摘要：采用Orbit 專利分析平臺，對鋅鋁鎂鍍層鋼板領域全球專利發(fā)展趨勢、主要國家及重點創(chuàng)新機構的專利布局和技術領域研發(fā)進行了分析。對20 年來全球鋅鋁鎂鍍層鋼板領域重要專利及技術發(fā)展趨勢進行了梳理，對國外知名鋼鐵企業(yè)鋅鋁鎂鍍層鋼板最新專利技術趨勢進行了剖析。國外鋼鐵企業(yè)在中國申請公開鋅鋁鎂鍍層鋼板專利較多集中在日新制鋼、新日鐵住金、JFE公司。

　　關鍵詞：鋅鋁鎂鍍層鋼板；專利技術；專利分

　　隨著汽車在節(jié)能、環(huán)保和安全性等方面的要求不斷提高，必須保證其在服役期內鋼鐵材料不被嚴重腐蝕，傳統(tǒng)的鍍鋅處理已經不能滿足汽車工業(yè)的耐蝕性要求，對鋼鐵材料鍍層的性能提出了更苛刻的要求：不僅要求其具有更高、更持久的耐大氣腐蝕能力，而且還要求在較高的溫度下具有抗氧化的能力以及更好的涂裝性能，而純鋅鍍層不能滿足這些要求。

　　經過幾十年研制、開發(fā)和應用，目前發(fā)展比較成熟且具有優(yōu)良耐蝕性能的鍍層品種有Zn-Al 合金鍍層，主要有美國伯利恒鋼鐵公司（BethlehemSteel）開發(fā)的Galvalume（55%A1- 43.5%Zn- 1.5%Si）、國際鉛鋅組織開發(fā)的Galfan（Zn-5%A1-0.1%RE）等。由于鋅的犧牲陽極保護功能，鋅浴中添加適量的合金元素鋁不僅能直接有效地抑制鐵基中硅的圣德林效應，還能增強鍍層的耐蝕性能。近年來，人們又發(fā)現了鎂元素對提高鋅基鍍層耐蝕性能的良好作用，因此，鋅鋁鎂鍍層鋼板快速發(fā)展，目前已有多種成分的鋅鋁鎂鍍層鋼板實現了商業(yè)化生產。鋅鋁鎂鍍層產品在汽車工業(yè)中的應用已表現出優(yōu)異的耐腐蝕性能、成形性、耐刮擦性能和涂裝性能，被認為是下一代汽車用防護鍍層材料。

　　為了全面了解世界鋅鋁鎂鍍層鋼板技術發(fā)展趨勢、專利布局特點，充分認識中國在鋅鋁鎂鍍層鋼板技術領域的處境和地位，本文對鋅鋁鎂鍍層鋼板全球專利進行了檢索和分析，對20 年來全球鋅鋁鎂鍍層鋼板領域重要專利及技術發(fā)展趨勢進行了梳理，對國外知名鋼鐵企業(yè)鋅鋁鎂鍍層鋼板最新專利技術趨勢進行了剖析。

　　目前，國內鋅鋁鎂鍍層鋼板研究還停留在試驗研發(fā)階段，還未實現鋅鋁鎂鍍層商業(yè)化生產。因此，本文對鋅鋁鎂鍍層鋼板在中國實現工業(yè)化生產具有重要的現實意義。

　　本文以Questel Orbit 專利檢索與分析平臺作為主要數據采集源，采集范圍包括WIPO/PCT 申請專利、美國專利（US）、歐洲專利（EP）、德國專利（DE）、英國專利（GB）、法國專利（FR）、中國專利（CN）、日本專利（JP）、韓國專利（KR）、俄羅斯專利（RU）等，涵蓋90 多個國家及組織，時間為1994 年1 月1 日—2013 年12 月31 日內申請公開的專利數據。將檢索結果進行匯總、歸并、篩選，得到鋅鋁鎂鍍層鋼板專利分析所用的最終數據。

