ASTM标准关于钢产品化学成分分析的定义、试验规程及试验数据处理规则述评
2016-11-21安健波
安健波
(天津钢管集团股份有限公司,天津300301)
ASTM标准关于钢产品化学成分分析的定义、试验规程及试验数据处理规则述评
安健波
(天津钢管集团股份有限公司,天津300301)
阐述了ASTM标准中关于钢产品化学分析有关的定义、试验方法和规程。重点对钢产品的熔炼分析、成品分析等化学成分分析及取样要求、检验用标准及化学分析数据的处理、检验报告的规定进行了详细的说明,指出了相关内容所执行的国内标准及行业标准。
化学成分;标准物质;取样;规程;数据处理
1 引言
ASTM(美国材料与试验协会)标准是非官方学术团体制定的标准,但由于其质量高,适应性好,从而赢得了工业界的信赖,研究和制定材料规范和试验方法标准已被各国工业界纷纷采用[1-2]。本文参照最新版ASTM A571-2014a[3]明确地阐述了作为ASTM钢产品最主要的检验项目之一的化学成分检验要求涉及的定义、检验方法、检验规程和数据处理规则等规定和要求,以便于生产、试验人员正确理解这些定义和使用正确的方法进行钢产品的化学成分检验,并指出了相关内容所执行的我国国家标准、行业标准。随着国内按照ASTM产品标准制造和出口的钢材产量逐年增加,如锅炉、石化行业、机械制造,工程机械等行业,研究剖析其相关的标准显得越来越重要,准确理解掌握了这些标准,才能完全按照标准来的要求组织产品的生产、检验,用户有异议时才能有依据和符合标准要求的处理方法。
2 有关的定义规定
2.1 与化学分析有关的定义
2.1.1 熔炼分析
指在钢液浇铸过程中取样锭,进一步制成试样并对其进行的化学分析。需向购方提供报告且代表同一炉钢的化学成分。
2.1.2 成品分析或称验证分析
是指在经过加工的半成品或成品钢材上取试样对其进行的化学分析,用来确定与产品标准要求一致性。考虑到钢液在结晶过程中产生成分的不均匀性分布和分析的再现性偏差,成品分析中的规定成分范围通常大于熔炼分析。
2.1.3 成品分析偏差
是指规定成分的高于规定最大值或低于最小值所允许的数值。成品分析偏差只适用于成品分析,而不适用于熔炼分析。
例1:“成品分析偏差”常出现理解错误,它不适用于确定表明与规定化学成分范围相一致的熔炼分析,仅适用于成品分析,且只有当某一成分的熔炼分析接近超出规定的化学成分范围时才适用。例如,某牌号不锈钢的铬含量规定范围是18.00%~20.00%,生产厂家检验报告的某一炉号的铬含量是18.01%,用户进行成品分析时可能发现铬含量为17.80%。如果规定铬含量的成品分析偏差是0.20%,成品分析铬含量17.80%就是合格的,成品分析铬含量为17.79%则不合格。
2.1.4 特有的分析方法
是指非ASTM出版的标准分析方法,但该方法可追踪到国家标准和技术学会(当有时)或其他可溯源的方法。
2.1.5 仲裁分析
是指采用ASTM标准方法或国家标准和技术学会的方法进行的分析。选择仲裁分析的试验室和标准物质须双方协商并同意。
2.1.6 有证标准物质
是指在标准化机构或团体的批准的(例如全国标准和技术学会专门准备、分析好并合格的标准物质),供给化学分析试验室作为对比基准用的标准物质。为了减少在试验方法或修正方面的差异,标准物质应与所分析材料应十分接近。
2.1.7 工作标准物质
是指可追踪到国家标准、技术学会标准和其它公认标准的用于常规分析标准物质。
2.2 与化学成分有关的定义和定义
2.2.1 规定范围的元素
是指根据产品标准要求,规定了最大和最小值的成分。
2.2.2 有意加入的非规定元素
是指为达到预期性能由生产厂选择添加量加入的某种成分。
2.2.3 残余元素
是指由原材料、耐火材料或空气等材料本身带来的非特意加入的成分。
2.2.4 微量元素
是指含量小于0.01%以极低浓度存在的残余成分。
3 对化学成分范围值有效数字的规定
一般情况下常用化学成分规定范围数值来确定每种成分的有效数字的位数,并应使小数点右边位数符合表1要求。
