CN110656223B - 一种横向可变厚度的宽幅调质钢板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种横向可变厚度的宽幅调质钢板及其制备方法，该钢板厚度在宽度方向上分区段单调线性增加或减小；钢板的纵截面为长方形，钢板的横截面为直角梯形或若干个直角梯形与长方形组成，且具有该截面的一张钢板经水平方向与垂直方向各旋转180°后，可以与另一张具有同样截面的钢板叠合组成一个长方体；所述钢板的最大板厚与最小板厚之差不超过15mm，最大板厚与最小板厚之比不超过2:1，最大板厚与最小板厚之差与宽度之比不超过1:200；所述钢板经淬火热处理和回火热处理。本发明所述钢板可通过现有加热、轧钢及热处理设备，采用成熟的加热、轧钢、淬火和回火热处理工艺，经济地、批量地生产。

Description

一种横向可变厚度的宽幅调质钢板及其制备方法

技术领域

本发明涉及宽厚钢板生产技术，特别涉及一种横向可变厚度的宽幅调质钢板及其制备方法，适用于造船、桥梁、建筑、能源、化工行业中的各类差厚钢板的制造。

背景技术

工业生产和日常生活中，以淬火+回火状态(即调质状态)交货的钢板十分常见。调质钢板广泛地应用在造船、桥梁、建筑、能源、化工等行业之中。

然而，调质钢板通常都是平板，即在钢板的长度方向或宽度方向上，板厚总是恒定的，钢板的任意一个垂直于长度方向或宽度方向的横截面都恒定为一个长方形。然而，有许多情况下，钢板所承受的载荷沿着钢板长度方向上或宽度方向上的分布却往往不是恒定的，而是逐渐增加或逐渐减小的，因此，设计者常常希望钢板的厚度也不是恒定的，而是根据载荷的分布规律，沿着长度方向或宽度方向，板厚能够相应地逐渐增加或逐渐减小。换而言之，垂直于钢板宽度方向或长度方向的横截面不是一个长方形，而是直角梯形或其他异型截面。

这种长度方向或宽度方向可变厚度的调质钢板称之为差厚调质钢板。

其中，沿轧制方向(即长度方向)厚度可变的调质钢板称之为纵向差厚调质钢板，沿垂直于轧制方向(即沿宽度方向)厚度可变的调质钢板为横向差厚调质钢板。

所谓调质钢，就是采用“淬火+回火”热处理工艺生产的钢板其中，所谓淬火工艺就是轧态的钢板在经过淬火炉加热至淬火温度，随即经淬火机，用水以特定的冷却速率快速冷却至特定的温度以下。所谓回火工艺就是淬火后的钢板，再经回火炉加热到回火温度，保温至特定的时间，出炉后空冷至室温。

调质钢具有强度高、韧性好的特点。但一般来讲调质的制造成本和附加值是比较高的，采用差厚调质钢板，最直接的好处是可以节省钢的使用量。然而，节省钢材使用量还不是设计者选用差厚调质钢板主要动机，其最主要的动机在于减少钢板的自重。如，用在一些大型船舶上的差厚船体高强钢板和一些大型桥梁上的差厚高强钢板。这两种场合中，设计者和使用者都希望能根据载荷的分布规律，将钢板设计成其厚度可以沿着长度方向或宽度方向(前提是确保承载能力只增不减)，相应地逐渐增加或逐渐减小，即设计成横向或纵向差厚钢板，以便将钢板的自重降至最低。

现有宽厚板轧机设备条件下，纵向差厚钢板(宽厚板行业内也称之为楔形钢板)的轧制生产工艺相对比较成熟，同时，现在国内外宽厚板生产厂家的淬火设备大多是“辊底式加热炉+辊压式淬火机”，回火炉大多也是辊底式加热炉，这些设备在进行必要的改造并在某些工艺条件的限定下 (称之为工艺窗口)，是可以用来对纵向差厚的钢板进行淬火+回火处理的。正因为如此，纵向差厚调质钢板在实际工程中得到了个别的应用。相比之下，受现有宽厚板轧制技术的限制，迄今为止，横向差厚调质钢板，特别是长度大于5米，宽度大于2.0米的横向差厚的宽幅调质钢板则绝少有在实际工程中得到应用，也未见有关横向差厚调质钢板的制造工艺和应用方面的论文与专利发表。而事实上，在实际工程中，横向差厚调质钢板、特别是对于长度大于5米，宽度大于2.0米的横向差厚的宽幅调质钢板的需求还是比较大的，甚至比纵向差厚调质钢板的需求还要普遍，其典型的应用场合有：一些大型船舶上的差厚船体高强钢板、大型水闸闸门和一些大型桥梁上的差厚高强钢板等。另外对于某些大型储罐、大型风力发电塔座用的高强钢板，也存在着希望采用横向差厚宽幅调质钢板的工业设计需求。

众所周知，生产横向差厚调质钢板，首先是要得到横向可变厚度的轧态钢板。现有技术中，通过孔型/辊径相匹配的型钢轧机、热连轧机或可逆式轧机可以轧制出某些特殊的横向差厚钢板。然而，这些用型钢轧机、热连轧机或可逆式轧机轧成的横向差厚钢板存在着以下问题：

1)为避免产生镰刀弯，型钢轧机、热连轧机或可逆式轧机的孔型/辊径设计时，其宽度方向上的横截面通常是左右对称(即水平对称)的，因此，型钢轧机、热连轧机或可逆式轧机通常只能生产左右对称的横向差厚钢板。

2)钢板宽度通常较窄。

3)采用型钢轧机、热连轧机或可逆式轧机生产差厚钢板时，不同的规格(即横截面不同)，就需要不同的孔型或辊径设计。因此，对于小批量多规格的差厚钢板产品，如果采用型钢轧机、热连轧机或可逆式轧机生产，则需要频繁地更换孔型与轧辊，显然，这是不经济、不现实的。

