推廣和應(yīng)用。2009年國家把低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的標(biāo)準(zhǔn)GB/T1591從鋼材強(qiáng)度的最高級(jí)別從Q460提高到Q690，這就為輸電線路鐵塔應(yīng)用高強(qiáng)鋼提供了更大的空間。

焊接是鐵塔制造中的關(guān)鍵過程，從鋼材的性能、化學(xué)成分分析；焊接冷裂紋敏感性分析、試驗(yàn)；焊接性能試驗(yàn)；焊接工藝評(píng)定等方面進(jìn)行試驗(yàn)、分析、研究，確定Q690C低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的焊接性能。

一、鋼材的復(fù)檢

本焊接實(shí)驗(yàn)選用鋼材為唐山鋼鐵股份有限公司生產(chǎn)的鋼材牌號(hào)為Q690C、厚度為8㎜控軋鋼板，鋼材化學(xué)成分和力學(xué)性能符合《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591-2008中的要求。

所有鋼材進(jìn)行復(fù)檢，復(fù)檢結(jié)果與鋼材質(zhì)量證明書及GB/T1591-2008《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)對照，化學(xué)成分要求見表1。

表1 鋼材的化學(xué)成分

力學(xué)性能要求見表2。其中拉伸試驗(yàn)用試樣取橫向試樣，沖擊試驗(yàn)用試樣取縱向試樣，采用10㎜×7.5㎜×55㎜的V型缺口試樣。

表2 鋼材的力學(xué)性能

通過表1和2的鋼材復(fù)檢結(jié)果比較看出：鋼材的化學(xué)成分及各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

二、鋼材的焊接裂紋敏感性分析

（一）焊接裂紋敏感性指數(shù)分析

GB/T1591-2008標(biāo)準(zhǔn)6.1.9規(guī)定：熱機(jī)械軋制（TMCP）或熱機(jī)械軋制加回火狀態(tài)交貨鋼材的碳含量不大于0.12%時(shí)，可采用焊接裂紋敏感性指數(shù)（Pcm）代替碳當(dāng)量評(píng)估鋼材的可焊性。Q690鋼材的Pcm值≤0.25%。Pcm值應(yīng)由熔煉分析并采用下式計(jì)算：

Pcm=C+ Si/30＋Mn/20＋Ni/60＋Cr/20＋Mo/15＋V/10＋5B

= 0.21％

計(jì)算結(jié)果看出，Q690C鋼材的焊接裂紋敏感性指數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

不同強(qiáng)度鋼材的焊接裂紋敏感性趨勢見圖1

圖1不同強(qiáng)度鋼材焊接裂紋敏感性趨勢圖

（二）碳當(dāng)量計(jì)算

鋼材的焊接冷裂紋敏感性與母材和焊縫金屬的化學(xué)成分有關(guān)，通常用碳當(dāng)量來表示。GB50661《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》引用了國際焊接學(xué)會(huì)（IIW）推薦的非調(diào)質(zhì)鋼碳當(dāng)量Ceq計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：

Ceq=C＋++（％）

按表2鋼材的質(zhì)量證明書數(shù)值，依據(jù)上述公式進(jìn)行計(jì)算其碳當(dāng)量為0.518％；

從碳當(dāng)量計(jì)算結(jié)果看出，鋼板的碳當(dāng)量大于0.50％，說明其焊接難度為：難。（GB50661標(biāo)準(zhǔn)對工程焊接難度劃分：碳當(dāng)量在0.50％以上范圍內(nèi)為“難”）。為保證焊縫質(zhì)量，需進(jìn)行具體的焊接工藝評(píng)定來指導(dǎo)鋼材的焊接生產(chǎn)。

不同強(qiáng)度鋼材碳當(dāng)量趨勢見圖2

圖2不同強(qiáng)度鋼材碳當(dāng)量趨勢圖

三、斜Y坡口焊接裂紋試驗(yàn)

參照 GB4975.1《斜Y坡口焊接裂紋試驗(yàn)方法》進(jìn)行斜Y坡口焊接裂紋試驗(yàn)（小鐵研），以評(píng)定焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋的傾向性。

（一）試驗(yàn)圖樣：見圖3；

圖3 試件形狀及尺寸

（二）試驗(yàn)條件：見表3；

表3 焊接冷裂紋試驗(yàn)條件

（三）試驗(yàn)結(jié)果：見表4。

表4試驗(yàn)結(jié)果

斜Y坡口試驗(yàn)結(jié)果表明，Q690C鋼材在焊接時(shí)，需要進(jìn)行預(yù)熱150-180℃。

四、焊接性能試驗(yàn)

