[发明专利]超低碳钢标准物质的制备方法及相应的超低碳测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢材中碳含量的测定，尤其涉及一种钢中碳含量测定用的标准物质和相应的测定方法。

背景技术

钢中超低碳的测定一般指钢中小于0.01%碳的测定,尤其是指钢中5-50ppm范围的碳的测定。钢中超低碳的测定目前普遍、也是主要采用红外吸收法测定，仪器的校正采用钢中超低碳标准物质。

钢中碳红外测定方法的国家标准GB/T 20126-2006《非合金钢低碳含量的测定 第二部分:感应炉(经预加热)内燃烧后红外吸收法》和GB/T20123-2006《钢铁 总碳硫含量的测定 高频感应炉燃烧后红外吸收法（常规法）》，等效采用相应的国际标准ISO15349和ISO15350，是现有钢中超低碳测定技术的代表或载体。

GB/T 20126-2006方法标准中，试样测定前需在420℃马福炉预热处理5-10min，故简称预热法，测定范围0.0003-0.010%；GB/T 20123方法标准中，试样测定前无需预热处理，故简称常规法,测定范围0.005-4.3%。

常规法规定测定下限为0.005%主要是考虑试样表面碳对钢中超低碳测定的干扰,试样表面碳存在已被红外吸收分峰法实验所实证，试样表面碳影响超低碳常规法测定的准确度，所以下限只能定为0.005%。预热法消除了表面碳对钢中超低碳测定的干扰，准确度的得到了提高，但测定前预热5-10min的措施，使实际分析速度受到太大影响。现实的矛盾是：预热法准确度能满足超低碳钢冶炼工艺控制的要求，但速度不满足；常规法速度能满足超低碳钢冶炼工艺控制的要求，但准确度不满足。

一般认为试样表面碳是吸附碳，同时先前的研究未考虑到从块状样品中制取后直接测定的待测生产试样（以下简称待测生产样）和标准物质试样表面碳构成不同的现象，待测生产样和标准物质必须作相同的预热前处理，以致预热法的实际分析速度不能满足超低碳钢生产工艺的要求。

据吸附碳的观点，试样预热—冷却过程中，表面碳经历了解吸--再吸附过程，可预期试样预热冷却处理前后的碳含量测定值一致。

然而，金属腐蚀理论认为：铁在无水环境中是不会“生锈”的，铁在大气中吸附水形成表面水膜，氧和二氧化碳溶解于试样表面水膜后与铁化合；铁锈的主要成份除氧化铁外，还存在少量碳酸盐 。大气中，试样表面氧化,伴生着二氧化碳对试样的腐蚀过程，从而对钢超低碳常规法测定产生显著影响。不同于待测生产样，标准物质试样在制备、保管及使用过程中较长时间暴露于大气，存在不同程度的表面氧化，其表面碳还含化合碳。显然用吸附碳的观点不足以解释待测生产试样与钢中超低碳标准物质表面碳的差异。而且，事实证明，从块状样品中制备红外吸收法测定用试样时，试样严重过热氧化时，常规法测定值偏高，由此可见，现有的常规法测定方法未能考虑到化合碳的影响，这会大大影响测定精度。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种超低碳钢标准物质的制备方法及相应的超低碳测定方法。本发明是一种不含表面化合碳的钢中超低碳标准物质的制备技术，应用本发明的方法制备的钢中超低碳标准物质，进行日常钢中超低碳的测定，不需要预热5-10min，从而使其实际分析速度满足生产工艺要求。

一种超低碳钢标准物质的制备方法，它包括下列步骤：

1）根据超低碳含量范围的要求，在0.0005-0.005%含量范围内,设计一定的含量梯度，冶炼、铸锭或工厂现场取坯，去皮、锻造成棒样；

   2）车削加工成粒状或片状试样，控制每克颗粒数在200-600个，加工过程需要防止过热、不得研磨试样；

   3）将车制后的试样镀锌或镍；

   4）采用带内盖的玻璃、塑料瓶封装或另配密封纸盒外包装试样，以确保标准物质一般要求的十年保质期。

所述的超低碳钢标准物质测定相应的超低碳含量方法，将待测生产样和标准物质共同于420℃预热处理10分钟后，移至干燥器中冷却至室温，并在48小时内采用常规法测定其碳含量。

本发明将影响钢中超低碳红外吸收常规法测定的试样表面碳进一步分为吸附碳和化合碳。从块状样品制取后直接测定的待测生产试样表面吸附碳；标准物质表面除含吸附碳外，还含化合碳。由于标准物质和待测生产样均含少量相等的吸附碳，影响钢中超低碳测定的主要因素是标准物质变化的化合碳。

虽然试样表面氧化对钢中超低碳测定的影响远无对钢中氧测定的影响敏感，但仍严重影响钢中超低碳的常规法测定。类似于钢中氧的测定，从块状样品制取后直接测定的生产样，可以认为其表面不存在化合碳，从而可以改善常规法，使其适合钢中超低碳的测定。