火花源原子發射光譜儀已廣泛應用于冶金行業爐前化學成分分析，是快速配合爐前在線分析的首選檢測手段，光譜儀分析的準確性除與儀器本身的分析精密度直接相關外，許多文獻提出待測樣品應與內控標準樣品的物理狀態保持一致。
盡管光譜儀在爐前快速分析方面已較為成熟，但在對鋼材成品化學分析中卻受到了很大的限制。普遍認為，鋼材成品試樣，由于經過不同的鍛(軋)、熱處理工藝后，其組織結構發生了很大變化，與專用的內控標樣(一般為鑄態)組織結構完全不同，影響火花源原子發射光譜儀分析結果的準確性。本文對此予以探討。
本文一方面對常用鉻鎳不銹鋼、鉻不銹鋼、中低合金鋼和碳素鋼等在不同熱處理狀態下進行了光譜分析試驗研究，考察鋼樣的物理狀態對光譜分析準確度的影響;同時對304和0Cr13連鑄坯沿厚度方向進行了多層光譜檢測，尋求連鑄坯成分變化規律，探討了影響光譜儀對成品鋼材分析準確度原因所在。
1、實驗部分
1.1 樣品
內控標樣：鍛軋態304標樣、鑄態2Cr13標樣、鑄態45#鋼標樣各1塊。
分析試樣：鑄態標樣304、2Cr13和40Cr，鍛軋態標樣321、1Cr13、中低合金鋼、碳素鋼各1塊。
連鑄坯樣品：304、0Cr13連鑄坯各一塊，分別在橫截面的邊部、1/4和1/2處截取試樣各1塊，共6塊連鑄坯樣品。
1.2 樣品表面處理
內控標樣和對應的分析試樣均采用相同的制樣方法，保證二者制樣條件一致。連鑄坯樣品僅使用平面砂輪機研磨。
1.3 測定
1.3.1 樣品的熱處理
對1.1中分析試樣按表1進行不同的熱處理，熱處理條件見表1。
1.3.2 連鑄坯橫截面低倍酸浸試驗
對1.1所取連鑄坯樣品進行酸浸低倍組織檢驗，部分照片見圖1～圖3。
由上述低倍酸浸組織可知：304不銹鋼呈明顯的柱狀晶，柱狀晶較為發達，直至鑄坯中心部位，中心有明顯偏析帶，因而光譜分析應關注是否在中心區域存在較大成分偏析。其1/4、1/2處試樣情況基本相近，邊緣部位由于三角晶區的出現，柱狀晶不如前兩個部位發達。0Cr13鑄坯有明顯的等軸晶區，柱狀晶不發達，預測其中心的化學成分偏析應比304鋼弱。
1.3.3 實驗方法
實驗方法一，分別以鍛軋態304、鑄態2Cr13、鑄態低合金鋼為內控標樣，以鑄態304、鍛軋態1Cr13、鍛軋態45#(實際同樣是標準樣品)為試樣進行多次(5～7次)分析，取平均值。
實驗方法二，將鑄態304、鍛軋態321試樣，鑄態2Cr13、鍛軋態1Cr13試樣，鑄態40Cr、鍛軋態中低合金鋼和碳素鋼試樣按表1進行熱處理后，分別以鍛軋態304、2Cr13、鑄態45#為對應內控標樣，在每種狀態下進行多次(5～7次)測量后取平均值。
實驗方法三，由于所取鑄坯樣品太大，為了適應光譜分析的要求，分別將每個部位(邊部、1/4處、1/2處)樣品沿鑄坯厚度方向鋸為3塊(見圖4)。考慮到光譜分析點的波動性，在圖4對應行位置，每行進行4點成分分析(即4列、每列7行，每塊鑄坯共計分析28個點位)。
2、結果與討論
2.1 不同物理狀態和不同熱處理狀態對光譜分析的影響
(1)按實驗方法一進行試驗，將分析值與原認定值對比，其中304結果見表2(其他表略)。
由上述試驗結果可知：當內控標樣與分析樣品的物理狀態不同時，測定結果與原認定值之間的偏差均小于方法的重復性限r，說明物理狀態不同對火花源原子發射光譜分析結果的準確度無顯著影響。
(2)按實驗方法二進行試驗，數據經統計處理后，按GB/T11170289、GB/T4336284的重復性限r和ANOVA一元方差分析判定，304、2Cr13、中低合金鋼結果分別見表3、表4和表5(321、1Cr13、40Cr和碳素鋼結果略)。
由(2)試驗結果可知：實驗樣品在不同熱處理狀態下，進行多次光譜分析，測定結果平均值之間的極差均小于國標規定的重復性限r，同時P值均大于0.05(2Cr13錳元素除外)，表明不同熱處理狀態對分析結果無顯著影響。但對于2Cr13中錳元素，狀態平均值之間極差為0.008，小于國標方法中的重復性限r(0.011)，但從一元方差分析角度看，P值小于0.05，似乎說明熱處理狀態對Mn元素準確度有顯著影響(見表4)。但通過數據分析可知，同一狀態下重復測量的極差極小(最低為0.001)，是造成狀態間有顯著差異的主要原因，所以此時應僅以重復性限r為判定依據較為妥當。
2.2 連鑄坯橫斷面化學成分的不均勻性
(1)按實驗方法三對304鑄坯進行實驗，分析數據經統計處理后結果見表6、表7。
表6、表7實驗數據表明，304鑄坯2塊試樣的多個部位出現成分極差超出重復性限的現象，特別是1/4處試樣的中心部位，鉻、鎳、碳、硅、錳、磷、硫等都出現了非常大的成分波動，其極差遠遠大于重復性限，這與低倍中心偏析帶吻合的很好，而邊緣部位由于三角晶區的出現，柱狀晶欠發達，盡管其成分也超出了重復性限，但其波動范圍遠小于1/4部位(數據略)。文獻曾采用原位分析儀對中碳鋼進行了連鑄坯中心偏析帶的研究，實驗說明當利用直讀光譜儀分析塊狀試樣的成分時，應首先考慮光譜分析面、分析點位置的成分是否具有代表性，也就是說樣品本身的均勻性是影響分析結果穩定性的重要因素，在其它合金方面的研究也有同樣的報道。可見，由于凝固過程形成的不同部位化學成分的不均勻性，限制了光譜儀在成品鋼材成分分析中的應用。
(2)304鑄坯的結果表明，在1/4處出現的成分偏析最為嚴重，故對0Cr13鑄坯，我們重點對其1/4處進行了光譜分析，分析數據見表8。
數據表明，盡管0Cr13低倍組織中等軸晶比例較高，但其化學成分仍有較多部位、多處元素出現超出重復性限的現象，然而其波動范圍比304小，可見，減少柱狀晶比例有利于化學成分的均勻。
從1.3.2和1.3.3的實驗可以得出，火花源原子發射光譜儀分析鋼材成品成分時，鋼材由于連鑄過程造成的成分偏析影響了分析的準確度，并非由于鑄坯物理狀態的不同而使分析準確度受到影響。
3、結論
(1)不同熱處理狀態對火花源原子發射光譜化學成分分析的準確度影響不大;
(2)塊狀試樣成分分布的不均勻，是影響火花源原子發射光譜進行鋼材成品分析準確度的主要原因;
(3)火花源原子發射光譜儀用于鍛(軋)態成品鋼材化學成分分析，應密切注意光譜分析截面成分的代表性;
(4)減少的柱狀晶比例有利于鑄坯化學成分的均勻。
文獻來源：任維萍，連鑄鋼坯塊樣的狀態對火花源原子發射光譜分析準確度的影響，太原鋼鐵技術中心，
