一种低合金铸铁光谱成套标准样品及其制备方法和检测方法与流程

技术特征：
1.一种低合金铸铁光谱标准样品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)化学成分设计：所述化学成分由以下组分组成：c，si，mn，p，s，cr，ni，mo，v，cu，mg，ti，b，al，as，w，nb，sb，pb，sn，la，ce；优选地，所述步骤(a)中，在规定的化学成分范围内，按照等梯度分布及元素间相互干扰和生成夹杂物几率最低原则，设计6～8个水平化学成分；(b)冶炼：按步骤(a)的化学成分设计配置原料，将配置好的原料放置在中频感应炉中进行冶炼，冶炼温度为1200℃～1600℃，冶炼时间为1h～6h；(c)成型：将步骤(b)中冶炼的样品在模具中于1300℃～1450℃的温度下以0.24t/h～10t/h的速度浇铸1s～60s完成结晶，获得粗样品，其中，铸件的模数比为0.2cm～1cm；所述模数比为体积/表面积；(d)标准样品的处理及制备：对粗样品进行调质处理，对处理后的样品进行线切割，得到成品块状标准样品。2.根据权利要求1所述的低合金铸铁光谱标准样品的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)中，所述化学成分由按重量百分比计的如下组分组成：c2.1％～3.9％，si0.5％～3.8％，mn0.1％～1.7％，p0.01％～0.5％，s0.005％～0.06％，cr0.1％～2.3％，ni0.01％～2.2％，mo0.02％～0.8％，v0.02％～0.6％，cu0.05％～1.2％，mg0.0001％～0.09％，ti0.005％～0.3％，b0.002％～0.3％，al0.001％～0.8％，as0.002％～0.15％，w≤0.6％，nb≤0.05％，sb0.004％～0.1％，pb0.0002％～0.08％，sn0.002％～0.3％，la和ce为残余量；优选地，所述步骤(a)中，在规定的化学成分范围内，按照等梯度分布及元素间相互干扰和生成夹杂物几率最低原则，设计7个水平化学成分；优选地，所述步骤(a)中，在规定的化学成分范围内，按照等梯度分布及元素间相互干扰和生成夹杂物几率最低原则，设计的7个水平化学成分具体为：(1)c3.35％～3.5％，si0.54％～0.65％，mn0.18％～0.22％，p0.065％～0.075％，s0.05％～0.06％，cr2.15％～2.25％，ni0.01％～0.06％，mo0.70％～0.75％，v0.5％～0.6％，cu0.40％～0.45％，mg0.0001％～0.002％，ti0.005％～0.019％，b0.015％～0.020％，al0.001％～0.002％，as0.018％～0.025％，w0.5％～0.6％，nb0.003％～0.005％，sb0.025％～0.046％，pb0.060％～0.073％，sn0.030％～0.040％，la和ce为残余量；(2)c3.10％～3.15％，si2.45％～2.55％，mn0.76％～0.85％，p0.40％～0.45％，s0.005％～0.011％，cr1.5％～1.6％，ni0.95％～1.01％，mo0.55％～0.60％，v0.20％～0.27％，cu1.10％～1.20％，mg0.060％～0.070％，ti0.15％～0.20％，b0.20％～0.28％，al0.013％～0.017％，as0.008％～0.012％，w0.14％～0.20％，nb0.04％～0.05％，sb0.035％～0.050％，pb0.014％～0.025％，sn0.10％～0.13％，la和ce为残余量；(3)c2.85％～2.95％，si1.50％～1.65％，mn0.95％～1.00％，p0.20％～0.25％，s0.0099％～0.015％，cr0.95％～1.05％，ni0.50％～0.55％，mo0.40％～0.45％，v0.18％～0.22％，cu0.70％～0.80％，mg0.040％～0.050％，ti0.055％～0.065％，b0.09％～0.12％，al0.008％～0.016％，as0.022％～0.030％，w0.03％～0.05％，nb0.03％～0.04％，sb0.075％～0.085％，pb0.010％～0.017％，sn0.085％～0.095％，la和ce为残余量；(4)c3.55％～3.65％，si2.05％～3.15％，mn1.20％～1.30％，p0.14％～0.17％，s0.043％～0.050％，cr1.15％
