发明创造名称：一种利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工艺
外观设计名称：
决定号：187649
决定日：2019-08-25
委内编号：1F257520
优先权日：
申请（专利）号：201610406681.0
申请日：2016-06-04
复审请求人：马鞍山钢铁股份有限公司
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：孙玉静
合议组组长：魏巧莲
参审员：王燕
国际分类号：C21D9/28，C21D1/26，C21D1/28，C21D1/18
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点：如果权利要求请求保护的技术方案与最接近的现有技术相比存在区别特征，没有证据表明该区别特征属于本领域的公知常识，同时其他现有证据也没有给出获得该区别特征的技术启示，则权利要求请求保护的技术方案相对于现有证据是显而易见的。
全文：
本复审请求涉及申请号为201610406681.0，名称为“一种利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工艺”的发明专利申请（下称本申请）。本申请的申请人为马鞍山钢铁股份有限公司，申请日为2016年6月4日，公开日为2016年11月9日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年6月4日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：权利要求第1-8项不具备专利法第22条第3款规定的创造性。驳回决定所依据的文本为2018年4月16日提交的权利要求第1-8项，申请日2016年6月4日提交的说明书第1-44段、以及说明书摘要。驳回决定所引用的对比文件和公知证据如下：
对比文件1：《铁路机车车辆科技手册 第三卷制造技术》，铁路机车车辆科技手册编委会 编，第194-197页，中国铁道出版社，公开日：2002年05月31日；
对比文件2：“铁道车辆用LZW车轴钢晶粒度研究”，李学锋等，《钢铁》，第36卷，第8期，第36-38页，公开日：2001年08月31日；
公知常识证据：《工具用钢热处理手册》，赵步青等编著，第140页，机械工业出版社，公开日：2014年03月31日（下称公知证据1）。
驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，所述热处理工艺包括以下步骤：
（1）控制终锻温度≥750℃，将锻造后的车轴放入热处理炉中，进行等温退火；
（2）将步骤（1）处理后的铁路车辆车轴进行一次或两次正火；
（3）将步骤（2）处理后的铁路车辆车轴进行回火；
步骤（1）中所述热处理炉温度是Ac1以下10℃～170℃，炉温到温后保温2-6小时，出炉空气中冷却；步骤（1）中终锻后，先将车轴空冷至热处理炉炉温以上10℃～60℃，再将车轴入热处理炉；
步骤（2）中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为Ac3以上10℃～80℃，保温时间为2-5小时；或，两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为Ac3以上50℃～150℃，保温时间为2-5小时，第2次正火的保温温度为Ac3以上10℃～80℃，保温时间为2-5小时；步骤（3）中所述的回火的保温温度为450℃～600℃，保温时间为2-6小时。
2. 根据权利要求1所述的利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，
步骤（1）中所述热处理炉温度是Ac1以下10℃～60℃；
步骤（2）中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为Ac3以上30℃～50℃；或，两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为Ac3以上90℃～120℃，第2次正火的保温温度为Ac3以上30℃～50℃。
