中国终于研发出国产的笔芯,这件事意义有多大?

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中国终于研发出国产的笔芯,这件事意义有多大?

搞定!中国终于造出圆珠笔头,有望完全替代进口。中国每年生产380亿支圆珠笔,而核心材料却高度依赖进口。特别是笔头的球座体,生产设备和原材料都掌握在日本等国手中。太钢集团耗时五年,终于生产出中国制造的笔芯。一些笔头企业已开始使用,未来两年有望完全替代进口。

图片为一只普通圆珠笔的笔芯前段碳化钨球珠,最近一则中国是钢铁生产大国,却生产不了圆珠笔头上的“圆珠”的新闻,在宁波贝发笔业生产线上,每年有30亿支圆珠笔下线,这个数字放大到全国是380亿支。作为世界上最大的圆珠笔生产国,光鲜数字的背后,却是核心材料高度依赖进口的尴尬局面。

徐君道说:“笔尖钢我们一般说的就是笔头部分。我进入制笔行业以来,笔头不锈钢材料都是从日本进来的,不仅是国内,国外的制笔材料不锈钢材料也是日本的。”

笔头分为笔尖上的球珠和球座体。目前,直径0.5-1.0毫米的碳化钨球珠我国不仅可以满足国内生产需要,还大量出口。但直径仅有2.3毫米的球座体,无论是生产设备还是原材料,长期以来都掌握在瑞士、日本等国家手中。中国每年要生产380亿支笔需要用一吨12万的价格进口1000多吨生产笔尖的钢材,付出外汇1500万美元。

这是一种来自瑞士公司的笔头一体化生产设备,生产一个小小的圆珠笔头需要二十多道工序。笔头里面有不同高度的台阶和五条引导墨水的沟槽,加工精度都要达到千分之一毫米的数量级。

“笔头的关键部位,比如碗口,它的尺寸精度都是在两个微米,它的表面粗糙度要求在0.4微米,这样一个技术要求。”宁波贝发集团品质部经理徐君道说。

在笔头最顶端的地方,厚度仅有0.3-0.4毫米。极高的加工精度,对不锈钢原材料提出了极高的性能要求,既要容易切削,加工时还不能开裂,小小“笔尖”考验着中国制造。

  突破:给数百亿圆珠笔安上“中国笔头”

为了给数百亿支圆珠笔安上“中国笔头”,国家早在2011年就开启了这一重点项目的攻关。

太钢集团技术中心高级工程师王辉绵认为,钢材要制造笔头,必须用很多特殊的微量元素,把钢材调整到最佳性能,微量元素配比的细微变化都会影响着钢材质量,这个配比找不到,中国的制笔行业永远都需要进口笔尖钢。

为了提炼材料,太钢集团技术中心高级工程师王辉绵说,因为开发这个产品没有可借鉴的资料,都是从一个成分的配比从几十公斤的开始炼,各种成分加入多少这个次数没法统计了。

笔头产品的生产工艺是国外企业的核心机密,王辉绵他们必须自主开发一套前所未有的炼钢工艺。没有任何参考,只能不断地积累数据、调整参数、设计工艺方法。

突破的灵感来自家常的“和面”,面要想活得软硬适中,就要加入新“料”,相对应的钢水里就要加入工业“添加剂”。普通的添加剂都是块状,如果能把块状儿变细变薄,钢水和添加剂就会融合的更加均匀,这样就可以增强切削性。

经过五年数不清的失败,在电子显微镜下,太钢集团终于看到了“添加剂”分布均匀的笔尖钢,试验在2016年9月取得成功。大规模炼钢十多次后,第一批切削性好的钢材终于出炉了。这批直径2.3毫米的不锈钢钢丝,可以骄傲的写上了“中国制造”的标志。

在贝发笔业的测试实验室,用太钢原料生产出来的笔芯正在进行极限测试,在同一个角度下,每支笔芯都要连续不断地书写800米不出现断线情况,这已经是对这一产品的第六轮测试。

中国制造缺乏“工匠精神”

我国的制笔业为何缺乏高端优质的产品?制笔大国为何没能成为制笔强国?制笔产业链中利润的大头为何只能眼睁睁地被他人赚去?我们国家能自己造出宇宙飞船、原子弹,为什么生产一个小小的圆珠笔头的“球珠”,钢材却要长期依赖进口?一些媒体给出的答案是,利润小,没有动力去研发,中国制造缺乏精益求精的“工匠精神”。

企业缺乏创新动力

生产一个小小的圆珠笔头是产生不了多少利润, 二十余万制笔从业人口,所能创造的利润会少么?为何三千多家制笔企业大多仅靠生产中、低端的圆珠笔就能获得大量的利润?劳动力成本相对低廉。追求利润是企业创新动力的最根本来源,如果靠低成本的人工就可以获得巨额利润,那么企业肯定就没什么创新的动力。

靠低工资、低福利能培养出工人精益求精的“工匠精神”么?我国制造业劳动者不但工资水平低,而且劳动时间特别长。一个每天工作十多小时的工人能培养出精益求精的“工匠精神”么?一个劳动者不可能长时间地保持精力充沛去做好自己的工作。中国想要从制造业大国向制造业强国转变,如果普通劳动者的必要劳动时间依然过长,这种转变恐怕是难以实现的。

中国要从钢铁大国变成钢铁强国,从工业大国变成工业强国,还需要加倍努力。虽然我们在前进的道路上已经取得了巨大的进步,但我们也要看到,我们的竞争对手没有停下脚步。一个国家的科技实力和工业能力不会因为别人的退步,来让自己进步,中国需要更加努力攀登工业强国这座大山,但胜利一定属于中国。

不是造不出,而是没必要?

