ICS 77.120：49.025
H 60：V 01
HB 8423.4-2017
金属材料牌号鉴别方法
第 4 部分：看谱法鉴别不锈钢和耐热钢牌号
The method of visual spectroscopic analysis of metal materials-
Part 4:The visual spectroscopic method of identifying stainless and heat-
resisting steels
2017-04-12 发布 2017-10-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
HB 8423《金属材料牌号鉴别方法》分为九个部分：
——第 1 部分：看谱法鉴别铝合金牌号;
——第 2 部分：看谱法鉴别钛合金牌号;
——第 3 部分：看谱法鉴别合金结构钢牌号;
——第 4 部分：看谱法鉴别不锈钢和耐热钢牌号;
——第 5 部分：看谱法鉴别高速工具钢牌号;
——第6 部分：看谱法鉴别铁镍基高温合金牌号;
——第 7 部分：看谱法鉴别镍基高温合金牌号;
——第8 部分：看谱法鉴别钴基高温合金牌号;
——第 9 部分：看谱法鉴别铜合金牌号。
本部分为 HB 8423《金属材料牌号鉴别方法》中的第 4 部分。
本部分按 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。
本部分由中国航空综合技术研究所归口。
本部分起草单位：中国航空工业集团公司北京航空材料研究院、成都发动机 (集团)有限公司。
本部分主要起草人：王荣、谢文博、刘晓燕、李国华、徐秋心、杨春晟、曹方、陈靖、庞晓辉、高颂、宋晓辉、张桂竹。
金属材料牌号鉴别方法
第 4 部分：看谱法鉴别不锈钢和耐热钢牌号
1 范围
本部分规定了采用看谱分析方法鉴别不锈钢和耐热钢牌号的方法原理、仪器及工作条件和鉴别步骤。
本部分适用于表 A.1 所列不锈钢和耐热钢牌号的鉴别。表 A.1 所列以外牌号的合金元素种类及其含量 (即质量分数)在本部分各相应元素含量测定强度标界定的范围内，也可参照本部分进行牌号鉴别。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本 (包括所有的修改单)适用于本文件。
HB 8423.1 金属材料牌号鉴别方法第 1 部分：看谱法鉴别铝合金牌号
3 术语和定义
HB 8423.1 界定的术语和定义适用于本部分。
4 方法原理
合金牌号由其合金化学成分决定，不同类别不同牌号的合金，其光谱结构特征不同。通过目视观测看谱镜视场中样品在电弧或火花光源激发下辐射的可见光谱区内样品光谱结构特征，判定样品所属的合金类别;采用定性测定方法判定样品的组分元素;采用强度标法对相关合金元素，特别是特征合金元素的含量进行半定量测定，根据测定结果并比对相应标准的牌号及化学成分，判定样品所属的合金牌号。
5 仪器及工作条件
5.1 仪器
5.1.1 看谱镜
光栅色散系统或棱镜色散系统台式或便携式看谱镜。看谱镜应满足下列要求：
a) 光强：在 440nm 处能清晰地观察到 Fe438.355、Fe440.475 和 Fe441.513 三条铁谱线 (参见图B.1或图B.2);在650nm 附近能清晰地观察到Fe646.273、Fe646.921、Fe647.563、Fe648.188四条铁谱线 (参见图 B.1 或图 B.2);
b) 分辨率：能分辨开 Fe519.146 与 Fe519.235、Fe487.132 与 Fe487.214 等铁双线 (参见图 B.1或图 B.2)。