3. 根据权利要求2所述的利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，步骤（1）中所述热处理炉温度是580℃～710℃；步骤（2）中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为770-850℃，或，两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为830-890℃，第2次正火的保温温度为770-850℃。
4. 根据权利要求3所述的利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，步骤（1）中所述热处理炉温度是为600℃-700℃；步骤（2）中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为790-820℃，或，两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为850-870℃，第2次正火的保温温度为790-820℃。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，步骤（2）中正火保温后车轴在加速流动的空气中冷却或者在空气中用水雾加速冷却。
6. 根据权利要求1-5任一项所述的利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，步骤（3）中保温温度为500-560℃，保温时间为3.5-4.5小时。
7. 根据权利要求1-6任一项所述的利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，
步骤（1）中所述热处理炉温度是为660℃-690℃，保温时间为3.5-4.5小时；
步骤（2）中1次正火的保温温度为770℃～850℃，保温时间为3.5-4.5小时，2次正火的第1次的保温温度为830℃-890℃、第2次的保温温度为770℃～850℃，保温时间均为3.5-4.5小时，正火保温后在加速流动的空气中冷却或者用水雾加速冷却；
步骤（3）中回火的保温温度为500℃～560℃，保温时间为3.5-4.5小时。
8. 根据权利要求1-7任一项所述的利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，所述热处理方法适用于中碳钢或中碳低合金钢铁路车辆车轴钢钢的热处理。”
驳回决定认为：
对比文件1公开了50钢车轴的锻件的热处理工艺，并具体公开了：锻件热处理常用的工艺，是正火、高温回火、正火加高温回火、不完全退火、完全退火、等温退火、球化退火、调质等。机车车辆产品车轴的锻后冷却和热处理，分别如图4.2.1-1～4.2.1-2所示：图4.2.1-1中50钢车轴锻后700℃×1.5h[50钢的Ac1为725℃，Ac3为760℃(参见公知证据1)]。上述温度落入“Ac1以下10℃～170℃”，即上述700℃的保温实质为一种等温退火。图4.2.1-2中50钢车轴经过了两次正火和回火热处理。
当权利要求1步骤(2)采取一次正火的技术方案时，权利要求1相对于对比文件1的区别特征：本申请限定“控制终锻温度≥750℃，终锻后，先将车轴空冷至热处理炉炉温以上10℃～60℃，再将车轴入热处理炉”，且“所述热处理炉温度是Ac1以下10℃～170℃，炉温到温后保温2-6小时”，而对比文件1未对上述终锻温度做出限定，且对应的等温退火为700℃×1.5h；（2）本申请限定等温退火之后进行一次正火，对比文件1公开的为两次正火。对于上述区别特征（1），对比文件1公开了终锻温度的选择，本领域技术人员根据所处理的车轴的实际材料，能够选择合适的终锻温度范围；对比文件1公开了车轴终锻温度≥800℃(与Ac1以上10～170℃部分重叠)，在此基础上本领域技术人员在入炉前将车轴空冷至合适的入炉温度，选择合适的等温退火温度并确定合适的保温时间是很容易的，没有取得预料不到的技术效果。对于区别特征（2），对比文件2给出了“LZ50钢的正火工艺可以采用一次正火或者两次正火”的技术启示，正火参数是本领域技术人员根据实际情况进行的常规调整。
申请人马鞍山钢铁股份有限公司（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年8月2日向国家知识产权局提出了复审请求，同时提交了权利要求书的修改替换页，其修改之处在于：将原权利要求1中步骤（2）的“或两次正火”方案删除；将步骤（2）中“或，两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为Ac3以上50℃～150℃，保温时间为2-5小时，第2次正火的保温温度为Ac3以上10℃～80℃，保温时间为2-5小时”删除；将步骤（1）中“炉温到温后保温2-6小时”修改为“炉温到温后保温3-6小时”。