（一）焊接材料的選擇

焊接材料的匹配一般采用等強(qiáng)原則，即焊絲熔敷金屬力學(xué)性能與母材力學(xué)性能相當(dāng)。但是近年來美國、日本等國家從焊接裂紋角度考慮，對“低強(qiáng)匹配”焊接接頭的性能進(jìn)行了研究。采用“低強(qiáng)匹配”焊接材料可使焊縫裂紋顯著減少的經(jīng)驗(yàn)，在美國和日本的一些工程結(jié)構(gòu)中被采用，國內(nèi)也有這方面的報(bào)道。考慮到防止焊縫裂紋、改善工藝條件以及焊接區(qū)的韌性和裂紋敏感性，為此參照GB50661標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)焊接材料標(biāo)準(zhǔn)，CO2氣保焊時(shí)選用焊絲型號(hào)為：武漢鐵錨焊接材料有限公司生產(chǎn)的牌號(hào)為WH-70-G實(shí)心焊絲（符合GB/T8110-2008中ER70-G）。

焊接氣體采用富氬（Ar80%+CO220%）混合氣體。

（二）熔敷金屬力學(xué)性能試驗(yàn)

按照GB/T8110-2008《氣體保護(hù)焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》的要求進(jìn)行制備試件見圖2，。

圖2熔敷金屬力學(xué)性能試驗(yàn)試件制備

焊接規(guī)范見表5。

表5 焊接規(guī)范

試驗(yàn)結(jié)果見表6、表7。

表6 熔敷金屬力學(xué)性能

通過表6、表7的試驗(yàn)結(jié)果看出：CO2氣保焊焊絲熔敷金屬力學(xué)性能和化學(xué)成分基本與母材性能相當(dāng)，按照焊材選用低匹配的原則可以使用。

五、結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，Q690C鋼材在采用氣體保護(hù)焊接時(shí)，焊絲選用70公斤級(jí)焊材、氣體選用富氬(80％Ar+20％C02)混合氣體；焊前需要預(yù)熱150～180℃，能夠滿足焊接要求。

參考文獻(xiàn):

[1].GB50661-2011.鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范[S].北京：中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部、中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2011

[2].GB/T8110-2008.氣體保護(hù)焊用碳鋼、低合金鋼焊絲[S].北京：中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，2008

作者簡介：

第7篇

【關(guān)鍵詞】熱軋雙相鋼;焊接性能;重工業(yè)發(fā)展

雙相不銹鋼是一種常見的鋼材種類，在此種鋼材中固液組織中的鐵含量比重占到了一半左右，奧氏體含量也占一半。在碳含量較低的情況下，Cr、Ni、Gu等元素也占有一定比重。此種鋼材因?yàn)橛幸欢ǔ煞值膴W氏體與鐵元素，為此，具有不銹鋼的優(yōu)勢，并且可塑性與韌性均非常高，沒有非常明顯的溫脆性，可以使焊接性能大大提高，并且在導(dǎo)熱系數(shù)上也非常高。本文結(jié)合上述熱軋雙相鋼的這些優(yōu)勢深入研究了其性能，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)部門提供一些參考。

1 熱軋雙相鋼特點(diǎn)以及組成成分

1.1 特點(diǎn)

（1）雙相鋼2250的合金成分是310升，奧氏體成分為312，與其他的合金材料相比，雙相鋼有著非常強(qiáng)的抗斑腐蝕以及抗裂縫性能，總的來說，其抗腐蝕性非常強(qiáng)，而在奧氏體上比較，此鋼型有較低的膨脹系數(shù)，能夠有效導(dǎo)熱。

（2）雙相不銹鋼2205的合金與奧氏體在耐熱性能上比普通的鋼材合金高出3倍，在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，可以適當(dāng)?shù)臏p輕其重量。其適應(yīng)的溫度一般在―40°F/+500°F左右，如果在具體的生產(chǎn)中有著特定的要求可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，對于其焊接結(jié)構(gòu)來說，低溫效果將非常好。

1.2 化學(xué)成分

雙相鋼的主要化學(xué)成分有C、Mn、Si、p、S、Cr、Ni、Mo、No（奧氏體―鐵元素）等，每一種化學(xué)成分都占有一定比重。C≤0.020;Mn≤3.00;Si≤2.00;p≤0.020;Cr含量在23.0～2.0;Ni的含量在4.1～5.6左右;Mo為13～0.30。

2 實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

本文通過一組實(shí)驗(yàn)分析熱軋雙相鋼焊接性能，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用到的材料為硅、錳、鉻、鉬型的熱軋鋼化板，鋼板的厚度在2.5毫米～6毫米之間。本文實(shí)驗(yàn)中鋼的所有成分分別有C、Si、Mn、Cr、Mo、P、S等合金元素，這些合金元素的重量百分比分別為：0.06、1.23、1.05、.047、0.05、0.018、0.009。

在應(yīng)用膨脹儀器進(jìn)行檢測時(shí)，可以將檢測點(diǎn)集中在鋼的臨界點(diǎn)位置處，一般Ac1的溫度可在606℃左右，而Ac2的溫度可以控制在852℃左右。再應(yīng)用分析檢測儀檢測出馬氏體的含量占總成分的百分之十五。

選擇一段厚度為6毫米的鋼板，做二氧化碳焊接試驗(yàn)，并做出溫度曲線循環(huán)圖。試驗(yàn)的各個(gè)要素構(gòu)成分別為：電流（A）、電壓（V）、焊接速度（mm/s）、氣體流量（m3/h）、冷卻條件等。

