大型储罐罐壁用TMCP高强钢板及其制造方法和罐壁结构

摘要

大型储罐罐壁用TMCP高强钢板及其制造方法和罐壁结构，该钢板在长度方向上一端厚、一端薄，且其板厚在全部或部分长度区段内呈线性增加或减小；钢板板宽与板长是恒定，钢板厚度沿长度方向变化而变化，最厚端的板厚Tb与最薄端的板厚Ta之比不大于3；L1、L2…分别为离开钢板薄端部不同距离，在该距离上，钢板厚度分别为T1、T2…，其余类推；在0～L1、L1～L2...长度区间范围内板厚呈线性增加或减小，在该长度区间内厚度的增加或减小的斜率是恒定的。本发明在不影响储罐容量及安全性的前提下，显著减少罐壁钢板的材料使用量，减少壁板的预制加工工序，提高罐壁的焊接施工效率；该罐壁钢板具有大宽幅、厚度呈梯形渐变的特点，适用于容量在10～15万立方米的大型储罐。

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型储罐罐壁用TMCP高强钢板及其制造方法和罐 壁结构。

背景技术

石油储罐的建设，对保障国家能源安全、应对成品油供应短缺可以发 挥极其重要的作用。我国大型石油储罐的大规模建设始于2005年，首期4 个国家战略石油储备基地已于2008年投用，共建成164个十万立方米石 油储罐，储备总量达1640万立方米，约合1400万吨。2011年，涉及到8 个石油储备基地、200多个10～15万立方大型石油储罐的二期工程全面开 建，根据计划，我国原油国储、商储工程也将陆续开工建设。预计从2013 年到2020年，我国至少还要建造600多个10～15万立方的大型石油储罐。 其中，10万立米的石油储罐已成为目前最常见、最主流的罐体设计。除此 之外，在工业生产和日常生活中，还有一些容量在10～15万立方米的大 型储罐，如大型淡水储罐等。上述大型储罐，其罐壁都是由上百张不同厚 度的、以60公斤级低合金高强调质钢为主的罐壁钢板焊接而成的圆柱形 钢结构。

尽管储罐储存的介质不同，容积不同，储罐的罐壁钢板选用的材质也 可能不同，所用钢板的规格尺寸(厚度、宽度和长度等)设计也各不相同， 甚至同是10万立方米的石油储罐，因建造地的地质条件等因素，设计选 用钢板的规格尺寸也会有某些差别，但总的来说，这些储罐的罐壁钢板都 有如下共同特点：

1)罐壁结构均为圆柱形钢结构，罐壁用钢板自上而下分若干层。同一 层内，钢板都是以板宽作为该层的层高、以板长作为罐壁的一段弧长，且 钢板的厚度都是相同的。而在不同层间，钢板厚度则由上而下呈阶梯状增 加，即：下层钢板的厚度总是大于或等于上一层的厚度，以此来抵抗由上 而下递增的罐内储存液体所产生的静压力。

2)在同一层内，钢板的材质都是相同的。根据行业规范，此类储罐的 最顶层钢板的厚度通常为12mm，钢种通常都选用50公斤级普通碳锰钢， 采用正火工艺生产；其它各层的厚度则取决于各层所处的高度(相当于存 储介质的液位深度)，钢种通常为60公斤级强度级别的低合金高强度调 质钢，按热处理工艺区分可分为“淬火+回火”型和“TMCP”型两种，牌号 如SPV490、12MnNiVR、08MnNiVR等；

3)罐壁钢板都需要进行卷曲成型加工，使其弯曲的曲率半径等于或非 常接近于罐壁圆周的半径。罐壁钢板的卷曲成型加工是传统罐壁板的必须 要有的预制加工工序之一。

以目前某经典的10万立方米石油储罐设计为例，其罐壁周长为252 米，罐壁钢板材质均为60公斤级高强钢12MnNiVR，按热处理工艺区分 可分为“淬火+回火”型和“TMCP”型两种；总高21.96米的罐壁由9层钢板 焊接而成，每层罐壁钢板的长度和宽度都是相同的，即都是由20张2.44 米宽×12.6米长的钢板焊接而成，但钢板厚度则自上而下呈阶梯状增加， 即下层钢板的厚度总是大于或等于上一层的厚度，以此来抵抗由上而下递 增的罐内储存液体所产生的静压力。该10万立方米石油储罐用罐壁钢板 的具体设计如表1所示：

表1：10万立方米石油储罐用罐壁钢板清单

据此，不难推算出：

1)该10万立方米石油储罐需7×20＝140张60公斤级高强钢 12MnNiVR钢板，计(32+28+24+20+16+14+ 12)×2.44×12.6×20×7.85≈704吨；需2×20＝40张50公斤级正火钢Q345R 钢板，计(32+28+24+20+16+14+12)×2.44×12.6×20×7.85≈116吨。

2)该10万立方米石油储罐共需焊接总计8×252＝2016米长的壁板间 的环形焊缝和9×20×2.44＝439.2米长的壁板间的纵向焊缝。

目前，上述10～15万立方大型的传统储罐已成为石油储罐的主流设 计，仅在我国，随着石油储备基地的大规模建设，每年新建的此类储罐已 达百个以上，对于此类容量在10～15万立方米的大型储罐罐壁结构及其罐 壁用钢板，现有技术设计已日趋成熟，且已纳入相关标准和规范，如美国 的API650、日本的JISB8501、英国的BS2654及我国的SH3046等。

