時間：2023-09-20 16:02:33
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關鍵詞：鋼鐵化學分析；情況；偏差的應用
1.前言
鋼材是一種應用十分廣泛的材料，寶特韶關自投產以來，成果豐碩，成為寶鋼特鋼長材重要的坯料供應基地，產品拓展、品質提升、成本改善、制造能力長足進步。主要以特鋼為主，特鋼對各項工藝質量要求嚴格。標準中針對鋼材中化學成分的分析和允許偏差做出了相應的規定，鋼材化學成分分析全過程進行規定，每一個分析結果都給出一個對比值。鋼材中化學成分檢測分為：熔煉成分檢測和化學成品檢測。熔煉成分檢測和化學成品檢測在分析方法和分析數值上都存在著一定的差異。熔煉分析方法的數值可能會超出標準，而成分分析方法中數值在規定的范圍內，針對差異的情況，標準中中設置了一個允許數值，也就是允許偏差。
2.鋼材化學分析中的允許偏差
鋼材中的化學成分分析有：熔煉成分檢測和化學成品檢測。在鋼水澆注過程中采用球拍試樣，通過風動送樣系統到實驗室，實驗室接到試樣，對樣品進行制備，滿足檢測后進行檢測分析，分析結果表示同一爐或同一個鋼包中鋼水的平均化學成分，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行檢測，叫做成品檢測。由于鋼水在結晶過程中會產生偏析或元素的不均勻分布，所以，成品檢測的值有時與熔煉檢測的值不一致，就出現了成品化學分析的允許偏差。GB/T6992015《優質碳素結構鋼》中規定的鋼的化學成分就是針對熔煉成分檢測而言。新標準中熔煉檢測被成品檢測所替代，熔煉檢測試樣不正確導致分析結果不可靠和在未取得熔煉檢測試樣的時候，可以使用成品化學分析，但是要求成品檢測分析的結果要符合熔煉成分規定。
3.國外標準的一些相關情況
國外標準規定的情況作簡要說明:(1)美標：在鋼類或品種標準的綜合標準中將成品成分偏差納入，或在各標準中分別規定。(2)德標：分別在各標準中規定成品成分允許偏差，未統一。(3)前蘇聯標：在各標準中分別做出規定,不按元素的不同含量分類，沒有統一性。(4)日標：JISG0321是日本專用的標準,共有四個成品成分允許偏差表，不銹耐熱鋼的成分偏差是根據成分元素含量范圍分檔規定其大小；中低合金鋼成分偏差是根據除了元素含量范圍分檔規定以外，還增加了按鋼材截面積大小分檔的規定,截面愈大，要求愈寬；碳素鋼則兩種情況都存在。偏差值的規定有四種：①根據化學元素的含量范圍進行分類規定；②按化學元素的含量范圍分類，增加鋼材的截面大小分類規定；③按鋼材的重量、大小分類做出規定；④不管元素含量和鋼材截面大小怎么樣，一個元素規定一個偏差。第一和第二種兩種情況比較科學。
4.鋼材化學成分檢測允許偏差的應用
(1)鋼材化學成品分析的取樣原則。標準GB/T2222006《鋼中化學分析用試樣取樣法及成品化學成分允許偏差》要求用于鋼的化學成分成品分析的試樣,試樣應均勻一致,能充分代表每一個牌號鋼材的化學成分,并且取樣要有足夠數量。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)鋼材中成品化學成分允許偏差的使用。熔煉過程取樣進行檢測分析的值叫做成品化學成分允許偏差,一般情況下分析值都能滿足標準規定,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準規定的成分界限值。對超出界限值的大小規定一個允許的數值，這就是成品化學成分允許偏差值，GB/T2222006《鋼中化學分析用試樣取樣法及成品化學成分允許偏差》普通碳素鋼、低合金鋼、優質碳素鋼和合金鋼、不銹鋼和耐熱鋼四種偏差表。一種鋼材成品化學成分允許的偏差只能使用一個表，不能兩個表混合使用。(3)化學成分允許偏差的準確使用。鋼材中化學成分檢測分析的允許偏差，在具體檢測的過程中應該盡量保證檢測結果的誤差，使用的時候應該注意：①同一種類鋼材的化學成分分析的允許值，只能使用同一個表，不能同時使用多個表混合。②盡量保證鋼材化學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造成的不良影響。(4)不同鋼種成品化學成分允許偏差值。依據標準GB/T222-2006《鋼的成品化學成分允許偏差》共給出了幾個化學成分允許偏差表，分為：表1低合金鋼成品化學成分允許偏表2合金鋼(不含不銹鋼和耐熱鋼)成品化學允許偏差值，表3不銹鋼和耐熱鋼成品化學成分允許偏差值。舉個例子：合金結構鋼34CrMo4，其冶煉工藝要求熔煉成分的碳元素，標準規定界限值為：上限0.36%，下限0.34%,成品鋼材化學成分檢測分析時，假如有一熔煉號的鋼材碳含量為0.39%，說明超出標準規定上限值0.03%，按照表1低合金鋼成品化學成分允許偏差值規定，鋼材的碳含量是合格的。假如另一熔煉號的鋼材出現碳含量為0.31%，說明超出標準規定下限值0.03%，按照本標準表1規定，鋼材的碳含量也是合格的。
5.執行標準時應注意的幾個問題
橫截面積不大于65000mm2的鋼件使用標準中表1~2中的偏差表。大于該橫截面積的鋼件化學成分允許偏差值可以適當放寬,具體數值由供需雙方協商確定。產品標準中規定的殘余元素不適用于表1~3中規定中的化學成分的允許偏差。成品化學成分允許偏差,一種鋼的只能使用一個表,不可以兩個表混合使用。化學成品檢測的值,不可以超出標準規定化學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符合熔煉成分的規定,不得有偏差值。6.結束語為了保證鋼鐵生產穩定順行，可以通過化學成分了解生產狀況，指導生產，在日常的鋼材化學成分檢測分析過程中，應根據鋼材化學成分實際情況對允許偏差進行有效分析，檢測人員在完成檢測任務時，嚴格按照標準和作業文件的相關的規定和規范進行操作，確保檢測結果的準確性，精準、科學的使用鋼材化學成分允許偏差。如何確認鋼的化學成分允許偏差，應引起化學檢測員的注意，以確特鋼冶煉和產品的質量。
【參考文獻】
[1]GB/T222-2006鋼的成品化學成分允許偏差.
