作者| 常松，清華大學(xué)材料加工工程系博士

　　下面這些筆，你認(rèn)識多少？用過哪種？

　　對于書寫的歷史，人類寫字、繪畫都離不開“筆”，而如今，相信99%的人日常使用的筆都只有一種——圓珠筆。

　　過去的一個月，航母下水、飛機上天……一個個足以讓評論區(qū)網(wǎng)友集體自干五的新聞爆出。從來沒有退出公眾視線的“中國制造”再度成為了熱詞。然而，不管你怎么算，“圓珠筆”顯然不在“大國重器”的行列。

　　然鵝，在我們沒有航母、沒有大飛機的歲月中，其實我們的圓珠筆尖從材料到設(shè)備也都同樣以來進(jìn)口，無法自…主…生…產(chǎn)！

　　筆中“原子彈”，筆界最后的偉大發(fā)明

　　它不像鉛筆那樣需要削，掉在地上會斷掉；也不像鋼筆那樣經(jīng)常吸墨水，放久了還會干，最重要的是，它足夠便宜，并方便攜帶。這個偉大的發(fā)明就是圓珠筆，堪稱是筆界最后的偉大發(fā)明。自它以后，再無超越，直到……“鼠標(biāo)”的發(fā)明。

　　廣義上說，凡是利用球珠滾動帶出書寫介質(zhì)（墨水或油墨）形成字跡的書寫工具統(tǒng)稱為圓珠筆。一般由筆桿、筆套、筆芯和有關(guān)傳動裝置的零件所組成，其中筆芯是書寫的主要部件，“圓珠”就是圓珠筆的核心。球珠裝在球座體的頂端能圓滑轉(zhuǎn)動且不易脫落，油管和筆頭后端密接，構(gòu)造上須不發(fā)生油墨或墨水倒流。

　　最早的圓珠筆是誰發(fā)明的呢？

　　應(yīng)了那句老話“大師在民間”，發(fā)明研制出第一支圓珠筆的人是一位用筆的“老司機”——匈牙利某印刷廠名的校對員拉茲羅·約瑟夫·比克（Laszlo Josef Biro）。

　　1943年，為了解決筆尖劃壞稿紙、油墨太多不易干的問題，比克找來一根圓管，裝上油質(zhì)顏料，把筆尖改成鋼珠，于是，世界上第一枝圓珠筆誕生了。后來，比克將這項發(fā)明提供給英國皇家空軍。不久，英國的一家飛機制造廠就推出了首批商業(yè)化的圓珠筆。

　　當(dāng)時，有位名叫雷諾的美國商人看到這種圓珠筆，立刻嗅到了金錢的味道，他認(rèn)定這是前程無量的新產(chǎn)品。

　　當(dāng)時正值第二次世界大戰(zhàn)尾聲，原子彈在美國制造成功！為了招徠顧客，“標(biāo)題黨”的雷諾別出心裁地將他生產(chǎn)銷售的圓珠筆稱作“原子筆”。雷諾聲稱，他的原子筆可以在水下寫字，可以在北極使用，沒有油墨污染，而且方便攜帶。

　　小小一只圓珠筆，就這樣在半個世界的時間里霸占了世界筆市場的絕大份額。

　　“進(jìn)口筆頭出口筆”——兩頭在外的中國圓珠筆業(yè)

　　和任何一項民用制造業(yè)一樣，當(dāng)今“世界工廠”毫無懸念地必然成了第一個圓珠筆生產(chǎn)國。

　　中國的制筆企業(yè)多達(dá)3000余家，年產(chǎn)值超過150億元（出口總值約65億元），產(chǎn)品遠(yuǎn)銷海內(nèi)外多個國家和地區(qū)。其中圓珠筆的產(chǎn)量居世界第一位。中國已成為一個名副其實的世界制筆業(yè)的生產(chǎn)大國和出口大國。各種圓珠型筆類的年產(chǎn)量達(dá)400多億支，其中70%出口。

