一套線(xiàn)材光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一套線(xiàn)材光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品及其制備方法，屬于新材料和冶金分析技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 直讀光譜儀通常用來(lái)快速測(cè)定直徑大于12mm的塊狀金屬樣品的化學(xué)成分。以往直 徑12mm以下的線(xiàn)材樣品一般采用常規(guī)化學(xué)濕法分析，操作繁瑣，時(shí)間周期長(zhǎng)，直接分析線(xiàn)材 樣品在國(guó)內(nèi)還鮮有報(bào)道，大大限制了直讀光譜儀的應(yīng)用范圍。隨著鋼鐵、冶金、機(jī)械等行業(yè) 的快速發(fā)展，優(yōu)質(zhì)鋼線(xiàn)材的產(chǎn)量已經(jīng)占有較大比重，比如應(yīng)用在高質(zhì)量的鋼簾線(xiàn)、電力和電 氣化鐵路的高耐蝕鋅-鋁合金鍍層鋼絞線(xiàn)、高精度鋼絲繩等方面，直徑從5.0-25mm不等。因 此，研究利用直讀光譜儀直接測(cè)定線(xiàn)材樣品的化學(xué)成分已經(jīng)迫在眉睫，這項(xiàng)研究不僅能拓 展直讀光譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域，還將大大提高我國(guó)線(xiàn)材樣品質(zhì)量監(jiān)督的效率，對(duì)全面提高我國(guó) 線(xiàn)材鋼樣品的質(zhì)量、擴(kuò)展線(xiàn)材鋼樣品的應(yīng)用范圍具有深遠(yuǎn)影響。
[0003] 大直徑塊狀光譜標(biāo)樣，操作時(shí)只需將試樣表面磨平磨光，壓在火花臺(tái)臺(tái)板上直接 分析。而直徑小于8mm的線(xiàn)材由于無(wú)法覆蓋火花孔(一般孔徑為8mm或10mm)，導(dǎo)致很多元素 無(wú)法獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。線(xiàn)材檢測(cè)一直是直讀光譜儀的難點(diǎn)，采用線(xiàn)材標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì)儀器進(jìn)行 校正，將可實(shí)現(xiàn)對(duì)線(xiàn)材樣品的光譜準(zhǔn)確檢測(cè)，從而提高檢測(cè)速度。由于鋼線(xiàn)材形狀特殊性， 鋼線(xiàn)材光譜標(biāo)樣的研制在國(guó)內(nèi)仍是一個(gè)空白，在國(guó)外相關(guān)報(bào)道也非常少，因此這項(xiàng)研究已 經(jīng)刻不容緩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的線(xiàn)材光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品在成分設(shè)計(jì)上充分考慮目前我國(guó)線(xiàn)材市場(chǎng)狀態(tài)及發(fā) 展趨勢(shì)，結(jié)合前沿技術(shù)研究的進(jìn)展，合理研制6個(gè)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)樣品，對(duì)其中的11個(gè)元素進(jìn)行定 值，并給出標(biāo)準(zhǔn)偏差和不確定度，得到了一套均勻性好、穩(wěn)定可靠、定值準(zhǔn)確的線(xiàn)材光譜標(biāo) 準(zhǔn)樣品。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:一套線(xiàn)材光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品，其特征是，它均勻含有C、Si、Mn、P、 3、附、&、(：11、1〇、￥和1111種化學(xué)元素;所述六份樣品的11種化學(xué)元素的含量如下表1所示； 所述六份樣品均為直徑5.5_±0.2mm，長(zhǎng)度80mm~100mm的柱狀鋼棒。
[0006] 表1線(xiàn)材光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品成分設(shè)計(jì)表(wt% )
[0007]
[0008]
[0009]優(yōu)選的，上述六份樣品的各化學(xué)元素含量如表4所示。
[0010] 制備方法：
[0011] (1)以純鐵為基本原料，按表1成分設(shè)計(jì)配料，采用2t真空感應(yīng)爐冶煉，利用感應(yīng)磁 力攪拌器攪拌，保證鋼液成分均勻，調(diào)節(jié)各元素成分含量以滿(mǎn)足線(xiàn)材光譜分析標(biāo)準(zhǔn)樣品設(shè) 計(jì)成分要求；
