CN110653561B - 一种横纵双向可变厚度钢板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种横纵双向可变厚度钢板及其制备方法，该钢板的厚度沿宽度方向即横向和长度方向即纵向均为可变化的；钢板垂直于轧制方向的横截面为直角梯形或若干直角梯形与长方形组合，形成横向差厚面；钢板的任一横向差厚面，最大板厚与最小板厚之差即厚度差不超过20mm，最大板厚与最小板厚之比即差厚比是恒定的，且不超过3:1；厚度差与钢板宽度之比即横向差厚率不超过1:200；钢板平行于轧制方向的纵截面即纵向差厚面为直角梯形；钢板的任一纵向差厚面上，最大板厚与最小板厚之差即厚度差不超过20mm；最大板厚与最小板厚之比即差厚比是恒定的，且不超过3:1；厚度差与钢板长度之比即纵向差厚率不超过1:400。本发明钢板可通过现有设备经济地、批量地生产。

Description

一种横纵双向可变厚度钢板及其制备方法

技术领域

本发明涉及宽厚钢板生产技术，特别涉及一种横纵双向可变厚度钢板及其制备方法，适用于造船、桥梁、建筑、能源、化工行业中的各类差厚钢板。

背景技术

工业生产和日常生活中，宽厚钢板广泛地应用在造船、桥梁、建筑、能源、化工等行业之中。

众所周知，宽厚钢板通常都是平板，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，在某些情况下，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，设计者常常希望宽厚钢板的厚度也不是恒定的，而是根据载荷的分布规律，沿着长度方向和宽度方向，板厚能够相应地逐渐增加或逐渐减小。换而言之，设计者常常希望垂直于钢板宽度方向和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。

上述长度方向和/或宽度方向可变厚度的钢板称之为差厚钢板。实际工业生产和日常生活中常见的是单向差厚钢板，即：要么是沿长度方向(即沿轧制方向)厚度可变的钢板，称之为纵向差厚钢板；要么是沿宽度方向(即沿垂直于轧制方向)厚度可变的钢板，称之为横向差厚钢板。实际工业生产和日常生活中很少见到沿横向和纵向厚度均可变的双向差厚钢板。

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。在某些工程中，钢板轻量化的意义巨大。由于现有宽厚板轧机及热处理设备条件下，单向差厚钢板(主要是纵向差厚钢板)的轧制生产工艺相对成熟，因此，单向差厚钢板得到了较多的应用。典型的应用场合有：某些大型船舶上的差厚船体钢板、大型桥梁上的钢梁、大型水闸闸门用钢板、大型储罐罐壁用壁板、大型风力发电塔座用钢板等待，都出现了单向差厚钢板的工业应用实例。

然而，除了单向差厚钢板之外，工程应用中实际上还存在着横向和纵向两个纬度载荷同时逐渐增加或逐渐减小的情况，因此，实际工程中上也存在着横、纵双向可变厚度的钢板(即双向差厚钢板)的设计需求。遗憾的是，在现有技术中，尚无一种可批量地、经济地生产双向差厚钢板的制备方法可以使上述设计需求得到满足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种横纵双向可变厚度钢板及其制备方法，可通过现有设备，经济地、批量地生产出所述的厚度沿宽度方向和长度方向均可变化的宽厚钢板。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种横纵双向可变厚度钢板，该钢板的厚度沿宽度方向即横向和长度方向即纵向均为可变化的；其中，钢板垂直于轧制方向的横截面为直角梯形或若干个直角梯形与长方形组合，形成横向差厚面；钢板的任一横向差厚面，最大板厚与最小板厚之差即厚度差不超过20mm，最大板厚与最小板厚之比即差厚比是恒定的，且不超过3:1；厚度差与钢板宽度之比即横向差厚率不超过1:200；钢板平行于轧制方向的纵截面即纵向差厚面为直角梯形；钢板的任一纵向差厚面上，最大板厚与最小板厚之差即厚度差不超过20mm；最大板厚与最小板厚之比即差厚比是恒定的，且不超过3:1；厚度差与钢板长度之比即纵向差厚率不超过1:400。

