基于专利分析的国内热成形钢发展态势研究

王 蕾,周明智

(马钢股份公司技术中心 安徽马鞍山 243000)

2000年以来，中国汽车以平均年增长率超过18%的速度高速增长，2017年汽车产量达到2900万辆，2020年中国汽车产量将达到36000万辆。而汽车的发展同时也面临着安全、环境、资源、能源及成本等方面的挑战，汽车轻量化是必然选择[1]。

热成形钢是一种加热到一定温度并保温一定时间后转移至带有冷却系统的模具内冲压成形并快速冷却得到的高强度钢板。通过热成形技术可克服冷成形中的回弹严重、成形困难及成形开裂等难题。近年来，全球热成形零部件的产量在迅猛增加[2]，从1997年到2013年由8百万件增加到3.5亿件，预计2018年热成形零部件使用量将会达到5.74亿件。VAMA自2015年开始生产带涂层的热成形用钢Usibor1500以来，市场占有率处于绝对领先地位。目前，宝钢已经基本掌握了热冲压系列核心技术，鞍钢、首钢、河钢和马钢也在该方面开展了大量的研究工作。

现基于专利分析研究国内热成形钢的发展态势。其一，专利是早于产品被公众所知，因此，可以通过专利了解市场尚未出现的技术；其二，专利文献对于科学技术信息的覆盖最广：世界每年发明创造成果的90%～95%可以在专利文献中查到。下面从专利的角度了解国内热成形钢的发展概况，分析热成形钢的市场发展前景以及技术发展趋势。

本文的专利数据来源于专利之星数据库，检索策略采用关键词，通过热成形、热成型、热冲压、热压、钢等关键词，不断补充关键词，检索到有关热成形相关专利2210篇，通过筛选确定与主题相关的434篇，其中与模具相关的161篇。检索时间为2017年12月，时间段为截止至2017年12月。

1 国内热成形钢专利分析

1.1 专利申请趋势分析

从2002年1月到2017年12月，在中国公开的关于热成形钢的专利申请量为435件。图1为国内热成形钢专利量年度分布，在一定程度上反映了其在中国的发展进程。专利申请量显示，该专利于2002年第一次在中国申请，与文献调研结果相吻合[3]。由文献调研可知，国内首家热冲压零部件有限公司于2005年在宝钢成立，与专利检索结果也相吻合。

图1 国内热成形钢领域专利量年度分布

由图1可见，国内热成形钢发展趋势可分3个阶段：第1阶段为缓慢发展时期(2002年-2007年)，该阶段每年的专利数量基本保持在1-2(件/年)，热成形钢还处于孕育阶段；第2阶段是快速增长期(2008年-2014年)，该阶段专利申请数量急剧增加，该专利处于活跃期；第3阶段为平稳期(2015年-2017年)，该阶段专利公开量每年在60件左右，2017年的专利数量为不完全统计。从专利申请量可见，我国热成形钢专利在经过短暂的5年孕育期后，进入了快速发展阶段，说明各企业和科研机构均投入了大量的人力和物力，市场竞争尤为激烈。

从图2可见，在剔除模具类的专利后，仅考虑有关热成形钢产品类的专利共273篇，该类专利在经历几年的孕育期，在2011年迅速增长并且之后一直稳定在40件左右，足以说明目前热成形钢市场前景和经济效益。从专利申请时间来看，中国在热成形钢技术领域起步较晚，瑞典企业Plannja早在1977年就申请了板料热成形的技术专利；Volvo汽车公司于1975年最先在汽车上进行热成形零件适用性研发；瑞典的SSAB汽车公司于1984年成为第一家使用高强钢热成形零部件的汽车公司并首先在汽车上使用热冲压保险杠；Arcelor于20世纪90年代开展热冲压技术的研究，攻克相关核心专利技术，开发了全球闻名的镀层热冲压用钢Usibor1500[4]、[5]，接下来热成形技术在国际上得到了快速发展。

图2 国内热成形钢产品专利量年度分布

1.2 主要专利申请人

表1给出了国内热成形钢排名前20名的专利申请人，日本的新日铁住金申请量达20件，武钢申请量18件。其中，前20名中日本有3家：新日铁、JFE、神户制铁，总量达39件，占总量的24%；中国钢铁行业中，武钢、鞍钢和宝钢技术成果比较明显。从专利申请量可见，日本在该领域的优势最为明显，中国的专利申请数量也是在迅速增加，这说明中国在热成形钢领域也在积极研发。同时，浦项和安塞洛米塔尔也占据着十分重要的地位。中国科研机构如大连理工、钢铁研究总院、北京科技大学和华中科技大学申请数量较多，可见中国已开始加强研发投入力度，加快了自主创新的步伐。与此同时，下游企业如无锡朗贤、本特勒尔和力帆均申请了较多的专利，说明热成形技术在全领域已引起了高度重视。