中国专利申请号CN201110094079.5提出了一种固定式液压平衡超大 型储罐罐壁结构，包括用于储存物料的内罐和包裹在内罐外的外罐，内、 外罐之间间隔一定距离以构成盛装平衡压力的液体的环形空间，并在内、 外罐之间设置了多块型钢连接件以便提高内罐侧壁的承压能力。该发明主 要是针对诸如40万立方米之类超大容量储罐的罐壁用钢板板厚过大、钢 板难以制造的问题，试图通过设置内罐、外罐两层，利用液压平衡原理使 外罐钢板能够分担一部分原先完全由内罐所承受的静压力，从而达到使内 罐、外罐钢板的设计厚度都在一个适当的范围之内的目的。

对比该发明，本发明的发明目的不同，所针对的储罐容量、罐壁结构 也完全不同，本发明所涉及的罐壁用钢板厚度完全在国内宽厚板生产厂家 的可供范围之内，完全不需要通过分内罐、外罐两层的方式解决。显而易 见，若采用该发明，内罐、外罐的总焊缝量将比传统罐壁结构情况下的总 焊缝量大幅增加。

中国专利申请号CN200810013605.9公开了“一种大型石油储罐用高度 厚钢板及其低成本制造方法”以及中国专利申请号CN201110181602.8公开 了“采用直接淬火工艺生产石油储罐钢板的方法”，其都针对传统的10～30 万立方米石油储罐罐壁用钢板的制造方法。

对比上述两项发明，本发明的虽然也涉及罐壁用钢板及其制造方法， 但本发明为罐壁结构而特别设计的钢板是差厚板，即其厚度是沿长度方向 分段线性变化的，这与上述两项发明中的传统的、等厚的罐壁用钢板有着 实质性的区别，进而使得两者在制造方法上也有着实质性的区别。

仍然以10万立方米石油储罐为例，分析现有技术，储罐罐壁的结构 设计存在着以下不足：

①储罐装满液体介质后，罐壁上某一点的钢板所承受的静压力反比 于它的高度，因此，每层钢板上沿位置的承压总是小于钢板下沿位置的承 压。而且，每层的高度越高，即钢板越宽，钢板的上沿和下沿所承受的静 压力差就越大。显然，单纯从受力计算角度上看，钢板上沿的厚度完全可 以小于下沿的厚度。然而事实上，现有的储罐结构设计时，罐壁钢板的厚 度都是根据其下沿位置所承受的静压力来计算的，也就是说，对于钢板的 上沿，总有部分厚度是属于“多余”的。而且，罐壁层高越高，即钢板越 宽，“多余”的厚度也越多，产生的钢材“浪费”就越严重。从节约钢板 使用量角度来讲，罐壁的层高(也即钢板宽度)越小越好。由此，与为减 少焊接工作量角度出发，希望钢板越宽越好形成了一对矛盾。

综合考虑后，目前常见的10万立方米石油储罐的壁板宽度被设计为 2440mm左右。

②然而，2440mm这一板宽并非国内主流宽厚板厂家的理想板宽。因 为，目前主流宽厚板轧机都为5米厚板轧机，实际最大成品宽度为 4600～4800mm。因此对于2440mm的钢板宽度，上述5米厚板轧机的生产 效率并不理想，只有4700mm宽度钢板生产效率的70％左右。

③2440mm这一板宽同样不利于焊接施工。如上所述，这样一种10 万立方米石油储罐的设计，共有2012米长的罐壁钢板间的环形焊缝和 439.2米长的罐壁钢板间的纵向焊缝，环形焊缝的长度数倍于纵向焊缝的 长度。壁板间的环形焊缝通常采用埋弧横焊，纵向焊缝通常采用气电立焊， 而相比之下，埋弧横焊的焊接效率很低，仅为气电立焊的十分之一至五分 之一。显然，成倍地减少壁板间环形焊缝的长度就意味着成倍地提高储罐 罐壁的焊接效率。

④钢板都是以板宽作为罐壁的层高、以板长作为罐壁圆周上的一段 弧长，因此，传统罐壁壁板都需要进行卷曲成型加工，其弯曲的曲率半径 就是罐壁圆周的半径。壁板的卷曲成型加工作为传统储罐罐壁板的预制加 工工序之一，既增加了储罐制造成本，也延长了制造周期。

发明内容

本发明的的目的在于提供一种大型储罐罐壁用TMCP高强钢板及其 制造方法和罐壁结构，在不影响储罐容量及安全性的前提下，显著减少罐 壁钢板的材料使用量，减少壁板的预制加工工序，提高罐壁的焊接施工效 率；该罐壁钢板具有大宽幅、厚度呈梯形渐变的特点，且该罐壁钢板的钢 种为TMCP型的60公斤级低合金高强钢板，适用于容量在10～15万立方 米的大型储罐。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