[2]GB/T6992015優質碳素結構鋼.
[3]王開遠.鋼的成品化學分析允許偏差及試樣制取方法新標準[J].機械工業標準化與質量,2012(05)：133-137.
關鍵詞：起重機 鋼絲繩 斷裂 陳舊斷口 失效分析
一、情況簡介
某汽車起重機在試吊一重約1噸的角塊的過程中小鉤鋼絲繩發生整體斷裂。事故鋼絲繩材質為65鋼，結構為6×37+FC，鋼絲與鋼絲之間為點接觸，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生，筆者對事故中的鋼絲繩取樣進行了檢驗和分析。
二、理化檢驗
1.宏觀檢驗
圖1為斷裂鋼絲繩。事故發生時，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，外層鋼絲磨損嚴重。
2.化學成分分析
遠離斷裂位置取樣，使用LAB-M11直讀光譜儀進行化學成分分析，結果見表2。該鋼絲繩的化學成分符合GB/T 699-1999《優質碳素結構鋼》對65鋼成分的技術要求。
3.力學性能試驗
在靠近事故鋼絲繩斷裂處取樣，樣品長度1m，置于WAW-2000C型萬能試驗機上進行拉伸試驗。結果顯示，事故鋼絲繩的破斷拉力為92.362kN。
4.金相檢驗
從鋼絲繩斷裂部位截取軸向和橫截面試樣，經鑲嵌、磨拋和4%（體積分數）硝酸酒精溶液腐蝕后進行顯微組織觀察。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，經鑲嵌、磨拋后，置于Durascan-20顯微硬度計上進行維氏硬度測試，結果如表3所示，符合中高碳鋼絲經淬火+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中可以發現其斷口有絮狀組織，對其進行能譜（EDS）分析，結果表明，絮狀組織中氧含量較高，如圖7所示，說明其已被氧化，在此次事故發生前已發生斷裂，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、臨近的快速解理區和最外沿的剪切唇區，屬于典型的拉伸斷口[1]。纖維區分布有大量細小的等軸韌窩，見圖9，韌窩邊緣清晰，棱角分明，表明其為一個新鮮斷口，是在此次事故中由于受到軸向拉應力而造成的斷裂。
三、分析結論與建議
1.結論
斷裂鋼絲繩的結構、捻制方式、化學成分、金相組織、硬度均符合相關標準或技術要求。鋼絲存在嚴重的擠壓、磨損變形。事故發生前，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生時因受過大的軸向拉應力而斷裂。
2.建議
2.1嚴禁鋼絲繩過載使用、擠壓變形，且避免受到劇烈的沖擊和振動。
2.2應定期對鋼絲繩進行檢查，檢查的內容包括：是否存在斷絲、油脂是否流失或失效等[2]。
參考文獻
關鍵詞：金相檢驗；發展；重要性
1 金相檢驗在材料研究中的重要性
從某種意義上而言，金相檢驗就是在人們主觀意識的基礎上對于金屬內部結構的研究與分析，將物理冶金學理論運用到實際的操作過程中，針對其金屬以及合金的成分進行檢驗，性能的分析。
在進行金相檢驗之前必須做好以下兩個方面的準備工作：一是針對材料的組成結構以及性能進行大量的測試研究，通過理論化的數據完成對材料的認識。二是根據材料的特性進行相互之間的對比與規律性的研究，從而得知材料間的共性特點以及特殊性能，這對于金相檢驗有著極其重要的指導意義。在許多工業的發展過程中，金相檢驗都得到了很好的發展并發揮了極其重要的地位，尤其是在對材料進行檢驗的過程中更是發揮了不可替代的重要作用。利用顯微組織結構的特性以及控制手段對發展中的冶金材料、機械制造、能源建筑等都進行了相關的檢驗。它是材料研究中重要的組成部分之一，同時新材料的不斷出現，也大大促進了金相檢驗技術的發展。
2 金相檢驗在現代材料研究中的作用
金相檢驗主要是通過采用定量金相學原理，運用二維金相試樣磨面或薄膜的金相顯微組織的測量和計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系。這種技術不僅僅大大提高了金相檢驗的準確率更是提高了其速度，大大縮短了工作時間。
隨著鋼鐵行業的不斷發展壯大，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化工藝進行廉價生產的金屬材料。二是低合金鋼高強度熱軋鋼材；三是合金結構鋼。這三種鋼材嚴格意義上來講都屬于在顯微結構下進行金相檢驗的一種金屬材料。下面就針對這三種鋼材材料檢驗進行詳細的分析與總結。
2.1 化學成分與金相組織
首先在進行化學成分分析與金相組織檢驗的同時，必須清楚的了解什么是合金設計，其根本目的及其意義。在進行合金設計的過程中，最主要的就是對組織設計進行很好的測評，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構進行分析控制。這些性能的好壞與受控成分、表面組織以及應力情況等有著直接的關系。所以在進行金相組織檢測的同時必須清楚的掌控其材料的性能、化學成分。合金設計的目的就是為了將各個工程建設的各項性能有機的結合在一起，將其性能最優化。將組織結構的性能配置控制在可操作的范圍之內。這樣不僅僅能夠準確的進行測算更加能有效的解決資源。如馬氏體形態、貝氏體形態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，金相檢驗是驗證和解釋所設計成分是否合理的強有力的手段。
2.2 組織演變規律與工藝制度
在每一個生產工序中，都必須先確定其材料的化學成分，然后再系統的了解材料的施工設備、制造工藝。這里面所指的主要是冶煉、鑄造、熱處理等技術。采用唯一的金相檢驗技術針對每一個施工工藝及環節進行準確的判斷評估，可以通過儀器了解到顯微組織結構的變化以及特征。最早的應用技術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，并不能很好的進行測試，這也是導致某些工藝技術鐵素體不完整的主要原因，對此必須加強這種工藝制度的完整性以及組織規律變化的考察研究。
2.3 金相學與材料科學
