集裝箱貨船用止裂鋼專利分析

王 強

(冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院信息研究所，北京 100730)

1 引言

為了降低成本，船東向船廠定制的超大型集裝箱船的載箱量不斷提高，超大型集裝箱已成為世界集運業(yè)的發(fā)展趨勢。以前，定制的集裝箱船每船1萬標(biāo)箱左右，至2015年已達(dá)到每船1.8萬標(biāo)箱。近年來，造船廠開始試制超過2萬標(biāo)箱的超大型集裝箱船，這對支撐船體的鋼板性能提出了更高的要求，尤其是應(yīng)用于船艙側(cè)圍處的鋼板，由于集裝箱的反復(fù)吊運，船板反復(fù)受力，需要有極強的韌性、止裂性，是應(yīng)用于該類型船只最高等級產(chǎn)品。為保證船只運行安全，世界各大船級社于2014年增加止裂性能鋼板列為強制要求[1]。

目前，國內(nèi)外先進(jìn)鋼鐵公司都將船用止裂鋼作為戰(zhàn)略品種，已開發(fā)成功并商業(yè)化生產(chǎn)的廠家有 JFE、新日鐵住金、神戶制鋼、浦項制鐵、現(xiàn)代鋼鐵、鞍鋼。國內(nèi)的寶鋼、南鋼等企業(yè)也開始了此類鋼的研究開發(fā)工作。

2 集裝箱貨船用止裂鋼專利分析

本文采用Derwent Innovation專利分析軟件，共檢索到與集裝箱貨船用止裂鋼生產(chǎn)相關(guān)專利179件，對檢索到的專利進(jìn)行分析，了解其專利分布情況。

2.1 集裝箱貨船用止裂鋼專利按申請時間分布

圖1為集裝箱貨船用止裂鋼專利按申請時間分布趨勢。可以看到，集裝箱貨船用止裂鋼專利申請分為三個階段。

第一階段：1980-2005年，集裝箱貨船用止裂鋼年均專利申請量不超過6件，該階段為止裂鋼技術(shù)研究儲備期，參與的申請人均為日本鋼鐵企業(yè)，例如新日鐵、住友金屬、日本鋼管、川崎制鐵、神戶制鋼。可以看到，早在80年代，日本企業(yè)已經(jīng)對止裂鋼進(jìn)行了相關(guān)研究。

第二階段：2006-2008年，集裝箱貨船用止裂鋼專利申請量快速上升，其中2008年專利申請量達(dá)到了18件，這得益于日本開始進(jìn)行止裂鋼專利標(biāo)準(zhǔn)化的工作。2009年9月，日本海事協(xié)會發(fā)布了“抗脆性裂紋設(shè)計指南”，規(guī)定當(dāng)采用板厚50～75 mm的超厚鋼板時，為了避免甲板與艙口圍板之間裂紋傳播，除需要在結(jié)構(gòu)上采取錯縫連接等措施外，還必須采用船體設(shè)計溫度-10 ℃下的抗脆性傳播Kca值為 6000 N/mm3/2以上的鋼材。該階段，新日鐵、JFE(2002年由日本鋼管和川崎制鐵合并形成)、神戶制鋼、浦項制鐵憑借市場敏感性，申請了大量專利，搶在集裝箱貨船用止裂鋼強制使用標(biāo)準(zhǔn)通過前進(jìn)行專利布局，搶占技術(shù)及市場高地。

第三階段：2009-2017年，集裝箱貨船用止裂鋼專利申請量有所下降，但也保持在年均申請量8件上下。該階段，集裝箱貨船用止裂鋼標(biāo)準(zhǔn)逐步完善。2013年1月，國際船級社協(xié)會通過了標(biāo)準(zhǔn)UR S33[2]，規(guī)定從2014年1月1日后簽訂合同的新建集裝箱船，甲板上部結(jié)構(gòu)必須采用高止裂性鋼。該階段新進(jìn)的專利申請人包括韓國現(xiàn)代鋼鐵、鞍鋼、南鋼等。

圖1 集裝箱貨船用止裂鋼專利按申請時間分布趨勢圖Fig.1 Patents distribute trends by application time of crack arrest steel for container ships