根据公开资料显示,中国每年要生产380亿支笔,需要用每吨12万的价格进口1000多吨生产笔头的钢材,付出外汇1500万美元。这样算下来,每枚笔头的用钢大概是0.0004美元,折合人民币2厘钱,也就是0.002元,而中国生产的圆珠笔大多属低档类,出口平均价仅为0.03美元/支,笔头用钢成本仅占总成本的1.3%。

一位钢铁材料学科研究人员向网易财经表示,圆珠笔笔头用钢的用量太小,附加值低,对于大部分企业来说完全没必要自己生产,而且市场造假山寨层出不穷,研发者得不到应有的回报。企业进口几吨就可以用很久,而且现在都是直接买笔头,因为把钢加工成笔头也是需要精密技术的,大多数圆珠笔生产厂家都没必要引进加工笔头的生产线。“就像一些廉价药一样,因为没利润,所以就索性没想过研发的事。”他坦言。

根据2015年11月央视播出的《对话》节目《圆珠笔挑战高端制造》里的数据,从日本进口一吨造高端笔尖用的钢材需要12万人民币,龙头企业一年需要860 吨,算下来也仅仅是1 个多亿,谈不上是巨大的需求。如此一看,倘若只是为了制作完全中国造的高端圆珠笔,好像并没有必要做相应的材料研发与制造。

小小笔头,研发成本有多高?

上述研究人员向网易财经表示,中国现有的技术完全可以在很早之前就研发出笔头钢,技术上是不存在问题的,因为样本材料不缺,不像军工材料那样严格保密,而且目前高温合金才是技术门槛较高的特种钢,研究难度要大于笔头钢。不过,研发笔头钢的“性价比”还是太低,很少有企业愿意这么做。对于钢企而言,一条普通生产线一天可以生产1万吨普通钢,排期是个大问题,因为中国一年的需求也仅仅是1000余吨,如果真要生产起来,一天生产的钢可能很久都用不完。此外,钢铁生产需要经历铸造、冷轧等流程,根据钢铁不同的特性,还需要调整工艺,这会极大抬高研发成本。

王辉绵说,因为开发这个产品没有可借鉴的资料,都是根据不同成分的配比从几十公斤的开始炼,各种成分加入多少这个次数没法统计了。为了找到国外守口如瓶的保密配方,必须摸索出一套前所未有的炼钢工艺,没有任何参考,只能不断地积累数据,调整参数,设计工艺方法。根据太钢集团的说法,光最终测试都测试了十多次,那么这几年数不清实验,不知道需要花费多少钢材。一吨普通钢材的价格大概在3000~5000元不等,而生产笔头的钢材是特种钢,成本只会更高,每测试一次都是一笔不小的费用。

为了解决这个问题,国家在2011年拨款6000 万,重点打造“制笔行业关键材料及制备技术研发与产业化”项目,其中三个子项目分别是:圆珠笔墨水的研发与产业化;笔头线材及其装备技术的研发与产业化;笔头与墨水匹配等瓶颈问题。据悉,项目实施期为3 年(2011 年6 月至2014 年6 月)。按照科技部的要求,每个子项目的实施单位均需按1:2 的比例对该项目进行资金配套。这意味着,将投入1.8 亿元对圆珠笔的核心技术进行科技攻关。最终,贝发集团、晨光集团、上海纳诺微科技公司三家企业牵头,承担各个子项目的科技攻关。2015 年3 月,该项目通过验收。2016年9月,太钢集团笔头钢试验取得成功。现在,一些笔头企业已经开始使用国产笔头钢,在未来两年有望完全替代进口。

研发笔头钢,实际意义大于形式意义

有人认为,单纯依靠补贴和扶持,是无法成就高端中国制造的,对于圆珠笔头钢这种小众的产品,不是技术问题而是市场问题。在世界贸易高度分工的现在,中国有自己的资源禀赋,能用钱买的没必要自己折腾研发,这样不划算。

不过ZOL问答认为,账可不能这么算,或许圆珠笔都算不上你的生活必需品,但圆珠笔背后透露的制造业转型升级问题却是真正重要的。

“圆珠笔芯问题折射出了中国钢铁困境,当前钢铁行业面临的主要问题便是产能过剩,但同样钢铁行业也存在结构性的问题。”卓创资讯分析师刘新伟表示,“一方面是我们的钢铁制造技术不过关,无法产出合格的模具用钢;另一方面也能看出中国制造业的问题,大路货我们不缺,一些精密制造我们还有待提高。”

说起中国到底是工业大国还是工业强国,屡屡有人拿着一支圆珠笔头当成板砖挥舞过来,常用的语法是:连一个圆珠笔头都造不好,你能叫工业强国吗?