顯微鏡的發展給合金設計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今的冶金科學。顯微組織與宏觀力學關系的認識，為成分-組織-性能半定量或定量的研究和建立關系式創造了條件，為材料的發展奠定了理論基礎。其中，最典型的就是Hall-Petch關系式（σs=σo+kd-1/2）。該關系式是細晶強化的理論依據，是20世紀下半葉與鋼的組織細化相關的5個重大成就之一。所以，必須依靠實際的金相研究和金相檢驗工作，來證實材料設計的科學性，制定工藝的合理性。
金相檢驗分析，不僅有組織識別還有評定，既有定性還有定量、半定量的檢測。金相檢驗的內容歸納起來有以下幾項：（1）材料基體相的組織結構及其缺陷；（2）顯微組織的取向和狀態的非均勻性，如帶狀、分布不均、晶粒度等；（3）第二相的類型、結構、組成、數量、形態、尺寸和分布；（4）研究原子按鍵力分布的晶體結構和電子按能量分布的原子、離子結構。就顯微組織檢驗來說，顯微組織檢驗是通過一個二維截面視圖來建立一個三維結構圖形的，這樣在顯微組織檢驗中就分為4個級次。正確識別是什么顯微組織；定性的顯微組織狀態；定量的顯微組織狀態；顯微組織與性能之間的關系。
3 金相檢驗的主要應用技術
在金相檢驗中主要應用的技術有三種：（1）顯像技術，應用顯像技術來揭示材料的顯微組織、斷口形貌特征、各種缺陷形貌特征、表面狀態等。這種技術包括兩個方面即腐蝕技術、成像技術。腐蝕技術是根據不同受檢材料和檢驗項目，選用不同的試劑和方法進行腐蝕。成像技術就是利用顯微鏡成像原理如光學顯微鏡的暗場技術、偏光技術、干涉技術等，它主要記錄和顯示材料的二維平面微觀組織結構特征；（2）衍射技術，主要用來分析材料的晶體結構。晶體缺陷及晶向關系等問題，衍射技術中經常使用的設備是X-射線儀、電子衍射儀等；（3）微區成分分析技術，利用化學成分分析來研究材料的基體、第二相、夾雜物以及腐蝕產物的組成，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。
隨著科學技術的不斷變化與發展，信息化的不斷涌現，數字化成像技術的普及對于金相檢驗而言更是一種全新的挑戰，所以這就要求其相關的技術人員必須加強專業知識的學習與完善，不斷將新的技術、新的理念融入于金相檢驗技術中，不斷提高自身科學文化素質，在工作中以認真負責的態度進行材料的檢驗與分析，當發現問題時要給予及時的處理與解決，保證其金相檢驗在實際操作中的理論意義及其技術水平。
參考文獻
關鍵詞 ：取樣模 ; 白口化
中圖分類號：G353文獻標識碼： A
1、 前言
目前國內外的鋼鐵企業中，生鐵的分析方法多種多樣，主要有化學法和儀器法。從準確性來講，化學法有優勢，并且已成型，具備相應的分析標準，但存在分析節奏慢，受人為因素影響較大的缺點，不利于快速檢驗和及時指導生產。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、準確。一般情況下，可用于1％以下含量的組分測定，在鋼鐵工業中應用很廣泛。但也有一定的局限性，由于分析樣品存在著基體效應，首先需要為每類樣品建立一套校準曲線。除此之外，光譜分析儀器易受外界溫度、濕度、電流強度、磁場、電壓穩定性等因素影響，外界環境要求相當的穩定。對于生鐵來講，除碳元素之外的其余元素能夠準確的進行測定。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，試樣會激發不充分，無法完成準確的定量檢測。
在國內鋼鐵行業，火花源原子發射光譜法分析生鐵方面尚未得到廣泛的應用，主要技術難題是對生鐵試樣白口化程度要求較高。日本、美國等國鋼和鐵產品采用X熒光光譜法快速分析，國內一些大鋼廠也在開展生鐵快速成分析法探索，其中相關論文很多，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，這是焦點問題。
混鐵爐是高爐和轉爐之間的煉鋼輔助設備，混鐵爐的本體結構由爐體、支撐底座和傾動機構組成。它主要用于調節和均衡高爐和轉爐之間鐵水供求的設備，保證不間斷地供給轉爐需要的鐵水，鐵水在混鐵爐中儲存和混勻鐵水成份及均勻溫度，它對轉爐煉鋼非常有利。
因此，快速準確檢驗混鐵爐鐵水成分，對轉爐煉鋼意義重大。
2、現狀分析及存在問題分析
2.1現狀分析
黑龍江建龍鋼鐵技術處為轉爐煉鋼生產，配備三臺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，分析結果準確的特點，被廣泛用于快節奏的煉鋼生產控制。經現場確認：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，會大大縮短混鐵爐生鐵樣品分析周期。從送樣、制樣、分析到結果報出約10分鐘，這將大大利于煉鋼生產。
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化為化合碳，則可大量減少偏析現象。硅和碳是促進碳石墨化的元素，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存在，不能有游離石墨，即鑄鐵的分析面必須是完全白口。當鑄鐵表面存在游離碳時(灰口鐵)，光譜儀激發不充分，鐵基體強度較低，會影響分析結果。特別是碳高達3.8～4.0％，硅高達1.0～2.6％，欲使這樣的成分白口化是非常困難的。但生鐵樣品狀態直接影響直讀光譜分析結果。
下表為一塊混鐵爐生鐵樣品用直讀光譜儀激發五個點分析結果：
生鐵樣品
序號 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
從結果中可以看出此塊生鐵樣有偏析現象，甚至偏析嚴重樣品無法激發。
2.2.2試樣不規則有效激發點少的問題。
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，造成激發點選擇性少。
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，隨著用戶生產模式和原料結構不同，必須通過相應的控樣進行修正來消除誤差。
3、項目預期達到目標
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，更好指導煉鋼生產。