除此之外，也有过不变孔型或辊径设计，直接利用横向楔形轧制工艺生产横向差厚钢板的尝试。中国专利申请号CN201310227028.4公开的“一种横向楔形轧制变厚度钢板的生产方法”，在该技术方案中，分两个步骤完成横向变厚度钢板的轧制。步骤一：横向轧制，在横轧阶段末道次轧制时，按照钢板头部和尾部平均厚度设定值对钢板进行纵向变截面轧制；步骤二：纵向轧制，首先，在纵轧阶段，按照横轧阶段产生的头尾纵向变厚度值进行横向等比例楔形轧制；然后，按照轧制规程分配采用影响函数方法确定辊缝调整量和弯辊力设定值，保证纵轧道次的横向厚度分布满足等比例楔形要求。该技术方案也存在着如下不足：

1)其楔形度是恒定的，即宽度方向上的板厚只能按一定斜率变化；

2)现有的2.8米以上宽厚板生产线中，包括宽厚板轧机、热矫机、冷矫机、剪切机等等设备，除非进行重大的改造，都不适合生产其实施例所声称的横向楔形度(即钢板两侧厚度差)达5mm以上的差厚钢板；现有的2.8米以上宽厚板轧机，无法在其实施例所设定的两侧辊缝差(传动侧与固定侧辊缝差)高达8.54mm(95.47mm-86.93mm)的情况下还能正常生产；

3)当其横向楔形度较大的情况下，钢板两侧温降速度必定会有显著的差异，钢板的板形及性能均匀性难以保证。

差厚调质钢板生产的第二步是要将轧态的钢板进行调质热处理，即“淬火+回火”热处理。

然而，除非对包括辊道、烧嘴控制***、水嘴控制***在内的淬火炉、淬火机、回火炉设备进行大量的改造，否则，难以利用现有淬火炉、淬火机和回火炉设备，采用常规的调质处理工艺对上述横向差厚钢板进行调质热处理，保证钢板在炉内行走正常和钢板性能的均匀、稳定。而且，如果钢板厚度差过大，则无论上述设备如何改造，都很难设置一个合适的淬火保温时间、回火保温时间、淬火冷却速率，使得，对于最薄侧钢板而言保温时间不过长、钢板走速不过慢，而对于最厚侧钢板来说保温时间不过短、钢板走速过快。简而言之，如果钢板厚度差过大，将不可避免地出现“工艺窗口”过窄甚至根本没有“工艺窗口”的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种横向可变厚度的宽幅调质钢板及其制备方法，该钢板厚度在宽度方向上为分区段单调线性增加或减小；所述钢板可通过现有加热、轧钢、淬火及回火热处理设备，采用成熟的加热、轧钢、淬火及回火热处理工艺，经济地、批量地生产。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种横向可变厚度的宽幅调质钢板，该钢板厚度在宽度方向上分区段单调线性增加或减小；钢板的纵截面为长方形，钢板的横截面为直角梯形或若干个直角梯形与长方形组成，且具有该截面的一张钢板经水平方向与垂直方向各旋转180°后，其斜坡面可以与另一块具有同样截面的钢板的斜坡面贴合，两张钢板叠合组成一个长方体，即组成一块叠合差厚钢板；所述钢板经淬火热处理和回火热处理；所述钢板的最大板厚与最小板厚之差不超过15mm，最大板厚与最小板厚之比不超过2:1，最大板厚与最小板厚之差与宽度之比不超过1:200。

本发明所述的横向可变厚度的宽幅调质钢板的制备方法，其包括如下步骤：

1)叠合坯料制备

由两块同形状同尺寸的中间坯料叠合而成，该中间坯料的上表面与下表面当中，必有一面为带有斜坡面的非水平面即斜坡面，而另一面则为水平面；其横截面与纵截面当中，必有一截面的几何形状为直角梯形或由若干直角梯形与长方形组成的多边形即差厚面，而其另一截面的几何形状则为长方形；中间坯料在宽度方向上某一点的厚度Hx与成品差厚钢板在对应位置上的厚度Tx之比即压缩比控制在2～6倍之间，其中，较厚一侧的压缩比大于较薄一侧的压缩比；对于热连轧、炉卷轧机，中间坯料的宽度Wp应大于成品差厚钢板的宽度W，对于可逆式宽厚板轧机则无此限制；

2)上述两块中间坯料的斜坡面表面进行平整、清理表面处理，去除肉眼可见的裂纹、夹渣、凹坑等表面缺陷以及高温氧化铁皮，保证成品差厚钢板获得良好的表面质量；

3)对上述两块中间坯料的四周进行坡口加工，并将两块坯料之一的斜坡面上涂抹或覆盖隔离剂；而将另一块坯料经水平方向与垂直方向各旋转180°后，使其斜坡面与涂抹或覆盖隔离剂过的坯料的斜坡面相贴合，组成一块叠合坯料；

4)将上述叠合坯料沿中间坡口缝隙进行间断性的焊接；

5)差厚钢板制作

对所述叠合坯料采用与平的同钢种调质钢板相同的加热、轧制以及矫直工艺，获得叠合差厚钢板，并使该叠合差厚钢板的厚度Tz 大于上述差厚钢板的最大厚度、最小厚度总和，使其宽度Wz大于上述差厚钢板宽度W，使长度Lz大于上述差厚钢板长度L；

将上述叠合差厚钢板采用现有成熟技术进行必要的热矫、冷矫，在切边和定尺之前，通过吊运设备送入淬火热处理炉及淬火机中进行淬火处理；除在炉时间、保温时间外，差厚钢板的淬火工艺与平的同钢种钢板的淬火工艺相同；淬火处理时：