　　1 鋅鋁鎂鍍層鋼板領域專利申請整體分析

　　1. 1 鋅鋁鎂鍍層鋼板領域專利發(fā)展進程分析

　　1994 年1 月1 日—2013 年12 月31 日公開的鋅鋁鎂鍍層鋼板在全球首次申請專利數量為475 件。全球鋅鋁鎂鍍層鋼板領域這20 年專利申請公開量的變化，在一定程度上反映了20 年該領域全球的發(fā)展進程。由于發(fā)明專利申請從申請日到發(fā)明公布有18 個月的期限，因此，2013 年鋅鋁鎂鍍層鋼板專利申請量僅供參考。

　　全球鋅鋁鎂鍍層鋼板領域發(fā)展趨勢可以分為4 個階段：第1 階段為快速增長期（1997 年—2000 年），該階段每年專利申請公開數量都比前一年增加10 件以上；第2 階段為平穩(wěn)期（2001 年—2005 年），該階段平均每年專利公開量保持在40 件左右；第3 階段為下降期（2006 年—2009年），這一階段的專利申請公開量呈現下滑態(tài)勢，平均每年申請公開量在18 件左右；第4 階段為技術活躍期（2010 年—2013 年），除2011 年外，近幾年的專利申請公開量分別均大于30件。

　　該領域的發(fā)展態(tài)勢說明，各國或地區(qū)鋅鋁鎂鍍層鋼板研發(fā)方面的投入均較大，技術突破與創(chuàng)新層出不窮。該領域也遠未達到成熟期，技術與市場的競爭尤為激烈。

　　1. 2 鋅鋁鎂鍍層鋼板專利技術分布分析

　　專利技術原創(chuàng)國是以優(yōu)先權中的國別提取。專利技術原創(chuàng)國申請專利的多少反映了該國家和地區(qū)的技術創(chuàng)新能力和活躍程度，一定程度上代表了技術輸出國。通過首次申請國分析，可以為區(qū)域間的技術合作以及競爭提供有用的信息。鋅鋁鎂鍍層鋼板領域專利所屬國（或地區(qū)、組織）分布信息見表1。

     日本在該領域的優(yōu)勢最為明顯，擁有相關專利397 件，約占申請公開總量的84%，是位于其后中國的14 倍，是該領域技術實力最強的國家，是技術研發(fā)和產出的主要地區(qū)（表中顯示在泰國還有9 件發(fā)明專利，其實是因為日本JFE 和新日鐵住金在該國均有鍍鋅產線）。日本在該領域技術領先，擁有很多實力強大的企業(yè)，如新日鐵住金公司、日新制鋼公司、JFE鋼鐵公司等。第2 位是中國，專利申請公開數量為28 件，這說明中國在鋅鋁鎂鍍層鋼板領域也在積極研發(fā)，技術成果明顯，但是與日本鋅鋁鎂鍍層鋼板早已實現商業(yè)化相比，中國在該技術的廣泛性和創(chuàng)新性還有差距，應該有針對地加強研發(fā)投入力度，加大自主創(chuàng)新步伐。第3 位是韓國，專利申請公開數量為16 件，韓國是三面臨海的國家，地處海水腐蝕環(huán)繞的環(huán)境，并且還擁有浦項制鐵這樣的鋼鐵業(yè)巨頭，在鋅鋁鎂鍍層鋼板領域具有很強的研發(fā)基礎，這是他們位居第三的原因。首次申請日本、中國、韓國的專利申請公開量占到鋅鋁鎂鍍層鋼板領域申請公開總數的92.8%，說明這3個國家是該領域的主要技術力量。

　　專利申請時，較為重要的地區(qū)會受到申請人的較高關注，專利申請量也會較大。企業(yè)在決策將一項技術在哪些國家申請同族專利時，往往更多地考慮市場因素。如果企業(yè)將一項技術在某個國家申請了專利，那么企業(yè)已經將該國視為目標市場國，希望取得在該國的技術壟斷。

