脉冲加热惰气熔融法测定不锈钢中氧、氮不确定度的评定

脉冲加热惰气熔融法测定不锈钢中氧、氮不确定度的评定

陶,智

山东省冶金科学研究院有限公司，山东  济南 250014

摘要：本文依据GB/T20124-2006和GB/T11261-2006，分析和讨论了脉冲加热惰气熔融红外法测定不锈钢中氧、脉冲加热熔融热导法测定不锈钢中氮含量的各种不确定度因素，评定了不锈钢中氧、氮的测量不确定度，为提高氧氮的测量可靠性提供了分析依据。

关键词：元素分析仪、不锈钢、氧氮含量、不确定度

Evaluation of Uncertainty in Determination of Oxygen and Nitrogen in Stainless Steel by Pulse Heating Inert Gas Melting

Tao Zhi

(Shandong Metallurgical Research Institute Co., Ltd.,Jinan 250014,China)

Abstract: According to GB/T20124-2006 and GB/T11261-2006, the uncertainty factors of determination of oxygen in stainless steel by pulse heating inert gas melting infrared method and determination of nitrogen in stainless steel by pulse heating melting thermal conductivity method are analyzed and discussed, and the uncertainty of measurement of oxygen and nitrogen in stainless steel is evaluated. It provides an analytical basis for improving the reliability of oxygen and nitrogen measurement.

Key words:Elemental analyzer；Stainless steel；Oxygen nitrogen content；Evaluation of uncertainty；

1  前  言

不锈钢（Stainless Steel）是不锈耐酸钢的简称，广泛应用于耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等，还应用于食品机械、制药机械等卫生级设备。

氧氮元素严重影响着不锈钢的材料性能，氧在钢中易形成夹杂物，降低钢的机械性能、疲劳寿命、冲击韧性以及切削性，加剧钢的热脆性。钢中残留的氮含量较高时，会导致钢宏观组织疏松、甚至形成气泡，氮还是导致钢产生蓝脆的主要原因。因此，氧氮含量检测的准确性至关重要。

测量不确定度是表征合理地赋予被测量值的分散性，是与测量结果相联系的参数，是用来表征被测量之值所处范围的一种评定。能否合理地评定测定结果的不确定度是分析检验机构能力的重要体现，同时也是衡量检测结果正确度的手段。测量不确定度与特定的检测方法有关。实验室中对不锈钢中氧、氮化学成分分析一般使用氧氮联合测定仪。

2  仪器分析原理

本实验采用LECO的TCH600氧氮氢联合测定仪，其工作原理为试样装入石墨坩埚中，在氦气气流中高温加热熔融，氧呈一氧化碳析出，导入红外线检测器进行测定。氮以分子形态被提取在氦气流中，与其他气体提取物分离后，经热导池测量。与标样的输出信号比较后，得出试样含量。

3  分析参数

设备：TCH600氧氮氢联合测定仪，电子天平。

环境：环境温度25℃，湿度30%。

试样：采用球状试样，经四氯化碳或丙酮超声清洗后晾干。

实验方法：GB/T20124-2006《钢铁 氮含量的测定惰性气体熔融热导法》；GB/T11261-2006《钢铁 氧含量的测定脉冲加热惰气熔融-红外线吸收法》

4  不确定度的评定

4.1 数学模型的建立

式中 m0——待测样品的称样量；

c1、m1——标准物质的氧或氮含量和称样量。

4.2 不确定度的来源

氧氮含量的不确定度来源于：测量的重复性引起的不确定度；天平称量引起的不确定度，标准物质引起的不确定度；仪器示值误差引起的不确定度。

4.3 不确定度的评定

本次实验测定同一样品8组，得到元素含量见表1。本次实验以氧含量的不确定度评定为实例展开研究，氮含量的不确定度评定原理相同。

表1 氧氮含量测定结果

4.3.1被测样品测量重复性引起的不确定度urel(s)

依据被测样品数据，氧元素8次测量的平均值为0.00373%，标准偏差S=0.0000609%，重复测量的标准不确定度：

相对标准不确定度为：

urel(s)=0.000022/0.00373=0.0059

4.3.2天平称量引起的不确定度urel(m)

天平称量引起的不确定度包括被测样品称量（m1）的不确定度，以及标准物质称量（m2）的不确定度。

查阅所使用的天平的检定证书，测量使用的电子分析天平的称量误差为±0.1mg，按均匀分布，单次称量的标准不确定度为=0.058mg，称量一个样品使用两次天平（一次空盘，一次样品），按照称样量为1.0g计算则，

u(m1)==0.082mg

urel(m1)=0.082/1000=0.000082

标准物质称量的不确定度与样品称量的不确定度原理相同，

urel(m2)=0.082/1000=0.000082

天平称量样品质量和标准物质质量引入的相对标准不确定度为

4.3.3标准物质引起的不确定度urel(ω)

测量过程使用美国NIST的标准物质SRM1091a校准仪器，将该标准物质测量3次，将测量平均值校准为标准值。查阅标准物质证书已知该标准物质的标准值为0.0132%，标准偏差为0.00031%，则由标准物质引入的不确定度分量为ui=0.00031%

重复测量3次的值分别为0.0133%，0.0132%，0.0134%，则标准物质重复测量平均值的不确定度为

由标准物质引入的不确定度为

相对不确定度为：

4.3.4仪器显示值误差引起的不确定度 urel(R)

测量时仪器所能显示的最小值为 0.00001%。则每个样品由仪器的显示值误差引入的相对不确定度为：

5  合成标准不确定度的计算

表2不确定度分量

则合成标准不确定度：

氧元素的相对合成标准不确定度为：

u=0.00373%×0.0308%=0.000115%

6  结  论

采用惰气熔融热导法测试不锈钢中氧氮含量，在取k=2，95%包含概率的前提下，氧扩展不确定度为0.00023%，氮含量扩展不确定度为0.002%。不确定度评定中，仪器校准和标准物质为主要影响因素，仪器分辨率、天平称重引入的不确定度较小，在评定中应抓住大的影响因素，小影响因素可以不必过多考虑，且过程中不得重复评定。

参考文献

[1]GB/T20124-2006《钢铁 氮含量的测定惰性气体熔融热导法》

[2]GB/T11261-2006《钢铁 氧含量的测定脉冲加热惰气熔融-红外线吸收法》

[3]JJF 1343-2022《标准物质的定值及均匀性、稳定性评估》

作者简介：陶智，男，1997年生，现为山东省冶金科学研究院有限公司助理工程师，主要从事标准物质研发工作。

通讯地址：山东省济南市历下区解放东路66号  250014

手机号：13245381905   电子邮箱：sdlwtz89@163.com