　　然而，我們并不是世界制筆強國，中國生產(chǎn)的圓珠筆頭用材料除了少數(shù)使用國產(chǎn)易切削鋼之外基本依靠進(jìn)口特別是筆頭球座體的生產(chǎn)，其所用材料——易切削不銹鋼長期以來都依靠進(jìn)口，設(shè)備和原材料始終掌握在發(fā)達(dá)國家。高檔圓珠筆性能質(zhì)量的優(yōu)良關(guān)鍵看書寫質(zhì)量，而書寫質(zhì)量的好壞取決于筆頭和油墨的質(zhì)量。

　　圓珠筆頭的加工工藝流程是這樣的：盤圓線材-校直-切料-滾光-機加工-沖五星槽-清洗-放球珠-檢測-收口-壓珠-出料-成品檢驗。

　　除了加工工藝外對筆頭材料性能要求最高，為了使筆頭硬度高、書寫順暢、耐磨性及耐腐蝕性能優(yōu)良，筆頭原材料的機械物理性能及高速切削性能提出很高的要求。

　　在中國每年生產(chǎn)幾十億支圓珠筆，其筆頭和珠芯的材料80%以上是依靠國外進(jìn)口。其次加工筆頭和墨水的關(guān)鍵制造設(shè)備都是從瑞士、德國、日本進(jìn)口的，每年用于采購這些產(chǎn)品的費用至少有2億美元。

　　在制筆行業(yè)，由于筆頭用易切削材料制備工藝精度極高，導(dǎo)致大部分筆頭用原材料不符合機械加工性能的要求。筆頭材料依靠國外進(jìn)口的現(xiàn)象使其處于被動的地位，尤其是高檔圓珠筆的生產(chǎn)受發(fā)達(dá)國家牽制。

　　中國現(xiàn)己成為一個名副其實的世界制筆業(yè)的生產(chǎn)和出口大國，但并不是制筆強國，生產(chǎn)的圓珠筆大多屬中低檔類，其出口平均價格低，與國外的差距是相當(dāng)驚人的。目前，國內(nèi)各主要圓珠筆生產(chǎn)廠為了提升自身產(chǎn)品的形象，全國每年要進(jìn)口近十億只筆頭。

　　“進(jìn)口筆頭出口筆”是我國制筆行業(yè)典型的寫照。

　　筆尖上的明珠——易切削不銹鋼

　　顯然，按照“制造強國崛起”的劇情套路，接下來認(rèn)識到問題嚴(yán)重，發(fā)奮走上自主研發(fā)道路的中國科研工作者就要開始趕超的逆襲了。

　　而這一次，中國制筆業(yè)的發(fā)力點就是筆尖的關(guān)鍵材料——易切削不銹鋼。

　　圓珠筆頭（球座體）用材料一般有鉛黃銅、鎳白銅和易切削不銹鋼，早期生產(chǎn)的筆頭多用鉛黃銅材料，目前圓珠筆筆頭加工大都使用易切削不銹鋼材料。

　　國外易切削鋼的發(fā)展較早且迅速，1920年美國首次正式生產(chǎn)硫系易切削鋼，后來英、蘇、日、法等國也相繼生產(chǎn)和使用，1937年美國一家研究所與內(nèi)陸鋼鐵公司發(fā)表了鉛易切削鋼專利并生產(chǎn)出易切鋼后，日本、德國才相繼開始生產(chǎn)。

　　從技術(shù)上講，與普通不銹鋼比較，最早的硫系易切削不銹鋼為了獲得好的切削性能，延伸率、斷面收縮率和沖擊韌性均有所下降，特別是由于夾雜物硫化錳的存在，使各向異性十分明顯，橫向塑性與韌性劇烈降低。而在冶金領(lǐng)域，鋼材的性能改進(jìn)最開始著手的便是改變合金元素成分，用其他元素來代替硫，進(jìn)而改變鋼材的組織，提高性能。