在實(shí)驗(yàn)中，雙相鋼的鉆孔深度可以為3.2mm、4mm、2.3mm、還要有一個(gè)尺寸在1毫米左右的孔縫，可以將熱電偶焊接在小孔的底部，具體樣式如下圖1所示，可以將熱電偶的另一端接到一個(gè)時(shí)間記錄儀上面，能夠準(zhǔn)確的記錄下來整個(gè)焊接過程，對于繪制各個(gè)區(qū)域溫度曲線圖有重要作用。

熱模試驗(yàn)的全部過程都在一個(gè)成型的熱模型上開展，按照實(shí)際的熱循環(huán)曲線圖，選擇適當(dāng)?shù)臏囟戎担瑴囟茸兓仍赥p從700℃降低到400℃，其最終的冷卻時(shí)間在5分鐘。每一個(gè)實(shí)驗(yàn)組的拉伸值與曲線樣式選取的峰值溫度分別在1260℃、1130℃、800℃、620℃、400℃。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析

通過以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，模擬的實(shí)際熱影響區(qū)域內(nèi)的各個(gè)部分的組織要能夠符合每一種組織的實(shí)際熱規(guī)范。實(shí)際的焊接熱區(qū)域中具有梯度值，并且從當(dāng)前的熱量條件上看，各個(gè)相鄰的奧氏體都是順著低溫趨勢擴(kuò)張，但因?yàn)樗幍氖軣釛l件是有差異的，模擬的奧氏體晶粒都是在溫度均勻的狀況下運(yùn)行。總體來說，就是雙相鋼中的晶體能夠沿著特定的方向長大。為了確保不同奧氏體能夠?qū)崿F(xiàn)尺寸上的均等，就要對模擬溫度適當(dāng)降低，這樣才能與實(shí)際顯微組織效果接近。

通過實(shí)驗(yàn)中硬度的對比分析可以知道，模擬的過熱區(qū)域中的峰值溫度在1260℃，其他的各個(gè)溫度段的峰值都與實(shí)際相差無幾。其重要參數(shù)為600℃～500℃的冷卻時(shí)間在t7/8，這個(gè)測定值與其他各個(gè)溫度點(diǎn)上的溫度基本一致，可以作為全部熱循環(huán)的重要參數(shù)。

在實(shí)驗(yàn)完成以后，能夠繪制出一個(gè)系統(tǒng)化的曲線圖，能量達(dá)到了2.3千克每立方厘米時(shí)對應(yīng)的溫度可以成為脆性溫度，每一個(gè)溫度區(qū)間都不能低于―20℃。在峰值達(dá)到了600℃時(shí)，斷口的外部形態(tài)呈現(xiàn)蜂窩狀，而其他都是斷裂樁，在800℃以上的高溫韌性非常好，這是由馬氏體與鐵軟化致使的。將焊接內(nèi)容放置到顯微鏡下觀察，可以看出，影響熱區(qū)母材會(huì)受焊接的影響，其原組織將發(fā)生變化，在鐵元素上出現(xiàn)了細(xì)小的碳化物質(zhì)，整體上晶體物質(zhì)較大。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以總結(jié)為：

應(yīng)用CO2氣體進(jìn)行電弧焊接，利用硅、錳、鉻、鉬等導(dǎo)熱的熱軋雙相鋼板是適合的，能夠測得平滑的焊接孔道，焊接時(shí)飛濺少，并且有較窄的熱影響區(qū)域;

熱軋雙相鋼的焊接抗沖擊性能較好，冷脆溫度在―20℃;

雙相鋼在焊接時(shí)發(fā)生軟化是在熱影響區(qū)域達(dá)到600℃的時(shí)候，但其仍然會(huì)存在500MPa的抗拉強(qiáng)度。

3 結(jié)語

本文主要對熱軋雙相鋼的主要構(gòu)成及化學(xué)成分進(jìn)行了分析，并以一組實(shí)驗(yàn)探討了其具體存在的性能，可見，做好熱軋雙相鋼的性能研究對于提高雙相鋼利用效率、節(jié)省資源、提高生產(chǎn)率有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

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[3]孫成錢，孟凡磊，張紅梅.等.熱模擬工藝參數(shù)對熱軋雙相鋼中第二相粒子析出行為的影響[J].熱加工工藝，2012（5）.

[4]方圓，劉雅政，周樂育.等.馬氏體體積分?jǐn)?shù)對熱軋雙相鋼形變位錯(cuò)結(jié)構(gòu)和斷裂的影響[J].鋼鐵，2010（8）.

[5]孫全社，U.Lorenz，W.Bleck等.一種熱軋雙相鋼在γ和γ+α相區(qū)的靜態(tài)軟化動(dòng)力學(xué)研究[J].寶鋼技術(shù)，2010（4）.

