ICS 77.080.01 H 11 团 体 标 准 T/CSTM 00 012-2017 钢铁 多元素成分及状态分布表征 激光诱导击穿光谱原位统计分布分析方法 Iron and steel --Characterization of distribution of multi-element contents and status --Original position statistic distribution analysis method of laser induced breakdown spectroscopy 2017-12-29 发布 2018-03-01 实施 中 关 村 材 料 试 验 技 术 联 盟 发布 CSTMhQÆQl^Ou(T/CSTM 00012 -2017 I 前 言 本部分按照 GB/T1 .1—2009给出的规则起草。 本标准由中国材料与试验团体标准委员会综合领域委员会提出。 本标准由中国材料与试验团体标准委员会综合领域委员会归口。 CSTMhQÆQl^Ou(T/CSTM 00012 -2017 1 钢铁 多元素成分及状态 分布表征 激光诱导击穿光谱 原位统计分布 分析方法 警示——使用本标准的人员应有正规实验室工作的实践经验。本标准并未指出所有可能的安全问 题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。 1 范围 本标准规定了激光诱导击穿光谱原位统计分布分析方法表征钢铁中多元素成分及状态分布 。 本标准适用于 表征钢铁中多元素 的含量分布、 位置分布和状态分布。 可进行含量频度统计分布表征， 偏析统计分布 表征，表观致密度统计分布 表征，统计符合度表征 以及夹杂物种类、含量和粒度的统计分 布表征。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 21834- 2008 中低合金钢 多元素成分分布 的测定 金属原位统计分布分析法 3 原理 采用激光诱导击穿光谱（ LIBS）技术针对相对运动的样品实施激光光谱原位统计分布分析，将激 发的发射光谱色散成特定波长的谱线，对选用的参比线和分析线的发射谱线强度进行测量，根据标准样 品制作的校准曲线，得出分析样品测量区域内各待测元素的含量。同步获取激发位置信息。经过统计分 布分析，得到扫描分析范围内用于评价元素分 布的各种信息：含量二维等高图、含量三维视图、含量线 分布图、含量 -频度分布图、表观致密度分布图、最大偏析度、统计偏析度、统计符合度、平均表观致 密度以及夹杂物种类、含量和粒度分布等。 4 仪器设备 4.1 激发光源 激发光源是能提供一个能量可控、频率可调，并能长时间连续稳定产生激光的系统。 4.2 激光聚焦光路 将激光光源发出的激光聚焦于样品表面，主要由准直镜（组）、光阑、聚焦镜（组）等构成。 4.3 三维移动载物台 能够放置和激发样品，并能支持样品连续移动的机械移动载物台。需要时，该装置可使用低气压高 CSTMhQÆQl^Ou(T/CSTM 00012 -2017 2 纯氩气进行气氛保护。 4.4 分光系统 由准直透镜、入射狭缝、光栅等组成，光经过准直透镜进入入射狭缝、光栅分光，各自元素的特征 谱线进入光电倍增管（ PMT） 、电荷耦合元件 (CCD)等光谱检测器。 分光系统的一级光谱色散率的倒数应小于 0.6nm/mm ，波长范围通常为 170.0nm~420.0nm 。若分析 C,P,S等短波元素，需要采用充惰性气体系统或真空系统，采用真空系统时分光计的真空度应小于 3Pa。 4.5 信号采集系统 信号采集系统可以高精度采集激发区域内的所有光谱信号，并加以存储。 4.6 扫描系统 样品根据扫描预设路线 ，实现区域内线 、面扫描分析 。 4.7 数据处理系统 由于每个激光脉冲信号与激发位置的状态相关。 该系统将由高精度 采集系统采集存储的大量 光谱信 号强度进行数理统计分析， 即可得到与原始位置相对应的元素成分位置含量分布及相关缺陷状态分布的 信息。 该统计分析方法处理系统以含量二维等高图、含量三维视图、含量线分布图、含量 -频度分布图、 表观致密度分布图以及夹杂物分布图来直观表征待测元素在样品中的分布规律，并 以平均含量、 最大偏 析度、统计偏析度、统计符合度、平均表观致密度以及夹杂物种类、含量和粒度来表征其分布规律。 