结晶时发生的合金化学不均匀性对铁素体大口径厚壁钢管相的分布有极重要的影响。当开始结晶的焊缝冷却时，特别是在边界上（不论在柱状晶体区还是在焊缝中心）要析出次生铁素体。铁素体与次生铁素体在结构上是难以区分的，但在膨胀计的曲线上和电阻曲线上却存在着阶梯。曲线是当从焊缝上切取的试样在550-650℃范围内加热时测出的。这个阶梯证明了次生a-铁素体的存在。有铸造织织就肯定会出现焊缝大口径厚壁钢管的不均匀性。在钢锭中有宏观不均匀性和微观不均匀性之分。宏观不均匀性及其产生的条件已由r．r．穆欣和马列夫斯基作过十分充分的研究。在作者所研究的各类焊缝中，宏观的不均匀性所以发展不大，是由于焊池容积小和凝固速度快。

一般对铸造合金．特别是对焊缝的微观不均匀性只作过很少的研究，但是，B．A．奠夫昌在他的研究中作出很大贡献。他研究了由合金元素的原子和杂质在晶体截面上的不均匀分布所制约的微化学不均匀性和不完善品格（缺位、错动、显微孔隙、显微发裂、缩孔及显微气体疏松）的局部集聚有关的微物理不均匀性。这些微观不均匀性彼此之间是密切联系的，并且往往是相强制约的。

铸造合金的微化学不均匀性首先是由合金初次结晶的不均衡特性决定的，并取决于合金元素的数量和性质、与合金伴随的杂质及冷却条件。I．符尔边斯基研究过在金属结晶过程中产生组织不均匀的原因。这种称为层状的不均匀性与初生柱状晶体长大速度的周期性变化有关。长大速度的变化取决于内部的和外部的因素。外部因素中有焊接规范；而内部因素主要是热流平衡和结晶线上偏析元素的分布。这个过程分两个阶段：首先在液相内产生迅速结晶的共生物，其次是次生树枝状晶体缓慢生长。在长大速度降低的时候，热流起主要作用；当快速生长时，晶体的端部部分地变成具有较高温度的熔体。与此同时，大量的热消耗于次生树枝状晶体的生长上。

组织的不均匀性（在焊缝表面上形成鳞片）说明，在快速生长阶段，熔体（周围的晶体）由偏析出的元素所富集，偏析出的元素会降低金属的表面张力。因此，在熔体的这一部分结晶的时候（即在生长延缓阶段），焊缝金属抗收缩的强度降低。由焊接时的高速加热和冷却所制约的、作为焊缝特征的、特别明显的结晶不平衡性，导致出现微化学不均匀性。

检验钢管化学成分的结果表明，焊缝大口径厚壁钢管的碳含量和硫含量比母体金属略高。这是因为这些元素在液态熔池内扩散。焊缝金属的含钛量降低则是由于在焊接过程中钛被烧掉所致。用化学分层分析的方法也能证实，靠近母体金属的焊缝层中的碳含量要高于焊缝的中心部分。

用电子显微探测仪进行的更为精细的化学分析表明，与焊缝内部和母体金属邻近区相比，最初结晶的焊缝层富集了铬、钛和硅。按照B梅多瓦尔和M．M．库尔捷波夫的资料，狭窄过渡区中这些元素的贫化导致所谓刀状腐蚀的发展。此外，焊缝大口径厚壁钢管内的化学不均匀性大大降低了焊接部位抗晶间腐蚀的性能。

在MAP-1装置上应用局部性X射线光谱分析并结合以有色真空浸蚀和显微硬度测量的方法可以发现铬、镍、钛和硅等元素的内部树枝状析出。研究结果表明，分布在焊缝中心区的树枝状结晶轴向部分比树枝间部分镍贫乏30～35%，铬贫乏10～12%、钛富集15～20%。相反，在柱状晶体区树枝状结晶轴的镍富集20～25%，铬富集10～15%，而钛贫乏。树枝状结晶的边界和树枝间区域由硅富集，这可由扎普夫关于沿焊缝奥氏体晶粒边界形成一层硅酸盐薄膜的假设所证实。与此相对应，由硅富集区的显微硬度几乎比贫化区高一倍。这些数据证实了由C．沃伊采连诺克根据金相磁性分析得出的关于焊缝外围和中心区在结晶方面有差别的结论。http://www.gbt14976.com/Info/View.Asp?id=406