　　鋅鋁鎂鍍層鋼板領域前10 個專利公開國（或地區(qū)、組織）分布信息。按數量多少排列順序為：日本、中國大陸地區(qū)、韓國、世界知識產權組織、美國、歐洲專利局、加拿大、澳大利亞、印度和中國臺灣地區(qū)。其中，日本是公開量最多的國家，在日本申請公開的專利數量達到412件，約占總申請公開量的87%，這反映出在日本鋅鋁鎂鍍層鋼板的研發(fā)非常盛行。中國專利公開量居全球第2位，擁有相關專利84 件，這說明中國鋼鐵行業(yè)的技術力量對鋅鋁鎂鍍層鋼板領域非常重視，該領域在中國有很大的發(fā)展?jié)摿Γ瑫r也說明其他各國對中國鋅鋁鎂鍍層鋼板技術和市場的重視，積極進行專利的部署，搶占市場，也充分反映了該領域在中國競爭較為激烈。

　　1. 3 全球鋅鋁鎂鍍層鋼板制造公司在中國競爭格局

    20 年間全球鋅鋁鎂鍍層鋼板專利在中國專利權人排名中，居前9 位的企業(yè)中，3 家為日本企業(yè)，3 家為中國企業(yè)，其余分別是歐洲的安賽樂米塔爾公司、韓國的浦項制鐵、澳大利亞的博斯格公司。

　　國外鋼鐵企業(yè)在中國申請公開鋅鋁鎂鍍層鋼板專利數量最多的前3 個日本企業(yè)分別是新日鐵住金公司、日新制鋼和JFE 公司，申請公開專利數量分別為20、10 和7 件，3 家公司申請公開專利數量占總數的44%，第4 位是歐洲的安賽樂米塔爾公司，申請公開專利數量為6 件，4 家公司在中國申請公開專利數量為43件，為總數的51.2%。

　　中國的大型鋼鐵企業(yè)是全球鋼鐵企業(yè)在亞洲最主要的競爭對手之一，隨著中國家電行業(yè)、建筑行業(yè)和汽車工業(yè)快速發(fā)展及對防腐材料要求的提高，國外企業(yè)對中國知識產權保護更加重視。為了長期取得競爭優(yōu)勢，日本鋼鐵企業(yè)和安賽樂米塔爾公司均加強了在中國申請鋅鋁鎂鍍層鋼板專利的數量，以便在技術開發(fā)、占領市場和鋼鐵貿易中處于主導地位。

　　中國的專利申請人進入前8 位的分別為鞍鋼、常州大學和寶鋼，申請公開數量分別為7、5 和3件?？梢?，中國主要鋼鐵企業(yè)在鋅鋁鎂鍍層鋼板的研發(fā)方面與世界先進水平還有很大差距。

　　2 鋅鋁鎂鍍層鋼板專利技術領域分析

　　2. 1 鋅鋁鎂鍍層鋼板專利重點研究領域

　　IPC（international patent classification）為國際專利分類號，是目前唯一國際通用的專利文獻分類工具，不同的IPC 分類號對應不同的技術類別。在專利分析中，利用分析樣本數據中的分類號或主題詞對應的技術內容的專利數量的多少或占總量的比例進行研究，找到發(fā)明創(chuàng)造活動最為活躍的技術領域以及技術領域中的重點技術，并且可以探討技術的發(fā)展趨勢、某一技術領域可能出現的新技術等。本文通過IPC 分類號對鋅鋁鎂鍍層鋼板領域的專利技術特征進行分析，國內外主要鋼鐵企業(yè)鋅鋁鎂鍍層鋼板專利主題的數量分布見表2。

