공구강 용강의 화학 성분이 시험되는 방법

네 가지 방법, 하나가 아님

공구강 등급을 정의하는 원소들은 여러 기법에 걸쳐 나뉩니다. 합금 원소와 일반 불순물은 제강소 실험실의 주력인 스파크 방출 분광법으로 보고됩니다. 탄소와 황은 고온 연소법으로 측정되는데, 이는 방출 광원이 이 두 원소를 다루기 어려워하기 때문에 이 두 원소의 기준 방법입니다. 산소, 질소, 수소는 불활성 가스 융합법으로 측정되며, 어떤 방출 방법도 이들에 도달하지 못합니다. X선 형광법은 반정량적 답을 위해 표준물질이 전혀 필요 없는 독립적인 기법으로 함께 있습니다.

이들 사이에서 강 용강의 화학 성분을 다루는 네 가지 방법. ASM Handbook, Volume 10의 세 원문 기사에서 편집됨.

증명서에 대한 결과는 그 행들이 서로 다른 시료 형태에 대한 서로 다른 방법에서 나왔다는 것이며, 이는 정상입니다. 중요한 것은 고객이 그 행 중 하나를 재검사할 때입니다. 예를 들어 탄소는 방출법, 연소법 또는 전용 글로우 방전 설정으로 보고될 수 있으며, 이 세 경로는 동일한 불확실성을 가지지 않습니다.

용강이 어떻게 시료 채취되고 분석되는가

스파크 방출법은 금속의 원소 분석에 가장 빠른 경로이며, 철강 산업이 이를 사용하는 이유를 설명합니다. 용강 생산 중에 금속을 시료 채취하고 용융 시료를 냉각시킵니다. 냉각된 시료에 평평한 표면을 연마하거나 샌딩한 후, 추가 준비 없이 스파크 광원에 넣습니다. 분석이 실행되고, 결과는 합금 첨가물을 범위 내로 조정할 수 있도록 용광로로 바로 돌아갑니다. 시료 채취와 분석을 합쳐 최대 몇 분이 걸립니다.

그 속도가 이 방법이 용광로에서 신뢰받는 이유이며, 또한 그 한계가 중요한 이유이기도 합니다. 시료는 스파크의 한 전극을 형성하고 텅스텐 핀이 다른 전극을 형성하므로, 재료가 전도성을 가져야 합니다. 스파크는 보통 흐르는 아르곤 차폐 내에서 실행되며, 이는 방전이 훨씬 더 재현성 있게 발생하도록 하고 비안정화 스파크에 비해 연소 면적을 10배 줄입니다. 빛은 즉시 기록되지 않습니다. 약 1분의 예비 연소 기간이 새로운 전극 표면을 조성한 후, 대부분 원소의 방출은 스펙트럼을 기록하는 데 필요한 30초 동안 상당히 일정하게 유지됩니다.

그 예비 연소의 이유는 고객이 때때로 보게 되는 불일치의 메커니즘이므로 알아둘 가치가 있습니다. 스파크 열에서의 방출은 스파크가 표면을 조성함에 따라 몇 분 내에 변하며, 이 행동을 스파킹오프라고 합니다. 그 정확한 형태는 스파크 매개변수, 시료 조성, 시료 상 구조, 표면 상태, 스파킹 분위기 및 연소 면적에 따라 달라집니다. 전극의 조성과 상 구조가 입력 중 하나이므로, 원소의 방출 결과는 매트릭스 의존적이며, 실제로 사용되는 보정은 미량 원소의 선 강도를 주성분인 철의 선에 대해 비율화하는 것입니다. 이는 시료 간 시료 채취 및 여기 변동을 보상하며, 하나의 가정을 수반합니다. 그 가정은 기준 원소가 미량 성분과 동일한 방식으로 시료 채취되고 여기된다는 것이며, 이는 조성이 벌크와 크게 다른 개재물을 함유한 강에서 항상 안전하지는 않습니다.