优选的，所述钢板全板的厚度差不超过30mm，差厚比不超过5:1，最小厚度在10mm以上，最大厚度在50mm以下。

优选的，具有所述横向差厚面的两块钢板在经水平方向与垂直方向各旋转180°并进行适当移位后，两钢板横截面贴合一起，两钢板组成一个长方体。

本发明所述的横纵双向可变厚度钢板的制备方法，其包括如下步骤：

1)中间坯料制备

中间坯料上表面与下表面中一面为带有斜坡面的非水平面即斜坡面，另一面为水平面；中间坯料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，而另一截面的几何形状为长方形；

中间坯料在横截面上某一点的厚度Hx与成品差厚钢板在对应位置上的厚度Tx之比即压缩比，较厚一侧的压缩比大于较薄一侧的压缩比；

2)将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，保证成品差厚钢板具有良好的表面质量；对上述两块中间坯料的四周进行坡口加工，并在两块中间坯料之一的斜坡面上涂抹覆盖隔离剂。

3)将上述两块中间坯料以差厚面贴合方式，叠合形成一个长方体，然后沿两块中间坯料四周坡口进行间断性焊接，焊接成叠合坯料；

4)采用现有的纵向可变厚度钢板的纵向变厚轧制工艺，制作出叠合差厚钢板；

5)将上述叠合差厚钢板的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双向差厚钢板。

进一步，所述中间坯料在横截面上某一点的厚度Hx与成品差厚钢板在对应位置上的厚度Tx之比即压缩比，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大于成品差厚钢板的宽度W，以便留有足够宽的切边量W0。

优选的，中间坯料采用模铸直接浇铸或采用连铸获得长方体坯料，通过宽厚板轧机，应用纵向变厚度轧制工艺轧制而成。

又，步骤3)中，将所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，对应的，步骤5)将得到两张以上的双向差厚钢板。

本发明的有益效果：

本发明设计了一种新型宽厚钢板，它可以用于其载荷沿着钢板长度方向上和宽度方向同时逐渐增加或逐渐减小的场合。

本发明所述宽厚钢板有以下特点：

①钢板的横向差厚面为直角梯形或若干个直角梯形与长方形组成，且该截面在经水平方向与垂直方向各旋转180°并进行适当移位后，可以与原截面叠合在一起，组成一个长方形。钢板的任一横向差厚面上，厚度差不超过20mm，差厚比都是恒定的，且不超过3:1；横向差厚率不超过1:200。

②钢板的纵向差厚面为直角梯形。钢板的任一纵向差厚面上，厚度差不超过20mm；差厚比都是恒定的，且不超过3:1；纵向差厚率不超过1:400。

③全板的厚度差不超过30mm，差厚比不超过5:1，最小厚度在10mm以上，最大厚度在50mm以下。

④钢板的长度与宽度可以达到普通宽厚钢板的长度、宽度范围，如：最宽可以达到4800mm，最长可达25000mm。

针对本发明所设计的新型宽厚钢板同时还设计了一套制造方法，采用该制造方法，可利用普通的模铸钢锭或连铸坯，通过现有的加热、轧钢、矫直及吊运设备，应用成熟的加热、轧钢及矫直工艺，经济地、批量地生产出上述横纵双向差厚宽幅钢板。

附图说明

图1为本发明所述横纵双向差厚钢板，其中，1为横纵双向差厚钢板，11为钢板头部的由直角梯形或若干个直角梯形与长方形组成的横向差厚面，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，TTa、TBa分别为钢板头部和尾部最小厚度，TTb、TBb分别为钢板头部和尾部的最大厚度，TT1、TT2……分别为钢板头部各宽度区段最大板厚或最小板厚，TB1、TB2……分别为钢板尾部部各宽度区段最大板厚或最小板厚，TTx为钢板头部某位置上的厚度。横向差厚面11在经水平方向与垂直方向各旋转180°并进行适当移位后，可以与原横向差厚面11叠合在一起，组成一个长方形，且该长方形的高＝TTa+TTb，宽＝W。