2.2 集裝箱貨船用止裂鋼專利申請人分布

圖2為集裝箱貨船用止裂鋼專利申請人排名。排名靠前的申請人為新日鐵住金、JFE、神戶制鋼以及浦項制鐵。

圖2 集裝箱貨船用止裂鋼專利申請人排名Fig.2 Patent applicant ranking of crack arrest steel for container ships

新日鐵住金是日本一家大型鋼鐵公司，由新日本制鐵和住友金屬工業(yè)于2012年10月1日合并而成。新日鐵住金是最早研究集裝箱貨船用止裂鋼的申請人之一，20世紀(jì)80年代即對止裂鋼有所研究，并且持續(xù)申請專利至2016年。2000年11月，新日鐵提出研制EH47船板的意向，并且于2006年研制成功，所述EH47船板應(yīng)用于三菱重工造船所。針對EH47母材的強度和韌性問題，新日鐵住金運用TMCP、HTYFF技術(shù)成功解決，提高了鋼板強度、韌性。2015年，新日鐵住金宣布開發(fā)了用于大型集裝箱船船體的新型厚鋼板，，用于集裝箱船結(jié)構(gòu)上重要的開口部位如上甲板、艙口圍板等，鋼種的屈服強度為390 MPa，抗拉強度為510 MPa，最大板厚100 mm。該鋼種目前已獲得世界五大船級社之一的DNV-GL認(rèn)證，于2016年1月以后實際應(yīng)用于集裝箱船[3]。

JFE是日本第二大鋼鐵集團(tuán)，由日本鋼管和川崎制鐵于2002年合并而成。JFE是最早研究集裝箱貨船用止裂鋼的申請人之一，并且持續(xù)申請專利至2016年，專利申請高峰期為2006-2013年。2014年，JFE成功開發(fā)出大型集裝箱船甲板上部結(jié)構(gòu)用高強度、高止裂厚板，板厚80 mm，屈服強度460 MPa級別，于2014年9月獲得日本海事協(xié)會的認(rèn)證[4]。可以看到，國際船級社協(xié)會規(guī)定2014年以后新建集裝箱船甲板上部結(jié)構(gòu)必須采用高止裂性鋼后，JFE緊跟形勢，根據(jù)先前積累的技術(shù)經(jīng)驗，迅速開發(fā)出該鋼種，搶占市場高地，具有敏銳市場嗅覺。

神戶制鋼是日本第三大鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，于20世紀(jì)80年代開始涉及集裝箱貨船用止裂鋼研究。神戶制鋼通過厚鋼板控制軋制條件最佳化，開發(fā)出Kca值大于6000 N/mm3/2的高止裂性鋼板，鋼材和焊接性能均達(dá)到了日本海事協(xié)會(NK)標(biāo)準(zhǔn)KE36的要求。

浦項制鐵是全球最大的鋼鐵制造廠商之一，于2007年開始申請有關(guān)集裝箱貨船用止裂鋼相關(guān)專利。2010年6月，浦項制鐵采用TMCP工藝開發(fā)了止裂鋼EH40。2014年12月，浦項制鐵聯(lián)合大宇造船海洋公司開發(fā)了最大厚度達(dá)100 mm的EH40厚板，并在全球最早獲得德國勞氏船級社(GL)的認(rèn)證。2015年2月浦項制鐵開始向大宇造船海洋公司19200TEU級的集裝箱船供貨。

韓國現(xiàn)代鋼鐵公司于2014年開始正式開發(fā)集裝箱貨船用止裂鋼。為了提高韌性指標(biāo)，現(xiàn)代鋼鐵公司在材料開發(fā)過程中采用了自主的HARP(Hyundai-steel Advanced Rolling Process，現(xiàn)代鋼鐵先進(jìn)軋制工藝)技術(shù)，2015年10月成功開發(fā)了厚度為100 mm的EH40鋼板，并完成了認(rèn)證，同時向造船企業(yè)供貨。

