直讀光譜儀用于鋼線材質量控制

直讀光譜儀用于鋼線材質量控制

鋼線材常用于安全攸關、要求嚴苛的應用領域。在本文將闡述OES技術如何發展以確保滿足嚴格的鋼線材規格要求。

初看之時，鋼線材外表無特別之處。其許多應用亦相當普通，如鋼絲網圍欄、彈簧和不起眼的釘子。但仔細觀察，鋼線材絕非那么簡單。大部分鋼線材用于要求嚴苛、安全攸關的航空航天和汽車應用領域，如發動機的閥門或頭墊內部。眾所周知的極常見應用領域是汽車輪胎中的鋼線材加固。所用鋼線材必須符合非常確切的規格要求；選擇的鋼線材應足夠堅固，但能滿足輪胎的規格要求，從而提高駕駛性能和節約燃油。驗證鋼線材的材料特性和成分是生產過程的重要部分。

鋼線材生產

在論述鋼線材分析前，通過快速了解鋼線材生產方式，在本文中插入鋼線材生產流程內容將有所助益：

輥軋

回收的廢料被熔煉成方坯，在初軋機中軋制以減小橫截面。之后，在中軋機中繼續軋制，直至鋼線材達到規定尺寸。簾線鋼的直徑通常為5.5mm。鋼線材需先冷卻后方可進入下一個生產階段。

處理

生產的下一個階段是處理，例如退火和酸洗。退火是按照特定溫度和時間曲線對鋼線材進行加熱和冷卻。此舉會改變鋼線材的物理特性，主要是增加延展性和降低硬度；這個步驟至關重要，因為鋼線材將經受進一步加工，例如成型或機械加工。酸洗是一種化學處理，通過在酸中溶解的方式來去除不需要的表面氧化物。這些處理細節取決于鋼線材的最終應用領域的規格要求。

分析

就在此時，對鋼線材進行測試，以檢查其性能是否符合預期，及其是否符合裝運前的規定標準。從每個線圈上切下一小截鋼線材，并將其送到實驗室進行測試。通常會對線材的表面質量、尺寸和形狀、拉伸強度、脫碳和化學成分進行測試。化學成分對鋼線材的性能有很大的影響。

為什么要進行OES火花分析？

通過測定鋼的化學成分，不僅能獲得基本鋼牌號信息，而且能獲得關于其他存在的可能會影響鋼線材在其使用壽命內性能的元素的關鍵信息。例如，對輪胎用鋼線材所進行的分析需要表明其確實是高碳鋼，并驗證其他元素（例如：硅、錳、磷和硫）的確切含量。并非所有的分析方法都能在元素含量很低的情況下檢測出這些元素，因此，OES是行業標準工具。

OES可以測量多種元素和濃度。這款儀器在測量含量低的雜質元素和痕量元素時所提供的結果極其準確，且在提供可靠的L級不銹鋼信息方面堪稱**。直讀光譜儀技術是**可以測量雙相不銹鋼和奧氏體不銹鋼中氮含量的技術。

在更實用的層面上，OES的分析速度快，具有現代化特點，運行成本較低且易于使用。使用這款儀器能讓樣品制備流程變得簡單，可測試許多不同組件，包括線材、管材、螺栓和板材。

OES如何工作？

OES是一種采用光譜分析技術的儀器，這意味著在向某種材料施加能量時，其通過檢測這種材料所發出的特定光譜輻射來工作。由此產生的光譜會提供所存在的具體物質信息。

通過加熱樣品的一小部分，材料將被蒸發。這會影響材料的原子，然后原子會發出具有特定波長的光。每種元素均發出特定的輻射模式，儀器中所采用的檢測器可“讀取”光譜，以識別所存在的具體元素。

在現實生活的金屬樣品中，每種元素都具有由許多光波長組成的復合光譜，從而產生一組極其復雜的發射光譜。直讀光譜儀有三個關鍵組件，可提供準確結果：

在氬氣氣氛中裝有連接至高壓光源的電極的火花發生器。在金屬樣品上應用火花臺會產生能使金屬蒸發的高壓放電現象。

裝有光譜儀的光學系統。將從樣品中的原子發出的光分解成單個波長（使用衍射光柵），之后這些波長會通過檢測器。由檢測器測量每個波長的光強度。

儀器軟件解讀來自檢測器的數千個信號，以確定受試樣品中所存在的具體元素。進一步比較檢出限與校準參考水平，使軟件顯示每種元素所存在的含量。

既然我們已了解到OES的工作方式和儀器中的組件，我們便可論述鋼線材分析技術方面的挑戰，以及如何改進OES技術克服這類挑戰。

為何使用OES進行鋼線材分析如此棘手？

使用OES獲得準確的鋼線材讀數方面的問題簡單得近乎荒唐：鋼線材直徑小于火花臺孔徑。

在理想的測量場景中，待測量的金屬表面完全覆蓋裝有火花電極的火花臺孔徑。這確保空氣不會進入充滿氬氣的火花室。避免在火花室內出現空氣的兩個主要原因如下：

金屬表面一旦蒸發，便會氧化，這表明待分析的對象已變成氧化物，而不是基本金屬本身。

是否記得檢測器檢測來自已蒸發樣品所發出的光波長的方式？一些對鋼線材分析最關鍵的元素（如碳、磷、硫和硼）會在UV范圍內發光。空氣能吸收紫外線，因此如果火花室內有空氣，從樣品發出的紫外線輻射會在其被檢測器檢測出之前被空氣重新吸收，導致分析儀無法檢測出這些元素，或者顯示它們的濃度太低。這將會導致非常好的鋼線材被拒收，或者更糟糕的是，不符合規格要求的鋼線材變為合格。

使用OES獲得準確的細鋼材分析結果

具有現代化特點的OES儀器，如日立的FOUNDRY-MASTER Smart和OE系列，采用兩種方式克服了上文所述的細鋼材分析方面的問題。首先，通過使用特殊的適配器，將火花臺孔徑制作得更小以適應鋼線材的直徑。

這當然會有所幫助，但將小型分析儀探頭置于鋼線材上的正確位置仍然是一項棘手的工作。事實上，鋼線材呈圓形，使火花探頭與鋼線材表面之間很難形成理想密封。因此，第二個措施是防止空氣進入火花室，即使火花探頭暴露在氣氛中也需如此。實現這一目的的方式是采用特殊的層流技術，該技術引導氬氣在電極周圍平穩流動，從而保護等離子體免受流入火花室的空氣的負面影響。

這使得分析鋼線材，甚至是分析符合5.5 mm輪胎規格要求的鋼線材都變得非常簡單。首先，從經過退火處理的鋼線材圈上切下新批次的一截鋼線材，并研磨表面，以確保表面干凈、無污染以進行分析。將適合鋼線材直徑的正確適配器安裝在火花臺上，而鋼線材夾在適配器上。還必須在儀器軟件上選擇能獲得正確鋼線材直徑的相應程序，以確保準確度。如果分析結果的公差在規格范圍內，則可測量該批次的其他鋼線圈。

質量控制

OES是分析適用于安全攸關應用領域的鋼線材的**方法。通過正確測量方法和使用正確火花技術，用戶可克服細鋼材測量方面的挑戰，并為其所裝運的每圈鋼線材獲得準確結果。