时间：2023-09-20 16:02:33
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关键词：钢铁化学分析；情况；偏差的应用
1.前言
钢材是一种应用十分广泛的材料，宝特韶关自投产以来，成果丰硕，成为宝钢特钢长材重要的坯料供应基地，产品拓展、品质提升、成本改善、制造能力长足进步。主要以特钢为主，特钢对各项工艺质量要求严格。标准中针对钢材中化学成分的分析和允许偏差做出了相应的规定，钢材化学成分分析全过程进行规定，每一个分析结果都给出一个对比值。钢材中化学成分检测分为：熔炼成分检测和化学成品检测。熔炼成分检测和化学成品检测在分析方法和分析数值上都存在着一定的差异。熔炼分析方法的数值可能会超出标准，而成分分析方法中数值在规定的范围内，针对差异的情况，标准中中设置了一个允许数值，也就是允许偏差。
2.钢材化学分析中的允许偏差
钢材中的化学成分分析有：熔炼成分检测和化学成品检测。在钢水浇注过程中采用球拍试样，通过风动送样系统到实验室，实验室接到试样，对样品进行制备，满足检测后进行检测分析，分析结果表示同一炉或同一个钢包中钢水的平均化学成分，叫做熔炼成分检测。通过在加工完成以后的成品钢材上取样进行检测，叫做成品检测。由于钢水在结晶过程中会产生偏析或元素的不均匀分布，所以，成品检测的值有时与熔炼检测的值不一致，就出现了成品化学分析的允许偏差。GB/T6992015《优质碳素结构钢》中规定的钢的化学成分就是针对熔炼成分检测而言。新标准中熔炼检测被成品检测所替代，熔炼检测试样不正确导致分析结果不可靠和在未取得熔炼检测试样的时候，可以使用成品化学分析，但是要求成品检测分析的结果要符合熔炼成分规定。
3.国外标准的一些相关情况
国外标准规定的情况作简要说明:(1)美标：在钢类或品种标准的综合标准中将成品成分偏差纳入，或在各标准中分别规定。(2)德标：分别在各标准中规定成品成分允许偏差，未统一。(3)前苏联标：在各标准中分别做出规定,不按元素的不同含量分类，没有统一性。(4)日标：JISG0321是日本专用的标准,共有四个成品成分允许偏差表，不锈耐热钢的成分偏差是根据成分元素含量范围分档规定其大小；中低合金钢成分偏差是根据除了元素含量范围分档规定以外，还增加了按钢材截面积大小分档的规定,截面愈大，要求愈宽；碳素钢则两种情况都存在。偏差值的规定有四种：①根据化学元素的含量范围进行分类规定；②按化学元素的含量范围分类，增加钢材的截面大小分类规定；③按钢材的重量、大小分类做出规定；④不管元素含量和钢材截面大小怎么样，一个元素规定一个偏差。第一和第二种两种情况比较科学。
4.钢材化学成分检测允许偏差的应用
(1)钢材化学成品分析的取样原则。标准GB/T2222006《钢中化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差》要求用于钢的化学成分成品分析的试样,试样应均匀一致,能充分代表每一个牌号钢材的化学成分,并且取样要有足够数量。不同的试样使用不同的取样方法：①样屑试样,采用钻床制备试样。要求钻好的样屑混合均匀。然后要去除表面氧化铁皮和脏物，不能使用水、油或其他剂。②大断面试样，从钢材横断面上取样，在钢材横断中心到边缘的中间部位平行于轴线上取样。③小断面试样,一种方法是从钢材的整个横断面上取样,另一种方法是从横断面上沿轧制方向取样。(2)钢材中成品化学成分允许偏差的使用。熔炼过程取样进行检测分析的值叫做成品化学成分允许偏差,一般情况下分析值都能满足标准规定,但在炼钢过程中钢中元素偏析，成品分析的成分值可能超出标准规定的成分界限值。对超出界限值的大小规定一个允许的数值，这就是成品化学成分允许偏差值，GB/T2222006《钢中化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差》普通碳素钢、低合金钢、优质碳素钢和合金钢、不锈钢和耐热钢四种偏差表。一种钢材成品化学成分允许的偏差只能使用一个表，不能两个表混合使用。(3)化学成分允许偏差的准确使用。钢材中化学成分检测分析的允许偏差，在具体检测的过程中应该尽量保证检测结果的误差，使用的时候应该注意：①同一种类钢材的化学成分分析的允许值，只能使用同一个表，不能同时使用多个表混合。②尽量保证钢材化学成分分析所得的值接近允许偏差值范围的上限，这样能够减少误差值给试验造成的不良影响。(4)不同钢种成品化学成分允许偏差值。依据标准GB/T222-2006《钢的成品化学成分允许偏差》共给出了几个化学成分允许偏差表，分为：表1低合金钢成品化学成分允许偏表2合金钢(不含不锈钢和耐热钢)成品化学允许偏差值，表3不锈钢和耐热钢成品化学成分允许偏差值。举个例子：合金结构钢34CrMo4，其冶炼工艺要求熔炼成分的碳元素，标准规定界限值为：上限0.36%，下限0.34%,成品钢材化学成分检测分析时，假如有一熔炼号的钢材碳含量为0.39%，说明超出标准规定上限值0.03%，按照表1低合金钢成品化学成分允许偏差值规定，钢材的碳含量是合格的。假如另一熔炼号的钢材出现碳含量为0.31%，说明超出标准规定下限值0.03%，按照本标准表1规定，钢材的碳含量也是合格的。
5.执行标准时应注意的几个问题
横截面积不大于65000mm2的钢件使用标准中表1~2中的偏差表。大于该横截面积的钢件化学成分允许偏差值可以适当放宽,具体数值由供需双方协商确定。产品标准中规定的残余元素不适用于表1~3中规定中的化学成分的允许偏差。成品化学成分允许偏差,一种钢的只能使用一个表,不可以两个表混合使用。化学成品检测的值,不可以超出标准规定化学成分界限值的上偏差和分界限的下偏差。未能取得熔炼分析值,或怀疑熔炼分析值不可分析的成分值应符合熔炼成分的规定,不得有偏差值。6.结束语为了保证钢铁生产稳定顺行，可以通过化学成分了解生产状况，指导生产，在日常的钢材化学成分检测分析过程中，应根据钢材化学成分实际情况对允许偏差进行有效分析，检测人员在完成检测任务时，严格按照标准和作业文件的相关的规定和规范进行操作，确保检测结果的准确性，精准、科学的使用钢材化学成分允许偏差。如何确认钢的化学成分允许偏差，应引起化学检测员的注意，以确特钢冶炼和产品的质量。
【参考文献】
[1]GB/T222-2006钢的成品化学成分允许偏差.
[2]GB/T6992015优质碳素结构钢.
[3]王开远.钢的成品化学分析允许偏差及试样制取方法新标准[J].机械工业标准化与质量,2012(05)：133-137.