5. 标准样品、标准化样品和控制样品 5.1 标准样品 标准样品用于在 激光诱导击穿光谱 原位统计分布分析中绘制校准曲线。 标准样品应选用有证标准样 品/物质，各分析元素含量应有梯度且覆盖被测样品元素含量范围。所选择的标准样品应与被测样品的 类型接近。标准样品的面扫描采样斑点数不少于 9个。 5.2 标准化样品 标准化样品用于校正仪器的漂移。标准化样品应均匀。当使用两块样品标准化时，其含量分别取每 个元素校准曲线上限和下限附近的含量。其分析条件同标准样品一致。 5.3 控制样品 控制样品是与分析样品有相似的冶金工艺过程和化学成分，且样品成分均匀分布。必要时，可用于 对分析样品测定结果进行校正，以控制测定结果的准确性。其分析条件同标准样品一致。 6. 试验样品 6.1 试样类型 试验样品分为直接分析样品和需要取制样样品。 CSTMhQÆQl^Ou(T/CSTM 00012 -2017 3 6.2 取样 需要取样的样品，按分析要求，从试样待分析部位截取形状规整以方便夹持的样品，样品分析面 通常包含某些特征区域如板坯的中心、方坯的中心等。 具体取样方法见 GB/T 21834 -2008附录 B.1。 6.3 制样 针对取样样品进行切割和表面处理：采用线切割或锯床对样品进行切割，制备出尺寸合适的样品， 样品表面应尽可能保持光洁。 用磨床或铣床对样品表面进行加工，加工 后的样品表面应平整、保持洁净，样品表面粗糙度 Ra应 小于0.3μm。没有磨床或铣床时，按分析样品的要求配置磨样设备， 建议磨样材料的粒度 应小于48μm， 磨样材料通常为氧化铝、氧化锆 或碳化硅，磨样时应尽量避免磨样材料对被测元素的污染。 7 仪器的准备 激光诱导击穿光谱原位统计分布分析仪的实验室应防震、 洁净， 一般室内温度应保持在 25℃ 2℃， 相对湿度应在 40%~70% 。 7.1 仪器的稳定 为使仪器工作稳定，开始工作前应使激光器有适当的通电时间。使光学系统加热至恒温，在采用真 空光学系统 时，真空度小于 3Pa。 长时间停机后重新开机，一般应保证通电时间不少于 4小时。 分析工作前应先激发一块样品，确保仪器稳定后开始分析。 7.2 光学系统的检查 准直透镜 应定期清理，光路应定期校准。 8 试验步骤 8.1 标准样品及工作条件的选择 根据样品的种类 和化学成分，选择标准样品、标准化样品。 根据样品的分析元素和含量范围，选择参比线、分析线、激发参数等工 作条件。 8.2 校准曲线的绘制 在选定的工作条件下，扫描激发一系列标准样品，以每个待测元素的绝对强度或相对强度与标准样 品中该元素的含量绘制校准曲线。 8.3 校准曲线的标准化 应定期采用标准化样品对校准曲线进行标准化，标准化的间隔时间取决于仪器的稳定性。必要时， 可进一步使用与待测样品成分、冶金工艺相近的控制样品。 8.4 测量结果的控制 对标准样品进行扫描测量，确定分析结果的准确性和可靠性。 8.5 样品分析 CSTMhQÆQl^Ou(T/CSTM 00012 -2017 4 根据需要确定分析样品的取样区和扫描区， 采用与绘制校准曲线 相同的工作条件对样品进行激发并 保存数据。 9 试验数据处理 根据各元素的绝对强度或相对强度，从校准曲线上计算出扫描区域内各元素含量。经过统计分布分 析，得到扫描分析范围内用于评价元素分布的各种信息：含量二维等高图、含量三维视图、含量线分布 图、含量 -频度分布图、表观致密度分布图、最大偏析度、统计偏析度、统计符合度、平均表观致密度 以及夹杂物种类、含量和粒度分布等。 激光诱导击穿光谱原位统计对含量分布、位置分布表征 方法见附录A。 激光诱导击穿光谱原位统计分布分析法的统计偏析度与硫印评级的定量关系见附录 B。 激光诱导 击穿光谱原位统计状态分布表征 方法见附录C. 注：针对不同钢种、不同工艺、不同类别的夹杂物，需针对性进行实验，制定相应的细则。 10 试验报告 试验报告应包括以下内容： a） 识别试验样品所需的全部资料； b） 所使用的标准（包括发布或出版年号） ； c） 试验结果，包括各单次试验结果和平均值 ； d） 试验中观察到的异常现象； e） 任何本部分中未规