X螢光-XRF L系列不銹鋼檢測解決方案

新聞提供:科邁斯集團發表日:2009/08/04
關鍵字: 不銹鋼 316L 304L XRF 碳硫檢測設備 問題提問

前言
不銹鋼的市場一直較為混亂,不同的鋼號由不同的成分組成,有些有著相同的組成元素缺有著不一樣的含量。因其為滿足不同應用而衍生出的各種牌號的鋼種數不勝數,所以魚龍混雜,以次充好的想像頻頻發生。

PMI設備的重要性
隨著全球資源越來越少,原物料價格不斷地攀升,資源回收再利用以及品質量化的控管是一項重要課題。在貴金屬產業可用運XRF從回收的資源中,篩選出不同經濟價值的成分,透過XRF快速篩選分類,提高業者的回收效益及經濟利益,XRF在金屬成份鑒定及分類篩選和採購原材料的檢測上已是一個不可或缺的品管工具!
不銹鋼的所有產品的主成分都是金屬成分,採用PMI(Positive Material Identification)
設備可以很精確的檢測不銹鋼中主成分的含量、快速識別牌號,可以有效地避免供應商以次充好、偷工減料。
XRF(X-Ray Fluorescence)設備便是PMI工具的典型代表,採用X-Ray的物理特性,檢測範圍從鉀(K19)~鈾(U92),所有常見的金屬元素可以一次性分析,將原本只能在實驗室從事的化學檢測的工作簡化為可以在任何場合進行的無損檢測。
美國可擕式A2000是採用X-RAY激發樣品所含元素的特徵X螢光的原理對樣品的成分含量做檢測,集精准、方便、快速與一身,小巧的身材卻有著無窮的智慧。其為無損檢測,短短幾秒便可識別出樣品的牌號及成分含量,對樣品無加工要求,可適應戶外環境,是回收業及品管檢測的有力武器。
L系列不銹鋼的特性
L系列不銹鋼表示低碳含量的鋼種,字母“L”(Low)表示低碳(碳含量被控制在0.03%以下),以避免在臨界溫度範圍(430~900℃)內碳化鉻的晶界沉澱,在焊後提供特別好的耐蝕性,可用於焊接後不能進行退火和需要最大耐腐蝕性的用途中。
不銹鋼的重要因素在於其保護性氧化膜是自愈性的(例如它不像選擇性氧化而形成的那些保護性薄膜),致使這些材料能夠進行加工而不失去抗氧化性。合金必須含有足夠量的鉻以形成基本上由Cr2O3組成的表皮,以便當薄膜弄破時有足夠數目的鉻(Cr3+)陽離子重新形成薄膜。如果鉻的比例低於完全保護所需要的比例,鉻就溶解在鐵表面形成的氧化物中而無法形成有效保護膜。起完全保護作用所需的鉻的比例取決於使用條件。在水溶液中,需要12%的鉻產生自鈍化作用形成包含大量Cr2O3的很薄的保護膜。在氣態氧化條件下,低於1000℃時,12%的鉻有很好的抗氧化性,在高於1000℃時,17%的鉻也有很好的抗氧化性。當金屬含鉻量不夠或某些原因造成不銹鋼晶界出現貧鉻區的時候,就不能形成有效的保護性膜。

常見L系列不銹鋼316L、304L
目前的不銹鋼市場,最常見的L系列不銹鋼為316L和304L,由下表可見其與普通的316及304的區別:
(單位:%)

規格
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
其他
SUS316
≤0.08
≤1.00
≤2.00
≤0.045
≤0.030
16.0~18.0
10.0~14.0
Mo:2~3
SUS316L
≤0.03
≤1.00
≤2.00
≤0.045
≤0.030
16.0~18.0
12.0~15.0
Mo:2~3
SUS304
≤0.08
≤1.00
≤2.00
≤0.045
≤0.030
18.0~20.0
8.0~10.5
ND
SUS304L
≤0.03
≤1.00
≤2.00
≤0.045
≤0.030
18.0~20.0
8.0~10.5
ND

由上表可見,316與316L的最大區別在於碳的含量上,316L為低碳鋼,304與304L的區別也是一樣在於碳的含量。
316耐腐蝕性能優於304不銹鋼,倆者多用於需焊接的抗腐蝕的器件上面,而316L和304L焊接後不需要做退火的動作,焊接處就可以達到標準的抗腐蝕性,但L系列不銹鋼在氯化物環境中,對應力腐蝕開裂最為敏感,不具備耐氯離子腐蝕的功能,因此L型不銹鋼用於海水系統是不成功的。
在一般的工程應用中及廢物回收時,我們在意的是金屬元素的含量是否達標,諸如價格成本較高的Ni和具抗腐蝕性的Cr的含量。一般C的含量供應商不會刻意偷工減料,因其價值成本並沒有可汲取的空間。這種情況下,利用XRF設備作為PMI檢測工具就可以達到檢測要求。
另一種情況,如上面所述,如若材料是應用在焊接工程,抗氯化物腐蝕等專案中,就需要對C的含量做精確的考量。雖然C本身的價值並不值得克扣,但控制C的含量的制程成本是有差的,因此在某些應用領域,對C的含量檢測同樣是有必要的。

低碳(L系列)不鏽鋼檢測解決方案
從目前的檢測技術來講,還沒有任何一款簡易的設備可以精准檢測不鏽鋼主成份的同時,對高低碳的含量做有效鑒別。為解決上述的L系列不鏽鋼的檢測問題,現提出下列解決方案。
一、 綜合考慮市場中所有PMI設備,XRF儀器的簡便性無須贅述。便攜式的XRF設備更是將XRF無損檢測設備的快捷靈敏性發揮到了極致。針對金屬材質的檢測,特別採用FP法,無需繁瑣製樣,無需判斷樣品種類,實現了全元素分析,可一次性對所有金屬元素做定性定量的檢測。因此,我們可以採用XRF設備作為檢測不鏽鋼成份含量的基礎工具。
二、 L系列低碳含量不鏽鋼的檢測識別需要對C的含量極為敏感的檢測工具,L系列C的含量一般不超過0.03%,作為輕元素來講,這個含量很微量,一般的不鏽鋼檢測工具,諸如便攜式/手推車式直讀光譜達不到這樣的標準。建議採用紅外碳硫檢測設備專門對不鏽鋼中的C等非金屬元素精確檢測,可以達到分辨L系列不鏽鋼的目的。紅外碳硫檢測技術目前已經極為成熟,其操作過程越來越簡易,是一種可靠性較高的C含量的檢測技術。由下圖可見紅外碳硫檢測設備的一般操作流程:

簡言之,需要全面檢測L系列不鏽鋼的材質,即需檢測主成份金屬元素的含量和低碳含量,因此可以採用上述“倆步走”的方案:XRF+紅外碳硫檢測儀
採用XRF設備作為PMI檢測工具結合紅外碳硫檢測儀,便可達到檢測L系列不鏽鋼的目的。
L系列不鏽鋼檢測系統流程:

 綜上所述,需檢測的樣品經過XRF的快速掃描,識別出牌號,如316/317/304/321/309…… 如需檢測是否為L系列不鏽鋼,再進行第二步檢測,通過碳硫檢測設備對C的含量做精確檢測。二者相結合,L系列不鏽鋼的檢測問題便迎刃而解。


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