～1.25％，ni0.7％～0.8％，mo0.27％～0.33％，v0.30％～0.36％，cu0.50％～0.55％，mg0.008％～0.012％，ti0.045％～0.055％，b0.055％～0.072％，al0.055％～0.065％，as0.065％～0.070％，w0.25％～0.30％，nb0.02％～0.03％，sb0.045％～0.055％，pb0.003％～0.010％，sn0.20％～0.30％，la和ce为残余量；(5)c3.80％～3.90％，si0.95％～1.30％，mn1.40％～1.55％，p0.27％～0.35％，s0.011％～0.020％，cr0.60％～0.70％，ni1.40％～1.50％，mo0.17％～0.23％，v0.15％～0.20％，cu0.27％～0.33％，mg0.025％～0.035％，ti0.048％～0.075％，b0.025％～0.035％，al0.25％～0.32％，as0.035％～0.045％，w0.08％～0.12％，nb≤0.0016％，sb0.085％～0.095％，pb0.030％～0.035％，sn0.0102％～0.06％，la和ce为残余量；(6)c2.10％～2.20％，si3.47％～3.80％，mn1.60％～1.70％，p0.070％～0.090％，s0.008％～0.015％，cr0.40％～0.50％，ni2.0％～2.2％，mo0.07％～0.13％，v0.40％～0.45％，cu0.05％～0.10％，mg0.015％～0.020％，ti0.10％～0.15％，b0.005％～0.0083％，al0.50％～0.602％，as0.09％～0.11％，w0.30％～0.45％，nb0.002％～0.012％，sb0.053％～0.065％，pb0.045％～0.061％，sn0.070％～0.080％，la和ce为残余量；(7)c3.40％～3.55％，si2.30％～2.40％，mn0.60％～0.70％，p0.01％～0.02％，s0.005％～0.01％，cr0.1％～0.2％，ni0.01％～0.2％，mo0.02％～0.05％，v0.02％～0.05％，cu0.15％～0.20％，mg0.080％～0.090％，ti0.015％～0.023％，b0.002％～0.004％，al0.005％～0.011％，as0.002％～0.005％，w≤0.005％，nb≤0.001％，sb0.0048％～0.006％，pb0.0006％～0.005％，sn0.002％～0.005％，la和ce为残余量。3.根据权利要求1或2所述的低合金铸铁光谱标准样品的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)中，在冶炼前，所用原料经过检验选取并采用喷砂及机械加工方式清洁表面氧化皮及污物；优选地，所述步骤(b)中，冶炼温度为1400℃～1550℃，冶炼时间为2h～3h；优选地，所述步骤(b)中，在冶炼过程中，对于易氧化的元素，选择最佳加入条件；进一步优选地，所述易氧化的元素包括镁元素、稀土金属元素、铝元素、锰元素、硅元素；所述最佳加入条件为：铝元素及其合金在浇铸前加入，镁元素及其合金与稀土金属元素及其合金置于浇铸包中保护加入，硅元素及其合金与锰元素及其合金在其余金属完全熔清后期加入；优选地，所述步骤(c)中，浇铸前在铁水中加入0.1kg～0.5kg的金属碲或0.05kg～0.2kg的金属镁或0.5kg～5kg的金属铬；进一步优选地，所述步骤(c)中，浇铸前在铁水中加入0.1kg～0.5kg的金属碲；优选地，所述步骤(c)中，所述浇铸速度为1t/h～5t/h；优选地，所述步骤(c)中，所述铸件的模数比为0.4cm～0.6cm；优选地，所述步骤(c)中，所述模具应能使铁水中的非金属夹杂物集结在样品的表面；优选地，所述步骤(c)中，所述模具的材质包括铸铁材料、水冷铜合金材料、石墨及云母材料。4.根据权利要求3所述的低合金铸铁光谱标准样品的制备方法，其特征在于，所述步骤(d)中，调质处理的温度为500℃～600℃，保温时间为2h～20h；优选地，所述步骤(d)中，调质处理的温度为500℃～550℃，保温时间为2h～8h；
优选地，所述步骤(d)中，线切割的块状样品尺寸为φ35mm
×
30mm。5.一种根据权利要求1
‑
