專利名稱：鋼成分的分析方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及分析鋼的化學成分的方法及其裝置。
鋼的成分組成對鋼的性質影響很大，其組成分析在質量管理上是不可缺少的。在吹氧煉鋼時，吹煉時間很短，為15分鐘左右。在吹煉末期進行鋼水的成分分析，然后將該數(shù)據(jù)反饋，使鋼組成及鋼水溫度按照預定范圍進行作業(yè)管理。因此，對分析時間則要求以秒為單位的迅速。而且，鋼的特性隨其組成和熱處理而變化。通過設定判明其組成后的嚴密熱處理條件，就可制出具有均勻特性的鋼。
作為先有的分析方法，主要是JIS-G-1253中規(guī)定的火花和電弧放電激勵的發(fā)射光譜分析。這種方法中，由于通過狹縫后將放電發(fā)射的光進行分光，因而不能使放電位置固定。因此，必須將分析試樣設置在其固定的放電位置上，而且為了確保分析精度，還必須規(guī)定試樣的放電部位是平滑面。為了滿足這些條件，先有技術的鋼片在分析時，首先要從鋼片上切下需要大小的小鋼塊，加工后將分析面精整成平滑面。因此在試樣調制作業(yè)時需要頗多的勞力和時間。然而，隨著鋼材制造技術的變遷，省略這種耗時的試樣調制、迅速獲得分析結果的重要性變得極為重要。
迅速分析的嘗試之一是，在任何發(fā)射光譜分析法中將發(fā)射部分和分光部分在位置上分開，用光導纖維將放電發(fā)射的光送向分光部分的方法。然而，用這種方法時，僅僅是放電位置比較自由，但要求平滑面，并且由于放電特性受試樣溫度影響，因而還要求對其進行控制。此外，該方法中還有光導纖維的透過率問題，200nm以下波長的透過率是極低的，作為鋼的重要成分C、P、S的分析光譜不能透過，因此這些元素無法分析。
解決這種試樣溫度和光透過問題的方法是，投射高密度能量使母試樣的一部分蒸發(fā)后取微粒子試樣，用惰性氣體將該微粒子試樣送至發(fā)射光譜分析裝置。在特公昭62-14773號公報中公開了使用等離子弧作為高密度能量的裝置。
按照上述公報，將裝有等離子發(fā)射管的微粒子發(fā)生用圓筒覆蓋在大型試樣上，通過等離子弧加熱使試樣的一部分蒸發(fā)。在圓筒上吹入運送用氣體，圓筒與大型試樣相接的一端做成水平面，使圓筒內(nèi)保持氣密性，蒸發(fā)的試樣呈微粒子狀，借助于運送用氣體通過細管送到發(fā)射光譜分析裝置進行分析。而且還公開了選擇等離子弧作為投射能量的理由是成分的蒸發(fā)速度快。
然而，一旦將上述公開的技術適用于實際試樣時，還有許多問題。其一是，取樣的微粒試樣和母試樣之間出現(xiàn)組成的差異，因而不能得到充分的分析精度和準確度。
另一問題是，試樣是熱鋼片時，不言而喻，熱鋼片是無法進行分析的。
也就是，當對象是平滑而且是清潔的試樣時，可以采用該裝置;但是作為熱鋼片，在表層生成氧化膜，而且在該氧化膜下產(chǎn)生脫碳層等氧化影響部位。該部分的組成與母材的組成不同，因此必須除去，這是不言而喻的。如果想用等離子發(fā)射來除去，則發(fā)射部位的周圍就會熔解。因此，該部分很容易與內(nèi)部母材混合，即使反復發(fā)射，溶解部分自身也不會與母材組成一致。
此外，作為軋制前的熱鋼片，由于連續(xù)鑄造時產(chǎn)生的稱為振動標記(oscillation mark)的凹凸和切斷時產(chǎn)生的凹凸，表面形狀不平滑。因此，如果端面使用水平的微粒子發(fā)生圓筒，從圓筒和試樣之間的間隙泄漏出運送用的氣體，到達等離子發(fā)射光譜分析裝置的氣體量就會變動。這種變動會影響等離子弧焰內(nèi)的激發(fā)狀況，從而降低分析精度。
另一方面，在惰性氣體氣氛的試樣室中對塊狀試樣進行激光照射，使其一部分氣化從而微?；?，將該微粒導入ICP(Inductively coupled plasma)(電感耦合等離子體)分析裝置等中使之發(fā)射或離子化后進行分析的方法(稱為激光/ICP分析)也是已知的。用此方法時，碳的分析精度方面尚有疑問，在鋼成分分析中不實用，但可使操作時間縮短，例如，特開平3-167446號公報公開了，通過試樣室的下半部可以滑動，使進入試樣室的塊狀試樣裝卸和位置調整容易的試樣交換裝置。然而，特開平3-167446號公報的技術，在試樣的切斷調制不可避免的前提下有了改良，可以縮短一些時間，但不能大幅度地迅速提高。
本發(fā)明的目的在于提供能以高精度和高準確度迅速分析化學成分的鋼成分的分析方法及其裝置。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供由以下工序構成的鋼成分分析方法(a)為調整鋼片的取樣面的形狀，對表面進行機械磨削的第1磨削工序;
(b)使開口端具有密封部位的小室與取樣面接觸，從而覆蓋該取樣面的工序;
(c)將惰性氣體導入該小室內(nèi)部的同時，為了除去附在鋼片表層的污物和表層上生成的氧化層，對經(jīng)過機械磨削的該試樣面進行磨前的第2磨削工序;
(d)在第2磨削工序中，對經(jīng)過磨削的試樣面輸入脈沖化的108W/cm2以上的能量，從而產(chǎn)生微粒子的工序;
(e)將該微粒子利用導入該小室內(nèi)部的惰性氣體來運送，并將其導入激發(fā)分析裝置的激發(fā)焰的工序。
本發(fā)明還提供具有以下構成的鋼成分分析裝置(a)為調整鋼片取樣面的形狀，對表面進行機械磨削的第1磨削手段;
(b)使密封部位與取樣面接觸，以致在覆蓋該取樣面的開口端上具有密封部位的小室;
(c)該小室在側面具有惰性氣體的流入口及流出口;
(d)從該流入口將惰性氣體導入該小室內(nèi)部的同時，為了除去附在鋼片表層上的污物和在表層上生成的氧化層，對該取樣面進行磨削的第2磨削手段;
(e)在用第2磨削手段磨削過的取樣面上輸入能量，從而產(chǎn)生微粒子的手段;
(f)對由該小室的流出口送出的該微粒子進行分析的激發(fā)分析裝置。
此外，本發(fā)明還提供由以下工序構成的鋼成分分析方法(a)取一部分鋼水使之凝固，準備塊狀試樣的工序;
(b)將該塊狀試樣以赤熱狀態(tài)直接裝入惰性氣體氣氛試樣室中的工序;
(c)在試樣室內(nèi)的塊狀試樣表面上照射脈沖激光從而產(chǎn)生微粒子的工序;離表面25μm以上的深處產(chǎn)生的微粒子是成分分析的對象試樣;
(d)利用惰性氣體將該微粒運送至電感耦合等離子分析器的運送工序;
(e)用電感耦合等離子分析器對該微粒子進行成分分析的工序。
本發(fā)明還提供具有以下構成的鋼成分分析裝置(a)容納塊狀試樣的試樣室，該試樣室由分析小室部分、試樣保持部分、連通分析小室部分和試樣保持部分的露出孔構成，塊狀試樣被裝載在試樣保持部分的底面;
