发明创造名称：一种铬锰氮系奥氏体耐热钢及其制备方法
外观设计名称：
决定号：187526
决定日：2019-08-23
委内编号：1F254197
优先权日：
申请（专利）号：201610740208.6
申请日：2016-08-26
复审请求人：天津新伟祥工业有限公司
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：李旭
合议组组长：马彩霞
参审员：杨秀娟
国际分类号：C22C38/44，38/48，38/58，38/46，38/50，38/52
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：如果发明要求保护的技术方案与最接近的现有技术相比存在区别技术特征，然而所述区别技术特征属于本领域的常规技术手段，则可以认为现有技术整体上存在将所述区别技术特征应用到最接近的现有技术以解决其存在的技术问题的启示。
全文：
本复审请求涉及申请号为201610740208.6，发明名称为“一种铬锰氮系奥氏体耐热钢及其制备方法”的发明专利申请（下称本申请）。本申请的申请人为天津新伟祥工业有限公司，申请日为2016年8月26日，公开日为2016年12月21日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年4月3日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：权利要求1-6不具备专利法第22条第3款规定的创造性。驳回决定所依据的文本为2017年8月14日提交的权利要求第1-6项，2016年8月26日提交的说明书第1-62段以及说明书摘要。驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种铬锰氮系奥氏体耐热钢，包括以下重量百分含量的组分：
0.30％～0.45％的碳，0.80％～1.50％的硅，3.00％～4.80％的锰，小于0.02％的磷，小于0.02％的硫，23.00％～26.00％的铬，6.50％～7.00％的镍，小于0.20％的钼，小于0.30％的铌，小于0.40％的钨，小于0.12％的钒，0.40％～0.50％的氮，小于0.08％的锆，小于0.08％的钴，小于0.08％的钇，小于0.10％的硼，余量的铁。
2. 权利要求1所述的铬锰氮系奥氏体耐热钢的制备方法，包含以下步骤：
(1)将各元素组分的合金原料熔炼，得到料液；
(2)将所述步骤(1)得到的料液静置后浇注成型，得铬锰氮系奥氏体耐热钢。
3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中熔炼的温度为1580～1700℃。
4. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中静置的时间为3～20分钟。
5. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中静置后还包含除渣处理。
6. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中浇注成型的温度为1550～1650℃。”
驳回决定认为：独立权利要求1相对于对比文件1（CN85102472A，公开日为1986年8月6日）、对比文件2（CN105002431A，公开日为2015年10月28日）以及本领域技术人员的常规试验手段的结合不具备创造性；基于类似的理由，独立权利要求2也不具备创造性；从属权利要求3-6的附加技术特征是本领域技术人员的常用技术手段，因而也不具备创造性。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年6月20日向国家知识产权局提出了复审请求，同时修改了权利要求书，具体修改方式为：在驳回决定所针对的文本的基础上，根据说明书实施例1的记载，将原权利要求1中各元素的含量修改为实施例1中记载的含量。新修改的权利要求1如下：
“1. 一种铬锰氮系奥氏体耐热钢，包括以下重量百分含量的组分：
0.43％的碳，1.20％的硅，4.72％的锰，0.010％的磷，0.008％的硫，25.64％的铬，6.72％的镍，0.013％的钼，0.0076％的铌，0.0141％的钨，0.1084％的钒，0.4967％的氮，0.052％的锆，0.061％的钴，0.002％的钇，0.07％的硼，60.4472％的铁。”
