发明创造名称：一种石油钻具用合金结构钢及其应用
外观设计名称：
决定号：201102
决定日：2020-01-15
委内编号：1F262126
优先权日：
申请（专利）号：201610954606.8
申请日：2016-10-27
复审请求人：马钢（集团）控股有限公司 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：周珑
合议组组长：彭梅香
参审员：朱虹
国际分类号：C22C38/02,C22C38/04,C22C38/18,C22C38/32,C22C38/14
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点：要求保护的技术方案相对于最接近的现有技术存在区别技术特征，如果该区别技术特征为本领域的公知常识，将最接近的现有技术与本领域公知常识结合得到要求保护的技术方案对本领域技
全文：
本复审请求涉及申请号为201610954606.8，名称为“一种石油钻具用合金结构钢及其应用”的发明专利申请（下称本申请）。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年7月4日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：权利要求1-4相对于对比文件1（CN104975235A，公开日2015年10月14日）以及本领域公知常识的结合不具备专利法第22条第3款规定的创造性。驳回决定所依据的文本为，申请人于申请日提交的说明书第1-30段、说明书摘要以及2017年12月1日提交的权利要求第1-4项。
驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种石油钻具用合金结构钢，其特征在于，所述石油钻具用合金结构钢含有以下重量百分比的成分：C 0.43-0.48%、Si 0.15-0.35%、Mn 0.75-1.10%、P≤0.030%、S≤0.025%、Cr 0.95-1.40%、B 0.0006-0.0040%，Ti 0.011-0.038%,其余为铁和不可避免的杂质元素。
2. 根据权利要求1所述的石油钻具用合金结构钢，其特征在于，所述石油钻具用合金结构钢，含有以下重量百分比的成分：C 0.43-0.48%、Si 0.15-0.35%、Mn 0.85-1.08%、P≤0.025%、S≤0.020%、Cr 1.05-1.10%、B 0.0010-0.0035%，Ti 0.015-0.028%,其余为铁和不可避免的杂质元素。
3. 根据权利要求1所述的石油钻具用合金结构钢，其特征在于，所述石油钻具用合金结构钢，含有以下重量百分比的成分：C 0.43-0.48%、Si 0.15-0.35%、Mn 0.95-1.05%、P≤0.025%、S≤0.020%、Cr 1.21-1.31%、B 0.0010-0.0035%，Ti 0.015-0.028%,其余为铁和不可避免的杂质元素。
4. 根据权利要求1所述的石油钻具用合金结构钢，其特征在于，所述石油钻具用合金结构钢，含有以下重量百分比的成分：C 0.43-0.48%、Si0.15-0.35%、Mn 1.06-1.10%、P≤0.025%、S≤0.020%、Cr 0.95 -1.04%、B 0.0010-0.0035%，Ti0.015-0.028%,其余为铁和不可避免的杂质元素。”
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年10月8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。所做的修改为将权利要求1-4中B的含量下限由“0.0006%”修改为“0.0011%”。复审请求人认为：1）现有石油钻具用合金结构钢无论规格大小，Mo是必加元素，不加Mo则因其起到的效果消失会导致淬透性、性能不合格，在本领域，加Mo是常规手段，不加Mo是非常规手段。因此，本领域技术人员不可能想到不添加元素Mo。B含量范围修改为“0.0011-0.0040%”，而对比文件1中B≤0.0010%。权利要求1技术方案之所以能不加Mo，是因为添加了廉价的B元素来提高淬透性，弥补了不加Mo对淬透性和性能的影响。2）对比文件1方案中V≤0.10%、Nb≤0.10%，其中V、Nb的含量不同时≤0.01%，即V、Nb中至少有一种元素含量下限是0.01%。因此，对比文件1中至少会添加V、Nb中的一种，没有公开本申请权利要求1中不添加V、Nb的方案，不能给出本申请权利要求1完全不添加V、Nb方案的技术启示。