교정은 방출 결과가 성공하거나 실패하는 지점입니다

그 중 어느 것도 기기가 화학 조성과 물리적 형태 모두에서 미지 시료와 밀접하게 일치하는 표준물질에 대해 교정되지 않았다면 사용 가능한 수치를 산출하지 못합니다. 스파크 분석을 운영하는 실험실은 분석하는 모든 재료 유형에 대한 표준물질 세트를 보유해야 하며, 원문은 스파크 표준물질이 쉽게 생산되지 않고 일반적으로 국가 참조 물질 공급업체나 민간 회사에서 구매해야 한다고 단호히 말합니다. 저합금강 표준물질에 대해 검사된 공구강 용강은 그것을 설명하지 않는 곡선에서 측정되고 있는 것입니다.

방출 분광법은 또한 볼 수 있는 원소에 대해 확고한 한계를 가지고 있습니다. 질소, 산소, 수소, 할로겐 및 희가스는 광학 방출로 측정하기 어렵거나 불가능한 것으로 나열됩니다. 모든 방출 방법은 또한 동일한 일반적인 주의사항을 수반하는데, 그것은 그 응답이 매트릭스에 의존한다는 것입니다. 이것이 공구강의 질소 또는 산소 함량에 대한 증명서 행이 크롬 행과 동일한 기기에서 나올 수 없는 이유입니다.

연소법에 의한 탄소와 황

연소 분석은 다른 방법의 논리를 뒤집습니다. 시료를 여기시키는 대신, 태웁니다. 1 g 이하의 칭량된 시료를 촉진제와 함께 세라믹 도가니에 넣고 산소 흐름 속에서 1370~1425 °C로 가열합니다. 탄소는 일산화탄소와 이산화탄소로, 황은 이산화황으로 빠져나가며, 둘 다 적외선 흡수 또는 열전도도로 측정되어 시편 중량의 백분율로 보고됩니다. 시료가 준비되면 분석은 40초에서 2분이 걸립니다.

촉진제는 선택 사항이 아니며, 그 선택 규칙은 실험실이 자신이 무엇을 하는지 아는지 확인하는 데 유용할 만큼 구체적입니다.

연소 촉진제 및 각각의 기여. 출처: Table 1 of 고온 연소, ASM Handbook, Volume 10.

낮은 수치가 실제인지 결정하는 두 가지 추가 세부 사항이 있다. 시료 이외의 모든 곳에서 유래하는 탄소 또는 황으로 정의되는 바탕값은 산소 공급, 도가니 또는 보트, 촉진제에서 발생할 수 있으며, 시스템과 소모품 등급에 따라 0.010~0.0005% 범위이다. 자동 분석기는 이를 보정하며, 수동 또는 반자동 분석기는 이를 빼야 한다. 또한 시편은 균질해야 하는데, 이 방법은 파괴적이며 연소된 조각의 총량을 보고하기 때문이다.

불활성 가스 융합에 의한 산소, 질소 및 수소

불활성 가스 융합은 세 가지 기체에 대한 방법이다. 2g 이하의 시료를 흑연 도가니에서 융합하고, 임펄스 전류 또는 고주파 유도에 의해 2500~3000 °C로 가열한다. 이 온도에서 기체와 금속 사이의 결합이 분해되고, 도가니 자체가 산소를 흡수하는 탄소를 공급한다. 수소와 질소는 H₂ 및 N₂로 방출되고, 산소는 일산화탄소로 방출되며, 불활성 캐리어 가스가 이를 열전도도 또는 적외선 검출기로 운반한다. 헬륨은 질소 또는 질소와 산소의 일반적인 캐리어이며, 질소 또는 아르곤은 산소 또는 수소 단독의 경우에 사용된다.

불활성 가스 융합으로 측정되는 세 가지 기체, 이들이 공구강에 유입되는 이유 및 그곳에서 하는 일. 출처: 불활성 가스 융합, ASM Handbook, Volume 10.

이 시험의 시료 취급에는 쉽게 어길 수 있는 규칙이 있다. 재료를 크기에 맞게 절단해야 하며, 특히 산소 및 수소 작업의 경우 절단부를 냉각 상태로 유지해야 하는데, 절단 중 가열은 시료에서 수소를 배출하고 표면을 산화시켜 둘 중 하나가 수치를 변화시키기 때문이다. 또한 시편은 투입 과정에서 질화물, 산화물 또는 수소화물로 오염되지 않아야 한다. 공구강의 경우 수소 수치가 사용상 결과를 초래하는데, 수소가 유발하는 내부 균열이 인발, 압연 또는 단조 후 냉각 중, 즉 봉재를 만든 공정 중에 나타나기 때문이다.