关键词：起重机 钢丝绳 断裂 陈旧断口 失效分析
一、情况简介
某汽车起重机在试吊一重约1吨的角块的过程中小钩钢丝绳发生整体断裂。事故钢丝绳材质为65钢，结构为6×37+FC，钢丝与钢丝之间为点接触，捻制方法为右交互捻ZS。为查明钢丝绳断裂原因，避免类似事故的再发生，笔者对事故中的钢丝绳取样进行了检验和分析。
二、理化检验
1.宏观检验
图1为断裂钢丝绳。事故发生时，图1所示一端与吊臂相连，断裂处形貌呈花簇状。图2为事故钢丝绳表面宏观形貌，钢丝绳表面有大量油污、颗粒，外层钢丝磨损严重。
2.化学成分分析
远离断裂位置取样，使用LAB-M11直读光谱仪进行化学成分分析，结果见表2。该钢丝绳的化学成分符合GB/T 699-1999《优质碳素结构钢》对65钢成分的技术要求。
3.力学性能试验
在靠近事故钢丝绳断裂处取样，样品长度1m，置于WAW-2000C型万能试验机上进行拉伸试验。结果显示，事故钢丝绳的破断拉力为92.362kN。
4.金相检验
从钢丝绳断裂部位截取轴向和横截面试样，经镶嵌、磨抛和4%（体积分数）硝酸酒精溶液腐蚀后进行显微组织观察。图3为事故钢丝绳轴向显微组织，可以看出，近断裂面处与远断裂面处的组织均为回火索氏体+铁素体，铁素体呈长条状。图4为事故钢丝绳的横截面显微组织，部分钢丝已严重磨损，回火索氏体和铁素体分布均匀。
5.硬度测试
截取事故钢丝绳横截面，经镶嵌、磨抛后，置于Durascan-20显微硬度计上进行维氏硬度测试，结果如表3所示，符合中高碳钢丝经淬火+高温回火处理后的硬度要求。
6.扫描电镜及能谱分析
将钢丝绳断口置于扫描电镜下观察。图5为1#钢丝的断口形貌。钢丝绳共有6股，其中4股钢丝的断口形貌均与1#钢丝类似，钢丝表面平齐，断口与钢丝轴向呈一定角度，属于由剪切力作用形成的解理断口。从图6中可以发现其断口有絮状组织，对其进行能谱（EDS）分析，结果表明，絮状组织中氧含量较高，如图7所示，说明其已被氧化，在此次事故发生前已发生断裂，属于陈旧断口。
另2股钢丝的断口形貌与如图8所示的2#钢丝断口类似，断口均呈杯锥状，中部疏松纤维区、临近的快速解理区和最外沿的剪切唇区，属于典型的拉伸断口[1]。纤维区分布有大量细小的等轴韧窝，见图9，韧窝边缘清晰，棱角分明，表明其为一个新鲜断口，是在此次事故中由于受到轴向拉应力而造成的断裂。
三、分析结论与建议
1.结论
断裂钢丝绳的结构、捻制方式、化学成分、金相组织、硬度均符合相关标准或技术要求。钢丝存在严重的挤压、磨损变形。事故发生前，钢丝绳已有4股断裂，断裂方式为剪切力作用下的解理断裂，属于陈旧断口，剩余未断的2股钢丝最终在事故发生时因受过大的轴向拉应力而断裂。
2.建议
2.1严禁钢丝绳过载使用、挤压变形，且避免受到剧烈的冲击和振动。
2.2应定期对钢丝绳进行检查，检查的内容包括：是否存在断丝、油脂是否流失或失效等[2]。
参考文献
关键词：金相检验；发展；重要性
1 金相检验在材料研究中的重要性
从某种意义上而言，金相检验就是在人们主观意识的基础上对于金属内部结构的研究与分析，将物理冶金学理论运用到实际的操作过程中，针对其金属以及合金的成分进行检验，性能的分析。
在进行金相检验之前必须做好以下两个方面的准备工作：一是针对材料的组成结构以及性能进行大量的测试研究，通过理论化的数据完成对材料的认识。二是根据材料的特性进行相互之间的对比与规律性的研究，从而得知材料间的共性特点以及特殊性能，这对于金相检验有着极其重要的指导意义。在许多工业的发展过程中，金相检验都得到了很好的发展并发挥了极其重要的地位，尤其是在对材料进行检验的过程中更是发挥了不可替代的重要作用。利用显微组织结构的特性以及控制手段对发展中的冶金材料、机械制造、能源建筑等都进行了相关的检验。它是材料研究中重要的组成部分之一，同时新材料的不断出现，也大大促进了金相检验技术的发展。
2 金相检验在现代材料研究中的作用
金相检验主要是通过采用定量金相学原理，运用二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌，从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。这种技术不仅仅大大提高了金相检验的准确率更是提高了其速度，大大缩短了工作时间。
随着钢铁行业的不断发展壮大，文章主要以以下三种常用的钢材为例阐释金相检验在材料研究中的重要意义及其作用。一是热轧普碳钢材，这种钢材是可以通过优化工艺进行廉价生产的金属材料。二是低合金钢高强度热轧钢材；三是合金结构钢。这三种钢材严格意义上来讲都属于在显微结构下进行金相检验的一种金属材料。下面就针对这三种钢材材料检验进行详细的分析与总结。
2.1 化学成分与金相组织
首先在进行化学成分分析与金相组织检验的同时，必须清楚的了解什么是合金设计，其根本目的及其意义。在进行合金设计的过程中，最主要的就是对组织设计进行很好的测评，了解成分与组织之间的相互敏感度，必须选择满足特性需要的组织结构进行分析控制。这些性能的好坏与受控成分、表面组织以及应力情况等有着直接的关系。所以在进行金相组织检测的同时必须清楚的掌控其材料的性能、化学成分。合金设计的目的就是为了将各个工程建设的各项性能有机的结合在一起，将其性能最优化。将组织结构的性能配置控制在可操作的范围之内。这样不仅仅能够准确的进行测算更加能有效的解决资源。如马氏体形态、贝氏体形态等首先受控于碳的含量。低碳钢淬火后得到板条状马氏体，而高碳钢淬火后得到针状马氏体。所以，金相检验是验证和解释所设计成分是否合理的强有力的手段。
2.2 组织演变规律与工艺制度
在每一个生产工序中，都必须先确定其材料的化学成分，然后再系统的了解材料的施工设备、制造工艺。这里面所指的主要是冶炼、铸造、热处理等技术。采用唯一的金相检验技术针对每一个施工工艺及环节进行准确的判断评估，可以通过仪器了解到显微组织结构的变化以及特征。最早的应用技术主要是存在于铸造树枝晶的制作与混合中，但是原有的晶体制造工艺并不是很完善，并不能很好的进行测试，这也是导致某些工艺技术铁素体不完整的主要原因，对此必须加强这种工艺制度的完整性以及组织规律变化的考察研究。
2.3 金相学与材料科学
显微镜的发展给合金设计带来了革命性的变化。众所周知，人类冶炼金属通过各种途径了解合金工艺过程、特性以及使用性能的漫长历史，直到有了金相显微镜后才形成了当今的冶金科学。显微组织与宏观力学关系的认识，为成分-组织-性能半定量或定量的研究和建立关系式创造了条件，为材料的发展奠定了理论基础。其中，最典型的就是Hall-Petch关系式（σs=σo+kd-1/2）。该关系式是细晶强化的理论依据，是20世纪下半叶与钢的组织细化相关的5个重大成就之一。所以，必须依靠实际的金相研究和金相检验工作，来证实材料设计的科学性，制定工艺的合理性。