[0012] (2)成分經(jīng)檢測(cè)滿(mǎn)足要求后，真空狀態(tài)下，采用180mm錠型金屬模，上注法澆鑄成 型，鑄成鋼坯，真空澆注可保證產(chǎn)品中不出現(xiàn)夾帶吸附、微孔等現(xiàn)象；
[0013] (3)鋼錠在1200 Γ ± 50Γ保溫3小時(shí)后進(jìn)行鍛造，鍛成150mm X 150mm X 12000mm的 方坯，冷卻至常溫;將鋼坯表面清除干凈后進(jìn)行乳制，粗乳后再精乳成直徑5.5mm± 0.2mm的 盤(pán)卷狀樣品，矯直后制成長(zhǎng)度80mm~100mm柱狀廣品。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是：
[0015] (1)本套線(xiàn)材光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品結(jié)合目前我國(guó)線(xiàn)材領(lǐng)域內(nèi)的生產(chǎn)需求，以及前沿技術(shù) 研究的進(jìn)展需要。該標(biāo)準(zhǔn)樣品可用于鋼線(xiàn)材產(chǎn)品的光譜儀器的校準(zhǔn)、測(cè)量及產(chǎn)品的生產(chǎn)控 制分析以及實(shí)驗(yàn)室及分析人員的技術(shù)水平評(píng)定等方面。
[0016] (2)各元素成分呈梯度分布，涵蓋范圍廣、布點(diǎn)合理、級(jí)次分明，其中C含量從 0.07%-0.8%，￥、1^含量分布在0.002%-0.15%、0.003%-0.07%之間，可滿(mǎn)足各元素檢測(cè) 線(xiàn)性要求，并涵蓋市場(chǎng)現(xiàn)有大部分產(chǎn)品的含量范圍。
[0017] (3)對(duì)(：、3^11、？、3、0、附、〇1、1〇、￥、11等11個(gè)項(xiàng)目定值，并給出標(biāo)準(zhǔn)值的標(biāo)準(zhǔn)偏 差和不確定度，保證了量值溯源性。
[0018] (4)對(duì)樣品的呈線(xiàn)性關(guān)系進(jìn)行考察，光譜檢測(cè)的相關(guān)系數(shù)在0.997以上。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 實(shí)施例1
[0020] 1.成分設(shè)計(jì)，按照表1的成分進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0021 ] 2.標(biāo)準(zhǔn)品制備
[0022]該套標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備涉及較多過(guò)程，每個(gè)環(huán)節(jié)都可能對(duì)最終產(chǎn)品的成分和均勻性 產(chǎn)生影響，在進(jìn)行制備時(shí)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)均需要進(jìn)行監(jiān)控。
[0023] a)真空爐冶煉
[0024]以純鐵為基本原料，按表1成分設(shè)計(jì)配料(按理論計(jì)算值添加各合金成分），采用2t 真空感應(yīng)爐冶煉，利用感應(yīng)磁力攪拌器攪拌，保證鋼液成分均勻，調(diào)節(jié)各元素成分含量以滿(mǎn) 足線(xiàn)材光譜分析標(biāo)準(zhǔn)樣品設(shè)計(jì)成分要求；
[0025] b)澆鑄
[0026] 成分經(jīng)檢測(cè)滿(mǎn)足要求后，真空狀態(tài)下，采用180_錠型金屬模，上注法澆鑄成型，鑄 成鋼坯，真空澆注可保證產(chǎn)品中不出現(xiàn)夾帶吸附、微孔等現(xiàn)象；
[0027] c)鋼坯處理、乳制及制成品
[0028] 鋼錠在1200°C±50°C保溫3小時(shí)后進(jìn)行鍛造，鍛成150mmX150mmX 12000mm的方 坯，冷卻至常溫;將鋼坯表面清除干凈后進(jìn)行乳制，粗乳后再精乳成直徑5.5_±0.2_的盤(pán) 卷狀樣品，矯直后制成長(zhǎng)度80mm~100mm柱狀產(chǎn)品。
[0029] d)標(biāo)準(zhǔn)樣品初檢
[0030] 對(duì)柱狀樣品的頭部、中心和尾部分別鉆取肩狀樣品，對(duì)11種化學(xué)元素進(jìn)行化學(xué)成 分檢驗(yàn)。所采用方法，C、S為紅外吸收法，其余元素為ICP-AES法，測(cè)試結(jié)果如表2所示。結(jié)果 表明，所制備的6份標(biāo)準(zhǔn)樣品的成分均符合設(shè)計(jì)要求。
[0031 ]表2線(xiàn)材標(biāo)準(zhǔn)樣品成品成分初檢數(shù)據(jù)匯總表（X 10-2)