독립적 확인으로서의 X선 형광

X선 형광은 발광과 다른 물리적 원리로 작동하므로 제2의 의견으로 유용하다. 시료가 조사될 때 방출하는 특성 X선을 측정하며, 벌크 고체, 분말, 압축 펠릿, 유리, 융합 디스크 및 액체에 적용되고, 많은 시료에서 표준 없이도 반정량적 결과를 제공하며, 벌크 작업의 검출 한계는 X선 에너지와 매트릭스에 따라 수 ppm에서 수십 ppm 범위이다.

그 한계도 잘 문서화되어 있다. 원자 번호가 나트륨 미만인 원소에는 특수 장비가 장착되지 않는 한 적합하지 않으며, 그 경우에도 기껏해야 탄소까지이다. 따라서 공구강 성적서의 탄소 수치를 뒷받침하는 방법이 될 수 없다. 시료 준비는 분석에서 가장 중요한 단계이자 가장 자주 소홀히 여겨지는 단계로 설명된다. 표면 거칠기는 일반적으로 고에너지 방사선의 경우 100 μm까지 허용되지만 약 2 keV 미만에서는 20~40 μm로 낮춰야 하며, 연한 금속은 연마 중 표면에 번져 시료를 측정 대상 원소로 코팅하여 높은 결과를 반환한다. 납 또는 쾌삭강을 공구강과 같은 방식으로 연마하는 실험실은 자체 준비 상태를 측정하는 것이다.

글로 방전 소스는 동일한 작업을 위한 세 번째 옵션이며, 일상적 제어에 중요한 두 가지 측면에서 스파크보다 우수하다. 작업 곡선이 더 선형적이고 매트릭스 의존성이 적으며, 전자적으로 더 단순한 소스에서 더 좁은 선의 깨끗한 스펙트럼을 생성한다. 반면 O링에서 진공을 유지할 수 있을 만큼 평평하게 연마된 깨끗한 시료가 필요하며, 스파크는 거친 샌딩만 된 시료에서 대기압으로 작동한다.

공구강 주문에 있어 이것이 의미하는 바

성적서의 화학 조성은 일련의 결과이며, 등급을 결정하는 원소들이 모두 같은 방식으로 측정되는 것은 아니다. 한 공구강을 다른 공구강과 가장 많이 구분하는 원소인 탄소는 연소 측정 또는 전용 글로 방전 측정이며, 일상적인 스파크 판독이 아니다. 크롬, 몰리브덴, 바나듐 및 텅스텐은 발광에서 얻는다. 청정도와 내부 균열 위험을 좌우하는 산소, 질소 및 수소는 불활성 가스 융합에서 얻으며 별도로 보고되거나 전혀 보고되지 않을 수 있다.

따라서 조성을 확인해야 할 때 물어볼 가치가 있는 두 가지 질문은 각 행을 생성한 방법과 교정에 사용된 표준이다. 일반적인 공구강 계열의 조성 범위는 다음에 표로 정리되어 있다: 공구강 조성 차트, 개별 등급 시트는 다음에: D2 강철 구성 그리고 H13 강 조성, 기체 및 개재물 수준을 얼마나 낮출 수 있는지 결정하는 용해 경로는 다음에서 다룬다: ESR 공구강. 탄소 수치가 규격의 핵심인 분말 야금 등급은 다음에 정리되어 있습니다 PM 고속도강 조성. 당사 자체 창고에서 출고 시 수치를 어떻게 처리하는지는 다음에 명시되어 있습니다 공구강 품질을 관리하는 방법, 조성 범위별 등급은 다음 아래에 있습니다 냉간 작업 그리고 high speed 공구강, 카탈로그는 다음에 있습니다 공구강, 그리고 증명서 관련 문의는 다음을 통해 당사에 직접 하실 수 있습니다 문의 페이지.

출처: ASM Handbook, Volume 10, Materials Characterization, ASM International, 1986.