钢材中微合金元素检测方案(光电直读光谱)

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结论www.thermoscientific.com/portableid3/2016 使用 Thermo Scientific Niton XL5 分析钢材中的微合金元素 Brian Wilson， Thermo Fisher Scientific， Tewksbury， MA USA 微合金钢，通常又被称为高强度低合金钢(HSLA)，它是通过向低碳软钢中添加“微量”合金元素来增强性能的一种材料。微合金化技术包括单独或组合添加铌 (Nb)、钒(V)和钛 (Ti) 元素，有时与硼(B)、钼(Mo)、镍(Ni)、铬 (Cr) 和铜 (Cu) 等强化元素相结合，以达到所需的机械性能。这些元素的强化效果可通过晶粒细化和析出硬化让微合金钢非常适合高强度应用。 微合金钢的发展始于半个世纪前，属于钢材的一个重要范畴，据估计约占全球钢铁总产量的12%。微合金钢可应用于世界各地的主要钢材市场中，其发展对于某些关键行业的壮大有着重要作用。微合金钢适用于下列行业应用： ·油气输送 ·海洋产业/钻井平台 ·汽车工业 ·压力容器 ·造船业/海军舰艇 ·建筑结构 ·桥梁/悬吊组件 ●重型设备 热轧碳钢是最受欢迎的建筑材料，，1可通过增加碳含量来提高其强度，且该强度与碳当量 (CE)成正比，实质上是钢中碳和锰含量基于公式[CE=%C+%Mn/6] 的组合效应。在通过增加碳含量和后续碳当量以提高强度的同时，会降低其他性能，如韧性、延展性和可焊性。凭借微合金化元素铌、钒和钛的强化机制，可达到更高的抗屈强度，同时显著降低碳含量，进而大大提高可焊接性并降低 使用手持式 Thermo ScientificTM NitonTM XL5 XRF 分析仪进行检测。 特定应用(管道、桥梁和建筑物等)发生破裂的风险。使用微合金钢材具有以下显著优势： ·相比热轧碳钢，其重量减少25%以上 ·通过提高管线抽运性能节省运营成本 ·通过减轻运输和处理过程中的重量来减少制造成本 ·降低碳含量，提高可焊性和焊件韧性 ·降低碳当量 (CE)，最大程度减少热处理和破裂的易发性 2009年，管道与危险品安全管理局(PHMSA) 向天然气管道与危险液体管道系统的所有者和经营者发布了一项推荐公告 ADB-09-01，称已在部分高级微合金管线中找到具有良好的完好性的材料。通过对安装在管道系统中的管线的测试显示，部分材料无法满足美国石油协会(API) 标准针对管线 API 5L所规定的要求。在相同热量下制造的管接头显示的化学性质和机械性能比管道制造商工厂测试报告的指定值低15%(包括微合金元 素铌、钒和钛)。 所有者/经营者需要确信，越来越多的高压、大直径危险液体和天然气管道需按照最高标准来制造并采用最佳可用技术执行全面测试，以遵守安全指南并降低故障易发性。使用便携式X 射线荧光(XRF)技术验证材料的化学性质无疑是一种理想选择。全新Thermo Scientific Niton XL5 可快速、正确、精准地分析管道领域中钢材及其他元素中的微合金元素。 Thermo Scientific Niton XL5 XRF 分析仪 新型 Niton XL5 是目前市场上最小巧轻便的高性能X射线荧光 (XRF)金属分析仪。Niton XL5 体积小巧、质量轻便，可减少操作者疲劳并可接触更多的测试点。紧凑型测量夹具和新款高效5WX射线管提供卓越的分析性能和最佳轻元素灵敏度，适应最严苛的应用，如残余元素测量。 Niton XL5具有以下主要优势： 无与伦比的化学和金属品位识别精度，提供高置信度结果 ·出色的微量元素(铌、钒和钛)检测，便于快速可靠的微合金钢材分析 ·集成摄像头和小点分析，便于精确样品定位和图像捕获 ·防水、防尘，外壳坚固耐用，适应恶劣环境 Thermo Scientific Niton XL5是市场领先的 Niton 手持式 XRF 分析仪中的最新产品。Niton XL5 专用于铌、钒和钛等微合金元素的检测，具有检出限低、准确度高、分析速度快的特点。 Niton XL5 虚拟元素功能可用于自动计算微合金元素的总量。分析仪屏幕与下页的重复性研究结果相互关联：左侧屏幕关联表1；右侧屏幕关联表2。 对于经认证的标准品和样品，在确保其表面洁净、无污染物后，使用手持式ThermoScientific Niton XL5 XRF 分析仪进行分析。碳钢合金在暴露于大气条件时易氧化。在进行 XRF分析时，该氧化层会影响读数精度。所以为确保读数精确，表面清理非常重要。除氧化外，表面可能附着油漆、油或油脂。待分析区域中的所有表面污染物均须清理。 数据质量目标指明了样品制备要求和所用最短分析时间。下表为在30秒测量时间内10次单独测试的读数。微量元素分析目的在于认证供应商提供的测试报告与实际材料的元素含量是否一致。