4、實施方案及工作計劃
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行均勻性檢驗。
4.1.4對生鐵樣品進行金相組織檢驗確認白口化。
4.1.5在印章樣尾部加裝金屬環，方便樣品夾持和增加樣品激發點數。
4.1.6采用生鐵標樣進行生鐵各元素工作曲線進行控樣修正。
5、實施過程
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，同時避免樣品在水中停留過長的時間，防止樣品中有積水影響分析結果）
5.4光譜分析員接到樣品后用光譜磨樣機對樣品進行打磨約1mm后，用直讀光譜儀生鐵曲線進行分析。
5.5光譜分析員將生鐵分析結果報混鐵爐。
6、實施效果分析
6.1新樣模生鐵樣品均勻性實驗數據。
表1
樣品名 爐號 化學成分
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 化學成分
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為不同樣品多點激發后結果，激發點正常，各指標穩定性好。 表2為不同樣品，多次磨制后測定結果，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，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生鐵樣品分析結果比對。
樣品名 分析方法 爐號 化學成分
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
化學分析 0.40 0.096 0.068 0.044
關鍵詞：主銷軸 夾雜物 偏析 斷裂
中圖分類號：TG157 文獻標識碼：A 文章編號：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）在挖掘機上與履帶配合使用，軸工作時受彎曲應力，在碎石路面上工作185 h發生斷裂。軸外形尺寸為 36 mm2 mm。軸為韓國牌號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《碳素結構鋼》中的45號鋼。略知軸加工工序：軋制調質處理冷加工高頻爐淬火回火。技術要求：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 試驗結果與分析
1.1 宏觀檢驗
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，受力后裂紋快速擴展，大約到斷口半徑處后又以箭頭b處為裂紋源再次擴展直至軸斷裂。
1.2 化學成分分析
在斷裂的軸上取樣進行化學成分分析，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GB/T 223系列標準檢測。檢測結果見表1，結果表明其C含量高于技術要求。
1.3 硬度及淬火層深度測定
依據GB/T 230.1-2009《金屬材料 洛氏硬度試驗 第一部分：試驗方法》標準，采用LR-300TDL型洛氏硬度計對軸表面硬度進行檢測，檢測結果見表2。技術要求：深度3.0～5.0 mm范圍內硬度≥45 HRC，實際檢測深度為3.3 mm，硬度值檢測結果符合技術條件要求。
1.4 微觀斷口觀察
使用日本日立株式會社，型號S-4800場發射掃描電子顯微鏡對斷口進行掃描觀察，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）。對裂紋擴展區進行觀察，可以看見清晰的河流狀花樣，呈現解理斷口特征，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，并沿晶界擴展，裂紋兩側無氧化脫碳現象，屬于淬火裂紋。
2 分析討論
根據上述檢測，此軸存在以下缺陷：
牌號接近45號鋼，碳含量卻達到55號鋼，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烈。實踐證明，45號鋼的含碳量接近上限時，高頻淬火過程的開裂現象將急劇增加，增大了熱裂和冷裂傾向。
根據生產工序，軸應該是軋制件。金相檢測結果存在樹枝狀結晶，說明沒有經過良好的軋制，有較嚴重的偏析，降低了軸的性能；偏析嚴重及樹枝狀晶，高溫時鋼的晶界強度較晶內低，淬火應力下，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域，Ms點較基體高，容易形成馬氏體，形成較大的組織應力及熱應力，易成為裂紋。
非金屬夾雜物含量達D類粗系2.5，破壞軸整體性及連續性，降低鋼的強度及韌性。
依據GB/T 13320-2007評定，組織為珠光體+索氏體+鐵素體+魏氏組織，評定為8級，是調質質量最差的級別。
橫截面淬火層馬氏體為3級，屬正常的馬氏體組織。但是，兩條裂紋剛直形如閃電，并沿晶界擴展，裂紋兩側無氧化脫碳現象，屬于淬火裂紋。
軸的硬度設計不合理，技術要求軸的表面硬度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。實際測量硬度59.0～60 HRC，超出履帶技術上限10～11 HRC，不管從耐磨、強度和韌性哪個角度設計，都不該相差這么多。查《結構鋼手冊》55鋼硬度達60 HRC時，回火溫度最高100 ℃，根本達不到消除高頻淬火應力的作用，除非相當長時間回火；為了提高軸的使用壽命，設計硬度應該與履帶相當。
由于軸存在上述缺陷，在碎石路面受彎曲應力，工作185 h斷裂。電鏡觀察裂紋起源于軸表面，無疲勞輝紋，擴展區有河流狀花樣，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性，降低鋼的強度及韌性。
（3）原料未經過良好的軋制或均勻化退火，保留有樹枝狀結晶和偏析，降低了軸的性能。
（4）軸硬度設計不合理，與履帶不匹配。
參考文獻：
[1] 任頌贊，張靜江，陳質如，等.鋼鐵金相圖譜[M].上海：科學技術文獻出版社，2005：104，136，691.