注：本部分中，谱线波长单位为纳米 (nm)，例如：“Fe438.355 ”表示波长为 438.355nm 的铁谱线，其波长值在
图 B.1 或图 B.2 中取至小数点后 3 位，在第 6 章中各分析线及比较线的波长值取至小数点后 2 位。
5.1.2 激发光源
激发光源为随看谱镜配置的交流电弧或低压火花光源。激发光源应能满足下列要求：
a) 激发稳定性：当分析间隙在 2mm～3mm 时，能产生稳定的电弧放电;
b) 激发能力：采用低压火花激发硅、铝元素时，硅的检出限应低于0.3%，铝的检出限应低于 1%。
5.2 工作条件
5.2.1 电源
具有独立可靠地线的单相三线电源，电压为 22V，功率大于 1.5kW。
5.2.2 辅助电极 (简称电极)
除测定铜采用纯铁电极外，其余元素测定均采用纯铜盘或棒。
5.2.3 分析间隙
分析间隙一般为 1mm～2mm。特殊情况，在相关元素测定时规定。
5.2.4 样品预处理和激发
带有油污、厚重锈斑、涂镀层、氧化层的样品激发面应经打磨去除表层，一般样品可不进行表面处理。
样品按 5.2.1～5.2.3 规定条件进行激发。除硅、铝测定采用低压火花激发外，其余元素的测定均采用电弧激发。
6 鉴别步骤
6.1 基体元素及合金类别鉴别
鉴别样品是否属于不锈钢、耐热钢类，可参照图 1 所示的具有代表性的各类样品的光谱结构特征来判定。
图 1 中谱图Ⅳ为不锈钢、耐热钢类样品典型的光谱结构特征：基体元素铁谱线强度高，且铬的谱线Cr492.23 的强度也高，其强度几乎与 Fe492.05 或 Fe491.90 强度相当 (视样品中铬含量的高低而定)，谱线结构较复杂。若被鉴别样品的光谱在同波段范围内与其相似，则样品应属不锈、耐热钢类，可以用本部分规定的方法对其所属牌号进行鉴别。
图 1 中其他类别合金的典型光谱结构特征在相关标准中再予以说明。
注：本部分图 1～图 12 均采用光栅看谱镜图谱，当使用棱镜看谱镜时，线色散率会有所差异 (参见表B.1及图 B.1、图 B.2)。
6.2 合金元素的定性测定
6.2.1 测定元素种类
定性测定元素有铬 (Cr)、镍 (Ni)、钨 (W)、钼 (Mo)、钛 (Ti)、铌 (Nb)、钒 (V)、铜 (Cu)、锰 (Mn)、硅 (Si)和铝 (Al)共 11 种。
6.2.2 定性测定元素分析线 (组)波长及检出限
定性测定元素分析线 (组)波长 λ 及检出限 wL 见表 1。
定性测定元素分析线 (组)在铁谱中的位置见图 B.1 或图 B.2。
图 1 合金分类及基体鉴别图谱
表 1 定性测定元素分析线 (组)波长 λ 及检出限wL
表 1 定性测定元素分析线 (组)波长 λ 及检出限 wL (续)
6.2.3 定性测定判定
各测定元素在样品中的含量小于表 1 中各测定元素分析线 (组)的最低检出限时，其分析线 (组)一般在样品光谱中不出现，可判定样品不含该元素;反之，则判定样品含有该元素。但是否为合金元素或残余元素，还需进行半定量测定，并参照相关标准的牌号及化学成分，方可确定。
6.3 合金元素半定量测定
6.3.1 铬的测定
6.3.1.1 概述
高铬含量是不锈钢和耐热钢类合金的共同组分特点 (个别牌号除外，如 12Cr5Mo)。测定铬的主要目的是判断样品是否属不锈钢和耐热钢类合金 (参见 6.1)，其次是将样品按铬含量分类，以便进一步对合金牌号进行鉴别。
铬的测定采用一组图谱，强度标分为五个测定含量区间。
6.3.1.2 测定参数
测定参数如下：
a) 分析线：1Cr534.58、2Cr534.83;
b) 比较线：1Fe534.10、2Fe537.15;
c) 图谱：见图 2;
d) 强度标：见表 2。
图 2 铬测定图谱
表 2 铬测定强度标
6.3.1.3 测定说明
铬线强度较稳定，预燃时间不作规定。
