低溫壓力容器用鋼領域國內外專利技術分析

章 平 辛彩萍

（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南 鄭州 450002）

低溫壓力容器用鋼領域國內外專利技術分析

章 平 辛彩萍

（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南 鄭州 450002）

本文以低溫壓力容器用鋼專利作為分析對象，對該行業的專利技術進行研究，梳理了低溫壓力容器用鋼重要專利申請人的技術路線，對國內企業的生產、研發工作具有一定的指導意義，并有助于其在新興的HIC、CTOD等研究熱點領域進行專利布局。

低溫壓力容器用鋼；新日鐵；神戶制鋼；專利分析

Abstract:This paper analyzed patents on steels used for low temperature pressure vessels and researched on the re?lating technology in the patents.Technical routes of important applicants have been clarified,which is of significance to the production,research and development of the domestic enterprise,and help them make patent strategies in the hotspots,such as HIC and CTOD.

Keywords:low temperature pressure vessel steel;NIPPON;KOBE;patent analysis

壓力容器通常指最高允許工作壓力（maximum allow?able working pressure）≥0.1MPa的容器[1]。GB150.3-2011《壓力容器》附錄E[2]中規定：設計溫度低于或等于-20℃的鋼制壓力容器為低溫壓力容器。隨著液氮、液氧、液氫、液氫、液氦、液化天然氣等低溫液體的廣泛應用，低溫壓力容器用鋼在煉油、石油、化工、核工業以及民用天然氣、液化氣等領域得到廣泛應用。

國內低溫壓力容器用鋼生產企業與國外先進企業相比仍存在較大差距，主要表現在：高級別低溫壓力容器鋼板探傷合格率偏低；HAZ低溫韌性壓力容器用鋼開發較慢；生產成本較高；低溫韌性用鋼性能相差較遠。

1 低溫壓力容器用鋼專利申請狀況

本文以數據庫（DWPI）中截止到2016年6月1日已經收錄的公開專利數據為基礎。經檢索，低溫壓力容器用鋼的申請共計162件，其中國內申請為48件，國外申請為114件。圖1給出了低溫壓力容器用鋼領域專利申請量的發展趨勢，低溫壓力容器用鋼相關專利申請自1970年開始，在1970-1996年間，專利申請量較少，年申請量一般為0-2件；1997年起，隨著液氮、液氧、液氫、液氫、液氦、液化天然氣等低溫液體的廣泛應用，相關專利申請量明顯上升，該領域專利申請及布局逐漸活躍。

對申請人進行統計，其中新日鐵住金株式會社申請量最大，達到38篇，其次為杰富意（JFE）鋼鐵株式會社，共25篇；第三為浦項制鐵（POSCO），共19篇；第四為株式會社神戶制鋼所，共14篇；國內申請量較大的為寶山鋼鐵股份有限公司以及舞陽鋼鐵有限責任公司，分別為14篇和11篇，具體如圖2。由此可見，日本在壓力容器用鋼板低溫韌性研究方面處于世界領先水平，如果我國想在壓力容器應鋼板產業有較快發展，可以重點研究日本在壓力容器用鋼板領域的技術。

圖1 低溫壓力容器用鋼專利申請量年度分布

圖2 低溫壓力容器全球主要申請人排名

2 重要申請人的技術路線

下面重點就申請量較大的新日鐵住金株式會社和株式會社神戶制鋼所的專利申請情況，分析其技術發展路線。對以上兩者的技術發展路線進行研究對國內企業的生產、研發工作具有很高的指導性意義。

2.1 新日鐵住金株式會社技術發展路線

如圖3，通過對新日鐵從1984年到2014年在低溫壓力容器用鋼領域的研究路線進行分析，發現，早期（80年代以前），新日鐵主要通過控制鋼中Ni、Mo、N、Al等成分，同時結合淬火和回火等熱處理工藝，以提高鋼板的強度和低溫韌性；中期（80年代初-90年代中期），新日鐵開始采用控制控冷的軋制工藝，同時控制Ti、Nb、Ca、O等元素含量，結合回火等熱處理工藝，使鋼板強度和低溫韌性得到進一步提升。

到90年代末期至2003年，新日鐵在此期間申請了大量專利，主要集中于通過晶粒細化以提高鋼板強度，同時省去熱處理工藝以降低生產成本，繼續采用兩階段控軋控冷的工藝，使鋼板抗拉強度最高可提升至1 000MPa，VTrs達到-160℃，組織晶粒粒徑在5μm以下。