第8篇

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐；出鋼；脫氧；工藝優(yōu)化

煉鋼廠生產(chǎn)工藝流程為15ot轉(zhuǎn)爐～底吹氫站～LF爐精煉（部分鋼種）～大板坯連鑄機(jī)。投產(chǎn)初期轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)，除加人硅鐵、錳鐵外，主要采用加人臺(tái)鋁脫氧，其結(jié)果是不僅鋁消耗量大，冶煉成本高，而且連鑄過程水口結(jié)瘤問題出現(xiàn)幾率較高，影響生產(chǎn)順行。為了進(jìn)一步降低成

本、改善脫氧效果，在對脫氧的有關(guān)理論問題重新認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)場試驗(yàn)，成功開發(fā)了新的脫氧工藝，達(dá)到了顯著降低成本和改善脫氧效果的目的。

1煉鋼常用的脫氧方式

現(xiàn)代煉鋼生產(chǎn)中，脫氧方法可分為使用脫氧劑脫氧和真空脫氧兩大類，而前者又依據(jù)脫氧劑加入方法的不同，分為沉淀脫氧法和擴(kuò)散脫氧法。

1.1沉淀脫權(quán)法

沉淀脫氧法是向鋼液中加入與氧的親和力比鐵大的元素，使溶解于鋼液中的氧化鐵還原，用公式表示如下：

這種脫氧法的缺點(diǎn)是隨著氧化鐵的還原，在鋼液中產(chǎn)生了新的氧化物Fexoy，因此采用這種方法脫氧時(shí)，必須創(chuàng)造夾雜物上浮的良好條件。

1.2擴(kuò)散脫氧法

擴(kuò)散脫氧法是將脫氧劑加入到爐渣中，直接降低爐渣中的氧化鐵含量，借分配定律的作用使鋼液中的氧化鐵逐漸轉(zhuǎn)移到爐渣中來。平衡狀態(tài)下，氧在爐渣和鋼液之間的分配服從分配定律為：

由上式可見，如人為降低（Feo），則鋼液中的[FeO〕就會(huì)擴(kuò)散進(jìn)人爐渣。因此，決定熔池中氧含量的主要因素不是鋼液中的含碳量，而是爐渣中的氧化鐵含量。將含氧化鐵較低的合成渣置于盛鋼桶內(nèi)與鋼液混合，也能得到相同效果。故擴(kuò)散脫氧又分為爐內(nèi)脫氧和盛鋼桶內(nèi)脫氧。

（1）爐內(nèi)的擴(kuò)散脫氧在采用爐內(nèi)擴(kuò)散脫氧時(shí)，加人爐渣中的脫氧劑一般為硅鐵或鋁、硅、碳等配合使用。爐內(nèi)的擴(kuò)散脫氧的優(yōu)點(diǎn)是鋼液被脫氧產(chǎn)物沽污的機(jī)會(huì)較少，而且加人的合金元素和脫氧劑的燒損也較少。此方法的缺點(diǎn)是擴(kuò)散速度慢，生產(chǎn)率低；爐襯壽命短；用強(qiáng)脫氧劑時(shí)，易造成回磷，同時(shí)增加了脫氧劑的損耗量，而且必須將脫氧劑粉碎。

（2）盛鋼桶內(nèi)的擴(kuò)散脫氧由于熔池內(nèi)的鋼液與爐渣的接觸面積不大，限制了擴(kuò)散脫氧的速度，因而可以采用合成渣洗的方法，使鋼液與合成渣發(fā)生攪拌作用而增加接觸面積，提高反應(yīng)速度。國內(nèi)外的許多鋼鐵廠采用合成渣洗的辦法，取得了較好的脫硫、脫氧效果。

1.3真空脫氧

在根本改善鋼的質(zhì)量方面，應(yīng)用真空脫氧有很大意義，這是因?yàn)椴捎闷渌撗醴椒ú豢赡芡耆コ撝械膴A雜物真空碳脫氧服從以下熱力學(xué)規(guī)律：

如果根據(jù)上式近似評(píng)價(jià)碳在1873K下的脫氧能力，碳具有比鋁還強(qiáng)的脫氧能力。

2擴(kuò)散脫氧劑的作用

在轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)通常不對爐渣進(jìn)行脫氧，因出鋼時(shí)下渣帶人一定量的氧化渣，使鋼包中爐渣的氧化鐵含量較高，達(dá)到10%一15%。當(dāng)鋼水脫氧后，渣鋼之間氧的平衡被破壞，從出鋼到連鑄平臺(tái)鋼包中鋼水氧含量不斷增加，發(fā)生鋼的二次氧化，導(dǎo)致鋼中夾雜物含量增加。出鋼過程加人含有SIC、Cac：等組元的擴(kuò)散脫氧劑可達(dá)到以下效果。

（1）對鋼水脫氧，生成的產(chǎn)物以氣體為主，不污染鋼液，有利于減少鋼中夾雜物含量。其反應(yīng)：

（2）降低爐渣氧化性，防止鋼水的二次氧化。

（3）由于爐渣氧化性降低，可促進(jìn)鋼水脫硫。

3轉(zhuǎn)爐出鋼過程脫氧工藝試驗(yàn)

試驗(yàn)在煉鋼廠150t轉(zhuǎn)爐出鋼過程中進(jìn)行，試驗(yàn)鋼種典型爐次鋼水成分見表1。試驗(yàn)各爐次合金及擴(kuò)散脫氧劑加人情況見表2。試驗(yàn)采用的擴(kuò)散脫氧劑為AICac。