当样品含铌时在 1Cr 与 2Cr 的两旁各有一条铌线出现(参见图8 铌测定图谱);当样品含高锰时，则在 1Cr、2Cr 两旁各出现一条锰的扩散线。
6.3.2 镍的测定
6.3.2.1 概述
表 A.1 中 140 个牌号含有镍，镍的测定采用一组图谱，强度标分为五个测定含量区间。
6.3.2.2 测定参数
测定参数如下：
a) 分析线：1Ni508.05/.11、2Ni511.54;
b) 比较线：1Fe507.92、2Fe510.75;
c) 图谱：见图 3;
d) 强度标：见表 3。
图 3 镍测定图谱
表 3 镍测定强度标
表 3 镍测定强度标 (续)
6.3.2.3 测定说明
镍含量低时，镍线易闪烁，分析间隙可适当减小;当镍含量增高时，可适当增大分析间隙，以提高视场亮度，有利于观测，其余不作规定。
随着镍含量的增高，1Ni 强度增高，双线特征愈明显。表 3 按镍含量不同分为 5 个区间，对每个区间所包含牌号的特征元素进行测定，可达到鉴别这些合金牌号的目的。
6.3.3 钼的测定
6.3.3.1 概述
表 A.1 中含钼的牌号共有 72 个，钼的测定采用一组图谱，强度标分为七个测定含量区间。
6.3.3.2 测定参数
测定参数如下：
分析线：1Mo553.31、2Mo557.05、3Mo563.25;
比较线：1Fe556.96、2Fe557.28、3Fe558.68、4Fe561.56;
图谱：见图 4;
强度标：见表 4。
图 4 钼测定图谱
表 4 钼测定强度标
6.3.3.3 测定说明
钼为难熔元素，应预燃 30 s 后观测。
除 1Mo553.31、2Mo557.05、3Mo563.25 外，还有一条 Mo550.65 线，但受 Fe550.68 干扰，不能用于钼含量测定，但可与 1Mo、2Mo 组成钼的三线特征线组，用于钼的定性测定。当钼含量很低或不含钼时，1Mo 位置可能受背景干扰，在测定低量钼或定性测定钼时，宜以 2Mo 为准，2Mo 的检出限约0.05%。
6.3.4 钨的测定
6.3.4.1 概述
表 A.1 中共有 9 个牌号含钨，钨的测定采用一组图谱，强度标分为三个测定含量区间。
6.3.4.2 测定参数
测定参数如下：
a) 分析线：1W505.33、2W505.46;
b) 比较线：1Fe505.16、2Fe504.98;
c) 图谱：见图 5;
d) 强度标：见表 5。
图 5 钨测定图谱
表 5 钨测定强度标
6.3.4.3 测定说明
钨属难熔元素，应预燃约 30 s 后观测。
1W 短波旁有一条 Ti505.29 线，表A.1 中含钨的牌号不含钛，1W 不受干扰。但不应将含钛牌号的此钛线误判为钨线。
6.3.5 钛的测定
6.3.5.1 概述
表 A.1 中共有 18 个牌号含钛，钛的测定采用一组图谱，强度标分为四个测定含量区间。
6.3.5.2 测定参数
测定参数如下：
a) 分析线：1Ti499.95、2Ti499.71;
b) 比较线：1Fe500.19、2Fe500.61;
c) 图谱：图 6;
d) 强度标：见表 6。
图 6 钛测定图谱
表 6 钛测定强度标
6.3.5.3 测定说明
燃弧开始时，钛线强度高，应预燃约 10 s 后观测。
1Ti 与 Ti498.17、Ti499.11、Ti500.72、Ti501.42 组成钛 5 线特征谱线组，可用于钛的定性测定。
6.3.6 锰的测定
6.3.6.1 概述
不锈钢和耐热钢中的锰含量均较高。锰的测定主要用于区分表 A.1 中含锰量大于 2%的若干牌号及个别小于 2.5%的牌号。对于含高锰牌号的测定，采用一组图谱，强度标分为四个测定含量区间。
6.3.6.2 测定参数
测定参数如下：