在炉时间＝A*Tz，保温时间＝B*Tz，单位min；

其中，A为在炉时间厚度系数，取A＝1.8～4.0，单位min/mm；

B为保温时间厚度系数，取B＝1.2～3.0，单位min/mm；

Tz为叠合钢板的厚度，单位mm；

6)将上述叠合现有差厚钢板通过吊运设备，送入回火热处理炉中进行回火处理；除在炉时间、保温时间外，差厚钢板的回火工艺与平的同钢种钢板的回火工艺相同；回火处理时：

在炉时间＝A*Tz，保温时间＝B*Tz，单位min；

其中，A为在炉时间厚度系数，取A＝2.5～8.0，单位min/mm；

B为保温时间厚度系数，取B＝1.5～7.0，单位min/mm；

Tz为叠合钢板的厚度，单位mm；

7)将上述经淬火和回火后的叠合钢板进行切边和定尺，即将其宽度余量及长度余量切除，并将上下两层钢板分离，最终得到两张所需尺寸规格的横向差厚调质钢板。

优选的，所述中间坯料采用模铸工艺直接浇铸成带有所述差厚面的钢锭；或采用利用连铸工艺获得长方体坯料，通过宽厚板轧机纵向变厚度轧制，轧成带有所述差厚面的开坯料。

又，步骤3)中，将所述叠合坯料在长度方向进行倍尺组合，或在宽度方向上进行倍幅组合，组成倍尺长度或倍幅宽度的更大单重的叠合坯料。

本发明的有益效果：

采用本发明提出的横向可变厚度的宽幅调质钢板的制造方法，能够达到以下效果：

1)利用现有加热、轧钢、矫直、热处理、吊运等设备，如采用现有的连续式加热炉、宽厚板轧机、热矫机、淬火热处理炉、淬火机、回火热处理炉、磁盘吊等设备，采用成熟的加热、轧制、矫直、调质热处理工艺，可以经济地、批量性地生产出横向可变厚度的宽幅调质钢板，即横向差厚的宽幅调质钢板，或简称差厚钢板。

2)本发明提供的制造方法不会因钢板厚度差而产生淬火、回火热处理“工艺窗口”的限制。

3)上述差厚钢板的宽度、长度都能达到平的宽幅调质钢板的正常范围，例如：最宽可以达到4800mm，最长可达25000mm。

4)上述差厚钢板最大厚度Tb与最小厚度Ta之和Tz可以达到平的宽幅调质钢板的正常厚度范围。

5)上述差厚钢板的横截面不仅可以是单一的梯形，也可以是由若干个直角梯形和长方形组成的多边形，这就使得钢板在宽度方向上的厚度变化不仅可以是一个斜率，还可以是多个斜率。

6)在全板范围内，厚度差不超过15mm，差厚比不超过2:1，差厚率不超过1:200。

7)所用的坯料，可以是传统的连铸坯料，也可以是传统的模铸坯料，大大降低了制造成本。

附图说明

图1为本发明横向差厚宽幅调质钢板的结构示意图；图中，1为横向差厚宽幅调质钢板，11为差厚面，12为斜坡面，W为差厚钢板的宽度， W1、W2、W3……分别为各宽度区段的宽度，L为差厚钢板的长度，Ta 为钢板的最小厚度，Tb为钢板的最大厚度，T1、T2……分别为钢板各宽度区段最大板厚或最小板厚，Tx为钢板某位置上的厚度。具有上述差厚面 11的钢板经水平方向与垂直方向各旋转180°后，可以与另一块具有同样差厚面的钢板叠合组成一个长方体，组成一个长方体，且该长方体的高＝Ta+Tb，宽＝W。

图2为本发明两张差厚钢板叠合成的一张叠合差厚钢板的示意图，图中，1、2分别为上述两张差厚钢板，11、21分别为上述两张差厚钢板的差厚面。这两张钢板之一经水平方向与垂直方向各旋转180°后，其斜坡面可以与另一块具有同样截面的钢板的斜坡面贴合，两张钢板叠合组成一个长方体，即组成一张叠合差厚钢板；Wz、Lz分别为该叠合差厚钢板的宽度、长度，Tz为上述叠合差厚钢板的厚度，Ta为两个张差厚钢板的最小厚度，Tb两个张差厚钢板的最大厚度。

图3为本发明所述中间坯料的示意图，图中，3为中间坯料，32为斜坡面，31为差厚面，Lp和Wp分别为中间坯料的长度和宽度，W为差厚钢板的宽度，W0为左右两侧的切边余量，Wp1、Wp2、Wp3……分别为各宽度区段的宽度，Ha为坯料的最小厚度，Hb为坯料的最大厚度，Hx 为坯料在某宽度位置上的厚度，H1、H2、……分别为各宽度区段内坯料的最大厚度或最小厚度。差厚面31在经水平方向与垂直方向各旋转180°并进行适当移位后，可以与原差厚面31叠合在一起，组成一个长方体，且该长方体的高＝Ha+Hb，宽＝Wp。

图4为本发明实施例中两块中间坯料叠合焊接成叠合坯料的示意图，图中，3、4分别为两块经表面处理、坡口加工后的中间坯料，5为沿两块中间坯料间的间断性焊缝，31、41分别为两块中间坯料的差厚面，Ha为中间坯料的最小厚度，Hb为中间坯料的最大厚度，Hp为叠合坯料的厚度。考虑到隔离剂等因素，Hp应略大于Ha+Hb，H3x、H4x分别为两块中间坯料在某宽度位置上的厚度，Lp、Wp和Hp分别为两块中间坯料叠合焊接成叠合坯料的长度、宽度和厚度，W为钢板的宽度，W0为切边余量。

图5为本发明实施例2中的横向差厚钢板的示意图，图中，1为横向差厚钢板，11为差厚面，12表示斜坡面，W为差厚钢板的宽度，L为差厚钢板的长度，Ta为钢板最小厚度，Tb为钢板最大厚度，Tx为钢板在某宽度位置上的厚度。

图6为本发明实施例2中的中间坯料的示意图，图中，3为中间坯料， 32为斜坡面，31为差厚面，Lp和Wp分别为中间坯料的长度和宽度，W 为差厚钢板的宽度，W0为左右两侧的切边余量。Ha为坯料的最小厚度， Hb为坯料的最大厚度，Hx为坯料在某宽度位置上的厚度。差厚面31在经水平方向与垂直方向各旋转180°并进行适当移位后，可以与原差厚面 31叠合在一起，组成一个长方体，且该长方体的高＝Ha+Hb，宽＝Wp。

