钢铁分析用标准物质

       在第7条和第8条中给出的材料中，化合物（如TiO2, SiO2, Al2O3等）的含量和其它的特性，如烧失量或水含量，要定值。图4.1显示了在COMAR库中作为所有钢铁分析用标准物质的各个部分，不同类型材料的分布情况。
      

标准物质的生产者

       当今最重要的钢铁产品分析用标准物质生产者有：

• 国家标准技术研究院NIST（美国）
• 欧洲EURONORM-CRM生产者集团，成员有：英国（BAS）、法国CTIF和IRSID、德国钢铁有证标准物质工作组，包括BAM、VDEh和研究铁的MPI, 还有瑞典/芬兰的NCRMWG。欧盟的IRMM，前身是BCR，它为许多不同的领域生产标准物质，而不生产钢铁分析用标准物质（煤例外），因为欧洲EURONORM-CRM生产者集团的存在。
• 中国国家标准物质研究中心
• 日本钢铁联合会（JISF）
• ISO TSNIICHM（俄国）

       另外，还有其他一些公司生产钢铁分析用标准物质，或出售他们内部的标准物质。除了很好确定有证元素含量的标准物质外，还有再校准和飘移控制的样品，如火花发射光谱仪（spark emission spectrometers）用的样品。这些标准化或建立的样品必须非常均匀，而元素含量的精确认识则不那么重要。在测量这些样品时，只把产生的信号强度与以前的测量比较以排除任何飘移效应。有许多生产者专门生产这些标准化样品，如MBH分析有限公司或SPEKTRARAT和其它。

样品形状

       在4.1.3中，对不同形状的CRM与它们所用于的方法之间的关系进行了一般评论。通常，钢铁分析用标准物质有三种形状（图4.2）。
      

       圆盘状致密样品 致密样品用于校准、再校准和使用SD-OES和XRF的质量控制测量。因为熔体在鼓风炉中的停留时间现在仍在减少，所以经常是没有足够的时间用传统或湿化学分析方法来分析以控制熔体的成分。因此，样品取自于熔化的金属，在固化和冷却后用火花发射光谱法直接进行分析。致密样品重要性不断增加的另一个原因就是—作为分析仪器技术进步的结果—用SD-OES测定的非金属元素，如氮的可能性。考虑到这些技术的可能性，生产者给氮含量定值的致密形状标准物质数量不断增加。（欧洲EURONORM-CRM生产者集团有一个计划，为7种现有的EURONORM标准物质的氮含量定值）

       在生产致密标准物质时，控制样品的均匀性是极端重要。在把熔解材料铸造成棒生产样品时，就存在棒中不均匀的可能性，即棒的顶部和底端存在差别，而样品就是把这样的棒切割成小块制成的。当溶体铸造耗时较长引起挥发性元素流失时，也可能有不均匀问题。另外一方面，由于在溶体的固化过程中的偏析效应，可能使样品从外到内存在不均匀性。一种获得均匀致密样品的方法是将溶体在惰性气体氛围中（如氩中）雾化制成微粒，然后进行粉末高温等静压[4.12]。

       碎屑或粉末样品 粉末或碎屑形状的标准物质主要用于湿化学分析。它们用作校准物质，也就是使用AAS或ICP-OES进行溶液分析。如果标准物质基体与样品基体相似或相同，与使用商业的或自制的标准溶液校准相比，使用标准物质校准的一个重要优点就是考虑了所有来自于基体的影响。

       粉末或碎屑形状的标准物质—作为致密样品—的第二种重要用途是在测量大量系列样品时控制分析方法的准确度或控制漂移效应。另外，标准物质还用于确认新的分析方法。一方面，必须检查要确认的分析方法是否适合不同类型的基体，而另一方面，必须借助标准物质来测定一些重要参数，如浓度范围、复原值、方法标准偏差和实验室间标准偏差等。但是，标准物质的不确定度也考虑到。

       使用碎屑形状标准物质，重要的一点是保留样品量不要低于最小值（最小颗粒数），因为不同颗粒间的任何可能的不均匀性都将要被排除。颗粒间的不均匀性问题在生产过程中已经加以考虑了。例如，根据铁合金的粒度，已知颗粒间存在碳的不均匀性。在富碳铸铁的粉碎过程中，石墨有时会沉淀。因此，在把这种物质调整为标准物质之前，有必要除去石墨沉淀。一般来说，不同粒度分量之间必须确保没有不均匀性，否则就必须丢弃那些不均匀的分量。

       如果用标准物质校准，必须记住测量中的不确定度会增加，因为标准物质的不确定度变为总不确定度的一部分。由于不确定度较高，如果必需需要高准确度情况下，就应避免用标准物质校准；例如，铁合金的主要成分的测定，这里材料价格取决于主要成分含量。

       球形、棒状等的特殊形状样品

       钢铁实验室中对非金属的氮、氧、硫、碳的测定通常使用分析仪器进行的，被分析物在坩埚中燃烧或载气热萃取后红外线或热导探测。现今，一些上面提到的元素使用火花发射光谱法测定。燃烧或载气热萃取的仪器通常用标准物质来校准。用纯化学品或气体进行校准的缺点是考虑任何基体效应。尤其对氧气的测定，己有几种标准物质可用于分析仪器的校准。钢溶体中氧含量必需要检查，因为这种元素使固化过程不稳定，在固化的钢中产生许多小气泡，使钢屈服强度受到影响（susceptible to unyieldingness）。

       小棒或球状样品很适合于做校准用标准物质，因为在测量之前通过化学浸蚀（chemical picking）很容易就可以去除表面的氧化物层。也有一些材料镀了很薄的一层金（如ECRM 099-1）。这些材料不用任何预处理就可以直接放进氧气分析器仪的坩埚里，因为它们的表面对氧化作用是惰性的。一些氧和氮测定用的有证标准物质列于表4.3中。
      

未来的发展

       钢铁工业发展的一个重要趋势是制造时间减少，如溶体在高炉（blust furnace）中的停留时间。因此，分析测量必须要很快才行。这样的结果是仪器分析方法正在逐步替代传统的分析方法。另一个原因是实验室里的雇员在减少，所以不大可能在元素测定时使用耗时的分析方法。许多仪器方法要求致密的标准物质来校准，与致密样品相比，碎屑形状样品的重要性在减少。对以联合实验建立有证值并只使用纯物质校准的湿化学方法或分析技术进行定值的标准物质生产者来说，工业实验室分析能力的消失也是一个很严重的问题。

       除了以上提及的元素以外，其它一些元素越来越受到关注，例如：

• 合金钢中的钙。加入少量的钙可以改善材料铸造和车削性能[4.38]。
• 环境敏感元素,因为政府指令要求，如对包装材料工业。由于这些元素通常只是微量，考虑检测限及其它参数可用于定值分析的分析方法需求日益增加。如ICP-MS这样新的灵敏分析方法被用来测定这些微量元素。

       除了总的元素含量外，对其他特性的关注也在增加。用于核工业的钢中硼的同位素分布就是一个例子。另一关注点是某元素的类型，如铝在钢中的酸溶解部分和不溶部分，或矿石中除了总含铁量外Fe（Ⅱ）的含量。