脈沖加熱惰氣熔融一紅外線吸收法測定鋼中氧含量的影響因素分析

朱麗萍，李曉俠，孫浩然

（1.承德建龍特殊鋼有限公司，河北 承德 067300；2.河北省鍛造用鋼工程技術研究中心，河北 承德 067300）

（1）檢測方法執行標準：GB/T11261-2006，測定范圍：O：0.0005～0.020%。

（2）檢測原理：將預先制備好的試料，投入處在氦氣流的石墨坩鍋中，用低壓交流電直接加熱至3000 ℃左右熔融，試料中的氧呈一氧化碳析出（或經加熱400 ℃的稀土氧化銅轉化成二氧化碳），導人紅外檢測池進行檢測。

1 制樣及樣品處理

將待測試樣車成直徑在φ4～5 mm、長度大于30 mm的棒樣。具體要求：

（1）車制過程中防止氧化和污染，控制轉速800 r/min，并用四氯化碳或乙醚擦洗車刀等工具；

（2）樣品表面光潔度在Ra1.6 μm 以上；

（3）磨好的樣品剪切成約1.0 g（0.8～1.2 g），采用超聲波清洗器依次進行清洗。

2 測量過程

按照儀器說明書的要求，先對儀器狀態進行檢查，檢查通過后對儀器的漏氣進行檢查，待儀器穩定后進行3～5 次空白試驗，并將空白值輸入儀器中，自動扣除空白；重復檢測已知檢測結果的有證標準物質（CRM），再利用有證標準物質（CRM）進行儀器校準（單點校準或多點線性校準），再相同條件下，將清洗完畢的待測試樣用吹風機吹干，重復兩次測定試樣中的氧含量。當兩次測定結果的差值符合檢測方法的精密度要求時，直接取平均值作為最終結果報出。

3 影響因素分析

結合以上過程可以看出，測定氧含量過程中涉及到制樣、校準、樣品處理和樣品稱量等多個方面。究竟哪個是關鍵的影響因素呢？通過依據方法標準，采用國家有證標準物質GSB03-2461-2008 軸承鋼標樣，分別從測量值的重復性、標準物質標準值的不確定度、標準物質校準儀器的變動性及天平稱量的不確定度等幾個方面做了相關不確定度的評定（過程略），最終在現有檢測條件下測定與本單位產品氧含量相當的有證標準物質中，氧的測定不確定度為軸承鋼中的氧的分析結果w0=（0.0010±0.0002）%，k=2。在評定諸多不確定度分量中，隨機效應帶來分量最大，儀器校正的相對較大。這兩項是不確定度主要來源；樣品稱量采用的0.1mg 的天平稱量，分量值較小和儀器分辨率為0.00001 對不確定貢獻較小，甚至可以忽略不計。只考慮檢驗因素帶來的影響進行分析，采用單點校準和三點線性校準兩種方式測定同一試樣，結果差異見相應的折線圖。見圖1。

圖1 本化驗室采用不同校準曲線測定氧含量對比折線圖

4 結 語

（1）通過以上實驗數據表明：采用線校準的檢測結果總體上高于點校準。

（2）對于已知含量范圍是待測試樣，采用單標樣點校準，結果更準確。

（3）對于未知含量范圍的待測試樣，必須使用高中低不同梯度有證標準物質，進行線性校準后檢測。通過與鋼研院及石鋼、萊鋼等單位對標數據，得出我公司當時檢測氧結果存在偏高的結論。然后進一步分析、改進了我公司樣品磨樣處理方式，再次與鋼研院對標進行驗證如表1 所示。

經過磨樣環節的改善，再次與鋼研院進行數據對比，效果明顯。在經歷近十年的氧氮檢驗經驗積累不但解決了之前的檢測差異，還靈活掌握和應對隨機遇到的問題。在2014 年和2016 年參加的兩次氧氮能力驗證（國際比對）檢測結果均以0 差異獲得“滿意”結果。

表1 經過磨樣設備完善后再次與鋼研院對標結果