比航母还难造的“圆珠笔头”,连美国都无法制造,有何技术难度?

文/扶苏秘史

编辑/扶苏秘史


航母战斗机都能自己造,为何圆珠笔头还要进口呢?几年前不少人都产生了这样的疑问,为何我们连一个小小的笔头都要求助于他人呢?[加油]

01

小小笔头,大有来头

我国是世界顶尖的圆珠笔制造大国,每年生产超过40亿支圆珠笔,拥有两三万家企业和数十万从业者,但我们的圆珠笔业仍处于低端产业链,90%的利润流失海外。

问题的根源在于——无法自主制作圆珠笔芯精密球座体。

圆珠笔芯由金属筒体和内部的精密结构组成,其中最关键的部件是球座体,直径仅1毫米,却隐藏着制作难度巨大的微型球珠和供墨通道,这项技术就连老美都没有。

这些结构尺寸精度达到3微米,比头发丝还细30倍!如此高精度加工,世界上很少国家掌握。那时我国企业也无力自主研发,不得不依赖进口并支付高昂专利费,几乎无利可图。

精密球座体之所以难以自主制造,关键难点在于球珠外壁上5条微型墨水沟槽的加工。这5条沟槽相互贯通,任何一条出现误差都会严重影响笔芯的书写性能。

比如误差过大会导致下水过多,过小则笔迹不流畅。我国许多企业在试制过程中屡屡碰壁,无法控制在3微米的极限误差范围内。

而这种级别的加工精度已经挑战了当今工业制造的极限,它比头发丝细30倍,每个微小偏差都会影响使用性能。

这相当于在针头眼里制作螺丝,可见小小圆珠笔芯中的难制精密球,其工程难度不亚于制造导弹等高科技产品。

在我国克服这项技术之前,只有日本和瑞典两个国家掌握这项技术,他们借此赚得盆满钵满。

掌握核武器的国家都比这个数量多,难道是笔尖钢的技术要比核武器还难吗?

02

太钢与笔尖钢的故事

笔尖钢看似简单,但其材质和精度要求极高,它需要具备抗腐蚀、抗酸、抗碱等特性。同时要保证足够的硬度和韧性,既可以持续书写,又不易折断。

这需要严格控制炼钢工艺参数和各种微量合金元素的添加,所以一般被认为属于较高端的专用钢类产品。

但是这种高端标签对中国钢铁业巨头太钢来说并不算数。因为它仅面向极小的市场需求,以中国每年380亿支笔的消费量计算,全年对笔尖钢的需求也就1000吨左右。

这个数据在中国年产11亿吨的钢铁行业中可以忽略不计,过去国内企业没有足够动力投入研发,选择直接从国外厂商进口。

太钢之所以选择自主研发,也有其考量,这几年国内对高端制造业的投入力度在增长,太钢作为企业的社会责任也希望为这一潮流助力。

并且随着我国中产阶级的壮大,文具等产品的消费市场也在快速扩张,这使得1000吨级别的微利市场也越来越值得关注与开发。

2017年太钢改造生产线,投产后首先面临着产能过剩的窘境,按照市场需求计算,太钢每年会多出数倍的笔尖钢产品。

无奈之下太钢选择大幅降价销售,每吨6万元人民币,直接打破了欧洲几家生产商的价格垄断,成功打开市场。这也让相关的国外厂商经营陷入困境,不得不被迫接受新的市场价格,并大幅降低利润空间。

