王 蕾,周明智

(馬鋼股份公司技術(shù)中心 安徽馬鞍山 243000)

2000年以來，中國汽車以平均年增長率超過18%的速度高速增長，2017年汽車產(chǎn)量達(dá)到2900萬輛，2020年中國汽車產(chǎn)量將達(dá)到36000萬輛。而汽車的發(fā)展同時(shí)也面臨著安全、環(huán)境、資源、能源及成本等方面的挑戰(zhàn)，汽車輕量化是必然選擇[1]。

熱成形鋼是一種加熱到一定溫度并保溫一定時(shí)間后轉(zhuǎn)移至帶有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成形并快速冷卻得到的高強(qiáng)度鋼板。通過熱成形技術(shù)可克服冷成形中的回彈嚴(yán)重、成形困難及成形開裂等難題。近年來，全球熱成形零部件的產(chǎn)量在迅猛增加[2]，從1997年到2013年由8百萬件增加到3.5億件，預(yù)計(jì)2018年熱成形零部件使用量將會(huì)達(dá)到5.74億件。VAMA自2015年開始生產(chǎn)帶涂層的熱成形用鋼Usibor1500以來，市場(chǎng)占有率處于絕對(duì)領(lǐng)先地位。目前，寶鋼已經(jīng)基本掌握了熱沖壓系列核心技術(shù)，鞍鋼、首鋼、河鋼和馬鋼也在該方面開展了大量的研究工作。

現(xiàn)基于專利分析研究國內(nèi)熱成形鋼的發(fā)展態(tài)勢(shì)。其一，專利是早于產(chǎn)品被公眾所知，因此，可以通過專利了解市場(chǎng)尚未出現(xiàn)的技術(shù)；其二，專利文獻(xiàn)對(duì)于科學(xué)技術(shù)信息的覆蓋最廣：世界每年發(fā)明創(chuàng)造成果的90%～95%可以在專利文獻(xiàn)中查到。下面從專利的角度了解國內(nèi)熱成形鋼的發(fā)展概況，分析熱成形鋼的市場(chǎng)發(fā)展前景以及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

本文的專利數(shù)據(jù)來源于專利之星數(shù)據(jù)庫，檢索策略采用關(guān)鍵詞，通過熱成形、熱成型、熱沖壓、熱壓、鋼等關(guān)鍵詞，不斷補(bǔ)充關(guān)鍵詞，檢索到有關(guān)熱成形相關(guān)專利2210篇，通過篩選確定與主題相關(guān)的434篇，其中與模具相關(guān)的161篇。檢索時(shí)間為2017年12月，時(shí)間段為截止至2017年12月。

1 國內(nèi)熱成形鋼專利分析

1.1 專利申請(qǐng)趨勢(shì)分析

從2002年1月到2017年12月，在中國公開的關(guān)于熱成形鋼的專利申請(qǐng)量為435件。圖1為國內(nèi)熱成形鋼專利量年度分布，在一定程度上反映了其在中國的發(fā)展進(jìn)程。專利申請(qǐng)量顯示，該專利于2002年第一次在中國申請(qǐng)，與文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果相吻合[3]。由文獻(xiàn)調(diào)研可知，國內(nèi)首家熱沖壓零部件有限公司于2005年在寶鋼成立，與專利檢索結(jié)果也相吻合。

圖1 國內(nèi)熱成形鋼領(lǐng)域?qū)＠磕甓确植?/p>

由圖1可見，國內(nèi)熱成形鋼發(fā)展趨勢(shì)可分3個(gè)階段：第1階段為緩慢發(fā)展時(shí)期(2002年-2007年)，該階段每年的專利數(shù)量基本保持在1-2(件/年)，熱成形鋼還處于孕育階段；第2階段是快速增長期(2008年-2014年)，該階段專利申請(qǐng)數(shù)量急劇增加，該專利處于活躍期；第3階段為平穩(wěn)期(2015年-2017年)，該階段專利公開量每年在60件左右，2017年的專利數(shù)量為不完全統(tǒng)計(jì)。從專利申請(qǐng)量可見，我國熱成形鋼專利在經(jīng)過短暫的5年孕育期后，進(jìn)入了快速發(fā)展階段，說明各企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)均投入了大量的人力和物力，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)尤為激烈。