3.1脫氧效果

表2為試驗(yàn)各爐次在吹氫站用定氧探頭測得的鋼水溶解氧含量（活度）值。從結(jié)果看，由于試驗(yàn)條件不同，出鋼時(shí)脫氧后吹氫站吹氫的鋼水溶解氧含量在4一46.8ppm。影響鋼水氧含量的因素主要有以下幾個(gè)方面。

（l）擋渣出鋼的影響由于1號(hào)爐采用擋渣出鋼，2號(hào)爐未采用擋渣出鋼，兩者的平均氧含量分別為8.8ppm和27.6ppm。說明出鋼時(shí)如果不擋渣會(huì)導(dǎo)致大量氧化渣進(jìn)入鋼包，使脫氧劑有相當(dāng)一部分比例消耗于爐渣脫氧，最終導(dǎo)致鋼水的脫氧效果較差。而擋渣出鋼可以明顯改善脫氧效果，減少吹氫站喂鋁線量。

（2）脫氧劑的加入順序試驗(yàn)第6爐（爐號(hào)：lon430）在出鋼時(shí)先加人AICaC擴(kuò)散脫氧劑，后加AIMnTi沉淀脫氧劑，其脫氧效果改善，到吹氫站喂絲前氧含量已降至4.0ppm。這是因?yàn)閿U(kuò)散脫氧劑的脫氧能力比鋁基沉淀脫氧劑弱，先加人可以充分發(fā)揮其對鋼水和爐渣的脫氧作用，改善總體脫氧效果。

（3）第1爐（爐號(hào)：2010840）和第7爐（爐號(hào)：2010842）脫氧效果分析從表2可知，第1爐和第7爐的氧含量分別為28.2ppm和46.8PPm，脫氧效果較差，其主要原因是未擋渣出鋼。例如第1爐在出鋼時(shí)氧化渣下渣量相當(dāng)大，渣面幾乎到達(dá)鋼包的上沿；另外，其他操作因素對其也有一定的影響。第1爐出鋼時(shí)終點(diǎn)碳只有0.03%，鋼水氧化性較高，也影響脫氧效果。而第7爐出鋼前后吹一次使鋼水氧化性提高，對脫氧效果也有較大影響。

3. 2合金化效果

3. 2. 1鋼水化學(xué)成分

從轉(zhuǎn)爐出鋼前和吹氫站喂鋁線前鋼水的化學(xué)成分分析結(jié)果可以看出：與冶煉標(biāo)準(zhǔn)比較，本輪試驗(yàn)在出鋼時(shí)脫氧和合金化后的鋼水化學(xué)成分完全符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也基本達(dá)到了內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，說明新的合金化工藝可以滿足鋼水化學(xué)成分的控制要求。

3. 2. 2操作工藝對鋼水中磷、硫含量的影響

從表3的數(shù)據(jù)不難看出，第1，2，7爐次是采用2號(hào)爐冶煉，出鋼時(shí)未采取擋渣操作，下渣量較大，鋼水回磷量平均為0. 004寫。而第3，4，5，6爐次是由1號(hào)爐冶煉的，出鋼時(shí)采用了擋渣操作，鋼水平均回磷量只有。. 000 25 0 o，幾乎不回磷。這是因?yàn)閺?fù)合擴(kuò)散脫氧劑中有提高爐渣磷容量的組元，對抑制鋼水回磷有較大的作用。

除第1爐出鋼時(shí)原始硫含量較高，脫硫量較大外，其余各爐次由于出鋼時(shí)原始硫較低，脫硫量相對較少，但鋼水到吹氫站時(shí)平均硫很低，所以新的合金化工藝對鋼水脫硫沒有不利影響，且出鋼擋渣與否對鋼水脫硫影響不大。

3. 3成本分析

包括出鋼時(shí)加臺(tái)鋁、吹氫站和LF爐喂鋁加臺(tái)鋁的總和。

根據(jù)煉鋼廠提供的合金價(jià)格，試驗(yàn)各爐次合金化成本的計(jì)算結(jié)果見表6。本輪試驗(yàn)中2號(hào)爐冶煉的3爐由于出鋼時(shí)未擋渣，合金消耗量較大，其成本相對較高。而在正常擋渣條件下，與相同操作條件的原工藝相比，合金化成本每噸減少4. 48元。說明新的合金化工藝可以顯著節(jié)約煉鋼成本，為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

4結(jié)語

（1）煉鋼廠轉(zhuǎn)爐冶煉SS 400出鋼過程中采用AIMnTi}-A1CaC復(fù)合擴(kuò)散脫氧劑進(jìn)行脫氧操作的新工藝，可以滿足現(xiàn)場工藝要求，其鋼水化學(xué)成分符合冶煉標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）當(dāng)出鋼時(shí)正常擋渣，采用先加A1CaC擴(kuò)散脫氧劑再加人A1MnTi沉淀脫氧劑的脫氧操作工藝，能達(dá)到最佳的脫氧效果。