(b)試樣保持部分的底面具有與塊狀試樣底面基本相同的曲面;
(c)對該塊狀試樣照射脈沖激光以致產(chǎn)生微粒子的激光振蕩器，該激光通過分析小室部分、露出孔，照射到塊狀試樣上;
(d)將惰性氣體導入試樣室、將產(chǎn)生的微粒子運送到試樣室外;
(e)對運送的微粒子成分進行分析的電感耦合等離子分析器。
本發(fā)明還提供由以下工序構成的鋼成分分析方法對鋼材表面按線狀照射脈沖激光，從而產(chǎn)生微粒子的工序;
利用惰性氣體將產(chǎn)生的微粒子運送至檢測器的工序;
用該檢測器分析微粒子的成分的工序;成分的推移可按激光的照射線得到，由該成分的推移檢測出異常部分。
以下說明附圖。


圖1是本發(fā)明的實施方案1的鋼成分分析裝置的概念圖。
圖2所示曲線表示實施方案1中二次磨削的磨削深度和相對于碳分析值的內(nèi)部碳量比之間的關系。
圖3所示曲線表示實施方案1中微粒子生成速度和C分析值的相對標準偏差之間的關系。
圖4是本發(fā)明的實施方案2的鋼成分分析裝置的概念圖。
圖5是本發(fā)明的實施方案2的另一個鋼成分分析裝置的概念圖。
圖6(A)和圖6(B)所示曲線表示實施方案2中塊狀試樣的溫度和分析值之間的關系。
圖7(A)至圖7(C)所示曲線表示實施方案2中塊狀試樣的離表面距離與成分的測定強度之間的關系。
圖8是本發(fā)明的實施方案3的鋼成分分析方法中使用的裝置的概念圖。
圖9所示曲線表示實施方案3中脈沖激光的半值幅度和分析深度之間的關系。
圖10所示曲線表示實施方案3中脈沖激光的尖點輸出功率及照射點移動速度和分析深度之間的關系。
圖11所示曲線表示實施方案3中分析線上的分析點的移動距離和成分的Fe強度比之間的關系。
圖12是表示實施方案3中分析線上的分析點的移動距離和成分的Fe強度比之間關系的另一曲線圖。
圖13所示曲線表示實施方案3中分析線上的分析點的移動距離和成分的Fe強度比之間的關系。
圖14是表示實施方案3中分析線上的分析點的移動距離和成分的Fe強度比之間關系的另一曲線圖。
圖15是表示實施方案3中分析線上的分析點的移動距離和成分的Fe強度比之間關系的另一曲線圖。
實施方案1
采取的微粒子試樣的組成如果和母試樣的組成不一致(以下稱母試樣的代表性)，則無論怎樣提高激發(fā)分析技術，分析精度也不會有所提高。和將母試樣溶解后分取的溶液試料完全不相同，母試樣代表性是固體試樣分析時必定要考慮的問題。
損害微粒子試樣代表性的重要因素之一是，和母試樣的一部分一起，采集了與母試樣無關的物質。實際上最多的是，采集了附在母試樣表面的污物和表層上生成的氧化層。氧化反應使成分組成改變，例如，脫碳使表層的含碳率降低，其程度是試樣的溫度越高降低得越多。
為了避免污染和組成變動的影響，首先磨削作為母試樣的鋼片供分析用的部分，以除去與母試樣組成不同的層(以下稱為異層)。
在本發(fā)明中，分兩段進行磨削，磨削的目的之一是除去與上述組成不同的異層，另一目的是調制試樣采取面的形狀。進行第一次機械磨削，首先是希望調制形狀，而除去異層則是通過第二次磨削來完成。因此，第一次磨削是根據(jù)分析部位的表面形狀進行，只要是達到允許的平坦度就行。這種機械磨削，一旦規(guī)定了鋼片的分析部位，就可以利用被磨削裝置的位置控制裝置所感應的鋼片表面磨削裝置，自動進行。如果是機械磨削，則可以很容易地使表面平坦或者是除去異層而不會使異質層擴散至內(nèi)部。而且，這種磨削是在大氣中進行，因此在實用上也適合機械磨削。
然后，用微粒子生成小室覆蓋該磨削面，這是為了在經(jīng)過惰性氣體中進行第二次磨削后，能接著在充分凈化的面上進行取樣。在該微粒生成小室中有開口部位，其前端具備密封部分，通過將該密封部分密附在鋼片上，將鋼片氣密地覆蓋。當密封對象是冷鋼片時，密封材料用橡膠制的“O”型環(huán)等就行，而當對象是熱鋼片時，則使用有彈力的耐熱材料。
此外，在微粒子生成小室中有流入口，通過氣體運送管與惰性氣體發(fā)生裝置相連接，因此小室內(nèi)可以通入惰性氣體，通過導入這種氣體，使微粒子生成小室內(nèi)部成為惰性氣體氣氛。
如上所述，即使可以省略第一次磨削，對熱鋼片來說也不能省略第二次磨削。因為不可忽視第一次磨削后生成的氧化層。表1示出對約800℃的熱鋼片用火花放電進行二次磨削時和僅用第一次磨削而無第二次磨削時的相對標準偏差。微粒子生成也通過火花放電進行，激光分析用ICP進行。

不進行第二次磨削時，其相對標準偏差是進行第二次磨削時的數(shù)倍，特別是C成為6倍。
第二次磨削，除機械磨削外，本發(fā)明中還可以通過輸入用于微粒子生成的脈沖化高密度能量進行磨削。該能量形狀中，有火花放電和脈沖DC放電或脈沖激光等。這些能量形態(tài)，可以短時間內(nèi)輸入密度高的能量，因而能使被輸入的元素瞬間氣化以致飛散。因此，磨削時鋼片的溫度幾乎不升高，因而鋼片中幾乎不會擴散混入異層。作為先有技術的等離子放射中，很難使放射脈沖化，因此鋼片溫度上升并混入異層。
損害微粒子試樣代表性的另一重要原因是選擇蒸發(fā)的問題。如果成分元素不同，一般說來沸點也會不同，而且即使是相同元素，如果存在形態(tài)不同，氣化時所需要的能量也不同，一旦微粒子化時輸入必要的能量過程耗費時間，則在母試樣中傳導的熱量使溫度分布域變寬，例如沸點低的元素的蒸發(fā)域比沸點高的元素要寬，微粒子中低沸點元素的含有率比母試樣中的高。
輸入高密度的能量，由于一下子移至高溫狀態(tài)，則上述傾向急減。因此，100MW/cm2以上的能量密度(脈沖尖點能量/照射點面積)是必要的，在狹小面積上輸入像火花放電和脈沖激光那樣能在短時間內(nèi)輸入能量的脈沖型能量的形態(tài)則適合于上述要求。例如，如果在1μsec中輸入相同瓦特數(shù)的能量，其能量密度是連續(xù)輸入時的百萬倍，進而，如果將輸入面積定為0.1mm2，則為1cm2時的一萬倍。等離子體焰照射時，脈沖輸入是困難的，此外用激光時由于用透鏡聚光，很容易將射束直徑擠成數(shù)10μm大小，而等離子體焰照射時這卻很困難。
氣化的元素在惰性氣體中冷卻，成微粒子狀態(tài)浮游。微粒子生成小室的氣體流出口，通過微粒子運送管，與上述激發(fā)分析裝置相連接，生成的微粒直接由惰性氣體運送，送至激發(fā)分析裝置。
在微粒子生成小室中裝有密封部分，以堵塞與試樣之間的空隙，運送氣體穩(wěn)定地導入激發(fā)裝置。