[0034] 3.整體均勻性檢驗(yàn)
[0035] 采用火花源發(fā)射光譜儀對(duì)整體樣品進(jìn)行均勻性檢驗(yàn)。由于線(xiàn)材光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品直徑 小于激發(fā)點(diǎn)的特殊性，在研究均勻性時(shí)要充分考慮直徑差、光圓度對(duì)均勻性的影響。經(jīng)檢 驗(yàn)，產(chǎn)品的均勻度符合要求。
[0036] 4.協(xié)作定值及分析方法的研究
[0037] 4.1定值分析
[0038] 定值分析樣品的制備：圓棒在均勻性檢驗(yàn)合格后，取碎肩混勻后作為定值分析用 樣品。
[0039] 除本單位外，特邀請(qǐng)了國(guó)內(nèi)具有一定測(cè)試水平的單位(包括本單位在內(nèi)，共8家)參 與定值分析，并選用一種或多種準(zhǔn)確可靠的分析方法。定值采用的分析方法分別見(jiàn)表3。
[0040] 表3線(xiàn)材標(biāo)準(zhǔn)樣品定值分析方法
[0042] 4.2分析數(shù)據(jù)匯總與處理
[0043]分析數(shù)據(jù)匯總與處理:用科克倫準(zhǔn)則檢驗(yàn)各組結(jié)果是否等精度；用夏皮羅-威爾克 法考查各平均值是否符合正態(tài)分布;用格拉布斯法檢查各平均值是否存在異常值。
[0044] 結(jié)果:科克倫等精度檢驗(yàn)均合格;格拉布斯檢驗(yàn)各平均值無(wú)異常值;正態(tài)性檢驗(yàn)各 組數(shù)據(jù)的平均值與全部數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布或近似正態(tài)分布。
[0045] 計(jì)算各組數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值的有效數(shù)位，根據(jù)方法精度按 GB 8170《數(shù)值修約規(guī)則》進(jìn)行修約，標(biāo)準(zhǔn)偏差按只進(jìn)不舍的原則修約，標(biāo)準(zhǔn)偏差與標(biāo)準(zhǔn)值的 位數(shù)對(duì)齊。
[0046] 4.3標(biāo)準(zhǔn)值的確定與不確定度的評(píng)定
[0047] 標(biāo)準(zhǔn)值為各家測(cè)定結(jié)果平均值的算數(shù)平均值，不確定度包含定值統(tǒng)計(jì)的平均值標(biāo) 準(zhǔn)偏差和均勻性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)出的塊間不均勻性標(biāo)準(zhǔn)偏差及穩(wěn)定性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)出的不穩(wěn)定性標(biāo) 準(zhǔn)偏差。由于本標(biāo)準(zhǔn)樣品的穩(wěn)定性好，所以穩(wěn)定性對(duì)不確定度的貢獻(xiàn)可以忽略不計(jì)。最終確 定線(xiàn)材標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)準(zhǔn)值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和不確定度見(jiàn)表4。
[0048] 表4線(xiàn)材標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)準(zhǔn)值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和不確定度表％

[0051]
[0052] 注:表中不確定度為擴(kuò)展不確定度，k = 2。
[0053] 5.穩(wěn)定性研究
[0054] 鋼鐵類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)樣品的穩(wěn)定性是良好的。本發(fā)明進(jìn)行一年以上的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，保證產(chǎn) 品滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)樣品穩(wěn)定性要求。
[0055] 6.線(xiàn)性擬合
[0056]在ARL4460火花發(fā)射光譜儀進(jìn)行曲線(xiàn)擬合考察，以檢驗(yàn)定值量值的準(zhǔn)確性以及該 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)使用的通用性。線(xiàn)性擬合相關(guān)系數(shù)匯總表見(jiàn)表5,從表5可以看出：光譜檢測(cè)的相關(guān) 系數(shù)在0.997以上。
