涂 洵

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作湖北中心材料部，湖北武漢 430075）

引言

硅鋼可分為取向硅鋼和無(wú)取向硅鋼。2012年4月，新日鐵（日本制鐵前身）就取向硅鋼專(zhuān)利技術(shù)起訴韓國(guó)浦項(xiàng)制鐵，雙方最終和解，但條件是浦項(xiàng)向新日鐵支付約300 億日元。2021 年10 月，日本制鐵就無(wú)取向硅鋼專(zhuān)利技術(shù)向日本東京地方法院提起訴訟，對(duì)日本豐田汽車(chē)和中國(guó)寶鋼分別索賠約200億日元（約合人民幣11億元），不過(guò)寶鋼方面并不認(rèn)同。兩起涉及硅鋼的專(zhuān)利訴訟充分體現(xiàn)了專(zhuān)利的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此對(duì)于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)、科研機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，充分了解國(guó)外取向硅鋼的專(zhuān)利現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，有利于了解研究熱點(diǎn)、避免專(zhuān)利侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。筆者以日本杰富意、新日鐵住金（2019 年更名為日本制鐵）、韓國(guó)浦項(xiàng)制鐵（以下分別簡(jiǎn)稱(chēng)JFE、NΙPPON、POSCO）為研究對(duì)象，宏觀上對(duì)這三家公司取向硅鋼發(fā)明專(zhuān)利數(shù)據(jù)，微觀上對(duì)細(xì)化磁疇方面的技術(shù)內(nèi)容、發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行多維度的統(tǒng)計(jì)、分析。

1 研究對(duì)象與宏觀數(shù)據(jù)

使用國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局內(nèi)部常用的中文文摘數(shù)據(jù)庫(kù)（CNABS），提取了2001～2020 年期間在中國(guó)申請(qǐng)且公開(kāi)的取向硅鋼專(zhuān)利。對(duì)國(guó)外來(lái)華取向硅鋼領(lǐng)域的申請(qǐng)人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，申請(qǐng)量排名前三的國(guó)外申請(qǐng)人為JFE（138 件）、NΙPPON（91 件）、POSCO（79 件），遠(yuǎn)高于其他國(guó)外申請(qǐng)人。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：（1）在2001～2010 年期間，NΙPPON 專(zhuān)利申請(qǐng)量、授權(quán)量明顯高于JFE 和POSCO。而在2011～2020 年期間，JFE 與POSCO 在專(zhuān)利申請(qǐng)量、授權(quán)量的增速、增幅均明顯高于NΙPPON；（2）三家公司的專(zhuān)利授權(quán)率(授權(quán)總量與授權(quán)+駁回+撤回總量之比)范圍在88%～94.6%；三家公司的專(zhuān)利授權(quán)維持率（授權(quán)后維持?jǐn)?shù)量/授權(quán)總量）范圍在97%～98.5%，可見(jiàn)近20 年三家公司在取向硅鋼領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量大、授權(quán)率與維持率高、技術(shù)實(shí)力強(qiáng)、專(zhuān)利價(jià)值高，所以本文以杰富意、新日鐵住金、浦項(xiàng)制鐵進(jìn)行取向硅鋼統(tǒng)計(jì)分析。

2 細(xì)化磁疇專(zhuān)利現(xiàn)狀

2.1 細(xì)化磁疇專(zhuān)利概況

細(xì)化磁疇，即減小磁疇寬度，可有效降低反常渦流損耗，是降低取向硅鋼鐵損的重要方法。楊富堯等[1]認(rèn)為通過(guò)提高高斯取向以及減薄厚度來(lái)降低鐵損已逐步進(jìn)入了技術(shù)發(fā)展瓶頸階段。國(guó)內(nèi)外將降低取向硅鋼鐵損的手段逐漸轉(zhuǎn)移至重點(diǎn)研究細(xì)化磁疇技術(shù)方面。根據(jù)相應(yīng)專(zhuān)利權(quán)利要求記載的技術(shù)特征，可將取向硅鋼的生產(chǎn)技術(shù)細(xì)分為成分及熱處理工藝（即冶煉到高溫退火工序）、退火隔離劑、絕緣薄膜和細(xì)化磁疇四個(gè)技術(shù)分支。圖1 為JFE、NΙPPON、POSCO 公司在這四個(gè)技術(shù)分支的專(zhuān)利數(shù)量。

