直讀光譜儀（OES）——滿足低合金鋼規(guī)范的不錯選擇

何為低合金鋼？

低合金鋼（LAS），有時也稱為高強度合金鋼（HSAL）或微合金鋼，是一種因添加特性而使鋼比普通碳鋼更具彈性的合金。從技術角度來看，“低合金鋼”是指含有約1%—5%合金添加元素的鋼。與傳統的碳鋼一樣，大多數低合金鋼由碳和鐵組成，兩者的不同之處在于在合金混合物中添加了額外金屬元素來提高其結構和機械特性。這旨在獲取所需的強度、韌性、成形性、焊接性和耐腐蝕性。

低合金鋼的性能和用途

根據所需的金屬特性，這些其他合金元素可包括銅、鎳、鈮、鉻、硫、硼、磷、鈦，或添加到鋼中以使鋼能經受住其所處苛刻條件的其他各類金屬。HSAL和LAS鋼有多種用途，例如，建筑結構、大型管道系統、橋梁、鐵路、駁船、農業(yè)機械、卡車、起重機、工業(yè)設備、汽車、軍事和航空航天等機械部件和零件需要設計成能承受大量壓力、溫度變化或應力的應用。這些鋼材的設計是為了滿足特定的機械性能，而非滿足特定的化學濃度。此外，值得注意的是，低合金鋼通常也含有低含量的碳（0.05至- 0.25%C）。

生產可靠性

當需要100%確定性時，應選擇便攜式或臺式火花直讀光譜儀（OES）。ASTM國際編寫了一種稱為“ASTM E415-17”的標準測試方法，此法可通過火花原子發(fā)射光譜分析碳鋼和低合金鋼。OES火花模式的工作效率最佳，因為在這個過程中引入了氬氣，使得碳、氮、硼、磷和硫的測量成為可能。出于以下兩個原因，必須使用氬氣：

1. 避免等離子體激發(fā)期間氧化

2. 為紫外線范圍內的波長創(chuàng)造潔凈度（用于碳、氮、硼、磷和其他元素）。氬氣對于這些譜線呈透明，而空氣會吸收波長200nm以下的譜線。

低合金鋼的焊接性

低合金鋼的另一情況是：通過增加合金含量，這些鋼材變得更難焊接。為確保正確焊接合金，了解成分和材料類型變得至關重要，這需要采取足夠的預防措施和控制手段，以避免可能導致裂紋或失效的缺陷。這是因為較低的碳含量會導致對氫元素的敏感性較低，從而導致一種稱為冷裂的情況。

另外，低合金鋼也可增加焊后熱處理（PWHT）的需求。這可減少并重新分布通過焊接引入的材料中的殘余應力，其中，由于組成成分會顯著影響焊接性，因此殘余應力可能導致脆性斷裂的風險。盡管HSLA鋼具有較高的強度，但與傳統鋼相比，它可以在較低的預熱下焊接。

通常，當將合金加入鋼材中時，確定焊接性的碳當量變得十分重要。這一點在受到行業(yè)法規(guī)嚴格控制的石油和天然氣等行業(yè)中尤為重要。碳當量通過轉換合金元素的百分比予以表示。這也是因為鐵碳的焊接性比鐵合金更容易理解；一些低合金鋼和碳鋼只能通過碳含量予以區(qū)分。具有許多碳當量方程。以下是最常見的碳當量方程示例：

• 碳當量：CE=(%C)+((%Mn)/6)+(((%Cr)+(%Mo)+(%V))/5)+(((%Cu)+(%Ni))/15)

• 碳當量：CEM=(%C)+((%Si)/25)+(((%Mn)+(%Cu))/20)+(((%Cr)+(%V))/10)+((%Mo)/15)+((%Ni)/40)

• 碳當量：CET =(%C)+(((%Mn)+(%Mo))/10)+(((%Cr)+(%Cu))/20)+((%Ni)/40)

• 碳當量：CEV=(%C)+((%Mn)/6)+(((%Cu)+(%Ni))/15)+(((%Cr)+(%Mo)+(%V))/5)

• 碳當量：PCM=(%C)+((%Si)/30)+(((%Cr)+(%Cu)+(%Cr))/20)+((%Ni)/60)+((%Mo)/15)+((%V)/10)+((%B)*5)

日立分析儀器的OES儀器預裝了碳當量以及一個大規(guī)模的牌號數據庫，可輕松地鑒定合金或牌號。

OES為何是降低高合金鋼風險的最佳技術

元素分析技術有幾種類型。盡管諸如硼、磷和硫等輕元素在鋼產品中至關重要，但X射線熒光（XRF）并非總能夠準確測量低ppm含量的磷和硫，也不能測量硼和碳。

我們開始看到手持式激光誘導擊穿光譜（LIBS）光譜儀進行碳分析，但它們尚未完全準備好取代OES，因為它們的局限性在于檢出限（LOD）差以及對除碳以外輕元素的微量元素和殘余元素的識別。

OES仍然是低合金鋼分析的最佳之選，原因在于它能夠提供100%化學成分，同時檢測微量元素和殘余元素的檢出限極低。另外，它還可以檢測輕元素（如碳、氮、磷和硼），最高可精確至ppm水平。