關鍵詞：Q690C；低合金高強度結構鋼；焊接規范
中圖分類號：P755.1文獻標識碼：A
引言：
進入二十一世紀，隨著社會在不斷的進步與發展，國家電力事業正在蓬勃發展。電網在不斷升級，電壓等級從原先的110kV、220kV向超高壓330kV、500kV及特高壓750kV、1000kV發展，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。為了保證鐵塔質量，又能達到減輕塔重、降低造價之目的，國家電網公司在近幾年一直研究高強鋼在輸電線路鐵塔中的應用，Q420、Q460等低合金高強度鋼材在不斷進行推廣和應用。2009年國家把低合金高強度結構鋼的標準GB/T1591從鋼材強度的最高級別從Q460提高到Q690，這就為輸電線路鐵塔應用高強鋼提供了更大的空間。
焊接是鐵塔制造中的關鍵過程，從鋼材的性能、化學成分分析；焊接冷裂紋敏感性分析、試驗；焊接性能試驗；焊接工藝評定等方面進行試驗、分析、研究，確定Q690C低合金高強度結構鋼的焊接性能。
一、鋼材的復檢
本焊接實驗選用鋼材為唐山鋼鐵股份有限公司生產的鋼材牌號為Q690C、厚度為8㎜控軋鋼板，鋼材化學成分和力學性能符合《低合金高強度結構鋼》GB/T1591-2008中的要求。
所有鋼材進行復檢，復檢結果與鋼材質量證明書及GB/T1591-2008《低合金高強度結構鋼》標準對照，化學成分要求見表1。
表1 鋼材的化學成分
力學性能要求見表2。其中拉伸試驗用試樣取橫向試樣，沖擊試驗用試樣取縱向試樣，采用10㎜×7.5㎜×55㎜的V型缺口試樣。
表2 鋼材的力學性能
通過表1和2的鋼材復檢結果比較看出：鋼材的化學成分及各項力學性能指標均滿足標準要求。
二、鋼材的焊接裂紋敏感性分析
（一）焊接裂紋敏感性指數分析
GB/T1591-2008標準6.1.9規定：熱機械軋制（TMCP）或熱機械軋制加回火狀態交貨鋼材的碳含量不大于0.12%時，可采用焊接裂紋敏感性指數（Pcm）代替碳當量評估鋼材的可焊性。Q690鋼材的Pcm值≤0.25%。Pcm值應由熔煉分析并采用下式計算：
Pcm=C+ Si/30＋Mn/20＋Ni/60＋Cr/20＋Mo/15＋V/10＋5B
= 0.21％
計算結果看出，Q690C鋼材的焊接裂紋敏感性指數符合標準要求。
不同強度鋼材的焊接裂紋敏感性趨勢見圖1
圖1不同強度鋼材焊接裂紋敏感性趨勢圖
（二）碳當量計算
鋼材的焊接冷裂紋敏感性與母材和焊縫金屬的化學成分有關，通常用碳當量來表示。GB50661《鋼結構焊接規范》引用了國際焊接學會（IIW）推薦的非調質鋼碳當量Ceq計算公式進行計算：
Ceq=C＋++（％）
按表2鋼材的質量證明書數值，依據上述公式進行計算其碳當量為0.518％；
從碳當量計算結果看出，鋼板的碳當量大于0.50％，說明其焊接難度為：難。（GB50661標準對工程焊接難度劃分：碳當量在0.50％以上范圍內為“難”）。為保證焊縫質量，需進行具體的焊接工藝評定來指導鋼材的焊接生產。
不同強度鋼材碳當量趨勢見圖2
圖2不同強度鋼材碳當量趨勢圖
三、斜Y坡口焊接裂紋試驗
參照 GB4975.1《斜Y坡口焊接裂紋試驗方法》進行斜Y坡口焊接裂紋試驗（小鐵研），以評定焊接熱影響區產生冷裂紋的傾向性。
（一）試驗圖樣：見圖3；
圖3 試件形狀及尺寸
（二）試驗條件：見表3；
表3 焊接冷裂紋試驗條件
（三）試驗結果：見表4。
表4試驗結果
斜Y坡口試驗結果表明，Q690C鋼材在焊接時，需要進行預熱150-180℃。
四、焊接性能試驗
（一）焊接材料的選擇
焊接材料的匹配一般采用等強原則，即焊絲熔敷金屬力學性能與母材力學性能相當。但是近年來美國、日本等國家從焊接裂紋角度考慮，對“低強匹配”焊接接頭的性能進行了研究。采用“低強匹配”焊接材料可使焊縫裂紋顯著減少的經驗，在美國和日本的一些工程結構中被采用，國內也有這方面的報道。考慮到防止焊縫裂紋、改善工藝條件以及焊接區的韌性和裂紋敏感性，為此參照GB50661標準及相關焊接材料標準，CO2氣保焊時選用焊絲型號為：武漢鐵錨焊接材料有限公司生產的牌號為WH-70-G實心焊絲（符合GB/T8110-2008中ER70-G）。
焊接氣體采用富氬（Ar80%+CO220%）混合氣體。
（二）熔敷金屬力學性能試驗
按照GB/T8110-2008《氣體保護焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》的要求進行制備試件見圖2，。
圖2熔敷金屬力學性能試驗試件制備
焊接規范見表5。
表5 焊接規范
試驗結果見表6、表7。
表6 熔敷金屬力學性能
通過表6、表7的試驗結果看出：CO2氣保焊焊絲熔敷金屬力學性能和化學成分基本與母材性能相當，按照焊材選用低匹配的原則可以使用。
五、結論
試驗結果表明，Q690C鋼材在采用氣體保護焊接時，焊絲選用70公斤級焊材、氣體選用富氬(80％Ar+20％C02)混合氣體；焊前需要預熱150～180℃，能夠滿足焊接要求。
參考文獻:
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[2].GB/T8110-2008.氣體保護焊用碳鋼、低合金鋼焊絲[S].北京：中華人民共和國質量監督檢驗檢疫總局、中華人民共和國標準化委員會，2008
作者簡介：
【關鍵詞】熱軋雙相鋼;焊接性能;重工業發展
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。此種鋼材因為有一定成分的奧氏體與鐵元素，為此，具有不銹鋼的優勢，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，并且在導熱系數上也非常高。本文結合上述熱軋雙相鋼的這些優勢深入研究了其性能，希望能夠為相關部門提供一些參考。
1 熱軋雙相鋼特點以及組成成分
1.1 特點
（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，雙相鋼有著非常強的抗斑腐蝕以及抗裂縫性能，總的來說，其抗腐蝕性非常強，而在奧氏體上比較，此鋼型有較低的膨脹系數，能夠有效導熱。
（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，在對其進行設計過程中，可以適當的減輕其重量。其適應的溫度一般在―40°F/+500°F左右，如果在具體的生產中有著特定的要求可以適當的調整，對于其焊接結構來說，低溫效果將非常好。
1.2 化學成分
雙相鋼的主要化學成分有C、Mn、Si、p、S、Cr、Ni、Mo、No（奧氏體―鐵元素）等，每一種化學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 實驗研究