大型储罐罐壁用TMCP高强钢板，该钢板在长度方向上一端厚、一端 薄，且其板厚在全部或部分长度区段内呈线性增加或减小；钢板的板宽W 与板长L是恒定，钢板的厚度是沿长度方向变化而变化的，其中，最厚端 的板厚Tb与最薄端的板厚Ta之比不大于3；L1、L2…分别为离开钢板薄 端部的不同距离，在该距离上，钢板的厚度分别为T1、T2…，其余类推； 在0～L1、L1～L2...长度区间范围内板厚呈线性增加或减小，且在该长度区 间内厚度的增加或减小的斜率是恒定的。

本发明的大型储罐罐壁用TMCP高强钢板的其制造方法，其特征是， 该钢板所用坯料的成分与传统的TMCP工艺型的储罐用60公斤级低合金 高强钢板所需坯料的成分相同，且坯料厚度应是成品钢板最大板厚Tb的 5倍以上；用宽厚板轧机轧制生产时，采用TMCP工艺生产，即在轧制阶 段利用热机轧制原理进行控制轧制、轧制后再经加速冷却的方法进行轧制 生产；在轧制阶段，该差厚钢板须在未再结晶温度区间内完成控制轧制及 成型轧制道次；在成型轧制道次之前，上述差厚钢板的加热、轧制工艺与 普通传统等厚钢板的加热、轧制工艺相同。成型轧制为轧制最后的若干道 次，在此之前，钢板是沿长度方向等厚分布的，而在此若干道次中，轧机 动态地调整辊缝，最终将钢板轧成差厚钢板。在控制轧制及成型轧制过程 中钢板头尾温差始终应不大于70℃；控制轧制及成型轧制结束后，钢板须 经加速冷却装置进行轧后控制冷却，开冷温度控制在730℃以上，终冷温 度控制在450～600℃之间，在加速冷却阶段，冷却速率控制在10℃/秒以 上；经上述TMCP工艺(即控制轧制+控制冷却)热加工成型的“轧制大 板”、再经火焰切割成单张差厚钢板后，还须经回火热处理，回火热处理 时，除在炉时间、保温时间参数外，回火工艺与普通大型储罐罐壁用60 公斤级低合金高强钢板的回火工艺相同；钢板回火热处理的在炉时间、保 温时间取决于其最小板厚Ta和最大板厚Tb：

在炉时间＝A*Tb，单位min，其中，A为在炉时间厚度系数，取A ＝2.5～8.0min/mm；

保温时间＝B*Tb，单位min，其中，B为保温时间厚度系数，取B ＝1.2～7.0min/mm；

B*(Tb-Ta)≤60min，其中，Tb、Ta单位为mm。

优选地，开冷温度控制在760～810℃之间，

优选地，终冷温度在480～550℃之间；

优选地，在加速冷却阶段，冷却速率在15～30℃/秒之间。

优选地，为减少壁板的焊缝长度，提高罐壁建造速率及壁板的生产效 率，该差厚钢板的宽度不超过4.8米。

优选地，还可以将二张或二张以上差厚钢板拼凑成一张轧制大板以实 现倍尺轧制，为便于轧制大板切割成成品钢板后的堆放，该轧制大板采用 对称设计，即在长度方向上的厚度先由薄变厚、再由厚变薄，也可以先由 厚变薄、再由薄变厚，或者是上述两种方式的组合；差厚钢板的板宽W与 板长L是恒定的，轧制大板最薄处的板厚为Ta，最厚处的板厚为Tb；Tb 与Ta之比不大于3。

用本发明大型储罐罐壁用TMCP高强钢板的储罐罐壁结构，该罐壁为 多边形结构；根据罐壁所需钢板的最大厚度与最小厚度之比的大小，罐壁 设计为2层或3层结构，自上而下。

进一步，所述罐壁设计为2层或3层结构，自上而下，第1层即顶层 罐壁钢板选用传统的50公斤级的正火钢板，其余层次罐壁钢板选用TMCP 型的60公斤级的低合金高强钢。

进一步，当罐壁所需钢板的最大厚度与最小厚度之比＞3时，罐壁应 设计为3层结构，其中，自上而下第1层即顶层和第3层即底层罐壁采用 等厚度钢板，并以其宽度为高，以其经过折弯处理后的长度即多边形之边 长焊接而成一层罐壁；第2层即中间层罐壁采用厚度渐变的差厚钢板，并 以其长度方向为高，以其宽度方向作为多边形的一段边长焊接成为一层罐 壁。

又，当罐壁所需钢板的最大厚度与最小厚度之比≤3时，罐壁应设计 为2层结构，其中，自上而下第1层即顶层罐壁采用等厚度钢板，并以其 宽度为高，以其经过折弯处理后的长度即多边形之边长焊接而成一层罐 壁；第2层即底层罐壁采用厚度渐变的差厚钢板，并以其长度方向为高， 以其宽度方向作为多边形的一段边长焊接成为一层罐壁；该差厚钢板的厚 度自上而下呈线性地增加，即其垂直剖面的几何形状为梯形，Ta为其最薄 端的厚度，Tb为其最厚端的厚度，且Tb/Ta≤3。