图2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为由直角梯形或若干个直角梯形与长方形组成的差厚面，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3为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横向差厚面，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。

图4为两块双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分别为上述两张双向差厚钢板，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横向差厚面，它们在经适当的旋转和移动后可以叠合成一个长方形，Wz、Lz分别为该叠合差厚钢板的宽度、长度，TTz、TBz分别为上述叠合差厚钢板头部和尾部的厚度，TTa为差厚钢板头部的最小厚度，TTb为差厚钢板头部的最大厚度，TBa为差厚钢板尾部的最小厚度，TBb为差厚钢板尾部的最大厚度。

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为钢板头部的直角梯形的差厚面，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。

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。

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直角梯形的横向差厚面，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。

图8为本发明实施例2中两块双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分别为上述两张双向差厚钢板，11、21分别为上述两张钢板的直角梯形的横向差厚面，它们在经适当的旋转和移动后可以叠合成一长方形，Wz、Lz分别为该叠合差厚钢板的宽度、长度，TTz、TBz分别为上述叠合差厚钢板头部和尾部的厚度，TTa为差厚钢板头部的最小厚度，TTb为差厚钢板头部的最大厚度，TBa为差厚钢板尾部的最小厚度，TBb为差厚钢板尾部的最大厚度。

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。

如图1所示。图中，1为横纵向差厚钢板，11为钢板头部的由直角梯形或若干个直角梯形与长方形组成的横向差厚面，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，TTa、TBa分别为钢板头部和尾部最小厚度，TTb、TBb分别为钢板头部和尾部的最大厚度，TT1、TT2……分别为钢板头部各宽度区段最大板厚或最小板厚，TB1、TB2……分别为钢板尾部各宽度区段最大板厚或最小板厚，TTx为钢板头部某位置上的厚度。横向差厚面11在经水平方向与垂直方向各旋转180°并进行适当移位后，可以与原横向差厚面11叠合在一起，组成一个长方形，且该长方形的高＝TTa+TTb，宽＝W。

针对上述宽厚钢板，设计了一种新型坯料，它是由两相同尺寸的中间坯料叠合而成。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2所示。图中，3为中间坯料，32为斜坡面，31为由直角梯形或若干个直角梯形与长方形组成的差厚面，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，W0为切边余量，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，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。

②中间坯料在横截面上某一点的厚度Hx与成品差厚钢板在对应位置上的厚度Tx之比简称压缩比，较厚一侧的压缩比可以略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应略大于成品差厚钢板的宽度W，以便留有足够宽的切边量W0；对于可逆式宽厚板轧机则无此限制。

③中间坯料的化学成分与平的同钢种钢板的化学成分相同。

④中间坯料既可以利用模铸等工艺直接浇铸而成，也可以利用连铸坯等长方体坯料，通过宽厚板轧机，应用纵向变厚度轧制工艺，轧制而成。

上述中间坯料，采用以下步骤，叠合焊接而成本发明特别设计的新型坯料(以下简称为叠合坯料)：

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具有良好的表面质量；

②对上述两块中间坯料的四周进行坡口加工，并在两块中间坯料之一的斜坡面上涂抹覆盖隔离剂；

③将上述两块中间坯料叠合形成一个长方体，然后沿两块中间坯料四周坡口进行间断性的焊接，焊接成叠合坯料，如图3所示。图中，3、4分别为两块经表面处理、坡口加工后并以合适方式叠合在一起的中间坯料，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。