圖1 取向硅鋼技術(shù)分支

由圖1 來(lái)看，JFE、NΙPPON、POSCO 在成分及熱處理工藝、退火隔離劑、絕緣薄膜和細(xì)化磁疇這四個(gè)技術(shù)分支上都有專(zhuān)利申請(qǐng)。進(jìn)一步來(lái)看，在這三家公司內(nèi)部，成分及熱處理工藝方面的專(zhuān)利數(shù)量排第一，而細(xì)化磁疇方面排第二，這也證實(shí)了細(xì)化磁疇是取向硅鋼的研究熱點(diǎn)。JFE、NΙPPON、POSCO三大公司在細(xì)化磁疇領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)數(shù)量如圖2 所示。從圖2 可以看出NΙPPON 在2001～2020 年期間，在細(xì)化磁疇方向布局較早，而且是持續(xù)布局；JFE 從2011 年開(kāi)始迅速發(fā)力，在申請(qǐng)數(shù)量上處于較高水平；POSCO 與JFE 類(lèi)似，在2001～2010 年的后期才開(kāi)始在細(xì)化磁疇方向進(jìn)行申請(qǐng)布局，從2014年開(kāi)始明顯加速專(zhuān)利申請(qǐng)布局。

圖2 細(xì)化磁疇專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量

2.2 JFE專(zhuān)利現(xiàn)狀

在細(xì)化磁疇方向，JFE在華申請(qǐng)的專(zhuān)利有43件。①?gòu)募夹g(shù)主題來(lái)看，主要涉及取向硅鋼產(chǎn)品的磁疇細(xì)化和細(xì)化方法（39件，占90.7%），少量涉及細(xì)化磁疇的相關(guān)裝置（4 件，占9.3%）；②從成槽方式來(lái)看，大概40%的方案明確只采用電子束照射，大概45%的方案明確采用電子束照射或激光照射，大概10%的方案明確只采用蝕刻法成槽，剩下的5%方案認(rèn)為也可以利用刀具等劃線(xiàn)、利用帶突起的軋輥進(jìn)行軋制；③技術(shù)特點(diǎn)與核心內(nèi)容如表1所示；④從技術(shù)效果來(lái)看，主要是降低鐵損和變壓器產(chǎn)品噪音、減少變壓器層疊時(shí)卷曲、抑制照射部的覆膜的破壞、防止耐腐蝕性變差、取向硅鋼板厚變化時(shí)無(wú)需調(diào)整電子束功率且維持較高的生產(chǎn)率。

JFE 在華典型專(zhuān)利：CN110300808[9]一種通過(guò)改進(jìn)線(xiàn)狀槽的深度方向的形狀，從而抑制磁通密度的降低，進(jìn)一步改善鐵損的取向性電磁鋼板。在鋼板的表面具有通過(guò)多個(gè)線(xiàn)狀槽，在線(xiàn)狀槽的底面具備多個(gè)凹部（例如橢圓錐狀、橢圓柱狀、棱柱、棱錐形狀），多個(gè)凹部沿該槽延伸的方向間隔p(μm)而排列，凹部深度d(μm)，W為線(xiàn)狀槽的開(kāi)口寬度(μm)，滿(mǎn)足0.20W≤p≤1.20W，0.10D≤d≤1.00D，D為線(xiàn)狀槽的平均深度(μm)。線(xiàn)狀槽的平均深度D(μm)滿(mǎn)足0.05t≤D≤0.20t，t為鋼板的厚度(μm)。線(xiàn)狀槽的延伸方向與所述鋼板的軋制方向正交的方向形成的角度為0°～40°。線(xiàn)狀槽在所述鋼板的軋制方向上的相互間隔l(μm)滿(mǎn)足10W≤l≤400W。線(xiàn)狀槽的開(kāi)口寬度W為5 μm 以上150 μm 以下。使高磁場(chǎng)中的鐵損W17/50為0.80 W/kg 以下，而且使鐵損W15/60為0.75 W/kg以下。

2.3 NΙPPON專(zhuān)利現(xiàn)狀

在細(xì)化磁疇方向，NΙPPON 在華申請(qǐng)的專(zhuān)利有33 件。①?gòu)募夹g(shù)主題來(lái)看，主要是取向硅鋼產(chǎn)品的磁疇細(xì)化和細(xì)化方法（30件，占90.9%），少量涉及細(xì)化磁疇的相關(guān)裝置（3件，占9.1%）；②從成槽方式來(lái)看，大概85%的方案明確只采用激光照射成槽，3%的方案明確只采用蝕刻法，剩下12%的方案認(rèn)為利用齒輪的加工、沖壓加工、蝕刻加工、基于機(jī)械加工的切削及放電加工等都可以；③技術(shù)特點(diǎn)與核心內(nèi)容如表2所示；④從技術(shù)效果來(lái)看，最終目的是細(xì)化磁疇、降低鐵損、減少噪音、抑制鋼板變形，減少后續(xù)修正操作、兼具低鐵損和高的反復(fù)彎曲特性、鋼板的輸送速度變化時(shí)也能夠穩(wěn)定地進(jìn)行激光束的照射。