复审请求人认为：（1）修改后权利要求1中计算得出Cr/C为60，而对比文件1中为23-50，且现有技术中没有任何关于Cr/C的变化趋势对合金强度影响的相关记载，因此本领域技术人员不能想到如何调整该比例。（2）由复审请求人给出的ψ值计算公式，得出对比文件1的ψ值范围为-2.17～13.42，而本申请权利要求1的ψ值为4.40，结合本领域公知常识“ψ值越大越能够得到完全奥氏体基体”，本领域技术人员容易想到增大ψ值而不是降低ψ值，本申请采用了与对比文件1和公知常识给出的技术启示完全相反的技术方案，通过精确限定ψ值，提高了耐热钢的性能。而且通过对比本申请实施例1和2中的ψ值和热膨胀系数，证明本申请通过精确限定ψ值提高了热膨胀性。（3）本申请权利要求1中添加0.4967%的氮，6.72%的镍。对比文件1为0.2-0.3%的氮，3.5-7.5%的镍。对比文件2给出了用氮代替镍的技术启示，因此本领域技术人员想到的是在对比文件1的基础上降低氮含量、提高镍含量，不会想到在不改变镍含量的条件下增加氮含量。（4）基于对比文件2给出的“不添加镍，加入铌和钒使奥氏体不锈钢母合金提高强度的同时达到铸件细化晶粒的配合”的技术启示，本领域技术人员容易想到的是不添加镍，并添加对比文件2记载含量的钒和铌，并结合公知常识向合金中添加适当含量的钛、钴、锆、钨和钼以提高合金的韧性和塑性，而无法预期减少了钒、铌、钛、钴、锆、钨和钼的含量后能否达到与对比文件2相同的技术效果。基于上述理由，复审请求人认为本申请权利要求1是非显而易见的，且由于本申请耐热钢的优异性能，认为其具有显著的进步，因而权利要求1具备创造性。在此基础上，权利要求2-6也具备创造性 。
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年6月27日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中坚持驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年6月18 日向复审请求人发出复审通知书，首先指出对权利要求1的修改不符合专利法第33条的规定，并在假定将权利要求1中钇、硼、钴的含量修改为“0.061%的钇、0.002%的硼、0.07%的钴”的基础上，沿用驳回决定中使用的对比文件1和2，指出权利要求1-6相对于对比文件1、2和本领域常规技术的结合不具备创造性，并针对复审请求人的意见进行了回应。
复审请求人于2019年7月24日提交了意见陈述书，同时修改了权利要求书，具体修改方式与复审通知书假定的修改方式一致，新修改的权利要求1如下：
“1. 一种铬锰氮系奥氏体耐热钢，包括以下重量百分含量的组分：
0.43％的碳，1.20％的硅，4.72％的锰，0.010％的磷，0.008％的硫，25.64％的铬，6.72％的镍，0.013％的钼，0.0076％的铌，0.0141％的钨，0.1084％的钒，0.4967％的氮，0.052％的锆，0.07％的钴，0.061％的钇，0.002％的硼，60.4472％的铁。”
复审请求人认为：对比文件1公开了高温耐热铁基合金中Cr/C=23-50，而本申请权利要求1中经计算Cr/C≈60。本领域技术人员公知，铬元素和碳元素均可提高合金的强度、硬度和耐磨性，由于Cr的热膨胀系数为6.5×10-6/K，当本领域技术人员面临提高合金强度、降低热膨胀系数的技术问题时，容易想到的是降低Cr/C比而不会想到增大Cr/C比，更不能预期增大Cr/C比后的技术效果，而本申请增大了Cr/C比，并取得了预料不到的提高合金强度、降低热膨胀系数的技术效果，因此具有创造性。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
（一）关于审查文本
经审查，复审请求人于2019年7月24日提交的修改文本符合专利法第33条及专利法实施细则第61条第1款的规定，因此本复审请求审查决定所针对的审查文本为2019年7月24日提交的权利要求第1-6项，2016年8月26日提交的说明书第1-62段、说明书摘要。
（二）关于创造性
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步。
如果发明要求保护的技术方案与最接近的现有技术相比存在区别技术特征，然而所述区别技术特征属于本领域的常规技术手段，则可以认为现有技术整体上存在将所述区别技术特征应用到最接近的现有技术以解决其存在的技术问题的启示。