激發(fā)分析裝置中用高溫的激勵焰激發(fā)試樣元素，該激勵焰，例如，原子吸收光譜分析中是乙炔的燃燒焰，等離子體發(fā)射光譜分析中是Ar等離子體焰。在這些激勵焰中可以氣流狀態(tài)導入試樣，通過激勵焰時加熱激發(fā)的元素，吸收固有的光譜或發(fā)光，因此在瞬時間就可完成其定性和定量分析。等離子體激勵焰的情況下，可以將元素離子化并將它導入質量分析器后進行質量分析，也可以是元素量相應于極微量的情況。然而，關于質量分析，不僅耗費設備成本，而且為了維護裝置的性能，日常應該注意的事項很多，從目前來看，在制造現(xiàn)場很難處理。光譜分析卻是實用的。
以上說明的方法，與先有技術相比，可以實現(xiàn)分析精度和準確度的提高，但對于容易偏折的一部分元素則要求更高的精度和準確度。
微粒子試樣的情況下，除了選擇蒸發(fā)性外，還必須考慮微粒子的均一性及其數(shù)量。微粒子在運送氣體中浮游的狀態(tài)，相當于成分溶解在水溶液式樣中的狀態(tài)，大粒子一旦飛入激勵焰中，就會提供高濃度。必須使細小粒子均勻分散的氣體穩(wěn)定后再導入激勵焰中。此外，使用不能滿足分析靈敏度的數(shù)量，則缺乏準確度，噪音比也高，精度也降低。
即使同樣是輸入高密度能量的方法，如果嚴格比較也會有些不同。如果將火花放電和脈沖激光進行比較，就可看出脈沖激光具有更優(yōu)良的輸入條件?；鸹ǚ烹姷那闆r下，放電點是極微細的面積，而控制該點是很困難的，在容易放電的點進行選擇性放電，這會對試樣代表性帶來一些影響。如果對激發(fā)分析法進行比較，從C、P、S等的比金屬無素分析和多元素同時分析方面來看，等離子體發(fā)射光譜法比原子吸收光譜法更有利。特別是電感耦合等離子體(以下簡稱ICP)焰的高溫域寬且穩(wěn)定，適于微粒子狀態(tài)物質的激發(fā)。也就是說，作為高密度能量，照射脈沖激光以致生成微粒子，運送至ICP后進行分析，這是最佳組合。
關于激光照射，其選擇蒸發(fā)、微粒子生成速度等根據(jù)照射條件而異。研究它們之間的關系，歸納整理如下。
可以通過提高照射的能量密度來減小選擇蒸發(fā)的傾向，以100MW/cm2以上的密度就可以將選擇蒸發(fā)抑制在允許的范圍內(nèi)。然而密度若過高則會使Ar等氣氛電離從而產(chǎn)生等離子體的所謂發(fā)生擊穿現(xiàn)象。一旦發(fā)生這種現(xiàn)象，激光能量就不能使最早的微粒子生成。為了抑制選擇蒸發(fā)以致不發(fā)生擊穿，將照射點的能量密度規(guī)定在108W/cm2以上至1011W/cm2以下進行照射為適宜。然后，如果調查在該條件下照射后得到的微粒子，其粒徑為0.1μm以下就可充分得到分布的均勻性。
為了使微粒子的生成速度高從而確保微粒子試樣的數(shù)量，當然，對激光輸出功率有一定要求，以選擇輸出功率為5W以上的振蕩器為宜。但是，如上所述以能在短時間內(nèi)輸入能量的更為有利，故要求脈沖激光。如果脈沖的振蕩頻率小，會損害穩(wěn)定地將微粒子供給激勵焰，因而需要100Hz以上的振蕩。按100Hz以上振蕩時，不會出現(xiàn)由于頻率而導致的分析精度差，而20Hz以下的振蕩，與100Hz以上時的情況之間產(chǎn)生相當大的差異。
用脈沖照射時，試樣蒸發(fā)的痕跡呈孔狀，與在同一點反復照射激光來深挖孔相比較，稍稍移動照射點，邊擴大孔徑邊挖孔的方法其試樣容易蒸發(fā)，微粒子生成速度大。
此外，通過移動照射點還可以增加取樣面積。這一點對容易偏析的元素分析是很重要的，可以避免僅僅取偏析的部位或僅僅取不偏析的部位，從而提高試樣代表性。由于一邊在至少為1mm2面積內(nèi)移動投射點一邊將激光照射到試樣面上，因而在滿足微粒子發(fā)生速度的同時，還提高了偏析元素的分析精度。
以上，與分析精度相關聯(lián)敘述了照射條件，微粒子試樣的取樣，也就是不使母試樣的組成發(fā)生變化，以完全穩(wěn)定的所需速度采取母試樣的一部分，從鋼片角度看就是磨削。也就是說，微粒子采取條件，實質上就是磨削鋼片的最適宜條件。但是，磨削時，與分析取樣不同，沒有必要以穩(wěn)定的速度取樣，然而必須避免選擇蒸發(fā)和異相混入而引起的母試樣變化這一點卻與分析取樣相同。另外，有必須除去的層，對除去的深度也有要求。
如果以一個例子來看異層的深度，則可達數(shù)百μm。鋼材中最容易受到氧化的影響并作為污染成分而引起注意，碳也是很難得到分析精度的元素。圖2示出針對這種碳來調查深度方向的濃度和試樣濃度之比的結果。圖中，橫坐標是磨削深度，縱坐標是其深度的碳分析值和母試樣分析值之比，對三種鋼片進行了調查，標記●表示對熱鑄鋼片進行了第一次磨削，標記○表示軋管的周邊面沒有進行第一次磨削，標記□表示軋管的端面沒有進行第一次磨削。對熱鑄鋼片，施以第一次磨削，通過其后的脫碳使其表層的碳濃度降低，一旦經(jīng)過100μm左右的第二次磨削，就會出現(xiàn)代表母試樣的面。對軋管，估計有軋機油等污染，故表層的碳濃度高，在周邊面也有10倍以上。對它們進行深度達100-300μm的磨削，從而出現(xiàn)能代表母試樣的面。
用脈沖激光照射來產(chǎn)生微量試樣時，如果第二次磨削也用脈沖激光照射，則對小室內(nèi)進行修改，沒有必要安裝磨削裝置從而防止復雜化，這樣很容易使小室內(nèi)保持清潔。
用脈沖激光磨削時，照射條件基本上與以微粒子生成為目的的條件相同，能量密度范圍及掃描照射面積不變，但為了確保除去深度，至少反復10次左右掃描照射，而為了使深度均一化，提高振蕩頻率并以1kHz以上的振蕩次數(shù)照射是不同之處。
照射點的移動，比移動試樣容易，操作聚光透鏡或反射鏡就能以高速度方便地移動。聚光是用直徑為數(shù)十mm的單焦點透鏡進行，作為平行光線的激光入射至其中央，透過光聚集在其焦點。一旦平行移動該透鏡，則入射點僅僅部分地從中央移至周邊，而透過光仍然聚光在焦點。隨著透鏡的平行移動，焦點也同樣平行移動，但也僅僅是部分的聚光點移動。而且為了調整其進行方向使來自振蕩器的激光入射至聚光透鏡中央，使用了反射鏡，通過旋轉該反射鏡來移動射向透鏡的入射點，這時就改變了射向透鏡的入射角，從而移動聚光點，使其離開透鏡焦點。
照射位置控制裝置，是使反射鏡旋轉從而控制反射角，或者是控制聚光透鏡的平行移動以使激光的照射點移動。
運送氣體中，使用高純度Ar，而Ar是易于高純度化且供廣泛實用的惰性氣體。而且，ICP焰是Ar等離子體，如果使用Ar，則在進行光譜分析時就不會有作為干擾射線等新光譜方面的苦惱。
對鋼的特性有很大影響的重要元素之一是碳，它是偏析元素，要求高精度和高準確度的分析。另一方面，碳在大氣中作為二氧化碳和碳氫化合物大量存在。
