你相信外來的檢驗證明嗎? 檢驗把關不求人,自己的鋼鐵自己顧

作者Editor
日期2021-05-13

我們想讓你知道的是

  • 鋼鐵物料檢測的重要性
  • 你要選擇手持式還是桌上型分析儀器?手持式與桌上型鋼鐵檢測
  • 鋼鐵元素分析儀器差異與比較。

為什麼你需要在乎自主品管檢驗?

鋼鐵行業中最在乎的就是鋼鐵基質或是合金中的元素比例及純度,因為金屬元素比例主宰著鋼鐵的剛性功能,譬如碳 (C) 可增加鋼的硬度,但也同時降低其可焊性及鍛造性;磷 (P) 在提高鋼的抗腐蝕性之餘同時也增加了脆化效果;硫 (S) 則降低鋼的延展性及韌性,被視為含量越低越好的雜質成分等等。而在鋼鐵中添加微量元素如 Nb、V、Ti 等,在 C 含量低的情況下仍可得到高硬度的鋼鐵合金,具有高可焊性,耐腐蝕的優點,很好地應用在工業粉碎/磨粉製程設備,石油與天然氣的生產管線,造船工業等,降低產品裂化的機率。

LIBS讓你快速有效進行自主品管檢驗_利泓科技
LIBS協助測定鋼鐵元素比例_利泓科技

而台灣鋼鐵上游原物料冶金煤及鐵礦砂多仰賴進口,進口的批次原物料多以廠商所提供的相關 PMI 材料可靠性鑑別證明文件作為品質保證的依據。然而 2017 年揭露的日本鋼鐵大廠偽造合金材料檢驗證明的新聞,及事件波及的層面,再次地提醒了業者對於自主品管檢驗的重要及必要性。與此同時歐盟於 2030 年開始課碳關稅,並要在 2050 年達至淨零碳排放,這對高耗能的鋼鐵產業是不小的影響。為了減低碳排放量,提升產能利用率,在原物料的品質與回收精煉之金屬品質上必需得斤斤計較。但有鑑於送樣檢測與確認之間的過程來回所耗費時間成本是相當可觀的,對此,製程上快速且精準的元素分析儀器,是鋼鐵產業品管的關鍵。

你用哪些儀器進行鋼鐵檢測呢?

以下是常應用在鋼鐵分析的桌上型分析儀器比較表

常應用在鋼鐵分析的桌上型分析儀器比較表

市面上不乏應用在鋼鐵金屬檢測的儀器,常見的如桌上型的 ICP-OES、SPARK-OES,還有手持式分光儀如:手持式 XRF、手持式 LIBS 等。
ICP-OES 可同時分析多種元素且靈敏度,精準度高,是目前各領域中常見的精密儀器之一。雖然分析效率高,但 ICP-OES 只能接受液態樣品進樣,故會耗費相當的時間與設備成本在樣品前處理上,不符合進行鋼鐵原物料快速鑒定的目的。
SPARK-OES 是早期因應鋼鐵生產線檢測需求而發展起來的分析儀器。雖可直接固體上樣分析,但會因為鋼鐵物料元素分佈不均,造成分析數據與實際元素含量判讀上的出入與誤差。譬如下圖,Al 金屬樣品中夾雜不同濃度的 TiB2 團粒,SPARK 在各單次剝蝕 (spark m, p, v) 所得到的 Ti 訊號強度都有所差異。

SPARK-OES 會有取樣分析與實際元素含量判讀上的出入與誤差

手持式設備因輕便,操作簡易,利於攜帶進行現地分析而受到各產業的青睞。除了輕便,手持式 XRF 以無損檢測的特性被廣泛使用在鋼材原料鑒定上,然而手持式 XRF 受限於輕元素 (即低原子序元素如 C、N、O、F、Li 等) 的分析。而以雷射對樣品進行剝蝕並激發元素,進行光譜分析的 LIBS 技術則克服了輕元素分析的限制,因此繼手持式 XRF 之後,手持式 LIBS 也快速崛起成為鋼鐵領域的常用檢測設備之一。然而,手持式儀器往往受限於設備體積大小,內置光學元件與激發能量的固定,導致其數據穩定性也不高,故只能作為鋼鐵原物料中快速篩選及辨認用途。

想要知道手持式XRF及手持式LIBS之間的差異嗎?
點我看比較表

有了手持式,還需要桌上型儀器嗎?

桌上型儀器比起手持式有更好的設備空間設置條件,自然有更佳的數據品質與低偵測極限。法規中也多數以桌上型儀器作為元素濃度的標準規範。

而 LIBS 雷射元素光譜分析儀普遍以手持式儀器型態應用在分析領域中,然而桌上型 LIBS 除了跟 SPARK-OES 一樣可固體樣品進樣,也分析輕元素之外,其最為優勢之處在於能夠進行元素在樣品中 2D 及 3D (深度)的分佈,譬如可觀測液態鋼凝固過程中可能產生的 O 或 S 內嵌氧化物,或是其他金屬元素相對的分佈資訊,比起元素平均濃度,元素在鋼鐵基質中的分佈不僅對鋼鐵品質差異的掌握度更高,對合金材料研發及應用而言也是重要的參數。此外,Applied Spectra 所設計的桌上型 LIBS 能夠與市面上任何廠牌 ICP-MS 串聯,在利用光譜分析得到主要元素資訊的同時,也能夠得到質譜分析得到痕量元素/微量雜質的優勢。這也是桌上型 LIBS 的特別之處。

那我要選擇手持式還是桌上型元素分析儀器呢?

手持式儀器可作為即時的初步判讀與篩選,靈活彈性固然方便,倘若需要得到精準的數據或是報告依據,仍舊需要桌上型儀器進行更為精確的分析。最終還是要依據你想要分析的樣品型態,想要看到的目標元素,元素濃度範圍,製程或監控需求等來進行元素分析儀器的選擇,這樣才是達到品管監控最佳效益的方式。

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