电工钢亦称硅钢，具有铁损小、磁导率和磁感应强度高等特点，主要用作电机、变压器的铁芯，是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要软磁合金。电工钢的制造工艺和设备复杂，成分控制严格、杂质含量要求极低、制造工序长、影响性能的因素多，因此，其产品质量常被认为是衡量一个国家特殊钢制造技术水平的重要标志。电工钢技术的发展日新月异，而专利是能够反映科学技术发展水平最新动态的情报文献，已经有企业和研究院所对电工钢专利技术进行了分析研究。本文基于提高中国电工钢产业的技术发展水平，为电工钢企业和科研单位提供可行的发展思路，增强中国特殊钢工业整体在国内和国际市场上的竞争能力的目的，对电工钢领域的专利现状展开具体分析。
1、检索系统、数据库和分析工具
选择国家知识产权局的专利检索与服务系统，在德温特世界专利索引数据库（DWPI）中，对世界范围内的电工钢专利文献进行检索采集，同时还使用中国专利文献检索系统（CPRS），对中国受理的电工钢专利文献进行检索采集，以作为补充。由于现有的国际分类体系和各国分类体系都没有根据钢的应用领域进行分类，因此，采用关键词结合铁基合金的分类号C22C38，对电工钢专利文献进行采集，期间甄别同族专利，排除杂项，并且关注专利引证情况。专利数据采集时间为1985-01-01-2011-11-08。由于2010年和2011年申请的部分专利文献还没有公开，数据尚不完整，这两年统计结果会有失真。下面采用笔者开发的专利分析软件与人工相结合的方法，对检索样本进行分析。
2、专利申请年度分布分析
自1985年以来，各国关于电工钢的专利申请总量为639件，占特钢类专利申请量的30%。图1给出了电工钢领域专利申请量和申请人的年度分布情况，可以看出，电工钢专利申请量总体呈增长趋势。其中，国内申请人的申请量在前期较少，自2000年以来增长迅速，至2010年达到30件。这一方面是因为中国特钢企业发展迅速，宝钢、鞍钢、首钢、武钢等都加大了对电工钢的开发研究；另一方面也因为国家目前刺激专利申请的政策，促使电工钢行业的从业人员针对质量改进、生产优化积极申请专利，并且也逐渐学会了申请专利来保护自己的技术成果。而国外申请人的申请量在前期与申请总量的发展趋势接近，但是自1999年开始相对有所下降，到2009年为10件，这可能是因为日本、美国等电工钢技术领先国家的技术发展趋向成熟，也与国外自1998年以来发生的经济增长迟缓、金融危机等不利因素有关。自1985年以来，电工钢领域专利申请人的数量总体也是呈上升趋势，先进的技术逐渐被更广阔的人群所掌握。
图1：电工钢专利申请的年度分布
3、电工钢主要技术发展分析
改进电工钢性能的技术手段主要包括添加合金元素、减少夹杂、微观结构改善、夹杂物变性、冶炼方法的改进、热处理工艺的改进、铸轧锻等热变形工艺的改进、电脉冲或电场磁场处理或搅拌、成形后的表面处理等。因1990年之前的专利申请量较少，故取1990年以后的专利申请数据作为样本，绘制了如图2所示的主要技术手段的年度发展情况。从图2可以看出，涉及添加合金元素的专利申请量明显高于涉及其他技术手段的专利申请量，涉及铸轧锻等热变形工艺、热处理工艺的专利申请量紧随其后，并且涉及铸轧锻等热变形工艺的专利申请量自2005年之后增长明显。相对而言，涉及其他技术手段的专利申请量较少。
图2：电工钢主要技术的年度发展情况
表1给出了这些主要技术手段在世界范围内的专利分布情况。其中仅有中国鞍钢在2005年申请的“对钢液施加电场能量改善硅钢铸坯质量的方法”的主要技术手段涉及了电脉冲或电场磁场搅拌，该专利针对电脉冲或电场磁场搅拌还未适用于大规模工业生产的现状，提出采用变占空比矩形波对钢液施加电场能量改善硅钢铸坯质量，对中国电工钢技术的发展具有重要意义。
表1：电工钢主要技术在世界范围内的分布情况
|
国家
主要技术
|
日本
|
中国
|
韩国
|
美国
|
意大利
|
|
添加合金元素
|
109
|
76
|
29
|
5
|
1
|
|
热处理工艺的改进
|
69
|
20
|
7
|
3
|
4
|
|
铸轧锻等热变形工艺的改进
|
49
|
48
|
2
|
2
|
1
|
|
微观结构的改善
|
37
|
5
|
3
|
3
|
3
|
|
冶炼方法的改进
|
6
|
13
|
2
|
2
|
2
|
