690MPa级特厚钢板基本情况

海洋平台用钢是在船体结构用钢的基础上发展起来的，最初建造钢质平台都是用船体结构钢。海洋平台大型化趋势很明显，结构复杂，焊接工作量大，应力集中程度高。由于深海的高压力及钻探时洋流等影响因素，通常在钻探时需要采用高等级较厚规格钢板制成深海用隔水管，才能保证钻探顺利进行。例如在海洋工程方面，自升式平台的桩腿、齿条机构等关键部位，均需要690MPa级或者以上的超高强度或特厚钢板，并要有优良的低温韧性，厚度规格需要在60mm及以上。此外，工程机械用钢方面，国内的太钢、鞍钢等对涉及厚度6-100mm，屈服强度890MPa及以上级别的钢种进行了研究和开发。

690MPa级特厚钢板的专利分析

本文的专利数据为进行过同族归并后的专利数据。检索数据时间段为2001年1月1日至2021年8月1日。图1为国内外相关专利申请时间趋势图。由于专利数据公开滞后的原因（一般发明专利在申请后3-18个月公开，实用新型专利和外观设计专利在申请后6个月左右公开），对于2021年专利申请情况（因为授权或驳回一定会公开）目前尚无法评估，仅作为参考。

如图1所示，国外近20年累积申请量为45件，国内近20年累积申请量为58件，国外相关领域专利申请时间早于我国。2010年开始，我国出现690MPa级特厚钢板相关申请，2012年在中国共产党第十八次全国代表大会上提出，提高海洋资源开发能力，发展海洋经济，保护海洋生态环境，坚决维护国家海洋权益，建设海洋强国，此后我国相关专利申请量呈稳步上升趋势，年申请量开始超过国外年申请量，差距逐年拉大。

目前，国内外申请专利较为分散，各申请人持有专利数量都很少。其中，国内专利申请中相关度最高的申请人是江阴兴澄特种钢有限公司、宝山钢铁股份有限公司、南京钢铁股份有限公司等企业，国外专利申请中相关度最高的申请人是JFE钢铁、神户制钢等企业。

其中，上述国内专利申请人江阴兴澄特种钢有限公司的专利涉及690MPa级特厚钢板制备工艺，通过化学成分设计提高钢板性能，并通过结合淬火、回火等热处理方法、控制冷却温度及冷却速率，细化微观组织，获得贝氏体组织、铁素体组织、索氏体组织等钢板组织，从而获得理想的力学性能、优异的低温力学性能，并提高超厚钢板生产效率。

根据专利申请公开的所属国家/地区组织来确定领域的公开国别可以看出该领域的技术在创新活跃程度和市场热度上的地域区别。

如图2所示，透过690MPa级特厚钢板目标申请国家/地区专利数量的区别，可以看出在690MPa级特厚钢板领域，中国、日本、韩国申请数量排名靠前，也就是说，首先，上述国家/地区是该领域专利申请的热点地区，其次，该领域在上述国家存在较强创新活跃程度以及较高的市场热度。

更进一步的研究发现，在日本公开的专利申请中，有25%的专利是关于防止特厚钢板的高脆裂扩散的技术，并在中国大陆、中国台湾、韩国以及巴西等地部署同族专利。

此外，在韩国公开的专利申请中，除了一些关于特厚钢板性能测试方法的专利申请存在多地（包括中国）部署同族专利之外，其他专利基本集中在韩国国内。

下文将通过对专利的技术方案及重点国内外申请人解读，探究金属组织结构、成分及形成金相组织结构的技术路线，从而获得研发方向和专利布局的启示。

国外690MPa级特厚钢板专利技术解读

为了满足造船的新需求，JFE钢铁利用具有较高冷却速率和均匀冷却能力的超级-在线加速冷却技术，生产出与传统中厚板有相同碳当量（Ceq）的大规格、高强度中厚板。

具体来看，JFE钢铁于2006年10月31日申请的两篇专利JP2008111165A和JP2008111166A，公开了厚度>50mm的具有优异的脆性裂纹止裂性能的高强度厚钢板，所制得的板厚度中心在Ar3点（或以上）的累积压下率为≥30%。

JFE钢 铁 于2009年3月4日提出的专利申请JP2010202931A中，通过调整特厚钢板的组织成分使钢板厚度中心部分轧制面（100）织构方向的强度有所提升。

另外，JFE钢铁于2010年3月19申请的JP2011195883A中，公开高强度厚钢板具有多边形铁素体相和上贝氏体相混合结构，其中多边形铁素体相的面积分数为10%-45%，上贝氏体相岛状马氏体的面积分数为≤5%。

在2012年 申 请 的JP2013151731A中，JFE钢铁公开的结构用高强度厚钢板金相组织主要由铁素体相组成，而在同日申请的JP2013151732A中，结构用高强度厚钢板主要由贝氏体相组成。

JFE钢铁在随后2013年和2014年提交的专利申请中所公开的高强度厚钢板主要金相组织为贝氏体、铁素体、回火贝氏体和回火马氏体。相关代表专利如JFE钢铁的JP5598618B1的技术方案，该技术方案利用金属成分百分比，金相结构主要以贝氏体构成。

国内690MPa级特厚钢板专利技术解读

目前，海洋工程用690MPa级结构钢主要为控轧控冷（TMCP）状态交货，存在生产工艺窗口窄，尤其是在冬季低温环境下焊接需要预热，甚至需要焊后热处理，存在焊接质量无法保证、施工成本高等问题。此外，部分企业受生产装备限制，生产钢板板幅小，如宽度＜2m，长度＜6m，在实际建造中出现焊缝多、焊接变形大等不足。因此设计开发一种大型海洋工程装备用690MPa级超宽、超长易焊接钢板对降低成本、提高装备建造效率及结构可靠性等具有十分重要的意义。

如图3所示，国内主要申请人对于690MPa级特厚钢板技术参数及技术效果侧重有明显不同。其中，宝山钢铁股份有限公司和南京钢铁股份有限公司对于专利功效更侧重于特厚钢板的强度和韧性。另外，国内690MPa级特厚钢板专利申请对于强度和韧性上的专利功效在2020年出现突出的增长，主要通过优化回火条件，提高钢板的低温韧性。

结论

海洋平台的大型化趋势十分显著，结构复杂，焊接工作量大，应力集中程度高，因此对海洋平台用钢提出了大厚度、高强度、高韧性、可焊性和良好耐蚀性的苛刻要求。

从数量规模上可以看出，与申请人日本JFE钢铁公司相比较，我国对于690MPa级特厚钢板的研究机构及成果分布则相对较为均衡。

首次申请中，源自中国、日本和韩国的申请量占到全球总申请量的95%，说明在690MPa级特厚钢板领域，我国技术创新活跃程度和市场热度相对较高。

国外申请人或专利权人主要关注JFE钢铁，通过特厚钢板近20年的技术路线分析，可以看出，申请人首先从裂纹止裂的角度对超厚板材的脆性裂纹止裂特性进行了研究，再通过控制工艺获得相应微观组织结构，以获得所需力学性能。

国内申请人分布较广，近20年的申请量较大，从技术功效上分析，对于均匀性微观组织，江阴兴澄特钢有限公司专利申请中的技术方案主要在于淬火条件以及淬火频率。宝山钢铁股份有限公司和南京钢铁股份有限公司在研究中更侧重于特厚钢板的强度和韧性。（王明欢）

本研究得到工业和信息化部2018年工业转型升级资金（部门预算）——国家新材料生产应用示范平台（先进海工与高技术船舶材料）项目（TC180A6MR）的资助。