第三代汽车钢专利分析

□ 董 刚 齐殿威

一、技术背景

随着汽车先进高强钢生产工艺的改善和技术更新，现有汽车钢已划分为第一代、第二代和第三代。其中，中锰钢和Q&P钢作为第三代汽车钢，因其较好的力学性能，受到了各大汽车制造商的青睐。第一代先进汽车高强钢主要包括无间隙原子钢（IF）、高强度低合金钢（HSLA）、双相钢（DP）、相变诱发塑性钢（TRIP）和马氏体钢等钢种，其强塑积为10～20GPa·%。第一代先进汽车高强钢已经可以应用于汽车工业。第二代先进汽车高强钢具有较高的合金元素添加，如添加较高比例锰元素的孪晶诱发塑性钢（TWIP）。第二代先进高强钢的织构基本为全奥氏体组织，强塑积往往在50GPa·%以上。由于第二代先进汽车高强钢添加了较高比例的合金元素，并且需要复杂的处理工艺，因此第二代先进汽车高强钢成本较高，其应用受到了一定限制。第三代先进高强钢织构基本是一种以贝氏体、马氏体或兼而有之的高强度相为基体，以残余奥氏体、少量铁素体为韧性相，强塑积在20～40GPa·%的多相钢，具有多相、亚稳和多尺度的精细组织。

相对于第二代先进汽车高强钢，第三代先进汽车高强钢的目标是降低合金添加量以降低成本，获得较高强塑积及良好成型性的先进汽车高强钢，从而满足汽车工业的需求。目前认为，中锰钢是第三代先进汽车高强钢的重要发展方向。

第三代汽车钢是2007年由美国科学家首先提出开发的，这类钢材性能和成本介于第一代和第二代汽车钢之间，强度高、可塑性强，性价比更易被企业接受。第三代汽车钢，是指轻量化和安全性指标高于第一代汽车钢、生产成本又低于第二代汽车钢的高强高塑钢，主要通过多相、亚稳和多尺度的组织精细调控获得，其强塑积一般为30GPa·%以上，伸长率35%以上，强度900MPa以上。本文根据检索到的专利情况，将强度为780MPa、880MPa、980MPa、1 180MPa及以上级别，强塑积在25～45GPa·%，伸长率在24%～51%的汽车用钢统称为第三代汽车钢。

二、专利概况

1.专利地域分布

2008—2017年在全世界公开的第三代汽车钢专利共涉及5个国家和组织，包括中国（CN）30件、日本（JP）26件、韩国（KR）8件、世界知识产权组织（WIPO）28件及美国（US）1件。在这些国家和组织中，以在中国、日本、世界知识产权组织公开的专利为主，其公开专利合计84件，占全部公开的第三代汽车钢专利总数的90.32%。

2.主要申请人公开专利情况

2008—2017年全世界公开的第三代汽车钢专利共涉及国内外申请人21个，以钢铁公司和大学为主，其中国外申请人5个，国内申请人16个，详见图1。

图1 2008—2017年第三代汽车钢专利主要申请人的专利数量分布

由图1可知，国外以JFE、神户制钢、新日铁住金及浦项为主的申请人在申请公开专利数量上位居前列，尤其是JFE和神户制钢最近2年对第三代汽车钢的研发数量突飞猛进。国内申请人以北京科技大学和东北大学为主，其次是鞍钢和武钢，但从数量看，均无法与国外申请人相提并论。尤其是虽然申请人很多，但有关第三代汽车钢的研发十分零散，没有形成规模，申请公开第三代汽车钢专利仅为1件的申请人多达11家。从钢铁企业看，武钢近2年没有公开有关第三代汽车钢研发进展方面的专利。

此外，从研读专利过程中发现，JFE、神户制钢等国外公司非常注重国际专利的申请。从2016—2017年公开的专利看，JFE申请公开PCT国际专利19件，神户制钢6件，浦项1件。截至2017年，尚未有国内申请人申请过国际专利。

三、第三代汽车钢专利技术分析

1.抗拉强度780MPa的第三代汽车钢专利技术

国内外申请人申请公开的抗拉强度为780MPa的第三代汽车钢板专利有：WO2016093598A，申请人浦项；CN201710598094，申请人首钢；JP2017145466A，申请人新日铁住金；CN201610867413，申请人马钢。

