金属原位统计分布分析技术

　　金属原位统计分布分析是冶金分析领域由钢铁研究总院王海舟教授领导的团队首创的一项新技术，系指材料(金属)较大尺度范围内各化学组成及其形态的定量统计分布规律的分析技术。该项目成果已获2项中国发明专利授权和1项国外发明专利，并获2008年国家技术发明二等奖。

　　目前材料研究在宏观平均成分分析和微观结构分析这两个方面已建立了较完整的方法体系。宏观平均成分分析表征了材料平均化学成分的含量或某特定部位的化学成分的含量。微观组织结构表征了材料在分子-原子-电子层次上的成分、结构和形貌。但是作为材料性能判据而言仍不足以准确、完整地解释材料性能的异同，特别是有关材料中较大范围内成分分布及结构的准确定量分析，一直都是材料测试中的一个难题。

　　为解决材料研究中的这一关键科学问题，本项目提出一种反映材料中不同组成分布规律的新技术—金属原位统计分布分析技术。金属原位统计分布分析以单次放电理论及信号分辨提取技术为基础，发明了火花微束(探针)技术、无预燃连续激发同步扫描定位技术，获得数以百万计与材料原位置相对应的各元素原始含量及状态信息，用统计解析的方法定量表征材料的偏析度、疏松度、夹杂物分布等指标。

　　该成果有以下创新点：

　　1、国际上首次提出原位统计分布分析技术与理论

　　2、以火花微束(探针)技术、火花光谱无预燃连续激发同步扫描定位技术、单次放电信号分辨提取技术为基础，首次建立了表征材料较大尺度范围内各元素含量分布均匀度、偏析度的定量统计模型。(图1)

                                          (a)                                           (b)                                    (c)

　　(a)三维立体图：(b)二维等高图;(c)Y=23.375mm时硫含量变化规律图

　　图1、连铸钢坯横截面硫元素定量分布图

　　3、以铁线强度原位定量统计分布为基础

　　首次建立了疏松度的统计致密度表征方法

　　4、以夹杂物异常光谱行为为基础

　　首次实现了不依赖化学分析结果的夹杂物快速定量分析和粒度分布分析。(图2，3)

　　铝夹杂物总量为0.0035%

图2、连铸方坯中铝夹杂物的统计定量分布

Al系夹杂总计 0.00095%（以铝计）

Ca-Al 夹杂 占 57.0% 为0.00054%

Al-Si夹杂 占 3.2% 为0.00003%

Al-X 夹杂 占 39.4% 为0.00038%

图3、连铸板坯铝夹杂物的组成

　　5、研制成功具有自主知识产权的金属原位分析仪(图4)。

图4、金属原位分析仪OPA-100

　　金属原位统计分布分析技术已被国内外冶金分析同行所公认的一项新分析技术，可以获得关于材料的许多新信息。 例如，各元素在材料中不同位置含量的统计定量分布;材料中各元素最高偏析度的准确定量计算;材料的均匀度的表征——在材料中各元素统计均匀度及统计偏析度;材料的疏松度的定量表征——统计致密度;材料中夹杂物的统计定量分布以及材料中夹杂物不同粒度的统计定量分布等。随着金属原位统计分布分析技术的推广和应用，该技术已成为反映材料内在质量的新判据方法。

　　根据国标委下达的任务，2007年首次制定了“金属原位统计分布分析通则”

　　国家标准和“中低合金钢 多元素成分及分布的测定 金属原位统计分布分析法”

　　国家标准，现已发布实施，标志着金属原位统计分布分析技术已达到成熟应用阶段。

　　金属原位统计分布分析技术已应用于国家重大科研、工程项目、企业产品

　　质量解析以及进口产品质量判据等。例如：

　　*薄板坯高效连铸连轧新工艺连铸坯质量控制

　　*连铸厚板坯质量的判据

　　*不同晶态铸坯的原位统计分布分析研究

　　*进口连铸坯质量异议的评定

　　*电磁搅拌工艺对连铸坯质量影响的判据

　　*轻压下工艺对连铸坯质量影响的判据

　　*船板钢中心偏析带的原位统计分布分析研究

　　*高温合金压气机盘加工前质量的评定

　　*管线钢质量的判据

　　*工具钢不同生产工艺质量判据