2.1 實驗材料與方法
本文通過一組實驗分析熱軋雙相鋼焊接性能，實驗中應用到的材料為硅、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。本文實驗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。
在應用膨脹儀器進行檢測時，可以將檢測點集中在鋼的臨界點位置處，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，并做出溫度曲線循環圖。試驗的各個要素構成分別為：電流（A）、電壓（V）、焊接速度（mm/s）、氣體流量（m3/h）、冷卻條件等。
在實驗中，雙相鋼的鉆孔深度可以為3.2mm、4mm、2.3mm、還要有一個尺寸在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時間記錄儀上面，能夠準確的記錄下來整個焊接過程，對于繪制各個區域溫度曲線圖有重要作用。
熱模試驗的全部過程都在一個成型的熱模型上開展，按照實際的熱循環曲線圖，選擇適當的溫度值，溫度變化幅度在Tp從700℃降低到400℃，其最終的冷卻時間在5分鐘。每一個實驗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 實驗結果的分析
通過以上實驗結果顯示，模擬的實際熱影響區域內的各個部分的組織要能夠符合每一種組織的實際熱規范。實際的焊接熱區域中具有梯度值，并且從當前的熱量條件上看，各個相鄰的奧氏體都是順著低溫趨勢擴張，但因為所處的受熱條件是有差異的，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實現尺寸上的均等，就要對模擬溫度適當降低，這樣才能與實際顯微組織效果接近。
通過實驗中硬度的對比分析可以知道，模擬的過熱區域中的峰值溫度在1260℃，其他的各個溫度段的峰值都與實際相差無幾。其重要參數為600℃～500℃的冷卻時間在t7/8，這個測定值與其他各個溫度點上的溫度基本一致，可以作為全部熱循環的重要參數。
在實驗完成以后，能夠繪制出一個系統化的曲線圖，能量達到了2.3千克每立方厘米時對應的溫度可以成為脆性溫度，每一個溫度區間都不能低于―20℃。在峰值達到了600℃時，斷口的外部形態呈現蜂窩狀，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。將焊接內容放置到顯微鏡下觀察，可以看出，影響熱區母材會受焊接的影響，其原組織將發生變化，在鐵元素上出現了細小的碳化物質，整體上晶體物質較大。
實驗結果可以總結為：
應用CO2氣體進行電弧焊接，利用硅、錳、鉻、鉬等導熱的熱軋雙相鋼板是適合的，能夠測得平滑的焊接孔道，焊接時飛濺少，并且有較窄的熱影響區域;
熱軋雙相鋼的焊接抗沖擊性能較好，冷脆溫度在―20℃;
雙相鋼在焊接時發生軟化是在熱影響區域達到600℃的時候，但其仍然會存在500MPa的抗拉強度。
3 結語
本文主要對熱軋雙相鋼的主要構成及化學成分進行了分析，并以一組實驗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、節省資源、提高生產率有重要意義。
參考文獻：
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關鍵詞：轉爐；出鋼；脫氧；工藝優化
煉鋼廠生產工藝流程為15ot轉爐～底吹氫站～LF爐精煉（部分鋼種）～大板坯連鑄機。投產初期轉爐出鋼時，除加人硅鐵、錳鐵外，主要采用加人臺鋁脫氧，其結果是不僅鋁消耗量大，冶煉成本高，而且連鑄過程水口結瘤問題出現幾率較高，影響生產順行。為了進一步降低成
本、改善脫氧效果，在對脫氧的有關理論問題重新認識的基礎上，通過現場試驗，成功開發了新的脫氧工藝，達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
現代煉鋼生產中，脫氧方法可分為使用脫氧劑脫氧和真空脫氧兩大類，而前者又依據脫氧劑加入方法的不同，分為沉淀脫氧法和擴散脫氧法。
1.1沉淀脫權法
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：
這種脫氧法的缺點是隨著氧化鐵的還原，在鋼液中產生了新的氧化物Fexoy，因此采用這種方法脫氧時，必須創造夾雜物上浮的良好條件。
1.2擴散脫氧法
擴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移到爐渣中來。平衡狀態下，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〕就會擴散進人爐渣。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與鋼液混合，也能得到相同效果。故擴散脫氧又分為爐內脫氧和盛鋼桶內脫氧。
（1）爐內的擴散脫氧在采用爐內擴散脫氧時，加人爐渣中的脫氧劑一般為硅鐵或鋁、硅、碳等配合使用。爐內的擴散脫氧的優點是鋼液被脫氧產物沽污的機會較少，而且加人的合金元素和脫氧劑的燒損也較少。此方法的缺點是擴散速度慢，生產率低；爐襯壽命短；用強脫氧劑時，易造成回磷，同時增加了脫氧劑的損耗量，而且必須將脫氧劑粉碎。
（2）盛鋼桶內的擴散脫氧由于熔池內的鋼液與爐渣的接觸面積不大，限制了擴散脫氧的速度，因而可以采用合成渣洗的方法，使鋼液與合成渣發生攪拌作用而增加接觸面積，提高反應速度。國內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
在根本改善鋼的質量方面，應用真空脫氧有很大意義，這是因為采用其他脫氧方法不可能完全去除鋼中的夾雜物真空碳脫氧服從以下熱力學規律：
如果根據上式近似評價碳在1873K下的脫氧能力，碳具有比鋁還強的脫氧能力。
2擴散脫氧劑的作用
在轉爐出鋼時通常不對爐渣進行脫氧，因出鋼時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，達到10%一15%。當鋼水脫氧后，渣鋼之間氧的平衡被破壞，從出鋼到連鑄平臺鋼包中鋼水氧含量不斷增加，發生鋼的二次氧化，導致鋼中夾雜物含量增加。出鋼過程加人含有SIC、Cac：等組元的擴散脫氧劑可達到以下效果。
（1）對鋼水脫氧，生成的產物以氣體為主，不污染鋼液，有利于減少鋼中夾雜物含量。其反應：
