全球連續鍍鋅專利技術發展態勢分析

1.前言

鋼材產品的防腐蝕問題一直是鋼鐵企業最為關注的。隨著社會經濟的不斷發展，我國對高質量鋼材產品的需求不斷增加[1]。熱鍍鋅作為鋼鐵的覆蓋保護材料越來越受到重視，熱鍍鋅鋼板作為防腐鍍層產品，在建筑、家電、汽車等領域的應用不斷擴大，是國民經濟建設中常用、基礎、節能環保的循環經濟用材。鋼帶連續熱鍍鋅工藝歷經五十年的發展，已成為一種工藝成熟、技術先進的工業技術，至今，鍍鋅仍是鋼材防腐蝕方法中應用最普遍、最有效的工藝措施。

本文通過收集、分析國內外連續鍍鋅鋼板帶方面的發明專利（數據來源：Derwent Innovations Index），應用Thomson Data Analyzer（TDA）、INNOGRAPHY等主流分析軟件，對宏觀研發態勢（包括主要國家和地區的專利申請情況、主要研發方向等）、中觀布局（包括主要企業的專利申請情況、主要研發方向、專利布局動向等）、微觀研發（包括主要的鍍鋅工藝技術研發方向與熱點研發方向等）進行分析，同時對全球范圍內連續鍍鋅鋼的核心技術及其布局以及產業走向進行分析，以期為國內連續鍍鋅技術研發及產業化布局提供參考。

2.全球鍍鋅技術總體發展態勢

2.1 全球連續鍍鋅技術主要研發國家

分析相關專利數據得知，從上世紀70年代就有相關鍍鋅技術研發并進行了專利申請，截至2017年底，全球連續鍍鋅技術專利達到3500余件，從圖1可以看出，上世紀80年代末連續鍍鋅專利申請急劇上升，直到本世紀初發展相對均衡，2014年專利申請158件為歷年最高。

圖1 1973-2017年連續鍍鋅技術專利年際變化 件

分析連續鍍鋅技術主要研發國家，其專利主要集中在日本、韓國和中國，分別占全部專利的77%、11%和9%。早在上世紀80年代，日本就針對鍍鋅鋼開展了相關研發工作，90年代初快速發展，并一直保持很高的專利技術產出；韓國從上世紀90年代初開始有少量專利技術產出，在2010年達到峰值；世界其他國家只有極少量的專利研發。中國連續鍍鋅專利技術產出主要集中在2005年以來，2013年達到峰值，2013-2017年中國專利產出穩定在40件-60件，2016年開始趕超日本。

2.2 全球連續鍍鋅技術主要研發企業

分析連續鍍鋅技術主要研發企業，其專利主要集中在新日鐵（1338件）、JFE（1074件）、浦項（280件）、神戶制鋼（212件）、中國寶武（88件）、鞍鋼集團（50件）、現代鋼鐵（47件）、河鋼唐鋼（31件）、首鋼集團（29件）、安賽樂米塔爾（25件）等企業。

連續鍍鋅鋼專利技術研發方向主要分布在鍍層、基板以及處理工藝技術等方面，其中鍍層主要包括鋅基合金和鍍鋅、鍍鋅板帶材、鍍鋅薄板材等，基板主要包括合金鋼基體、薄板材、鋁合金材料、錳合金鋼、硅合金鋼等，工藝主要包括多層鍍覆、加熱后處理技術、待鍍材料前處理技術、熱鍍后處理技術等。見圖2。

圖2 主要技術研發方向的專利申請數量對比圖

新日鐵以鐵或合金鋼為基體的鍍鋅工藝技術為主，其次是熱鍍的后處理技術和多鍍層技術、薄板帶材的鍍鋅工藝（C21D-002/46）以及熱鍍前預處理工藝技術，其它工藝技術也均有不同程度的研發。

JFE主要以鎳基合金或鍍鋅技術、合金鋼為基體鍍鋅技術、多層鍍覆技術為主，此外還包括加熱后處理技術、薄板材熱處理技術、板帶材鍍鋅技術、待鍍材料前處理技術等。

近幾年，中國寶武持續加大連續鍍鋅鋼專利技術研發，并于2015年達到峰值27件專利，其研發方向主要包括用鋅或鎘或其合金為鍍覆材料的熱浸鍍工藝、板帶熱處理工藝以及基體為鋁合金或錳合金鋼或硅合金鋼的鍍鋅工藝等。

工藝方面的主要研發企業是新日鐵、JFE、神戶制鋼等，大部分為日本鋼鐵企業，幾乎囊括了連續鍍鋅線所有環節的關鍵技術點。

鍍鋅基體材料的主要研發企業同樣是新日鐵、JFE和神戶制鋼等日本鋼鐵企業，基體材料部分的專利技術涵蓋了大部分鋼鐵材料。

3.全球連續鍍鋅核心技術發展態勢

通過INNOGRAPHY專利強度、DII數據庫專利高被引頻次等指標篩選出連續鍍鋅技術核心專利154條，主要集中在日本（140件，占比91%）、韓國（5件，3.2%）、中國（3件，2%）、德國（2件，1.3%）等，核心專利研發企業主要是JFE（67件）、新日鐵（66件），其它占比較小的研發公司還包括浦項、神戶制鋼、安賽樂米塔爾、蒂森克虜伯等鋼鐵公司。