复审请求人认为：
（1）对比文件1指出“锻件热处理常用工艺，是正火、高温回火、正火加高温回火、不完全退火、完全退火、等温退火、球化退火、调质（淬火加高温回火）等”，仅是基本原理性质的描述，并未公开等温退火、正火的工艺顺序。对比文件1已经明确公开了其在锻造缓冷后采用“两正一回”的热处理工艺，并没有提出需要增加或减少热处理工艺步骤或工序，对比文件1没有提示增加“利用锻造余热进行预先等温退火”步骤；
（2）权利要求1是在车轴锻造缓冷之后、正火之前增加了“Ac1以下10℃～170℃，炉温到温后保温3-6小时”的预先等温退火步骤，该步骤与对比文件1中车轴的700℃×1.5h 300±20℃×1.5h的锻后缓冷工艺不同，对比文件1中车轴的700℃×1.5h只能其到暂缓冷却速度的作用，是为了车轴热矫直作准备，并不是为了退火，而且对比文件1的“锻后缓冷”不能完成等温退火的过程；
（3）对比文件1明确给出了车轴钢“两正一回”的热处理工艺，修改后的权利要求1由于利用了锻造余热进行预先等温退火，所以采用的是“一正一回”的热处理工艺，可减少1次正火，对比文件1和对比文件2都没有给出任何相关启示。
复审请求时新修改的权利要求1如下：
“1. 一种利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，所述热处理工艺包括以下步骤：
(1)控制终锻温度≥750℃，将锻造后的车轴放入热处理炉中，进行等温退火；
(2)将步骤(1)处理后的铁路车辆车轴进行正火；
(3)将步骤(2)处理后的铁路车辆车轴进行回火；
步骤(1)中所述热处理炉温度是Ac1以下10℃～170℃，炉温到温后保温3-6小时，出炉空气中冷却；步骤(1)中终锻后，先将车轴空冷至热处理炉炉温以上10℃～60℃，再将车轴入热处理炉；
步骤(2)中所述的正火的工艺为：正火的保温温度为Ac3以上10℃～80℃，保温时间为2-5小时；
步骤(3)中所述的回火的保温温度为450℃～600℃，保温时间为2-6小时。”
经形式审查合格，国家知识产权局依法受理了该复审请求，于2018年8月10日发出复审请求受理通知书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,具体理由如下：
（1）、首先，对比文件1公开了“两正一回”的技术方案，而对比文件2则给出了“LZ50钢的正火工艺可以采用一次正火或者两次正火”的技术启示，本领域技术人员在对比文件1公开的技术方案基础上，在对比文件2给出的技术启示下，选择在等温退火之后进行一次正火，是很容易想到的；最后，对于复审请求人指出对比文件1锻造后700℃保温1.5h是用于矫直而非等温退火，行业标准（TB/T2945-1999）中锻造后并无矫直工序，该标准中在正火、回火的热处理工序之后才进行了矫直，该标准并不能证明对比文件1中所述锻造后700℃保温1.5小时是用于矫直；相反的，对比文件1为50钢，其Ac3、Ac1分别约为760℃、725℃，且对比文件1公开了终锻温度大于800℃（与本申请所述Ac3以上10-100℃，即770-860℃部分重叠），也即在锻造阶段对应于等温退火加热到奥氏体相区的温度，而700℃（落入本申请所述Ac1以下10-170℃，即715-555℃）保温1.5h。而本领域技术人员知晓，等温退火的定义为加热到奥氏体化温度以上后，使钢组织转化为奥氏体，再冷却至稍低于奥氏体转化为珠光体的临界温度，使奥氏体组织转变为珠光体。对比文件1锻造温度在奥氏体化温度范围内，等温温度在奥氏体向珠光体转化的温度范围内，可以认定成一种利用锻造余热的等温退火。
（2）、混晶是由组织遗传造成的是本领域公知常识（参见书籍《中厚板生产900问》，孙玮 等编，第727页，冶金工业出版社，2014年7月，下称公知证据2），当本领域技术人员面临混晶的问题时，容易想到通过热处理来解决该混晶问题。采用等温退火等预备热处理方法来消除锻件的混晶组织是本领域的常规技术手段（参见书籍《齿轮制造手册》，《齿轮制造手册》编辑委员会 编，第261页右栏第4段，机械工业出版社，1998年3月，下称公知证据3）。即本领域技术人员容易在锻造之后、热处理步骤之前，采用等温退火等预备热处理的方式来消除混晶组织。本申请的等温退火参数是常见等温退火的参数要求（即加热奥氏体化阶段高于奥氏体化温度以上30-50℃，等温珠光体转换段稍低于奥氏体向珠光体转化的温度），因此等温退火的参数也不具备创造性。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
