集裝箱貨船用止裂鋼專利分析

王 強

(冶金工業信息標準研究院信息研究所，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業的發展趨勢。以前，定制的集裝箱船每船1萬標箱左右，至2015年已達到每船1.8萬標箱。近年來，造船廠開始試制超過2萬標箱的超大型集裝箱船，這對支撐船體的鋼板性能提出了更高的要求，尤其是應用于船艙側圍處的鋼板，由于集裝箱的反復吊運，船板反復受力，需要有極強的韌性、止裂性，是應用于該類型船只最高等級產品。為保證船只運行安全，世界各大船級社于2014年增加止裂性能鋼板列為強制要求[1]。

目前，國內外先進鋼鐵公司都將船用止裂鋼作為戰略品種，已開發成功并商業化生產的廠家有 JFE、新日鐵住金、神戶制鋼、浦項制鐵、現代鋼鐵、鞍鋼。國內的寶鋼、南鋼等企業也開始了此類鋼的研究開發工作。

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相關專利179件，對檢索到的專利進行分析，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時間分布

圖1為集裝箱貨船用止裂鋼專利按申請時間分布趨勢。可以看到，集裝箱貨船用止裂鋼專利申請分為三個階段。

第一階段：1980-2005年，集裝箱貨船用止裂鋼年均專利申請量不超過6件，該階段為止裂鋼技術研究儲備期，參與的申請人均為日本鋼鐵企業，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，日本企業已經對止裂鋼進行了相關研究。

第二階段：2006-2008年，集裝箱貨船用止裂鋼專利申請量快速上升，其中2008年專利申請量達到了18件，這得益于日本開始進行止裂鋼專利標準化的工作。2009年9月，日本海事協會發布了“抗脆性裂紋設計指南”，規定當采用板厚50～75 mm的超厚鋼板時，為了避免甲板與艙口圍板之間裂紋傳播，除需要在結構上采取錯縫連接等措施外，還必須采用船體設計溫度-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、浦項制鐵憑借市場敏感性，申請了大量專利，搶在集裝箱貨船用止裂鋼強制使用標準通過前進行專利布局，搶占技術及市場高地。

第三階段：2009-2017年，集裝箱貨船用止裂鋼專利申請量有所下降，但也保持在年均申請量8件上下。該階段，集裝箱貨船用止裂鋼標準逐步完善。2013年1月，國際船級社協會通過了標準UR S33[2]，規定從2014年1月1日后簽訂合同的新建集裝箱船，甲板上部結構必須采用高止裂性鋼。該階段新進的專利申請人包括韓國現代鋼鐵、鞍鋼、南鋼等。

圖1 集裝箱貨船用止裂鋼專利按申請時間分布趨勢圖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人分布

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

圖2 集裝箱貨船用止裂鋼專利申請人排名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人之一，20世紀80年代即對止裂鋼有所研究，并且持續申請專利至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船板應用于三菱重工造船所。針對EH47母材的強度和韌性問題，新日鐵住金運用TMCP、HTYFF技術成功解決，提高了鋼板強度、韌性。2015年，新日鐵住金宣布開發了用于大型集裝箱船船體的新型厚鋼板，，用于集裝箱船結構上重要的開口部位如上甲板、艙口圍板等，鋼種的屈服強度為390 MPa，抗拉強度為510 MPa，最大板厚100 mm。該鋼種目前已獲得世界五大船級社之一的DNV-GL認證，于2016年1月以后實際應用于集裝箱船[3]。

JFE是日本第二大鋼鐵集團，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人之一，并且持續申請專利至2016年，專利申請高峰期為2006-2013年。2014年，JFE成功開發出大型集裝箱船甲板上部結構用高強度、高止裂厚板，板厚80 mm，屈服強度460 MPa級別，于2014年9月獲得日本海事協會的認證[4]。可以看到，國際船級社協會規定2014年以后新建集裝箱船甲板上部結構必須采用高止裂性鋼后，JFE緊跟形勢，根據先前積累的技術經驗，迅速開發出該鋼種，搶占市場高地，具有敏銳市場嗅覺。