采用本发明所设计的上述叠合坯料，应用现有的纵向可变厚度钢板的纵向变厚轧制工艺，制作出图4所示的叠合差厚钢板，并使该叠合差厚钢板的头部厚度TTz、尾部厚度TBz分别略大于上述双向差厚钢板头部和尾部的最大厚度与最小厚度总和(TTa+TTb、TBa+TBb)，使其宽度Wz略大于上述双向差厚钢板宽度W(在倍幅轧制情况下应略大于W的倍数)，使其长度Lz略大于上述双向差厚钢板长度L(在倍尺轧制情况下应略大于L的倍数)。图4中，1、2分别为上述两张双向差厚钢板，11、21分别为上述两张钢板的横向差厚面，它们在经适当的旋转和移动后可以叠合成一个长方体，Wz、Lz分别为该叠合差厚钢板的宽度、长度，TTz、TBz分别为上述叠合差厚钢板头部和尾部的厚度，TTa为差厚钢板头部的最小厚度，TTb为差厚钢板头部的最大厚度，TBa为差厚钢板尾部的最小厚度，TBb为差厚钢板尾部的最大厚度。

将上述叠合差厚钢板的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双向差厚钢板。在倍尺或倍幅情况下，将得到两张以上的双向差厚钢板。

实施例1

本实施例针对某大型水闸对开式闸门钢板，设计了一种横纵双向可变厚度的宽幅钢板及其制备工艺。

在实际工程中，该水闸闸门高为9500mm，宽为3900mm，它所承受的载荷沿高度方向是变化的，即自上而下呈递减关系。同时，沿宽度方向也是变化的，离转轴一侧的边(以下假定为左边)越远，其承受的载荷越小，即自左至右呈递减关系。因此，理论上该水闸上下左右四个角所承受的载荷都可能是不同的，所需钢板厚度也都可以是不同的。根据强度核算，该水闸上左、上右、下左、下右四角所需的Q345C钢板最小厚度分别35mm、29.2mm、17mm和14.2mm。

现有设计中，该水闸被设计成由三张同宽、同长但不同厚度的钢板纵向焊接而成，其尺寸规格分别为35×1300×9500mm、27.5×1300×9500mm、20×1300×9500mm的Q345C钢板。显然，该设计方案采用了若干张宽度较窄、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，设计了一张横纵双向差厚的宽幅钢板，用来制成一整扇沿高度、宽度方向厚度都是递减的水闸闸门。该双向差厚宽幅钢板的尺寸规格为：

头部差厚面的尺寸为(17～35)×3900mm，尾部差厚面的尺寸为(14.2～29.2)×3900mm；全板最大厚度差为21.8mm，最大差厚比为1:2.46。如图1所示。

图中，1为双向差厚钢板，11为钢板头部由若干个直角梯形组成的横向差厚面，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，TTa、TBa分别为钢板头部和尾部最小厚度，TTb、TBb分别为钢板头部和尾部的最大厚度，TT1、TT2……分别为钢板头部各宽度区段最大板厚或最小板厚，TB1、TB2……分别为钢板尾部部各宽度区段最大板厚或最小板厚，TTx为钢板头部某位置上的厚度。横向差厚面11在经水平方向与垂直方向各旋转180°并进行适当移位后，可以与原横向差厚面11叠合在一起，组成一个长方形，且该长方形的高＝TTa+TTb，宽＝W。

对于本实施例：

头部差厚面的具体尺寸为：W＝3900mm，L＝9500mm，W1＝1550mm、W2＝800mm、W3＝1550mm，TTb＝35mm，TT1＝30mm、TT2＝22mm，TTa＝17mm，头部厚度差最大为18mm，差厚比为2.06:1。

尾部差厚面的具体尺寸为：W＝3900mm，L＝9500mm，W1＝1550mm、W2＝800mm、W3＝1550mm，TBb＝29.2mm，TB1＝25mm、TB2＝18.3mm，TBa＝14.2mm，尾部厚度差最大为15mm，差厚比为2.06:1。