a) 分析线：1Mn551.68;
b) 比较线：1Fe552.55、2Fe550.14、3Fe549.75、4Fe556.96;
c) 图谱：见图 7;
d) 强度标：见表 7。
图 7 锰测定图谱
表 7 锰测定强度标
表 7 锰测定强度标 (续)
6.3.6.3 测定说明
锰组的检出限高 (大于 1%)，主要用于高锰的测定。锰组与钼组在同一光谱区，如含高锰的牌号还含有钼，可同时观测钼。
在该波段的短波端有一条银的灵敏线 Ag546.55，可用作零件材质镀银层的定性测定。
6.3.7 铌的测定
6.3.7.1 概述
表 A.1 中共有 17 个含铌的牌号，由于铌含量无明显差异，铌的测定采用一组图谱，强度标分为两个测定含量区间。
6.3.7.2 测定参数
测定参数如下：
a) 分析线：1Nb534.42、2Nb535.07;
b) 比较线：1Fe535.34;
c) 图谱：见图 8;
d) 强度标：见表 8。
图 8 铌测定图谱
表 8 铌测定强度标
6.3.7.3 测定说明
铌线在燃弧开始时强度较高，可以无预燃观测。
在 1Nb、2Nb 位置处，分别有锰的强度不高的扩散线 Mn534.45 与 Mn534.99，高含量锰的存在会使 1Nb、2Nb 的背景增大，在测定含有高含量锰的 GH2036 中铌时，应予以注意。
6.3.8 铜的测定
6.3.8.1 概述
表 A.1 中共有 22 个牌号含铜，铜的测定采用一组图谱，强度标分为四个测定含量区间。
铜的测定采用铁电极。
6.3.8.2 测定参数
测定参数如下：
a) 分析线：1Cu510.55;
b) 比较线：1Fe510.75、2Fe513.95;
c) 图谱：见图 9;
d) 强度标：见表 9。
图 9 铜测定图谱
表 9 铜测定强度标
6.3.8.3 测定说明
1Cu 与镍测定分析线 1Ni、2Ni 在同一光谱区。受铁电极中残余铜的影响，不含铜的牌号的样品光谱中 1Cu 也会出现，但强度不大(闪烁可见)。
由于铜含量低时，强度不稳定 (闪烁)，测定时应至少需 30 s 的预燃时间。
6.3.9 钒的测定
6.3.9.1 概述
表 A.1 中共有 15 个牌号含钒，除 GH2036 含钒较高外，其余牌号的钒含量差异不大。钒的测定采用一组图谱，强度标分为三个测定含量区间。
6.3.9.2 测定参数
测定参数如下：
a) 分析线：1V603.97;
b) 比较线：1Fe604.20、2Fe602.70;
c) 图谱：见图 10;
d) 强度标：见表 10。
图 10 钒测定图谱
表 10 钒测定强度标
6.3.9.3 测定说明
钒属难熔元素，应预燃 20 s 后观测。
1V 所在光谱波段有钼线 Mo603.07 及三条锰的特征谱线Mn602.18、Mn601.66、Mn601.35。由于GH2036 的锰、钼、钒含量较高，其光谱特征与其余含钒牌号的光谱特征有明显的差异，宜鉴别 GH2036。
6.3.10 硅的测定
6.3.10.1 概述
一般不锈钢和耐热钢中的残余硅含量低于 1%，硅的测定主要是为了区别含硅量大于 1%的牌号。表 A.1 中硅含量大于 1%的共有 13 个牌号。硅的测定采用一组图谱，强度标分为三个测定含量区间。
硅的测定采用低压火花激发。
6.3.10.2 测定参数
测定参数如下：
a) 分析线：1Si634.70、2Si637.11;
b) 比较线：1Fe639.36、2Fe640.00;
c) 图谱：见图 11;
d) 强度标：见表 11。
图 11 硅测定图谱
表 11 硅测定强度标
6.3.10.3 测定说明
火花激发硅时，应预燃约 20 s，激发初始分析间隙宜小(约 1mm)，起弧后，可适当增大分析间隙，以增强视场亮度。应避免电极或样品的挡光及外来硅的干扰，避免在样品同一位置重复激发观测。