表1 化学成分规定范围值与有效数字的位数
如果化学成分范围数值跨距出现,如下限值为0.10%和上限值为3.0%这种情况时,小数点右边的数字位数由化学成分范围的上限数值确定。
除了有技术上的需求外,不应增加有效数字位数。
4 对熔炼分析的规定
生产厂应对产品标准中规定的成分进行分析分析结果应符合产品标准中规定的要求。
当一次浇注由多炉钢完成时,既可以按照单炉进行的熔炼分析数据出具报告,也可以按照多炉平均的熔炼分析数据出具报告。如果熔炼炉之间的容积差距很大,则应根据每一熔炼炉的相对质量提出熔炼分析的加权平均结果出具报告。
对自耗电渣重熔的钢,炉号的定义是指同一工艺条件下同一原始炉号进行重熔的所有钢锭。应从同一批次熔炼的一个重熔铸锭上或从铸锭制成的产品上取得熔炼分析。如果初次检验的熔炼分析没有达到产品标准规定的熔炼分析要求,应从每一重熔钢锭的产品上各取一个试样进行分析,并且分析的结果应满足产品标准规定的熔炼分析要求。
如果因某些原因不能取得熔炼分析试样,或因熔炼分析试样本身的原因造成熔炼成分的分析结果不可靠时,可以用半成品或成品的成品分析来代替熔炼分析。
如果用成品分析来代替熔炼分析,成品分析的结果应满足熔炼分析所规定的成分范围要求,成品分析偏差将不再适用。
5 对成品分析的规定
考虑到与分析结果的再现性和钢的均匀性引起的偏差,规定的成品分析化学成分范围一般要大于熔炼分析的范围。如果对同一炉号钢中的同一成分进行多次测定,不能同时出现高出和低于规定范围的情况。
除了成品标准许可外,产品分析偏差不能用来确定与钢的规定的熔炼分析的一致性。
成品分析偏差一般在产品标准或通用要求的相关标准中给出。
关于“成品分析偏差”在国内大多数钢产品标准中通常不单独给出,而是直接引用了GB/T 222-2006[4钢的成品成分允许偏差。
6 对非规定成分的规定
6.1 允许报告非规定成分的数据分析的结果
所有钢材都含有少量除规定的成分外的多种其他成分。一般生产厂对这些成分都做常规测定,对这些可能存在的非规定成分没可能也没有必要规定范围。
6.2 对规定范围外的某些特定的成分要求
例如“稀土成分”、产品标准中指出的“其他成分”和“残余成分”等应确定成分范围。
7 对取样的规定
熔炼分析:按照生产厂的做法,应尽可能在浇注过程中取样,它最能代表浇注产品的熔炼化学成分。
如果熔炼分析用试样或熔炼分析的数据结果丢失或数量不够的情况下,或当试样明显不能真正代表该炉熔炼分析时,可以从有代表性的半成品或成品上取样,该试样的分析结果应满足熔炼分析所规定的数据范围。
关于“钢产品取样”的要求,国内大多数钢产品标准直接引用GB/T20066-2006/ISO 14284:1996[5]钢和铁化学成分测定用试样的取样和制样方法。
8 对化学分析试验方法、规程及各种方法适用条件的规定
8.1 在ASTM产品标准中的应用
下面详细列出了钢的化学成分试验所用的试验方法、规程,这些试验方法和规程在ASTM产品标准中已广泛的引用。
8.1.1 ASTM湿法化学分析方法标准
下面所列ASTM湿法化学分析方法标准是标准化仪器分析法的基础,也可作为仲裁试验方法使用。
E350:碳素钢、低合金钢、硅电炉钢、铁锭和熟铁的化学分析的标准试验方法。
E352:对工具钢和其他类似介质和高合金钢进行化学分析的标准试验方法。
E353:不锈钢、耐热钢、马氏体钢和其它类似的铬镍铁合金化学分析的标准试验方法。
E354:高温钢、电工钢、磁钢和其它类似的铁镍和钴合金化学分析的标准试验方法。
E1019:用不同的燃烧技术和熔融技术测定钢铁,镍,和钴合金中碳,硫磺,氮,和氧含量的标准试验方法。
8.1.2 ASTM仪器分析方法、操作规程和指南
下面所列ASTM仪器分析方法、操作规程和指南等可用于钢的化学分析,也可用于校准和标定常规的分析用仪器设备:
E50:金属,矿石和相关材料化学分析仪器,试剂和安全事项的标准操作规程。
E60:用分光光度测定法分析金属,矿石和相关材料的标准操作规程。