市售的高純度Ar的純度為99.995%，如果調查其含碳率，則為4-5μg/升。ICP焰中，規(guī)定這種氣體為等離子體氣體，使用10幾升，作為輔助氣體、運送氣體使用數(shù)升，但這些雜質的量影響鋼中C的分析精度。如果使用Zr吸氣劑來精制它，則C濃度降至0.2μg/升。
鋼中的C含有率，在普通鋼中是千分之幾，該濃度在運送氣體中相當于1μg/升。分析時，以Ar氣體中的C濃度作為空白值，減去空白值，就算出了分析值，而Ar氣體中的C濃度越高，其變動也越大。
圖3示出調查Ar氣中的C濃度對C分析精度影響的結果。根據(jù)高純度Ar氣的精制程度，變化C濃度進行調查，根據(jù)微量試樣的數(shù)量和試樣中的含C率不同，其受影響的程度也不同。圖中，橫坐標是微粒子精制速度，縱坐標是相對標準偏差，標記△及▲表示Ar氣中的C濃度為5μg/升，□及■表示為1μg/升，○及●表示為0.2g/升時的情況，△、□及○是試樣中的含C率為0.1%的情況，▲、■及●是試樣中的含C率為0.2%的情況。
含C率為0.1%的試樣中，如果規(guī)定以相對標準偏差為2%以內(nèi)的分析精度作為目標，則必須將Ar氣中的C濃度降至1μg/升以下。
因此，在惰性氣體發(fā)生裝置上裝備Ar精制裝置，將市售的高純度氣體進一步精制使其含碳量在1μg/升以下，用于等離子體焰用和運送氣體用。
為了防止精制過的氣體再污染，配管系統(tǒng)要凈化，不用說，也要注意配管材料，避免使用那些對氣體是否透過還有疑問而且難以凈化的普通塑料和橡膠等，可以使用金屬或玻璃等。
表2示出在上述條件下，將分析冷鋼片的結果與真實值進行對比的情況。

真實值，是通過化學分析嚴格測定的值，分析值與真實值非常接近。
實施例使用脈沖激光或脈沖DC弧放電作為高密度能量，從熱鋼片上取下微粒子試樣，將它送至ICP進行分析。圖1示出所用的脈沖激光裝置。
圖中，1是鋼片，2是鋼片表面磨削裝置，安裝在同一方向的臺架3上，與小室裝載臺架4一起，通過自動推送臺架5來控制磨削位置。6是微粒子發(fā)生小室，其一端呈圓筒狀的開口部位7，在其前端配有密封部分8。另一端是石英玻璃制的窗9，激光從此處通過微粒發(fā)生小室6照射到鋼片1的表面上。10是氣體流入口，11是氣體流出口。
振蕩器12、反射鏡13，聚光透鏡14構成高密度能量輸入機構;由振蕩器12發(fā)出的激光，用反射鏡13調整其進行方向，用聚光透鏡14聚光。另外，反射鏡13的角度由角度控制器15控制，而聚光透鏡14則由透鏡移動控制器16來控制其位置。通過這些控制來決定照射點的位置并進行移動。
17是運送氣體發(fā)生裝置，通過氣體運送管18將運送氣體送至氣體流入口10。氣體流出口11由氣體運送管18與ICP發(fā)射光譜分析裝置19相連接，利用發(fā)射光譜來分析產(chǎn)生的微粒子。
在鋼片表面磨削裝置2上使用研磨機，除了鋼片表面磨削裝置2和微粒子生成小室的送出部位外，用熱屏蔽板(圖中未示出)來覆蓋整個裝置以防止來自熱鋼片的熱輻射。熱鋼片的分析面呈2-3mm的凹凸狀態(tài)，用＃60粒度的帶式研磨機磨削約十秒，或用150mm直徑帶有氧化鋯磨粒的圓盤磨削約20秒，即可使30mm×30mm左右的面積平滑，可以忽視熱對研磨帶和研磨盤的影響。
第一次磨削后，鋼片表面磨削裝置2離開鋼片1，由自動推送臺架5控制，裝載在小室臺架4上的微粒子生成小室6被送至研磨面上，此時移動小室臺架4使微粒子生成小室6覆蓋研磨面。
微粒子生成小室6是銅制的，鋼片側端面呈內(nèi)徑20mm、外形26mm、長5mm的圓筒狀開口部位7，在其前端周圍刻有溝槽，充填纖維狀陶瓷中織入低熔點玻璃粉末的密封材料，形成密封部分8。玻璃粉末借助于鋼片的熱保持粘性呈熔融物狀，填補鋼片和微粒子生成小室之間的空隙，從而提高小室的內(nèi)密閉性。
第二次磨削是通過激光照射進行，使用的振蕩器12是與微粒子生成用共用，是一種裝有超聲波Q開關的Nd-YAG激光(波長1.06μm)。磨削的照射條件是，振蕩頻率10kHz，照射點的能量密度109W/cm2，在2mm2范圍內(nèi)反復照射10次。掃描是通過變化反射鏡15的反射角度使之高速移動，進而通過這種移動和平行移動垂直聚光透鏡14來進行。
使用火花放電時，和用激光時的高密度能量輸入機構不同，在微粒子發(fā)生小室17內(nèi)裝備電極，以端面部位作為對電極的小室結構。第二次磨削仍然利用放電，重復5次進行5秒放電-3秒停止的循環(huán)。放電條件是，電壓400V、C＝10μF、L＝10μH、R＝2Ω、頻率400Hz。
運送氣體中，使用Ar，運送氣體發(fā)生裝置17由Ar高壓貯氣瓶和Zr吸氣劑氣體精制器組成。而且，為了易于凈化，使用不銹鋼管作為氣體運送管。
ICP發(fā)射光譜分析是在，頻率27.12MHz、輸出功率1.5kW、等離子體流量15升/分、輔助氣體流量1升/分、試樣氣體(運送氣體)流量1升/分的條件下，使到達的微粒子直接激發(fā)發(fā)光。分光器是パッヤンルンケ型光譜儀，將光譜儀內(nèi)抽成真空，就可以測定200nm以下的波長。分析譜線分別使用C193nm、P178nm、S181nm、Si212nm、Mn252nm、A1396nm、Ni232nm、Cr268nm、Mo202nm、Cu325nm、Co229nm、V311nm、Ti335nm、Nb309nm、B183nm、Ca318nm、Ar355nm、Fe271nm及170nm;采用在各分析譜線位置上設置狹縫及光電子倍增管進行測定的同時測定多元素的系統(tǒng)。
光強度的測定是通過電子倍增管改變電流，進一步改變電壓，將10秒的光強度累計值定為測定光強度。分析時采用將與鐵強度之比作為測定值的強度比法。測定值的分析值換算，是預先測定已知道組成的標準試樣，然后作成校準曲線，使用該校準曲線來換算成分析值。
表3中示出使用的試樣成分表3 (％)
為了進行比較，對本發(fā)明范圍以外的對比例，以及利用等離子體放射使微粒子生成的先有技術例進行了調查。關于這些微粒子生成條件及主要成分，用相對標準偏差來表示分析值的精度和準確度，并示于表4中。

在本發(fā)明的實施例中，分析對象即使是熱鋼片，其分析值的相對標準偏差也是在5%以內(nèi)的良好值。其中，用脈沖激光并在較好的條件范圍內(nèi)進行的試驗No.4、5、6中進行的分析，相對標準偏差在2%以內(nèi)并具有極高精度和準確度。
與此相反，先有技術例中，不可避免混入異層，不能進行C的分析，其它成分的分析偏差也大。
在對比例中，使用不經(jīng)過精制的高純度Ar氣體的試驗No.8，不能對C進行分析;試驗No.7中能量密度不足，相對標準偏差大，精確度和準確度差。