此外，还可验证这些元素总量是否符合验收标准且不超过材料规格或采购订单中规定的限值。 针对 API 5L 管线，组合式微合金含量(铌+钒+钛)的当前限值为抗屈强度大于60ksi 的钢材的0.15%。 碳钢样品中微合金元素的重复性研究结果 使用 Niton XL5 的第一轮结果 测试编号 铌 钒 钛 铌+钒 铌+钒+钛 1 .063 .072 .068 .135 .203 2 .058 .075 .068 .134 .202 3 .060 .073 .069 .133 .202 4 .064 .075 .070 .139 .209 5 .063 .073 .069 .136 .205 6 .063 .074 .073 .137 .210 7 .058 .073 .072 .131 .203 8 .057 .068 .069 .125 .194 9 .060 .073 .067 .133 .200 10 .061 .073 .070 .134 .204 材料测试报告 .054 .073 .066 .127 .193 Niton XL5 平均结果 .061 .073 .070 .134 .203 碳钢样品中微合金元素的重复性研究结果 使用 Niton XL5 的第二轮结果 测试编号 铌 钒 钛 铌+钒 铌+钒+钛 1 .012 .043 .010 .055 .065 2 .013 .041 .012 .054 .066 3 .016 .042 .009 .058 .067 4 .017 .040 .011 .057 .068 5 .015 .046 .010 .061 .071 6 .014 .043 .011 .057 .068 7 .012 .044 .010 .056 .066 8 .015 .041 .010 .056 066 9 .016 .042 .010 .058 .068 10 .015 .041 .010 .056 .066 材料测试报告 .013 .045 .010 .058 .068 Niton XL5平均结果 .015 .042 .010 .057 .067 表1和表2：显示使用 Niton XL5 分析仪对碳钢样品进行重复性分析的数据。在两轮样品测试中，每轮测试30秒，各10次单独测试。每轮均显示 Niton XL5 平均结果。使用每轮测试的10次单独结果来计算标准偏差。由测试结果可知，实验室结果与 Niton XL5分析仪测得结果一致。 Niton XL5 检出限 测得时间，秒 钛 钒 铌 总量 15 .0036 .0036 0012 .0084 30 .0025 .0025 0008 .0058 60 .0018 .0018 .0006 .0042 表3：表3为 Niton XL5 的检出限(LODs)。 LODs 计算为每种元素在几个不同测量时间内的3个标准偏差(99.7%置信区间)。随着测量时间增加，检出限变低。 使用 Niton XL5仪析仪测得的结果与材料测试报告高度一致。 Niton XL5 为微合金钢分析提供卓越的微量和痕量元素精度和灵敏度。经过适当样品制备，该分析仪可快速可靠地验证微合金元素的浓度是否与工厂测试报告一致，且分析是否符合化学组分的要求。 微合金钢的成功得益于附加的强化机制，尤其是当添加铌、钒和钛等关键元素后形成的晶粒细化、析出硬化。在过去几十年间，随着对油气开采、施工和运输等领域管线市场的要求增加，微合金钢的制造技术已取得迅速进展。 当低检出限和高样品量为关键要素时，我们仪器的硬软件与直接行业经验相结合，可为最严苛的分析需求提供理想的解决方案。 NitonXL5对铌、钒、钛等痕量元素的分析能力及其它独特功能，使其非常适合微量元素分析。除残余元素分析外， Niton XL5 还可快速对石油和天然气行业中所用各合金牌号进行完整化学分析和材料可靠性鉴别(PMI)。 如需详述您的具体应用和性能要求，或预约现场演示，了解 Thermo Scientific便携式XRF分析仪对节省时间和金钱的作用，请联系您当地的 Thermo Scientific 代表或访问我们的网站www.thermoscientific.com/portableid。 C 2016 Thermo Fisher Scientific Inc. 保留所有权利。所有商标的所有权均归 Thermo Fisher Scientific Inc. 及其子公司所有。产品规格、术语以及定价有可能随时变更。并非各个产品在所有国家均有售。详情请咨询当地销售代表。 微合金钢，通常又被称为高强度低合金钢 (HSLA)，它是通过向低碳软钢中添加“微量”合金元素来增强性能的一种材料。微合金化技术包括单独或组合添加铌 (Nb)、 钒 (V) 和钛 (Ti) 元素，有时与硼 (B)、钼(Mo)、镍 (Ni)、铬 (Cr) 和铜 (Cu) 等强化元素相结合，以达到所需的机械性能。这些元素的强化效果可通过晶粒细化和析出硬化让微合金钢非常适合高强度应用。