金相检验分析，不仅有组织识别还有评定，既有定性还有定量、半定量的检测。金相检验的内容归纳起来有以下几项：（1）材料基体相的组织结构及其缺陷；（2）显微组织的取向和状态的非均匀性，如带状、分布不均、晶粒度等；（3）第二相的类型、结构、组成、数量、形态、尺寸和分布；（4）研究原子按键力分布的晶体结构和电子按能量分布的原子、离子结构。就显微组织检验来说，显微组织检验是通过一个二维截面视图来建立一个三维结构图形的，这样在显微组织检验中就分为4个级次。正确识别是什么显微组织；定性的显微组织状态；定量的显微组织状态；显微组织与性能之间的关系。
3 金相检验的主要应用技术
在金相检验中主要应用的技术有三种：（1）显像技术，应用显像技术来揭示材料的显微组织、断口形貌特征、各种缺陷形貌特征、表面状态等。这种技术包括两个方面即腐蚀技术、成像技术。腐蚀技术是根据不同受检材料和检验项目，选用不同的试剂和方法进行腐蚀。成像技术就是利用显微镜成像原理如光学显微镜的暗场技术、偏光技术、干涉技术等，它主要记录和显示材料的二维平面微观组织结构特征；（2）衍射技术，主要用来分析材料的晶体结构。晶体缺陷及晶向关系等问题，衍射技术中经常使用的设备是X-射线仪、电子衍射仪等；（3）微区成分分析技术，利用化学成分分析来研究材料的基体、第二相、夹杂物以及腐蚀产物的组成，尤其是材料中微量元素对材料性能的影响等。它所使用的仪器有电子或离子探针、谱仪等。
随着科学技术的不断变化与发展，信息化的不断涌现，数字化成像技术的普及对于金相检验而言更是一种全新的挑战，所以这就要求其相关的技术人员必须加强专业知识的学习与完善，不断将新的技术、新的理念融入于金相检验技术中，不断提高自身科学文化素质，在工作中以认真负责的态度进行材料的检验与分析，当发现问题时要给予及时的处理与解决，保证其金相检验在实际操作中的理论意义及其技术水平。
参考文献
关键词 ：取样模 ; 白口化
中图分类号：G353文献标识码： A
1、 前言
目前国内外的钢铁企业中，生铁的分析方法多种多样，主要有化学法和仪器法。从准确性来讲，化学法有优势，并且已成型，具备相应的分析标准，但存在分析节奏慢，受人为因素影响较大的缺点，不利于快速检验和及时指导生产。仪器法主要有荧光光谱法和直读光谱法，常用于定性、半定量、定量分析，该法简单、快速、准确。一般情况下，可用于1％以下含量的组分测定，在钢铁工业中应用很广泛。但也有一定的局限性，由于分析样品存在着基体效应，首先需要为每类样品建立一套校准曲线。除此之外，光谱分析仪器易受外界温度、湿度、电流强度、磁场、电压稳定性等因素影响，外界环境要求相当的稳定。对于生铁来讲，除碳元素之外的其余元素能够准确的进行测定。然而，因碳元素含量相对较高，制备的试块碳的分布不均匀，而且石墨碳的大量存在，使不均匀性加剧，用正常的光谱成分检测方法，试样会激发不充分，无法完成准确的定量检测。
在国内钢铁行业，火花源原子发射光谱法分析生铁方面尚未得到广泛的应用，主要技术难题是对生铁试样白口化程度要求较高。日本、美国等国钢和铁产品采用X荧光光谱法快速分析，国内一些大钢厂也在开展生铁快速成分析法探索，其中相关论文很多，多是仪器分析法，但总之要想用直读光谱仪分析混铁炉试样，必须着手解决生铁白口化问题，这是焦点问题。
混铁炉是高炉和转炉之间的炼钢辅助设备，混铁炉的本体结构由炉体、支撑底座和倾动机构组成。它主要用于调节和均衡高炉和转炉之间铁水供求的设备，保证不间断地供给转炉需要的铁水，铁水在混铁炉中储存和混匀铁水成份及均匀温度，它对转炉炼钢非常有利。
因此，快速准确检验混铁炉铁水成分，对转炉炼钢意义重大。
2、现状分析及存在问题分析
2.1现状分析
黑龙江建龙钢铁技术处为转炉炼钢生产，配备三台OBLF公司GS-1000型直读光谱仪，为炼钢钢水成分分析提供有力支撑。该直读光谱分析仪是分析块状金属样品非常好的仪器，其以分析速度快，分析结果准确的特点，被广泛用于快节奏的炼钢生产控制。经现场确认：该直读光谱仪带有铸铁分析工作曲线，具备分析生铁样品软件条件，而且混铁炉离炉前直读光谱室距离很近，如用直读光谱仪分析混铁炉生铁样品，会大大缩短混铁炉生铁样品分析周期。从送样、制样、分析到结果报出约10分钟，这将大大利于炼钢生产。
2.2存在问题分析
2.2.1要用直读光谱仪分析混铁炉试样必须解决生铁白口化问题。
生铁中非金属元素 C、Si、P、S 等含量高，在试样采集时易偏析。碳在铁碳合金中以石墨或化合碳形式存在。石墨碳是影响碳及其它元素偏析的主要原因。若有更多的石墨碳转化为化合碳，则可大量减少偏析现象。硅和碳是促进碳石墨化的元素，硅高碳易石墨化；硅低碳易形成化合碳。而直读光谱分析生铁样品要求试样表面层碳都以碳化物的状态存在，不能有游离石墨，即铸铁的分析面必须是完全白口。当铸铁表面存在游离碳时(灰口铁)，光谱仪激发不充分，铁基体强度较低，会影响分析结果。特别是碳高达3.8～4.0％，硅高达1.0～2.6％，欲使这样的成分白口化是非常困难的。但生铁样品状态直接影响直读光谱分析结果。
下表为一块混铁炉生铁样品用直读光谱仪激发五个点分析结果：
生铁样品
序号 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
从结果中可以看出此块生铁样有偏析现象，甚至偏析严重样品无法激发。
2.2.2试样不规则有效激发点少的问题。
目前黑龙江建龙钢铁生铁试样采用印章样。（如下图），该种形状试样不像球拍钢样利于直读光谱仪样品夹持，造成激发点选择性少。
生铁样品
2.2.3直读光谱仪铸铁工作曲线修正问题。
OBLF公司GS-1000型直读光谱仪在出厂前，采用永久工作曲线法制作一条铸铁工作曲线，随着用户生产模式和原料结构不同，必须通过相应的控样进行修正来消除误差。
3、项目预期达到目标
拓展直读光谱仪分析范围，具备快速分析混铁炉生铁试样能力，更好指导炼钢生产。
4、实施方案及工作计划
4.1制定措施
4.1.1选用直读光谱仪分析混铁炉生铁试样。
4.1.2 制定混铁炉生铁样品白口化方案。
4.1.3光谱分析仪对生铁样品进行均匀性检验。
4.1.4对生铁样品进行金相组织检验确认白口化。
4.1.5在印章样尾部加装金属环，方便样品夹持和增加样品激发点数。
4.1.6采用生铁标样进行生铁各元素工作曲线进行控样修正。
5、实施过程
5.1新式样模制作：将原印章样模变薄（原厚度：10mm改为5mm），增加试样块的冷却面积(原直径30mm改为42mm)，同时样模外型尺寸加大，增加热量。
5.2样模底部垫钢板或铜板加速白口化。（注意：钢板面要平整否则样品磨制困难）
5.3生铁样品脱模后，稍冷却约两分钟投入冷水激冷后，立刻取出送光谱室。（注意不要过早投入冷水中以防样破裂，同时避免样品在水中停留过长的时间，防止样品中有积水影响分析结果）
5.4光谱分析员接到样品后用光谱磨样机对样品进行打磨约1mm后，用直读光谱仪生铁曲线进行分析。