從圖2可見，在剔除模具類的專利后，僅考慮有關(guān)熱成形鋼產(chǎn)品類的專利共273篇，該類專利在經(jīng)歷幾年的孕育期，在2011年迅速增長并且之后一直穩(wěn)定在40件左右，足以說明目前熱成形鋼市場(chǎng)前景和經(jīng)濟(jì)效益。從專利申請(qǐng)時(shí)間來看，中國在熱成形鋼技術(shù)領(lǐng)域起步較晚，瑞典企業(yè)Plannja早在1977年就申請(qǐng)了板料熱成形的技術(shù)專利；Volvo汽車公司于1975年最先在汽車上進(jìn)行熱成形零件適用性研發(fā)；瑞典的SSAB汽車公司于1984年成為第一家使用高強(qiáng)鋼熱成形零部件的汽車公司并首先在汽車上使用熱沖壓保險(xiǎn)杠；Arcelor于20世紀(jì)90年代開展熱沖壓技術(shù)的研究，攻克相關(guān)核心專利技術(shù)，開發(fā)了全球聞名的鍍層熱沖壓用鋼Usibor1500[4]、[5]，接下來熱成形技術(shù)在國際上得到了快速發(fā)展。

圖2 國內(nèi)熱成形鋼產(chǎn)品專利量年度分布

1.2 主要專利申請(qǐng)人

表1給出了國內(nèi)熱成形鋼排名前20名的專利申請(qǐng)人，日本的新日鐵住金申請(qǐng)量達(dá)20件，武鋼申請(qǐng)量18件。其中，前20名中日本有3家：新日鐵、JFE、神戶制鐵，總量達(dá)39件，占總量的24%；中國鋼鐵行業(yè)中，武鋼、鞍鋼和寶鋼技術(shù)成果比較明顯。從專利申請(qǐng)量可見，日本在該領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)最為明顯，中國的專利申請(qǐng)數(shù)量也是在迅速增加，這說明中國在熱成形鋼領(lǐng)域也在積極研發(fā)。同時(shí)，浦項(xiàng)和安塞洛米塔爾也占據(jù)著十分重要的地位。中國科研機(jī)構(gòu)如大連理工、鋼鐵研究總院、北京科技大學(xué)和華中科技大學(xué)申請(qǐng)數(shù)量較多，可見中國已開始加強(qiáng)研發(fā)投入力度，加快了自主創(chuàng)新的步伐。與此同時(shí)，下游企業(yè)如無錫朗賢、本特勒爾和力帆均申請(qǐng)了較多的專利，說明熱成形技術(shù)在全領(lǐng)域已引起了高度重視。

表1 國內(nèi)熱成形鋼主要專利申請(qǐng)人

1.3 專利來源區(qū)域分布

我國關(guān)于熱成形鋼技術(shù)的起步比較晚，從2000年前后才開始展開對(duì)熱成形技術(shù)的研究。由于汽車行業(yè)對(duì)節(jié)能降耗和安全性能要求的日益提高，對(duì)熱成形技術(shù)非常重視，投入了大量的人力物力進(jìn)行了研究，發(fā)展迅速，也取得了不少專利，但是核心專利一直被國外壟斷。從表2可以看出申請(qǐng)量最多的是中國、日本、德國、韓國、盧森堡和奧地利，國外積極在中國部署該領(lǐng)域的專利，搶占市場(chǎng)，充分說明了該領(lǐng)域在中國有很大的發(fā)展?jié)摿?，市?chǎng)前景很可觀。

表2 國內(nèi)熱成形鋼專利優(yōu)先權(quán)國家排名

1.4 專利技術(shù)布局分析

圖3為國內(nèi)熱成形鋼專利技術(shù)分類。在專利分析中，通過分析該專利涉及的技術(shù)領(lǐng)域的上下游，可以發(fā)掘該技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，通過分析技術(shù)領(lǐng)域中的重點(diǎn)技術(shù)，可挖掘新的技術(shù)，同時(shí)，通過分析發(fā)現(xiàn)研究較少的領(lǐng)域，能更容易發(fā)現(xiàn)可布局的專利。由表3國內(nèi)熱成形鋼領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)主題可以看出，國內(nèi)外熱成形技術(shù)領(lǐng)域比較關(guān)注的研發(fā)領(lǐng)域?yàn)椋?/p>