|
成型后的表面处理
|
14
|
2
|
1
|
1
|
|
|
减少夹杂
|
6
|
5
|
1
|
0
|
|
|
夹杂物变性
|
3
|
1
|
1
|
0
|
|
|
电脉冲或电场磁场搅拌
|
|
1
|
|
|
|
4、申请人分布分析
图3给出了电工钢专利申请人的区域分布图，其中，日本的专利申请共计338件，占据电工钢领域专利申请量榜首，中国申请人的专利申请共计183件，占专利申请总量的28.6%，排在第二位。可见，中国的电工钢技术已经奋起直追，发展势头迅猛，但是，专利申请数量仅为日本的54%，与之相比差距还很大。其他专利申请量较多的国家还包括韩国、美国、意大利等，这些国家的电工钢技术也都较为先进。
图3：申请人的区域分布
5、主要申请人分析
图4给出了主要申请人专利申请数量的分布情况。申请量排名前三的申请人为：川崎制铁（123件），新日铁（111件），日本钢管（53件），均为日本公司，体现了日本在电工钢领域的绝对领先地位。韩国浦项的申请量为44件，位列第四，说明韩国近年来在电工钢领域的投入较大，技术发展较快。中国的宝钢、鞍钢、首钢、武钢等紧随其后，并且北京科技大学、东北大学的专利申请量也较高，它们是中国重要的特钢技术科研单位。
图4：主要申请人的专利申请量分布
图5给出了川琦制铁、新日铁、日本钢管和宝钢的专利
申请量年度发展趋势。由图5可以看出，川琦制铁的专利申请量在前期整体呈上升趋势，1998年达到顶峰，之后专利申请量锐减，说明其电工钢领域的技术研究已经趋向成熟；新日铁的专利申请量在前期也呈增长趋势，1992年达到顶峰，之后开始下降，2003年之后，申请量锐减；日本钢管的专利申请量发展较为曲折，其峰值在1996年出现；宝钢自2002年开始申请涉及电工钢的专利，其后专利申请量稳步增长。可见，宝钢在电工钢领域的专利申请起步较晚，尤其是宝钢，在川琦制铁和新日铁等技术趋向成熟的时候，才开始涉入电工钢领域的研究，宝钢目前在电工钢领域仍然进行着频繁的科研工作。
图5：主要申请人专利申请年度分布
图6给出了各主要申请人的主要技术发展情况（图6纵坐标1-13分别代表：1-川崎制铁，2-新日铁，3-日本钢管，4-浦项，5-宝钢，6-蒂森，7-鞍钢，8-首钢，9-武钢，10-住友，11-攀钢，12-北京科技大学，13-东北大学），可以看出，添加合金元素、铸轧锻等热变形工艺的改进、热处理工艺的改进、微观结构改善是各主要申请人的主要研究方向。相对来说，川琦制铁、日本钢管的各主要技术发展较为平均，而新日铁、浦项等在添加合金元素方面尤为重视。中国在成型后的表面处理、夹杂物变性、减少夹杂、冶炼方法的改进等方面尤为欠缺，而电脉冲或电场磁场搅拌唯有中国鞍钢申请了相关专利。
图6：主要申请人主要技术发展情况
6、电工钢技术发展脉络
表2给出了电工钢的技术发展脉络情况，其依据冷轧无取向硅钢、冷轧取向硅钢、热轧高硅钢和热轧低硅钢这四大技术领域进行分析，所选取的文献都是这些技术领域被引证频次较高的专利技术文献。
表2：电工钢技术发展脉络
|
技术领域
|
年份
|
专利
|
|
冷轧无取向
|
1980
|
JP563625A
|
|
1981
|
JP5974258A
|
|
|
1987
|
JP1152239A
|
|
|
1993
|
JP6330338
|
|
|
冷轧取向
|
1981
|
JP5823414A；JP57207114A
|
|
1982
|
JP5931823A
|
|
|
1983
|
JP6092479A
|
|
|
1989
|
JP2258925A
|
|
|
1991
|
JP5125446A
|
|
|
1992
|
JP5302122A；JP6136445A；US5288736A
|
|
|
1993
|
JP8143970A
|
|
|
2005
|
CN1743127
|
|
|
热轧高硅
|
1980
|
US3855020A；US4116730
|
|
1984
|
JP61136612A
|
|
|
1992
|
JP612702A
|
|
|
1995
|
FR2731713
|