5.5光谱分析员将生铁分析结果报混铁炉。
6、实施效果分析
6.1新样模生铁样品均匀性实验数据。
表1
样品名 炉号 化学成分
Si Mn P S
生铁 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
生铁 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
样品名 磨制
次数 化学成分
Si Mn P S
生铁 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
生铁 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为不同样品多点激发后结果，激发点正常，各指标稳定性好。 表2为不同样品，多次磨制后测定结果，由此可得样品均匀性好。
6.2混铁炉生铁样品金相组织如下表。
生铁100倍金相图
通过金相组织检验，生铁为分布均匀的奥氏体+渗碳体组织，为白口化生铁组织。
6.3生铁样品分析结果比对。
样品名 分析方法 炉号 化学成分
Si Mn P S
混铁炉生铁 荧光分析 09210781 0.37 0.075 0.096 0.019
直读分析 0.38 0.080 0.100 0.020
化学分析 0.37 0.077 0.095 0.019
混铁炉生铁 荧光分析 09210806 0.38 0.095 0.089 0.026
直读分析 0.42 0.100 0.090 0.030
化学分析 0.39 0.097 0.088 0.027
混铁炉生铁 荧光分析 09210840 0.41 0.094 0.069 0.046
直读分析 0.38 0.100 0.066 0.048
化学分析 0.40 0.096 0.068 0.044
关键词：主销轴 夹杂物 偏析 断裂
中图分类号：TG157 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）009-015-03
某公司提供以下情况：履带主销轴（以下简称：轴）在挖掘机上与履带配合使用，轴工作时受弯曲应力，在碎石路面上工作185 h发生断裂。轴外形尺寸为 36 mm2 mm。轴为韩国牌号S43BC，具体的成分、热加工工艺等均保密。委托者称成分接近GB/T 699-1999《碳素结构钢》中的45号钢。略知轴加工工序：轧制调质处理冷加工高频炉淬火回火。技术要求：轴表面硬度55～60 HRC，芯部硬度285～330 HB，淬火层深度3.0～5.0 mm（≥45 HRC）。与轴配合使用的履带要求表面硬度38～49 HRC，询问委托者硬度为什么相差这么多，回答不知道，是仿造的。
1 试验结果与分析
1.1 宏观检验
轴断裂样品形貌见图1，图2。宏观断口观察，如图3所示，断口有一定斜度，无宏观疲劳纹，有明显的撕裂岭与河流花样，呈脆性断口特征。裂纹源在箭头a处，受力后裂纹快速扩展，大约到断口半径处后又以箭头b处为裂纹源再次扩展直至轴断裂。
1.2 化学成分分析
在断裂的轴上取样进行化学成分分析，其中C、S含量采用HCS-140型高频红外碳硫分析仪检测，其余元素依据GB/T 223系列标准检测。检测结果见表1，结果表明其C含量高于技术要求。
1.3 硬度及淬火层深度测定
依据GB/T 230.1-2009《金属材料 洛氏硬度试验 第一部分：试验方法》标准，采用LR-300TDL型洛氏硬度计对轴表面硬度进行检测，检测结果见表2。技术要求：深度3.0～5.0 mm范围内硬度≥45 HRC，实际检测深度为3.3 mm，硬度值检测结果符合技术条件要求。
1.4 微观断口观察
使用日本日立株式会社，型号S-4800场发射扫描电子显微镜对断口进行扫描观察，图4（a）为裂纹源a位置，纵裂纹从轴表面向心部扩展，无疲劳辉纹。裂纹处放大1000X裂纹分布有较多的球状物P的还镶嵌在凹坑中5明是D类非金属夹杂物，见图4（b）。对裂纹扩展区进行观察，可以看见清晰的河流状花样，呈现解理断口特征，属于脆性开裂断口，见图4（c）。
1.5 金相检测分析
在Axio Observer.Alm型金相显微镜上分别对断裂轴进行非金属夹杂物含量的测定和显微组织观察。
观察断口横截面金相组织，在裂纹源a附近观测到两条尚未交叉的纵向裂纹，见图5。裂纹位置处于淬火区域，裂纹a与裂纹b成一定角度。两条裂纹刚直形如闪电，并沿晶界扩展，裂纹两侧无氧化脱碳现象，属于淬火裂纹。
2 分析讨论
根据上述检测，此轴存在以下缺陷：
牌号接近45号钢，碳含量却达到55号钢，而钢中的含碳量对高频淬火形成裂纹的敏感性的影响十分强烈。实践证明，45号钢的含碳量接近上限时，高频淬火过程的开裂现象将急剧增加，增大了热裂和冷裂倾向。
根据生产工序，轴应该是轧制件。金相检测结果存在树枝状结晶，说明没有经过良好的轧制，有较严重的偏析，降低了轴的性能；偏析严重及树枝状晶，高温时钢的晶界强度较晶内低，淬火应力下，容易从晶界开裂，增大了高频淬火过程的开裂倾向。偏析使得临界温度不同，奥氏体化后相同的冷却条件下，组织有很大差别。在合金元素含量较高的偏析区域，Ms点较基体高，容易形成马氏体，形成较大的组织应力及热应力，易成为裂纹。
非金属夹杂物含量达D类粗系2.5，破坏轴整体性及连续性，降低钢的强度及韧性。
依据GB/T 13320-2007评定，组织为珠光体+索氏体+铁素体+魏氏组织，评定为8级，是调质质量最差的级别。
横截面淬火层马氏体为3级，属正常的马氏体组织。但是，两条裂纹刚直形如闪电，并沿晶界扩展，裂纹两侧无氧化脱碳现象，属于淬火裂纹。
轴的硬度设计不合理，技术要求轴的表面硬度55～60 HRC，与轴配合使用的履带表面硬度38～49HRC，硬度差为6 ～11 HRC。实际测量硬度59.0～60 HRC，超出履带技术上限10～11 HRC，不管从耐磨、强度和韧性哪个角度设计，都不该相差这么多。查《结构钢手册》55钢硬度达60 HRC时，回火温度最高100 ℃，根本达不到消除高频淬火应力的作用，除非相当长时间回火；为了提高轴的使用寿命，设计硬度应该与履带相当。
由于轴存在上述缺陷，在碎石路面受弯曲应力，工作185 h断裂。电镜观察裂纹起源于轴表面，无疲劳辉纹，扩展区有河流状花样，断口为解理，有D类夹杂，轴边缘无剪切唇，属于脆性瞬间断裂。
3 结论
（1）含碳量偏高，增大了热裂和冷裂倾向。
（2）非金属夹杂物破坏轴整体性及连续性，降低钢的强度及韧性。
（3）原料未经过良好的轧制或均匀化退火，保留有树枝状结晶和偏析，降低了轴的性能。
（4）轴硬度设计不合理，与履带不匹配。
参考文献：
[1] 任颂赞，张静江，陈质如，等.钢铁金相图谱[M].上海：科学技术文献出版社，2005：104，136，691.