（3）在正常擋渣操作條件下，與原工藝相比，新的脫氧工藝可使鋁和錳的收得率分別提高8}和11%。

（4）新型A1CaC擴(kuò)散脫氧劑可以有效地抑制鋼水回磷。在正常擋渣操作條件下，回磷量幾乎為零。

（5）新的脫氧工藝可以顯著節(jié)約合金化成本，與原工藝相比可降低4. 48元八鋼。

（6）開發(fā)出鋼脫氧合金化模型及成本更低的鋁錳鐵復(fù)合脫氧劑并優(yōu)化合金加入量計(jì)算，可望進(jìn)一步降低煉鋼成本。

參考文獻(xiàn)：

第9篇

文章主要闡述了各種金屬材料化學(xué)成分分析方法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上，闡述了今后金屬材料分析方法的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：

金屬材料；化學(xué)成分；分析方法；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

引言

金屬材料在現(xiàn)代建筑和工業(yè)設(shè)施建設(shè)中起著無可替代的作用，隨著新型建筑和工業(yè)裝備的出現(xiàn)，高性能材料的需求不斷增加。例如，北京奧運(yùn)主場館“鳥巢”在國內(nèi)建筑史上首次使用110mm的Q460，由舞陽鋼廠的科研人員首次研制成功。此外，隨著第三代核電AP1000在國內(nèi)的建設(shè)，SA738與S32101這兩種高性能鋼材才開始在國內(nèi)研制與生產(chǎn)。眾所周知，金屬材料性能的優(yōu)劣主要是由組織結(jié)構(gòu)決定，同時(shí)組織結(jié)構(gòu)會(huì)隨其元素種類和相對含量的不同而改變[1-3]。因此，準(zhǔn)確分析材料元素種類和含量，對于新性能材料的研發(fā)和合理利用至關(guān)重要。金屬材料中比較重要的元素為碳、硅、錳、硫和磷，對材料的性能影響最顯著。對材料的物理性能影響最大的元素是碳，碳含量的高低直接影響鋼鐵組織變化，例如奧氏體鋼和馬氏體鋼，從而影響鋼材的物理性能。硅作為脫氧劑，煉鋼過程必不可少。沸騰鋼的含硅量很低，而在鎮(zhèn)靜鋼中硅的含量一般為0.12%～0.37％。鋼中硅含量的增加，會(huì)相應(yīng)提高屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，例如調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中硅含量增加1.0%～1.2%，強(qiáng)度可提升15%～20%。但是，硅含量的提高會(huì)降低鋼材的伸長率和收縮率，沖擊韌性明顯降低。硫作為鋼中的有害元素，在煉鋼過程引入，會(huì)降低韌性和延展性，造成鋼材在熱加工過程開裂，因此鋼材含硫量都嚴(yán)格控制，例如Q235B要求硫≤0.045%[4]。磷作為鋼中有害元素，會(huì)降低鋼的塑性，同時(shí)影響其焊接性能和冷彎性能，所以一般鋼種要求磷≤0.045%，優(yōu)質(zhì)鋼含磷量更低。要掌握金屬材料的性能，必須準(zhǔn)確分析元素含量，并在此基礎(chǔ)上研發(fā)性能更加優(yōu)異的材料。尤其微量元素硼、鋁、氮、釩、鈦和鈮等，例如SA738Gr.D要求硼≤0.0007%，Q345B要求鋁≤0.015%[5]。這就要求我們合理的利用化學(xué)分析方法，足夠精確地分析相關(guān)元素含量。

1化學(xué)分析方法

隨著分析技術(shù)的發(fā)展，分析金屬材料的化學(xué)成分先后出現(xiàn)的方法有重量法、滴定法、分光光度法、原子光譜法（原子發(fā)射光譜法和吸收光譜法）和電感耦合等離子質(zhì)譜法等[6-8]。其中，重量法、滴定法和分光光度法主要基于離子之間的化學(xué)反應(yīng)，分析化學(xué)學(xué)科出現(xiàn)時(shí)實(shí)驗(yàn)人員已經(jīng)熟練掌握，需要簡單的儀器設(shè)備即可展開測試，并且易于應(yīng)用。后面的方法為近幾十年新研發(fā)出的，物理學(xué)研究深入到原子核階段以后才相繼出現(xiàn)，并且隨著技術(shù)的進(jìn)步，儀器的研發(fā)會(huì)朝著效率更高、操作更簡單的方向發(fā)展，不足之處就是設(shè)備比較昂貴，無法在中小企業(yè)普及。

1.1重量分析法重量分析法是經(jīng)典的定量分析方法。出現(xiàn)時(shí)間較早，使用最成熟。重量法原理是將材料中待測元素通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為可稱量的化合物，經(jīng)過過濾-烘干即可準(zhǔn)確計(jì)算材料中待測元素的含量。當(dāng)前，重量法主要適用于高含量的Si、S、P、Ag、Cu、Ni和Pb等元素含量的測定。重量法便于操作，但需要合理的沉淀和稱量，才能獲得準(zhǔn)確的測定結(jié)果。