复审请求时新修改的权利要求书如下：
“1. 一种石油钻具用合金结构钢，其特征在于，所述石油钻具用合金结构钢含有以下重量百分比的成分：
C 0.43-0.48％、Si 0.15-0.35％、Mn 0.75-1.10％、P≤0.030％、S≤0.025％、Cr 0.95-1.40％、B 0.0011-0.0040％，Ti 0.011-0.038％,其余为铁和不可避免的杂质元素。
2. 根据权利要求1所述的石油钻具用合金结构钢，其特征在于，所述石油钻具用合金结构钢，含有以下重量百分比的成分：
C 0.43-0.48％、Si 0.15-0.35％、Mn 0.85-1.08％、P≤0.025％、S≤0.020％、Cr 1.05-1.10％、B 0.0011-0.0035％，Ti 0.015-0.028％,其余为铁和不可避免的杂质元素。
3. 根据权利要求1所述的石油钻具用合金结构钢，其特征在于，所述石油钻具用合金结构钢，含有以下重量百分比的成分：
C 0.43-0.48％、Si 0.15-0.35％、Mn 0.95-1.05％、P≤0.025％、S≤0.020％、Cr 1.21-1.31％、B 0.0011-0.0035％，Ti 0.015-0.028％,其余为铁和不可避免的杂质元素。
4. 根据权利要求1所述的石油钻具用合金结构钢，其特征在于，所述石油钻具用合金结构钢，含有以下重量百分比的成分：
C 0.43-0.48％、Si0.15-0.35％、Mn 1.06-1.10％、P≤0.025％、S≤0.020％、Cr 0.95-1.04％、B 0.0011-0.0035％，Ti0.015-0.028％,其余为铁和不可避免的杂质元素。”
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年10月12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原驳回决定。
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9月12日向复审请求人发出复审通知书，指出：权利要求1-4相对于对比文件1和本领域公知常识的结合不具备专利法第22条第3款规定的创造性。通知书中引入公知常识证据一份：“公知常识证据1：《新编金属材料手册》，沈宁福主编，第20页，科学出版社，2003年1月”，用来说明为了节约成本以B代替Mo是本领域的公知常识。针对复审请求人的意见陈述，合议组认为：对比文件1公开Mo和B的作用相同，均为增强钢的淬透性，同时对比文件1已经关注到Mo属于贵金属会影响生产成本的问题。结合本领域的公知常识，从降低成本考虑，本领域技术人员容易想到省略Mo适当增加B的含量，B含量是本领域技术人员通过常规试验可以确定。对比文件1在发明内容部分明确记载了V和Nb的作用，含量均控制在≤0.1%，本领域技术人员从降低成本的角度考虑有动机不添加V、Nb，当选择不添加时，其起到的作用也相应消失。
复审请求人于2019年10月22日提交了意见陈述书，但未修改申请文件。复审请求人认为：1）对比文件1采用了加Mo不加B的技术方案，含0.15-0.35%Mo，并规定B≤ 0.0010%，这些是该技术方案的必要技术特征，对比文件1方案 B≤0.0010%，是不添加B，而是把作为残余元素加以控制的（见对比文件1第[0019]段）。为了节约成本以价格较低的提高淬透性元素代替Mo是本领域公知常识，但价格较低的提高淬透性元素非常多，如C、Mn、Cr、微量固溶V、微量固溶Nb等，公知常识证据1记载以B部分代替Mo最为恰当，本领域技术人员为了保证钢的淬透性和力学性能，结合对比文件1和公知常识，仅仅经过常规的推理和有限次的实验，不可能有动机的将Mo全部替换为B，也得不到本申请B 0.0011-0.0040%且不含Mo的技术方案，更达不到本申请钢淬透性能够达到要求、具有高强度和韧性的技术效果。2）对比文件1方案中V≤0.10%、Nb≤0.10%，其中V、Nb含量不会同时≤0.010%，即至少会添加V、Nb之中的一种或两种都添加。加V、Nb是对比文件1技术方案的必要技术特征，对比文件1并没有给出不加V、Nb的启示。
合议组于2019年12月6日发出合议组成员变更通知书，复审请求人在规定期限内未进行答复。
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、审查文本
复审请求人于2018年10月8日提交复审请求时提交了权利要求书的全文替换页（共1页4项）。本复审决定所针对的审查文本为复审请求人于申请日提交的说明书和说明书摘要以及2018年10月8日提交的权利要求第1-4项。