與國外申請人相比，我國在集裝箱貨船用止裂鋼研究方面起步較晚。2014年開始，中國的鞍鋼、寶鋼、沙鋼、南鋼、湘鋼等鋼鐵公司先后進(jìn)行了超大型集裝箱船用高止裂鋼的研制開發(fā)[5]。其中，鞍鋼充分發(fā)揮新一代TMCP技術(shù)和5500 mm寬厚板生產(chǎn)線優(yōu)勢，利用“超級控軋 超快冷”生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)出厚度90 mm及以下規(guī)格40 kg級、47 kg級止裂鋼，止裂性能處于行業(yè)領(lǐng)先水平，并順利通過七家船級社認(rèn)證，成為國內(nèi)首家大型集裝箱船用止裂鋼供貨企業(yè)。寶鋼研制開發(fā)了超大型集裝箱船用EH40、EH47止裂鋼[6]，以低碳微合金化配合適當(dāng)?shù)目剀埧乩銽MCP工藝，得到具有止裂性能的多邊形鐵素體+針狀鐵素體組織，研制生產(chǎn)的最大厚度為90 mm的EH40、EH47鋼板的各項性能均滿足船級社對止裂鋼性能的要求。

2.3 集裝箱貨船用止裂鋼專利申請地區(qū)分布

圖3為集裝箱貨船用止裂鋼專利優(yōu)先權(quán)國家地區(qū)排名。專利優(yōu)先權(quán)國在一定程度上代表了技術(shù)輸出國。專利優(yōu)先權(quán)國申請專利的多少一定程度上反映了該國家和地區(qū)的技術(shù)創(chuàng)新能力和活躍程度。

可以看到，集裝箱貨船用止裂鋼專利優(yōu)先權(quán)國家排名第一為日本，專利申請量占比88%，遠(yuǎn)超后面的韓國及中國。因此，集裝箱貨船用止裂鋼生產(chǎn)技術(shù)集中于日本，處于技術(shù)領(lǐng)先地位。

圖3 集裝箱貨船用止裂鋼專利優(yōu)先權(quán)國家地區(qū)排名Fig.3 Patents priority countries and regions rankings of crack arrest steel for container ships

圖4為集裝箱貨船用止裂鋼專利國家地區(qū)排名。專利保護(hù)具有地域性，只在授予國的法律有效管轄范圍內(nèi)有效，對其他國家沒有任何法律約束力，每個國家所授予的專利權(quán)，其效力是互相獨立的。并且申請專利保護(hù)費用昂貴，申請程序復(fù)雜，因此只有具有市場開發(fā)前景的專利公司才有目的去申請。可以看到，集裝箱貨船用止裂鋼專利國家地區(qū)分布排名依次為日本、韓國、中國、歐盟等，涵蓋了目前世界上主要造船國家和地區(qū)。尤其是日本，為遏制競爭對手，通過強制標(biāo)準(zhǔn)以及專利占領(lǐng)了集裝箱貨船用止裂鋼技術(shù)及市場高點，打壓韓國、中國鋼企，使得日本在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。其中，在我國申請的70件止裂鋼專利中，絕大多數(shù)為日本企業(yè)申請，少量專利申請人為鞍鋼、南鋼等國內(nèi)企業(yè)。可見，國外企業(yè)針對中國止裂鋼市場提前進(jìn)行了專利技術(shù)布局，我國企業(yè)在止裂鋼標(biāo)準(zhǔn)及專利方面落后于國外企業(yè)。國外企業(yè)有可能通過強制標(biāo)準(zhǔn)及專利遏制中國止裂鋼產(chǎn)品在國內(nèi)外的競爭力。

圖4 集裝箱貨船用止裂鋼專利國家地區(qū)排名Fig.4 Patentscountries and regions rankings of crack arrest steel for container ships

3 結(jié)語

集裝箱貨船用止裂鋼作為戰(zhàn)略鋼種，目前已成功開發(fā)并且商業(yè)化的廠家有新日鐵住金、JFE、神戶制鋼、浦項制鐵、現(xiàn)代鋼鐵、鞍鋼。日本及日本申請人通過強制標(biāo)準(zhǔn)以及專利占領(lǐng)了集裝箱貨船用止裂鋼技術(shù)及市場高點。與國外相比，我國在集裝箱貨船用止裂鋼研究方面起步較晚，在參與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定以及專利申請方面落后于日韓企業(yè)。