图7为本发明实施例2中叠合坯料的示意图，图中，3、4分别为两块经表面处理、坡口后的中间坯料，5为沿两块中间坯料四周坡口进行间断性焊接的焊缝，31、41分别为两块中间坯料的差厚面，Ha中间坯料的最小厚度，Hb为中间坯料的最大厚度，Hx为中间坯料在某宽度位置上的厚度，Lp、Wp和Hp分别为两块中间坯料叠合焊接成叠合坯料的长度、宽度和厚度。

图8为本发明实施例2中两块横向差厚钢板叠合成的一个叠合差厚钢板的示意图，图中，1、2分别为上述两张横向差厚钢板，11、21分别为上述两张钢板的直角梯形的差厚面。这两张钢板之一经水平方向与垂直方向各旋转180°后，其斜坡面可以与另一块具有同样截面的钢板的斜坡面贴合，两张钢板叠合组成一个长方体，即组成一张叠合差厚钢板；叠合差厚钢板，Wz、Lz、Tz分别为该叠合差厚钢板的宽度、长度和厚度，Ta分别为两张差厚钢板的最小厚度，Tb分别为两个张差厚钢板的最大厚度， T1x、T2x分别为两张钢板在某宽度位置上的厚度。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

本发明提出了一套完整的利用现有的加加热、轧机、辊道、行车、矫直及调质热处理设备，采用成熟的工艺即可经济地、批量地生产出横向可变厚度的宽幅调质钢板的技术方案。

1)本发明设计了一种新型的叠合坯料，可以通过现有加热、轧钢、矫直、调质热处理和吊运设备，采用现有技术，将其轧制成横向可变厚度的宽幅调质钢板(以下简称差厚调质钢板或差厚钢板)，并使该差厚钢板具有以下特点：

①钢板的垂直于轧制方向的横截面(以下简称差厚面)则为直角梯形或由若干直角梯形与长方形组成的多边形；钢板的上下表面中，必有一面为分段倾斜的非水平面(以下简称斜坡面)，而另一面则为水平面。钢板的平行于轧制方向的纵截面为矩形。

②在上述差厚面上，板厚在宽度方向上是可以分区段单调线性增加或减小的。在全板范围内，最大板厚与最小板厚之差(以下简称厚度差)不超过15mm；最大板厚与最小板厚之比(以下简称差厚比)不超过2:1，最大板厚与最小板厚之差与宽度之比(以下简称差厚率)不超过1:200，如图1所示。

参见图1，1为差厚钢板，11为差厚面，12为斜坡面，W为差厚钢板的宽度，W1、W2、W3……分别为各宽度区段的宽度，L为差厚钢板的长度，Ta为钢板的最小厚度，Tb分别为钢板的最大厚度，T1、T2……分别为钢板各宽度区段最大板厚或最小板厚，Tx为钢板某位置上的厚度。

③上述差厚面具有以下特性：在经水平方向与垂直方向各旋转180°并进行适当移位后，可以与原差厚面叠合在一起组成一个长方形。换言之，具有该差厚面的钢板经水平方向与垂直方向各旋转180°后，其斜坡面可以与另一块具有同样差厚面的钢板的斜坡面贴合，两张钢板叠合组成一个长方体，即组成一张叠合差厚钢板，如图2所示。

图中，1、2分别为上述两张同形状同尺寸的差厚钢板，11、21分别为上述两张钢板的差厚面，这两张钢板之一经水平方向与垂直方向各旋转 180°后，其斜坡面可以与另一块具有同样截面的钢板的斜坡面贴合，两张钢板叠合组成一个长方体，即组成一张叠合差厚钢板，Wz、Lz分别为该叠合差厚钢板的宽度、长度，Tz为上述叠合差厚钢板的厚度，Ta为两张差厚钢板的最小厚度，Tb分别为两张差厚钢板最大厚度。

④钢板最大厚度Tb与最小厚度Ta之和应不超过平的同钢种调质钢板的极限厚度，钢板的宽度W、长度L则能达到平的调质钢板的正常范围。

⑤不会因钢板的厚度差而导致钢板的淬火、回火的工艺窗口变窄甚至完全没有。

2)本发明所设计的上述叠合坯料，由两块同形状同尺寸的中间坯料叠合而成，且该中间坯料具有以下特点：

①其上表面与下表面当中，必有一面为带有斜坡面的非水平面(以下简称斜坡面)，而另一面则为水平面；其横截面与纵截面当中，必有一截面的几何形状为直角梯形或由若干直角梯形与长方形组成的多边形(以下简称差厚面)，而其另一截面的几何形状则为长方形，图3所示。图中， 3为中间坯料，32为斜坡面，31为差厚面，Lp和Wp分别为中间坯料的长度和宽度，Wp1、Wp2、Wp3……分别为各宽度区段的宽度，Ha为坯料的最小厚度，Hb为坯料的最大厚度，Hx为坯料在某宽度位置上的厚度， H1、H2……分别为各宽度区段内坯料的最大厚度或最小厚度。差厚面31 在经水平方向与垂直方向各旋转180°并进行适当移位后，可以与原差厚面 31叠合在一起，组成一个长方形，且该长方形的高＝Ha+Hb，宽＝Wp。

②中间坯料在宽度方向上某一点的厚度Hx与差厚钢板在对应位置上的厚度Tx之比(以下简称压缩比)应控制在2～6倍之间，其中，较厚一侧的压缩比应大于较薄一侧的压缩比；对于热连轧、炉卷轧机，中间坯料的Wp应大于成品差厚钢板的宽度W，以便留有足够宽的切边量；对于可逆式宽厚板轧机则无此限制。

