摘要：光譜分析技術(shù)建立在識別元素特征譜線的基礎(chǔ)之上。種類繁多的合金材料被廣泛應(yīng)用于國民生產(chǎn)各部門，耐高溫、高壓合金材料作為其中的一類，其常見合金元素一般為Cr、Mo、V、Ni、W、Ti、Mn、Nb等。文章旨在歸納常見合金元素的光譜分析方法，并介紹了部分應(yīng)用實例。
　　關(guān)鍵詞：特征光譜；譜線強度；看譜定性分析；看譜半定量分析
　　
　　一、前言
　　
　　種類繁多的合金材料被廣泛應(yīng)用于國民生產(chǎn)各個部門。因機(jī)組高溫高壓的運行特點，具備耐高溫、高壓和耐腐蝕特性的合金材料在發(fā)電行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。不同的合金材料，有不同的使用參數(shù)。我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電力工業(yè)鍋爐監(jiān)察規(guī)程》、《電力建設(shè)施工及驗收技術(shù)規(guī)范》以及《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》等都要求對合金材料部件進(jìn)行看譜分析，以免錯用鋼材造成事故。長期以來，發(fā)電行業(yè)機(jī)組運行參數(shù)等級不斷提高，針對耐高溫、高壓合金材料的看譜分析技術(shù)也日益完善。
　　
　　二、原理
　　
　　物質(zhì)是由元素的原子組成。不同元素的原子，其結(jié)構(gòu)不同，原子核的大小和周圍的電子數(shù)也不同。正常狀態(tài)下，原子核外各電子處于基態(tài)，分布在不連續(xù)的能級軌道之上。當(dāng)原子受到外界能量激發(fā)時，核外電子吸收能量，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。當(dāng)電子再返回基態(tài)時，兩個能級軌道之間的能量差值便以發(fā)射特征光譜的形式釋放出來。所以在一定條件下，各種元素具有各自的特征譜線。故可根據(jù)某元素的特征譜線是否存在對其進(jìn)行定性分析，通過測量該元素的特征譜線強度進(jìn)行定量分析。根據(jù)賽伯-羅馬金公式：
　　I=aCb
　　a——與試樣蒸發(fā)，激發(fā)過程等有關(guān)的條件參數(shù)。
　　b——自吸系數(shù)，其值與譜線的自吸收有關(guān)。
　　I——元素特征譜線強度。
　　C——元素濃度。
　　從理論分析可知，在特定的分析條件下，譜線強度I與該元素在試樣中的濃度成正比。鑒于a、b隨試驗條件的改變而變化，實踐中往往采用內(nèi)標(biāo)法，將元素特征譜線強度與基體元素譜線強度進(jìn)行比較，從而對比得到該元素含量。據(jù)此原理，采用看譜分析的方法，便可以對材料中的各種元素成份進(jìn)行分析測定。
　　
　　三、常用耐熱合金
　　
　　因運行溫度不同，所使用的耐熱合金材料等級各異?？偟膩碚f，目前常用的耐熱合金材料包含如下鋼號：12Cr1MoV、12CrMoV、10CrMo910、42CrMo、35CrMo、25Cr2Mo1V、25Cr2MoV、20Cr1Mo1V1A、20Cr1Mo1VTiB、20Cr1Mo1VNbTiB、16Mn、1Cr13、2Cr13、G102、T91、T92、T23、T24、X20CrMoV121、X20CrMoWV121、12Cr1Mo1WVNb、1Cr18-Ni9Ti、0Cr18Ni9、0Cr19Ni9、TP304、TP347、Super304H、HR3C等。材料品種雖多，但所需分析的合金元素一般只包含在以下幾種之中：Cr、Mo、V、Ni、W、Ti、Mn、Nb等。所以，只要掌握了以上幾種合金元素的分析方法，就可以較好的驗證分析常用的合金材料。
　　