表1 国内热成形钢主要专利申请人

1.3 专利来源区域分布

我国关于热成形钢技术的起步比较晚，从2000年前后才开始展开对热成形技术的研究。由于汽车行业对节能降耗和安全性能要求的日益提高，对热成形技术非常重视，投入了大量的人力物力进行了研究，发展迅速，也取得了不少专利，但是核心专利一直被国外垄断。从表2可以看出申请量最多的是中国、日本、德国、韩国、卢森堡和奥地利，国外积极在中国部署该领域的专利，抢占市场，充分说明了该领域在中国有很大的发展潜力，市场前景很可观。

表2 国内热成形钢专利优先权国家排名

1.4 专利技术布局分析

图3为国内热成形钢专利技术分类。在专利分析中，通过分析该专利涉及的技术领域的上下游，可以发掘该技术的发展趋势，通过分析技术领域中的重点技术，可挖掘新的技术，同时，通过分析发现研究较少的领域，能更容易发现可布局的专利。由表3国内热成形钢领域的研究热点主题可以看出，国内外热成形技术领域比较关注的研发领域为：

(1)模具方面。模具方面虽然申请专利较多(161件)，但多数是实用新型的专利。本文将模具类专利列入其中，因为通过模具类专利可以了解到热成形零件的市场情况，以及主要的下游客户群。

(2)制备及热成形钢性能方面。申请了40件，主要涉及热成形钢的成分设计、生产工艺优化以及热成形钢的钢板性能。

(3)涂层技术方面。申请了74件。近几年，提高热成形钢的耐腐蚀性成为了热点，主要涉及涂层的化学成分、镀层内组织以及镀层工艺。

(4)热成形工艺方面。申请了63件，根据热成形工艺窗口，设定了不同的成形工艺也成为了近几年的研究热点。

(5)热成形制品方面。申请专利50件，各大汽车主机厂以及配套厂也分别对其各自的热成形零件进行了专利保护。

(6)应用技术方面。申请20件，主要为焊接、涂装和磷化等方面。

从热成形钢技术分类来看，模具类的专利最多，该类专利主要是以零件加工厂、模具厂和高校申请的为主，从生产链的下游可看出热成形钢技术在市场中处于十分活跃的地位；其次，涂层技术和热成形工艺占的比重也很高，说明该主题是企业和科研机构研究的热点；应用技术方面相对薄弱，但对于汽车零件的后处理工序，该技术是十分重要。

表3 国内热成形钢领域的研究热点主题

图3 国内热成形钢专利技术分类

2 结语

国内热成形钢领域发展趋势可3个阶段：第1阶段为缓慢发展时期(2002-2007年)；第2阶段是快速增长期(2008-2014年)，该阶段专利申请公开数量急剧增加；第3阶段为平稳期(2015-2017年)，该阶段专利公开量在60件左右。

国内热成形钢专利于2002年首次被申请，申请人为日本的新日铁。瑞典企业Plannja早在1977年就申请了板料热成形的技术专利，热成形技术在中国的起步较晚。

热成形钢专利的申请人主要有：日本新日铁、JFE、神户制铁、韩国浦项、安塞洛米塔尔以及中国宝钢、武钢、鞍钢。其中日本在中国申请量高达30%，专利数量的急剧增加，也侧面反映该技术具有很可观的市场前景。

热成形钢专利关于模具方面申请较多(161件)，通过模具类专利申请量，可以了解到热成形零件的市场前景可观。

热成形钢专利研究主要集中在制备及热成形钢性能、涂层技术、热成形工艺、热成形制品、应用技术。其中涂层技术的占比最高，涂层技术也是目前研究的热点；应用技术相对薄弱，可考虑今后专利布局的方向。

国内关于热成形钢的核心专利较少，基本被国外垄断，尤其是铝硅镀层热成形钢，因此，国内应积极开发具有自主知识产权的新型热成形钢。

参考文献

[1] 徐士春，习蓉，何正霞.中国能源消耗碳排放的影响因素分析及政策启示[J].资源科学，2012，1

[2] 傅世枢.当代汽车用钢和超轻钢制汽车技术的开发[J].汽车工艺与材料，2008，2

[3] Barbara Schulz，et al. Hot stamping finds its way into automobile construction[J]. Australian manufacturing technology April，2007，4

[4] 马明图，路洪洲，李刚. 论汽车轻量化和高强度钢先进的加工成形技术[J].汽车工艺与材料，2008，2

[5] 王媛，康斌.热成形钢技术专利分析[J]. 冶金信息导刊，2015，3