关键词：Q690C；低合金高强度结构钢；焊接规范
中图分类号：P755.1文献标识码：A
引言：
进入二十一世纪，随着社会在不断的进步与发展，国家电力事业正在蓬勃发展。电网在不断升级，电压等级从原先的110kV、220kV向超高压330kV、500kV及特高压750kV、1000kV发展，输电线路铁塔承受的荷载也越来越大，基塔重量也随之加大。为了保证铁塔质量，又能达到减轻塔重、降低造价之目的，国家电网公司在近几年一直研究高强钢在输电线路铁塔中的应用，Q420、Q460等低合金高强度钢材在不断进行推广和应用。2009年国家把低合金高强度结构钢的标准GB/T1591从钢材强度的最高级别从Q460提高到Q690，这就为输电线路铁塔应用高强钢提供了更大的空间。
焊接是铁塔制造中的关键过程，从钢材的性能、化学成分分析；焊接冷裂纹敏感性分析、试验；焊接性能试验；焊接工艺评定等方面进行试验、分析、研究，确定Q690C低合金高强度结构钢的焊接性能。
一、钢材的复检
本焊接实验选用钢材为唐山钢铁股份有限公司生产的钢材牌号为Q690C、厚度为8㎜控轧钢板，钢材化学成分和力学性能符合《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2008中的要求。
所有钢材进行复检，复检结果与钢材质量证明书及GB/T1591-2008《低合金高强度结构钢》标准对照，化学成分要求见表1。
表1 钢材的化学成分
力学性能要求见表2。其中拉伸试验用试样取横向试样，冲击试验用试样取纵向试样，采用10㎜×7.5㎜×55㎜的V型缺口试样。
表2 钢材的力学性能
通过表1和2的钢材复检结果比较看出：钢材的化学成分及各项力学性能指标均满足标准要求。
二、钢材的焊接裂纹敏感性分析
（一）焊接裂纹敏感性指数分析
GB/T1591-2008标准6.1.9规定：热机械轧制（TMCP）或热机械轧制加回火状态交货钢材的碳含量不大于0.12%时，可采用焊接裂纹敏感性指数（Pcm）代替碳当量评估钢材的可焊性。Q690钢材的Pcm值≤0.25%。Pcm值应由熔炼分析并采用下式计算：
Pcm=C+ Si/30＋Mn/20＋Ni/60＋Cr/20＋Mo/15＋V/10＋5B
= 0.21％
计算结果看出，Q690C钢材的焊接裂纹敏感性指数符合标准要求。
不同强度钢材的焊接裂纹敏感性趋势见图1
图1不同强度钢材焊接裂纹敏感性趋势图
（二）碳当量计算
钢材的焊接冷裂纹敏感性与母材和焊缝金属的化学成分有关，通常用碳当量来表示。GB50661《钢结构焊接规范》引用了国际焊接学会（IIW）推荐的非调质钢碳当量Ceq计算公式进行计算：
Ceq=C＋++（％）
按表2钢材的质量证明书数值，依据上述公式进行计算其碳当量为0.518％；
从碳当量计算结果看出，钢板的碳当量大于0.50％，说明其焊接难度为：难。（GB50661标准对工程焊接难度划分：碳当量在0.50％以上范围内为“难”）。为保证焊缝质量，需进行具体的焊接工艺评定来指导钢材的焊接生产。
不同强度钢材碳当量趋势见图2
图2不同强度钢材碳当量趋势图
三、斜Y坡口焊接裂纹试验
参照 GB4975.1《斜Y坡口焊接裂纹试验方法》进行斜Y坡口焊接裂纹试验（小铁研），以评定焊接热影响区产生冷裂纹的倾向性。
（一）试验图样：见图3；
图3 试件形状及尺寸
（二）试验条件：见表3；
表3 焊接冷裂纹试验条件
（三）试验结果：见表4。
表4试验结果
斜Y坡口试验结果表明，Q690C钢材在焊接时，需要进行预热150-180℃。
四、焊接性能试验
（一）焊接材料的选择
焊接材料的匹配一般采用等强原则，即焊丝熔敷金属力学性能与母材力学性能相当。但是近年来美国、日本等国家从焊接裂纹角度考虑，对“低强匹配”焊接接头的性能进行了研究。采用“低强匹配”焊接材料可使焊缝裂纹显著减少的经验，在美国和日本的一些工程结构中被采用，国内也有这方面的报道。考虑到防止焊缝裂纹、改善工艺条件以及焊接区的韧性和裂纹敏感性，为此参照GB50661标准及相关焊接材料标准，CO2气保焊时选用焊丝型号为：武汉铁锚焊接材料有限公司生产的牌号为WH-70-G实心焊丝（符合GB/T8110-2008中ER70-G）。
焊接气体采用富氩（Ar80%+CO220%）混合气体。
（二）熔敷金属力学性能试验
按照GB/T8110-2008《气体保护焊用碳钢、低合金钢焊丝》的要求进行制备试件见图2，。
图2熔敷金属力学性能试验试件制备
焊接规范见表5。
表5 焊接规范
试验结果见表6、表7。
表6 熔敷金属力学性能
通过表6、表7的试验结果看出：CO2气保焊焊丝熔敷金属力学性能和化学成分基本与母材性能相当，按照焊材选用低匹配的原则可以使用。
五、结论
试验结果表明，Q690C钢材在采用气体保护焊接时，焊丝选用70公斤级焊材、气体选用富氩(80％Ar+20％C02)混合气体；焊前需要预热150～180℃，能够满足焊接要求。
参考文献:
[1].GB50661-2011.钢结构焊接规范[S].北京：中华人民共和国住房与城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2011
[2].GB/T8110-2008.气体保护焊用碳钢、低合金钢焊丝[S].北京：中华人民共和国质量监督检验检疫总局、中华人民共和国标准化委员会，2008
作者简介：
【关键词】热轧双相钢;焊接性能;重工业发展
双相不锈钢是一种常见的钢材种类，在此种钢材中固液组织中的铁含量比重占到了一半左右，奥氏体含量也占一半。在碳含量较低的情况下，Cr、Ni、Gu等元素也占有一定比重。此种钢材因为有一定成分的奥氏体与铁元素，为此，具有不锈钢的优势，并且可塑性与韧性均非常高，没有非常明显的温脆性，可以使焊接性能大大提高，并且在导热系数上也非常高。本文结合上述热轧双相钢的这些优势深入研究了其性能，希望能够为相关部门提供一些参考。
1 热轧双相钢特点以及组成成分
1.1 特点
（1）双相钢2250的合金成分是310升，奥氏体成分为312，与其他的合金材料相比，双相钢有着非常强的抗斑腐蚀以及抗裂缝性能，总的来说，其抗腐蚀性非常强，而在奥氏体上比较，此钢型有较低的膨胀系数，能够有效导热。
（2）双相不锈钢2205的合金与奥氏体在耐热性能上比普通的钢材合金高出3倍，在对其进行设计过程中，可以适当的减轻其重量。其适应的温度一般在―40°F/+500°F左右，如果在具体的生产中有着特定的要求可以适当的调整，对于其焊接结构来说，低温效果将非常好。
1.2 化学成分
双相钢的主要化学成分有C、Mn、Si、p、S、Cr、Ni、Mo、No（奥氏体―铁元素）等，每一种化学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为13～0.30。
2 实验研究
2.1 实验材料与方法
本文通过一组实验分析热轧双相钢焊接性能，实验中应用到的材料为硅、锰、铬、钼型的热轧钢化板，钢板的厚度在2.5毫米～6毫米之间。本文实验中钢的所有成分分别有C、Si、Mn、Cr、Mo、P、S等合金元素，这些合金元素的重量百分比分别为：0.06、1.23、1.05、.047、0.05、0.018、0.009。
在应用膨胀仪器进行检测时，可以将检测点集中在钢的临界点位置处，一般Ac1的温度可在606℃左右，而Ac2的温度可以控制在852℃左右。再应用分析检测仪检测出马氏体的含量占总成分的百分之十五。
选择一段厚度为6毫米的钢板，做二氧化碳焊接试验，并做出温度曲线循环图。试验的各个要素构成分别为：电流（A）、电压（V）、焊接速度（mm/s）、气体流量（m3/h）、冷却条件等。
在实验中，双相钢的钻孔深度可以为3.2mm、4mm、2.3mm、还要有一个尺寸在1毫米左右的孔缝，可以将热电偶焊接在小孔的底部，具体样式如下图1所示，可以将热电偶的另一端接到一个时间记录仪上面，能够准确的记录下来整个焊接过程，对于绘制各个区域温度曲线图有重要作用。
热模试验的全部过程都在一个成型的热模型上开展，按照实际的热循环曲线图，选择适当的温度值，温度变化幅度在Tp从700℃降低到400℃，其最终的冷却时间在5分钟。每一个实验组的拉伸值与曲线样式选取的峰值温度分别在1260℃、1130℃、800℃、620℃、400℃。
2.2 实验结果的分析
通过以上实验结果显示，模拟的实际热影响区域内的各个部分的组织要能够符合每一种组织的实际热规范。实际的焊接热区域中具有梯度值，并且从当前的热量条件上看，各个相邻的奥氏体都是顺着低温趋势扩张，但因为所处的受热条件是有差异的，模拟的奥氏体晶粒都是在温度均匀的状况下运行。总体来说，就是双相钢中的晶体能够沿着特定的方向长大。为了确保不同奥氏体能够实现尺寸上的均等，就要对模拟温度适当降低，这样才能与实际显微组织效果接近。
通过实验中硬度的对比分析可以知道，模拟的过热区域中的峰值温度在1260℃，其他的各个温度段的峰值都与实际相差无几。其重要参数为600℃～500℃的冷却时间在t7/8，这个测定值与其他各个温度点上的温度基本一致，可以作为全部热循环的重要参数。
在实验完成以后，能够绘制出一个系统化的曲线图，能量达到了2.3千克每立方厘米时对应的温度可以成为脆性温度，每一个温度区间都不能低于―20℃。在峰值达到了600℃时，断口的外部形态呈现蜂窝状，而其他都是断裂桩，在800℃以上的高温韧性非常好，这是由马氏体与铁软化致使的。将焊接内容放置到显微镜下观察，可以看出，影响热区母材会受焊接的影响，其原组织将发生变化，在铁元素上出现了细小的碳化物质，整体上晶体物质较大。
实验结果可以总结为：
应用CO2气体进行电弧焊接，利用硅、锰、铬、钼等导热的热轧双相钢板是适合的，能够测得平滑的焊接孔道，焊接时飞溅少，并且有较窄的热影响区域;
热轧双相钢的焊接抗冲击性能较好，冷脆温度在―20℃;
双相钢在焊接时发生软化是在热影响区域达到600℃的时候，但其仍然会存在500MPa的抗拉强度。
3 结语
本文主要对热轧双相钢的主要构成及化学成分进行了分析，并以一组实验探讨了其具体存在的性能，可见，做好热轧双相钢的性能研究对于提高双相钢利用效率、节省资源、提高生产率有重要意义。
参考文献：
[1]王国栋，刘相华，孙丽钢.等.包钢CSP"超快冷"系统及590 MPa级C-Mn低成本热轧双相钢开发[J].钢铁，2010（3）.
