王 強(qiáng)

(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(yùn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。以前，定制的集裝箱船每船1萬(wàn)標(biāo)箱左右，至2015年已達(dá)到每船1.8萬(wàn)標(biāo)箱。近年來(lái)，造船廠開始試制超過(guò)2萬(wàn)標(biāo)箱的超大型集裝箱船，這對(duì)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(yùn)，船板反復(fù)受力，需要有極強(qiáng)的韌性、止裂性，是應(yīng)用于該類型船只最高等級(jí)產(chǎn)品。為保證船只運(yùn)行安全，世界各大船級(jí)社于2014年增加止裂性能鋼板列為強(qiáng)制要求[1]。

目前，國(guó)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(xiàng)制鐵、現(xiàn)代鋼鐵、鞍鋼。國(guó)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(duì)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(qǐng)時(shí)間分布

圖1為集裝箱貨船用止裂鋼專利按申請(qǐng)時(shí)間分布趨勢(shì)?？梢钥吹?，集裝箱貨船用止裂鋼專利申請(qǐng)分為三個(gè)階段。

第一階段：1980-2005年，集裝箱貨船用止裂鋼年均專利申請(qǐng)量不超過(guò)6件，該階段為止裂鋼技術(shù)研究?jī)?chǔ)備期，參與的申請(qǐng)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(duì)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(qǐng)量快速上升，其中2008年專利申請(qǐng)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(huì)發(fā)布了“抗脆性裂紋設(shè)計(jì)指南”，規(guī)定當(dāng)采用板厚50～75 mm的超厚鋼板時(shí)，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(cuò)縫連接等措施外，還必須采用船體設(shè)計(jì)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(xiàng)制鐵憑借市場(chǎng)敏感性，申請(qǐng)了大量專利，搶在集裝箱貨船用止裂鋼強(qiáng)制使用標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)前進(jìn)行專利布局，搶占技術(shù)及市場(chǎng)高地。

第三階段：2009-2017年，集裝箱貨船用止裂鋼專利申請(qǐng)量有所下降，但也保持在年均申請(qǐng)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(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì)通過(guò)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(qǐng)人包括韓國(guó)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(qǐng)時(shí)間分布趨勢(shì)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(qǐng)人分布

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

圖2 集裝箱貨船用止裂鋼專利申請(qǐng)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(qǐng)人之一，20世紀(jì)80年代即對(duì)止裂鋼有所研究，并且持續(xù)申請(qǐng)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(duì)EH47母材的強(qiáng)度和韌性問(wèn)題，新日鐵住金運(yùn)用TMCP、HTYFF技術(shù)成功解決，提高了鋼板強(qiáng)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(qiáng)度為390 MPa，抗拉強(qiáng)度為510 MPa，最大板厚100 mm。該鋼種目前已獲得世界五大船級(jí)社之一的DNV-GL認(rèn)證，于2016年1月以后實(shí)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(qǐng)人之一，并且持續(xù)申請(qǐng)專利至2016年，專利申請(qǐng)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(qiáng)度、高止裂厚板，板厚80 mm，屈服強(qiáng)度460 MPa級(jí)別，于2014年9月獲得日本海事協(xié)會(huì)的認(rèn)證[4]?？梢钥吹?，國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì)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(shì)，根據(jù)先前積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，迅速開發(fā)出該鋼種，搶占市場(chǎng)高地，具有敏銳市場(chǎng)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(guò)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(huì)(NK)標(biāo)準(zhǔn)KE36的要求。

浦項(xiàng)制鐵是全球最大的鋼鐵制造廠商之一，于2007年開始申請(qǐng)有關(guān)集裝箱貨船用止裂鋼相關(guān)專利。2010年6月，浦項(xiàng)制鐵采用TMCP工藝開發(fā)了止裂鋼EH40。2014年12月，浦項(xiàng)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(guó)勞氏船級(jí)社(GL)的認(rèn)證。2015年2月浦項(xiàng)制鐵開始向大宇造船海洋公司19200TEU級(jí)的集裝箱船供貨。

韓國(guó)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(guò)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(shí)向造船企業(yè)供貨。

與國(guó)外申請(qǐng)人相比，我國(guó)在集裝箱貨船用止裂鋼研究方面起步較晚。2014年開始，中國(guó)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(shì)，利用“超級(jí)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(jí)、47 kg級(jí)止裂鋼，止裂性能處于行業(yè)領(lǐng)先水平，并順利通過(guò)七家船級(jí)社認(rèn)證，成為國(guó)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(xiàng)性能均滿足船級(jí)社對(duì)止裂鋼性能的要求。

2.3 集裝箱貨船用止裂鋼專利申請(qǐng)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(guó)家地區(qū)排名。專利優(yōu)先權(quán)國(guó)在一定程度上代表了技術(shù)輸出國(guó)。專利優(yōu)先權(quán)國(guó)申請(qǐng)專利的多少一定程度上反映了該國(guó)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(guó)家排名第一為日本，專利申請(qǐng)量占比88%，遠(yuǎn)超后面的韓國(guó)及中國(guó)。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(guó)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(guó)家地區(qū)排名。專利保護(hù)具有地域性，只在授予國(guó)的法律有效管轄范圍內(nèi)有效，對(duì)其他國(guó)家沒有任何法律約束力，每個(gè)國(guó)家所授予的專利權(quán)，其效力是互相獨(dú)立的。并且申請(qǐng)專利保護(hù)費(fèi)用昂貴，申請(qǐng)程序復(fù)雜，因此只有具有市場(chǎng)開發(fā)前景的專利公司才有目的去申請(qǐng)。可以看到，集裝箱貨船用止裂鋼專利國(guó)家地區(qū)分布排名依次為日本、韓國(guó)、中國(guó)、歐盟等，涵蓋了目前世界上主要造船國(guó)家和地區(qū)。尤其是日本，為遏制競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，通過(guò)強(qiáng)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(chǎng)高點(diǎn)，打壓韓國(guó)、中國(guó)鋼企，使得日本在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。其中，在我國(guó)申請(qǐng)的70件止裂鋼專利中，絕大多數(shù)為日本企業(yè)申請(qǐng)，少量專利申請(qǐng)人為鞍鋼、南鋼等國(guó)內(nèi)企業(yè)?？梢姡瑖?guó)外企業(yè)針對(duì)中國(guó)止裂鋼市場(chǎng)提前進(jìn)行了專利技術(shù)布局，我國(guó)企業(yè)在止裂鋼標(biāo)準(zhǔn)及專利方面落后于國(guó)外企業(yè)。國(guó)外企業(yè)有可能通過(guò)強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)及專利遏制中國(guó)止裂鋼產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外的競(jìng)爭(zhēng)力。

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

3 結(jié)語(yǔ)

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(xiàng)制鐵、現(xiàn)代鋼鐵、鞍鋼。日本及日本申請(qǐng)人通過(guò)強(qiáng)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(chǎng)高點(diǎn)。與國(guó)外相比，我國(guó)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(qǐng)方面落后于日韓企業(yè)。