1.2滴定分析法滴定分析法，通過兩種溶液的相互滴加，并通過顯色劑判斷反應(yīng)的終止，按照化學(xué)反應(yīng)計(jì)量關(guān)系計(jì)算待測金屬成分含量。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的不同，可分為酸堿滴定法（主要分析鋼鐵中的C、Si、P、N、B等元素）、氧化還原滴定法（主要測定Fe、Mn、Cr、V、Cu、Pn、Co和S等）、沉淀滴定法（不常用）和絡(luò)合滴定法（常用來分析Ni、Mg、Zn、Pb、Al等）四類。此分析方法只需要配置相應(yīng)的玻璃儀器（比如：滴定管和容量瓶等），成本低廉，易于操作，現(xiàn)在一些中小企業(yè)仍在使用。缺點(diǎn)是只能進(jìn)行單元素分析，分析周期長，不適用于微量元素分析，且分析數(shù)據(jù)會(huì)隨操作人員的熟練程度進(jìn)行波動(dòng)。

1.3分光光度法分光光度法的理論基礎(chǔ)是Beer-Lambert定律，用公式表達(dá)為A=KcL，在入射光強(qiáng)度一定的情況下，溶液的吸光度正比于溶液的濃度，通過吸光度的變化即可計(jì)算待測元素的濃度。分析待測試樣前首先要建立標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸收光譜曲線，通過這一曲線進(jìn)行待測試樣元素濃度的定量分析。常用于分光光度法分析的儀器有紅外、紫外-可見和原子吸收分光光度計(jì)。此方法優(yōu)點(diǎn)僅需一臺(tái)分光光度計(jì)即可完成，同時(shí)兼具靈敏度高，操作簡單迅速，應(yīng)用范圍廣（周期表中的所有金屬元素都可測定，也可測定Si、S、N、B、As、Se、和鹵素等非金屬元素）。缺點(diǎn)為只可單元素分析，其分析結(jié)果的準(zhǔn)確性需要依賴靈敏的顯色劑，且不同元素之間存在一定的干擾，造成最終的分析結(jié)果存在未知偏差。

1.4X射線熒光光譜法X射線熒光光譜法的理論基礎(chǔ)：物質(zhì)的基態(tài)原子吸收特定波長的X射線后，外層的電子被激發(fā)至高能態(tài)，處于高能態(tài)的電子極不穩(wěn)定，又躍回至基態(tài)或低能態(tài)，同時(shí)發(fā)射出熒光；熒光強(qiáng)度正比于試樣中待測元素濃度，通過測定熒光強(qiáng)度即可確定試樣中元素含量。當(dāng)原子輻射的熒光波長與照射X射線波長不同時(shí)，稱為非共振熒光，反之，則為共振熒光，分析中應(yīng)用較多的是共振熒光。此法的優(yōu)點(diǎn)是檢出線低，譜線易于分析，分析迅速，若用激光做激發(fā)光源時(shí)分析效果更佳。缺點(diǎn)該方法要求樣品較高的均一性，同時(shí)受基體效應(yīng)的影響，分析結(jié)果存在偏差，通常需要進(jìn)行一定程度地校正。

1.5原子光譜法

（1）原子吸收光譜法。工作原理為用被測元素純金屬制成空心陰極燈的陰極，該光源輻射出特征波長光，通過分光系統(tǒng)尋找該譜線并至于峰線極大位置，此時(shí)吸收池溶液在原子化器的作用下生成該元素的基態(tài)原子，基態(tài)原子吸收特征波長的光而上升到激發(fā)態(tài)，根據(jù)特征波長光強(qiáng)度的改變進(jìn)行分析得出金屬成分含量。原子吸收光譜儀的核心部分為原子化器，目前的原子化器主要有火焰原子、石墨爐原子和汞/氫化物發(fā)生原子器（專測Hg、As、Bi、Pn和Sn等）這三種，比較常用的是火焰原子和石墨爐原子吸收光譜儀。火焰原子吸收光譜法，其工作原理為利用火焰的高溫燃燒使試樣原子化進(jìn)行元素含量分析的一種方法。優(yōu)點(diǎn)：火焰穩(wěn)定、讀測精度好、基體效應(yīng)小和噪聲小。缺點(diǎn)：點(diǎn)火麻煩、原子化效率低造成精度和靈敏度差，只可分析液體樣品。石墨爐原子吸收法是利用電流加熱石墨爐產(chǎn)生阻熱高溫使式樣原子化，并進(jìn)行輻射光譜吸收分析的方法。相比于火焰原子吸收法，分析試樣幾乎全部參加原子化，且有效避免了火焰氣體對原子濃度的稀釋，此外激發(fā)態(tài)原子在吸收區(qū)停留時(shí)間長達(dá)1-10-1數(shù)量級(jí)，因此分析靈敏度和檢出限得到了顯著的改善。優(yōu)點(diǎn)：樣品利用率高、靈敏度高（檢測限低）、低的化學(xué)干擾、液體樣品和固體樣品均可分析。缺點(diǎn)：設(shè)備操作復(fù)雜，不如火焰法快速簡捷，對試樣的均勻性要求高和有較強(qiáng)的背景吸收，測定精度不如火焰原子吸收法。