6.3.11 铝的测定
6.3.11.1 概述
表 A.1 中含铝的牌号共有 8 个，铝含量低于分析线Al569.65 的检出限的牌号不能测定铝，铝的测定主要用于测定铝含量在 1%以上的牌号。铝的测定采用一组图谱，强度标分为两个测定含量区间。
铝的测定采用低压火花激发。
6.3.11.2 测定参数
测定参数如下：
a) 分析线：1Al569.65、2Al572.27;
b) 比较线：1N567.96;
c) 图谱：见图 12;
d) 强度标：见表 12。
图 12 铝测定图谱
表 12 铝测定强度标
6.3.11.3 测定说明
测定铝时分析间隙应控制在 0.4mm 内，样品激发面与电极 (台)架应有良好的接触，防止电极 (台)架与样品之间发生火花放电，分散分析间隙的能量，降低谱线强度，影响观测。在严格控制铝的测定条件下，1Al、2Al 的检出限可低至 1%以下。在现场不能严格控制测定条件时，很难观测到这两条铝线，可不作铝的测定。
6.4 样品牌号判定
经 6.1～6.3 的测定，若被鉴别的样品属不锈钢、耐热钢类，且所含元素种类 (元素碳除外)及其含量范围与表 A.1 中某一不锈钢、耐热钢的牌号相符合，则判定此牌号为样品所属牌号。否则，被鉴别样品不属于表 A.1 中所列牌号。
表 A.1 中化学成分相近或相同 (包括元素碳)的牌号，如 Cr13 类、Cr18Ni9 类、10Cr17Mn9Ni4N 与12Cr18Mn9Ni5N 等，只能以其钢类或以其中某一牌号报出。
本部分不能作氮 (N)的测定，对含氮的牌号，可根据其他元素的测定进行鉴别。
附录 A
(资料性附录)
不锈钢、耐热钢牌号及化学成分
部分不锈钢、耐热钢牌号及主要化学成分见表 A.1。
表 A.1 不锈钢和耐热钢牌号及主要化学成分 a
表 A.1 不锈钢和耐热钢牌号及主要化学成分 a (续)
表 A.1 不锈钢和耐热钢牌号及主要化学成分 a (续)
表 A.1 不锈钢和耐热钢牌号及主要化学成分 a (续)
表 A.1 不锈钢和耐热钢牌号及主要化学成分 a (续)
表 A.1 不锈钢和耐热钢牌号及主要化学成分 a (续)
表 A.1 不锈钢和耐热钢牌号及主要化学成分 a (续)
表 A.1 不锈钢和耐热钢牌号及主要化学成分 a (续)
表 A.1 不锈钢和耐热钢牌号及主要化学成分 a (续)
表 A.1 不锈钢和耐热钢牌号及主要化学成分 a (续)
附录 B
(规范性附录)
看谱分析用铁电弧可见光图谱
采用WX-5 型棱镜看谱镜摄制的光谱图见图B.1，采用WK1 型光栅看谱镜摄制的光谱图见图B.2。
图 B.1 和图 B.2 所示光谱图摄制时采用电弧激发，铜电极。波长范围为 400nm～670nm。谱图下方为若干条铁电弧谱线波长，谱图上方标注出了看谱测定不锈钢、耐热钢中常见合金元素的若干特征光谱线在铁电弧光谱中的位置。
图 B.2 光栅铁电弧可见光谱图的线色散率在其整个光谱波段范围内基本为一常数，其值约为4.2mm/nm。
图 B.1 棱镜铁电弧可见光谱图的线色散率与波长有关，见表 B.1。只在中间波段约 510nm 处，线色散率与图 B.2光栅铁电弧可见光谱图的线色散率相当。
表 B.1 图 B.1棱镜铁电弧光谱线色散率 Lλ 与波长 λ 的关系
参考文献
[1] GB/T 1220-2007 不锈钢
[2] GJB 2294-1995 航空用不锈钢及耐热钢棒规范
[3] GB/T 14992-2005 高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号
[4] GB/T 20878-2007 不锈钢和耐热钢牌号及化学成分