冷轧无取向硅钢方面，JP昭56-3625A通过控制钢板冷却速度和其后的退火以及控制添加剂来获得具有低矫顽力的高硅钢；JP昭59-74258A（川琦制铁）通过增大晶粒尺寸和减少杂质来改进无取向硅钢的铁损；JP平1-152239A（新日铁）通过夹杂物控制以及磁性退火来制备铁损性能优异的无取向硅钢。发展到1993年，JP特开平6-330338（新日铁）采用磷酸铝、胶体氧化硅、铬化合物等进行表面处理，获得优异的表面性能。
冷轧取向硅钢方面，JP昭58-23414A通过控制锡、锰、铜元素含量来制造铁损优异的取向硅钢；JP昭57-207114A采用控制B含量以及涂敷MgO绝缘膜的方法制备取向硅钢；JP昭59-31823A通过S、Se等结晶成长抑制剂来制备高磁通密度的取向硅钢；JP昭60-92479A（川琦制铁）采用镁橄榄石皮膜制备低铁损的取向硅钢；JP平2-258925A（新日铁）采用急速凝固法制备高磁通密度硅钢；JP特开平5-125446A（新日铁）通过退火调整结晶组织，制备高磁通密度硅钢；JP特开平5-302122A（新日铁）通过减少板厚、平滑表面、增加Al含量、控制N含量，制备磁性能优异的硅钢；JP特开平6-136445A（新日铁）采取了控制退火工艺、锡与铜含量等方法获得了高磁通密度的取向电工钢，其磁通密度B8不小于1.92T；US5288736A采取了控制Mn、S、Se含量等方法，制备的取向电工钢具有非常优越和更均匀的磁质量；JP特开平8-143970A（川琦制铁）采用了控制不同阶段氧化度的方法，制备的取向电工钢具有优异的涂层性能和磁性能；CN1743127A（东北大学）采用薄板坯连铸连轧的短流程生产取向硅钢，节省了板坯冷却过程、减少了烧损、降低了能耗、提高了生产效率。
热轧硅钢方面，US3855020A制备的硅钢的磁导率在10Oe时至少为1850G/Oe；US4116730（通用电气公司）采用含硼的氢氧化镁涂敷硅钢；JP昭6-1136612A添加并控制渣含量；JP特开平6-12702A制备了具有高硅外层的复合硅钢板；FR2731713（于西纳·萨西罗公司）引入了抑制Al、N、Mn、S和Cu并控制工艺温度的技术。
通过对上述专利申请的具体分析可以看出，电工钢领域主要研究集中在冷轧取向硅钢方面，其技术时间段主要集中在1981-1983年和1991-1993年，技术发展经历了两个阶段，时间差为10年左右。随着技术的成熟，电工钢已经进入了比较稳定的发展期，所以后续专利文献较少。
7、结语
（1）国内外差距。自1985年以来，电工钢专利申请量总体呈小幅度增长趋势。在电工钢专利申请中，日本专利申请量占总量的52.9%，在世界电工钢领域占绝对领先地位。日本的川崎制铁、新日铁和日本钢管公司在电工钢领域专利主要申请人中排在前三位，韩国浦项排在第四位，它们是中国钢铁行业从业人员应当密切关注的主要竞争对手。中国虽然已经逐渐在拉近与技术发达国家之间的差距，但与日本差距还很明显；宝钢集团在电工钢专利主要申请人中排在第五位，鞍钢、首钢、武钢等也都跻身前十位，不过这些国内企业的专利申请量还远远落后于日本的川崎制铁、新日铁等，并且起步也比较晚。另外，中国仅宝钢公司申请了4件PCT专利（即依据专利合作条约提出的专利申请），这方面与国外的差距尤大。
（2）目前技术热点。在电工钢专利申请中，以添加合金元素为主要技术手段的专利申请量总体呈增长趋势，并且明显高于涉及其他技术手段的专利申请量，说明该技术手段是电工钢领域最重要的技术手段，目前仍处于快速发展阶段。涉及铸轧锻等热变形工艺改进、热处理工艺改进的专利申请量紧随其后，并且涉及铸轧锻等热变形工艺改进的专利申请量增长明显，它们也是电工钢领域较受关注的技术手段，是从业人员广泛采用和进行研究的对象。相对而言，涉及其他技术手段的专利申请量较少，发展也不稳定，说明在电工钢技术改进过程中，这些技术手段的使用和研究较少。
（3）对策与建议。中国申请人应当密切关注电工钢行业主要申请人的专利发展动向，分析其技术热点和技术弱点，从技术上寻找突破口。同时，应当继续加大专利申请力度，尤其是加大向国外申请专利的力度，提高专利申请数量，争取以数量为突破口，与国外主要申请人在专利权保护上达成妥协，从而突破国外的专利壁垒，甚至建立专利反壁垒。另外，在提高数量的基础上，还应当尽量提高专利申请质量，中国申请人需要学会从技术改进中寻找发明点，善于挖掘核心专利，建立完整的专利地图，逐步削弱国外申请人的专利布局。
收稿时间：2012年7月
原文链接：http://1guigang.com/news/931.html，转载请注明出处~~~