（2）原子發(fā)射光譜法。原子發(fā)射光譜法是依據(jù)物質(zhì)中的基態(tài)原子獲得外界傳遞的能量后，外層電子會(huì)經(jīng)歷“低能級(jí)—高能級(jí)—低能級(jí)”，多余的能量以相應(yīng)的譜線釋放，即發(fā)射光譜。根據(jù)發(fā)射光譜就可判斷相應(yīng)元素種類和含量。目前利用原子發(fā)射光譜法研制的分析儀器有光電直讀光譜儀和電感耦合等離子發(fā)射光譜儀。此類方法儀器的共同優(yōu)點(diǎn)為多元素同時(shí)分析，分析周期短。光電直讀光譜儀，其工作原理是用電火花激發(fā)材料表面，材料表面的原子經(jīng)激發(fā)而發(fā)生電子躍遷，從而發(fā)射出材料內(nèi)部元素的特征譜線。優(yōu)點(diǎn)：測試時(shí)間短（幾分鐘內(nèi)可以準(zhǔn)確分析20多種元素）；適用于較寬的波長范圍；使用的濃度范圍廣（可同時(shí)進(jìn)行高低含量元素的分析）。缺點(diǎn)為：由于出射狹縫固定，對分析鋼種經(jīng)常變化的用戶不太適用；譜線易漂移，需要定期校準(zhǔn)；不能分析小尺寸和不規(guī)則樣品。電感耦合等離子原子發(fā)射光譜儀（ICP）也是一種新型的原子發(fā)射光譜法，工作原理為待測物質(zhì)被環(huán)狀高溫等離子體光源加熱至可達(dá)6000-8000K，待測物質(zhì)原子由產(chǎn)生電子躍遷，從而輻射出特征譜線進(jìn)行元素含量測定。ICP根據(jù)進(jìn)樣系統(tǒng)的不同又分為固體進(jìn)樣、液體進(jìn)樣和氣體進(jìn)樣三類。ICP要比直讀光譜儀器的檢出限更低，靈敏度高[9]。缺點(diǎn)對進(jìn)樣系統(tǒng)要求非常嚴(yán)格，無法分析部分難溶和非金屬元素。溶液進(jìn)樣系統(tǒng)需要將式樣要做成溶液樣品，此過程要用酸堿溶樣，會(huì)對操作人健康造成一定傷害，用時(shí)較長。

1.6電感耦合等離子體質(zhì)譜法電感耦合等離子體質(zhì)譜法是在電感耦合等離子發(fā)射光譜儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種較靈敏的元素分析方法。相比于電感耦合等離子發(fā)射光譜儀，增加了一個(gè)四極質(zhì)譜儀，質(zhì)譜儀分離不同質(zhì)荷比的激發(fā)離子，最后測量各種離子譜峰強(qiáng)度的一種分析方法。電感耦合等離子質(zhì)譜儀主要用于測定超痕量和同位素比值，比如對金屬材料中的微量元素、鑭系元素、難熔金屬元素和貴金屬元素的含量進(jìn)行測定[10]。優(yōu)點(diǎn)為操作簡單、測試周期短、靈敏度高（達(dá)ng/ml或更低）。缺點(diǎn)實(shí)際檢測成本高制約其廣泛使用，目前主要用于地質(zhì)學(xué)中金屬礦石微量、痕量和超痕量的金屬元素測定。

1.7激光誘導(dǎo)等離子體光譜法該方法是一種新興的分析技術(shù)，是原子發(fā)射光譜法的一種。利用高功率激光作用于物質(zhì)表面，產(chǎn)生瞬態(tài)等離子體，光譜儀對等離子體輻射光譜進(jìn)行分析，就可以確定材料中待分析元素的含量。可用于固體、液體和氣體中元素定性和定量分析。所需設(shè)備比教簡單，操作方便，可以同時(shí)進(jìn)行多種元素含量測定，分析效率有效提高，此外還可滿足遠(yuǎn)程分析的需要。缺點(diǎn)適用范圍較窄，目前主要用來測量不銹鋼中的微量元素[9]。

2展望

隨著工業(yè)的發(fā)展和建筑要求的提高，研發(fā)新型和高性能金屬材料的需求日益增加，各種痕量元素的快速與簡便測定變得愈加重要。文中介紹的主流分析方法或多或少都有一些缺點(diǎn)。比如：直讀直讀光譜儀只能分析特定尺寸塊狀樣品；部分電感耦合等離子光譜儀需要酸或堿溶樣，溶樣過程處理不當(dāng)會(huì)危害環(huán)境和人體健康，相應(yīng)延長了測試周期等。基于此，現(xiàn)有的一些操作方法已經(jīng)不能滿足實(shí)際應(yīng)用需要，這就迫切需要我們研發(fā)使用方便，分析周期短，靈敏度高，檢出限低和綠色環(huán)保的新方法和新儀器。因此，我們廣大測試人員和儀器制造商應(yīng)共同努力，推動(dòng)金屬材料化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)方法及儀器不斷進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

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