實施方案2如果在常溫下處理赤熱狀態(tài)的塊狀試樣，試樣溫度時刻在變化。對該溫度正在變化的塊狀試樣照射脈沖激光從而產(chǎn)生微粒子的情況下，分析受什么樣的影響是極為重要問題。
脈沖激光照射時，由于投入高密度能量，因而照射點呈現(xiàn)極高的溫度。而且，微粒子化過程中，像發(fā)射光譜分析那樣，不管元素的激發(fā)狀態(tài)，只要是塊狀試樣的一部分忠實地微粒子化就行。因此，可認為塊狀試樣的溫度影響極小。為了確認這一事實，對1000℃以上的赤熱塊狀試樣，在其冷卻過程中用脈沖激光進行激光/ICP分析來調查這種影響。
將其結果示于圖6(A)和圖6(B)中。圖中，縱坐標是分析值，橫坐標是試樣溫度。圖6(A)是對Mn，圖6(B)是對P進行調查的結果。對任何成分來說都是，即使溫度變化而分析值卻幾乎不變，因此不受溫度的影響。
即使是赤熱狀態(tài)試樣溫度變化的塊狀試料，照射脈沖激光后得到微粒子試樣的激光/ICP分析中，分析值基本上不受塊狀試樣溫度的影響，因此可以得到可靠的分析值。對冷卻了的試樣來說，溫度變化較小，不言而喻，同樣可靠。
鋼水凝固后的塊狀試樣，其表面或多或少地受到大氣中氧的作用，表層部分不代表試樣的成分組成。圖7(A)-圖7(B)中示出調查這種情況的結果。對小徑30mm，大徑33mm的圓錐臺塊狀試樣的切斷斷面，用SIMS(次級離子質譜法)(Secodary ion mass Specerography)和XMA(X射線微量分析儀)(X-ray micro analyser)，從側面對內(nèi)部進行線分析的結果，測定成分是P、Mn、S。圖中，縱坐標是各成分的測定強度、橫坐標是離表面的距離。
可以判明，任何成分直至10幾μm，測定值都不變化，但在25μm以上時，塊狀試樣的內(nèi)部發(fā)生變化，不受大氣中氧的作用，可見到Mn和S的小峰的位置皆相同，由此可認為是MnS夾雜偏析。
激光照射時，離表面向下挖25μm左右是容易的，因此照射開始后初期的微粒子不作為分析對象，僅僅將表面下深度為25μm以上處發(fā)生的微粒子作為分析對象。因此，即使不進行切斷或研磨塊狀試樣之類的調制，也可以得到能充分代表試樣的微粒子。
然后，損害微粒子試樣代表性方面，有污染問題和選擇蒸發(fā)問題;關于ICP分析精度降低，有微粒子的生成速度大及運送量變動的問題。
ICP分析中，用Ar等離子體焰激發(fā)運送的微粒子，因此如果在運送氣體中使用高純度的Ar氣體，由于不含干擾元素因此是適宜的。
然而，市售的高純度Ar氣體含有數(shù)μg/升以烴等狀態(tài)存在的碳。將這種雜質碳規(guī)定在1μg/升以下使用，鋼中的微量碳也能以高精度分析出來。
為了去除雜質碳，可使用金屬吸氣劑方式的精制裝置，也可以在將運送氣體送至試樣室的配管系上裝備該精制裝置。而且，為了防止運送中的再污染，作為配管材料，可以采用容易得到清潔面的金屬或玻璃。
至于選擇蒸發(fā)、微粒子生成速度和微粒子的大小，激光的照射條件對它們都有影響。
使用脈沖激光，是因為激光能使照射點密度增大并使蒸發(fā)的選擇性變小。如果激光的照射點密度變小，則微粒子的生成速度降低，這導致ICP分析的靈敏度不足并使蒸發(fā)的選擇性變大。如果過大，則Ar氣體電離并產(chǎn)生等離子。這被稱為擊穿現(xiàn)象，一旦發(fā)生這種現(xiàn)象，激光的能量就不可能使微粒子發(fā)生。激光照射點密度的允許范圍是108W/cm2以上至1011W/cm2以下。如果是這種條件，所得微粒子的粒徑就會在0.1μm以下，在ICP焰內(nèi)可視為是均勻的。
脈沖頻率在20Hz時的分析精度，與100Hz以上時的分析精度相比，差很多。這被認為是，如果頻率低，供給ICP焰中的微粒子不穩(wěn)定。如果在100Hz以上，則無差別，分析精度良好。
對同一點進行高頻脈沖連續(xù)照射，會助長選擇蒸發(fā)并隨著照射次數(shù)在照射面和焦點之間產(chǎn)生錯動，微粒的發(fā)生量減少。通過移動照射點可克服上述兩點，而且，還能避免對偏析部位分析值的極端影響。
以下，關于裝置，用圖4對其作用進行說明。圖中，101是分析小室部分，102是試樣保持部分，103是塊狀試樣，104是激光振蕩器、107是運送氣體配管、108是ICP分析器、110是激光、121是露出孔。
試樣室是由分析小室部分101和通過101上的露出孔121與其相連通的試樣保持部分102組成，塊狀試樣103被收納在試樣保持部分102中。激光110，從激光振蕩器104發(fā)出，通過分析小室101及露出孔121，照射到塊狀試樣103的表面上。分析小室部分101和試樣保持部分102，為了防止試樣氧化，保持惰性氣體氣氛，在分析小室部分101中送入惰性的運送氣體。因激光照射產(chǎn)生的微粒子，由這種運送氣體從分析小室部分101，通過配管107導入ICP分析器108，在此處進行分析。
以一定速度將產(chǎn)生的微粒子送入ICP分析器8，這對確保分析精度來說是重要的，而試樣保持部分102和塊狀試樣103具有相同曲面，這兩個面緊密接觸，露出孔121被塊狀試樣103的側面堵塞，以致含微粒子的運送氣體不會流向試樣保持部分102，因此可使微粒子穩(wěn)定后送入ICP分析器108中。
一旦按塊狀試樣103與露出孔121緊密接觸的方式收納，就可以固定激光110的焦點，縮短控制時間。
塊狀試樣103進出時，試樣室分成分析小室部分101和試樣保持部分102，因此試樣收納時沒有必要將分析小室部分101直接曝露于大氣中。因此，可省去用惰性氣體置換分析小室部分101中大氣的操作。
試樣保持部分102在收納試樣時，曝露在大氣中，因此在收納塊料試樣后必須用惰性氣體置換，置換成該氣體時，如果試樣保持部分102具有與塊狀試樣103相同的曲面，則在試樣保持部分102和塊狀試樣103之間的空隙就很少，置換氣體的量也少，就可縮短置換所需要的時間。
塊狀試樣本身的組成變化是赤熱試料所特有的問題，在表層由于氧導致的脫碳會影響碳分析值。
在試樣保持部分中保持防止試樣氧化的機構的原因就在于此，將塊狀試料收納在試樣保持部分，不僅要提供惰性氣體氣氛，而且還希望具有盡可能快冷卻的機構。
實施例使用圖4中示出的試樣，分析從轉爐中取出后凝固的塊狀試樣。
試樣是底部直徑為30mm、上部直徑為33mm、高度為70mm的圓錐臺。
試樣保持部分102的內(nèi)部，是其底部直徑為30.5mm、高度為120mm，并具有與塊狀試樣相同曲面的圓錐臺狀的空間。在試樣保持部分102的上側部設有吸氣口124，在下部設有排氣口125，與抽氣泵(圖中未示出)相連接，這樣，在塊狀試樣投入后可在短時間內(nèi)進行氣體置換，從而防止試樣氧化。
