曹新全, 李 化, 鄧軍華

(遼寧省金屬學會, 沈陽 110003)

電工鋼是一種含碳量很低的鐵硅軟磁合金，它主要用來制作各種變壓器、電動機和發(fā)電機的鐵芯，是發(fā)展電力和電訊工業(yè)的基礎材料。它和金屬材料一樣，其磁性性能主要由其內部組織結構所控制，組織結構的確立又與其合金元素密切相關。目前對電工鋼的化學成分的要求也愈來愈高[1-4]，單一元素的測定已有報道[5-7]，但是多元素的分析輝光光譜法較多[8-11]。為適應公司生產品種不斷調整和優(yōu)化的工作需要以及快節(jié)奏的生產需求，彌補鞍鋼質檢中心煉鋼化驗室(鋼化)原工作曲線的不足(所有鋼種都采用同一條工作曲線)，確?；灲Y果的及時性、準確性，采用DV6E直讀光譜儀測定硅鋼中Si、Mn、P、S、Al等主要元素的成份。通過優(yōu)化曲線參數(shù)繪制硅鋼工作曲線,利用控樣對硅鋼的主要成份進行測定，經實驗證明此方法快速、準確、精確度高，穩(wěn)定性好，可滿足生產要求。

1 實驗部分

1.1 儀器

DV6光電直讀光譜儀(美國BAIRD公司)：光柵焦距1 000mm，色散率1 666.67刻線/mm光柵，激發(fā)光源HR400，讀出系統(tǒng)MC-20,砂輪機。

1.2 分析條件

氫氣純度：99.999%；氬氣流量：靜態(tài)3L/min，動態(tài)9L/min；真空度≤33.25μPa；對電極材料及形狀：鎢棒圓錐電極；分析間隙:4mm；分析時間：沖洗4s，預燃6s，積分時間4s；分析譜線波長:C 193.0nm，Si 212.4nm，Mn 293.3nm，P 178.2nm，S 180.7nm，Al 394.4nm，Ni 227.0nm，Nb 319.4nm，V 310.2nm，Cr 267.7nm，Cu 224.2nm，Ti 337.2nm，內標譜線波長：Fe 273.0nm。

1.3 樣品制備

標準樣品與試樣要進行相同的前處理，試樣表面應保證均勻，無氣孔、裂紋、夾渣等有缺陷的現(xiàn)象，否則應重新取樣。采用砂輪磨樣機進行磨制時，試樣和標準樣品要同時操作，要力求操作一致，磨紋要求一致，不應有交叉紋，要保證樣品表面平整、潔凈。用車床、銑床制樣時，要控制好轉速及進刀速度。試樣磨后不宜放置過長，否則造成試料表面氧化，影響分析結果。

1.4 標樣選擇

根據硅鋼主要元素成份，選擇以硅鋼標準樣YSKSI710(A和C)、YSKSI712C、YSBS23302-09(K1和K2)、YSB35401～3540105-2004為基準，以低合金鋼和硅鋼生產的內控標樣為輔，另選40塊其他合金鋼光譜標樣繪制工作曲線。C含量范圍：0.013%～0.89%；Si含量范圍：0.022%～3.65%；Mn含量范圍：0.04%～2.03%；P含量范圍：0.0046%～0.118%；S含量范圍：0.0024%～0.077%；Al含量范圍：0.003%～0.682%。

2 結果與討論

2.1 工作曲線的繪制

在經實驗選定的分析條件下，標準樣品每個標樣激發(fā)3次，激發(fā)點強度值要保持在一定的精度范圍內，相對誤差應小于2.0%。根據激發(fā)的強度比值及輸入的含量值，采用三次方程的最小二乘法計算擬合最佳曲線，并考慮到元素的自吸現(xiàn)象、基體干擾和第三元素干擾，對強度值進行修訂。曲線計算方程如下：

A(IR)3+B(IR)2+C(IR)+D=C0

其中，A、B、C、D是常數(shù)，IR是被分析元素對基體元素譜線的強度比，C0是元素的含量。依照測量結果準確性對標準化因子和第三元素(Cr、Cu、Ti、Ni、Nb、Mo、V)干擾進行適當調整。建立的C、Si、Mn、P、S、Al、Cr、Cu、Ti、Ni、Nb、Mo、V的工作曲線方程見表1。