2、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。
要求保护的技术方案相对于最接近的现有技术存在区别技术特征，如果该区别技术特征为本领域的公知常识，将最接近的现有技术与本领域公知常识的结合得到要求要求保护的技术方案对本领域技术人员来说是显而易见的，并且其效果是可以预见的，则要求保护的技术方案不具备创造性。
2.1权利要求1要求保护一种石油钻具用合金结构钢，对比文件1公开了一种120KSI钢级高强韧中碳调质圆钢，具体公开了以下技术内容（参见说明书第[0004]、[0006]段）：该圆钢的化学成分按质量百分比计为C：0.35～0.50%，Si：0.15～0.40%（与权利要求1中Si含量范围有相同的端点值），Mn：0.60～1.30%，P：≤0.015%（落入权利要求1中P含量范围内），S：≤0.040%，Cr：0.75～1.30%（与权利要求1中Cr含量范围部分重叠），Mo：0.15～0.35%，Ni：≤0.25%，Cu：≤0.25%，Alt：0.015-0.040%，V：≤0.10%，Nb：≤0.10%，Ti：≤0.05%， N：≤ 0.008%，B：≤0.0010%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素，其中V、Nb的含量不同时≤0.010%。可用于制造大规格油井钻铤、钻杆、钻杆接头、接箍等高强韧要求的部件。权利要求1要求保护的技术方案与对比文件1公开的内容相比，区别在于：1）C、Mn、Ti、S的含量不同，较对比文件1公开的范围更窄； 2）不含有Alt；不含Mo、Nb和/或V，B的含量高于对比文件1。基于以上区别特征，权利要求1实际要解决的技术问题是如何降低成本。
对于区别1），C、Mn、Ti含量是在对比文件1公开的相应元素宽含量范围内的选择，本领域技术人员通过常规试验可以确定，并且该种选择也没有取得意料不到的技术效果；S是钢中的杂质元素，对性能有害，将其控制在较低的含量范围是本领域常规技术手段，具体含量是本领域技术人员结合成本和性能需要通过常规试验可以确定的。
对于区别2），对比文件1还公开了Al主要是起固氮和脱氧作用，Al与N 结合形成的AlN可以有效地细化晶粒，但含量过高会损害钢的韧性，并且恶化钢水浇铸性，本发明Alt作为脱氧后的残余元素存在，其含量为0.015-0.040%（参见对比文件1说明书第[0018]段），本领域技术人员根据需要可以选择不含Al，当不含Al时其起到的作用也相应消失。
对比文件1公开了Mo是增加材料淬透性的元素，但Mo属于贵金属，为了降低生产成本，本领域技术人员有动机寻求其他元素代替Mo；同时，本领域技术人员知晓为了保证材料的淬透性，以B代替Mo是本领域的公知常识，因此从降低成本考虑，本领域技术人员容易想到适当增加B的含量，B含量是本领域技术人员通过常规试验可以确定的。对比文件1公开了V是使V(C，N) 析出的元素，能以弥散析出的形式显著提高钢的强度。但若添加量过高，同样会恶化钢材的热塑性，导致连铸裂纹，并降低钢材的韧性，其含量控制在≤0.1%。Nb是一种在轧制过程中对晶粒细化起显著作用的元素。在再结晶轧制阶段，Nb通过应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶从而细化晶粒，这就为圆钢在调质处理后仍然具有细小的组织提供了基础，有利于提高其韧性。但受C含量的限制及加热温度的影响，过高的Nb 无法固溶，同样发挥不了作用而且增加成本，因此，本发明控制其含量≤0.10%（参见说明书第[0013]、[0014]段）。本领域技术人员从降低成本的考虑有动机不添加V、Nb，当选择不添加时，其起到的作用也相应消失。
综上所述，在对比文件1的基础上结合本领域常规技术手段，得到权利要求1要求保护的技术方案对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，权利要求1要求保护的技术方案不具有突出的实质性特点，不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.2权利要求2-4对钢的成分作了进一步限定。参见对权利要求1的评述，进一步限定的成分特征或已被对比文件1所公开或是本领域技术人员在对比文件1公开的相应元素成分含量基础上通过常规选择或常规调整容易确定的。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的情况下，权利要求2-4也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
