全球高端金属结构材料行业专利分析

作者：王兴艳 袁开洪

来源：《新材料产业》 2013年第10期

文 王兴艳 袁开洪

工业和信息化部赛迪智库原材料工业研究所

在《新材料产业“十二五”发展规划》（以下简称《规划》）中，高端金属结构材料被划分为高品质特殊钢和新型轻合金材料，新型轻合金又包括铝合金、镁合金和钛合金。与传统金属结构材料比较，高端金属结构材料具有更高的强度、韧性和耐高温、抗腐蚀等性能，被广泛应用于能源、汽车、装备制造、家电、化工、海洋工程、航空航天、军工等领域。

近几年来，全球高端金属结构材料行业迅速发展，专利申请数量持续增长。本文对全球高端金属结构材料行业专利进行了分析，以便更好地了解行业的研发状况和未来发展趋势。

一、全球产业布局及发展特点

从全球产业布局看，特殊钢产业发展较好的国家有日本、韩国、德国、瑞典、法国和中国等；铝合金产业发展较好的国家有日本、美国、韩国、法国、俄罗斯和中国等；镁合金发展较好的国家是日本、德国、美国、韩国和中国等；钛合金发展较好的国家是日本、美国、俄罗斯、乌克兰、中国和哈萨克斯坦等。

从各主要国家高端金属结构材料的产业发展特点看：日本综合能力最强、产业体系完整、产品质量优异、研发能力强、技术水平高；美国、俄罗斯、瑞典、法国、韩国等国家则依托自身基础产业和下游产业的发展各有特色。如美国铝工业发达，在铝合金的生产和研发方面居于世界领先地位；俄罗斯在航空航天工业带动下,钛合金生产技术处于世界领先地位；德国在镁合金领域取得多项技术突破,产业发展具有相对优势等。中国在高端金属结构材料产业发展方面，紧随国际步伐，产业体系基本形成，但技术水平有待进一步提升，特别是自主创新能力有待增强。

二、全球高端金属材料专利分析

1. 专利申请态势分析

近20年来，全球高端金属结构材料专利申请量每年保持在2 000件以上，总量呈周期性波动，这与行业的周期性有关（2011年的专利申请下降与部分专利申请尚未公开有关）。从细分

领域看，全球特殊钢专利申请数量每年在1 000件以上；铝合金专利申请量每年保持在400件以上；1990-2000年，镁合金专利申请量每年不足100件，2001年以后，镁合金专利申请的年总量超过100件，钛合金专利申请的年总量也在100件以上。1990-2011年高端金属结构材料专利申请的详细情况见表1。

2. 专利申请地域分析

图1是1990-2011年全球分区域高端金属结构材料专利申请数量占比情况，从图1可以看出，高端金属结构材料专利申请最多的国家是日本，其在特殊钢、铝合金、镁合金和钛合金 4个领域专利申请量占全球总量的比 重分别是70.7%、61.8%、43.9%和56.4%。中国专利申请数量也较多，在特殊钢、铝合金、镁合金和钛合金4个领域专利申请量占全球总量的比重分别是10.1%、13.9%、32.7%和11.4%。除了日本和中国，美国、韩国、俄罗斯以及欧洲国家也是高端金属结构材料专利申请较多的国家。另外，图2对1990-2011年之间专利较多的几个国家在特殊钢、铝合金、镁合金和钛合金4个领域的专利申请量分别进行了标注。

全球专利布局与各国基础产业和下游产业的发展密切相关。日本不仅钢铁行业和钛行业比较发达，其汽车、船舶、电气、机械设备等多个产业也处于世界领先地位，这对高端金属结构材料行业发展来说既有良好的产业基础，又有强大的消费需求，因此日本在高端金属结构材料领域具有全面的专利布局。美国在铝合金和钛合金方面具有一定的专利布局优势，这是因为一方面美国铝业和钛材加工业的产业基础较好，另一方面美国汽车、军工、电气、航空航天等合金下游产业的发展，有效带动铝合金和钛合金领域的研发与生产；法国拥有普基、爱尔康何纳吕等世界著名的铝业公司，另外其航空航天、汽车等铝合金下游产业发展较好，因此法国在铝合金研发方面具有一定优势。韩国具有很好的钢铁产业基础，加之造船、汽车等优势产业的发展，使得韩国在特殊钢领域发展较好，另外韩国在铝合金方面也取得多项专利。德国在高端金属结构材料中的优势产业当属镁合金和特殊钢2个产业，德国是镁产业的发源地，目前德国在镁合金成形技术方面取得了多项专利技术，另外德国钢铁产业基础雄厚，蒂森克虏伯在特殊钢领域具有很好的专利布局。此外，俄罗斯因本国航空航天事业的发展，在钛合金领域研发水平也很高。

