CN110657342A - 一种横向可变厚度的宽幅普通碳锰钢板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种横向可变厚度的宽幅普通碳锰钢板及其制备方法，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，与另一块具有同样截面的钢板叠合组成一个长方体；钢板的最大板厚与最小板厚之差不超过20mm，最大板厚与最小板厚之比不超过3:1，最大板厚与最小板厚之差与宽度之比不超过1:300；所述钢板可以是轧态交货的钢板，也可以是正火态交货的钢板。本发明所述钢板可通过现有加热、轧钢及正火热处理设备，采用成熟的加热、轧钢和正火热处理工艺，经济地、批量地生产。

Description

一种横向可变厚度的宽幅普通碳锰钢板及其制备方法

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普通碳锰钢板及其制备方法。

背景技术

工业生产和日常生活中，最常见的宽厚板钢种是普通碳锰钢，而普通碳锰钢最常见的交货状态是轧制状态或正火状态。以轧态或正火态交货的普通碳锰钢宽厚板广泛地应用在造船、桥梁、建筑、能源、化工等行业之中。

所谓轧态钢板，就是以轧制状态直接交货的钢板；所谓正火态钢板，是轧态的钢板按标准规定必须经过正火热处理的钢板。在实际生产中，相关标准允许轧态钢板在经正火处理工艺挽救后仍以“轧态”名义交货，但不允许正火态钢板未经正火处理而仍以“正火态”名义交货。

然而，无论是轧态交货还是正火态交货，普通碳锰钢宽厚板通常都是平板，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，在许多情况下，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钢板称之为差厚钢板。其中，沿轧制方向(即长度方向)厚度可变钢板称之为纵向差厚钢板，沿垂直于轧制方向(即沿宽度方向)厚度可变钢板为横向差厚钢板。

采用差厚钢板，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钢板的最主要动机，其最主要的动机在于减少钢板的自重。

由于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。因此，纵向差厚钢板在实际工程中得到了某些应用。

相比之下，受现有宽厚板轧制技术的限制，横向差厚的普通碳锰钢板，特别是长度大于5米，宽度大于2.0米的横向差厚的宽幅普通碳锰钢板则绝少有在实际工程中得到应用的报道，也未见有关横向差厚的宽幅普通碳锰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米的横向差厚宽幅普通碳锰钢板的需求还是比较大的，甚至比纵向差厚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钢板、大型水闸闸门和一些大型桥梁上的差厚钢板等。另外对于某些大型储罐、大型风力发电塔座用的钢板，也存在着希望采用横向差厚宽幅碳锰钢板的工业设计需求。然而，迄今为止，国内外尚未见任何有关横向差厚宽幅碳锰钢板的生产和应用的专利、论文以及工程应用的报道。

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公开了一种生产横向差厚钢板的技术方案，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，无法在其实施例表2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。

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普通碳锰钢板及其制备方法，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、轧钢及正火热处理设备，采用成熟的加热、轧钢及正火热处理工艺，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普通碳锰钢板，该钢板厚度在宽度方向上分区段单调线性增加或减小；钢板的上下表面中一面为分段倾斜的非水平面即斜坡面，而另一面为水平面；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；所述钢板的最大板厚与最小板厚之差不超过20mm，最大板厚与最小板厚之比不超过3:1，最大板厚与最小板厚之差与宽度之比不超过1:300。

进一步，所述钢板为轧态交货的钢板或正火态交货的钢板。

本发明所述横向可变厚度的宽幅普通碳锰钢板的制备方法，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有一面为带有斜坡面的非水平面即斜坡面，而另一面为水平面；其横截面与纵截面当中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，并将两块中间坯料之一的斜坡面上涂抹或覆盖隔离剂；而将另一块中间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中间坯料的斜坡面相叠合，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；

上述叠合差厚钢板采用热矫、冷矫、切边将其宽度余量切除，并将下两层钢板分离成两张未定尺差厚板；

如果差厚钢板为轧态交货的钢板，则对上述两张未定尺差厚板直接进行定尺切割，将其长度余量切除，最终得到两张所需尺寸规格的横向可变厚度的宽幅普通碳锰钢板；

如果差厚钢板为正火态交货的钢板，将上述两张未定尺差厚板送入正火热处理炉进行正火处理；除在炉时间、保温时间外，上述两张未定尺差厚钢板的正火工艺与平的同钢种钢板的正火工艺相同，而在炉时间、保温时间则取决于其最小板厚Ta和最大板厚Tb：

