高硅鋼專利技術分析

陳安邦

【摘 要】本文主要以硅鋼特別是高硅鋼的相關專利申請作為研究對象，對其國內專利申請進行了統(tǒng)計和分析，包括申請量趨勢、申請國別分布、主要申請人、專利技術分支、重要申請人主要技術分布，通過上述分析，總結了高硅鋼片領域的專利技術發(fā)展情況，從而為高硅鋼片的技術改進以及專利審查提供參考。本文通過在CNABS專利數據庫中對硅鋼進行檢索抽樣的文獻為基礎，對硅鋼片特別是高硅鋼技術方向的專利申請進行了分析和梳理。

【關鍵詞】硅鋼;高硅鋼;專利;發(fā)展脈絡

一、硅鋼片的技術概況

硅鋼因具備低成本、低損耗、易于制備便攜等諸多的優(yōu)勢而被廣泛應用于各種發(fā)電機、電動機、變壓器、互感器、繼電器以及其它電器儀表的鐵芯[1，2，3]。相較于傳統(tǒng)的硅鋼片，高硅鋼片具有進一步的優(yōu)勢，其不僅隨著硅含量的增加磁導率得到增強，而且磁滯損耗大為降低。Fe-6.5%Si高硅鋼片是制作低噪音、低鐵損的理想鐵芯材料，尤其在當前國家提倡節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的背景下，對Fe-6.5%Si的研究受到廣泛關注，同時也為硅鋼片的研究提供了新的方向[1-7]。

二、高硅鋼專利技術概況

通過硅鋼片技術方向專利的檢索、標引和梳理可以得到硅鋼片的申請量變化和技術研發(fā)方向的技術分支。國內硅鋼片的技術的專利申請始于1985年，總的申請量在2015年后申請量開始迅速的增長，在1985-2015年，該技術方向的專利申請總體緩慢增長。近年的硅鋼片領域專利申請量的增長主要是由于高硅鋼的工業(yè)化生產技術得到了充分的發(fā)展使得硅鋼技術重新成為廣受關注的焦點。

硅鋼片專利技術涉及的一級技術分支包括硅鋼片和高硅鋼片，一級分支均包括制備方法、軋制手段、表面處理方法和成品加工技術。其中涉及高硅鋼和普通硅鋼兩個方面的專利申請分別占總申請量的18%和82%。對于高硅鋼片專利申請，來自國內、日本、韓國的分別占總申請量的58%、29%、13%。其中國內的申請人有中南大學、武漢鋼鐵有限公司及其他科研院校，申請年份都在2015年以后。國外申請人有新日本制鐵株式會社、POSCO公司杰富意鋼鐵株式會社、川崎制鐵株式會社等公司。

其中，申請高硅鋼專利最多的申請人中南大學的專利技術集中在高硅鋼的燒結制備方法上，其工藝由于采用了先壓制成型后燒結的方式，不需要與其他制備方法一樣進行軋制即可生產。而最先申請高硅鋼專利的杰富意鋼鐵株式會社、POSCO、新日本制鐵株式會社等企業(yè)的高硅鋼技術均集中在通過合金改性制備高硅鋼，以及通過擴滲法制備高硅鋼。從中南大學和國內科研院校的專利申請技術分布來看，國內高校是對高硅鋼制備研究方向最廣泛的群體。

三、高硅鋼的專利技術發(fā)展概覽

從采集的專利分析樣本中，可以進一步得到國內的高硅鋼技術發(fā)展脈絡。

對于國外申請人：1997年杰富意鋼鐵株式會社與川崎制鐵株式會社先后在中國申請了申請?zhí)枮镃N97125289、CN97126080的專利，并且兩份專利均保護Si含量1.5-7.0wt%的硅鋼，其中包含了Si6.5 wt%左右的高硅鋼;其方法都是通過添加Mn等合金元素的抑制劑作用并通過退火處理得到高硅鋼成品。2003年杰富意鋼鐵株式會社在上述專利的基礎上，開發(fā)了通過多種合金元素添加后制備高硅鋼的技術，并申請了中國專利，形成專利保護樹。同時新日本制鐵株式會社于2002年也申請了通過添加Mn、Al、S等抑制劑和合金元素制備得到高硅鋼成品的專利CN02814192，并且以此為基礎于2007年、2010年更進一步申請了脫碳退火以進行二次結晶的專利CN200780018947、CN200780014827、CN201080032211。2012年韓國POSCO公司申請了類似的通過添加Al、N合金元素制備得到了高硅鋼的專利CN201280062641;2013年進一步申請了通過在上述專利技術基礎上添加適量的Cr元素以獲得軟質高硅鋼的專利CN201380081868，并且在2015年申請了通過在高硅鋼表面MnZnNiFe類軟磁鐵氧體層制備高頻區(qū)的磁性得到巨大改善的高硅鋼板的專利CN201580066230。