3. 专利申请人分析

表 2列出了1990-2011年全球高端金属结构材料在特殊钢、铝合金、镁合金、钛合金4个领域专利申请排名前 20位的机构，以下分别对这4个领域的专利申请人进行分析。

（1）特殊钢领域

在特殊钢领域世界专利主要申请机构的前 20位中，有13家机构属于日本，这奠定了日本在特殊钢领域的霸主地位 ；除了日本企业外，专利申请数量居前20位的机构还有韩国的2家企业，以及中国的4家企业和1所高校。

（2）铝合金领域

在铝合金领域世界专利主要申请机构的前20位中，有15家机构属于日本，这15家机构的申请量占全球前20位总申请量的88.5%；除了日本企业以外，专利申请数量居前20位的还有美国铝业公司、法国普基和爱尔康何纳吕公司以及中国的贵州华科铝材料工程技术研究有限公司（简称“贵州华科”）和江苏麟龙新材料股份有限公司（简称“江苏麟龙”）。在铝合金领域申请人总排名中，国外汽车企业已形成较好布局，而中国汽车企业在该领域却难觅踪影。

（3）镁合金领域

在镁合金领域世界专利主要申请机构的前20位中，有15家机构属于日本，其中包括13家企业和2家日本研究机构，这15家占前20位总数量的75.6%。除了日本机构以外，还有德国的1家企业以及中国的1家企业和3所高校。

（4）钛合金领域

在钛合金领域世界专利主要申请机构的前20位中，除了俄罗斯航空材料研究所和美国通用电气以外，其他18家机构均来自日本，其中多数是钢铁企业和钛合金的终端消费用户。

4. 专利技术主题分析

表3反映了2006年以来全球高端金属结构材料专利前10个技术主题。由表3可知，从全球高端金属结构材料专利技术主题来看，特殊钢领域的技术主题主要包括热处理工艺与设备、轧制工艺与设备、具有磁性能的合金钢、特殊成分或特殊性能的合金钢等；铝合金、镁合金和钛合金等轻型合金领域的技术主题则主要涉及产品成型、新产品的研发以及加工设备的研发等。从各国专利申请的技术主题看，中国专利的技术领域主要是涉及热处理方法及设备、一般制造方法、铸造工艺、轧制工艺、基础冶炼等，专利涉及的技术水平较低，产品附加值较低，而国外专利所涉及的技术领域除了热处理方法和设备以及轧制工艺以外，在产品深加工、产品的应用开发等领域涉及较多，这些领域专利涉及的技术水平先进，产品附加值高。

三、结语

通过对全球高端金属结构材料行业进行专利分析，可以得出以下几个结论：

①从专利申请的发展态势来看，高端金属结构材料行业的专利申请量目前仍处于不断上升的阶段，该领域具有很好的发展前景。

②从专利申请的地域分析来看，日本申请专利数量最多，其次主要是中国、美国、韩国、俄罗斯以及欧洲发达国家。

③从专利申请人分析来看，主要以日本企业为主，不仅有本领域生产企业，还有下游用户企业。从中国专利申请机构看，主要包括高校和生产企业，在钛合金领域中国没有1家机构进入专利申请的前20位。

④从专利申请的技术主题来看，日本专利技术主题涉及产品深加工、终端产品应用等高附加值领域的较多，而中国技术主题涉及基础冶炼等低附加值领域居多。

综合而言，全球高端金属结构材料具有广阔的发展前景，世界发达国家尤其是日本在该领域具有很强专利布局，中国高端金属结构材料行业发展将面临巨大的挑战。