（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，可促進鋼水脫硫。
3轉爐出鋼過程脫氧工藝試驗
試驗在煉鋼廠150t轉爐出鋼過程中進行，試驗鋼種典型爐次鋼水成分見表1。試驗各爐次合金及擴散脫氧劑加人情況見表2。試驗采用的擴散脫氧劑為AICac。
3.1脫氧效果
表2為試驗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。從結果看，由于試驗條件不同，出鋼時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方面。
（l）擋渣出鋼的影響由于1號爐采用擋渣出鋼，2號爐未采用擋渣出鋼，兩者的平均氧含量分別為8.8ppm和27.6ppm。說明出鋼時如果不擋渣會導致大量氧化渣進入鋼包，使脫氧劑有相當一部分比例消耗于爐渣脫氧，最終導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第6爐（爐號：lon430）在出鋼時先加人AICaC擴散脫氧劑，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。這是因為擴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：2010840）和第7爐（爐號：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爐在出鋼時氧化渣下渣量相當大，渣面幾乎到達鋼包的上沿；另外，其他操作因素對其也有一定的影響。第1爐出鋼時終點碳只有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鋼水化學成分
從轉爐出鋼前和吹氫站喂鋁線前鋼水的化學成分分析結果可以看出：與冶煉標準比較，本輪試驗在出鋼時脫氧和合金化后的鋼水化學成分完全符合企業標準，也基本達到了內控標準，說明新的合金化工藝可以滿足鋼水化學成分的控制要求。
3. 2. 2操作工藝對鋼水中磷、硫含量的影響
從表3的數據不難看出，第1，2，7爐次是采用2號爐冶煉，出鋼時未采取擋渣操作，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號爐冶煉的，出鋼時采用了擋渣操作，鋼水平均回磷量只有。. 000 25 0 o，幾乎不回磷。這是因為復合擴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爐出鋼時原始硫含量較高，脫硫量較大外，其余各爐次由于出鋼時原始硫較低，脫硫量相對較少，但鋼水到吹氫站時平均硫很低，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
包括出鋼時加臺鋁、吹氫站和LF爐喂鋁加臺鋁的總和。
根據煉鋼廠提供的合金價格，試驗各爐次合金化成本的計算結果見表6。本輪試驗中2號爐冶煉的3爐由于出鋼時未擋渣，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約煉鋼成本，為企業帶來可觀的經濟效益。
4結語
（1）煉鋼廠轉爐冶煉SS 400出鋼過程中采用AIMnTi}-A1CaC復合擴散脫氧劑進行脫氧操作的新工藝，可以滿足現場工藝要求，其鋼水化學成分符合冶煉標準要求。
（2）當出鋼時正常擋渣，采用先加A1CaC擴散脫氧劑再加人A1MnTi沉淀脫氧劑的脫氧操作工藝，能達到最佳的脫氧效果。
（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約合金化成本，與原工藝相比可降低4. 48元八鋼。
（6）開發出鋼脫氧合金化模型及成本更低的鋁錳鐵復合脫氧劑并優化合金加入量計算，可望進一步降低煉鋼成本。
參考文獻：
文章主要闡述了各種金屬材料化學成分分析方法的原理和優缺點，并在此基礎上，闡述了今后金屬材料分析方法的發展方向。
關鍵詞：
金屬材料；化學成分；分析方法；現狀；發展趨勢
引言
金屬材料在現代建筑和工業設施建設中起著無可替代的作用，隨著新型建筑和工業裝備的出現，高性能材料的需求不斷增加。例如，北京奧運主場館“鳥巢”在國內建筑史上首次使用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在國內的建設，SA738與S32101這兩種高性能鋼材才開始在國內研制與生產。眾所周知，金屬材料性能的優劣主要是由組織結構決定，同時組織結構會隨其元素種類和相對含量的不同而改變[1-3]。因此，準確分析材料元素種類和含量，對于新性能材料的研發和合理利用至關重要。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，而在鎮靜鋼中硅的含量一般為0.12%～0.37％。鋼中硅含量的增加，會相應提高屈服強度和抗拉強度，例如調質結構鋼中硅含量增加1.0%～1.2%，強度可提升15%～20%。但是，硅含量的提高會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格控制，例如Q235B要求硫≤0.045%[4]。磷作為鋼中有害元素，會降低鋼的塑性，同時影響其焊接性能和冷彎性能，所以一般鋼種要求磷≤0.045%，優質鋼含磷量更低。要掌握金屬材料的性能，必須準確分析元素含量，并在此基礎上研發性能更加優異的材料。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分析方法，足夠精確地分析相關元素含量。
1化學分析方法
隨著分析技術的發展，分析金屬材料的化學成分先后出現的方法有重量法、滴定法、分光光度法、原子光譜法（原子發射光譜法和吸收光譜法）和電感耦合等離子質譜法等[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反應，分析化學學科出現時實驗人員已經熟練掌握，需要簡單的儀器設備即可展開測試，并且易于應用。后面的方法為近幾十年新研發出的，物理學研究深入到原子核階段以后才相繼出現，并且隨著技術的進步，儀器的研發會朝著效率更高、操作更簡單的方向發展，不足之處就是設備比較昂貴，無法在中小企業普及。
1.1重量分析法重量分析法是經典的定量分析方法。出現時間較早，使用最成熟。重量法原理是將材料中待測元素通過化學反應轉化為轉化為可稱量的化合物，經過過濾-烘干即可準確計算材料中待測元素的含量。當前，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，才能獲得準確的測定結果。