      國內外鋼鐵企業(yè)均比較關注的研發(fā)領域為：

　?。?）提高鋅鋁鎂鍍層耐腐蝕的方法。通過調整鋅鋁鎂鍍層成分、鍍層內組織構成及熱浸鍍工藝控制鍍膜量，提高鍍層鋼板的耐蝕性（162件）。

　　（2）涂裝鋅鋁鎂鍍層鋼板，具有優(yōu)異的耐蝕性、良好的成形性和焊接性（27件）。

　?。?）鍍層表面基底處理，提高鍍層鋼板加工斷面耐蝕性（24件）。

　　（4）后處理，焊接構件和磷化處理等。

　　2. 2 鋅鋁鎂鍍層鋼板領域重要專利篩選

　　根據被引用頻次、同族數量、涉及訴訟、重要申請人等多方面因素考慮，指定重要專利選取規(guī)則，篩選出重要專利。全球鋅鋁鎂鍍層鋼板部分高頻次被引用專利見表3。由表3 可見，這些重要專利的專利權人為日本新日鐵住金和日新制鋼所壟斷，這些專利還處于有效狀態(tài)，中國相關科研人員有必要仔細研究這些專利的保護范圍，以免引起相關知識產權爭端。

　　2. 3 近年來鋅鋁鎂鍍層鋼板典型技術專利

　　鑒于目前國內鋅鋁鎂鍍層鋼板還未實現商業(yè)化生產，因此本文重點分析了2012 年和2013 年國外大型鋼鐵企業(yè)公開專利中較為前沿的技術研發(fā)特點及趨勢。

     2012 年和2013 年鋅鋁鎂鍍層鋼板領域共申請公開專利66 件，其中日新制鋼、新日鐵住金、浦項和安賽樂米塔爾、奧鋼聯(lián)5 家公司共申請公開專利45件，見表4。

　　2. 3. 1 抑制鍍層中MgO的生成，提高鍍層鋼板的附著性和表面外觀質量

　　奧鋼聯(lián)2013 年申請的專利EP2824213，發(fā)明了一種增加鋼板與鋅鋁鎂鍍層附著性的方法。該發(fā)明思路是，鋼板熱浸鋅鋁鎂鍍層后，連續(xù)經過平整機軋制，再進行表面處理，即鍍層鋼板通過與氟化水反應，使其與鍍層表面的Al₂O₃和MgO反應，達到減少鍍層中MgO的目的，而無需酸洗處理，從而提高鋅鋁鎂鍍層與鋼板的附著性。

　　浦項制鐵公司2012 年申請的專利WO2014017805，為抑制熱鍍浴中鎂的氧化反應，向熱鍍浴中加入少量的鎵（Ga）或銦（In），且鋅鋁鎂鍍層中鋁和鎂組成滿足質量分數之和不超過7%，從而獲得具有優(yōu)異耐腐蝕性和和優(yōu)異外表面的鋅鋁鎂鍍覆鋼板。

　　新日鐵住金2012 年申請的專利CA2838318，將鋅鋁鎂鍍層鋼板浸泡在含有鈣質量分數0.001 0%～0.004 0%且溫度為50～90 ℃的熱水中浸漬1～100 s，使鈣或鈣化合物為主要成分的鈣相存在于鍍層與母材鋼板之間，因而使Al/MgZn₂/Zn三元共晶相微細化，鍍層的光潔度整體得到增加，外觀均勻性得以提高。

　　浦項制鐵公司2013 年申請的專利KR20150075650，通過對鋅鋁鎂鍍層（鈹質量分數為0.001%～0.01%）磷化處理，改善鋅鋁鎂鍍層附著性，鍍層鋼板有極好耐蝕性。

　　2. 3. 2 表面處理，提高鍍層鋼板變形加工部位的耐蝕性、耐白銹性

　　新日鐵住金2012 年申請授權專利WO2013027827，針對含有鎂的高鋁-鋅合金鍍覆鋼板在表層容易產生折皺導致外觀表面惡化的問題，提出在鋼板上先熱浸鋅鋁鎂硅鍍層，該鍍層中含有體積分數為0.2%～15%的Si-Mg相，增加該相體積比可抑制鋅鋁鎂硅鍍層折皺的發(fā)生，隨后在熱浸鍍膜上涂覆含有有機樹脂的涂膜，膜厚為0.1～10 μm，且含有平均粒徑為5～20 nm 的球狀二氧化硅粒子。經過上述表面處理后，鍍層鋼板加工部位的耐白銹性、耐劃傷性、外觀均良好。

