钢铁材料是生产应用最广泛的原材料之一，金属材料的元素含量（即配方）变化对其性能有着重要影响，欲提高材料性能，必须设计最佳成分含量，并对其进行有效控制。一些超高强度的钢铁材料，以其强度高、韧性好等特点而被用于一些特定产品，这些超高强度钢铁材料的抗拉强度Rm可达到1400MPa，规定非比例延伸强度Rp0.1可达到1210～1310MPa。为保证达到上述性能指标要求，对材料的冶炼工艺和各元素含量控制范围提出了严格要求，其控制范围远低于中高强度钢的要求。

目前，超高强度钢铁材料在研制、生产尤其在仪器分析中，由于没有相应的标准物质，无法用一种标准物质来控制所需元素的含量，在化学成分分析时一般采用市售标准物质建立基准工作曲线，需要选取多种标钢以满足超高强度钢化学成分含量的范围，这种做法不仅浪费人力物力，给分析工作也带来很大难度，且会造成较大的分析误差，无法保证分析结果准确、可靠。为此笔者研制了超高强度钢化学成分标准物质［1–6］，有利于保证直读光谱仪、等离子光谱仪等分析仪器测定超高强度钢化学成分的准确可靠及量值统一。

1超高强度钢（35CrNi3Mo)化学成分标准物质的制备

1．1化学成分设计

根据常用超高强度钢的成分进行设计，标准物质的成分范围处于相应超高强度钢成分范围的中间值，能够满足材料成分控制所需的含量范围。

1．2其它添加合金的种类及验收标准

冶炼原材料选用35CrNi3Mo成品切头、余料，对表面进行预处理，采用便携式直读光谱仪进行选料；其它合金元素的补充添加，均采用符合国家验收标准的纯金属和铁合金，见表1。

1．3标准物质制备

超高强度钢标准物质候选物采用与超高强度常用的钢铁材料相同的冶炼工艺，即采用电炉熔化，在LF炉精炼调节化学成分到标准要求，经真空处理后浇铸成锭，切除帽口和锭尾，经电渣重熔成锭后多次锻造以保证标准样品的均匀性。冶炼采用炼钢行业先进的计算机控制技术，在浇铸、脱氧等多环节都能达到精确控制，提高冶炼质量。同时，标准物质的制备工艺采用与所分析的钢种相同的冶炼工艺可以很好地消除基体效应的影响。

1．4标准物质加工

将加工至Ø100mm的标准物质候选物在清洗干净的车床上车去外皮，继续车削碎屑样品，直至圆棒直径在Ø(40±2)mm范围内。将收集好的碎屑样品经振动研磨机研磨后，过筛，分装于棕色玻璃瓶中。将车好的直径为Ø(40±2)mm的圆棒，截成高为(40±5)mm的圆柱体。并在表面刷上清漆，晾干后放入白色塑料盒中。

1．5标准物质化学成分的测定方法

超高强度钢（35CrNi3Mo）化学成分标准物质涉及9种元素的含量，具体为碳、硫、锰、硅、磷、铬、镍、钼、铜。其中碳、硫元素的分析采用红外碳硫分析法进行，其它元素可采用等离子光谱法进行，也可采用相应的国标方法进行。

2标准物质均匀性检验

按照JJG1006–1994［3］规定，随机抽取15瓶样品进行均匀性检验，其中碳、硫元素最小取样量为0.5g，其它元素最小取样量为0.2g，每个样品测量3次。均匀性检验中各元素采用的检测方法见表2。

采用F检验法分析标准物质均匀性检验数据，通过组间方差和组内方差的比较来判断各组测量值之间有无系统误差，如果统计量F值小于统计检验的临界值则判定样品是均匀的。实验组数m=15，重复测量次数n=3，样本数N=45，γ1=m–1=14，γ2=N–m=30。根据自由度（14，30）及给定的显著性水平（0.05），查表得F0.05，（14，30）=2.04。标准物质化学成分均匀性检验统计结果列于表3。由表3可知，F值均小于F0.05,（14，30），表明该标准物质是均匀的。

3标准物质稳定性考察

采用平均值一致性检验法对研制的标准物质进行稳定性考察，并计算t值［1］，显著性水平为0.05，自由度为4时，查表得t0.05(4)=2.78。若t≤2.78，则认为该标准物质的特性量值没有发生显著性变化；若t＞2.78，则认为该标准物质的特性量值已经发生显著性变化。

根据JJF1006–1994［3］的要求，对研制的超高强度钢（35CrNi3Mo）标准物质进行了1年的稳定性检验，考察结果的统计处理数据见表4。由表4可知，t值均小于t0.05(4)，因此认为数据没有显著性变化，超高强度钢化学成分标准物质在12个月的贮存期内量值是稳定的。

4标准物质定值

4．1定值方法

采用多家实验室协作方式对标准物质进行定值。经考核，选定中国兵器工业集团第五二研究所、

中核燃料元件有限公司北方分公司理化检测中心、内蒙古第一机械集团有限公司计量检测中心、瑞科稀土冶金及功能材料国家工程研究中心有限公司、中国兵器工业集团第五三研究所、中国兵器工业第二零四研究所、山东省冶金科学研究院、内蒙古北方重工计量检测技术研究院等8家单位参加定值工作。

碳、硫元素的含量采用红外吸收法，锰元素的分析采用ICP–AES法和高碘酸钾氧化光度法，硅元素的分析采用ICP–AES法和硅钼蓝光度法，磷元素的测定采用ICP–AES法和锑磷钼蓝光度法，铬元素的测定采用ICP–AES法和过硫酸铵氧化容量法，镍元素的测定采用ICP–AES法和丁二酮肟光度法，钼、铜元素的测定采用ICP–AES法。

4．2定值数据处理

根据GB8170–1987［4］的规定对定值数据进行修约，并按JJF1006–1994［3］的规定进行数据的统计处理，最后确定出标准物质的标准值。(1)用Shapiro-Wilk方法检验数据分布的正态性，统计结果表明，所有统计量W均大于W（n，p），表明定值数据为正态分布。(2)用科克伦（Cochran）准则剔除可疑数据组。经检验定值数据组之间的C值均小于C（α，m，n），各组数据等精度。(3)用Dixon准则剔除异常值。对各定值数据组进行Dixon检验，r1，rn值均小于f（α，n），所有数

据均保留。计算算数平均值和标准偏差，求出标准物质的标准值。

4．3定值结果

各实验室测试数据的统计结果见表5。

5定值结果不确定度

冶金标准物质标准定值的不确定度主要来源：(1)定值分析过程产生的不确定度，包括测量方法、测量过程中环境条件的影响、测试用仪器、量具、称量等引入的不确定度，实验室间不同测试方法产生的不确定度；(2)材料不均匀性产生的不确定度。定值过程产生的不确定度，可以通过测试数列用贝塞尔法求出标准差。标准物质经均匀性检验认为是均匀的，则标准物质均匀性引入的不确定度可以忽略不计。经评定分析，超高强度钢（35CrNi3Mo）化学成分标准物质各元素的不确定度列于表6。

6.结语

制备的超高强度钢（35CrNi3Mo）化学成分标准物质，满足了均匀性和稳定性的要求，采用多家实验室协作定值得到标准物质的标准值，各元素定值结果的相对扩展不确定度小于13%。