從2004年至今，控軋控冷工藝趨于成熟，新日鐵主要研究思路轉為控制單一元素含量，尤其是Ni元素含量。早在80年代初期，申請人就發現了在此類鋼中Ni對基體材料和焊接熱影響區的低溫韌性有著重要的影響，申請人通過研究，將Ni含量由早期的10%左右降低至5%以下，并結合控軋控冷和高溫回火的熱處理工藝，使鋼板抗拉強度保持在850MPa以上，且還保證了優異的低溫韌性（-70℃母材沖擊功150J以上）。鋼板強度及低溫韌性的提高、組織晶粒度細化、HAZ韌性的提高將仍是新日鐵的重點研究方向。

2.2 株式會社神戶制鋼所技術發展路線

株式會社神戶制鋼所對低溫壓力容器用鋼的研究主要集中在SR處理后強度和低溫韌性的改善。如圖4，在上世紀80年代至90年代，其主要通過降低C含量和sol.Al含量，同時采用B、Cr、Cu、Ni、V以提高鋼板強度和低溫韌性，鋼板抗拉強度在500-700MPa，0℃下沖擊功＞200J。

圖3 新日鐵住金株式會社技術發展路線

在2000-2010年期間，株式會社神戶制鋼所主要通過控制合金元素含量使SR處理后的位錯密度確保在規定值以上，以抑制SR處理后的強度降低，同時通過控制碳當量（Ceq）以及SR處理的溫度和時間以改善鋼板焊接低溫韌性，鋼板厚度最高可達80mm，且-46℃沖擊功達到55-150J。

圖4 株式會社神戶制鋼所技術發展路線

最近幾年（2011年至今），株式會社神戶制鋼所主要通過控制C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo含量，并控制當量圓直徑碳化物的尺寸和面積分率，使鋼板強度、落錘沖擊性和低溫韌性得到進一步提升，其鋼板強度達到700-900MPa，且-74℃沖擊功達到70-250J。由此可見，株式會社神戶制鋼所的研究基本都集中在通過對鋼板成分的控制以改善SR處理后的強度、低溫韌性和落錘特性。

3 國內外專利申請研究熱點及分析

低溫壓力容器用鋼主要關注的性能及指標一般包括HAZ低溫韌性、HIC、CTOD、細化晶粒、控制成本等。對檢索、篩選出的國內外專利進行分析，獲得國內外低溫壓力容器用鋼的研究熱點。如圖5、圖6所示，國內相關研究主要在于細化晶粒與控制成本；而國外相關研究主要在于HAZ低溫韌性的研究。

結合國內外低溫壓力容器用鋼的發展現狀，國內在低溫壓力容器用鋼領域的研究相對于國外公司存在較大差距。細化晶粒是國內企業提高低溫壓力容器用鋼低溫韌性與強度的主要方式，為達到晶粒細化的效果，往往需要添加較多合金元素，導致鋼材成本大幅提高，因而控制成本成為另一研究熱點。

圖5 國內專利申請研究熱點

圖6 國外專利申請研究熱點

反觀國外專利申請，其研究熱點長期集中于HAZ低溫韌性。領域內所公知的，壓力容器用鋼在制成壓力容器時主要采用焊接作為連接手段，鋼板在焊接后由于焊縫組織的冷卻過程難以精確控制，導致HAZ力學性能、耐蝕性、耐疲勞性。低溫韌性等不穩定，容易成為壓力容器鋼材失效的起點。包括日本等鋼鐵強國在內的國外相關專利將研究熱點長期集中于HAZ低溫韌性的研究，積累了大量的實驗數據及研究成果，可供國內企業分析研究。

在相關數據分析過程中發現，近年來，新日鐵(NIP?PON)、JFE等企業開始關注低溫壓力容器用鋼的HIC、CTOD性能，但其相關的專利申請量尚處于較低水平。低溫壓力容器用鋼領域國內企業可針對新興的HIC、CTOD等研究熱點進行相關實驗研究工作，并盡早完成專利布局，作為與國外企業競爭的籌碼。

4 結語

低溫壓力容器用鋼在近些年得到越來越廣泛的應用，對該領域專利進行分析能夠較好的反應該行業的發展狀況。新日鐵和神戶制鋼所為該領域專利申請量較大的公司，分析兩者的技術發展路線，對國內企業的生產、研發工作具有一定的指導性意義，并有助于其在新興的HIC、CTOD等研究熱點領域進行專利布局。

［1］石莉.亞溫正火對A516壓力容器力學性能和焊接性能的影響［D］.沈陽：東北大學，2013.

［2］GB150-2011.壓力容器［S］.北京：中國國家標準化管理委員會，2011.

Patent Analysis of Steels Used for Low Temperature Pressure Vessel at Home and Abroad

Zhang Ping Xin Caiping
(Patent Examination Cooperation Henan Center of The Patent Office,SIPO,Zhengzhou Henan 450002)

TH49

A

1003-5168（2017）03-0054-03

2017-2-25

章平（1988-），男，碩士，研究方向：發明專利實質審查工作；辛彩萍（1990-），女，碩士，研究方向：發明專利實質審查工作（等同于第一作者）。