NΙPPON 在華典型專(zhuān)利：CN103025896[24]提供一種單向性電磁鋼板的制造方法，其能夠通過(guò)蝕刻（電解或非電解蝕刻）適當(dāng)?shù)匦纬蓮闹饕闹本€(xiàn)狀的槽分支了副的線(xiàn)段狀的微細(xì)槽的槽。對(duì)所述蝕刻進(jìn)行控制，以使所述鋼板的槽深度達(dá)到10 μm～30 μm，且使向所述覆膜下部的侵蝕寬度達(dá)到槽深度的2 倍以上且4.5 倍以下?；谖g刻形成的槽深度及侵蝕長(zhǎng)度的定量的相關(guān)關(guān)系，能夠形成主槽及副槽。由此，能夠提供即使對(duì)鋼板實(shí)施消除應(yīng)力退火等熱處理，槽加工效果也不消失、能夠保持優(yōu)良的鐵損特性的單向性電磁鋼板。

CN111566232[25]通過(guò)在方向性電磁鋼板的表面以特定的圖案且以不連續(xù)的虛線(xiàn)狀形成用于磁疇控制的槽，能夠獲得兼具低鐵損和高的反復(fù)彎曲特性的方向性電磁鋼板。具體是在鋼板表面中的槽的形成圖案滿(mǎn)足：（1）在鋼板表面上在與軋制方向交叉的直線(xiàn)上具有兩條以上包含具有5 mm～10 mm 的長(zhǎng)度的槽的虛線(xiàn)；(2)在包含槽的虛線(xiàn)中該槽以等間隔配置，該槽的長(zhǎng)度：非槽的長(zhǎng)度之比為1∶1～1.5∶1 的范圍，槽的長(zhǎng)度：非槽的長(zhǎng)度之比為1∶1～1.5∶1。與以往形成連續(xù)且直線(xiàn)性的槽的方向性電磁鋼板同等的鐵損，能夠兼顧鐵損降低和反復(fù)彎曲特性的提高。而以往的槽的長(zhǎng)度是為了獲得鐵損降低效果而設(shè)定的，而并非出于提高反復(fù)彎曲特性的目的而設(shè)定。形成槽的方法沒(méi)有特別限制，例如采用蝕刻、齒輪壓制、激光照射等方法。

2.4 POSCO專(zhuān)利現(xiàn)狀

在細(xì)化磁疇方向，POSCO 在華申請(qǐng)的專(zhuān)利有21 件。①?gòu)募夹g(shù)主題來(lái)看，有9 件（占42.9%）是細(xì)化磁疇的相關(guān)裝置，剩下的12 件（占57.1%）涉及取向硅鋼產(chǎn)品的磁疇細(xì)化和細(xì)化方法；②從成槽方式來(lái)看，大概80%的方案明確只采用激光照射成槽，剩下20%的方案認(rèn)為利用齒輪的加工、沖壓加工、基于蝕刻的加工、基于機(jī)械加工的切削及放電加工等都可以；③技術(shù)特點(diǎn)與核心內(nèi)容如表3所示；④從技術(shù)效果來(lái)看，最終目的是細(xì)化磁疇、降低鐵損、減少噪音、生產(chǎn)工序的高效、生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定。

表3 POSC0技術(shù)特點(diǎn)與核心內(nèi)容

POSCO 在華典型專(zhuān)利：CN111542622[39]通過(guò)結(jié)合永久磁疇細(xì)化方法和臨時(shí)磁疇細(xì)化方法，可以將磁疇細(xì)化成最小尺寸、改善鐵損；沿與軋制方向交叉的方向照射激光，以形成溝槽的步驟；在含溝槽的取向電工鋼板表面或者不含溝槽的鋼板表面上，沿與軋制方向交叉的方向照射激光，以形成熱沖擊部的步驟，將溝槽以鋼板的厚度中心對(duì)稱(chēng)地投影到另一表面上的虛擬線(xiàn)和熱沖擊部之間的間距為1 mm以下。在形成溝槽的步驟中，激光的能量密度可以為0.5 J/mm2～2 J/mm2；在形成熱沖擊部的步驟中，激光的能量密度可以為0.05 J/mm2～0.2 J/mm2。在形成溝槽的步驟中，激光在鋼板軋制垂直方向上的光束長(zhǎng)度為300 μm～5000 μm、光束寬度為10 μm～200 μm；在形成熱沖擊部的步驟中，激光在鋼板軋制垂直方向上的光束長(zhǎng)度為1500 μm～10 000 μm、光束寬度為100 μm～1000 μm。