E322:用波长色散X射线荧光光谱法分析低合金钢和铸铁的标准试验方法。
E415:采用火花原子发射光谱法分析碳素和低合金钢的标准试验方法。
E572:用波长色散X射线荧光光谱法分析不锈钢和合金钢的标准试验方法。
E882:在化学分析实验室中的职责和质量控制的标准指南。
E1019:用不同的燃烧技术和熔融技术测定钢铁,镍,和钴合金中碳,硫磺,氮,和氧含量的标准试验方法。
E1085:用X射线荧光光谱法分析低合金钢的标准试验方法。
E1086:采用火花原子发射光谱法分析奥氏体不锈钢的标准试验方法。
E1097:使用直流等离子体原子发射光谱法测定各种成分的标准指南。
E1184:用石墨炉原子光谱吸收法测定成分的标准操作规程。
E1282:金属,矿石,及其相关材料的化学成分测定,选样规程和定量分析法的标准指南。
E1329:光谱化学分析中控制图表的验证和使用的标准操作规程。
E1806化合物测定钢铁标准物质的标准操作。
8.2 常规化学成分分析
常规化学成分分析用的一些通常认可的方法,这些常规方法是生产厂保证检验质量的基础。如果能保证试验结果与标准指定的方法相同,允许采用其他特有的方法。
8.2.1 X射线荧光光谱仪
不锈钢产品用X射线荧光光谱仪作化学成分分析时,不锈钢产品标准规定的化学成分和范围应满足表2的要求。
表2 不锈钢使用X射线荧光光谱仪分析时的规定化学成分及范围要求/%
8.2.2 火花发射光谱仪
不锈钢产品用火花发射光谱仪作化学成分分析时,不锈钢产品标准规定的化学成分和范围应满足表3的要求。
表3 不锈钢使用火花发射光谱仪分析时规定化学成分及范围要求/%
8.2.3 原子吸收分光光度计
用原子吸收分光光度计进行溶液分析。
8.2.4 感应耦合等离子体发射光谱仪
用感应耦合等离子体发射光谱仪进行溶液分析。
8.2.5 氧气中燃烧法单个测定碳或硫
用在氧气中燃烧法单个测定碳或硫,或两者同时测定;和由红外线探测仪单个测定CO2或SO2或两者同时测定时化学成分和范围,C应满足0.002%~5.0%,S应满足0.000 5%~0.1%。
8.2.6 熔化法测定氮、氧
用在氦气中熔化法测定氮或氧;和用导热率方法测定N2;用红外线或导热率探测仪通过测定C来测定O2时,化学成分和范围,N2应满足0.000 5% ~0.3%,O2应满足0.000 8%~0.02%。
8.2.7 不锈钢使用离子体发射分光仪
不锈钢产品用感应耦合等离子体发射分光仪或定向等离子体发射分光仪作溶液分析时化学成分和范围应满足表4的要求。
表4 不锈钢使用离子体发射分光仪分析时规定的化学成分及范围要求/%
8.3 其他仪器分析方法
其他的仪器分析方法还常用作标准的化学分析,如离子交换分离法、辐射活化法和质谱测定法等。
9 对标准物质的规定
9.1 优先采用国家标准和技术学会的标准物质
仲裁分析时应采用公认标准化机构的标准物质,并优先采用国家标准和技术学会的标准物质。
当不能得到某些合金的标准物质时,则可允许按照ASTM标准的程序采用国家标准和技术学会标准的标准物质来制备该标准物质。应有独立的试验室来确认这些标准物质及其评定结果的符合性。
对于ASTM尚未公布的分析方法,如果该方法通过分析合格的标准物质证明待选的标准物质有效就可以采用,包括质量分析法、电量分析法、当量浓度为基础的滴定法和质谱法等。
9.2 常规的化学成分分析
进行常规的化学成分分析时允许采用工作标准物质。
10 对检验数据有效位数的规定
实验室报告中的每一项化学成分应与相关产品标准中的位数相同。
成分的化学成分测定结果有效位数多于产品标准中规定的有效位数,则应进行修约。
11 对检验数据修约方法的规定
为确保与产品标准要求的化学成分的有效位数相一致,应对实测值或计算值修约到化学成分要求值的最右边一位最接近的整数。
其修约原则是“四舍六入”,在修约数字“5”这个特殊情况时,如果“5”后面若为非零的数则入、若为零则往左看拟留数的末位数,为奇数则入,为偶数则舍。