在炉时间＝A*Tb，保温时间＝B*Tb，单位min，

其中，A为在炉时间厚度系数，取A＝1.8～6.0，单位min/mm；

B为保温时间厚度系数，取B＝1.2～4.0，单位min/mm；

B*(Tb-Ta)≤40，单位min；

最小板厚Tb、最大板厚Ta单位为mm；

对上述两张正火处理后的未定尺差厚板进行定尺切割，将其长度余量切除，最终得到两张所需尺寸规格的横向可变厚度的宽幅普通碳锰钢板。

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：

1)本发明利用现有加热、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、正火热处理炉、磁盘吊等设备，采用成熟的加热、轧制、矫直、正火热处理工艺，可以经济地、批量性地生产出横向可变厚度的宽幅钢板，即横向差厚的宽幅钢板，或简称差厚钢板。

2)本发明所述差厚钢板的宽度、长度都能达到平的宽幅钢板的正常范围，例如：最宽可以达到4800mm，最长可达25000mm。

3)本发明所述差厚钢板最大厚度Tb与最小厚度Ta之和Tz可以达到平的宽幅钢板的正常厚度范围。

4)本发明所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。

5)本发明所述差厚钢板在全板范围内，厚度差不超过20mm，差厚比不超过3:1，差厚率不超过1:300。

附图说明

图1为本发明横向差厚宽幅普通碳锰钢板的结构示意图；图中，1为横向差厚宽幅普通碳锰钢板，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，组成一个长方形，且该长方形的高＝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。

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，组成一个长方形，且该长方形的高＝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中进一步说明。

实施例1

本实施例针对某大型水闸对开式闸门钢板，设计一种横向可变厚度的宽幅碳锰钢板及其制备工艺。

在实际工程中，该水闸闸门高为7000mm，宽为3900mm，它所承受的载荷沿宽度方向是变化的，即离转轴一侧的边越远，其承受的载荷越小。假定转轴在此钢板的左边，则钢板的承载自左至右递减，因此理论上，所需钢板厚度也可以自左至右递减。根据强度核算，该水闸左、右二侧所需的Q345B轧态钢板的厚度分别35mm和17mm。

Q345B是一个典型的普通碳锰钢牌号，相关标准规定，既允许轧态交货，也允许正火态交货。现有设计中，该水闸被设计成由三张同宽、同长但不同厚度的Q345B轧态钢板纵向焊接而成，其尺寸规格分别为 35×1550×7000mm、30×800×7000mm、22×1550×7000mm。该设计方案采用3张宽度较窄、厚度递减的平钢板，一定程度上实现了水闸的横向差厚，也在一定程度上节省钢材的使用量，减小水闸自身的重量。

针对上述工程应用，本实施例在确保承载能力不减的前提下，设计了一张横向差厚的宽幅钢板，用来制成一整扇沿宽度方向厚度递减的水闸闸门。该差厚钢板的尺寸规格为：(17～35)×3900×7000mm，如图1所示。

图中，1为差厚钢板，11为由若干个直角梯形组成的差厚面，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，Tb为钢板的最大厚度，Ta为钢板的最小厚度， T1、T2……分别为钢板各宽度区段最大板厚或最小板厚，Tx为钢板某宽度位置上的厚度。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由直角梯形或若干个直角梯形与长方形组成的差厚面。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、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。

在本实施例中，差厚板的具体尺寸为：W＝3900mm，L＝700mm， W1＝1550mm、W2＝800mm、W3＝1550mm，Tb＝35mm，T1＝30mm、T2＝22mm， Ta＝17mm，厚度差最大为18mm，差厚比为2.06:1，全板宽的横向差厚率为1:217。

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，优选连铸坯作为中间坯料。长方体形的普通连铸坯通过现有的纵向变厚轧制技术，轧制成图3所示的带有差厚面的中间坯料。图3中，3 为中间坯料，32为斜坡面，31为由若干个直角梯形组成的差厚面，Lp和 Wp分别为中间坯料的长度和宽度，W为钢板宽度，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。上述差厚面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。

本实施例中，Lp＝3150mm，Wp＝4100mm，W＝3900m，W0＝100mm， Wp1＝1550mm、Wp2＝800mm、Wp3＝1550mm；较厚一侧的压缩比设定为5，即Hb＝175mm；较薄一侧的压缩比设定为4.5，即Ha＝76.5mm；H1对应的压缩比取4.9，即H1＝147mm，H2对应的压缩比取4.7，H2＝104.5mm；