(1)模具方面。模具方面雖然申請(qǐng)專利較多(161件)，但多數(shù)是實(shí)用新型的專利。本文將模具類專利列入其中，因?yàn)橥ㄟ^模具類專利可以了解到熱成形零件的市場(chǎng)情況，以及主要的下游客戶群。

(2)制備及熱成形鋼性能方面。申請(qǐng)了40件，主要涉及熱成形鋼的成分設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝優(yōu)化以及熱成形鋼的鋼板性能。

(3)涂層技術(shù)方面。申請(qǐng)了74件。近幾年，提高熱成形鋼的耐腐蝕性成為了熱點(diǎn)，主要涉及涂層的化學(xué)成分、鍍層內(nèi)組織以及鍍層工藝。

(4)熱成形工藝方面。申請(qǐng)了63件，根據(jù)熱成形工藝窗口，設(shè)定了不同的成形工藝也成為了近幾年的研究熱點(diǎn)。

(5)熱成形制品方面。申請(qǐng)專利50件，各大汽車主機(jī)廠以及配套廠也分別對(duì)其各自的熱成形零件進(jìn)行了專利保護(hù)。

(6)應(yīng)用技術(shù)方面。申請(qǐng)20件，主要為焊接、涂裝和磷化等方面。

從熱成形鋼技術(shù)分類來看，模具類的專利最多，該類專利主要是以零件加工廠、模具廠和高校申請(qǐng)的為主，從生產(chǎn)鏈的下游可看出熱成形鋼技術(shù)在市場(chǎng)中處于十分活躍的地位；其次，涂層技術(shù)和熱成形工藝占的比重也很高，說明該主題是企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)研究的熱點(diǎn)；應(yīng)用技術(shù)方面相對(duì)薄弱，但對(duì)于汽車零件的后處理工序，該技術(shù)是十分重要。

表3 國內(nèi)熱成形鋼領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)主題

圖3 國內(nèi)熱成形鋼專利技術(shù)分類

2 結(jié)語

國內(nèi)熱成形鋼領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)可3個(gè)階段：第1階段為緩慢發(fā)展時(shí)期(2002-2007年)；第2階段是快速增長期(2008-2014年)，該階段專利申請(qǐng)公開數(shù)量急劇增加；第3階段為平穩(wěn)期(2015-2017年)，該階段專利公開量在60件左右。

國內(nèi)熱成形鋼專利于2002年首次被申請(qǐng)，申請(qǐng)人為日本的新日鐵。瑞典企業(yè)Plannja早在1977年就申請(qǐng)了板料熱成形的技術(shù)專利，熱成形技術(shù)在中國的起步較晚。

熱成形鋼專利的申請(qǐng)人主要有：日本新日鐵、JFE、神戶制鐵、韓國浦項(xiàng)、安塞洛米塔爾以及中國寶鋼、武鋼、鞍鋼。其中日本在中國申請(qǐng)量高達(dá)30%，專利數(shù)量的急劇增加，也側(cè)面反映該技術(shù)具有很可觀的市場(chǎng)前景。

熱成形鋼專利關(guān)于模具方面申請(qǐng)較多(161件)，通過模具類專利申請(qǐng)量，可以了解到熱成形零件的市場(chǎng)前景可觀。

熱成形鋼專利研究主要集中在制備及熱成形鋼性能、涂層技術(shù)、熱成形工藝、熱成形制品、應(yīng)用技術(shù)。其中涂層技術(shù)的占比最高，涂層技術(shù)也是目前研究的熱點(diǎn)；應(yīng)用技術(shù)相對(duì)薄弱，可考慮今后專利布局的方向。

國內(nèi)關(guān)于熱成形鋼的核心專利較少，基本被國外壟斷，尤其是鋁硅鍍層熱成形鋼，因此，國內(nèi)應(yīng)積極開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型熱成形鋼。

參考文獻(xiàn)

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[5] 王媛，康斌.熱成形鋼技術(shù)專利分析[J]. 冶金信息導(dǎo)刊，2015，3