[2]孟凡磊，孙成钱，张红梅.等.不同加热温度对含Al热轧双相钢中第二相粒子回溶行为的影响[J].热加工工艺，2012（20）.
[3]孙成钱，孟凡磊，张红梅.等.热模拟工艺参数对热轧双相钢中第二相粒子析出行为的影响[J].热加工工艺，2012（5）.
[4]方圆，刘雅政，周乐育.等.马氏体体积分数对热轧双相钢形变位错结构和断裂的影响[J].钢铁，2010（8）.
[5]孙全社，U.Lorenz，W.Bleck等.一种热轧双相钢在γ和γ+α相区的静态软化动力学研究[J].宝钢技术，2010（4）.
关键词：转炉；出钢；脱氧；工艺优化
炼钢厂生产工艺流程为15ot转炉～底吹氢站～LF炉精炼（部分钢种）～大板坯连铸机。投产初期转炉出钢时，除加人硅铁、锰铁外，主要采用加人台铝脱氧，其结果是不仅铝消耗量大，冶炼成本高，而且连铸过程水口结瘤问题出现几率较高，影响生产顺行。为了进一步降低成
本、改善脱氧效果，在对脱氧的有关理论问题重新认识的基础上，通过现场试验，成功开发了新的脱氧工艺，达到了显著降低成本和改善脱氧效果的目的。
1炼钢常用的脱氧方式
现代炼钢生产中，脱氧方法可分为使用脱氧剂脱氧和真空脱氧两大类，而前者又依据脱氧剂加入方法的不同，分为沉淀脱氧法和扩散脱氧法。
1.1沉淀脱权法
沉淀脱氧法是向钢液中加入与氧的亲和力比铁大的元素，使溶解于钢液中的氧化铁还原，用公式表示如下：
这种脱氧法的缺点是随着氧化铁的还原，在钢液中产生了新的氧化物Fexoy，因此采用这种方法脱氧时，必须创造夹杂物上浮的良好条件。
1.2扩散脱氧法
扩散脱氧法是将脱氧剂加入到炉渣中，直接降低炉渣中的氧化铁含量，借分配定律的作用使钢液中的氧化铁逐渐转移到炉渣中来。平衡状态下，氧在炉渣和钢液之间的分配服从分配定律为：
由上式可见，如人为降低（Feo），则钢液中的[FeO〕就会扩散进人炉渣。因此，决定熔池中氧含量的主要因素不是钢液中的含碳量，而是炉渣中的氧化铁含量。将含氧化铁较低的合成渣置于盛钢桶内与钢液混合，也能得到相同效果。故扩散脱氧又分为炉内脱氧和盛钢桶内脱氧。
（1）炉内的扩散脱氧在采用炉内扩散脱氧时，加人炉渣中的脱氧剂一般为硅铁或铝、硅、碳等配合使用。炉内的扩散脱氧的优点是钢液被脱氧产物沽污的机会较少，而且加人的合金元素和脱氧剂的烧损也较少。此方法的缺点是扩散速度慢，生产率低；炉衬寿命短；用强脱氧剂时，易造成回磷，同时增加了脱氧剂的损耗量，而且必须将脱氧剂粉碎。
（2）盛钢桶内的扩散脱氧由于熔池内的钢液与炉渣的接触面积不大，限制了扩散脱氧的速度，因而可以采用合成渣洗的方法，使钢液与合成渣发生搅拌作用而增加接触面积，提高反应速度。国内外的许多钢铁厂采用合成渣洗的办法，取得了较好的脱硫、脱氧效果。
1.3真空脱氧
在根本改善钢的质量方面，应用真空脱氧有很大意义，这是因为采用其他脱氧方法不可能完全去除钢中的夹杂物真空碳脱氧服从以下热力学规律：
如果根据上式近似评价碳在1873K下的脱氧能力，碳具有比铝还强的脱氧能力。
2扩散脱氧剂的作用
在转炉出钢时通常不对炉渣进行脱氧，因出钢时下渣带人一定量的氧化渣，使钢包中炉渣的氧化铁含量较高，达到10%一15%。当钢水脱氧后，渣钢之间氧的平衡被破坏，从出钢到连铸平台钢包中钢水氧含量不断增加，发生钢的二次氧化，导致钢中夹杂物含量增加。出钢过程加人含有SIC、Cac：等组元的扩散脱氧剂可达到以下效果。
（1）对钢水脱氧，生成的产物以气体为主，不污染钢液，有利于减少钢中夹杂物含量。其反应：
（2）降低炉渣氧化性，防止钢水的二次氧化。
（3）由于炉渣氧化性降低，可促进钢水脱硫。
3转炉出钢过程脱氧工艺试验
试验在炼钢厂150t转炉出钢过程中进行，试验钢种典型炉次钢水成分见表1。试验各炉次合金及扩散脱氧剂加人情况见表2。试验采用的扩散脱氧剂为AICac。
3.1脱氧效果
表2为试验各炉次在吹氢站用定氧探头测得的钢水溶解氧含量（活度）值。从结果看，由于试验条件不同，出钢时脱氧后吹氢站吹氢的钢水溶解氧含量在4一46.8ppm。影响钢水氧含量的因素主要有以下几个方面。
（l）挡渣出钢的影响由于1号炉采用挡渣出钢，2号炉未采用挡渣出钢，两者的平均氧含量分别为8.8ppm和27.6ppm。说明出钢时如果不挡渣会导致大量氧化渣进入钢包，使脱氧剂有相当一部分比例消耗于炉渣脱氧，最终导致钢水的脱氧效果较差。而挡渣出钢可以明显改善脱氧效果，减少吹氢站喂铝线量。
（2）脱氧剂的加入顺序试验第6炉（炉号：lon430）在出钢时先加人AICaC扩散脱氧剂，后加AIMnTi沉淀脱氧剂，其脱氧效果改善，到吹氢站喂丝前氧含量已降至4.0ppm。这是因为扩散脱氧剂的脱氧能力比铝基沉淀脱氧剂弱，先加人可以充分发挥其对钢水和炉渣的脱氧作用，改善总体脱氧效果。
（3）第1炉（炉号：2010840）和第7炉（炉号：2010842）脱氧效果分析从表2可知，第1炉和第7炉的氧含量分别为28.2ppm和46.8PPm，脱氧效果较差，其主要原因是未挡渣出钢。例如第1炉在出钢时氧化渣下渣量相当大，渣面几乎到达钢包的上沿；另外，其他操作因素对其也有一定的影响。第1炉出钢时终点碳只有0.03%，钢水氧化性较高，也影响脱氧效果。而第7炉出钢前后吹一次使钢水氧化性提高，对脱氧效果也有较大影响。
3. 2合金化效果
3. 2. 1钢水化学成分
从转炉出钢前和吹氢站喂铝线前钢水的化学成分分析结果可以看出：与冶炼标准比较，本轮试验在出钢时脱氧和合金化后的钢水化学成分完全符合企业标准，也基本达到了内控标准，说明新的合金化工艺可以满足钢水化学成分的控制要求。
3. 2. 2操作工艺对钢水中磷、硫含量的影响
从表3的数据不难看出，第1，2，7炉次是采用2号炉冶炼，出钢时未采取挡渣操作，下渣量较大，钢水回磷量平均为0. 004写。而第3，4，5，6炉次是由1号炉冶炼的，出钢时采用了挡渣操作，钢水平均回磷量只有。. 000 25 0 o，几乎不回磷。这是因为复合扩散脱氧剂中有提高炉渣磷容量的组元，对抑制钢水回磷有较大的作用。
