超低碳钢碳含量测定方法的探讨

王营龙，李 海

（天津天钢联合特钢有限公司，天津 301500）

冷轧钢板运用于汽车制造业中的本质在于其成形的性能，因此钢之中的碳含量要求都极低。诸如DC系列的冷轧低碳钢板，其甚至要求0.10%以内的WC值，而针对特深冲，抑或是超深冲的DC05、DC06钢板，其WC数值要保证在0.008%以内。根据日常检测践和国内钢企提供的生产数据，实际的碳含量水平较标准规定值低得多，钢板产品成分分析中，经济、快捷和准确的方法是直读光谱分析[1]。

1 试验部分

1.1 仪器设备

光谱仪运用的是ARL4460型光电直读，光源形式为CCS，针状钨电极4＞30mm顶角90°，设置3mm的分析间隙；铣样机选取的型号为HV-BI型，品牌为南京和澳，济阳轻工生产的GM-2型的光谱磨样机，红外碳硫仪为德国埃尔特公司生产，型号为CS-800。

1.2 设备工作条件

实验过程中，实验环境的温度保持在19℃～25℃之间，湿度保持在30%～50%的范围内，选用氩气作为实验气体，光谱的分辨率确定为9pm，光谱波段为120nm～800nm。

1.3 试验方法

样品采用平磨砂带机进行打磨（及时更换砂带），标准物质和样品按GB/T4336进行预处理，扫描，修正谱线漂移；在设备自检通过时，合理选取Fe-10分析程序，确保物质的局部得以标准化，然后校正待测样品，获得校正系数。然后对待测样品展开实验检测，并详细记录实验数据[2,3]。

1.4 样品的制备

ARL4460型光电直读光谱仪样品制备：在铣样机之中添加待测饼样，并铣去待测饼样表面的氧化层，然后将饼样进行平行三次激发，激发设备为直读光谱仪，然后求得三次平行激发的平均值，作为待测样品的最终检测结果。CS-800红外碳硫仪样品制备：同样于铣样机之中铣去待测样品表面的氧化层，然后直接检测样品的碎屑即可[4]。

2 结果与讨论

2.1 拟合曲线

分析程序选用的是Fe-10，并设置拟合曲线的相关参数：0.0417%为背景等效浓度（BEC），0.0014%确定为检出限制，0.0066%设置为拟合曲线的标准偏差，0.9980确定为相关的系数，2.000%为测量的最终上限。

2.2 数据采集

2.2.1 数据采集要求

开展样品分析时，短波范围扫描机所得到的标准化结果务必不能为红色，且控制相对标准差为5%以内。针对样品激发时，需要首先将前2次～3次的样品激发数值进行去除，然后统计后续样品的激发数值，并求得平均值。标准样品务必要激发5次以上，待测样品务必要激发3次以上。

2.2.2 标准样品检测数据

再次校准时，可以运用碳元素认定值为0.0026%和0.0028%的标准物质来进行，校准之后得到的数据如表1所示。

表1 标准样品再校准数据的统计结果（n=10）

2.3 样品制备方式对结果的影响

直读光谱仪分析时，样品制备的好坏直接影响分析结果的精度和准确度，特别是在分析超低碳钢时所产生的影响更加明显。出于分析结果准确性的角度考虑，必须要严格要求两种制备样品的制样环节。首先是采用铣样机制样，使用铣刀在低碳程序下处理的样品，样品的表面平整，没有夹渣、裂痕及氧化皮等情况，纹路清晰，用时15s，且采用铣样机制样，样品不易受污染。其次，磨样运用砂纸即可，并确保样品不受污染或者变质影响。如果样品的温度太高，且出现变色现象，需要将其进行冷却处理，重新制样后才能进行检测；若样品纹路不清晰，则要另换砂纸进行重新磨样。通过两种制样方式的对比，可以明显看出，铣样机制备的样品无论是用时还是制样效果都要远胜于砂纸磨样，因此，实验采用铣样机进行制样。

2.4 氩气纯度对结果的影晌

分析间隙中的激发气氛对于光谱仪的准确度和灵敏度有着很大的影响。火花室内的空气会强烈吸收紫外光，削弱光谱仪谱线，使其灵敏度显著下降。激发作业时，选择性氧化、第三元素的产生等因素均会致使激发再现性变差。同时，大量的金属蒸汽也在该阶段中生成，并污染环境，致使检测精度受到大幅度影响。为防范上述问题，需要在惰性气体之中，也就是氢气中开展激发放电作业。

作为光谱仪的分析条件，氢气的纯度在很大程度上回影响到检测结果的准确性和精准度，直读光谱仪所使用的氢气纯度要求为99.996%，准度不够的氨气会增加激发过程的不确定性，譬如跳闸或者激发光源不激发等情况，从而导致分析数据不准确，尤其是对如C，P等波长较短的元素进行分析时，分析数据不准确性的可能性将会进一步增加。造成这一情况出现的原因在于短波元素的分析波长都在真空紫外区，而氧会强烈吸收波长在200nm以下的谱线，如果选取纯度较低的氢气，则亦会被氧气吸收，进而影响到最终的检测结果。本次实验之中，选取的氢气的纯度高达99.996%以上，能够满足实验检测对于氢气的基本要求，保证分析结果的准确性。

2.5 氩气压力对结果的影响

在实验中使用的氩气，要确保其合适的流量和压力外，还要确保其稳定，否则难以得到理想的分析结果。若流量过小，则难以排除火花室当中的空气以及试样激发所分解出来的含氧化物，最终会导致扩散放电；反之，则会使激发样品的火花发生跳动，并且还会浪费氢气，出于分析成本的考虑，实验过程中要讲氨气的压力控制在0.30MPa。

2.6 检测精密度的分析

对于检测的精密度的校正，可以合理运用平均偏差、标准偏差、方差等一系列数据的平均值来和测定值进行比对研判。由于在实验过程中，实验仪器设备的稳定性，实验样品的均匀程度等均会对最终的精密度检测结果产生影响，因此务必要综合运用上述数据来开展精密度度量作业。一般至少需要测试30次以上。然后优选均匀性较好的样品来开展精密度试验，并在相同条件下分别测试10次，控样碳的参考值设定为0.0046%左右，具体检测结果见表2。可知，检测的标准差符合规范要求，达到了实验的测试目的。

表2 精密度试验（n=10）

2.7 准确度实验

将直读光谱仪与红外碳硫仪所测钢中超低碳的结果加以对比，可以发现，光谱值与碳硫值能够很好的吻合，能够满足生产要求。

综上所述，可以得到如下结论：①制备样品用快速铣样机制样，同时样品表面不能过高，防止被氧化，确保分析结果的准确度与精确度。②在光谱仪进行分析时，控制氨气的压力在0.3MPa，且氢气的纯度要求〕99.996%。③直读光谱仪可以快速准确的对超低碳钢中的碳含量进行测定，可以满足生产要求。