　　1964年聯(lián)邦德國首先研制成功鈣易切鋼，三年后引入日本。1969年日本金屬材料技術(shù)研究所提出了第一項鉛易切削鋼專利，1972年日本發(fā)表鉛脫氧調(diào)整的鉛-硫復(fù)合易切鋼專利。如今，全世界每年消耗易切削鋼超過400萬噸。 以日本為例，1940年開始生產(chǎn)和使用易切削鋼，1960年僅為2.2萬噸，1980年達(dá)82.2萬噸，1990年代突破200萬噸，平均年增長率都在10%左右?？梢娙毡疽浊邢麂摰陌l(fā)展速度確實十分驚人。

　　中國早期曾試用1Cr13Pb、2Cr14S、2Cr17MoS等不銹鋼，后來又試制成功易切削不銹鋼Y1Cr13。但我們的易切削材料的機械物理性能、切削性能和材質(zhì)穩(wěn)定性方面還比不上發(fā)達(dá)國家。例如美國采用Carpenter416不銹鋼，日本生產(chǎn)的SF13和SF20T易切削不銹鋼等多數(shù)進(jìn)口材料仍明顯優(yōu)于國產(chǎn)材料，尤其是可切削性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越國產(chǎn)材料。目前，制筆材料中以日本產(chǎn)的SF20T易切削不銹鋼性能最佳。

　　國產(chǎn)“筆尖鋼”問世

　　筆頭關(guān)鍵部位的尺寸精度要求在兩個微米，表面粗糙度要求0.4微米，在筆頭最頂端的地方，厚度僅有0.3到0.4毫米。進(jìn)行如此高精度的加工，既要容易切削，加工時還不能開裂。

　　太原鋼鐵集團(tuán)成功研發(fā)并量產(chǎn)“筆尖鋼”為了達(dá)到這一要求，開始了研制工作。在今年，國產(chǎn)筆尖鋼終于出爐。此次經(jīng)過國內(nèi)制筆企業(yè)實驗室近千次的極限測試，用太鋼原料生產(chǎn)出來的筆芯出水均勻度、筆尖耐磨性基本穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量與國外產(chǎn)品相當(dāng)。

　　此前，進(jìn)口國外的易切削不銹鋼大概每噸需要12萬元人民幣。而符合標(biāo)準(zhǔn)的國內(nèi)不銹鋼線材每噸僅需約5-6萬元人民幣。之后，將打破國外企業(yè)對該種鋼材的壟斷，國內(nèi)圓珠筆生產(chǎn)企業(yè)的制造成本會大幅下降。

　　據(jù)報道稱，經(jīng)過五年不斷嘗試，我們終于在電子顯微鏡下，發(fā)現(xiàn)組織成分分布均勻的筆尖鋼，試驗在2016年9月取得成功。大規(guī)模煉鋼十多次后，第一批切削性好的鋼材出爐了。這批直徑2.3毫米的不銹鋼鋼絲，是為中國制筆業(yè)量身打造的“中國制造”的鋼材。

　　在鋼材研制的過程中，必須調(diào)整幾種合金元素的成分和含量，在不銹鋼中，合金元素的細(xì)微變化都會帶來最終鋼材質(zhì)量的波動。進(jìn)口筆尖鋼的合金成分可以通過化學(xué)檢測得到，而鋼材的加工工藝卻是核心機密，只能不斷地積累數(shù)據(jù)、調(diào)整參數(shù)、設(shè)計工藝方法，最終得到理想的結(jié)果。

　　同時，就像是包餃子和面，添加如合金元素就必須在鋼水中加入“添加劑”。而由于對于鋼材組織均勻性的高度要求，添加劑的形態(tài)也必須做出調(diào)整。普通的添加劑都是塊狀，如果能把塊狀兒變細(xì)變薄，鋼水和添加劑就會融合的更加均勻，這樣就可以增強切削性。