另外，该储罐罐壁为多边形结构，各层罐壁钢板的焊缝相互错开，顶 层罐壁钢板与底层罐壁钢板在预加工时折弯若干个折，每个折与折之间的 距离是差厚钢板的宽度W；顶层罐壁的钢板折弯后形成的夹角的大小应恰 好等于储罐的多边形结构中的一个内角。

本发明提出了容量在10～15万立方米之间的大型储罐的新型罐壁结 构及配套罐壁钢板的设计方案。该新型储罐罐壁为多边形体，罐壁的厚度 部分或全部自上而下地分段线性地增加，即罐壁垂直剖面的几何形状部分 或全部呈梯形形状。与现有储罐罐壁相比，该新型储罐罐壁在不影响储罐 容量及安全性的情况下，显著减少了罐壁钢板的材料使用量，提高了罐壁 的焊接施工效率。配套上述新型罐壁结构的设计方案，提出了新型罐壁钢 板的制造方法，使该新型罐壁钢板具有大宽幅、厚度呈梯形分布的特点， 且该新型罐壁钢板的钢种为TMCP型的60公斤级低合金高强钢。

本发明的有益效果：

1)本发明大型储罐罐壁的垂直剖面几何形状以梯形为主，对比普通大 中型储罐罐壁垂直剖面的台阶形，可以显著减小截面的面积，换而言之， 可以减少材料的重量。

2)本发明储罐罐壁用差厚钢板的宽度可增加至当今宽厚板轧机的最 大宽幅，以便使壁板的张数尽可能减少，使钢板的平均单重尽可能提高进 而提高宽厚板轧机的生产效率。

3)储罐所需的差厚钢板张数可以大幅减少，意味着钢板焊缝的长度也 可以大幅减少。特别是，由于储罐罐壁结构只是二层或三层结构，使得焊 接效率最低的壁板间环形焊缝的长度成倍减少，焊接效率成倍增加。

4)传统罐壁都是钢板以板宽作为罐壁的层高、以板长作为罐壁圆周上 的一段弧长焊接而成，因此，传统罐壁钢板都需要进行卷曲成型加工，其 弯曲的曲率半径就是罐壁圆周的半径。而本发明储罐罐壁为多边形结构， 顶层(及三层罐壁结构时的底层)罐壁钢板需要进行折弯预处理外，占比 例最大的中间层罐壁是以用本发明差厚钢板不需要卷曲成型加工，既节省 了加工成本，又缩短的制造周期。

附图说明

图1为本发明罐壁的垂直剖面示意图。

图2为本发明罐壁钢板的最大厚度与最小厚度之比≤3时的罐壁的垂 直剖面示意图。

图3为本发明罐壁用差厚钢板的剖面示意图。

图4为本发明为实现倍尺轧制所设计的“轧制大板”示意图。

图5为本发明顶、底两层罐壁用钢板的预加工示意图。

图6为现有的10万立方米石油储罐罐壁的垂直剖面示意图。

图7为现有的15万立方米石油储罐罐壁的垂直剖面示意图。

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。

参见图1，其所示为本发明罐壁的垂直剖面示意图，图1中，1为配 套为新型罐壁所设计的罐壁用新型差厚钢板的板面示意图，11为新型钢板 的剖面示意图，其厚度自上而下呈线性地增加，即其垂直剖面的几何形状 为梯形，Ta为其最薄端的厚度，Tb为其最厚端的厚度；2为位于罐壁底 层的传统等厚钢板的板面示意图，21为该传统等厚钢板的剖面示意图；3 为位于罐壁顶层的传统等厚钢板的板面示意图，31为该传统等厚钢板的剖 面示意图；4为壁板间的纵向焊缝，5为壁板间的环形焊缝，6为顶、底层 罐壁钢板预加工时的折弯位置。

图2所示为本发明罐壁所需钢板的最大厚度与最小厚度之比≤3时的 罐壁的垂直剖面示意图。图2中，1为本发明罐壁用差厚钢板的板面，11 为差厚钢板的剖面，其厚度自上而下呈线性地增加，即其垂直剖面的几何 形状为梯形，Ta为其最薄端的厚度，Tb为其最厚端的厚度，且Tb/Ta≤3； 3为位于罐壁顶层的传统等厚钢板的板面，31为该传统等厚钢板的剖面示 意图；4为壁板间的纵向焊缝，5为壁板间的环形焊缝，6为顶、底层罐壁 钢板预加工时的折弯位置。

图3为本发明罐壁用差厚钢板的剖面示意图，图3中，1为差厚钢板 的板面，11为差厚钢板的侧面，W为前述差厚钢板的板宽，L为差厚钢板 的板长，W与L是恒定的；钢板的厚度是沿长度方向变化而变化的，其中， 在最薄端的板厚为Ta，在最厚端的板厚为Tb；L1、L2…分别为离开钢 板薄端部的不同距离，在该距离上，钢板的厚度分别为T1、T2…，其余 类推。

