品种钢中痕量元素硼的分析方法研究

石连霞+等

摘 要：硼作为一种微量合金元素，在钢中主要以固溶体的形式存在。在钢中加入极少量的硼元素（w（B）=0.000 5%～0.005 0%），对提高钢淬透性效果十分明显，可以达到一般合金元素的几百倍，因此，可以用微量硼元素来取代之前大量的合金元素，进而降低生产成本。由于化验室现有的分析条件难以保障硼含量分析的准确度，所以，可以采用直读光谱测定钢中痕量元素硼分析方法进行相关研究，其效果非常明显。

关键词：洁净钢；硼元素；准确度；直读光谱

中图分类号：TG142.15 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.081

随着公司产品朝着高端化的方向发展，人们越来越重视洁净钢的生产，对钢中痕量元素分析的准确性要求也越来越高，不再将其作为简单、粗略的参考元素，而是力求分析的精确度和准确度达到较高的标准。但是，由于钢中硼含量较低，其产生的光谱信号很容易受到干扰。通过规范制样过程和改进分析设备软硬件等试验，明显提高了利用直读光谱分析痕量元素硼的能力，有效指导炼钢生产，为提高钢产品质量提供了切实的保障。

1 规范制样过程

1.1 规范试样制备

受条件的限制，现在的样品不能全部实现自动铣样机铣样。制样分为研磨机磨制和铣样机铣制2种，在加工乒乓球拍型生产试样时，应该采用人工操作研磨机的方式，表面加工必须采用专用碳化硅砂轮，切砂轮粒度应符合60～80目的要求。加工好的试样表面禁止直接用手摸，更不能与脂类物质接触，而且试样中杜绝出现夹杂、沙眼、疏松、裂纹、缩孔和毛刺等问题，同时，试样的金相组织必须达到GB/T 6829—92标准中的1～2级的要求。只有这样，才能保证分析结果的正确性。

1.2 更换砂纸和投用铣样机

及时更换碳化硅砂纸，保证样品表面的平整度。另外，在测定痕量元素硼时，要避免高含量样品和低含量样品在同一磨盘磨制，以防样品之间交叉污染影响痕量元素分析的准确性。铣样机铣制的样品不会引入待测痕量元素杂质，大大提高了分析的准确性。尤其在分析超低含量硼元素时，铣样机铣样适用于在线生产，它的应用能够有效提高分析的精密度和准确度。

2 改进分析设备软硬件

2.1 设备硬件方面

PDA-7000直读光谱仪分析常规生产样品采用30°锥角电极，但是，在测定痕量元素时，分析结果忽高忽低，数据不稳定，所以，它不能用于在线生产质量控制。通过试验发现，因为电极角度小，样品激发时间长，使得锥角积灰严重，锥角稍微变化就会影响样品分析的准确度，使其发生变化。为了提高样品的灵敏度和稳定性，如果需要分析生产的品种钢的超低含量元素时，要更换60°锥角电极，增大电极的锥度和比表面积，这样就能减少灰尘的堆积，提高痕量元素分析结果的准确度。

2.2 设备软件方面

脉冲分布分析法就是采用积分的方式处理所有的脉冲波发光强度值，将其中异常的分量去除。这种方法适用于钢中痕量元素分析，有助于钢中夹杂物定量和粒径分析。同时，脉冲分布分析法还能够区分固溶元素和非固溶元素，并通过火花放电光强度的频率分布变化来获取它的中位数强度。仪器根据这个频数分布情况处理相关数据，从而获得较为准确的痕量元素分析数据。

2.3 制作痕量元素专用曲线

工作曲线也是影响分析准确度的重要因素——待测元素含量偏低时，信号分布在曲线的最下端，稍微的曲线飘逸就无法校正回来，便会直接影响分析结果，而且高低标样品也不适用于超低含量元素的再校准。因此，需重新制作痕量元素专用曲线，用于痕量元素的质量控制。为此，技术人员在中低合金钢曲线的基础上删除了制作痕量元素曲线用的标准样品，使用相应的痕量元素标样通过调整待测元素的衰减值、放大检测信号、消除谱线重叠干扰重新制作一条含量在0%～0.005 0%的超低含量元素专用曲线。同时，要调整待测元素的高低标样品，这样在中低合金钢曲线下就可以测定全部元素含量，痕量元素不需单独测定，有效地节约了分析时间和分析成本，提高了分析效率和分析准确率。

2.4 选择合适的硼元素干扰校正方法

2.4.1 试验方法

对光谱标样进行一系列的激发燃烧，之后以铁谱作为内标线，将得到的各元素光强值与内标线的光强值作比，将获得的相对光强值带入方程中，即：

Y=Ax2+Bx+C. （1）

用最小二乘法拟合，绘制出校正后的工作曲线进行元素干扰校正。

为了确定硼的干扰元素，应选择与硼含量相同而干扰元素含量不同的光谱样块。通过激发样块得到分析值，构建坐标系，横坐标为干扰元素含量，纵坐标为分析值和标注值的差值，只有当二者存在线性关系时，才能证明干扰元素对硼有干扰。试验证明，磷、镍对硼有干扰作用。在制备工作曲线时，校正这2种元素的干扰可以有效提高分析结果的准确性。

2.4.2 干扰校正方法及实验结果

从现有的中低合金钢光谱标样中选出一定数量的样块，样块的硼含量控制在0.000 1%～0.004 4%之间。通过激发燃烧这些光谱标样来获得光强值和浓度计算值。以B的光强值为横坐标、校正前后的浓度为纵座标，分别画出工作曲线。通过干扰校正后的工作曲线，在拟合程度方面有了明显的提高，有助于分析工作的顺利进行。

3 实施效果

改善了取制样方法后，严格取制样过程，优化分析条件，改变了部分软硬件功能，大大提高了品种钢中超低元素含量硼的测定准确度，满足了试炼方案中B波动0.000 8%～0.005 0%的要求，能够有效指导含硼钢SAE1008B、HRB500N-ZT-2、H08AB、SS540等钢种的冶炼。经过此次研究，品种钢中痕量元素硼的测定水平迈上了一个新的台阶，为以后钢中其他微量元素的准确测定提供了很好的借鉴，同时，也为洁净钢的生产打下了坚实的基础，值得推广和应用。

参考文献

[1]彭剑.钢中硼硫磷测定的研究[D].南宁：广西大学，2007.

[2]彭剑，陆建平，王益林，等.分光光度法与火焰原子吸收光谱法测定钢中硼的比较[J].理化检验（化学分册），2009（01）.

[3]陆建平，彭剑.火焰原子吸收光谱法间接测定钢中硼量[J].理化检验（化学分册），2008（12）.

〔编辑：白洁〕

Study on Analysis Method of Trace Element Boron in Steel

Shi Lianxia， Yao Lin， Zhang Jinhong， Zhan Juan

Abstract： As a kind of trace element， boron exists in the form of solid solution in the steel. Adding a very small amount of boron in steel（w （B）= 0.005 0% ～ 0.000 5%）， it is obvious that the effect of improving the steel quenching effect is obvious， and it can reach several hundred times of the ordinary alloy elements. Therefore， we can replace a large amount of alloy elements with trace boron， which can reduce the cost of production. Due to the laboratory existing condition analysis is difficult to guarantee the accuracy of the boron content analysis， so that we can analysis method research for determination of Trace Boron in steel by direct reading spectrometry. The effect is very obvious.

Key words： clean steel； boron element； accuracy； direct reading spectrometer