　　在貝發(fā)筆業(yè)的測試實驗室，用太鋼原料生產(chǎn)出來的筆芯正在進(jìn)行極限測試，在同一個角度下，每支筆芯都要連續(xù)不斷地書寫800米不出現(xiàn)斷線情況。而現(xiàn)在，一些筆頭企業(yè)已經(jīng)開始使用中國制造的筆尖鋼。

　　小小圓珠筆尖，到底尷尬了誰？

　　“鋼鐵產(chǎn)能過剩卻生產(chǎn)不了圓珠筆尖”，總理一句話在網(wǎng)上炸開了鍋，甚至有網(wǎng)友開始盤點中國至今還沒有自主制造或是沒有達(dá)到世界強國水平的“小東西”，包括螺絲釘、刮胡刀片、跑鞋減震底、避孕套……

　　然鵝，一位知乎網(wǎng)友的發(fā)帖稱“連圓珠筆尖都造不了，美國離世界制造強國有多遠(yuǎn)？”

　　是的，你沒有看錯，就是美國——那個航母世界橫行，飛行器要降落火星的美國。

　　在圓珠筆用易切削不銹鋼供應(yīng)商中，基本上只有日本和瑞士；而制造圓珠筆頭的企業(yè)用的設(shè)備，是一種十分偏門的專用加工機床，主要來自于瑞士Mikron公司的24工位高精度加工機床。

　　我們是不會造，還是沒必要造？來算這樣兩筆賬：

　　對于筆尖材料來說，中國每一年400億支圓珠筆產(chǎn)量來說，大概需要多少鋼材呢？據(jù)中國制筆協(xié)會名譽副理事長陳三元介紹，一家鋼鐵廠一天的產(chǎn)量，可能就夠制筆行業(yè)消化一年。對鋼廠而言，這點利潤微不足道的，它沒有動力去搞研發(fā)生產(chǎn)。而制筆企業(yè)是一個以民營企業(yè)為主的薄利多銷的行業(yè)，利潤空間非常小，面對動輒上千萬的研發(fā)成本（科技部“制筆行業(yè)關(guān)鍵材料及制備技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”專項課題投入7000萬元）根本不會有企業(yè)有能力投資在筆尖材料的研發(fā)上。

　　對于加工設(shè)備來說，一臺Micron的24工位筆頭生產(chǎn)設(shè)備，一分鐘可以生產(chǎn)280個筆頭，如果全年無休，中國年產(chǎn)的400億支筆頭需要多少臺？260臺，即使算上休息時間，也不會超過1000臺。更要命的是，這種機器還很長壽而且技術(shù)更新慢，據(jù)說1997年的機器現(xiàn)在還能正常使用，壽命長達(dá)20年。算上這種折損，每一年需要更新多少臺設(shè)備呢？50臺左右。這樣狹小的一個市場，能容得下幾家生產(chǎn)企業(yè)？

　　在全球化的今天，沒有任何一個國家制造所有工業(yè)門類產(chǎn)業(yè)鏈上的所有產(chǎn)品，也沒有任何一個國家把無法制造所有產(chǎn)品當(dāng)做一種缺陷。

　　而且，有一點必須清楚，“自己能造”和“自己造”是兩碼事，掌握核心技術(shù)才能在市場中占據(jù)主動，而自主生產(chǎn)還是全球采購則要視具體的市場條件。據(jù)悉，我們研制成功易切削不銹鋼線材以后，日本的鋼材供應(yīng)商立刻將價格從每噸12.5萬元下調(diào)到9萬元左右。

　　更何況，人類技術(shù)的很多進(jìn)步都是在“于無心處”插柳成蔭。在易切削不銹鋼領(lǐng)域研究，關(guān)于合金元素對于不同基體的不銹鋼的耐蝕性、耐磨性、切削性的技術(shù)積累，也不僅僅是在小小筆尖一個方面發(fā)揮作用。