图4为本发明为实现倍尺轧制所设计的“轧制大板”示意图，图4中， W为前述新型钢板的板宽，L为差厚钢板的板长，W与L是恒定的，但钢 板厚度是沿长度方向变化而变化的，其中，“轧制大板”最薄处的板厚为Ta， 最厚处的板厚为Tb；L1、L2…分别为离开钢板最薄端部的不同距离，在 该距离上，钢板的厚度分别为T1、T2…其余类推。在0～L1、L1～L2...长 度区间范围内板厚呈线性增加或减小，且在该长度区间内厚度的增加或减 小的斜率是恒定的。为保证钢板性能均匀稳定，Tb与Ta之比应限定在一 定范围之内，一般情况下，Tb与Ta之比应不大于3。同样地，为保证钢 板性能均匀稳定性，在热成型过程中应对钢板温度均匀性进行控制，热成 型过程中钢板头尾温差应控制在一定范围之内，一般情况下应不大于70 ℃；

图5为本发明提出的顶、底两层罐壁用钢板的预加工示意图，图5中， 3为顶、底两层罐壁钢板的板面示意图，31为顶、底两层罐壁钢板的剖面 示意图，L为顶层罐壁钢板3的长度，W为差厚钢板的宽度。为使各层罐 壁钢板的焊缝相互错开，顶、底两层罐壁钢板应在预加工时折弯若干个折， 每个折与折之间的距离应恰好是差厚钢板的宽度W；〆为顶、底两层罐壁 钢板3折弯后形成的夹角，〆的大小应恰好等于新型储罐的多边形结构中 的一个内角。

图6为现有的10万立方米石油储罐罐壁的垂直剖面示意图，图6中， 2为罐壁用钢板的板面示意图，21、22、23、24、25、26、27、28和29 分别为罐壁自上而下第1层、第2层、第3层、第4层、第5层、第6层、 第7层、第8层及第9层钢板的厚度剖面示意图。3为壁板间的纵向焊缝， 4为壁板间的环形焊缝。图中可以看出，传统的10万立方米石油储罐罐壁 的厚度自上而下，呈台阶形增加。

图7为现有的15万立方米石油储罐罐壁的垂直剖面示意图，图中，2 为罐壁用钢板的板面示意图，21、22、23、24、25、26和27分别为罐壁 自上而下第1层、第2层、第3层、第4层、第5层、第6层及第7层钢 板的厚度剖面示意图，3为壁板间的纵向焊缝，4为壁板间的的环形焊缝。 图中可以看出，传统的15万立方米石油储罐罐壁的厚度自上而下，呈台 阶形增加。

实施例1

本实施例设计了一座理论容量为10万立方米的石油储罐罐壁结构及 其罐壁用钢板。

在现有的传统设计中，这样一座设计容量为10万立方米的石油储罐 罐壁结构应如图6所示。图中，2为罐壁用钢板的板面示意图，21、22、 23、24、25、26、27、28和29分别为罐壁自上而下第1层、第2层、第 3层、第4层、第5层、第6层、第7层、第8层及第9层钢板的厚度剖 面示意图。该传统10万立方米的石油储罐罐壁为圆形，周长为252米， 罐壁高为21.96米、石油极限液位20.5米；罐壁共分9层，每层高2440mm， 由20张2440mm宽×12600mm长的钢板以板宽为高、以板长为弧长焊接 而成。自上而下，第1、2层罐壁钢板材质选用50公斤强度级别的正火钢 Q345R，其余选用TMCP型的60公斤级低合金高强钢。

传统10万立方米石油储罐罐壁用钢板清单如表2所示。

表2

本实施例中，储罐罐壁周长、罐壁高、极限液位、罐壁所用钢板的材 质与现有传统设计的10万立方米的石油储罐相同，即：罐壁周长为252 米，罐壁高为21.96米、石油极限液位20.5米，除离罐壁顶0～4680mm 范围内钢板材质选用50公斤强度级别的正火钢Q345R外，其余选用TMCP 型的60公斤级低合金高强钢。

本实施例中，如图2所示，储罐罐壁为五十四边形结构，且只有二层， 其中，自上而下第1层(即顶层)罐壁仍采用传统的等厚度钢板3，并以其 宽度为高，以其长度(经折弯后)为五十四边形之边长焊接成为一层五十 四边形罐壁；第2层罐壁则采用本发明设计的新型差厚钢板1，并以其长 度方向为高，以其宽度方向作为多边形的一段边长焊接成为一层多边形罐 壁。该新型差厚钢板的厚度自上而下呈线性地增加，其最薄端的厚度Ta 为12mm，其最厚端的厚度Tb为32mm，Tb/Ta≤3；图1中，4表示壁板 间的纵向焊缝，5表示壁板间的环形焊缝，6表示顶层罐壁钢板预加工时 的折弯位置。

本实施例中，如图2所示，顶层钢板仍采用传统的等厚度钢板3，其 钢的成分与生产工艺与普通的50公斤级正火钢Q345R相同。

本实施例中，图3所示，W为前述新型钢板1的板宽，设计为4680mm， L为新型钢板的板长，设计为17280mm，W与L是恒定的；钢板的厚度 是沿长度方向变化而变化的，Ta为最薄端的板厚，设计为12mm；Tb为 最厚端的板厚，设计为32mm；L1、L2分别为离开钢板最薄端部的不同距 离，分别设计为2640mm、7520mm；T1、T2分别为离开钢板最薄端部距 离L1、L2位置上的钢板厚度，分别设计为12mm、14mm；在离开最薄端 距离为0～L1范围内的钢板厚度是恒定，设计为12mm；在离开最薄端距 离为L1～L2范围内，钢板厚度线性地由12mm增加至14mm；在离开最 薄端距离为L2～最厚端范围内，钢板厚度线性地由14mm增加至32mm。