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的終止，按照化學反應計量關系計算待測金屬成分含量。根據化學反應機理的不同，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的玻璃儀器（比如：滴定管和容量瓶等），成本低廉，易于操作，現在一些中小企業仍在使用。缺點是只能進行單元素分析，分析周期長，不適用于微量元素分析，且分析數據會隨操作人員的熟練程度進行波動。
1.3分光光度法分光光度法的理論基礎是Beer-Lambert定律，用公式表達為A=KcL，在入射光強度一定的情況下，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算待測元素的濃度。分析待測試樣前首先要建立標準溶液的吸收光譜曲線，通過這一曲線進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。此方法優點僅需一臺分光光度計即可完成，同時兼具靈敏度高，操作簡單迅速，應用范圍廣（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）。缺點為只可單元素分析，其分析結果的準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：物質的基態原子吸收特定波長的X射線后，外層的電子被激發至高能態，處于高能態的電子極不穩定，又躍回至基態或低能態，同時發射出熒光；熒光強度正比于試樣中待測元素濃度，通過測定熒光強度即可確定試樣中元素含量。當原子輻射的熒光波長與照射X射線波長不同時，稱為非共振熒光，反之，則為共振熒光，分析中應用較多的是共振熒光。此法的優點是檢出線低，譜線易于分析，分析迅速，若用激光做激發光源時分析效果更佳。缺點該方法要求樣品較高的均一性，同時受基體效應的影響，分析結果存在偏差，通常需要進行一定程度地校正。
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，通過分光系統尋找該譜線并至于峰線極大位置，此時吸收池溶液在原子化器的作用下生成該元素的基態原子，基態原子吸收特征波長的光而上升到激發態，根據特征波長光強度的改變進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行元素含量分析的一種方法。優點：火焰穩定、讀測精度好、基體效應小和噪聲小。缺點：點火麻煩、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生阻熱高溫使式樣原子化，并進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，此外激發態原子在吸收區停留時間長達1-10-1數量級，因此分析靈敏度和檢出限得到了顯著的改善。優點：樣品利用率高、靈敏度高（檢測限低）、低的化學干擾、液體樣品和固體樣品均可分析。缺點：設備操作復雜，不如火焰法快速簡捷，對試樣的均勻性要求高和有較強的背景吸收，測定精度不如火焰原子吸收法。
（2）原子發射光譜法。原子發射光譜法是依據物質中的基態原子獲得外界傳遞的能量后，外層電子會經歷“低能級—高能級—低能級”，多余的能量以相應的譜線釋放，即發射光譜。根據發射光譜就可判斷相應元素種類和含量。目前利用原子發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射光譜儀。此類方法儀器的共同優點為多元素同時分析，分析周期短。光電直讀光譜儀，其工作原理是用電火花激發材料表面，材料表面的原子經激發而發生電子躍遷，從而發射出材料內部元素的特征譜線。優點：測試時間短（幾分鐘內可以準確分析20多種元素）；適用于較寬的波長范圍；使用的濃度范圍廣（可同時進行高低含量元素的分析）。缺點為：由于出射狹縫固定，對分析鋼種經常變化的用戶不太適用；譜線易漂移，需要定期校準；不能分析小尺寸和不規則樣品。電感耦合等離子原子發射光譜儀（ICP）也是一種新型的原子發射光譜法，工作原理為待測物質被環狀高溫等離子體光源加熱至可達6000-8000K，待測物質原子由產生電子躍遷，從而輻射出特征譜線進行元素含量測定。ICP根據進樣系統的不同又分為固體進樣、液體進樣和氣體進樣三類。ICP要比直讀光譜儀器的檢出限更低，靈敏度高[9]。缺點對進樣系統要求非常嚴格，無法分析部分難溶和非金屬元素。溶液進樣系統需要將式樣要做成溶液樣品，此過程要用酸堿溶樣，會對操作人健康造成一定傷害，用時較長。
1.6電感耦合等離子體質譜法電感耦合等離子體質譜法是在電感耦合等離子發射光譜儀的基礎上發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射光譜儀，增加了一個四極質譜儀，質譜儀分離不同質荷比的激發離子，最后測量各種離子譜峰強度的一種分析方法。電感耦合等離子質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行測定[10]。優點為操作簡單、測試周期短、靈敏度高（達ng/ml或更低）。缺點實際檢測成本高制約其廣泛使用，目前主要用于地質學中金屬礦石微量、痕量和超痕量的金屬元素測定。
1.7激光誘導等離子體光譜法該方法是一種新興的分析技術，是原子發射光譜法的一種。利用高功率激光作用于物質表面，產生瞬態等離子體，光譜儀對等離子體輻射光譜進行分析，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。所需設備比教簡單，操作方便，可以同時進行多種元素含量測定，分析效率有效提高，此外還可滿足遠程分析的需要。缺點適用范圍較窄，目前主要用來測量不銹鋼中的微量元素[9]。
2展望
隨著工業的發展和建筑要求的提高，研發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。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，溶樣過程處理不當會危害環境和人體健康，相應延長了測試周期等。基于此，現有的一些操作方法已經不能滿足實際應用需要，這就迫切需要我們研發使用方便，分析周期短，靈敏度高，檢出限低和綠色環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共同努力，推動金屬材料化學分析實驗方法及儀器不斷進步。
參考文獻
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