　　新日鐵住金2013年申請授權專利JP5655981，提出了一種可用于汽車外板耐黑變性和耐蝕性均優(yōu)良的鋅鋁鎂鍍層鋼板的制造方法。主要是在鋅鋁鎂硅鍍層上再形成一種含平均直徑為5～30 μm鋁粒子的膜，該膜占整個鍍層面積的75%～100%。

　　浦項制鐵公司2013 年申請的專利KR20150074976，提出了鋅鋁鎂鍍層鋼板變形加工部位得到良好耐蝕性的方法。通過控制鋅鋁鎂鍍層截面組織的Zn-Al-Mg2Zn 和Zn-Mg2Zn 面積比率為0.7～1.3得到良好的耐蝕性。

　　2. 3. 3 涂裝基底預處理，改善鍍層鋼板與黏合劑的相容性，避免黏合斷裂

　　在汽車工業(yè)中，常使用黏合劑來組裝金屬板以生產車輛的某些零件。這些黏合劑可以是結構黏合劑、增強結構黏合劑或半結構黏合劑，以及不同化學性質的密封膠黏劑，如環(huán)氧樹脂、聚氨酯或橡膠。黏合斷裂是汽車工業(yè)中的大忌。

　　歐洲安賽樂米塔爾公司2013 年申請的專利CA2871669，提出用于生產鋅鋁鎂鍍層鋼板且該鋼板鍍層與黏合劑具有良好相容性，避免黏合斷裂的方法。鋼板鍍層后，平整機軋制后冷卻，使用黏合劑之前，用pH 值為1～4 的酸性溶液處理鍍層鋼板表面0.5～15 s，再用堿性溶液脫脂，從而避免黏合斷裂。

　　2. 3. 4 提高高強鍍層鋼板焊接結構件的耐腐蝕性

　　近年來，為了汽車輕量化，拉伸強度為590 MPa以上的高強鋼板已用于鍍敷原板。組裝汽車構件時，大多應用氣體保護電弧焊接。在使用熔融鋅鋁鎂系鍍敷高強鋼板中，由于焊接熱影響部位的拉伸應力增大，與純鍍鋅（GI）鋼板相比，鋅鋁鎂鍍層鋼板易產生熔融金屬脆化裂紋，該脆化裂紋會成為腐蝕的基點，降低了耐腐蝕性。脆化裂紋產生原因被認為是因含有鎂而降低了鍍層的液相線溫度。

　　日新制鋼2012年申請授權專利JP2013198935，該發(fā)明提供一種不增加鍍敷原板鋼種的制約，在使用了鋅鋁鎂系鍍層鋼板結構件的電弧焊接結構件中具有優(yōu)異的耐熔融金屬脆化裂紋性的方法。其中，在通過氣體保護電弧焊接方法使鋼材彼此焊接制造焊接結構構件時，作為保護氣體，使用以氬氣、氦氣或氬氣＋氦氣混合氣體為基礎，混合一定體積分數的CO₂。根據焊接輸入熱量，明確了保護氣體中CO2體積分數的容許上限。該方法可以有效防止焊接脆化裂紋，從而提高鋅鋁鎂鍍層高強鋼板焊接結構件的耐腐蝕性。

　　3 跟蹤國外知名鋼鐵企業(yè)鋅鋁鎂鍍層鋼板專利技術趨勢

　　3. 1 日新制鋼公司

　　日新制鋼公司1997 年開始申請鋅鋁鎂鍍層鋼板專利，20 年間申請數量為181 件。期間開發(fā)出了商標為ZAM？ 的鋅鋁鎂鍍層鋼板成分為Zn-6%Al-3%Mg，耐蝕性為純鋅的10～18 倍。2003 年申請發(fā)明專利數高達27 件。近幾年來，專利研發(fā)重點以鋅鋁鎂鍍層高強鋼板焊接構件及黑色鍍層鋼板為對象，研究其制造方法。