神戶制鋼是日本第三大鋼鐵聯合企業，于20世紀80年代開始涉及集裝箱貨船用止裂鋼研究。神戶制鋼通過厚鋼板控制軋制條件最佳化，開發出Kca值大于6000 N/mm3/2的高止裂性鋼板，鋼材和焊接性能均達到了日本海事協會(NK)標準KE36的要求。

浦項制鐵是全球最大的鋼鐵制造廠商之一，于2007年開始申請有關集裝箱貨船用止裂鋼相關專利。2010年6月，浦項制鐵采用TMCP工藝開發了止裂鋼EH40。2014年12月，浦項制鐵聯合大宇造船海洋公司開發了最大厚度達100 mm的EH40厚板，并在全球最早獲得德國勞氏船級社(GL)的認證。2015年2月浦項制鐵開始向大宇造船海洋公司19200TEU級的集裝箱船供貨。

韓國現代鋼鐵公司于2014年開始正式開發集裝箱貨船用止裂鋼。為了提高韌性指標，現代鋼鐵公司在材料開發過程中采用了自主的HARP(Hyundai-steel Advanced Rolling Process，現代鋼鐵先進軋制工藝)技術，2015年10月成功開發了厚度為100 mm的EH40鋼板，并完成了認證，同時向造船企業供貨。

與國外申請人相比，我國在集裝箱貨船用止裂鋼研究方面起步較晚。2014年開始，中國的鞍鋼、寶鋼、沙鋼、南鋼、湘鋼等鋼鐵公司先后進行了超大型集裝箱船用高止裂鋼的研制開發[5]。其中，鞍鋼充分發揮新一代TMCP技術和5500 mm寬厚板生產線優勢，利用“超級控軋 超快冷”生產技術，生產出厚度90 mm及以下規格40 kg級、47 kg級止裂鋼，止裂性能處于行業領先水平，并順利通過七家船級社認證，成為國內首家大型集裝箱船用止裂鋼供貨企業。寶鋼研制開發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的控軋控冷TMCP工藝，得到具有止裂性能的多邊形鐵素體+針狀鐵素體組織，研制生產的最大厚度為90 mm的EH40、EH47鋼板的各項性能均滿足船級社對止裂鋼性能的要求。

2.3 集裝箱貨船用止裂鋼專利申請地區分布

圖3為集裝箱貨船用止裂鋼專利優先權國家地區排名。專利優先權國在一定程度上代表了技術輸出國。專利優先權國申請專利的多少一定程度上反映了該國家和地區的技術創新能力和活躍程度。

可以看到，集裝箱貨船用止裂鋼專利優先權國家排名第一為日本，專利申請量占比88%，遠超后面的韓國及中國。因此，集裝箱貨船用止裂鋼生產技術集中于日本，處于技術領先地位。

圖3 集裝箱貨船用止裂鋼專利優先權國家地區排名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家地區排名。專利保護具有地域性，只在授予國的法律有效管轄范圍內有效，對其他國家沒有任何法律約束力，每個國家所授予的專利權，其效力是互相獨立的。并且申請專利保護費用昂貴，申請程序復雜，因此只有具有市場開發前景的專利公司才有目的去申請。可以看到，集裝箱貨船用止裂鋼專利國家地區分布排名依次為日本、韓國、中國、歐盟等，涵蓋了目前世界上主要造船國家和地區。尤其是日本，為遏制競爭對手，通過強制標準以及專利占領了集裝箱貨船用止裂鋼技術及市場高點，打壓韓國、中國鋼企，使得日本在該領域處于領先地位。其中，在我國申請的70件止裂鋼專利中，絕大多數為日本企業申請，少量專利申請人為鞍鋼、南鋼等國內企業。可見，國外企業針對中國止裂鋼市場提前進行了專利技術布局，我國企業在止裂鋼標準及專利方面落后于國外企業。國外企業有可能通過強制標準及專利遏制中國止裂鋼產品在國內外的競爭力。

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

3 結語

集裝箱貨船用止裂鋼作為戰略鋼種，目前已成功開發并且商業化的廠家有新日鐵住金、JFE、神戶制鋼、浦項制鐵、現代鋼鐵、鞍鋼。日本及日本申請人通過強制標準以及專利占領了集裝箱貨船用止裂鋼技術及市場高點。與國外相比，我國在集裝箱貨船用止裂鋼研究方面起步較晚，在參與相關標準制定以及專利申請方面落后于日韓企業。