2.抗拉强度880MPa的第三代汽车钢专利技术

国内外申请人申请公开的抗拉强度为880MPa的第三代汽车钢板专利有：CN201610058165，申请人河北钢铁；WO2017141588A和WO2017141587A，申请人JFE；WO2017141740A，申请人神户制钢；KR2016078839A，申请人浦项。

3.抗拉强度980MPa的第三代汽车钢专利技术

抗拉强度为980MPa的第三代汽车钢专利主要由国外申请人，特别是神户制钢和JFE申请公开，这2个申请人基本以抗拉强度980MPa以上级别的专利为主，具体为：WO2017154401A，申请人JFE；JP2016028172A，申请人新日铁住金；WO2016136625A，申请人神户制钢；KR1736635B1，申请人浦项；CN201610784977，申请人内蒙古科技大学；CN201710660260，申请人鞍钢（攀钢集团）。

4.抗拉强度1 180MPa及以上级别的第三代汽车钢专利技术

公开的抗拉强度为1 180MPa及以上级别第三代汽车钢专利涉及到的国内外申请人较为分散，尚未形成一家独大的局面。国内有山东建筑大学、上海交通大学、东北大学及宝山钢铁股份有限公司等。国外有新日铁住金、JFE和神户制钢等。具体为：CN201710207367，申请人山东建筑大学；CN201510730748，申请人上海交通大学；CN201710786424，申请人东北大学；CN201610601222，申请人宝钢；JP2017145469，申请人新日铁住金；WO2017141953A ，申请人JFE；JP2016050337A，申请人神户制钢。

从以上这些热轧板、冷轧板及镀锌板专利技术要点、工艺参数和效果来看，具有以下特点：

（1）热轧板的成分设计中对碳含量限定基本在0.15%～0.30%，而对锰含量限定范围各专利之间差异较大，含量范围低至1.80%～3.50%，最高3.00%～8.00%。此外，有部分热轧板专利要求添加铬、钼、硼、铜、镍、铌、硅、钒、钙和镁等多种合金化元素1种以上，但也有个别热轧钢板专利没有明确规定添加何种合金元素，但均对其他关键元素硅、酸溶铝、磷、氮、硫的含量范围进行了限定。

（2）冷轧板成分方案中碳、锰、硅、酸溶铝元素含量限定范围与热轧板类似，但武钢公开的专利中将锰含量增至7.00%～11.00%的高限范围，在国内外申请人中较为特殊。

（3）开发的镀层用专利钢的成分设计方案相对最为复杂，部分专利所提及的成分达20多种，并提供几组合金元素添加方案。

（4）有些专利钢可同时提供热轧板、冷轧板和镀层板，其成分设计中的主要成分碳、硅、锰、磷、硫和酸溶铝含量大同小异，但添加的合金化元素有所不同，有的专利限于添加铬、钙和硼等合金元素，有的专利限于添加锑、锡、钽、钙、镁、REM等合金元素。

（5）典型第三代汽车钢组织一般由马氏体、残余奥氏体及少量铁素体构成，但浦项公开专利中第三代钢以回火马氏体、贝氏体、铁素体及马氏体为主，比较特殊。

四、结论

截至目前，世界各大钢铁企业、大学、科研机构对第三代汽车钢已经进行了10多年的研究开发，不过仅就专利研发势头看，专利申请人主要集中在日本JFE、神户制钢和新日铁等钢铁企业，特别是自2016年以来已在专利数量上逐渐形成垄断之势，JFE和神户近2年专利数量增幅巨大。相较而言，国内除个别大学对第三代汽车钢研究相对活跃，其他申请人从公开的专利数量看，显得不积极，申请人也十分分散。在国内，北京科技大学和东北大学对第三代汽车钢的研究最为突出。国外则以日本几家世界著名的钢铁企业为主，其中神户和JFE公司都以研发抗拉强度在980MP以上级别的技术领域为主，且都以申请PCT国际专利为主。随着各申请人对第三代汽车钢的深入研究和开发，可以预见，该钢的力学性能、可镀性、表面质量等各项指标的综合性能会越来越稳定。以汽车轻量化、低成本、安全为目的而开发的、具有较好综合力学性能的第三代汽车钢也许将会逐渐成为汽车用钢的主力军。