上述中间坯料的化学成分可以选择平的35mm厚Q345B轧态钢板相同的化学成分。

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由直角梯形或若干个直角梯形与长方形组成的差厚面，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＝76.5mm，Hb＝175mm，考虑到隔离剂等因素，Hp 应略大于Ha+Hb，因此设定Hp＝253mm，Wp＝4100mm，Lp＝3150mm。

上述叠合焊接后的叠合坯料，采用平的35mm厚的Q345B轧态钢板现有成熟的加热、轧制工艺，轧制成图2所示的叠合差厚钢板，并使该叠合差厚钢板的厚度Tz＝53.5mm略大于(成品)差厚钢板的最大厚度与最小厚度总和(TTa+TTb＝52mm)，使宽度Wz＝4100略大于(成品)差厚钢板宽度W＝3900mm，使长度Lz≈20800mm，略大于(成品)差厚钢板长度L＝9500mm的两倍。图2中，1、2分别为两张(成品)差厚钢板的倍尺钢板，11、21分别为上述两张差厚钢板的由3个直角梯形组成的差厚面， Ta为差厚钢板的最小厚度，Tb为差厚钢板的最大厚度。

本实施例中，Tb＝35mm，Ta＝17mm。

将上述叠合差厚钢板进行必要的矫直、切边和定尺，然后，再将上、下两张倍尺的差厚钢板分离，从而得到四张尺寸规格为(17～35)×3900×7000mm的供大型水闸闸门用的横向可变厚度的宽幅Q345轧态钢板。

对比该大型水闸闸门的现有钢板设计及其制造方法，本实施例中所设计的差厚钢板及其的优点在于：

1)本实施例只用了一张钢板，单重为5.572吨，代替了原设计所需三张钢板，单重之和为6.215吨，可节省钢材10.34％，即减少了10.34％的自重。同时，单张差厚钢板代替三张拼焊板，减少了2条焊缝。

2)本实施例利用现有加热、轧钢、矫直、吊运等设备，采用成熟的加热、轧制、矫直工艺，可以经济地、批量性地生产出上述横向差厚钢板。

3)本实施例中的差厚钢板，其宽度、长度都达到了平的轧态钢板的正常范围，例如，最宽可以达到3900mm，最长(倍尺)可达14000mm。

实施例2

本实施例针对某大型船舶船体用结构钢板(以下简称船板钢)EH36，设计了一种横向可变厚度的宽幅正火钢板。

EH36是一个典型的普通碳锰钢牌号。相关标准规定，EH36只能以正火状态交货。

实际工程中，该船板钢用于某大型船舶的底部，钢板所承受的载荷自上而下是逐渐增加的。假定分别以钢板的左侧作为船体的下部，以钢板的右侧作为船体的上部，则钢板沿其宽度方向所承受的载荷是自左向右递增的。在上述工程中，现有的设计是，船体最下面第1、2层的船板钢分别采用25×2100×12000mm、21.5×2100×12000mm的EH36正火钢板。而事实上，根据这两层船板钢所承受载荷的情况，理论上完全可以采用宽度为 4200mm、长度为12000mm的厚度最厚25mm、最薄18mm，且沿宽度方向自左向右递减的横向差厚EH36正火钢板。

本实施例就是针对上述工程需要，设计了一张横向差厚正火钢板，其尺寸规格为(18～25)×4200×12000mm，如图5所示。图中，1为横向差厚正火钢板，11为直角梯形的差厚面，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。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，组成一个长方形，且该长方形的高＝Ta+Tb，宽＝W。

本实施例中，W＝4200mm，L＝12000mm，Ta＝18mm；Tb＝25mm，厚度差最大为7mm，差厚比为1:1.39，差厚率为1:600。

为生产上述差厚正火钢板，首先需准备横向或纵向差厚的中间坯料。本实施例中，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，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为直角梯形的差厚面，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，组成一个长方形，且该长方形的高＝Ha+Hb，宽＝Wp。

本实施例中，Lp＝4500mm，Wp＝4360mm，W＝4200m，W0＝80mm较厚一侧的压缩比设定为6，即Hb＝150mm；较薄一侧的压缩比设定为5.8，即Ha＝104.4mm。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。

上述中间坯料的化学成分为平的相近厚度的EH36正火钢板的典型化学成分。

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7所示的叠合坯料。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直角梯形的差厚面，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＝104.4mm，Hb＝150mm，考虑到隔离剂等因素，Hp应略大于Ha+Hb，因此设定Hp＝256mm，Wp＝4360mm，Lp＝4400mm。

