钢线材的材料特性和成分是怎样的？如何发展？

钢丝通常用于安全要求高的应用。本文介绍了 OES 技术如何确保满足严格的钢丝规格。

钢丝的外观乍一看并没有什么特别之处，它的很多用途也很普通，比如金属网围栏、弹簧和普通的钉子。但仔细观察就会发现，钢丝绝非如此简单。大多数钢丝用于要求严格、安全至关重要的航空航天和汽车应用，例如发动机气门内衬或气缸盖垫圈。一个众所周知且非常常见的应用领域是汽车轮胎中的钢丝加固。所用的钢丝必须符合非常精确的规格；所选钢丝应足够坚固，同时又能满足轮胎规格，从而提高驾驶性能并节省燃料。验证钢丝的材料特性和成分是生产过程中的重要部分。

钢丝生产

在讨论钢丝绳的分析之前，先快速了解钢丝绳的生产方法，有助于插入本文中钢丝绳生产过程的内容：

滚动

回收的废钢被冶炼成钢坯，在初轧机中轧制以减小横截面积。之后，在中间轧机中继续轧制，直到钢丝达到规定的尺寸。帘线钢的直径通常为5.5mm。钢丝在进入下一个生产阶段之前需要冷却。

处理

生产的下一阶段是加工，例如退火和酸洗。退火是根据特定的温度和时间曲线对钢丝进行加热和冷却。这会改变钢丝的物理特性，主要是增加其延展性并降低其硬度；这一步骤至关重要，因为钢丝将经过进一步加工，例如成型或机械加工。酸洗是一种化学处理，通过将不需要的表面氧化物溶解在酸中来去除它们。这些加工细节取决于钢丝最终应用的规格。

分析

此时，对钢丝进行测试，以检查其性能是否符合预期，是否符合装运前规定的标准。从每个线圈上切下一小段钢丝，送往实验室进行测试。通常对钢丝进行表面质量、尺寸和形状、抗拉强度、脱碳和化学成分测试。化学成分对钢丝的性能有很大影响。

为什么要使用OES火花分析？

通过确定钢材的化学成分，不仅可以获得基本的钢材等级信息，还可以获得可能影响钢丝使用寿命内性能的其他元素的关键信息。例如，对轮胎中使用的钢丝进行分析需要表明它确实是高碳钢，并验证硅、锰、磷和硫等其他元素的确切含量。并非所有分析方法都能检测到非常低水平的这些元素，因此 OES 是行业标准工具。

OES 可以测量多种元素和浓度。该仪器在测量低浓度杂质和微量元素时可提供极其准确的结果，并且是同类产品中提供 L 级不锈钢可靠信息的最佳产品。直读光谱仪技术是唯一可以测量双相不锈钢和奥氏体不锈钢中氮含量的技术。

从更实际的角度来说，OES 分析速度快、先进、成本低且易于使用。使用该仪器可简化样品制备过程，并可测试多种不同组件，包括电线、管材、螺栓和板材。

OES 如何工作？

OES 是一种使用光谱的仪器，这意味着它通过检测材料在施加能量时发出的特定辐射光谱来工作。由此产生的光谱提供了有关特定物质的信息。

通过加热一小部分样品，材料将被蒸发。这会影响材料的原子，然后原子会发出特定波长的光。每种元素都会发出特定的辐射模式，仪器中使用的探测器会“读取”光谱以识别存在的特定元素。

在实际的金属样品中，每种元素都有由许多光波长组成的复合光谱，从而产生一组极其复杂的发射光谱。直读光谱仪有三个关键组件，可提供准确的结果：

火花发生器配有电极，与氩气环境中的高压光源相连。将火花级施加到金属样品上会产生高压放电，从而使金属蒸发。

配备光谱仪的光学系统。样品中原子发出的光被分成单独的波长（使用衍射光栅），然后通过检测器。检测器测量每个波长的光强度。

仪器软件解读来自检测器的数千个信号，以确定测试样品中存在的具体元素。检测限进一步与校准的参考水平进行比较，从而使软件能够显示每种元素的存在量。

现在我们了解了OES的工作原理和仪器中的组件，我们可以讨论钢丝分析的技术挑战以及如何改进OES技术以克服这些挑战。

为什么使用OES进行钢丝分析如此困难？

使用 OES 获取准确钢丝读数的问题非常简单：钢丝直径小于火花台孔径。

在理想的测量情况下，待测金属表面完全覆盖装有火花电极的火花台孔。这可确保空气不会进入充满氩气的火花室。避免火花室中出现空气的主要原因如下：

金属表面一旦蒸发就会发生氧化，表明被分析的物体已经变成氧化物而不是贱金属本身。

还记得检测器检测蒸发样品发出的光的波长的方式吗？钢丝分析中一些最关键的元素，如碳、磷、硫和硼，会发出紫外线。空气会吸收紫外线，因此如果火花室中有空气，样品发出的紫外线会在被检测器检测到之前被空气重新吸收，导致分析仪无法检测到这些元素或显示浓度过低。这将导致完好的钢丝被拒收，或者更糟的是，不符合规格要求的钢丝被接受。

利用OES获得准确的细钢分析结果

现代 OES 仪器，例如日立的 FOUNDRY-MASTER Smart 和 OE 系列，通过两种方式克服了分析细钢时遇到的上述问题。首先，通过使用特殊适配器，火花台孔径可以变小，以适应钢丝的直径。

这当然有帮助，但将小型分析仪探头放入钢丝上的正确位置仍然是一项棘手的工作。钢丝是圆形的，这使得很难在火花探头和钢丝表面之间形成理想的密封。因此，第二项措施是防止空气进入火花室，即使火花探头暴露在空气中。这是通过一种特殊的层流技术实现的，该技术引导氩气在电极周围平稳流动，从而保护等离子体免受空气流入火花室的负面影响。

这使得分析钢丝变得非常简单，即使是符合 5.5 毫米轮胎规格的钢丝。首先，从退火钢丝圈中切下一段新批次的钢丝，并研磨表面以确保分析表面清洁、无污染。在火花台上安装适合钢丝直径的正确适配器，并将钢丝夹在适配器上。还必须在仪器软件上选择用于获取正确钢丝直径的适当程序，以确保准确性。如果分析结果的公差在规格范围内，则可以测量该批次的其他钢卷。

100% 质量控制

OES 是分析安全关键应用中使用的钢丝棒的最佳方法。通过使用正确的测量方法和正确的火花技术，用户可以克服薄钢测量的挑战，并获得他们运送的每卷钢丝的准确结果。