　　3. 2 新日鐵住金公司

　　新日鐵住金20 年間申請公開鋅鋁鎂鍍層專利數量為173 件，2000 年—2002 年達到巔峰，共申請該領域專利70 件，占總量的40.5%。2000 年新日鐵住金公司開發(fā)出高耐蝕性新型熱鍍合金鋼板SuperDyma？[18]、Superzinc？和Dymazinc？ 等幾種新型鋅鋁鎂鍍層產品，它們的耐蝕性為傳統(tǒng)純鋅鍍層和鋅鋁合金鍍層的數倍乃至數十倍。

　　尤其是新日鐵住金開發(fā)出的熱鍍鋅鋁鎂硅合金鋼板SuperDyma？，其表面鍍層成分為Zn-11%Al-3%Mg-0.2%Si，耐蝕性為純鋅鍍層的15 倍。其典型鍍層結構分為：無鉻酸鹽處理特殊涂層、鋅鋁鎂硅合金層、基體等。其主要特點為：（1）與熱鍍鋅鋼板相比，具有較高的耐蝕性，且具有端面防蝕性；（2）具備耐堿性，可與砂漿、混凝土接觸；（3）可替代對氯耐蝕性較弱的不銹鋼、對堿耐蝕性較弱的鋁。

　　2011 年以后，新日鐵住金申請專利技術主題已經轉向汽車板用熱壓成形鋼的研究，包括3 個方面：

　　（1）研究熱成形時的加熱方法；（2）以沖壓成形部件為研究對象，研究熱成形后部件的優(yōu)良性能；（3）研究可獲得優(yōu)良性能成形部件的鋼板化學成分和制造方法。

　　3. 3 JFE公司

　　JFE公司20 年間申請公開鋅鋁鎂鍍層專利數量為50 件，2004 年申請專利達到14 件。近幾年在鋅鋁鎂鍍層鋼板領域申請專利很少。跟蹤該公司2012 年后專利研發(fā)技術特點，注意到其已經轉向研究汽車板用超高強鋼制造技術、熱成形用鋼、溫成形用鋼及溫成形方法等技術領域。

　　JFE 申請的溫成形用鋼專利主要是以各種鍍層鋼板為研究對象，研究化學成分、組織及成形工藝間的關系，獲得具有優(yōu)良性能的成形部件。

　　JFE 申請的熱成形用鋼專利主要也是以鍍層鋼板為研究對象，研究方向為抑制成形加熱過程中氧化鐵皮和氧化鋅的生成，使鋼板獲得優(yōu)良的耐蝕性和鍍層致密性。

　　3. 4 浦項制鐵公司

　　浦項申請公開鋅鋁鎂鍍層專利主要集中在2013 年，申請數量為8 件。申請公開的專利以鋅鋁鎂鍍層板為對象，研究使鋼板獲得優(yōu)異耐蝕性和優(yōu)良外觀的方法。

　　該公司2012 年后專利研發(fā)技術特點，以鍍鋅鋼板為研究對象，研究熱沖壓用鍍鋅鋼板的生產方法。

　　4 結語

　　通過對全球鋅鋁鎂鍍層鋼板專利的分析，可以得到如下的結論：鋅鋁鎂鍍層鋼板領域處于技術活躍期，技術與市場的競爭尤為激烈；中日韓三國是鋅鋁鎂鍍層鋼板的主要競爭地區(qū)，集中了全球該領域專利數量的92.8%；目前鋅鋁鎂鍍層鋼板技術發(fā)展方向更加細致，前沿技術包括鍍層耐腐蝕性、表面處理、不同鋼種的熱浸鍍工藝以及鍍層的其他使用性能等方面。

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