本发明10万立方米石油储罐罐壁用钢板清单如表3所示。

表3

本实施例中，自上而下第2层罐壁采用本发明特别设计的厚度渐变的 新型差厚钢板，该新型差厚钢板的钢种为TMCP型的60公斤级低合金高 强钢，采用TMCP工艺生产，即在轧制阶段利用热机轧制原理进行控制轧 制、轧制后再经加速冷却的方法进行热加工成型。该新型差厚钢板所用坯 料的成分与传统的TMCP工艺型的储罐用60公斤级低合金高强钢板所需 坯料的成分相同，由可逆式宽厚板轧机轧制生产，采用的坯料厚度为 300mm厚度的连铸坯，与新型差厚钢板的最大厚度32mm之比为9.37倍， ≥5倍；在成型轧制道次之前，上述差厚钢板的加热、轧制工艺与普通传 统等厚钢板的加热、轧制工艺相同。成型轧制为轧制最后的1～3道次，在 此之前，钢板是沿长度方向等厚分布的，而在此1～3道次中，轧机动态地 调整辊缝，最终将钢板轧成图3所示的差厚钢板。为减少壁板的焊缝长度， 新型差厚钢板的宽度W设计为4.68米。为提高生产效率，图4所示，两 张差厚钢板1拼在一起，组成一张轧制大板以实现倍尺轧制，提高生产效 率。为了便于切割后的钢板堆放，该轧制大板拼凑时采用了对称设计，即 将两块差厚钢板1的最厚端拼在了一起。为保证钢板性能均匀稳定性，新 型差厚钢板的最大厚度与最小厚度之比为2.9，(≤3倍)；在热成型过程 中对钢板温度均匀性进行了控制，热成型过程中钢板头尾温差都被控制在 70℃之内；除成形道次之外，该新型差厚钢板的轧制工艺与普通60公斤 级低合金高强钢板的轧制工艺相同。

本实施例中，上述轧制大板轧制结束后，钢板还要经ACC层流加速 冷却装置进行轧后控制冷却。该ACC层流加速冷却装置通常都具有精确 跟踪钢板位置、动态确定钢板在层流水冷区间内某点或某区段上的实际厚 度功能，进而具备自动调节水量、自动调节冷却速率的功能，以保证新型 差厚钢板在连续通过层流水冷区间时整张轧制大板的开冷温度、终冷温 度、冷却速率都能控制在要求的范围之内：即整张“轧制大板”的开冷温度 控制在760～810℃之间的设定范围内，终冷温度控制在480～550℃之间 的设定范围内，冷却速率控制在15～30℃/秒之间的设定范围内。

本实施例中，300mm厚度的连铸坯经TMCP工艺(即控制轧制+控 制冷却)热加工成轧制大板、再切成单张新型差厚钢板后，还须经回火热 处理。回火热处理时，除在炉时间和保温时间之外，其它回火热处理工艺 与普通12MnNiVR钢板相同，即：回火温度设计在630℃～660℃之间； 回火后，钢板需摊开在空气中自然冷却，至300℃以下方可堆垛等；新型 差厚钢板回火处理的在炉时间、保温时间有如下规定：

在炉时间＝A*Tb＝2.8*32＝90min，

保温时间＝B*Tb＝1.8*32＝58min，

B*(Tb-Ta)＝1.8*(32-12)＝36≤60min，

在此，在炉时间是参考值，仅适用于某型的氮气保护无氧化辐射炉。 对于其他炉型，受其炉长、加热方式等影响，实际的在炉时间应做合理的 调整。但保温时间则适用于所有炉型。其中，Tb、Ta分别为新型钢板的 最大、最小厚度，单位为mm；A、B分别为“在炉时间厚度系数”和“保 温时间厚度系数”，单位为min/mm；

本实施例中，罐壁采用五十四边形结构，其中顶层罐壁仍由传统的等 厚度钢板以其板宽为高，以板长(经折弯后)为五十四边形之边长焊接而 成，因此，顶层所用的罐壁钢板需要折弯处理，如图5所示。图中，3为 顶层罐壁钢板的板面示意图，31为顶层罐壁钢板的剖面示意图，由于新型 差厚钢板的宽度设定为4680mm，因此顶层罐壁钢板3的长度设定为前者 的2倍，即9360mm，以使各层罐壁钢板的焊缝相互错开。同时，也要求 顶层罐壁钢板3在预加工时折弯成2个折，折与折之间的距离恰好为 4680mm；〆为顶层罐壁钢板3折弯后形成的夹角，〆的大小恰好等于新 型储罐的五十四边形结构中的一个内角173.3°。