表1 校準曲線參數(shù)

2.2 分析參數(shù)優(yōu)化

2.2.1 負高壓及積分時間的選擇

調整負高壓使光電信號擴大或縮小，樣品激發(fā)強度會隨之擴大或縮小，背景噪音干擾也有不同程度的改變。如果光電信號小樣品激發(fā)強度小,則樣品濃度很難檢測，因此負高壓的選擇對元素分析結果準確度的影響很大，不同分析元素的負高壓值不同。C、Si、Mn、P、S、Al、Cr、Cu、Ti、Ni、Nb、Mo、V的負高壓值分別在2-6檔，因試元素含量變化大，負高壓值按廠家推薦進行設置。

積分時間直接關系到樣品激發(fā)強度和分析周期的長短，以確保在最短時間內使激發(fā)強度達到一個恒定值。一般來說如果樣品激發(fā)的信號強度弱則積分時間應延長以得到更大強度并使其達到恒定值，但積分時間長會使分析周期變長，影響分析速度，因此積分時間的選擇上既要考慮強度又要保證分析周期，DVE6光電直讀光譜儀在初次安裝調試階段已將積分時間確定下來了，積分時間為4s。本次實驗積分時間設定為4s。

2.2.2 預燃時間

預燃時間是表示分析測量前試樣激發(fā)達到穩(wěn)定狀態(tài)的時間，預燃能使試樣表面均勻化。在積分時間、負高壓值不變，調整預燃時間測試樣激發(fā)強度，當強度值保持相對恒定(相對標準偏差2%以下時)且分析時間適中時的時間確定為預燃時間。從試驗數(shù)據得到預燃時間6s時試樣激發(fā)強度值恒定且標準偏差和相對標準偏差滿足分析要求，因此預燃時間定為6s。

2.2.3 氬氣流量

氬氣的流量及其穩(wěn)定性，對分析結果有著至關重要的作用。氬氣的分析流量設定不能太小，這會導致激發(fā)環(huán)境得不到氬氣的完全保護，低波長區(qū)如碳磷硫的測量強度會偏低；氬氣流量也不能太大，這會引起激發(fā)火花晃動，導致分析結果不穩(wěn)定。另外為了使分析間隙進入火花室的空氣不是太多，要適當加大氬氣的靜態(tài)流量。經過試驗，將氬氣分析流量設定為9L/min，靜態(tài)流量設定為3L/min。

2.2.4 沖洗時間

火花室中殘余的空氣激發(fā)后的殘留物要及時地沖洗排走，以保證樣品激發(fā)環(huán)境的穩(wěn)定性否則會對分析元素的譜線強度產生很大影響。通過參考儀器中預置方法及實際試驗，將沖洗時間設定為4s。

2.3 方法的精密度

選定一個樣品在短時間內對合金鋼試樣進行8次測定，考察方法的精密度，試驗結果表明方法各元素精密度都小于5%，方法精密度見表2。

表2 方法精密度實驗

2.4 方法的準確度

選取2塊標樣進行準確度試驗，每個樣品激發(fā)3次，取其平均值，結果表明，標樣的測定值與標準值的差值均在國家標準規(guī)定的范圍之內，結果見表3。

表3 硅鋼樣品分析結果

2.5 準確度比對

對生產中的兩塊取向硅鋼樣品進行分析，并與其他檢測單位的測試結果進行對照，結果表明數(shù)據一致，均在國家標準規(guī)定的范圍之內，結果見表4。

表4 硅鋼樣品中各元素的對照結果

3 結論

硅鋼對化學成分穩(wěn)定性的要求高，建立分析方法的時候一定要根據確?；鸹ぐl(fā)數(shù)據的穩(wěn)定。爐前生產檢驗要求快速得到樣品的成分檢測數(shù)據，采用該方法可大大節(jié)省分析時間，更適于在生產中使用。本次建立的硅鋼曲線能夠滿足目前硅鋼除C元素外的其它主要元素Si、Mn、P、S、Al的分析要求。C元素由于含量太低，本方法沒有低含量的標準物質，數(shù)據的穩(wěn)定性較差，需要借助碳硫分析儀器進行單獨分析，這個也是以后需要不斷改進的地方。

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