③其化学成分应采用与差厚钢板最大、最小厚度和(Tz＝Tb+Ta)相近的平的同钢种调质钢板的化学成分相同。

3)本发明所设计的上述中间坯料，可以采用以下工艺生产：

①利用模铸等工艺直接浇铸成图3所示的带有上述差厚面的钢锭；

②也可以利用连铸坯等长方体坯料，通过宽厚板轧机纵向变厚度轧制，轧成图3所示的带有上述差厚面的开坯料。

4)本发明所设计的上述叠合坯料，由两块上述中间坯料采用以下步骤，叠合焊接而成：

①将上述两块中间坯料的斜坡面表面进行平整、清理等表面处理，去除肉眼可见的裂纹、夹渣、凹坑等表面缺陷以及高温氧化铁皮。必要时，应将斜坡面进行研磨、抛丸等处理，以保证成品差厚钢板可以获得良好的表面质量。

②对上述两块中间坯料的四周进行坡口加工，并在两块坯料之一的斜坡面上涂抹或覆盖隔离剂，而将另一块坯料经水平方向与垂直方向各旋转 180°后，使其斜坡面与涂抹或覆盖隔离剂过的坯料的斜坡面相贴合，组成一块叠合坯料；

③将上述叠合坯料沿中间坡口缝隙进行间断性的焊接，如图4所示。图中，3、4分别为两块经表面处理、坡口加工后的中间坯料，5为沿两块中间坯料四周坡口进行间断性焊接的焊缝，31、41分别为两块中间坯料的差厚面，Ha为中间坯料的最小厚度，Hb为中间坯料的最大厚度，H3x、 H4x分别为两块中间坯料在某宽度位置上的厚度，Lp、Wp和Hp分别为两块中间坯料叠合焊接而成的叠合坯料的长度、宽度和厚度。其中，考虑到隔离剂等因素，叠合坯料的厚度应略大于两块中间坯料的最大厚度与最小厚度之和，即Hp＞(Ha+Hb)＝(H3x+H4x)。

④为了提高生产效率，可以将上述叠合坯料在长度方向进行倍尺组合，也可以在宽度方向上进行倍幅组合，组成倍尺长度或倍幅宽度的更大单重的叠合坯料。

5)对于差厚钢板，本发明所设计的上述叠合坯料，采用与平的同钢种调质钢板相同的加热、轧制以及矫直工艺，加热、轧制、矫直成图2所示的叠合差厚钢板，并使该叠合差厚钢板的厚度Tz大于上述差厚钢板的最大厚度、最小厚度总和，使其宽度Wz大于上述差厚钢板宽度W(在倍幅轧制情况下大于W的倍数)，使长度Lz大于上述差厚钢板长度L(在倍尺轧制情况下大于L的倍数)。

6)将上述叠合差厚钢板采用现有成熟技术进行必要的热矫、冷矫，并在切边和定尺之前，通过行车、辊道等吊运设备，送入淬火热处理炉及淬火机中进行淬火处理；除在炉时间、保温时间等淬火时间参数外，差厚钢板的淬火工艺与平的同钢种钢板的淬火工艺相同；淬火处理时：

在炉时间＝A*Tz(min)，保温时间＝B*Tz(min)；

其中，A为在炉时间厚度系数，取A＝1.8～4.0(min/mm)；

B为保温时间厚度系数，取B＝1.2～3.0(min/mm)；

Tz为叠合钢板的厚度，单位为mm；

7)将上述叠合差厚钢板通过行车、辊道等吊运设备，送入回火热处理炉中进行回火处理；除在炉时间、保温时间等回火热处理参数外，差厚钢板的回火工艺与平的同钢种钢板的回火工艺相同；回火处理时：

在炉时间＝A*Tz(min)，保温时间＝B*Tz(min)；

其中，A为在炉时间厚度系数，取A＝2.5～8.0(min/mm)；

B为保温时间厚度系数，取B＝1.5～7.0(min/mm)；

Tz叠合钢板的厚度，单位为mm；

8)将上述经淬火和回火后的叠合钢板进行切边和定尺，即，将其宽度余量及长度余量切除，并将上下两层钢板分离，最终得到两张图1所示的所需尺寸规格的横向差厚调质钢板。在倍尺或倍幅情况下，将得到4张以上的横向差厚调质钢板。

实施例1

本实施例针对某大型LNG储罐最下部3层罐壁用06Ni9DR调质钢板，设计了一种横向可变厚度的06Ni9DR宽幅调质钢板及其制备工艺。

在现有设计中，最下部的4层06Ni9DR调质钢板的尺寸分别为：

第1层：27×2980×12000mm；

第2层：23×2980×12000mm；

第3层：19×2980×12000mm；

第4层：15×2980×12000mm。

为此，在确保承载能力只增不减的前提下，本实施例针对其中的最下部3层钢板设计了两张横向差厚调质板，尺寸规格分别为：

新1层：(22～27)×4470×12000mm；

新2层：(17～22)×4470×12000mm。

如图1所示。图中，1为横向差厚调质钢板，11为差厚面，12为斜坡面，W为差厚钢板的宽度，W1、W2、W3……分别为各宽度区段的宽度， L为差厚钢板的长度，Ta为钢板的最小厚度，Tb为钢板的最大厚度，T1、T2……分别为钢板各宽度区段最大板厚或最小板厚，Tx为钢板某位置上的厚度。差厚面11在经水平方向与垂直方向各旋转180°并进行适当移位后，可以与原差厚面11叠合在一起，组成一个长方体，且该长方体的高＝Ta+Tb，宽＝W。

以新1层差厚钢板为例，说明其制作过程如下：

W＝4470mm，W1＝500mm，W2＝3470mm，W3＝500mm，L＝12000mm， Ta＝T2＝22mm，Tb＝T1＝27mm，厚度差为5mm，差厚比为1.27:1，全板宽差厚率为1:894。Ta+Tb＝49mm，不大于平的06Ni9DR钢板的极限厚度(通常，等厚的06Ni9DR调质钢板的极限厚度为50mm)。

