脉冲加热惰气熔融-热导法测定微氮合金中氮含量

陆向东，陈海峰，宋祖峰，付万云，王忠乐

（1.江苏永钢集团有限公司检测中心，江苏张家港 215628；2.马鞍山钢铁股份有限公司技术中心，安徽马鞍山 243000）

前言

我国热轧带肋钢筋的生产主要采用V、Nb、Ti的1 种或组合的微合金化工艺，最常用的是钒氮合金。2018 年11 月1 日热轧带肋钢筋新国标《钢筋混凝土用钢 第2 部分：热轧带肋钢筋》（GB/T 1499.2-2018）实施后，为打击余热处理钢筋冒充热轧钢筋，规定了采用金相组织的检验判定方法。在此背景下，钒氮合金开始涨价，导致热轧钢筋合金成本大幅上升。为缓解成本压力，有钢厂对钒氮合金的替代品开展研究，如富氮剂［1］、氮化钒铁［2］等，取得了一定的效果。

微氮合金是我国新近研发、应用的铁合金产品，每年产量约30 万t，且使用量逐年上升，主要应用于钢铁产品、尤其适合热轧带肋钢筋的制造。作为热轧带肋钢筋的合金原料，微氮合金可以部分替代价格昂贵的钒氮合金、硅铁、硅锰合金等，降低钢铁产品的制造成本，经济效益非常显著［3-6］。

但微氮合金中氮含量的检测国内尚没有对应的国家标准和行业标准，严重影响着公司采购验证结算。该产品的生产、服务和过程控制的有序化及该行业的发展，迫切需要制定相应标准方法填补空白。本文对微氮合金中氮含量的检测开展了研究，建立相应的标准检验方法，有利于推动该产品的研发及推广应用。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

EMGA-820W 型氧氮分析仪（日本HORIBA公司）。

氨基酸磺酸：光谱纯。

氮化锰铁：氮质量分数为5.63%。

氮化硅铁：氮质量分数为29.65%。

锡囊：∅5 mm×11 mm。

镍篮：∅7 mm×12 mm。

氦气：纯度大于99.99%。

石墨坩埚：石墨质量分数99.995%。

1.2 仪器工作条件

载气压力0.4 MPa；动力气压力0.4 MPa；脱气功率7.0 kW；分析功率5.5 kW；积分时间45 s。

1.3 试验方法

将试样置于预先升温至105 ℃±5 ℃的电热干燥箱中，干燥30 min 后取出，置于干燥器中冷却至室温。将锡囊置于电子天平上去皮重后取出，称取10 mg微氮合金试样于锡囊中，压紧挤出囊内的空气，包卷锡囊后塞入镍篮。将氧氮分析仪的加热功率调至5.5 kW，采用上加样的方式直接将包裹好的试样置于加样口进行分析。测量完毕后需检查试样的熔融情况，判断试样分析的有效性及准确性。仪器显示的质量分数乘以手动输入的相应倍数，即样品实际质量分数。同时做空白试验。

1.4 校准曲线的绘制

微氮合金没有市售的国际和国家标准样品，试验采用与样品基体尽量一致的氮化锰铁YSBC35641-2016（N 质量分数为5.63%）和氮化硅铁GBW（E）010401（N 质量分数为29.65%），用最佳分析条件下曲线校准曲线，所得校准曲线的线性良好，线性回归系数R=0.9992。微氮合金中氮质量分数（10.00%～28.00%）落在工作曲线范围（5.63%～29.65%）之内，可以保证分析结果的准确性。

2 结果与讨论

2.1 最佳分析条件的选择

为了获得最佳的分析条件，选择微氮合金试样（N质量分数为14.00%），对试样的称样量A、助熔剂镍篮的用量B、熔样功率C三个因素，分3 个水平进行正交试验，正交试验的结果见表1，对结果的分析见表2。

表1 正交试验方案

表2 氮测定数据分析

根据表2 计算的结果，最佳方案是第三个试验方案。此方案调间隙，氮的释放峰很完整，没有异常，故试验最终选择的最佳条件为：试样10 mg、助熔剂锡囊+镍篮0.5 g、熔样功率5.5 kW。

2.2 精密度试验

微氮合金没有市售的国家和国内标准样品，在最佳试验条件下，选用微氮合金1#试样（N质量分数为24.2%）和氮化硅铁GSB03-2469-2008（N 质量分数为28.2%），进行10 次重复测试，氮的分析结果见表3。

表3 精密度试验结果 %

由表3 可见，该方法对于微氮合金和氮化硅铁中氮的测定结果的RSD%分别为0.53%、0.97%，均在2.0%标准要求以下，表明本方法的精密度较好。

2.3 回收率试验

采用回收率试验来验证方法的准确度。选取3个微氮合金试样和1 个氮化硅铁标准样品，试验中加入适量的氨基酸磺酸进行回收率试验，结果见表4。

表4 回收率试验结果 %

由表4 可见，4 个样品氮元素的回收率在98.7%～101.5%之间，平均回收率为100.02%，表明本方法具有较好的准确度。

3 结论

本文建立了脉冲加热惰气熔融-热导法测定微氮合金中氮含量的检测方法，本方法准确可靠、简便快速，能够满足常规生产检验的分析需求。