周壁做成銅制的雙重壁，從給排水口127將冷卻水流到壁之間126，在試圖保護周壁的同時，快速冷卻塊狀試料103，極力防止它氧化。也就是，氣體的短時間置換和試樣的高速冷卻機構組成防氧化機構。露出孔121是4mm×8mm的長方形。
為了使塊狀試樣103的側面與露出孔121很好地密接，試樣保持部分102，相對于垂直線成45°傾斜地設定試樣室。
分析小室部分101也是圓錐臺狀，與露出孔121相對的面是石英玻璃制的激光透過窗112。靠近該透過窗處設有運送氣體的導入口113，在靠近露出孔121處設有送出口114。作為運送氣體，使用Ar，在其精制時使用一種具有Zr吸氣劑方式的精制裝置，至于配管材料，用的是能凈化表面的SUS管。
激光振蕩器，使用的是裝有超聲波Q開關的Nd/YAG激光器(波長1.06μm)，用反射鏡130和聚光透鏡140控制照射點及焦點。照射點的移動，可以通過反射鏡的旋轉和聚光透鏡的平行移動來進行。也就是，焦點是由聚光透鏡決定，照射點是通過使反射鏡130旋轉，在單軸方向上移動。另一方面，如果使聚光透鏡140在有效直徑范圍內(nèi)平行移動，照射點就在相同方向上按同等量移動。將這兩個動作組合起來，就可使照射點二維移動而進行掃描照射。
分析按以下方法進行。
作為惰性氣體，使用市售的高純度Ar，通過對它進行精制，使C濃度從4-5μg/升降至0.2μg/升。
供分析之前的塊狀試料3的表面溫度是1100℃。將該塊狀試樣收納在按10升/分連續(xù)流入Ar氣的試樣保持部分，用排氣量為50升/分的抽氣泵排氣使之達到1個氣壓，然后密閉吸氣口和排氣口。其間約5秒鐘。冷卻水繼續(xù)流。
將反射鏡以30Hz的周期按聚光位置的振幅為2mm進行旋轉，與此同時，以5mm/分的速度平行移動聚光透鏡并使照射點移動。移動速度為300mm/分，聚光點的點徑為100μm。移動最好是在1mm平方以上的范圍內(nèi)掃描，而移動速度最好是以線束徑和脈沖頻率之積作為大致標準。
作為預處理，進行10秒鐘的掃描照射，除去表層200μm后，進行測定。
運送氣體的流量是1升/分。激光是以脈沖頻率50Hz或1kHz，平均輸出功率為10W的條件進行照射。
作為ICP分析器，使用ICP發(fā)射光譜分析裝置。等離子體焰的發(fā)生條件是，高頻輸出功率1.5kW，頻率27.12MHz，等離子體流量15升/分、輔助氣體流量1升/分。直接使運送的微粒子激勵發(fā)光。
分光器是パッセンルンケ型光譜儀，將光譜儀內(nèi)抽真空，即使是200nm以下的波長也能測定。分析的譜線是C193nm、P178nm、S181nm、Si212nm、Mn252nm、A1396nm、Ni232nm、Cr268nm、Mo202nm、Cu325nm、Fe271nm及170nm，采用多元素同時測定系統(tǒng)。
光強度是通過光電子倍增管變換成電流，進而將它變換成電壓后，將10秒內(nèi)的光強度累計值作為測定光強度。在分析時，采用將與Fe強度的比作為測定值的內(nèi)標準強度比的方法。測定值的分析值換算，是測定標準試樣后做成校正曲線，用該校正曲線進行。
將分析結果和包括前處理的分析所需要的時間，與以前實用的火花發(fā)光法進行比較，并示于表5中。
實施例1是以脈沖頻率50Hz，實施例2是以1kHz照射激光。而且，各例都是對從同一鋼水中取出并凝固的試樣進行測定的實施例。
表5<
>
本發(fā)明的實施例中，試樣之間的分析值差異很小;而先有技術例中，例如從C的分析值來看，其差異較大，為0.00-0.36%。
火花發(fā)光中，一次分析的放電范圍為6mmφ左右，但在該范圍內(nèi)如果存在針孔等凹凸部位，則凸部易于放電，不可避免異常放電，這被認為會造成試樣間的分析值有較大的差異。
另一方面，激光照射時，在照射范圍內(nèi)既不存在突起，又不會是在此處集中照射。激光照射的問題點，不如說是選擇蒸發(fā)和微粒子在規(guī)定量以上的穩(wěn)定生成，特別是在限定激光照射條件的實施例2中，即使是偏析成分也可得到非常優(yōu)良的重復精度。
如果比較分析時間，不需要對凝固試樣進行冷卻的本發(fā)明實施例中，在鋼水凝固后60秒左右就可結束分析，與以前的半分鐘以下相比較，分析時間縮短了。
按照本發(fā)明，通過激光照射從塊狀試樣中采取微粒子試樣，并激發(fā)該微粒子試樣，因此不會像以前的火花發(fā)光法那樣產(chǎn)生異常放電，而且不受試樣溫度變化的影響就能得到分析值。因此，不需要對凝固試樣冷卻、切斷、研磨等就能安置在試樣分析裝置中，因此可以迅速地分析鋼水成分。此外，即使從試樣的變化、微粒子試樣的污染、生成時的生成量、其穩(wěn)定性及選擇蒸發(fā)等方面考慮，也可獲得高精度的分析結果。
因此，能迅速地將數(shù)據(jù)反饋到煉鋼操作控制上，從而提高鋼水的成分、溫度等的控制精度。其結果是，減少成分不合規(guī)格的產(chǎn)品，并防止由于后吹和添加冷材等所引起的效率降低，從而達到節(jié)省能量。因此，可將赤熱試樣直接進行分析的本發(fā)明效果是極大的。
實施方案3如果將激光聚光后再照射，聚光點的能量密度非常大，因而其附近的試樣氣化并飛散。飛散的試樣凝固以后成微粒子被捕捉，這種現(xiàn)象不局限于鋼材，陶瓷之類沸點高的物質同樣會發(fā)生這種現(xiàn)象。因此，沒有必要又從鋼材上切下分析用試樣又施加前處理之類的操作，而且對分析面照射激光后10至30秒中采取的微粒子可以同時用檢測器進行分析，因而能迅速地獲得分析結果。
發(fā)生異?，F(xiàn)象的原因，不只存在于最表層，像表面鍍敷鋼片的夾雜物那樣，離表面50μm以上深處存在的情況也有。
圖10是一邊移動激光的照射點一邊以振蕩頻率100Hz照射脈沖激光的情況下，對微粒子的采集深度即分析深度進行調查的結果。使脈沖的尖點輸出功率從20kW變化到200kW，對此進行調查，尖點輸出功率越大，分析深度越深，當然，線分析速度越少，分析深度越深。將分析深度從1μm左右調整到200μm以上是容易的。為了既保持分析深度又要提高線分析速度，振蕩頻率還是以高為好。
于是，通過放電激發(fā)使鋼材表面處于深度為20μm的元素發(fā)射是困難的，但用脈沖激光照射則可調整分析深度，因此可以在很寬的范圍內(nèi)檢測出成分組成，不會將異常現(xiàn)象的原因成分忽略掉。