关于“修约方法”的要求,国内钢产品标准通常直接引用GB/T8170-2008[6]数值修约规则与极限数值的表示和判定和YB/T 081[7]冶金技术标准的数值修约与检测数值的判定。
12 对检测报告的规定
报告除试验时间外应包含的内容:所试验材料的描述,例如炉号、钢级(牌号)及产品规范。
试验方法或使用非标准方法的描述。
13 结束语
钢的化学成分检验标准中所涉及的定义,化学成分分析要求、检验用标准及化学分析数据的处理、检验报告等规定在产品标准中得到了广泛的应用,尤其是美国材料与试验协会既制定钢的产品标准,也制定理化检验标准,而且其产品标准中引用的理化检验标准也都是其制定的,决定了按照ASTM产品标准生产的产品必须按照ASTM的理化检验方法检验。随着国内按照ASTM产品标准制造和出口的钢材产量逐年增加,ASTM标准在国内应用越来越广泛,这就要求生产厂及时跟踪掌握这些标准才能完全按照标准来组织产品的生产、检验,提升产品的国际竞争力。
[1]郑鹰.美国材料与试验协会(ASTM)的标准制定工作[J].标准科学,2001(9):33-34.
[2]王宁远.美国材料与试验协会简介[J].中国石油和化工标准与质量,1992(10):26-28.
[3]ASTM E751-2014a,Standard Test Methods,Practices,and Ter minology for Chemical Analysis of Steel Products[S].
[4]GB/T 222-2006钢的成品成分允许偏差,中华人民共和国质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会[S].北京:中国标准出版社,2006.
[5]GB/T20066-2006/ISO 14284:1996,钢和铁化学成分测定用试样的取样和制样方法[S].北京:中国标准出版社,2006.
[6]GB/T8170-2008,数值修约规则与极限数值的表示和判定[S].北京:中国标准出版社,2008.
[7]YB/T 081-2013,冶金技术标准的数值修约与检测数值的判定[S].北京:冶金工业出版社,2013.
ASTM Standard Commentary on Chem ical Com position Definition,Testing Procedure and Test Data Processing Rules for Steel Products
AN Jian-bo (
Tianjin Pipe[Group]Corporation,Tianjin 300301,China)
The paper expounds chemical composition definition,testing method and procedure for steel products in ASTM Standard.It focuses on chemical composition analysis such as melting analysis and finish product analysis and sampling requirement,inspection standard and stipulations of chemical analysis data processing and inspection report and points out national standards and industry standards executed by relevant content.
chemical composition;reference material;sampling;procedure;data processing
10.3969/j.issn.1006-110X.2016.05.016
2016-06-08
2016-06-22
安健波(1966—),男,高级工程师,主要从事钢管生产工艺、新品开发及标准化管理工作。