上述叠合焊接后的叠合坯料，采用平的25mm厚的EH36正火钢板的现有加热轧制工艺，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直角梯形的差厚面，它们在经适当的旋转和移动后可以叠合成一个长方体，即叠合差厚钢板。Wz、Lz、Tz分别为叠合差厚钢板的宽度、长度和厚度，Ta为两张差厚钢板的最小厚度，Tb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。本实施例中，Ta＝18mm，Tb＝25mm，Wz＝4360mm，Lz≈27000mm，略大于 12000mm的两倍尺，Tz＝44mm，略大于Ta+Tb＝43mm。

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、切边，将其宽度余量切除，并将下两层钢板分离成两张未定尺差厚板，并将其分别送入正火热处理炉进行正火处理。除在炉时间、保温时间外，上述两张未定尺差厚钢板的正火工艺与平的25mm厚的EH36正火钢板的正火工艺相同，而在炉时间、保温时间由下列公式确定：

在炉时间＝A*Tb(min)；

保温时间＝B*Tb(min)；

B*(Tb-Ta)≤40(min)；

其中，Tb、Ta分别为差厚板的最大、最小厚度，单位为mm；A为在炉时间厚度系数，取A＝2.2(min/mm)；B为保温时间厚度系数，取B＝ 1.5(min/mm)；

可以计算出，在炉时间＝55min，保温时间＝38min；

且B*(Tb-Ta)＝1.5*7＝10.5≤40min。

对上述两张正火处理后的未定尺差厚板进行定尺切割，将其长度余量切除，最终得到四张尺寸规格为(18～25)×4200×12000mm的横向差厚的 EH36船体用结构钢板。

对比现有设计，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)本实施例只用了一张钢板，单重为8.5吨，代替了原设计的二张钢板，单重之和为9.2吨，可节省钢材7.53％，即减少了7.53％的自重。同时，单张差厚钢板代替2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、热处理、吊运等设备，采用成熟的加热、轧制、矫直、正火热处理工艺，可以经济地、批量性地生产出上述横向差厚正火钢板。

3)本实施例中的差厚钢板，其宽度、长度都达到了平的正火钢板的正常范围，例如，最宽可以达到4200mm，最长(倍尺)可达24000mm。

Claims (5)

1.一种横向可变厚度的宽幅普通碳锰钢板，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；钢板的上下表面中一面为分段倾斜的非水平面即斜坡面，而另一面为水平面；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；所述钢板的最大板厚与最小板厚之差不超过20mm，最大板厚与最小板厚之比不超过3:1，最大板厚与最小板厚之差与宽度之比不超过1:300。

2.如权利要求1所述的横向可变厚度的宽幅普通碳锰钢板，其特征在于，所述钢板为轧态交货的钢板或正火态交货的钢板。

3.如权利要求1或2所述的横向可变厚度的宽幅普通碳锰钢板的制备方法，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有一面为带有斜坡面的非水平面即斜坡面，而另一面为水平面；其横截面与纵截面当中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，并将两块中间坯料之一的斜坡面上涂抹或覆盖隔离剂；而将另一块中间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中间坯料的斜坡面相叠合，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；

上述叠合差厚钢板采用热矫、冷矫、切边将其宽度余量切除，并将下两层钢板分离成两张未定尺差厚板；

如果差厚钢板为轧态交货的钢板，则对上述两张未定尺差厚板直接进行定尺切割，将其长度余量切除，最终得到两张所需尺寸规格的横向可变厚度的宽幅普通碳锰钢板；

如果差厚钢板为正火态交货的钢板，将上述两张未定尺差厚板送入正火热处理炉进行正火处理；除在炉时间、保温时间外，上述两张未定尺差厚钢板的正火工艺与平的同钢种钢板的正火工艺相同，而在炉时间、保温时间则取决于其最小板厚Ta和最大板厚Tb：

在炉时间＝A*Tb，保温时间＝B*Tb，单位min，

其中，A为在炉时间厚度系数，取A＝1.8～6.0，单位min/mm；

B为保温时间厚度系数，取B＝1.2～4.0，单位min/mm；

B*(Tb-Ta)≤40，单位min；

最小板厚Tb、最大板厚Ta单位为mm；

对上述两张正火处理后的未定尺差厚板进行定尺切割，将其长度余量切除，最终得到两张所需尺寸规格的横向可变厚度的宽幅普通碳锰钢板。

4.如权利要求3所述的横向可变厚度的宽幅普通碳锰钢板的制备方法，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。

5.如权利要求3所述的横向可变厚度的宽幅普通碳锰钢板的制备方法，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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