高硅钢专利技术分析

陈安邦

【摘 要】本文主要以硅钢特别是高硅钢的相关专利申请作为研究对象，对其国内专利申请进行了统计和分析，包括申请量趋势、申请国别分布、主要申请人、专利技术分支、重要申请人主要技术分布，通过上述分析，总结了高硅钢片领域的专利技术发展情况，从而为高硅钢片的技术改进以及专利审查提供参考。本文通过在CNABS专利数据库中对硅钢进行检索抽样的文献为基础，对硅钢片特别是高硅钢技术方向的专利申请进行了分析和梳理。

【关键词】硅钢;高硅钢;专利;发展脉络

一、硅钢片的技术概况

硅钢因具备低成本、低损耗、易于制备便携等诸多的优势而被广泛应用于各种发电机、电动机、变压器、互感器、继电器以及其它电器仪表的铁芯[1，2，3]。相较于传统的硅钢片，高硅钢片具有进一步的优势，其不仅随着硅含量的增加磁导率得到增强，而且磁滞损耗大为降低。Fe-6.5%Si高硅钢片是制作低噪音、低铁损的理想铁芯材料，尤其在当前国家提倡节能减排、可持续发展的背景下，对Fe-6.5%Si的研究受到广泛关注，同时也为硅钢片的研究提供了新的方向[1-7]。

二、高硅钢专利技术概况

通过硅钢片技术方向专利的检索、标引和梳理可以得到硅钢片的申请量变化和技术研发方向的技术分支。国内硅钢片的技术的专利申请始于1985年，总的申请量在2015年后申请量开始迅速的增长，在1985-2015年，该技术方向的专利申请总体缓慢增长。近年的硅钢片领域专利申请量的增长主要是由于高硅钢的工业化生产技术得到了充分的发展使得硅钢技术重新成为广受关注的焦点。

硅钢片专利技术涉及的一级技术分支包括硅钢片和高硅钢片，一级分支均包括制备方法、轧制手段、表面处理方法和成品加工技术。其中涉及高硅钢和普通硅钢两个方面的专利申请分别占总申请量的18%和82%。对于高硅钢片专利申请，来自国内、日本、韩国的分别占总申请量的58%、29%、13%。其中国内的申请人有中南大学、武汉钢铁有限公司及其他科研院校，申请年份都在2015年以后。国外申请人有新日本制铁株式会社、POSCO公司杰富意钢铁株式会社、川崎制铁株式会社等公司。

其中，申请高硅钢专利最多的申请人中南大学的专利技术集中在高硅钢的烧结制备方法上，其工艺由于采用了先压制成型后烧结的方式，不需要与其他制备方法一样进行轧制即可生产。而最先申请高硅钢专利的杰富意钢铁株式会社、POSCO、新日本制铁株式会社等企业的高硅钢技术均集中在通过合金改性制备高硅钢，以及通过扩渗法制备高硅钢。从中南大学和国内科研院校的专利申请技术分布来看，国内高校是对高硅钢制备研究方向最广泛的群体。

三、高硅钢的专利技术发展概览

从采集的专利分析样本中，可以进一步得到国内的高硅钢技术发展脉络。

对于国外申请人：1997年杰富意钢铁株式会社与川崎制铁株式会社先后在中国申请了申请号为CN97125289、CN97126080的专利，并且两份专利均保护Si含量1.5-7.0wt%的硅钢，其中包含了Si6.5 wt%左右的高硅钢;其方法都是通过添加Mn等合金元素的抑制剂作用并通过退火处理得到高硅钢成品。2003年杰富意钢铁株式会社在上述专利的基础上，开发了通过多种合金元素添加后制备高硅钢的技术，并申请了中国专利，形成专利保护树。同时新日本制铁株式会社于2002年也申请了通过添加Mn、Al、S等抑制剂和合金元素制备得到高硅钢成品的专利CN02814192，并且以此为基础于2007年、2010年更进一步申请了脱碳退火以进行二次结晶的专利CN200780018947、CN200780014827、CN201080032211。2012年韩国POSCO公司申请了类似的通过添加Al、N合金元素制备得到了高硅钢的专利CN201280062641;2013年进一步申请了通过在上述专利技术基础上添加适量的Cr元素以获得软质高硅钢的专利CN201380081868，并且在2015年申请了通过在高硅钢表面MnZnNiFe类软磁铁氧体层制备高频区的磁性得到巨大改善的高硅钢板的专利CN201580066230。