激光照射點，不僅可調整分析深度，還可以為了掃描異常部位和其周圍而移動。移動時，可旋轉反射鏡和平行移動透鏡來進行移動。用反射鏡調整進行方向的激光，在聚光透鏡的中心部位垂直于透鏡入射，在鋼材表面的照射點聚集成焦點。如果傾斜反射鏡，則投向聚光透鏡的入射角就發(fā)生變化且聚光點的位置移動。如果不傾斜反射鏡但平行移動聚光透鏡，則垂直入射透鏡的激光在聚光透鏡的集點聚光。該焦點通過聚光透鏡的中心，處于垂直透鏡的直線上，因此聚光點，即照射點在和透鏡移行距離相同的方向上移動相同距離。
如果利用該原理，通過旋轉反射鏡、平行移動激光聚光透鏡或者是它們的組合使照射點移動，就可以不用動微粒子采取小室或大型的鋼材也能二維快速地移動照射點。特別是，為了掌握異?，F(xiàn)象的原因，不僅是深度方向，在希望確保線分析的線幅的情況下還可將反射鏡的旋轉和聚光透鏡的平行移動組合起來曲折式地移動照射點。用此方法，不僅可線分析，還可以進行二維掃描分析。
在鋼材試樣和微粒子采集裝置移動的情況下，反射鏡旋轉或聚光透鏡平行移動的任何一方，不用說都可以曲折地移動照射點。
對分析深度有影響的另一個要因是脈沖的半值幅度。圖9中示出，規(guī)定照射點的移動速度為0.5mm/sec，以尖點輸出功率200kW變化半值幅度調查分析深度的結果。希望分析深度深的情況下，最好是將脈沖半值幅度規(guī)定在一定范圍內(nèi)。
異?，F(xiàn)象的原因成分存在的深度難以預先預料的情況下，通過將分析深度規(guī)定在50μm以下來防止發(fā)現(xiàn)不了它們。此時，在0.02μsec-0.5μsec范圍內(nèi)選擇脈沖半值幅度，可按照尖點輸出功率或照射點的移動速度，根據(jù)要求的深度進行分析。但是，尖點輸出功率不足20kW時，則必須減慢照射點的移動速度，因此在實用上希望尖點輸出功率為20kW以上，如果尖點輸出功率過大，就會出現(xiàn)氣氛氣體等離子體化現(xiàn)象，此外還消耗能量并減少微粒子生成，因此尖點輸出功率必須控制在5MW以下。
實施例圖8中示出為實施本發(fā)明而需要的裝置示意圖。從激光振蕩器201發(fā)出的激光202由反射鏡203決定其行進路線，而反射鏡203上備有旋轉控制機構204，并控制光路。被反射的激光202用聚光透鏡205聚光，而聚光透鏡205上也備有平行移動控制機構206來控制平行運動。被聚光的激光202通過微粒子采集小室207，在鋼材試樣208的表面聚集成焦點，形成激光照射點209。微粒子采集小室207具有開口部它通過密封材料210與試樣表面相接，由惰性氣體導入口211吹入惰性氣體使小室內(nèi)呈惰性氣體氣氛。惰性氣體將微粒子采集室內(nèi)產(chǎn)生的微粒子，通過運送管212送至檢測器213，在此處進行微粒子分析。
旋轉控制機構204和平行移動控制機構206，由運算器214指示控制內(nèi)容。運算器214在分析線的深度和寬度和長度及照射點的軌跡、脈沖激光的脈沖半值幅度和尖點輸出功率方面提供信息資料，由這些信息資料運算反射鏡的旋轉速度和最大旋轉角以及旋轉周數(shù)和聚光透鏡的平行移動量及移動速度，在旋轉控制機構204和平行移動控制機構206中指示各種控制。采用圖8中示出的裝置，對冷軋鋼板和熱浸鍍鋅鋼板(CGL)的表面異常部位進行線分析，并判定其原因。
激光振蕩器中使用Q開關脈沖YAG激光，以頻率100-5000Hz振蕩。檢測器中使用高頻電感耦合等離子發(fā)射光譜分析儀。在微粒子采集小室的激光入射面上用石英玻璃制作透過窗，密封材料是使用橡膠制‘O'形環(huán)。反射鏡的旋轉是用步進電動機進行，做成按指示角度反復進行正旋轉和反旋轉的機構。聚光透鏡的平行移動是通過使步進電動機的旋轉變成直線運動，做成按分析線的長度進行往復運動的機構來實現(xiàn)的。
曲折地進行照射點移動時，選擇同時進行分析線的長度方向移動和寬度方向的移動的Z字形軌跡，或者選擇同時可在長度方向和寬度方向上進行任何一種方向移動的コ形軌跡的移動方式并輸入運算器。在運算器中，由分析線的長度決定聚光透鏡的平行移動距離，由分析線的寬度，用反射鏡和聚光透鏡的距離除以分析線的寬度，由此決定反射鏡的最大旋轉角。進而，在運算器中，由分析線的深度，根據(jù)尖點輸出功率，算出照射點的必要移動速度，并算出反射鏡的往復旋轉數(shù)和旋轉速度。
成分濃度的比較是通過用ICP測定元素的發(fā)光強度來進行的。
將詳細的分析條件示于表6、將分析結果示于圖11-圖15，將分析結果和基于該結果的判定結果，與先有的發(fā)射光譜分析法進行比較、并示于表7中。
表6

對試樣A-E進行分析的結果分別示于圖11-圖15中。圖中，縱坐標是用Fe強度比表示分析結果的發(fā)光強度，橫從標是在分析線上的分析點的移動距離。異常部位用箭頭表示。
圖11中，分析線臨近異常部位時，Al含量急劇增加，Ca稍稍增加。同樣，圖12中Ca、Al、Na、Si，圖14中Al，圖15中Ca、Al各自都增加，而圖13中看不到成分的變化。
歸納圖11-圖15的結果，與先有的發(fā)射光譜分析法相比較，對試樣A來說，本發(fā)明實施例中可檢測出來的Ca在先有技術例中卻測不出。試樣B也是先有技術例中測不出Na，造成錯誤判斷。而且，本發(fā)明的實施例中，對深度為50μm以及100μm以下的分析試樣D及E，檢測出鍍膜下的成分變動，并判定異常的原因分別是氧化鋁夾雜物及氧化鈣·氧化鋁復合夾雜物。但是，在先有技術例中沒有檢出變動成分，其異常的原因已判明為鐵鱗。
如上所述，按照本發(fā)明，由于在判定鋼材表面異常原因的分析中使用了激光氣化法，因此異常部位即使被絕緣物包覆也可檢測出成分，而且通過控制激光的照射條件，就能很容易地改變分析線的深度和寬度，從而不會將異常部位的成分變動忽略掉。
權利要求
1.鋼成分的分析方法，該方法是由以下工序構成(a)為了調整鋼片的取樣面的形狀，機械磨削其表面的第1磨削工序；(b)將開口端具有密封部分的小室的該密封部分，與取樣面接觸，以致覆蓋該取樣面的工序；(c)將惰性氣體導入該小室內(nèi)部的同時，為了除去粘附在鋼片表層上的污物和表層上生成的氧化層，對已經(jīng)機械磨削的該取樣面進行磨削的第2磨削工序；(d)在第2磨削工序中，對經(jīng)過磨削的取樣面輸入脈沖化的108W/cm2以上的能量，使之產(chǎn)生微粒子的工序；(e)通過導入該小室內(nèi)部的惰性氣體運送該微粒子，并導入激發(fā)分析裝置的激發(fā)焰中的工序。
2.根據(jù)權利要求的分析方法，其中，第2磨削工序是通過機械磨削進行的。
3.根據(jù)權利要求1的分析方法，其中，第2磨削工序是通過火花放電進行的。