为生产上述新1层调质钢板，首先需准备横向或纵向差厚的中间坯料。中间坯料可以采用模铸扁锭，但考虑到该钢板规格下扁锭的宽厚比较大，宽边锥度导致的切边量也较大，生产效率和成材率都较低，因此，优选选用普通的连铸坯，通过现有的纵向变厚轧制技术，轧制成图3所示的中间坯料。图3中，为中间坯料，32为斜坡面，31为差厚面，Lp和Wp分别为中间坯料的长度和宽度，W为差厚钢板的宽度，W0为左右两侧的切边余量，Wp1、Wp2、Wp3……分别为各宽度区段的宽度，Ha为坯料的最小厚度，Hb为坯料的最大厚度，Hx为坯料在某宽度位置上的厚度，H1、 H2、……分别为各宽度区段内坯料的最大厚度或最小厚度。差厚面31在经水平方向与垂直方向各旋转180°并进行适当移位后，可以与原差厚面 31叠合在一起，组成一个长方体，且该长方体的高＝Ha+Hb，宽＝Wp。

对于新1层差厚钢板的中间坯料：Lp＝4300mm，Wp＝4630mm， W＝4470m，W0＝80mm较厚一侧的压缩比设定为6，即Hb＝H2＝162mm；较薄一侧的压缩比设定为5.8，即Ha＝H1＝128mm。Hx为坯料在某宽度位置上的厚度，其与相应位置上钢板的厚度Tx之比设定为5.8～6。

新1层差厚钢板中间坯料的化学成分选用厚约49mm平的06Ni9DR 钢板的化学成分。

将上述两块中间坯料在经抛丸处理和坡口加工，再在其中一块的斜坡面上涂抹隔离剂，然后将另一块中间坯料翻身180°，与前者四周对齐叠合在一起，最后沿两块坯料的坡口间断性地焊合，组成一块图4所示的叠合坯料。图中，3、4分别为两块经表面处理、坡口加工后的中间坯料，5为沿两块中间坯料间的间断性焊缝，31、41分别为两块中间坯料的差厚面， Ha为中间坯料的最小厚度，Hb为中间坯料的最大厚度，Hp为叠合坯料的厚度。考虑到隔离剂等因素，Hp应大于Ha+Hb，H3x、H4x分别为两块中间坯料在某宽度位置上的厚度，Lp、Wp和Hp分别为两块中间坯料叠合焊接成叠合坯料的长度、宽度和厚度，W为钢板的宽度，W0为切边余量。

对于新1层差厚钢板的叠合坯料，W＝4470mm，WP＝4630mm，LP＝4300mm，Hb＝162mm，Ha＝128mm，Hp＝292mm＞Ha+Hb。

上述叠合坯料采用现有加热工艺经连续式加热炉加热后，再采用现有的平的06Ni9DR钢板的轧制工艺，经5000mm宽厚板轧机轧制成图2所示的叠合差厚钢板。图中，1、2分别为两张横向差厚钢板的倍尺钢板，11、 21分别为上述两张差厚钢板的差厚面，Wz、Lz、Tz分别为叠合差厚钢板的宽度、长度和厚度，Ta为差厚钢板的最小厚度，Tb为张差厚钢板的最大厚度，T1x、T2x分别为两张钢板在某宽度位置上的厚度。本实施例中， Ta＝22mm，Tb＝27mm，Wz＝4630mm，Lz＝25800mm，略大于12000mm的两倍尺，Tz＝50mm，略大于Ta+Tb＝49mm。

上述叠合差厚钢板在采用现有成熟技术进行必要的热矫、冷矫，并切边和定尺之前，通过行车、辊道等等吊运设备，送入淬火热处理炉及淬火机中进行淬火处理。

除在炉时间、保温时间等调质时间参数外，差厚钢板的淬火工艺与平的相近厚度的06Ni9DR钢板淬火工艺相同。淬火处理时，差厚钢板在炉时间、保温时间取决于上述叠合钢板的厚度Tz＝50mm：

在炉时间＝A*50(min)，保温时间＝B*50(min)；

取A＝2.3，B＝1.8，则淬火在炉时间＝115(min)，保温时间＝90(min)；

将上述叠合钢板通过行车、辊道等吊运设备，送入回火热处理炉中进行回火处理。

除在炉时间、保温时间等回火热处理参数外，差厚钢板的回火工艺与平的相近厚度的06Ni9DR钢板回火工艺相同。回火处理时，差厚钢板在炉时间、保温时间取决于上述叠合钢板的厚度Tz＝50mm：

在炉时间＝A*50(min)，保温时间＝B*50(min)；

取A＝2.8，B＝2.0；则在回火炉时间＝140(min)，保温时间＝100(min)；

将上述经淬火和回火后的叠合钢板进行切边和定尺，即，将其宽度余量及长度余量切除，并将上下两层钢板分离，最终得到4张图1所示的所需尺寸规格的横向差厚调质钢板。

对于新2层差厚钢板，基本制作过程与新1层差厚钢板的制作过程基本相同，仅有以下差别：

Ta＝T2＝17mm，Tb＝T1＝22mm，厚度差为5mm，差厚比为1.38:1，全板宽差厚率为1:894。Ta+Tb＝39mm；

中间坯料最厚为Hb＝H2＝22×6＝132mm，最薄为Ha＝H1＝17×6＝93mm，叠合坯料长Lp＝4300mm，叠合坯料宽Wp＝4630mm，叠合坯料厚 Hp＝226mm；叠合坯料制成的叠合钢板的淬火在炉时间为87(min)，保温时间为68(min)；叠合钢板的回火在炉时间为106(min)，保温时间为76(min)。

对比大型LNG储罐最下部3层罐壁用06Ni9DR调质钢板现有钢板设计，本实施例中所设计的差厚钢板及其制造方法的优点在于：

1)本实施例只用了2张钢板，单重之和为18.527吨，代替了原设计的 3张钢板，单重之和为19.369吨，可节省钢材4.35％，即减少了4.35％的自重。同时，2张差厚钢板代替3张拼焊板，减少了1条焊缝。

2)本实施例利用现有加热、轧钢、矫直、淬火炉、淬火机、回火炉、吊运等设备，采用成熟的加热、轧制、矫直、淬火、回火热处理工艺，可以经济地、批量性地生产出上述横向差厚调质钢板。

