直读光谱仪(OES)——满足低合金钢规范的最快、最佳选择

处理低合金钢时,制造公司有责任100%确保材料供应商证书上提供的化学性质准确无误,然后再将材料引入其工艺。这旨在避免召回产品,或者避免可能导致人身伤害甚至死亡的故障等更为糟糕情况的发生,由此制造商需承担相应责任。这类后果极为严重,当发生故障时,可能会对公司的声誉造成毁灭性的影响。

何为低合金钢?

低合金钢(LAS),有时也称为高强度合金钢(HSAL)或微合金钢,是一种因添加特性而使钢比普通碳钢更具弹性的合金。从技术角度来看,“低合金钢”是指含有约1%—5%合金添加元素的钢。与传统的碳钢一样,大多数低合金钢由碳和铁组成,两者的不同之处在于在合金混合物中添加了额外金属元素来提高其结构和机械特性。这旨在获取所需的强度、韧性、成形性、焊接性和耐腐蚀性。

低合金钢的性能和用途

根据所需的金属特性,这些其他合金元素可包括铜、镍、铌、铬、硫、硼、磷、钛,或添加到钢中以使钢能经受住其所处苛刻条件的其他各类金属。HSAL和LAS钢有多种用途,例如,建筑结构、大型管道系统、桥梁、铁路、驳船、农业机械、卡车、起重机、工业设备、汽车、军事和航空航天等机械部件和零件需要设计成能承受大量压力、温度变化或应力的应用。这些钢材的设计是为了满足特定的机械性能,而非满足特定的化学浓度。此外,值得注意的是,低合金钢通常也含有低含量的碳(0.05至- 0.25%C)。

生产可靠性

当需要100%确定性时,应选择便携式或台式火花直读光谱仪(OES)。ASTM国际编写了一种称为“ASTM E415-17”的标准测试方法,此法可通过火花原子发射光谱分析碳钢和低合金钢。OES火花模式的工作效率最佳,因为在这个过程中引入了氩气,使得碳、氮、硼、磷和硫的测量成为可能。出于以下两个原因,必须使用氩气:

  1. 避免等离子体激发期间氧化

  2. 为紫外线范围内的波长创造洁净度(用于碳、氮、硼、磷和其他元素)。氩气对于这些谱线呈透明,而空气会吸收波长200nm以下的谱线。

低合金钢的焊接性

低合金钢的另一情况是:通过增加合金含量,这些钢材变得更难焊接。为确保正确焊接合金,了解成分和材料类型变得至关重要,这需要采取足够的预防措施和控制手段,以避免可能导致裂纹或失效的缺陷。这是因为较低的碳含量会导致对氢元素的敏感性较低,从而导致一种称为冷裂的情况。

另外,低合金钢也可增加焊后热处理(PWHT)的需求。这可减少并重新分布通过焊接引入的材料中的残余应力,其中,由于组成成分会显著影响焊接性,因此残余应力可能导致脆性断裂的风险。尽管HSLA钢具有较高的强度,但与传统钢相比,它可以在较低的预热下焊接。

通常,当将合金加入钢材中时,确定焊接性的碳当量变得十分重要。这一点在受到行业法规严格控制的石油和天然气等行业中尤为重要。碳当量通过转换合金元素的百分比予以表示。这也是因为铁碳的焊接性比铁合金更容易理解;一些低合金钢和碳钢只能通过碳含量予以区分。具有许多碳当量方程。以下是最常见的碳当量方程示例:

  • 碳当量:CE=(%C)+((%Mn)/6)+(((%Cr)+(%Mo)+(%V))/5)+(((%Cu)+(%Ni))/15)

  • 碳当量:CEM=(%C)+((%Si)/25)+(((%Mn)+(%Cu))/20)+(((%Cr)+(%V))/10)+((%Mo)/15)+((%Ni)/40)

  • 碳当量:CET =(%C)+(((%Mn)+(%Mo))/10)+(((%Cr)+(%Cu))/20)+((%Ni)/40)

  • 碳当量:CEV=(%C)+((%Mn)/6)+(((%Cu)+(%Ni))/15)+(((%Cr)+(%Mo)+(%V))/5)

  • 碳当量:PCM=(%C)+((%Si)/30)+(((%Cr)+(%Cu)+(%Cr))/20)+((%Ni)/60)+((%Mo)/15)+((%V)/10)+((%B)*5)

日立分析仪器的OES仪器预装了碳当量以及一个大规模的牌号数据库,可轻松地鉴定合金或牌号。

OES为何是降低高合金钢风险的最佳技术

元素分析技术有几种类型。尽管诸如硼、磷和硫等轻元素在钢产品中至关重要,但X射线荧光(XRF)并非总能够准确测量低ppm含量的磷和硫,也不能测量硼和碳。

我们开始看到手持式激光诱导击穿光谱(LIBS)光谱仪进行碳分析,但它们尚未完全准备好取代OES,因为它们的局限性在于检出限(LOD)差以及对除碳以外轻元素的微量元素和残余元素的识别。

OES仍然是低合金钢分析的最佳之选,原因在于它能够提供100%化学成分,同时检测微量元素和残余元素的检出限极低。另外,它还可以检测轻元素(如碳、氮、磷和硼),最高可精确至ppm水平。当赌注如此之高时,你愿意冒这个险吗?

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日期: 18 October 2018

作者: Hitachi High-Tech Analytical Science

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