4任一项所述的低合金铸铁光谱标准样品的制备方法制备得到的标准样品。6.一种根据权利要求5所述的标准样品的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：(e)标准样品初检：采用分辨力为0.5db的超声波探伤仪对标准样品进行内部缺陷检验，并采用金相显微镜对标准样品进行白口化检验；(f)单元内检验：采用线切割将标准样品切割成7片，在每片的底面方向上的半径1/2处，等同心角度激发6点，将7
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6个激发点随机化后，按照方差分析两两比较法进行统计；(g)块间均匀性检验：采用光谱仪在标准样品上随机激发三点，采用单因素方差分析法，检验块间相对于块内精密度的显著性；(h)定值分析及标准值确定：从所述7个水平中的每个水平随机抽取十块所述成品块状标准样品加工成屑状，得到重量为1.5kg屑状化学样品，充分混匀，以备分析定值使用；并分析数据的平均值正态性、异常值和等精度，确定标准值，其中，标准值为各定值数据的总平均值；(i)稳定性检验：每年采用火花放电原子发射光谱法对样品进行1～3次测试；(j)成线性考察：在火花放电原子发射光谱仪上依次激发标准样品，激发3～6次得到各元素的光强值，用光强值的平均值对其对应标准值建立线性关系。7.根据权利要求6所述的标准样品的检测方法，其特征在于，所述步骤(e)中，从每个水平标准样品中起始和最后凝固部位抽取五块样品，用分辨力为0.5db的超声波探伤仪检查其内部缺陷，初检合格后，对每块样品进行超声波探伤；优选地，所述步骤(e)中，从每个水平标准样品中随机抽取五块样品，用金相显微镜放大100倍检验样品的两个端面和1/2横截面的白口化；优选地，所述步骤(e)中，用于金相显微镜检测的样品所用的腐蚀液为4％硝酸酒精溶液。8.根据权利要求6所述的标准样品的检测方法，其特征在于，所述步骤(f)中，从每个水平标准样品中最后凝固部位抽取五块样品，每块样品自下而上等距离采用线切割成7片，在每片的底面方向上的半径1/2处，等同心角度激发6点，将7
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6个激发点随机化后，按照方差分析两两比较法进行统计；优选地，所述步骤(f)中，用线切割自底部向上依次不同深度切割一片，共切割出7个面，以底面方向为激发面，依次标注为
‑
1mm面、
‑
3mm面、
‑
5mm面、
‑
10mm面、
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15mm面、
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20mm面和
‑
25mm面；优选地，所述步骤(f)中，所有抽取样品任意两片之间各元素平均值最大差值小于等于临界值。9.根据权利要求6所述的标准样品的检测方法，其特征在于，所述步骤(g)中，每个水平标准试样抽取10～20块，在arl3460直读光谱仪上，每块随机激发三点，采用单因素方差分析法，检验块间相对于块内精密度的显著性；优选地，所述步骤(g)中，当统计量f不大于临界值且不均匀度不大于0.3倍标准不确定度时，则块间是均匀的。10.根据权利要求6所述的标准样品的检测方法，其特征在于，所述步骤(i)中，所述测
试的结果按如下方法检验：如果|x
crm
‑
x
mean
|≤u，其中则稳定性良好；式中x
crm
为标准样品的特性值，u
crm
为crm证书上的不确定度；x
mean
为测量的观测值，u
mean
为测量的不确定度，k为扩展因子；优选地，在95％的置信概率下，k＝2；优选地，所述步骤(j)中，当线性相关系数r大于0.98时，证明该套标准样品的成线性良好；所述r的计算公式如下：其中，c
i
为各点的标准含量，为各点含量的平均值，i
i
为各点相应含量的光强或光强比，各点光强或光强比的平均值。

技术总结
本发明涉及光谱标准样品制备技术领域，尤其是涉及一种低合金铸铁光谱成套标准样品及其制备方法和检测方法，包括化学成分的设计，冶炼，成型，标准样品的处理及制备，标准样品初检，单元内检验，块间均匀性检验，定值分析及标准值确定，稳定性检验，成线性考察。通过本发明的方法制备得到的标准样品使用范围广，样品均匀性好，样品中夹杂物含量低，样品白口化彻底，且样品具有长期稳定性，成线性良好的特征，具有广阔的应用前景。有广阔的应用前景。有广阔的应用前景。


技术研发人员：刘鹏 张增坤 梁红艳
受保护的技术使用者：石家庄创谱科技有限公司
技术研发日：2021.08.20
技术公布日：2021/11/21