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結(jié)晶時(shí)發(fā)生的合金化學(xué)不均勻性對(duì)鐵素體大口徑厚壁鋼管相的分布有極重要的影響。當(dāng)開(kāi)始結(jié)晶的焊縫冷卻時(shí)，特別是在邊界上（不論在柱狀晶體區(qū)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(jié)構(gòu)上是難以區(qū)分的，但在膨脹計(jì)的曲線上和電阻曲線上卻存在著階梯。曲線是當(dāng)從焊縫上切取的試樣在550-650℃范圍內(nèi)加熱時(shí)測(cè)出的。這個(gè)階梯證明了次生a-鐵素體的存在。有鑄造織織就肯定會(huì)出現(xiàn)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(chǎn)生的條件已由r．r．穆欣和馬列夫斯基作過(guò)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(fā)展不大，是由于焊池容積小和凝固速度快。

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

鑄造合金的微化學(xué)不均勻性首先是由合金初次結(jié)晶的不均衡特性決定的，并取決于合金元素的數(shù)量和性質(zhì)、與合金伴隨的雜質(zhì)及冷卻條件。I．符爾邊斯基研究過(guò)在金屬結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)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(zhǎng)大速度的周期性變化有關(guān)。長(zhǎng)大速度的變化取決于內(nèi)部的和外部的因素。外部因素中有焊接規(guī)范；而內(nèi)部因素主要是熱流平衡和結(jié)晶線上偏析元素的分布。這個(gè)過(guò)程分兩個(gè)階段：首先在液相內(nèi)產(chǎn)生迅速結(jié)晶的共生物，其次是次生樹(shù)枝狀晶體緩慢生長(zhǎng)。在長(zhǎng)大速度降低的時(shí)候，熱流起主要作用；當(dāng)快速生長(zhǎng)時(shí)，晶體的端部部分地變成具有較高溫度的熔體。與此同時(shí)，大量的熱消耗于次生樹(shù)枝狀晶體的生長(zhǎng)上。

組織的不均勻性（在焊縫表面上形成鱗片）說(shuō)明，在快速生長(zhǎng)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(huì)降低金屬的表面張力。因此，在熔體的這一部分結(jié)晶的時(shí)候（即在生長(zhǎng)延緩階段），焊縫金屬抗收縮的強(qiáng)度降低。由焊接時(shí)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(jié)晶不平衡性，導(dǎo)致出現(xiàn)微化學(xué)不均勻性。

檢驗(yàn)鋼管化學(xué)成分的結(jié)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?yàn)檫@些元素在液態(tài)熔池內(nèi)擴(kuò)散。焊縫金屬的含鈦量降低則是由于在焊接過(guò)程中鈦被燒掉所致。用化學(xué)分層分析的方法也能證實(shí)，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(cè)儀進(jìn)行的更為精細(xì)的化學(xué)分析表明，與焊縫內(nèi)部和母體金屬鄰近區(qū)相比，最初結(jié)晶的焊縫層富集了鉻、鈦和硅。按照B梅多瓦爾和M．M．庫(kù)爾捷波夫的資料，狹窄過(guò)渡區(qū)中這些元素的貧化導(dǎo)致所謂刀狀腐蝕的發(fā)展。此外，焊縫大口徑厚壁鋼管內(nèi)的化學(xué)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(yīng)用局部性X射線光譜分析并結(jié)合以有色真空浸蝕和顯微硬度測(cè)量的方法可以發(fā)現(xiàn)鉻、鎳、鈦和硅等元素的內(nèi)部樹(shù)枝狀析出。研究結(jié)果表明，分布在焊縫中心區(qū)的樹(shù)枝狀結(jié)晶軸向部分比樹(shù)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(qū)樹(shù)枝狀結(jié)晶軸的鎳富集20～25%，鉻富集10～15%，而鈦貧乏。樹(shù)枝狀結(jié)晶的邊界和樹(shù)枝間區(qū)域由硅富集，這可由扎普夫關(guān)于沿焊縫奧氏體晶粒邊界形成一層硅酸鹽薄膜的假設(shè)所證實(shí)。與此相對(duì)應(yīng)，由硅富集區(qū)的顯微硬度幾乎比貧化區(qū)高一倍。這些數(shù)據(jù)證實(shí)了由C．沃伊采連諾克根據(jù)金相磁性分析得出的關(guān)于焊縫外圍和中心區(qū)在結(jié)晶方面有差別的結(jié)論。http://wdtu.cn/Info/View.Asp?id=406