全板宽的横向差厚率为1:217，全板长的纵向差厚率为1:528。

为生产上述差厚钢板，首先需准备合适的中间坯料，该中间坯料横向或纵向中必有一截面的几何形状为差厚面，而其另一截面的几何形状则为长方形。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2所示的带有差厚截面的中间坯料。图2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横向差厚面，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。

本实施例中，Lp＝3750mm，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厚度约35mm的Q345C平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3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为两块中间坯料之间的间断性焊缝，31、41分别为两块中间坯料的由若干个直角梯形组成的横向差厚面，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＝3750mm。

上述叠合焊接后的叠合坯料，采用35mmQ345C现有的已成熟的纵向可变厚度钢板的轧制工艺，纵向变厚轧制成图4所示的叠合差厚钢板，并使该叠合差厚钢板的头部厚度TTz＝53.5mm、尾部厚度TBz＝44.5mm，分别略大于双向差厚钢板(成品)头部及尾部的最大厚度与最小厚度总和(TTa+TTb＝52mm、TBa+TBb＝43.3mm)，使宽度Wz＝4100略大于双向差厚钢板(成品)宽度W＝3900mm，使长度Lz＝20800mm，略大于双向差厚钢板(成品)长度L＝9500mm的两倍。图4中，1、2分别为两张双向差厚钢板(成品)的倍尺钢板，11、21分别为上述两张差厚钢板的由若干个直角梯形组成的横向差厚面，TTa为差厚钢板头部的最小厚度，TTb为差厚钢板头部的最大厚度，TBa为差厚钢板尾部的最小厚度，TBb为差厚钢板尾部的最大厚度。本实施例中，TTb＝35mm，TTa＝17mm，TBb＝29.2mm，TBa＝14.2mm。

上述叠合差厚钢板在进行必要的矫直、切边和定尺之后，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)×3900×9500mm的供大型水闸闸门用的横纵双向可变厚度的宽幅钢板。

对比该大型水闸闸门的现有钢板设计，本实施例中所设计的差厚钢板的优点在于：

1)现有设计中，需三张钢板，尺寸规格分别为35×1300×9500mm、27.5×1300×9500mm、20×1300×9500mm，这三张钢板的单重之和为7.998吨。而本实施例设计中，只用了一张钢板，其单重为6.932吨，可节省钢材13.33％。最重要的是，减少了13.33％的自重。

2)单张差厚钢板代替三张拼焊板，减少了2条焊缝。

实施例2

本实施例针对某大型船舶悬伸平台用钢板，设计了一种横纵双向可变厚度的宽幅钢板及其制备工艺。

实际工程中，该悬伸平台为长方形，长为11000mm，宽为3600mm，它的一个直角及其相邻两边与甲板的一个直角及其相邻两边焊接相连。假设该平台长度方向分为头、尾两端，且其头端与甲板焊接相连；该平台的宽度方向则分为左、右两侧，且其左侧与甲板焊接相连。那么，该平台所承受的载荷沿长度方向是变化的，且自头向尾单调递减；沿宽度方向也是变化的，且自左向右单调递减。因此，理论上，该平台的头尾左右四个角所承受的载荷都可以是不同的，所需钢板厚度也都可以是不同的。

根据强度核算，该平台与甲板焊接相连的直角(即左头角)所需厚度最大，为50mm；其对角(即右尾角)所需厚度最小，为20.4mm；平台的右头角与左尾角所需厚度则分别是34mm与30mm。

现有设计中，该平台由四张不同厚度的DH32平钢板焊接而成。这四张平钢板的尺寸规格(厚×宽×长)分别为50×1800×5500mm、42×1800×5500mm、40×1800×5500mm和33.6×1800×5500mm。实际应用时，先将50×1800×5500mm和42×1800×5500mm二张DH32平钢板纵向焊接成(厚×宽×长)为(42～50)×3600×5500mm的一张横向差厚钢板，然后将40×1800×5500mm和33.6×1800×5500mm二张DH32平钢板纵向焊接成(厚×宽×长)为(33.6～40)×3600×5500mm的一张横向差厚钢板，最后将这二张横向差厚钢板与甲板焊接相邻，焊接成一个悬伸平台，使得该平台实际上就是一张(厚×宽×长)为(33.6～50)×3600×11000mm的双向差厚钢板。