3)本实施例所提供的制造方法不会因钢板厚度差而产生淬火、回火热处理“工艺窗口”的限制。

4)本实施例中的差厚钢板，其宽度、长度都达到了平的调质钢板的正常范围，例如，最宽可以达到4470mm，最长(倍尺)可达24000mm。

实施例2

本实施例针对某海洋平台结构用A514Gr.F调质钢板，设计了一种横向可变厚度的A514Gr.F宽幅调质钢板及其制备工艺。

在现有设计中，该海洋平台结构需要由三张同宽、同长但不同厚度的A514Gr.F调质钢板焊接而成，其尺寸规格分别为50×1460×10000mm、 45×1460×10000mm、40×1460×10000mm。而事实上，根据这平台所承受载荷的情况，理论上完全可以采用宽度为4380mm、长度为10000mm的厚度最大50mm、最小35mm，且沿宽度方向递减的横向可变厚度的A514Gr.F宽幅调质钢板。

为此，本实施例针对上述3张不同厚度的钢板设计成了一张A514Gr.F 横向差厚调质板，尺寸规格为(35～50)×4380×10000mm，全板最大厚度差为15mm，最大差厚比为1.43:1。如图5所示，图中，1为横向差厚钢板， 11为差厚面，12为斜坡面，W为差厚钢板的宽度，L为差厚钢板的长度， Ta为钢板最小厚度，Tb为钢板最大厚度，Tx为钢板在某宽度位置上的厚度。差厚面11在经水平方向与垂直方向各旋转180°并进行适当移位后，可以与原差厚面11叠合在一起，组成一个长方体，且该长方体的高＝Ta+Tb，宽＝W。

本实施例中，W＝4380mm，L＝10000mm，Ta＝35mm；Tb＝50mm，厚度差最大为15mm，差厚比为1.43:1，差厚率为1:292。Ta+Tb＝85mm，不大于A514Gr.F的等厚钢板的极限厚度(通常，等厚的A514Gr.F调质钢板的极限厚度为100mm)。

为生产上述差厚钢板，首先需准备横向或纵向差厚的中间坯料。本实施例中，选用普通的连铸坯，通过现有的纵向变厚轧制技术，轧制成图6 所示的中间坯料。图6中，3为中间坯料，32为斜坡面，31为差厚面，Lp 和Wp分别为中间坯料的长度和宽度，W为差厚钢板的宽度，W0为左右两侧的切边余量，Ha为坯料最小厚度，Hb为坯料最大厚度。差厚面31 在经水平方向与垂直方向各旋转180°并进行适当移位后，可以与原差厚面 31叠合在一起，组成一个长方体，且该长方体的高＝Ha+Hb，宽＝Wp。

本实施例中，Lp＝4500mm，Wp＝4540mm，W＝4380m，W0＝80mm较厚一侧的压缩比设定为5，即Hb＝250mm；较薄一侧的压缩比设定为4.8，即Ha＝168mm。Hx为坯料在某宽度位置上的厚度，其与相应位置上钢板的厚度Tx之比设定为4.8～5。

上述中间坯料的化学成分为厚约85mm平的A514Gr.F钢板的化学成分。

上述两块中间坯料在经抛丸处理和坡口加工，再在其中一块的斜坡面上涂抹隔离剂，然后将另一块中间坯料翻身180°，与前者四周对齐叠合在一起，最后沿两块坯料的坡口间断性地焊合，组成一块图7所示的叠合坯料。图中，3、4分别为两块经表面处理、坡口加工后的中间坯料，5为沿两块中间坯料间的间断性焊缝，31、41分别为两块中间坯料的差厚面，Ha为中间坯料的最小厚度，Hb为中间坯料的最大厚度，H3x、H4x分别为两块中间坯料在某宽度位置上的厚度，Lp、Wp和Hp分别为两块中间坯料叠合焊接成叠合坯料的长度、宽度和厚度。本实施例中，Ha＝168mm， Hb＝250mm，考虑到隔离剂等因素，Hp应大于Ha+Hb，因此设定Hp＝420mm，Wp＝4540mm，Lp＝4500mm。

上述叠合坯料采用现有加热工艺经连续式加热炉加热后，再采用平的 A514Gr.F钢板现有的轧制工艺，经5000mm宽厚板轧机轧制成图8所示的叠合差厚钢板。图中，1、2分别为两张横向差厚钢板的倍尺钢板，11、21 分别为上述两张差厚钢板的差厚面，Wz、Lz、Tz分别为叠合差厚钢板的宽度、长度和厚度，Ta为差厚钢板的最小厚度，Tb为张差厚钢板的最大厚度，T1x、T2x分别为两张钢板在某宽度位置上的厚度。本实施例中， Ta＝35mm，Tb＝50mm，Wz＝4540mm，Lz＝22500mm，略大于12000mm的两倍尺，Tz＝86mm，略大于Ta+Tb＝85mm。

上述叠合差厚钢板在进行必要的热矫、冷矫，并切边和定尺之前，送入淬火热处理炉及淬火机中进行淬火处理。

除在炉时间、保温时间等调质时间参数外，差厚钢板的淬火工艺与相近厚度的A514Gr.F钢板淬火工艺相同。淬火处理时，差厚钢板在炉时间、保温时间取决于上述叠合钢板的厚度Tz＝89mm：

在炉时间＝A*86(min)，保温时间＝B*86(min)；

取A＝2.3，B＝1.8，则淬火在炉时间＝198(min)，保温时间＝156(min)；

将上述叠合钢板的送入回火热处理炉中进行回火处理。

除在炉时间、保温时间等回火热处理参数外，差厚钢板的回火工艺与相近厚度的A514Gr.F钢板回火工艺相同。回火处理时，差厚钢板在炉时间、保温时间取决于上述叠合钢板的厚度Tz＝89mm：