除第1炉出钢时原始硫含量较高，脱硫量较大外，其余各炉次由于出钢时原始硫较低，脱硫量相对较少，但钢水到吹氢站时平均硫很低，所以新的合金化工艺对钢水脱硫没有不利影响，且出钢挡渣与否对钢水脱硫影响不大。
3. 3成本分析
包括出钢时加台铝、吹氢站和LF炉喂铝加台铝的总和。
根据炼钢厂提供的合金价格，试验各炉次合金化成本的计算结果见表6。本轮试验中2号炉冶炼的3炉由于出钢时未挡渣，合金消耗量较大，其成本相对较高。而在正常挡渣条件下，与相同操作条件的原工艺相比，合金化成本每吨减少4. 48元。说明新的合金化工艺可以显著节约炼钢成本，为企业带来可观的经济效益。
4结语
（1）炼钢厂转炉冶炼SS 400出钢过程中采用AIMnTi}-A1CaC复合扩散脱氧剂进行脱氧操作的新工艺，可以满足现场工艺要求，其钢水化学成分符合冶炼标准要求。
（2）当出钢时正常挡渣，采用先加A1CaC扩散脱氧剂再加人A1MnTi沉淀脱氧剂的脱氧操作工艺，能达到最佳的脱氧效果。
（3）在正常挡渣操作条件下，与原工艺相比，新的脱氧工艺可使铝和锰的收得率分别提高8}和11%。
（4）新型A1CaC扩散脱氧剂可以有效地抑制钢水回磷。在正常挡渣操作条件下，回磷量几乎为零。
（5）新的脱氧工艺可以显著节约合金化成本，与原工艺相比可降低4. 48元八钢。
（6）开发出钢脱氧合金化模型及成本更低的铝锰铁复合脱氧剂并优化合金加入量计算，可望进一步降低炼钢成本。
参考文献：
文章主要阐述了各种金属材料化学成分分析方法的原理和优缺点，并在此基础上，阐述了今后金属材料分析方法的发展方向。
关键词：
金属材料；化学成分；分析方法；现状；发展趋势
引言
金属材料在现代建筑和工业设施建设中起着无可替代的作用，随着新型建筑和工业装备的出现，高性能材料的需求不断增加。例如，北京奥运主场馆“鸟巢”在国内建筑史上首次使用110mm的Q460，由舞阳钢厂的科研人员首次研制成功。此外，随着第三代核电AP1000在国内的建设，SA738与S32101这两种高性能钢材才开始在国内研制与生产。众所周知，金属材料性能的优劣主要是由组织结构决定，同时组织结构会随其元素种类和相对含量的不同而改变[1-3]。因此，准确分析材料元素种类和含量，对于新性能材料的研发和合理利用至关重要。金属材料中比较重要的元素为碳、硅、锰、硫和磷，对材料的性能影响最显著。对材料的物理性能影响最大的元素是碳，碳含量的高低直接影响钢铁组织变化，例如奥氏体钢和马氏体钢，从而影响钢材的物理性能。硅作为脱氧剂，炼钢过程必不可少。沸腾钢的含硅量很低，而在镇静钢中硅的含量一般为0.12%～0.37％。钢中硅含量的增加，会相应提高屈服强度和抗拉强度，例如调质结构钢中硅含量增加1.0%～1.2%，强度可提升15%～20%。但是，硅含量的提高会降低钢材的伸长率和收缩率，冲击韧性明显降低。硫作为钢中的有害元素，在炼钢过程引入，会降低韧性和延展性，造成钢材在热加工过程开裂，因此钢材含硫量都严格控制，例如Q235B要求硫≤0.045%[4]。磷作为钢中有害元素，会降低钢的塑性，同时影响其焊接性能和冷弯性能，所以一般钢种要求磷≤0.045%，优质钢含磷量更低。要掌握金属材料的性能，必须准确分析元素含量，并在此基础上研发性能更加优异的材料。尤其微量元素硼、铝、氮、钒、钛和铌等，例如SA738Gr.D要求硼≤0.0007%，Q345B要求铝≤0.015%[5]。这就要求我们合理的利用化学分析方法，足够精确地分析相关元素含量。
1化学分析方法
随着分析技术的发展，分析金属材料的化学成分先后出现的方法有重量法、滴定法、分光光度法、原子光谱法（原子发射光谱法和吸收光谱法）和电感耦合等离子质谱法等[6-8]。其中，重量法、滴定法和分光光度法主要基于离子之间的化学反应，分析化学学科出现时实验人员已经熟练掌握，需要简单的仪器设备即可展开测试，并且易于应用。后面的方法为近几十年新研发出的，物理学研究深入到原子核阶段以后才相继出现，并且随着技术的进步，仪器的研发会朝着效率更高、操作更简单的方向发展，不足之处就是设备比较昂贵，无法在中小企业普及。
1.1重量分析法重量分析法是经典的定量分析方法。出现时间较早，使用最成熟。重量法原理是将材料中待测元素通过化学反应转化为转化为可称量的化合物，经过过滤-烘干即可准确计算材料中待测元素的含量。当前，重量法主要适用于高含量的Si、S、P、Ag、Cu、Ni和Pb等元素含量的测定。重量法便于操作，但需要合理的沉淀和称量，才能获得准确的测定结果。
1.2滴定分析法滴定分析法，通过两种溶液的相互滴加，并通过显色剂判断反应的终止，按照化学反应计量关系计算待测金属成分含量。根据化学反应机理的不同，可分为酸碱滴定法（主要分析钢铁中的C、Si、P、N、B等元素）、氧化还原滴定法（主要测定Fe、Mn、Cr、V、Cu、Pn、Co和S等）、沉淀滴定法（不常用）和络合滴定法（常用来分析Ni、Mg、Zn、Pb、Al等）四类。此分析方法只需要配置相应的玻璃仪器（比如：滴定管和容量瓶等），成本低廉，易于操作，现在一些中小企业仍在使用。缺点是只能进行单元素分析，分析周期长，不适用于微量元素分析，且分析数据会随操作人员的熟练程度进行波动。
1.3分光光度法分光光度法的理论基础是Beer-Lambert定律，用公式表达为A=KcL，在入射光强度一定的情况下，溶液的吸光度正比于溶液的浓度，通过吸光度的变化即可计算待测元素的浓度。分析待测试样前首先要建立标准溶液的吸收光谱曲线，通过这一曲线进行待测试样元素浓度的定量分析。常用于分光光度法分析的仪器有红外、紫外-可见和原子吸收分光光度计。此方法优点仅需一台分光光度计即可完成，同时兼具灵敏度高，操作简单迅速，应用范围广（周期表中的所有金属元素都可测定，也可测定Si、S、N、B、As、Se、和卤素等非金属元素）。缺点为只可单元素分析，其分析结果的准确性需要依赖灵敏的显色剂，且不同元素之间存在一定的干扰，造成最终的分析结果存在未知偏差。
