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結晶時發生的合金化學不均勻性對鐵素體大口徑厚壁鋼管相的分布有極重要的影響。當開始結晶的焊縫冷卻時，特別是在邊界上（不論在柱狀晶體區還是在焊縫中心）要析出次生鐵素體。鐵素體與次生鐵素體在結構上是難以區分的，但在膨脹計的曲線上和電阻曲線上卻存在著階梯。曲線是當從焊縫上切取的試樣在550-650℃范圍內加熱時測出的。這個階梯證明了次生a-鐵素體的存在。有鑄造織織就肯定會出現焊縫大口徑厚壁鋼管的不均勻性。在鋼錠中有宏觀不均勻性和微觀不均勻性之分。宏觀不均勻性及其產生的條件已由r．r．穆欣和馬列夫斯基作過十分充分的研究。在作者所研究的各類焊縫中，宏觀的不均勻性所以發展不大，是由于焊池容積小和凝固速度快。

一般對鑄造合金．特別是對焊縫的微觀不均勻性只作過很少的研究，但是，B．A．奠夫昌在他的研究中作出很大貢獻。他研究了由合金元素的原子和雜質在晶體截面上的不均勻分布所制約的微化學不均勻性和不完善品格（缺位、錯動、顯微孔隙、顯微發裂、縮孔及顯微氣體疏松）的局部集聚有關的微物理不均勻性。這些微觀不均勻性彼此之間是密切聯系的，并且往往是相強制約的。

鑄造合金的微化學不均勻性首先是由合金初次結晶的不均衡特性決定的，并取決于合金元素的數量和性質、與合金伴隨的雜質及冷卻條件。I．符爾邊斯基研究過在金屬結晶過程中產生組織不均勻的原因。這種稱為層狀的不均勻性與初生柱狀晶體長大速度的周期性變化有關。長大速度的變化取決于內部的和外部的因素。外部因素中有焊接規范；而內部因素主要是熱流平衡和結晶線上偏析元素的分布。這個過程分兩個階段：首先在液相內產生迅速結晶的共生物，其次是次生樹枝狀晶體緩慢生長。在長大速度降低的時候，熱流起主要作用；當快速生長時，晶體的端部部分地變成具有較高溫度的熔體。與此同時，大量的熱消耗于次生樹枝狀晶體的生長上。

組織的不均勻性（在焊縫表面上形成鱗片）說明，在快速生長階段，熔體（周圍的晶體）由偏析出的元素所富集，偏析出的元素會降低金屬的表面張力。因此，在熔體的這一部分結晶的時候（即在生長延緩階段），焊縫金屬抗收縮的強度降低。由焊接時的高速加熱和冷卻所制約的、作為焊縫特征的、特別明顯的結晶不平衡性，導致出現微化學不均勻性。

檢驗鋼管化學成分的結果表明，焊縫大口徑厚壁鋼管的碳含量和硫含量比母體金屬略高。這是因為這些元素在液態熔池內擴散。焊縫金屬的含鈦量降低則是由于在焊接過程中鈦被燒掉所致。用化學分層分析的方法也能證實，靠近母體金屬的焊縫層中的碳含量要高于焊縫的中心部分。

用電子顯微探測儀進行的更為精細的化學分析表明，與焊縫內部和母體金屬鄰近區相比，最初結晶的焊縫層富集了鉻、鈦和硅。按照B梅多瓦爾和M．M．庫爾捷波夫的資料，狹窄過渡區中這些元素的貧化導致所謂刀狀腐蝕的發展。此外，焊縫大口徑厚壁鋼管內的化學不均勻性大大降低了焊接部位抗晶間腐蝕的性能。

在MAP-1裝置上應用局部性X射線光譜分析并結合以有色真空浸蝕和顯微硬度測量的方法可以發現鉻、鎳、鈦和硅等元素的內部樹枝狀析出。研究結果表明，分布在焊縫中心區的樹枝狀結晶軸向部分比樹枝間部分鎳貧乏30～35%，鉻貧乏10～12%、鈦富集15～20%。相反，在柱狀晶體區樹枝狀結晶軸的鎳富集20～25%，鉻富集10～15%，而鈦貧乏。樹枝狀結晶的邊界和樹枝間區域由硅富集，這可由扎普夫關于沿焊縫奧氏體晶粒邊界形成一層硅酸鹽薄膜的假設所證實。與此相對應，由硅富集區的顯微硬度幾乎比貧化區高一倍。這些數據證實了由C．沃伊采連諾克根據金相磁性分析得出的關于焊縫外圍和中心區在結晶方面有差別的結論。http://m.fjsgd.com/Info/View.Asp?id=406