在炉时间＝A*86(min)，保温时间＝B*86(min)；

取A＝2.8，B＝2.0；则在回火炉时间＝241(min)，保温时间＝172(min)；

将上述经淬火和回火后的叠合钢板进行切边和定尺，即，将其宽度余量及长度余量切除，并将上下两层钢板分离，从而得到四张尺寸规格为 (35～50)×4380×10000mm的海洋平台结构用A514Gr.F调质钢板。

对比该海洋平台结构用A514Gr.F调质钢板的现有设计，本实施例中所设计的差厚钢板及其制造方法的优点在于：

1)本实施例只用了1张钢板，单重为15.472吨，代替了原设计的3张钢板，单重之和为14.613吨，可节省钢材5.56％，即减少了5.56％的自重。同时，1张差厚钢板代替3张拼焊板，减少了2条焊缝。

2)本实施例利用现有加热、轧钢、矫直、淬火炉、淬火机、回火炉、吊运等设备，采用成熟的加热、轧制、矫直、淬火、回火热处理工艺，可以经济地、批量性地生产出上述横向差厚调质钢板。

3)本实施例所提供的制造方法不会因钢板厚度差而产生淬火、回火热处理“工艺窗口”的限制。

4)本实施例中的差厚钢板，其宽度、长度都达到了平的调质钢板的正常范围，例如，最宽可以达到4380mm，最长(倍尺)可达20000mm。

Claims (4)

1.一种横向可变厚度的宽幅调质钢板，其特征在于，该钢板厚度在宽度方向上分区段单调线性增加或减小；钢板的上下表面中，必有一面为分段倾斜的非水平面即斜坡面，而另一面则为水平面；钢板的纵截面为长方形，钢板的横截面为直角梯形或若干个直角梯形与长方形组成，且具有该截面的一张钢板经水平方向与垂直方向各旋转180°后，其斜坡面可以与另一张具有同样截面的钢板的斜坡面贴合，两张钢板叠合组成一个长方体，即组成一块叠合差厚钢板；所述钢板的最大板厚与最小板厚之差不超过15mm，最大板厚与最小板厚之比不超过2:1，最大板厚与最小板厚之差与宽度之比不超过1:200。

2.如权利要求1所述的横向可变厚度的宽幅调质钢板的制备方法，其特征是，包括如下步骤：

1)叠合坯料制备

由两块同形状同尺寸的中间坯料叠合而成，该中间坯料的上表面与下表面当中，必有一面为带有斜坡面的非水平面即斜坡面，而另一面则为水平面；其横截面与纵截面当中，必有一截面的几何形状为直角梯形或由若干直角梯形与长方形组成的多边形即差厚面，而其另一截面的几何形状则为长方形；中间坯料在宽度方向上某一点的厚度Hx与成品差厚钢板在对应位置上的厚度Tx之比即压缩比控制在2～6倍之间，其中，较厚一侧的压缩比大于较薄一侧的压缩比；对于热连轧、炉卷轧机，中间坯料的宽度Wp应大于成品差厚钢板的宽度W，对于可逆式宽厚板轧机则无此限制；

2)上述两块中间坯料的斜坡面表面进行平整、清理表面处理，去除肉眼可见的裂纹、夹渣、凹坑表面缺陷以及高温氧化铁皮，保证成品差厚钢板获得良好的表面质量；

3)对上述两块中间坯料的四周进行坡口加工，并将两块坯料之一的斜坡面上涂抹或覆盖隔离剂；而将另一块坯料经水平方向与垂直方向各旋转180°后，使其斜坡面与涂抹或覆盖隔离剂过的坯料的斜坡面相贴合，组成一块叠合坯料；

4)将上述叠合坯料沿中间坡口缝隙进行间断性的焊接；

5)差厚钢板制作

对所述叠合坯料采用与平的同钢种调质钢板相同的加热、轧制以及矫直工艺，获得叠合差厚钢板，并使该叠合差厚钢板的厚度Tz大于上述差厚钢板的最大厚度、最小厚度总和，使其宽度Wz大于上述差厚钢板宽度W，使长度Lz大于上述差厚钢板长度L；

将上述叠合差厚钢板采用现有成熟技术进行必要的热矫、冷矫，在切边和定尺之前，通过吊运设备送入淬火热处理炉及淬火机中进行淬火处理；除在炉时间、保温时间外，差厚钢板的淬火工艺与平的同钢种钢板的淬火工艺相同；淬火处理时：

在炉时间＝A*Tz，保温时间＝B*Tz，单位min；

其中，A为在炉时间厚度系数，取A＝1.8～4.0，单位min/mm；

B为保温时间厚度系数，取B＝1.2～3.0，单位min/mm；

Tz为叠合钢板的厚度，单位mm；

6)将上述叠合差厚钢板通过吊运设备，送入回火热处理炉中进行回火处理；除在炉时间、保温时间外，差厚钢板的回火工艺与平的同钢种钢板的回火工艺相同；回火处理时：

在炉时间＝A*Tz，保温时间＝B*Tz，单位min；

其中，A为在炉时间厚度系数，取A＝2.5～8.0，单位min/mm；

B为保温时间厚度系数，取B＝1.5～7.0，单位min/mm；

Tz为叠合钢板的厚度，单位mm；

7)将上述经淬火和回火后的叠合钢板进行切边和定尺，即将其宽度余量及长度余量切除，并将上下两层钢板分离，最终得到两张所需尺寸规格的横向差厚调质钢板。

3.如权利要求2所述的横向可变厚度的宽幅调质钢板的制备方法，其特征是，所述中间坯料采用模铸工艺直接浇铸成带有所述差厚面的钢锭；或采用利用连铸工艺获得长方体坯料，通过宽厚板轧机纵向变厚度轧制，轧成带有所述差厚面的开坯料。

4.如权利要求2所述的横向可变厚度的宽幅调质钢板的制备方法，其特征是，步骤3)中，将所述叠合坯料在长度方向进行倍尺组合，或在宽度方向上进行倍幅组合，组成倍尺长度或倍幅宽度的更大单重的叠合坯料。

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