4.根據(jù)權利要求1的分析方法，其中，第2磨削工序是通過脈沖DC放電進行的。
5.根據(jù)權利要求1的分析方法，其中，第2磨削虹序是通過脈沖激光進行的。
6.根據(jù)權利要求5的分析方法，其中，第2磨削工序是通過以1kHz以上的振蕩頻率，規(guī)定照射點的能量密度為108-1011W/cm2，照射點的范圍至少為1mm2并反復至少10次以上掃描照射激光進行。
7.根據(jù)權利要求1的分析方法，其中，第2磨削工序中的惰性氣體是Ar。
8.根據(jù)權利要求7的分析方法，其中，該Ar氣體是通過精制裝置精制了的Ar氣體，含碳量是1μg/升以下。
9.根據(jù)權利要求1的分析方法，其中，產(chǎn)生該微粒子的工序是通過使用激光作為能量，以100Hz以上的振蕩頻率，按規(guī)定照射點的能量密度為108-1011W/cm2，照射點位置的范圍至少為1mm2，邊移動邊對試樣面照射激光來進行。
10.根據(jù)權利要求1的分析方法，其中，該激發(fā)分析裝置是原子吸收光譜分析裝置，該激發(fā)焰是乙炔的燃燒焰。
11.根據(jù)權利要求1的分析方法，其中，該激發(fā)分析裝置是等離子體發(fā)射光譜分析裝置，該激發(fā)焰是Ar等離子體焰。
12.根據(jù)權利要求1的分析方法，其中，該激光分析裝置是等離子體發(fā)射光譜分析裝置，該激發(fā)焰是電感耦合等離子體焰。
13.鋼成分的分析裝置，它的構成如下(a)為了調整鋼片的取樣面的形狀，機械磨削其表面的第1削手段;(b)使密封部分與取樣面接觸，以使覆蓋該取樣面的開口端上具有密封部分的小室;(c)在該小室的側面具有惰性氣體的流入口及流出口;(d)由該流入口將惰性氣體導入該小室內(nèi)的同時，為除去粘附在鋼片表層上的污物和表層上生成的氧化層，對該取樣面進行磨削的第2磨削手段;(e)在經(jīng)第2磨削手段磨削過的取樣面上輸入能量，產(chǎn)生微粒子的手段;(f)對由該小室流出口送出來的該微粒進行分析的激發(fā)分析裝置。
14.根據(jù)權利要求13的分析裝置，其中，第1磨削手段是研磨機。
15.根據(jù)權利要求13的分析裝置，其中，第2磨削手段是利用火花放電的磨削裝置。
16.根據(jù)權利要求13的分析裝置，其中，第2磨削手段是利用脈沖DC放電的磨削裝置。
17.根據(jù)權利要求13的分析裝置，其中，第2磨削手是利用脈沖激光的磨削裝置。
18.根據(jù)權利要求13的分析裝置，其中，還有惰性氣體精制裝置，精制過的惰性氣體由該流入口導入該小室內(nèi)。
19.根據(jù)權利要求13的分析裝置，其中，產(chǎn)生該微粒子的手段，是火花放電裝置。
20.根據(jù)權利要求13的分析裝置，其中，產(chǎn)生該微粒子的手段是脈沖激光照射裝置。
21.根據(jù)權利要求13的分析裝置，其中，脈沖激光照射裝置是由振蕩器、反射鏡、單焦點聚光透鏡、和控制照射位置的裝置組成，控制該照射位置的裝置，是使反射鏡旋轉以致控制反射角或控制聚光透鏡的平行移動。
22.根據(jù)權利要求13的分析裝置，其中，該激發(fā)分析裝置是原子吸收光譜分析裝置。
23.根據(jù)權利要求13的分析裝置，其中，該激發(fā)分析裝置是等離子體發(fā)射光譜分析裝置。
24.鋼成分的分析方法，該方法是由以下工序構成(a)取出一部分鋼水使之凝固以制備塊狀試樣的工序;(b)將該塊狀試樣以赤熱狀態(tài)直接裝入呈惰性氣體氣氛的試樣室內(nèi)的工序;(c)對試樣室內(nèi)的塊狀試樣表面照射脈沖激光從而產(chǎn)生微粒子的工序，從距離表面25μm以上的深處產(chǎn)生的微粒子是成分分析的對象試樣;(d)用惰性氣體將該微粒運送至電感耦合等離子體分析器的運送工序;(e)用電感耦合等離子體分析器對該微粒子進行成分分析的工序。
25.根據(jù)權利要求24的分析方法，其中，該惰性氣體氣氛是氬氣氣氛，氬氣的含碳量在1μg/升以下。
26.根據(jù)權利要求24的分析方法，其中，該脈沖激光是以100Hz以上的振蕩頻率，規(guī)定照射點的能量密度為108-1011W/cm2，邊移動照射點邊照射試樣面。
27.鋼成分的分析裝置，它的構成如下(a)收納塊狀試樣的試樣室，該試樣室由分析小室部分、試樣保持部分、將分析小室部分和試樣保持部分相連的露出孔組成，塊狀試樣被裝在試樣保持部分中;(b)具有帶露出孔側壁的試樣保持部分的內(nèi)面，和與該內(nèi)面接觸的塊狀試樣面具有基本上相同的曲面;(c)用于對該塊狀試樣照射脈沖激光以產(chǎn)生微粒子的激光振蕩器，該激光通過分析小室部分、露出孔，照射到塊狀試樣上;(d)將惰性氣體導入分析小室，并將產(chǎn)生的微粒子運送至分析小室外的手段;(e)對運送的微粒子進行成分分析的電感耦合等離子體分析器。
28.根據(jù)權利要求27的分析裝置，其中，運送該微粒子的手段，包括將試樣室和電感耦合等離子體分析器連接起來的運送氣體配管。
29.根據(jù)權利要求28的分析裝置，其中，該運送氣體配管是金屬配管。
30.根據(jù)權利要求29的分析裝置，其中，該運送氣體配管是玻璃配管。
31.根據(jù)權利要求27的分析裝置，它還具有從惰性氣體中除去碳成分的氣體精制裝置，并將精制過的惰性氣體導入試樣室。
32.鋼成分的分析方法，該方法由以下工序構成對鋼材表面按線狀照射脈沖激光，并產(chǎn)生微粒子的工序;通過惰性氣體將產(chǎn)生的微粒子運送至檢測器的工序;用該檢測器分析微粒子的成分的工序，成分的推移可根據(jù)激光的照射線獲得，然后根據(jù)該成分的推移檢測出異常部位。
33.根據(jù)權利要求32的分析方法，其中，激光照射包括，通過旋轉反射鏡邊移動照射點邊進行照射。
34.根據(jù)權利要求32的分析方法，其中，激光照射包括，通過聚光透鏡的平行移動邊移動照射點邊進行照射。
35.根據(jù)權利要求32的分析方法，其中，以脈沖半值幅度0.02-0.5μsec，脈沖尖點輸出功率20kW-50MW進行激光照射。
全文摘要
用磨削機對鋼片的分析部位磨削后，用具有密封部分的微粒子發(fā)生小室覆蓋該部分，在小室中邊通Ar氣邊激光照射進行再磨削后，以100Hz以上的振蕩頻率，且照射點至少在1mm
文檔編號G01N21/71GK1110404SQ9411832
公開日1995年10月18日 申請日期1994年11月2日 優(yōu)先權日1993年11月2日
發(fā)明者秋吉孝剛, 望月正, 坂下明子, 石橋耀一, 城代哲史, 巖田嘉人, 河井良彥, 丹村洋一, 宮原弘明 申請人:日本鋼管株式會社