总体来看，现设计方案采用了若干张宽度较窄、长度较短、厚度递减的平钢板拼焊而成悬伸平台，一定程度上实现了平台的双向差厚，也在一定程度上节省钢材的使用量，减小平台自身的重量。

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，设计了用一张双向差厚宽幅钢板来代替四张平钢板，其尺寸规格为：

头部差厚面的厚×宽尺寸为(34～50)×3600mm，尾部差厚面的厚×宽尺寸为(20.4～30)×3600mm，板长为11000mm；

全板最大厚度差为29.6mm，最大差厚比为2.45:1。如图5所示。

图中，1为双向差厚钢板，11为钢板头部的直角梯形的横向差厚面，12为斜坡面，W为差厚钢板的宽度，L为差厚钢板的长度，TTa、TBa分别为钢板头部和尾部最小厚度，TTb、TBb分别为钢板头部和尾部的最大厚度，TTx为钢板头部某位置上的厚度。横向差厚面11在经水平方向与垂直方向各旋转180°并进行适当移位后，可以与原横向差厚面11叠合在一起，组成一个长方形，且该长方形的高＝TTa+TTb，宽＝W。

在本实施例中:

头部差厚面的具体尺寸为：W＝3600mm，L＝11000mm，TTb＝50mm，TTa＝34mm，头部厚度差最大为16mm，差厚比为1.47:1。

尾部差厚面的具体尺寸为：W＝3600mm，L＝11000mm，TBb＝30mm，TBa＝20.4mm，尾部厚度差最大为9.6mm，差厚比为1.47:1。

全板宽的横向差厚率为1:225，全板长的纵向差厚率为1:550。

为生产上述差厚钢板，首先需准备合适的中间坯料，该中间坯料横向或纵向中必有一截面的几何形状为差厚面，而其另一截面的几何形状则为长方形。。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6所示的带有差厚截面的中间坯料。图6中，3为中间坯料，32为斜坡面，31为直角梯形的横向差厚面，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，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。

本实施例中，Lp＝2050mm，Wp＝3800mm，W＝3600m，W0＝100mm；较厚一侧的压缩比设定为5，即Hb＝50×5＝250mm；较薄一侧的压缩比设定为4.5，即Ha＝34×4.5＝153mm；

上述中间坯料的化学成分可以选择厚度约50mm的DH32平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为两块中间坯料之间的间断性焊缝，31、41分别为两块中间坯料的直角梯形的横向差厚面，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＝153mm，Hb＝250mm，考虑到隔离剂等因素，Hp应略大于Ha+Hb，因此设定Hp＝405mm，Wp＝3800mm，Lp＝3650mm。

上述叠合焊接后的叠合坯料，采用50mmDH32现有的已成熟的纵向可变厚度钢板的轧制工艺，纵向变厚轧制成图8所示的叠合差厚钢板，并使该叠合差厚钢板的头部厚度TTz＝85mm、尾部厚度TBz＝50.5mm，分别略大于双向差厚钢板(成品)头部及尾部的最大厚度与最小厚度总和(TTa+TTb＝84mm、TBa+TBb＝50.4mm)，使宽度Wz＝3800略大于双向差厚钢板(成品)宽度W＝3600mm，使长度Lz＝12980mm，略大于双向差厚钢板(成品)长度L＝11000mm。图8中，1、2分别为两张双向差厚钢板(成品)，11、21分别为上述两张差厚钢板的直角梯形的横向差厚面，TTa为差厚钢板头部的最小厚度，TTb为差厚钢板头部的最大厚度，TBa为差厚钢板尾部的最小厚度，TBb为差厚钢板尾部的最大厚度。