之前,笔尖钢被认为是高端技术,只有少数几家欧洲企业掌握核心技术。太钢如此短时间内成功研发笔尖钢,让许多人大吃一惊,其实这背后有着复杂的技术和市场因素。

从这件事我们可以看到,中国企业具备与国外竞争的技术实力,过去由于市场环境所限,这种能力没有得到充分展示。

但一旦合适的时机来临,我国企业有信心通过成本控制获得优势地位,这预示着未来全球高端制造业格局可能会发生深刻变化,中国元素将发挥更大作用。

03

手撕钢

这种钢板极其薄,仅为普通A4纸厚度的四分之一,却具有出众的机械强度和韧性。

手撕钢的关键生产技术在于精密轧制,它需要使用20个工作辊组成的特殊可逆冷轧机,通过多道轧制工序将厚钢板逐步薄化,最终轧制至0.05毫米左右。

这么薄的手撕钢对工艺的要求极高,所以报废率也较高,差一点都不行。

整个轧制过程极为复杂,涉及2万多种不同规格的辊子配合,制造过程对设备和工艺控制要求极高,稍有不慎就可能导致成品报废,损失巨大。

对中国的出口价格远高于本国市场。这直接影响了中国在航空航天、精密仪器等高端制造业的发展。

如今,在科研人员的努力下,中国已经完全掌握手撕钢的核心技术,实现重大突破,我国手撕钢的总产量已达60万吨,位居世界第一,中国由此一跃成为手撕钢出口大国。

这种超薄而超强的金属新材料必将在电子产品、汽车、航空航天等众多高新技术产业中大放异彩,开创广阔的应用前景。

手撕钢的研发历程并不平坦,我国科研人员遇到了诸多技术瓶颈。比如精密冷轧机的关键零部件制造极为复杂,需要自主设计与制造20个工作辊,每个工作辊都需要精心调教与磨合。

科研人员反复试验,汲取教训,逐步完善工艺流程,最终攻克了这些核心技术,完成了由“学会做”到“做得好”再到“做第一”的历史性跨越。

如今我国科研单位已经完全掌握手撕钢全流程生产技术,并形成规模化应用。手撕钢产品通过了一系列严苛测试,各项性能指标达到或超过进口产品水平。

国产手撕钢不但实用性强,价格优势明显,还可以针对不同使用场景进行定制化设计,这为高新技术产业提供了强大支撑。

当前我国手撕钢的下游应用领域已覆盖汽车制造、电子产品、精密仪器、航空航天等诸多战略新兴产业。

手撕钢的自主可控生产为我国高端装备制造业减轻了对进口的依赖,增强了产业链自主可控能力。

手撕钢的成功研制是国家创新驱动发展战略的重要体现。这标志着中国终于攻克几十年来高端材料领域的卡脖子技术,实现从跟跑向并跑再向领跑的历史性突破。

这充分展现了中国科技工作者扎实的基础研究与创新能力,彰显了我国强大的材料科学研发实力,手撕钢的诞生将进一步激发我国在更多前沿领域“卡脖子”技术攻关的信心与决心。

04

争论被炒热的背后

中国的产业升级确实给部分发达国家的相关企业带来了冲击,一些公司面临竞争加剧、利润下滑的压力,这引发了一些公众的不满。

产业升级能够让中国从世界工厂向提供更复杂产品和服务的方向转型,从而带动收入增长、创造更多中等收入阶层。

中国的崛起也为世界经济提供了机遇,中国是全球最大的消费品市场,中产阶级的壮大为各国高端品牌和服务创造了巨大商机。

数据显示,过去5年中国平均每年进口超过2万亿美元的商品,其中大部分来自发达国家,这些国家的企业通过出口赚取了可观的利润。

中国也是全球最大的外资投资目的地之一,过去10年,中国实际使用外资超过1万亿美元,相当于一个中等发达国家的国内生产总值。

这些资金为相关国家创造了就业机会和税收收入。完善的产业体系更有利于各国企业深度介入中国市场。

当然,任何重大变革都会带来阵痛,中国企业的技术进步无疑对部分行业构成了冲击。但产业结构的优化升级是一个宏观的、长期的趋势,短期内个别企业的困难不能成为否定这个趋势的理由。

我们需要着眼长远,审视产业升级为双方合作提供的广阔前景,中国市场需求的持续增长正在孕育数以万计的新机遇。

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页面更新:2024-05-21

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