　　四、分析方法
　　
　　根據(jù)相關(guān)規(guī)程要求，結(jié)合金屬檢驗實踐。一般來說，只需對Cr、Mo、V合金元素進(jìn)行半定量分析，Ni、W、Ti、Mn、Nb等合金元素進(jìn)行定性分析，即能準(zhǔn)確驗證材料鋼號。因此，首先必須能準(zhǔn)確識別各合金元素所對應(yīng)的特征譜線，熟悉這些譜線在光譜帶中的位置。其次還需對待驗鋼材中各種合金元素的應(yīng)有含量有一定了解，這樣才能快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行定性和半定量分析?，F(xiàn)把主要元素的分析方法簡述如下：
　　（一）鉻
　　鉻元素主要根據(jù)四組譜線進(jìn)行分析測定，可測鉻含量的范圍為0.05%%到30%。常用耐熱合金材料鉻含量在0.7-4%和12%-20%之間。所以重點掌握黃綠色區(qū)Cr5（534.58nm）、Cr6（534.83nm）、Cr7（540.98nm）和青綠色區(qū)Cr1（492.23nm）譜線。當(dāng)鉻含量在0.7%-4%時，一般用鉻二組（Cr5、Cr6）與鉻三組（Cr7）配合測定，如圖1。當(dāng)鉻含量在12%-20%時，一般用鉻四組（Cr1）進(jìn)行半定量分析，該譜線一般只在鉻含量超過8%時作為半定量依據(jù)，如圖5。
　?。ǘ┿f
　　鉬有二組譜線，可測鉬含量的范圍為0.05%到8%。常用耐熱合金材料鉬含量在0.25%-1%之間，所以重點掌握黃色區(qū)Mo3（553.30nm）和Mo4（557.05nm），如圖2。但某些低合金材料如35CrMo、42CrMo等，其鉬含量低于0.25%，此時一般用橙紅色區(qū)Mo5（603.07nm）線作定性依據(jù)，該譜線是鉬元素的靈敏線，如圖4。
　?。ㄈ┾C
　　釩有三組譜線，可測釩的含量為0.15%到2.5%。常用耐熱合金材料釩含量在0.15%-1%之間，所以要掌握紫色區(qū)V1（437.92nm）、V2（438.47nm）、V3（439.00nm）、V4（439.52nm）、V5（440.06nm）、V6（440.67nm）、V7（440.76nm）和藍(lán)綠色區(qū)V8（487.55nm），見圖3和圖5。實踐中，當(dāng)釩含量較低時，可以橙紅色區(qū)V11（603.97nm）作為分析依據(jù)，該譜線是釩的靈敏線，見圖4。
　?。ㄋ模╁i
　　錳有二組譜線，可測錳的含量為0.15%-12%，需重點掌握橙紅色區(qū)Mn9（601.35nm）、Mn10（601.66nm）和Mn11（602.18nm）譜線，見圖4。
　　（五）鎢
　　鎢有二組譜線，可測鎢的含量為1-25%，重點掌握綠色區(qū)W2（505.33nm）和W3（505.46nm）譜線，見圖6。
　?。┾?br/>　　鈦有三組譜線，可測鈦含量的范圍為0.1%-3.5%，重點掌握綠色區(qū)Ti2（498.17nm）和Ti3（499.95nm）譜線，見圖5。
　?。ㄆ撸╂?br/>　　鎳有三組譜線，可測鎳含量的范圍為1%-15%。常用耐熱合金材料鎳的含量在9%-15%之間。所以要重點掌握綠色區(qū)Ni3（503.54nm）。實踐中，不銹鋼材料中因為鉻元素含量較高，其存在往往降低鎳的靈敏性，加之鎳的譜線有閃躍現(xiàn)象。所以往往配合Ni4（508.05nm）、Ni5（508.11nm）進(jìn)行分析測定，該組譜線較之Ni3更為靈敏，見圖6。
　　（八）鈮
　　鈮有三組譜線，可測鈮含量的范圍一般為0.06%-2.0%。常用合金材料鈮的含量一般低于0.5%，所以要重點掌握綠色區(qū)Nb2（506.53nm），如圖6。
　　
　　五、應(yīng)用
　　