從上世紀70年代末到90年代末，每年核心專利數量產出保持在1件-4件，本世紀初，核心專利數量驟增，一直持續到2017年，每年核心專利數量保持在4件-11件。

連續鍍鋅核心專利技術主要集中在待鍍基體材料的生產（合金鋼、低合金鋼、硅合金鋼、高強鋼、錳合金鋼等）、鍍覆工藝技術（多鍍層技術、熱處理技術、后處理技術、酸洗技術等）。

鍍鋅鋼板或鋼帶產品廣泛用于輕工、家電、汽車和建筑工業。在建筑工業中，用于各類工業及民用建筑的輕鋼龍骨、建筑層面板、瓦楞板、卷簾門等；在家電和輕工業方面，用于各類家用電器的外殼和底板；在汽車工業中，用于汽車車體的、外殼、內板、底板等[2]。根據用途的不同對鍍鋅板的性能要求也不同，一般在建筑工業、家電和輕工業的使用中要求熱鍍鋅產品具有高強度、耐腐蝕性、成形性等，而用于汽車行業的鍍鋅板性能要求較高，一般以防腐蝕為目標，并綜合考慮焊接性、涂敷性和成型性等性能，另外，鋼板表面的軋制質量，熱鍍鋅鍍層厚度的均勻性，合金化的最佳結構及工藝控制等一系列技術，也是汽車板一個重要指標。

連續鍍鋅核心專利技術主要研究方向就是為了提高熱鍍鋅板的各種性能指標，以滿足各行業的使用要求。連續鍍鋅技術研發人員一般通過調整待鍍材料成分含量、添加合金元素、調整煉鋼工藝參數、調整軋制工藝參數等，在熱鍍鋅線通過調整或添加鍍層合金元素、鍍覆工藝等生產出符合要求的熱鍍鋅鋼板或鋼帶，如為得到以彎曲性及拉伸凸緣成形性為代表的鋼板的成形性和耐疲勞特性、焊接性、耐腐蝕性及鍍覆密合性優異的高強度熱浸鍍鋅鋼板[3]，通過將鋼板的顯微組織控制在適當的組織分率而改善了拉伸凸緣性（擴孔性）；為了制造含Mn的表面外觀優良，且鍍層的密合性優良的高強度鍍鋅鋼板，通過多道熱處理程序中溫度和時間的控制后進行進行輕度軋制，在鋅浴中控制合金成分的含量來實現；調整Al含量占比，增加α-Al相的枝晶部分層疊量，從而使腐蝕越不易容易地到達基底鋼板，因此耐腐蝕性提高等。因此，對連續鍍鋅技術核心專利的研究對國內鋼鐵公司提高其產品質量至關重要。

4.連續鍍鋅技術在華專利態勢分析

在華申請連續鍍鋅專利技術的主要國家包括日本（359件，占在華申請專利的46%）、中國（323件，占42%）、韓國（48件，占6%）等，其他國家申請量較小。主要企業包括JFE（197件）、新日鐵（137件）、中國寶武（88件）、鞍鋼集團（50件）等，2014年以來，中國寶武、鞍鋼集團專利申請量明顯加快，2016年開始占據了在華專利申請的主導地位。

在華專利技術主要集中在熱鍍、涂層、雙相鋼、成形性、冷軋、強度、耐腐蝕、抗拉強度、聚碳酸樹脂等幾個方向上。其中新日鐵在華專利集中在熱鍍、高強度、耐腐蝕等方面，JFE在華專利集中在熱處理、高強度、有機膜等方面。

連續鍍鋅專利技術在中國區域研發力排行依次為湖北、江蘇、河北、北京、四川、遼寧、上海、山東、浙江、安徽等，發明專利約占到97%。

5.結語

基于環境效應和可持續發展，經濟的發展和科技的進步，鋼板及鋼帶連續鍍鋅技術將越來越多的應用于鋼鐵材料的防護，鋼鐵制件鍍鋅鍍層在性能上需具有高耐腐燭性、強粘附性和均勻光滑的外觀質量，而通過向鋅鍍層中添加合金元素、調整工藝參數、改變鍍覆工藝等措施不僅能提高鍍件質量，還可降低生產成本。因此連續熱鍍鋅合金技術的開發、合金元素的添加一直都是連續熱鍍鋅研究的熱點。從連續鍍鋅合金的發展趨勢看，粘附性好、加工成型性好、耐蝕性強、生產成本低、符合環保要求的合金系列將是連續熱鍍鋅的主要發展方向。