火花源原子发射光谱仪已广泛应用于冶金行业炉前化学成分分析，是快速配合炉前在线分析的首选检测手段，光谱仪分析的准确性除与仪器本身的分析精密度直接相关外，许多文献提出待测样品应与内控标准样品的物理状态保持一致。
尽管光谱仪在炉前快速分析方面已较为成熟，但在对钢材成品化学分析中却受到了很大的限制。普遍认为，钢材成品试样，由于经过不同的锻(轧)、热处理工艺后，其组织结构发生了很大变化，与专用的内控标样(一般为铸态)组织结构完全不同，影响火花源原子发射光谱仪分析结果的准确性。本文对此予以探讨。
本文一方面对常用铬镍不锈钢、铬不锈钢、中低合金钢和碳素钢等在不同热处理状态下进行了光谱分析试验研究，考察钢样的物理状态对光谱分析准确度的影响;同时对304和0Cr13连铸坯沿厚度方向进行了多层光谱检测，寻求连铸坯成分变化规律，探讨了影响光谱仪对成品钢材分析准确度原因所在。
1、实验部分
1.1 样品
内控标样：锻轧态304标样、铸态2Cr13标样、铸态45#钢标样各1块。
分析试样：铸态标样304、2Cr13和40Cr，锻轧态标样321、1Cr13、中低合金钢、碳素钢各1块。
连铸坯样品：304、0Cr13连铸坯各一块，分别在横截面的边部、1/4和1/2处截取试样各1块，共6块连铸坯样品。
1.2 样品表面处理
内控标样和对应的分析试样均采用相同的制样方法，保证二者制样条件一致。连铸坯样品仅使用平面砂轮机研磨。
1.3 测定
1.3.1 样品的热处理
对1.1中分析试样按表1进行不同的热处理，热处理条件见表1。
1.3.2 连铸坯横截面低倍酸浸试验
对1.1所取连铸坯样品进行酸浸低倍组织检验，部分照片见图1～图3。
由上述低倍酸浸组织可知：304不锈钢呈明显的柱状晶，柱状晶较为发达，直至铸坯中心部位，中心有明显偏析带，因而光谱分析应关注是否在中心区域存在较大成分偏析。其1/4、1/2处试样情况基本相近，边缘部位由于三角晶区的出现，柱状晶不如前两个部位发达。0Cr13铸坯有明显的等轴晶区，柱状晶不发达，预测其中心的化学成分偏析应比304钢弱。
1.3.3 实验方法
实验方法一，分别以锻轧态304、铸态2Cr13、铸态低合金钢为内控标样，以铸态304、锻轧态1Cr13、锻轧态45#(实际同样是标准样品)为试样进行多次(5～7次)分析，取平均值。
实验方法二，将铸态304、锻轧态321试样，铸态2Cr13、锻轧态1Cr13试样，铸态40Cr、锻轧态中低合金钢和碳素钢试样按表1进行热处理后，分别以锻轧态304、2Cr13、铸态45#为对应内控标样，在每种状态下进行多次(5～7次)测量后取平均值。
实验方法三，由于所取铸坯样品太大，为了适应光谱分析的要求，分别将每个部位(边部、1/4处、1/2处)样品沿铸坯厚度方向锯为3块(见图4)。考虑到光谱分析点的波动性，在图4对应行位置，每行进行4点成分分析(即4列、每列7行，每块铸坯共计分析28个点位)。
2、结果与讨论
2.1 不同物理状态和不同热处理状态对光谱分析的影响
(1)按实验方法一进行试验，将分析值与原认定值对比，其中304结果见表2(其他表略)。
由上述试验结果可知：当内控标样与分析样品的物理状态不同时，测定结果与原认定值之间的偏差均小于方法的重复性限r，说明物理状态不同对火花源原子发射光谱分析结果的准确度无显著影响。
(2)按实验方法二进行试验，数据经统计处理后，按GB/T11170289、GB/T4336284的重复性限r和ANOVA一元方差分析判定，304、2Cr13、中低合金钢结果分别见表3、表4和表5(321、1Cr13、40Cr和碳素钢结果略)。
由(2)试验结果可知：实验样品在不同热处理状态下，进行多次光谱分析，测定结果平均值之间的极差均小于国标规定的重复性限r，同时P值均大于0.05(2Cr13锰元素除外)，表明不同热处理状态对分析结果无显著影响。但对于2Cr13中锰元素，状态平均值之间极差为0.008，小于国标方法中的重复性限r(0.011)，但从一元方差分析角度看，P值小于0.05，似乎说明热处理状态对Mn元素准确度有显著影响(见表4)。但通过数据分析可知，同一状态下重复测量的极差极小(最低为0.001)，是造成状态间有显著差异的主要原因，所以此时应仅以重复性限r为判定依据较为妥当。
2.2 连铸坯横断面化学成分的不均匀性
(1)按实验方法三对304铸坯进行实验，分析数据经统计处理后结果见表6、表7。
表6、表7实验数据表明，304铸坯2块试样的多个部位出现成分极差超出重复性限的现象，特别是1/4处试样的中心部位，铬、镍、碳、硅、锰、磷、硫等都出现了非常大的成分波动，其极差远远大于重复性限，这与低倍中心偏析带吻合的很好，而边缘部位由于三角晶区的出现，柱状晶欠发达，尽管其成分也超出了重复性限，但其波动范围远小于1/4部位(数据略)。文献曾采用原位分析仪对中碳钢进行了连铸坯中心偏析带的研究，实验说明当利用直读光谱仪分析块状试样的成分时，应首先考虑光谱分析面、分析点位置的成分是否具有代表性，也就是说样品本身的均匀性是影响分析结果稳定性的重要因素，在其它合金方面的研究也有同样的报道。可见，由于凝固过程形成的不同部位化学成分的不均匀性，限制了光谱仪在成品钢材成分分析中的应用。
(2)304铸坯的结果表明，在1/4处出现的成分偏析最为严重，故对0Cr13铸坯，我们重点对其1/4处进行了光谱分析，分析数据见表8。
数据表明，尽管0Cr13低倍组织中等轴晶比例较高，但其化学成分仍有较多部位、多处元素出现超出重复性限的现象，然而其波动范围比304小，可见，减少柱状晶比例有利于化学成分的均匀。
从1.3.2和1.3.3的实验可以得出，火花源原子发射光谱仪分析钢材成品成分时，钢材由于连铸过程造成的成分偏析影响了分析的准确度，并非由于铸坯物理状态的不同而使分析准确度受到影响。
3、结论
(1)不同热处理状态对火花源原子发射光谱化学成分分析的准确度影响不大;
(2)块状试样成分分布的不均匀，是影响火花源原子发射光谱进行钢材成品分析准确度的主要原因;
(3)火花源原子发射光谱仪用于锻(轧)态成品钢材化学成分分析，应密切注意光谱分析截面成分的代表性;
(4)减少的柱状晶比例有利于铸坯化学成分的均匀。
文献来源：任维萍，连铸钢坯块样的状态对火花源原子发射光谱分析准确度的影响，太原钢铁技术中心，