　　廣州發(fā)電廠近年來相繼對五臺鍋爐高溫過熱器管進(jìn)行了改造，新?lián)Q高溫過熱器管材質(zhì)為T91（10Cr9Mo1VNb），安裝前必須進(jìn)行材質(zhì)復(fù)核。首先必須了解，T91材質(zhì)成分如下：Cr含量為8.00%-9.50%，Mo含量為0.85%-1.05%，V含量為0.18%-0.25%，Nb含量為0.06%-0.10%。因此可先在黃綠色區(qū)找到Cr5、Cr6兩根譜線，Cr5譜線亮度大于Fe75，小于Fe74，Cr6譜線亮度略小于Fe70，即可確定鉻的含量達(dá)到7%-10%；然后在黃色區(qū)找到Mo4譜線，亮度與Fe87相當(dāng)，即鉬的含量達(dá)到1%左右；再在紫色區(qū)找到V1譜線，亮度稍大于Fe1，而V2譜線亮度稍小于Fe1，即可知釩的含量為0.15%-0.3%；最后在綠色區(qū)找到Nb2譜線即可確認(rèn)含鈮；從而驗證材質(zhì)符合。
　　
　　廣州發(fā)電廠緊固件螺栓以25Cr2Mo1V材質(zhì)居多，歷次大修均有部分螺栓需要更換，該材質(zhì)的光譜復(fù)核過程中，要注意與25Cr2MoV相區(qū)分。首先在黃綠色區(qū)找到Cr5、Cr6兩根譜線，Cr5譜線亮度與Fe73譜線亮度相當(dāng)，可知鉻含量約2%；然后在黃色區(qū)找到Mo4譜線，若其亮度與Fe87相當(dāng)，可知鉬含量達(dá)約1%；反之，若Mo4亮度遠(yuǎn)小于Fe87，Mo3亮度與Fe83相當(dāng)，則其鉬含量為0.3%左右，這是25 Cr2MoV與25Cr2Mo1V的顯著分別；再在紫色區(qū)找到V2譜線，亮度與Fe1相當(dāng)，即釩的含量約0.3%；從而可驗證螺栓材質(zhì)為25 Cr2Mo1V。
　　近年來，廣州發(fā)電廠在機(jī)組改造中，逐漸較多使用如1Cr18Ni9Ti、0Cr19Ni9、TP304、TP347等不銹鋼材料?？偟恼f來，不銹鋼材質(zhì)合金元素濃度高，特征譜線強度大，分析驗證較為容易?，F(xiàn)以TP347為例，首先查閱相關(guān)資料，得知其材料成分如下：Cr含量為18.0%，Ni含量為10.0%，Nb含量為0.8%。因此，可首先找到青綠色區(qū)Cr1線，其亮度大于Fe31，黃綠色區(qū)Cr6線亮度小于Fe74，據(jù)此可判定其Cr含量為15%-20%；然后再綠色區(qū)找到Ni3線，亮度稍大于Fe44，可知其含量約大于9%；然后在綠色區(qū)找到Nb2譜線；即可驗證材質(zhì)符合。
　　在對合金材料分析驗證的工作中，也發(fā)現(xiàn)過不少錯用材質(zhì)的情況。廣州發(fā)電廠員電#3機(jī)組工程中，在對汽缸進(jìn)行到貨檢查時，發(fā)現(xiàn)一段抽汽管口和兩個至低加抽汽管口所用材質(zhì)為碳鋼，而碳鋼絕不能滿足該溫度參數(shù)的運行要求。經(jīng)研究后，將其割斷并更換12 Cr1MoV材質(zhì)的管口。
　　實踐證明，只要熟練掌握特征譜線位置，選用適當(dāng)?shù)幕w譜線作為比較線，即可準(zhǔn)確驗證材質(zhì)合金成份及濃度。實際工作中，也經(jīng)常采用已知同種材質(zhì)的試樣作為標(biāo)樣，來比照驗證材質(zhì)鋼號。無論何種方法，對合金元素的分析都是先定性再定量的分析過程。
　　
　　六、結(jié)論
　　
　　大量實踐證明，看譜分析是一種便捷、有效的分析方法，在針對耐熱合金材料的材質(zhì)分析工作中得到了廣泛應(yīng)用。但看譜分析方法對人的依賴性較大，一定程度上，其準(zhǔn)確度和有效性受到了檢測人員的理論分析能力和實
　　踐經(jīng)驗的影響。因此實際工作中，對于重要設(shè)備、材料的驗收應(yīng)進(jìn)行必要的復(fù)核。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　1、王長慶等.看譜分析彩色光譜圖冊[M].山西人民