对比传统设计，见表2，这样一座设计容量为10万立方米的石油储罐 罐壁结构需用罐壁钢板总重量为820.56吨，180张钢板，平均单重4.56 吨，而新型储罐只需772.29吨，81张钢板，平均单重9.5吨。相比前者， 既可节省5.88％的钢板用量，又可增加1.09倍的单重，十分有利于宽厚板 轧机的高效生产。

对比传统设计，详见表2、表3，这样一座设计容量为10万立方米的 石油储罐罐壁结构需焊接的总焊缝长度为2707米，其中焊接效率最低的 环形焊缝2016米；而新型储罐的总焊缝长度仅为1250米，相比前者减少 49.1％，其中环形焊缝252米，相比前者更是减少了87.5％；

对比传统设计，详见表2、表3，这样一座设计容量为10万立方米的 石油储罐罐壁用钢板共有100张钢板，每块钢板都需要进行卷曲成型加工， 其弯曲的曲率半径就是罐壁圆周的半径。而新型罐壁仅顶层钢板共27张 需要折弯加工，既节省了加工成本，又缩短的制造周期。

实施例2

本实施例设计了一座理论容量为15万立方米的石油储罐罐壁结构及 其罐壁用钢板。

在现有的传统设计中，这样一座设计容量为15万立方米的石油储罐 罐壁结构应如图7所示。图中，2为罐壁用钢板的板面示意图，罐壁共分 7层，21、22、23、24、25、26和27分别为罐壁自上而下第1层、第2 层、第3层、第4层、第5层、第6层及第7层钢板的厚度剖面示意图。 该传统15万立方米的石油储罐罐壁为圆形，周长为315米，罐壁高为20 米、石油极限液位19米；自上而下第1～6层层高2800mm，第7层(即 底层)层高3200mm，每层都由25张12600mm长的钢板以板宽为高、以 板长为弧长焊接而成。自上而下，第1层(即顶层)罐壁钢板材质选用50 公斤强度级别的正火钢Q345R，其余选用TMCP型的60公斤级低合金高 强钢。

传统15万立方米石油储罐罐壁用钢板清单表4所示。

表4

本实施例中，储罐罐壁周长、罐壁高、极限液位、罐壁所用钢板的材 质与现有传统设计的15万立方米的石油储罐相同，即：罐壁周长为315 米，罐壁高为20米、石油极限液位19米，除离罐壁顶0～2400mm范围 内钢板材质选用50公斤强度级别的正火钢Q345R外，其余选用TMCP型 的60公斤级低合金高强钢。

本实施例中，如图2所示，储罐罐壁为六十八边形结构，因罐壁最厚 处厚度为40mm，最薄处厚度为12mm，最厚与最薄之比达到了3.33倍(超 过了3倍)，因此只能设计为三层罐壁结构。其中，自上而下第1层(即顶 层)和第3层(即底层)罐壁仍采用传统等厚度钢板3，而且，第1层(即顶层) 罐壁钢板厚度恒定为12mm，第3层(即底层)钢板厚度恒定为40mm，这二 层罐壁都是由传统等厚度钢板3的板宽为高，以板长(经折弯后)为六十 八边形之边长焊接而成；第2层罐壁则采用本发明设计的新型差厚钢板1， 并以其长度方向为高，以其宽度方向作为六十八边形的一段边长焊接成为 一层多边形罐壁。该差厚钢板的厚度自上而下呈线性地增加，其最薄端的 厚度Ta为12mm，其最厚端的厚度Tb为32mm，Tb/Ta≤3；图1中，4 表示壁板间的纵向焊缝，5表示壁板间的环形焊缝，6表示顶层和底层罐 壁钢板预加工时的折弯位置。

本实施例中，如图2所示，顶层和底层钢板仍采用传统的等厚度钢板 3，其钢的成分与生产工艺与普通的50公斤级正火钢Q345R相同。

本实施例中，图3所示，W为前述差厚钢板1的板宽，设计为4650mm， L为差厚钢板的板长，设计为14400mm，W与L是恒定的；钢板的厚度 是沿长度方向变化而变化的，Ta为最薄端的板厚，设计为12mm；Tb为 最厚端的板厚，设计为32mm；L1、L2、L3分别为离开钢板最薄端部的 不同距离，分别设计为3200mm、6000mm、11600mm；T1、T2、T3分别 为离开钢板最薄端部距离L1、L2、L3位置上的钢板厚度，分别设计为 12mm、15、25mm；在离开最薄端距离为0～L1范围内的钢板厚度是恒定， 设计为12mm；在离开最薄端距离为L1～L2范围内，钢板厚度线性地由 12mm增加至15mm；在离开最薄端距离为L2～L3范围内，钢板厚度线性 地由15mm增加至25mm，在离开最薄端距离为L3～最厚端范围内，钢板 厚度线性地由25mm增加至32mm。