對于國內申請人：2008年南京理工大學申請了定向退火（區(qū)域退火）以制備具有柱狀晶顯微結構和明顯晶體學織構的取向的高硅鋼專利CN200810122839。2014年東北大學申請了通過抑制劑和合金元素的添加制備高硅鋼的專利CN201410505834。2015年武漢鋼鐵申請了不添加其他合金元素僅通過更高溫度熔煉并速凝的方式制備得到高硅鋼成品的專利CN201510182707，并于2017年申請了通過添加合金元素和抑制劑熔煉后制粉、鈍化、包覆、壓制和熱處理得到高硅鋼粉芯的專利CN201710295210。2016年，安徽工業(yè)大學申請了通過采用包埋滲硅-氧化-絕緣包覆-燒結的工藝制備高電阻、耐熱性好的高硅鋼鐵芯的專利CN201611214872;杰富意鋼鐵株式會社申請了通過連續(xù)滲硅處理的高硅鋼帶的制造方法的專利CN201680051507，以及在Mn、Al等合金元素和抑制劑添加的同時通過控制晶界的氧濃度以得到良好的沖壓加工性的高硅鋼材料的專利CN201680053656;安徽信息工程學院申請了通過添加In、Sn、Au和B等合金元素和通過Si、Be和Pm阻止熱處理中晶粒的長大、并通過速凝的方法制備得到高硅鋼的專利CN201710835466。2017年北京科技大學申請了將添加B元素的高硅鋼母合金重熔-速凝甩帶-涂覆絕緣和熱處理得到Fe-6.5wt%Si-B合金薄帶產品的專利CN201710255719;中南大學申請了通過添加Mn、P、S等合金元素和抑制劑通過軋制成坯后燒結的方法制備Fe-6.5%Si軟磁材料薄帶材的系列專利申請CN201711367238。

由此可見，我國的早期高硅鋼專利的大部分申請人都是日、韓企業(yè)。但是通過近年的發(fā)展，我國的高硅鋼技術水平已經從落后的局面，逐步追上國外發(fā)達國家的水平。從最開始的簡單的添加合金元素熔煉工藝，發(fā)展出了硅擴滲和燒結等其他工藝，燒結工藝中還發(fā)展出了對粉末的包覆以及改性工藝，合金元素熔煉工藝中也逐步發(fā)掘出了各種元素添加所帶來的影響。除此之外，硅鋼技術領域的表面處理工藝也發(fā)展出了固溶、覆膜、以及刻蝕等工藝。

四、總結

硅鋼是應用相當廣泛的重要的軟磁材料，其中的高硅鋼產品由于其優(yōu)異的磁性能，目前受到了廣泛的關注和研究。通過專利技術分析可知，未來的高硅鋼的制造工藝，應當繼續(xù)注重生產效率、材料性能、能耗比等方面的提高，以及對成本的削減，并在以上技術方向進行進一步的技術改進和研發(fā)。

【參考文獻】

[1] 林均品等，6.5wt%Si 高硅鋼冷軋薄板制備工藝、結構和性能[J].前沿科學，2007，（2）：13-26.

[2] 蔡千華等，含硅6.5%高硅鋼板在高速電機中的應用[J].中小型電機，1994，21（1）：60-62.

[3] 吳朝陽等，含核殼異質結構6.5% Si 高硅鋼鐵芯的制備與磁性能[J].功能材料，2013，44（10）：1431-1436.

[4] 王成全等，F(xiàn)e 6. 5%Si 高硅鋼凝固過程鐵素體相生長行為原位觀察[J].寶鋼技術，2016， （1）：14-22.

[5] 儲雙杰等，合金元素對硅鋼性能的影響[J].特殊鋼，1998，19（1）：7-12.

[6] 秦鏡，軋制法制備低鐵損高磁感高硅鋼及其涂層研究，博士學位論文，北京科技大學，2015年12月.

[7] 張瑞琦，取向高硅鋼薄帶冷軋和退火過程中的組織及結構演變，碩士學位論文，東北大學，2014年6月.