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
1.关于审查文本
复审请求人于2018年8月2日提交了权利要求书的修改替换页（共2页8项）。经核实，其所做修改符合专利法第33条和专利法实施细则第61条第1款的规定。
本复审请求审查决定针对的审查文本为：2018年8月2日提交的权利要求第1-8项，申请日2016年6月4日提交的说明书第1-44段、以及说明书摘要。
2.关于专利法第22条第3款
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。
如果权利要求请求保护的技术方案与最接近的现有技术相比存在区别特征，没有证据表明该区别特征属于本领域的公知常识，同时其他现有证据也没有给出获得该区别特征的技术启示，则权利要求请求保护的技术方案相对于现有证据是显而易见的。
具体到本案，权利要求1请求保护一种利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工艺。对比文件1公开了50钢车轴的热处理方法，具体公开了以下内容（参见第196页第1.5.3节，锻件热处理工艺）锻件热处理常用的工艺，是正火、高温回火、正火加高温回火、不完全退火、完全退火、等温退火、球化退火、调质等。机车车辆产品车轴的锻后冷却和热处理，分别如图4.2.1-1至4.2.1-2所示：
对比文件1采用钢为50钢，50钢的Ac1为725℃，Ac3为760℃（参见公知证据1第140页），即对比文件1中缓冷工艺中的700℃相当于Ac1温度以下25℃。
对比文件1还公开了终锻温度选择也很重要，终锻温度过低，会造成加工硬化，再次加热时会引起晶粒迅速长大，同时，由于此时塑性过低，还会导致锻件锻裂致废；终锻温度过高，会使锻造温度范围变窄，增加了锻造火次，降低生产率，提高了锻造成本。各种不同的金属材料，有不同的加热规范和始锻、终锻温度。车轴坯始锻温度1130～1180℃，终锻温度≥800℃（参见第195页第1.4节，锻造温度的控制）。
权利要求1相对于对比文件1的区别特征为：权利要求1限定的终锻温度与对比文件1的终锻温度不同；权利要求1限定的为一次正火工艺，并且限定了在正火步骤之前，利用锻造余热进行预先等温退火，具体限定了终锻后，先将车轴空冷至热处理炉炉温以上10℃～60℃，再将车轴入热处理炉，热处理炉温度是Ac1以下10℃～170℃，炉温到温后保温3-6小时，出炉空气中冷却。基于上述区别特征，本申请实际解决的技术问题是如何减小粗晶从而使车轴获得均匀、细小的显微组织。
对于上述区别特征，驳回决定和前置意见中认为：对比文件1为50钢，根据公知证据1可知50钢的Ac3、Ac1分别约为760℃和725℃，并且对比文件1公开了终锻温度大于800℃，因此，锻造阶段可以相当于本申请中等温退火加热到奥氏体相区的温度并且保温；此外，图4.2.1-1中50钢车轴锻后700℃×1.5h，由公知常识证据可知，50钢的Ac1为725℃，Ac3为760℃。即上述温度落入“Ac1以下10℃～170℃”，即对比文件1中上述700℃的保温对应于等温退火中的稍低于奥氏体转化为珠光体的临界温度的保温，保温一段时间后再冷却，可见，对比文件1实质为利用锻后余热进行的等温退火。
合议组经审查认为：首先，对比文件1仅公开了50钢车轴的两正一回热处理工艺，并未公开热处理工艺包括预先等温退火步骤。对比文件1公开了50钢车轴在正火前进行包括700℃×1.5h和300±20℃×3h两段保温的锻后缓冷工艺，其与本申请的“Ac1以下10℃～170℃，炉温到温后保温3-6小时，出炉空气中冷却”的预先等温退火工艺也不相同。本领域技术人员知晓，等温退火的定义为将钢件加热到临界温度以上保温，使其奥氏体化，然后冷却到稍低于奥氏体转化为珠光体的临界温度（Ac1）进行等温，保持足够时间使奥氏体转变后，钢件即可出炉空冷或在炉缓冷。而对比文件1中300±20℃的温度远低于等温退火中的临界温度，因而对比文件1的锻后缓冷工艺并不符合等温退火的定义；同时，300±20℃在50钢回火工艺的保温范围内，没有证据表明经过对比文件1中“700℃×1.5h 300±20℃×1.5h的锻后缓冷工艺”处理后和经过本申请的“Ac1以下10℃～170℃，炉温到温后保温3-6小时，出炉空气中冷却”处理后的50车轴钢能够得到相同的相组织结构，即对比文件1未公开预先等温退火步骤。而且对比文件1所公开的终锻温度属于锻造阶段，其不同于锻后的缓冷和热处理工艺，二者属于车轴锻件制造过程中的两个完全不同的阶段，在没有证据表明对比文件1中终锻工艺等同于等温退火的基础上，也无法得出对比文件1中的“终锻温度 缓冷工艺中的700℃ 300℃”相当于本申请锻后的等温退火。