本实施例中，TTa＝34mm，TTb＝50mm，TBa＝20.4mm，TBb＝30mm。

上述叠合差厚钢板在进行必要的矫直、切边和定尺之后，再将上、下两张倍尺的差厚钢板分离，从而得到2张尺寸规格为(20.4～50)×3600×11000mm的悬伸平台用横纵双向可变厚度的宽幅钢板。

对比该悬伸平台用钢板的现有设计，本实施例中所设计的差厚钢板的优点在于：

1)现有设计中，需4张钢板，尺寸规格分别为50×1800×5500mm、42×1800×5500mm、40×1800×5500mm以及33.6×1800×5500mm，这4张钢板的单重之和为12.87吨。而本实施例设计中，只用了一张钢板，其单重为10.445吨，可节省钢材18.84％。最重要的是，减少了18.84％的自重。

2)单张差厚钢板代替4张拼焊板，减少了2条焊缝。

Claims (7)

1.一种横纵双向可变厚度钢板，其特征在于，该钢板的厚度沿宽度方向即横向和长度方向即纵向均为可变化的；其中，

钢板垂直于轧制方向的横截面为直角梯形或若干个直角梯形与长方形组合，形成横向差厚面；钢板的任一横向差厚面，最大板厚与最小板厚之差即厚度差不超过20mm，最大板厚与最小板厚之比即差厚比是恒定的，且不超过3:1；厚度差与钢板宽度之比即横向差厚率不超过1:200；

钢板平行于轧制方向的纵截面即纵向差厚面为直角梯形；钢板的任一纵向差厚面上，最大板厚与最小板厚之差即厚度差不超过20mm；最大板厚与最小板厚之比即差厚比是恒定的，且不超过3:1；厚度差与钢板长度之比即纵向差厚率不超过1:400。

2.如权利要求1所述的横纵双向可变厚度钢板，其特征在于，所述钢板全板的厚度差不超过30mm，差厚比不超过5:1，最小厚度在10mm以上，最大厚度在50mm以下。

3.如权利要求1或2所述的横纵双向可变厚度钢板，其特征在于，具有所述横向差厚面的一张钢板经水平方向与垂直方向各旋转180°后，可以与另一块具有同样截面的钢板叠合组成一个长方体。

4.如权利要求1或2所述的横纵双向可变厚度钢板的制备方法，其特征是，包括如下步骤：

1)中间坯料制备

中间坯料上表面与下表面中一面为带有斜坡面的非水平面即斜坡面，另一面为水平面；中间坯料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，而另一截面的几何形状为长方形；

中间坯料在横截面上某一点的厚度Hx与成品差厚钢板在对应位置上的厚度Tx之比即压缩比，较厚一侧的压缩比大于较薄一侧的压缩比；

2)将两块上述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，保证成品差厚钢板具有良好的表面质量；对上述两块中间坯料的四周进行坡口加工，并在两块中间坯料之一的斜坡面上涂抹覆盖隔离剂；

3)将上述两块中间坯料以斜坡面贴合方式，叠合形成一个长方体，然后沿两块中间坯料四周坡口进行间断性焊接，焊接成叠合坯料；

4)采用纵向可变厚度钢板的纵向变厚轧制工艺，制作出叠合差厚钢板；

5)将上述叠合差厚钢板的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双向差厚钢板。

5.如权利要求4所述的横纵双向可变厚度钢板的制备方法，其特征是，所述中间坯料在横截面上某一点的厚度Hx与成品差厚钢板在对应位置上的厚度Tx之比即压缩比，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大于成品差厚钢板的宽度W，以便留有足够宽的切边量W0。

6.如权利要求4所述的横纵双向可变厚度钢板的制备方法，其特征是，中间坯料采用模铸直接浇铸或采用连铸获得长方体坯料，通过宽厚板轧机，应用纵向变厚度轧制工艺轧制而成。

7.如权利要求4所述的横纵双向可变厚度钢板的制备方法，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，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，对应的，步骤5)将得到两张以上的双向差厚钢板。

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