[0057]表5-致性考查相關(guān)系數(shù)匯總表
[0059] 7.用戶(hù)使用情況
[0060] 該標(biāo)準(zhǔn)樣品委托萊鋼質(zhì)檢中心檢測(cè)試用，采用火花源原子發(fā)射光譜法繪制標(biāo)準(zhǔn)曲 線(xiàn)后，檢測(cè)線(xiàn)材試樣，測(cè)試結(jié)果與采用紅外及ICP-AES法檢測(cè)結(jié)果值相吻合，表明：該標(biāo)準(zhǔn)樣 品定值準(zhǔn)確，均勻性及線(xiàn)性良好，可以滿(mǎn)足相關(guān)分析檢測(cè)的需求。分析結(jié)果見(jiàn)附表6。
[0061] 表6用戶(hù)使用報(bào)告(萊鋼）

【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一套線(xiàn)材光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品，其特征是，包括六份樣品，它均勻含有C、Si、Mn、P、S、Ni、Cr、 Cu、Mo、V和Ti 11種化學(xué)元素;所述六份樣品的11種化學(xué)元素的含量如下表所示;所述六份 樣品均為直徑5.5mm ± 0.2mm，長(zhǎng)度80mm~100mm的柱狀鋼棒； 六份樣品各化學(xué)元素的含量(wt%)〇2. 如權(quán)利要求1所述的一套線(xiàn)材光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品，其特征是，所述六份樣品的11種化學(xué)元 素的標(biāo)準(zhǔn)值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和不確定度如下表所示； 六份樣品各化學(xué)元素的標(biāo)準(zhǔn)值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和不確定度(wt%)3.如權(quán)利要求1或2所述的一套線(xiàn)材光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備方法，其特征是， (1)以純鐵為基本原料，按權(quán)利要求1或2所述的化學(xué)元素及含量進(jìn)行配料，采用真空感 應(yīng)爐冶煉，利用感應(yīng)磁力攪拌器攪拌，調(diào)節(jié)各化學(xué)元素成分含量以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求； (2) 各化學(xué)元素成分含量經(jīng)檢測(cè)滿(mǎn)足要求后，真空狀態(tài)下，采用180mm錠型金屬模，上注 法澆鑄成型，鑄成鋼坯； (3) 鋼錠在1200°C±50°C保溫3小時(shí)后進(jìn)行鍛造，鍛成150mm XI 50mm X 12000mm的方坯， 冷卻至室溫;將鋼坯表面清除干凈后進(jìn)行乳制，粗乳后再精乳成直徑5.5mm±0.2mm的盤(pán)卷 狀樣品，矯直后制成長(zhǎng)度80mm~100mm柱狀廣品。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一套線(xiàn)材光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品及其制備方法。該標(biāo)準(zhǔn)樣品包括六份樣品，它均勻含有C、Si、Mn、P、S、Ni、Cr、Cu、Mo、V和Ti？11種化學(xué)元素，所述六份樣品均為直徑5.5mm±0.2mm，長(zhǎng)度80mm～100mm的柱狀鋼棒。六份樣品的各元素成分呈梯度分布，涵蓋范圍廣、布點(diǎn)合理、級(jí)次分明，其中C含量從0.07-0.8％，V、Ti含量分布在0.002-0.15％、0.003-0.07％之間，可滿(mǎn)足各元素檢測(cè)線(xiàn)性要求，并涵蓋市場(chǎng)現(xiàn)有大部分產(chǎn)品的含量范圍。該標(biāo)準(zhǔn)樣品可用于鋼線(xiàn)材產(chǎn)品的光譜儀器的校準(zhǔn)、測(cè)量及產(chǎn)品的生產(chǎn)控制分析以及實(shí)驗(yàn)室及分析人員的技術(shù)水平評(píng)定等方面。
【IPC分類(lèi)】G01N1/28
【公開(kāi)號(hào)】CN105606414
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510969023
【發(fā)明人】王向陽(yáng), 高洪吉, 張莉, 李青霞, 吳麗娟, 李霞
【申請(qǐng)人】山東省冶金科學(xué)研究院
【公開(kāi)日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2015年12月21日