其次，对比文件1第196页第1.5.1节还公开了锻件冷却和热处理的目的：（1）减少或消除锻造过程中产生的应力和降低硬度，提高金属的切削性能；（2）减少冷却过程中产生的温度应力、组织应力，预防锻件表面产生裂纹，同时可减少白点的产生；（3）细化、均匀化晶粒，消除或减少粗大网状碳化物的产生，形成细粒的球状珠光体等，以改善金属内部组织，为第二次热处理做好组织准备，以便使最终热处理获得所需的性能。由上述公开的内容可知，对比文件1锻件冷却的目的是（1）和（2），热处理的目的是（3）。对比文件1图4.2.1-1公开的锻后缓冷工艺，其目的为上述（1）和（2），即对比文件1所公开的锻后缓冷所要解决的技术问题是减少或消除应力、降低硬度、提高金属的切削性能并减少冷却过程产生的温度应力和组织应力，其所要解决的技术问题与本申请所要解决的减少粗晶组织从而获得均匀、细小的显微组织的技术问题不同。
由50钢的临界温度可知，对比文件1缓冷工艺中的700℃相当于其Ac1温度以下25℃，即使将对比文件1缓冷工艺中的700℃保温相当于本申请的热处理炉中等温退火的温度，在二者所要解决的技术问题显著不同的前提下，本领域技术人员也没有动机对对比文件1中的700℃×1.5h 300±20℃×1.5h的锻后缓冷工艺进行改进，而获得本申请的“Ac1以下10℃～170℃，炉温到温后保温3-6小时，出炉空气中冷却”的等温退火工艺。
前置审查意见中认为：公知证据2证明了混晶是由组织遗传造成的，其属于本领域公知常识，当本领域技术人员面临混晶的问题时，公知证据3证明了热处理来解决混晶问题属于本领域的公知常识，因此，本领域技术人员容易在锻造之后、热处理步骤之前，采用等温退火等预备热处理的方式来消除混晶组织。
合议组经审查后认为：公知证据2记载了“混晶是由于组织遗传造成的，采用完全退火工艺取代调质处理前的正火工艺，使不平衡组织转变为平衡组织，可以隔断组织遗传，消除混晶；公知证据3记载了“预备热处理对齿轮变形的影响，正火硬度过高、混晶、大量索氏体和魏氏组织都会使内孔变形增大，所以要用控温正火或等温退火来处理锻件”。可见，公知证据2和3表明在锻件热处理过程中可以用完全退火或等温退火替代正火处理锻件从而改善混晶等遗传组织，其既不能表明对比文件1中的缓冷工艺能够实现等温退火，也没有给出在锻造之后、正火步骤之前，采用等温退火等预备热处理的方式来消除混晶组织的技术教导。因此基于上述公知常识，本领域技术人员也没有动机采用对比文件1所公开的锻后缓冷工艺进行等温退火，也无法采用通过改变缓冷工艺中的工艺参数实现等温退火的作用。
同时对比文件2也没有公开或教导在车轴进行正火工艺前进行等温退火减少粗晶组织从而获得均匀、细小的显微组织。
本申请中利用热成型预热进行了等温退火，使得车轴获得了接近平衡态的显微组织，为车轴的后续热处理做好了组织上的准备，明显使车轴比经过常规“两正一回”热处理后的显微组织均匀、细小，车轴最终热处理后，在车轴的1/2半径处取试样，按GB/T6394或ASTM E112标准检测，晶粒度级差可控制≤1.5级，90％的产品晶粒度级差可控制≤1.0级。
因此，驳回决定和前置审查意见中指出的权利要求1相对于对比文件1、对比文件2和本领域常规技术手段的结合不具备创造性的理由不能成立；在此基础上，驳回决定和前置审查意见中有关从属权利要求2-8不具备创造性的理由也不能成立。
根据上述事实和理由，合议组作出如下审查决定。
三、决定
撤销国家知识产权局于2018年6月4日对本申请作出的驳回决定。由国家知识产权局原审查部门在本复审请求审查决定所针对文本的基础上对本申请继续进行审查。
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，复审请求人可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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