1、关于对比文件
对比文件1涉及一种奥氏体高温耐热铁基合金，为了解决镍元素成本高的问题设计了低镍配方，并具体公开了下述内容（参见对比文件1第3页倒数第2-3行，第4页第2-4段）：“已有合金中，含铬量低的高温强度不高，而高温强度高的则其含镍量均高，成本太高。本发明是利用高铬、高碳、低镍含氮的配方获得铸态下为奥氏体基体并含有部分碳化物的金相组织，其组成重量的百分比是：Cr：24-30、C：0.4-1.1、Ni：3.5-7.5、Mn：2.5-4.5、N：0.2-0.3、Si：0.3-1.5、P≤0.035、S：≤0.03、Cr/C=23-50，出炉时外加0.3-0.5%包头1＃稀土硅铁合金处理，其余为铁及杂质”。
对比文件2涉及一种铬-锰-氮奥氏体不锈钢，为了避免使用稀缺且昂贵的镍元素而设计了无镍配方，并具体公开了下述内容（参见对比文件2说明书第0007-0012段，第0023-0025段）：“一种铬-锰-氮奥氏体不锈钢，其特征在于，按重量比计其化学成分包括：碳 0.5-0.7%、硅≤0.25%、锰 9-12%、铬 18.5-23.5%、氮 0.4-0.8%、钼 0.75-1.85%，余量为Fe和不可避免的杂质。优选的，所述的不可避免杂质包括磷和硫，按不锈钢总质量计，P≤0.035%，S≤0.03%。优选的，所述的不锈钢还包含占不锈钢总质量0.5-1.5的钒。优选的，所述的不锈钢还包含占不锈钢总质量1.0-2.5的铌。本发明是以锰和氮元素进行合金化，使之形成单一的奥氏体组织结构，同时由于氮的固溶强化可以提高该合金的强度，适宜制造承受较重负荷而具有一定耐蚀性的各种铸造件。氮是使合金奥氏体化的重要金属元素之一，其抑制铁素体形成的能力为镍的30倍，用锰合金化不可能获得完全奥氏体组织，只有它们的综合合金化作用才能形成稳定奥氏体基体。为了提高铸件的使用寿命，本发明还添加了铌和钒。铌可以提高合金强度（Mpa），它在合金中能够固定碳，起沉淀硬化作用，从而提高合金的蠕变性能，同时铌也具有细化晶粒作用，因而也可以提高合金的冲击韧性。由于铌通过细小碳化物颗粒的弥散分布，在奥氏体合金中，可以防止氧化介质对晶格间腐蚀。钒是强碳化及氮元素形成元素，与碳形成碳化物颗粒弥散分布，提高合金的蠕变性和持久性，使铸件产品在具备较高强度的同时由于晶粒细化，保持较好的塑韧性”。
2、关于权利要求1
经对比，本申请权利要求1与对比文件1的区别在于：合金的成分和含量存在差异。基于上述区别特征，本申请实际要解决的技术问题是如何优化合金的高温性能。
对于上述区别特征，详细分析如下：
（1）关于权利要求1中的碳、硅、锰、铬、镍、氮、铁元素
从本申请说明书（参见本申请说明书第0007段）可以看出，这些元素是必不可少的合金成分，对奥氏体相的形成、合金的性能及成本控制起主要作用。权利要求1中碳、硅、铬、镍、铁元素的含量都处在对比文件1公开的范围内（参见上文对对比文件1公开内容的描述），本领域技术人员能够根据对比文件1给出的技术启示做出合理选择。权利要求1中锰、氮的含量高于对比文件1给出的含量范围（参见上文对对比文件1公开内容的描述）。关于这点，对比文件2指出了锰、氮元素的作用（具体出处参见上文对对比文件2公开内容的描述）：通过锰、氮元素合金化形成单一的奥氏体组织结构，通过氮的固溶强化提高合金的强度，抑制铁素体的形成，从而获得完全奥氏体组织。在此基础上，本领域技术人员可以视合金中奥氏体相的形成情况以及对合金强度等性能的需求，在对比文件1公开的锰、氮含量范围的基础上进一步做出调整，并通过常规试验手段确定最佳的锰、氮含量。
（2）关于权利要求1中的钼、铌、钨、钒、锆、钇、硼、钴元素
从本申请说明书（参见本申请说明书第0007段）可以看出，这些元素是合金中的非必要成分，其作用是改善合金的综合性能。对比文件1公开的（具体出处参见上文对对比文件1公开内容的描述）“出炉时外加0.3-0.5%包头1＃稀土硅铁合金处理”给出了在合金中添加稀土元素的技术启示，权利要求1中添加的钇元素是常见的稀土元素，现有技术中对金属钇在钢铁中的应用已进行过研究，因此在对比文件1给出的技术启示的基础上，结合对合金的性能需求，容易想到添加稀土元素钇，其添加量也是可以通过常规试验手段来确定的。对比文件2公开了（具体出处参见上文对对比文件2公开内容的描述）在合金中添加钼、铌、钒元素，并详细记载了铌、钒元素的作用，而钼元素在合金中的作用也是本领域技术人员熟悉的。尽管上述元素在对比文件2中的含量高于其在本申请权利要求1中的含量，但本领域技术人员在了解所述元素作用的基础上，有能力根据实际需求进一步调整元素含量。此外，如复审请求人所述，本申请权利要求1中的钨、锆、硼、钴元素在合金中的作用也是本领域技术人员熟悉的，在此基础上，本领域技术人员有能力根据实际需求，通过常规试验手段来确定所述元素的含量。