本发明15万立方米石油储罐罐壁用钢板清单表5所示。

表5

本实施例中，自上而下第2层罐壁采用本发明特别设计的厚度渐变的 差厚钢板，该差厚钢板的钢种为TMCP型的60公斤级低合金高强钢 08MnNiVR，采用TMCP工艺生产，即在轧制阶段利用热机轧制原理进行 控制轧制、轧制后再经加速冷却的方法进行热加工成型。该差厚钢板所用 坯料的成分与传统的TMCP工艺型的储罐用60公斤级低合金高强钢板所 需坯料的成分相同，由可逆式宽厚板轧机轧制生产，采用的坯料厚度为 300mm厚度的连铸坯，与差厚钢板的最大厚度32mm之比为9.37倍，≥5 倍；在成型轧制道次之前，上述差厚钢板的加热、轧制工艺与普通传统等 厚钢板的加热、轧制工艺相同。成型轧制为轧制最后的1～3道次，在此之 前，钢板是沿长度方向等厚分布的，而在此1～3道次中，轧机动态地调整 辊缝，最终将钢板轧成图3所示的差厚钢板。为减少壁板的焊缝长度，差 厚钢板的宽度W设计为4.65米。为提高壁板的生产效率，图4所示，两 张差厚钢板1拼在一起，组成一张轧制大板以实现倍尺轧制，提高生产效 率。为了便于切割后的钢板堆放，该轧制大板拼凑时采用了对称设计，即 将两块差厚钢板1的最厚端拼在了一起。为保证钢板性能均匀稳定性，差 厚钢板的最大厚度与最小厚度之比为2.9，≤3倍；在热成型过程中对钢板 温度均匀性进行了控制，热成型过程中钢板头尾温差都被控制在70℃之 内；除成形道次之外，该差厚钢板的轧制工艺与普通60公斤级低合金高 强钢板的轧制工艺相同。

本实施例中，上述轧制大板轧制结束后，钢板还要经ACC层流加速 冷却装置进行轧后控制冷却。该层流加速冷却装置通常都具有精确跟踪钢 板位置，动态确定钢板在层流水冷区间内某点或某区段上的实际厚度功 能，进而具备自动调节水量、自动调节冷却速率的功能，以保证厚度渐变 的差厚钢板在连续通过层流水冷区间时整张轧制大板的开冷温度、终冷温 度、冷却速率都能控制在要求的范围之内：即整张轧制大板的开冷温度控 制在760～810℃之间的设定范围内，终冷温度控制在480～550℃之间的 设定范围内，冷却速率控制在15～30℃/秒之间的设定范围内。

本实施例中，300mm厚度的连铸坯经TMCP工艺(即控制轧制+控 制冷却)热加工成轧制大板、再切成单张差厚钢板后，还须经回火热处理。 回火热处理时，除在炉时间和保温时间之外，其它回火热处理工艺与普通 12MnNiVR钢板相同，即：回火温度设计在630℃～660℃之间；回火后， 钢板需摊开在空气中自然冷却，至300℃以下方可堆垛等；钢板回火处理 的在炉时间、保温时间有如下规定：

在炉时间＝A*Tb＝2.8*32＝90min，

保温时间＝B*Tb＝1.8*32＝58min，

B*(Tb-Ta)＝1.8*(32-12)＝36≤60min，

在此，在炉时间是参考值，仅适用于某型的氮气保护无氧化辐射炉。 对于其他炉型，受其炉长、加热方式等影响，实际的在炉时间应做合理的 调整。但保温时间则适用于所有炉型。其中，Tb、Ta分别为差厚钢板的 最大、最小厚度，单位为mm；A、B分别为“在炉时间厚度系数”和“保 温时间厚度系数”，单位为min/mm；

本实施例中，罐壁采用六十八边形结构，其中顶层罐壁仍由传统的等 厚度钢板以其板宽为高，以板长(经折弯后)为六十八边形之边长焊接而 成，因此，顶层所用的罐壁钢板需要折弯处理，如图5所示。图中，3为 顶层罐壁钢板的板面示意图，31为顶层罐壁钢板的剖面示意图，由于差厚 钢板的宽度设定为4650mm，因此顶层罐壁钢板3的长度设定为前者的2 倍，即9300mm，以使各层罐壁钢板的焊缝相互错开。同时，也要求顶层 罐壁钢板3在预加工时折弯成2个折，折与折之间的距离恰好为4650mm； 〆为顶层罐壁钢板3折弯后形成的夹角，〆的大小恰好等于本发明储罐的 六十八边形结构中的一个内角177.4°。

对比传统设计，见表4，这样一座设计容量为15万立方米的石油储罐 罐壁结构需用罐壁钢板总重量为1119吨，175张钢板，平均单重6.4吨， 而本发明储罐只需1050.4吨，136张钢板，平均单重7.7吨。相比前者， 既可节省6.18％的钢板用量，又可增加20.9％的单重，有利于宽厚板轧机 的高效生产。

对比传统设计，详见表4、表5，这样一座设计容量为10万立方米的 石油储罐罐壁结构需焊接的总焊缝长度为2390米，其中焊接效率最低的 环形焊缝1890米；而本发明储罐的总焊缝长度仅为1196米，相比前者减 少23.6％，其中环形焊缝630米，相比前者更是减少了66.7％；

对比传统设计，详见表4、表5，这样一座设计容量为15万立方米的 石油储罐罐壁用钢板共有175张钢板，每块钢板都需要进行卷曲成型加工， 其弯曲的曲率半径就是罐壁圆周的半径。而本发明罐壁仅顶层和底层钢板 共76张需要折弯加工，既节省了加工成本，又缩短的制造周期。