1.4X射线荧光光谱法X射线荧光光谱法的理论基础：物质的基态原子吸收特定波长的X射线后，外层的电子被激发至高能态，处于高能态的电子极不稳定，又跃回至基态或低能态，同时发射出荧光；荧光强度正比于试样中待测元素浓度，通过测定荧光强度即可确定试样中元素含量。当原子辐射的荧光波长与照射X射线波长不同时，称为非共振荧光，反之，则为共振荧光，分析中应用较多的是共振荧光。此法的优点是检出线低，谱线易于分析，分析迅速，若用激光做激发光源时分析效果更佳。缺点该方法要求样品较高的均一性，同时受基体效应的影响，分析结果存在偏差，通常需要进行一定程度地校正。
1.5原子光谱法
（1）原子吸收光谱法。工作原理为用被测元素纯金属制成空心阴极灯的阴极，该光源辐射出特征波长光，通过分光系统寻找该谱线并至于峰线极大位置，此时吸收池溶液在原子化器的作用下生成该元素的基态原子，基态原子吸收特征波长的光而上升到激发态，根据特征波长光强度的改变进行分析得出金属成分含量。原子吸收光谱仪的核心部分为原子化器，目前的原子化器主要有火焰原子、石墨炉原子和汞/氢化物发生原子器（专测Hg、As、Bi、Pn和Sn等）这三种，比较常用的是火焰原子和石墨炉原子吸收光谱仪。火焰原子吸收光谱法，其工作原理为利用火焰的高温燃烧使试样原子化进行元素含量分析的一种方法。优点：火焰稳定、读测精度好、基体效应小和噪声小。缺点：点火麻烦、原子化效率低造成精度和灵敏度差，只可分析液体样品。石墨炉原子吸收法是利用电流加热石墨炉产生阻热高温使式样原子化，并进行辐射光谱吸收分析的方法。相比于火焰原子吸收法，分析试样几乎全部参加原子化，且有效避免了火焰气体对原子浓度的稀释，此外激发态原子在吸收区停留时间长达1-10-1数量级，因此分析灵敏度和检出限得到了显著的改善。优点：样品利用率高、灵敏度高（检测限低）、低的化学干扰、液体样品和固体样品均可分析。缺点：设备操作复杂，不如火焰法快速简捷，对试样的均匀性要求高和有较强的背景吸收，测定精度不如火焰原子吸收法。
（2）原子发射光谱法。原子发射光谱法是依据物质中的基态原子获得外界传递的能量后，外层电子会经历“低能级—高能级—低能级”，多余的能量以相应的谱线释放，即发射光谱。根据发射光谱就可判断相应元素种类和含量。目前利用原子发射光谱法研制的分析仪器有光电直读光谱仪和电感耦合等离子发射光谱仪。此类方法仪器的共同优点为多元素同时分析，分析周期短。光电直读光谱仪，其工作原理是用电火花激发材料表面，材料表面的原子经激发而发生电子跃迁，从而发射出材料内部元素的特征谱线。优点：测试时间短（几分钟内可以准确分析20多种元素）；适用于较宽的波长范围；使用的浓度范围广（可同时进行高低含量元素的分析）。缺点为：由于出射狭缝固定，对分析钢种经常变化的用户不太适用；谱线易漂移，需要定期校准；不能分析小尺寸和不规则样品。电感耦合等离子原子发射光谱仪（ICP）也是一种新型的原子发射光谱法，工作原理为待测物质被环状高温等离子体光源加热至可达6000-8000K，待测物质原子由产生电子跃迁，从而辐射出特征谱线进行元素含量测定。ICP根据进样系统的不同又分为固体进样、液体进样和气体进样三类。ICP要比直读光谱仪器的检出限更低，灵敏度高[9]。缺点对进样系统要求非常严格，无法分析部分难溶和非金属元素。溶液进样系统需要将式样要做成溶液样品，此过程要用酸碱溶样，会对操作人健康造成一定伤害，用时较长。
1.6电感耦合等离子体质谱法电感耦合等离子体质谱法是在电感耦合等离子发射光谱仪的基础上发展起来的一种较灵敏的元素分析方法。相比于电感耦合等离子发射光谱仪，增加了一个四极质谱仪，质谱仪分离不同质荷比的激发离子，最后测量各种离子谱峰强度的一种分析方法。电感耦合等离子质谱仪主要用于测定超痕量和同位素比值，比如对金属材料中的微量元素、镧系元素、难熔金属元素和贵金属元素的含量进行测定[10]。优点为操作简单、测试周期短、灵敏度高（达ng/ml或更低）。缺点实际检测成本高制约其广泛使用，目前主要用于地质学中金属矿石微量、痕量和超痕量的金属元素测定。
1.7激光诱导等离子体光谱法该方法是一种新兴的分析技术，是原子发射光谱法的一种。利用高功率激光作用于物质表面，产生瞬态等离子体，光谱仪对等离子体辐射光谱进行分析，就可以确定材料中待分析元素的含量。可用于固体、液体和气体中元素定性和定量分析。所需设备比教简单，操作方便，可以同时进行多种元素含量测定，分析效率有效提高，此外还可满足远程分析的需要。缺点适用范围较窄，目前主要用来测量不锈钢中的微量元素[9]。
2展望
随着工业的发展和建筑要求的提高，研发新型和高性能金属材料的需求日益增加，各种痕量元素的快速与简便测定变得愈加重要。文中介绍的主流分析方法或多或少都有一些缺点。比如：直读直读光谱仪只能分析特定尺寸块状样品；部分电感耦合等离子光谱仪需要酸或碱溶样，溶样过程处理不当会危害环境和人体健康，相应延长了测试周期等。基于此，现有的一些操作方法已经不能满足实际应用需要，这就迫切需要我们研发使用方便，分析周期短，灵敏度高，检出限低和绿色环保的新方法和新仪器。因此，我们广大测试人员和仪器制造商应共同努力，推动金属材料化学分析实验方法及仪器不断进步。
参考文献
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[2]李军.金属材料成分分析方法探讨[J]．中国高新技术企业，2015，（13）．
[3]狄海燕.新技术下金属材料成分分析技术发展前景[J]．科技创新与应用，2014,（26）．
[4]GB/T700-2006碳素结构钢[S]．[5]GB/T1591-2008低合金高强度结构钢[S]．
[6]胡江桥.金属材料成分分析技术现状及发展趋势[J].中国新技术新产品，2013，（10）．
[7]李大为.金属材料成分分析方法现状与趋势[J].工业设计，2012，（3）．
[8]程美洁.金属材料成分分析技术现状及发展趋势[J].资源节约与环保，2015，（8）．
[9]程栋,陈海峰.电感藕合等离子发射光谱在金属材料分析中的应用[J].电站辅机，2007，（1）．