（3）关于权利要求1中的磷元素和硫元素
这两种元素是合金中不可避免的杂质，对比文件1和2均限定了P≤0.035%，S≤0.03%，本申请权利要求1中磷和硫的含量处在上述范围内，本领域技术人员能够根据对比文件1和2给出的技术启示，将磷、硫等不可避免杂质的含量降低到合理数值。
因此，在对比文件1和2公开内容的基础上结合本领域的常规技术，获得本申请权利要求1的技术方案对于本领域技术人员而言是显而易见的，因此权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
3、关于权利要求2
权利要求2请求保护权利要求1所述的锰铬氮系奥氏体耐热钢的制备方法。与对比文件1相比，除了在评述对权利要求1时指出的合金成分及含量方面的区别外，区别还包括对比文件1未公开合金的制备方法。对此，对比文件2公开了下述内容（参见说明书第0013-0016段）：“一种制备上述铬-锰-氮奥氏体不锈钢的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将制备上述不锈钢的原料投入非真空中频感应炉中进行熔炼，得到钢液【相当于本申请权利要求2中的步骤（1）】；（2）将经过步骤（1）熔炼得到的钢液转入氩氧炉（AOD）中吹炼；（3）将经过步骤（2）吹炼后的钢液转入中间包中，通过水平连铸法，将钢液拉成直径为100mm的母合金圆棒【步骤（3）是权利要求2步骤2中所述浇注成型的一种具体方式】”。而权利要求2步骤（2）所述料液静置更是浇注成型过程中的常规做法。由于对比文1和2同属铬-锰-氮系合金制备领域，在对比文件1公开内容的基础上，本领域技术人员有动机借鉴对比文件2公开的方法来制备合金，从而得到本申请权利要求2的技术方案。
因此，权利要求2不具有突出的实质性特点，不符合专利法第22条第3款关于创造性的规定。
4、关于权利要求3-6
权利要求3-6为从属权利要求，分别进一步限定了所述制备方法的工艺参数。而具体的熔炼温度、静置时间、浇注成型温度是本领域技术人员可以根据熔炼钢材的性质来调整的，并可通过常规实验手段选择出合适的工艺参数，上述调整所取得的技术效果也是可以预期的。此外，为了去除钢渣、提高铸件性能，在静置后进行除渣处理也是本领域的常用技术手段。
综上，当其引用的权利要求不具备创造性时，权利要求3-6也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
对复审请求人相关意见的评述
合金的热膨胀系数受合金成分、加工方法等众多因素的影响，且作用机理复杂，单独调整合金中某一种元素的含量往往不能决定合金的热膨胀系数变化趋势，而且，Cr的热膨胀系数为6.5×10-6/K（复审请求人在意见陈述书中指出），与本申请合金中的其他金属元素如Ni为13×10-6/K、Mn为23×10-6/K、Fe为12.2×10-6/K相比属于热膨胀系数较低的，本领域技术人员通常不会认为提高合金中膨胀系数较低的元素的含量（例如提高Cr/C比）必然会导致合金的热膨胀系数变大，因此，复审请求人所说的“当本领域技术人员面临提高合金强度、降低热膨胀系数的技术问题时，容易想到的是降低Cr/C比而不会想到增大Cr/C比”不是本领域技术人员公知的，因此，本领域技术人员在面临提高合金的强度的问题时，结合对Cr元素在提高合金强度方面的作用的认知，在对比文件1公开的Cr/C比例的基础上进一步提高Cr/C比是符合公知常识的，并非如复审请求人所说是“与本领域公知常识完全相反的技术方案”。另外，对比文件1的铁基合金能在1000-1100℃高温下抗变形（参见对比文件1第4页第1-2行），说明其同样具备低的热膨胀系数，即，Cr/C比例的差异并未使本申请产生预料不到的技术效果。
故对于复审请求人的上述主张，合议组不予支持。
根据上述事实和理由，合议组作出如下复审请求审查决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年4月3日对本申请作出的驳回决定。如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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