3、关于复审请求人的意见陈述
对此，合议组认为：1）首先，对比文件1与本申请技术领域相同，对比文件1记载了“Mo：增加材料淬透性及强韧性，在钢表面形成钝化膜，可以降低钢在H2S中的均匀腐蚀，并且形成的弥散碳化物是氢的强陷阱，除此以外，Mo还具有降低韧脆转变温度，抑制回火脆性，提高碳、氮化铌沉淀强化效果，抑制块状铁素体，阻碍P偏析等作用，但Mo属于贵金属，添加量过高会拉高制造成本”（参见说明书第[0011]段），对比文件1还记载了“B：是提高钢的淬透性最为显著的元素”（参见说明书第[0019]段），可见，Mo和B的作用相同，均为增强钢的淬透性，同时对比文件1已经关注到Mo属于贵金属会影响生产成本的问题。
其次，本领域技术人员知晓为了节约成本以B代替Mo是本领域的公知常识，“硼在钢中的主要用途是增加钢的淬透性，从而节约其他合金元素，如Ni、Cr、Mo等。0.001%～0.005%的硼约可代替1.6%的镍，或0.3%的铬，或0.2%的钼，以硼部分代替钼最为恰当”（参见公知常识证据1），可见，从降低成本性能保持不变的方向考虑，本领域技术人员有动机尝试以B代替Mo，进而省略Mo，B的具体含量范围是本领域技术人员通过常规试验可以确定的。
进而，对比文件1中把B作为残余元素加以控制的，但是并不妨碍本领域技术人员在面对降低成本的技术问题时以B代替Mo；同时，虽然提高淬透性的元素很多，但对比文件1记载了“B：是提高钢的淬透性最为显著的元素”（参见说明书第[0019]段），面对降低成本的及时问题时本领域技术人员有动机尝试以B代替Mo。
最后，本申请说明书中记载了合金钢的性能“在保证产品质量的前提下，钢中不加昂贵的Mo元素，降低了生产成本、提高了产品的市场竞争力，并且节约了贵重金属资源，有利于合金资源的均衡使用。加工的钻具产品按API7-1标准检验，布氏硬度 HBW≥285，常温冲击功AKV≥54J,屈服强度,758MPa，抗拉强度≥ 965MPa，4倍直径标距伸长率≥13％”，对比文件1中记载了“钢材晶粒更加细小、淬硬层更深、热处理组织更均匀，在强度水平相当的情况下、屈服强度、延伸率、断面收缩率、冲击韧性尤其是低温冲击韧性提高十分明显。260mm及以下规格在距表面二分之一半径以内取样检验，屈服强度≥827MPa，抗拉强度≥965MPa，延伸率≥16%，断面收缩率≥50%，室温及-20℃夏比冲击功≥60J，表面硬度可控制在341HB以下，满足油井钻铤、钻杆、钻杆接头等油井开采关键受力部件的高强韧性要求”，由本申请和对比文件1记载来看，二者所获得的合金钢的性能相当，这与本领域技术人员的预期是一致的，即降低成本省略Mo适当增加B保持性能不变，可见，本申请的钢中不加昂贵的Mo元素并未带来预料不到的技术效果。
2）首先，对比文件1说明书摘要部分记载了“其中V、Nb、Ti的含量不同时≤0.010%”，说明书发明内容部分记载了“V、Nb的含量不同时≤0.010%。 优选地，所述V、Nb、Ti的添加组合方式：Nb，或V，或Ti、Nb，或Nb、V，或Ti、Nb、V”，结合说明书摘要和说明书上下文的上述记载，可以确定说明书内容部分的“V、Nb的含量不同时≤0.010%”应该为“V、Nb、Ti的含量不同时≤0.010%”，其给出了可以添加Ti，不添加V、Nb的技术启示；
其次，对比文件1在发明内容部分明确记载了V和Nb的作用：“V是使V(C，N) 析出的元素，能以弥散析出的形式显著提高钢的强度。但若添加量过高，同样会恶化钢材的热塑性，导致连铸裂纹，并降低钢材的韧性，其含量控制在≤0.1%”、“Nb是一种在轧制过程中对晶粒细化起显著作用的元素。在再结晶轧制阶段，Nb通过应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶从而细化晶粒，这就为圆钢在调质处理后仍然具有细小的组织提供了基础，有利于提高其韧性。但受C含量的限制及加热温度的影响，过高的Nb 无法固溶，同样发挥不了作用而且增加成本，因此，本发明控制其含量≤0.10%”（参见说明书第[0013]、[0014]段），本领域技术人员从降低成本的角度考虑有动机不添加V、Nb，当选择不添加时，其起到的作用也相应消失。
综上所述，复审请求人的意见陈述不具备说服力。
根据上述事实和理由，合议组作出如下审查决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年7月4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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