3 結(jié)論與展望

（1）細(xì)化磁疇的專(zhuān)利布局?jǐn)?shù)量上JFE＞NΙPPON＞POSCO；布局時(shí)間上，NΙPPON 相對(duì)最早、POSCO居中，JFE 則相對(duì)較晚；技術(shù)主題上，JFE、NΙPPON約91%是涉及取向硅鋼產(chǎn)品的磁疇細(xì)化和細(xì)化方法，9%涉及細(xì)化磁疇的相關(guān)裝置，而POSCO約57%的專(zhuān)利是涉及取向硅鋼產(chǎn)品的磁疇細(xì)化和細(xì)化方法，43%涉及細(xì)化磁疇的相關(guān)裝置。

（2）從成槽方式來(lái)看，JFE 布局了非常多的電子束照射、激光照射成槽方式，而NΙPPON、POSCO 重點(diǎn)布局的則是激光照射成槽，這與王媛[40]的統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)一致。另外，比較明顯的是JFE 在電子束照射成槽上優(yōu)勢(shì)突出；三家公司對(duì)蝕刻法都有研究和布局，但數(shù)量相對(duì)較少。

（3）從技術(shù)特點(diǎn)來(lái)看，JFE 圍繞著電子束照射條件、激光束照射條件、照射面的熱應(yīng)變引入?yún)^(qū)域、應(yīng)變引入前后磁疇寬度情況、槽的形態(tài)、槽附近的微觀組織結(jié)構(gòu)、閉合磁疇區(qū)域、裝置/生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)展了多方面的布局；而NΙPPON則圍繞激光束照射條件、照射面的熱應(yīng)變引入?yún)^(qū)域、裝置、槽的形態(tài)、蝕刻條件開(kāi)展布局；POSCO 則圍繞激光輻照裝置、激光照射條件、槽的形態(tài)、照射面的熱應(yīng)變引入?yún)^(qū)域、組合成槽開(kāi)展布局；JFE 的研究角度、布局方向更加多元化。

（4）從技術(shù)效果來(lái)看，普遍在追求降低鐵損和變壓器產(chǎn)品低噪音、減少變壓器層疊時(shí)卷曲、抑制照射部的覆膜的破壞、防止耐腐蝕性變差、高的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定。

（5）從發(fā)展趨勢(shì)上來(lái)看，槽的形態(tài)會(huì)多樣化。以往較多的是實(shí)線(xiàn)或點(diǎn)線(xiàn)或虛線(xiàn)等線(xiàn)狀槽、多個(gè)線(xiàn)狀槽中的至少一個(gè)具有U 形、W 形、梯形、矩形和半圓形中的任意一種剖面形狀，但最新技術(shù)表明JFE已經(jīng)開(kāi)始在鋼板的表面多個(gè)線(xiàn)狀槽的底面再設(shè)置多個(gè)凹部、NΙPPON 已經(jīng)開(kāi)始通過(guò)蝕刻適當(dāng)?shù)匦纬芍本€(xiàn)狀的主槽及微細(xì)分支的副槽、以特定的圖案且以不連續(xù)的虛線(xiàn)狀形成用于磁疇控制的槽。

（6）從發(fā)展趨勢(shì)上來(lái)看，細(xì)化磁疇方式會(huì)多樣化。以往較多的是僅采用一種/一次成槽方式細(xì)化磁疇，但最新技術(shù)表明POSCO 已經(jīng)開(kāi)始了先形成初次凹槽后在初次凹槽上照射激光束從而形成二次凹槽、通過(guò)組合蝕刻法（形成溝槽）和激光法（形成預(yù)制溝槽）以較快的生產(chǎn)速度改善磁性和占空比的取向電工鋼板及其磁疇細(xì)化方法、通過(guò)結(jié)合永久磁疇細(xì)化方法（形成溝槽）和臨時(shí)磁疇細(xì)化方法（形成熱沖擊部）將磁疇細(xì)化成最小尺寸并改善鐵損。