对于国内申请人：2008年南京理工大学申请了定向退火（区域退火）以制备具有柱状晶显微结构和明显晶体学织构的取向的高硅钢专利CN200810122839。2014年东北大学申请了通过抑制剂和合金元素的添加制备高硅钢的专利CN201410505834。2015年武汉钢铁申请了不添加其他合金元素仅通过更高温度熔炼并速凝的方式制备得到高硅钢成品的专利CN201510182707，并于2017年申请了通过添加合金元素和抑制剂熔炼后制粉、钝化、包覆、压制和热处理得到高硅钢粉芯的专利CN201710295210。2016年，安徽工业大学申请了通过采用包埋渗硅-氧化-绝缘包覆-烧结的工艺制备高电阻、耐热性好的高硅钢铁芯的专利CN201611214872;杰富意钢铁株式会社申请了通过连续渗硅处理的高硅钢带的制造方法的专利CN201680051507，以及在Mn、Al等合金元素和抑制剂添加的同时通过控制晶界的氧浓度以得到良好的冲压加工性的高硅钢材料的专利CN201680053656;安徽信息工程学院申请了通过添加In、Sn、Au和B等合金元素和通过Si、Be和Pm阻止热处理中晶粒的长大、并通过速凝的方法制备得到高硅钢的专利CN201710835466。2017年北京科技大学申请了将添加B元素的高硅钢母合金重熔-速凝甩带-涂覆绝缘和热处理得到Fe-6.5wt%Si-B合金薄带产品的专利CN201710255719;中南大学申请了通过添加Mn、P、S等合金元素和抑制剂通过轧制成坯后烧结的方法制备Fe-6.5%Si软磁材料薄带材的系列专利申请CN201711367238。

由此可见，我国的早期高硅钢专利的大部分申请人都是日、韩企业。但是通过近年的发展，我国的高硅钢技术水平已经从落后的局面，逐步追上国外发达国家的水平。从最开始的简单的添加合金元素熔炼工艺，发展出了硅扩渗和烧结等其他工艺，烧结工艺中还发展出了对粉末的包覆以及改性工艺，合金元素熔炼工艺中也逐步发掘出了各种元素添加所带来的影响。除此之外，硅钢技术领域的表面处理工艺也发展出了固溶、覆膜、以及刻蚀等工艺。

四、总结

硅钢是应用相当广泛的重要的软磁材料，其中的高硅钢产品由于其优异的磁性能，目前受到了广泛的关注和研究。通过专利技术分析可知，未来的高硅钢的制造工艺，应当继续注重生产效率、材料性能、能耗比等方面的提高，以及对成本的削减，并在以上技术方向进行进一步的技术改进和研发。

【参考文献】

[1] 林均品等，6.5wt%Si 高硅钢冷轧薄板制备工艺、结构和性能[J].前沿科学，2007，（2）：13-26.

[2] 蔡千华等，含硅6.5%高硅钢板在高速电机中的应用[J].中小型电机，1994，21（1）：60-62.

[3] 吴朝阳等，含核壳异质结构6.5% Si 高硅钢铁芯的制备与磁性能[J].功能材料，2013，44（10）：1431-1436.

[4] 王成全等，Fe 6. 5%Si 高硅钢凝固过程铁素体相生长行为原位观察[J].宝钢技术，2016， （1）：14-22.

[5] 储双杰等，合金元素對硅钢性能的影响[J].特殊钢，1998，19（1）：7-12.

[6] 秦镜，轧制法制备低铁损高磁感高硅钢及其涂层研究，博士学位论文，北京科技大学，2015年12月.

[7] 张瑞琦，取向高硅钢薄带冷轧和退火过程中的组织及结构演变，硕士学位论文，东北大学，2014年6月.