于是查了一下资料……圆珠笔头这个东西,其实还真是挺麻烦的。一个笔头里有5条引导墨水的沟槽,滚珠与笔头、沟槽位之间有严格的适配要求,加工误差要求不能超过0.003毫米。

说中国不能生产圆珠笔头,其实是个误会,中国早在几十年前就在仿造的基础上开发出了笔头加工设备,也生产出了自己的圆珠笔头,只是精度和生产效率无法与国外技术相比而已。

近些年来,中国的制笔产业得到长足发展,各类笔的年产量近400亿支,占全球的80%。由于笔头生产的技术水平差,每年进口笔头达100亿支,这就是所谓“不能生产笔头”的说法的由来。其实,国内的制笔企业也并非完全依靠进口笔头来进行生产,一些企业采取的是自行生产笔头的方式,例如宁波贝发集团于1997年从瑞士进口了一台笔头生产设备,自己生产圆珠笔头,目前圆珠笔的年产量是30亿支。由此可知,说中国不会生产笔头是不成立的,严格地说,是“不能使用国产设备生产国产笔头”……绕吗?据砖家的观点,要判断一个国家是不是工业强国,主要看你能不能生产圆珠笔头。而能不能生产圆珠笔头,又有若干限定,包括:

1. 你生产的笔头必须达到国际一流水平,二流水平的笔头不算;(所以我们小时候用的丰华圆珠笔不能算圆珠笔……)

2. 你生产一流笔头所用的设备必须是国产设备,进口设备不算;(比如上述的贝发,不能算……)条件1倒也无所谓了,按照前面的条件2,就出现了一个尴尬的问题:全世界生产笔头设备的企业,一共只有两家,一家是德国的Hutt公司,一家是瑞士的Mikron公司。其中,Hutt公司的设备精度较差,生产效率较低,已经基本被淘汰,所以目前国际上生产笔头的企业用的设备,主要来自于Mikron公司,是该公司于上世纪90年代初期开发的24工位高精度加工机床。这意味着什么呢?这意味着,按照前述的条件2,世界上只有一个工业强国,那就是瑞士,包括美国、日本、德国在内的所谓工业强国,都不能用自己的国产设备生产出一流的圆珠笔头,而不得不依赖于瑞士设备。这算不算一个尴尬的问题?生产笔头的设备很复杂吗?——的确是比较复杂的,涉及到不少挺尖端的技术。但要说其他国家都造不出这种设备,那就夸张了。这其中的技术再复杂,能比飞机复杂?能比航母复杂?能造出飞机、航母的国家,造不出一台笔头设备,这不是咄咄怪事吗?多工位笔头生产设备示意图事实上,笔头设备是再偏门不过的产品了。

一台Mikron的24工位笔头生产设备,一分钟可以生产280个笔头,如果全年无休地生产,大约需要270台设备就可以满足400亿支笔头的生产需要,算上设备停机等因素,乘上4倍,也就是1000台左右的设备而已。

前面说过的贝发集团,1997年购入的设备,到目前还在使用,这说明这种设备的使用寿命是非常长的。按使用寿命20年计算,1000台设备意味着每年销售只有50台。每台设备的售价按40万欧元计算,产值不过是2000万欧元而已。

这样狭小的一个市场,能容得下几家生产企业?美英法日德都不生产24工位笔头设备,它们或者根本就不生产笔头,或者就是通过引进Mikron的设备来生产笔头,在这一点上,与中国没有任何区别。

它们不掌握这种技术的原因,在于没有必要。Mikron独家生产这种设备,能够赚钱,如果再多一家,那么只能是两败俱伤。世界上没有哪个国家需要包圆所有的技术,既然Mikron已经有了,价钱也不算太贵,为什么非要自己去研发呢?没有人会因为美英法日德不会生产24工位笔头生产设备而认为它们“大而不强”,所有用于证明中国“大而不强”的论据,如果放在美英法日德身上,分分钟可以把它们形容成旧石器时代。但人家不是旧石器,人家是世界工业的第一二三梯队,中国却排名第10086……不服?还真有不服的……为了摘掉工业弱国的帽子,2010年,全国政协教科文卫体委员会组织了一个调研组到浙江、上海等地调研,并于次年两会期间提交了关于制笔工业的两份提案。两会结束后,科技部紧急启动了“制笔行业关键材料及制备技术研发与产业化”专项课题,投入7000万元,其中便包括了“高精度多工位笔头加工机床”一项。

2014年,国产高精密24工位笔头加工机床样机通过了国家验收,按新闻稿的说法:在超精密加工手段上打破了国际垄断,实现高精度、高可靠性、长寿命气态悬浮旋转圆盘主体系统和先进的动平衡系统完全国产化,解决了多轴偏心铜套系统等重大技术难题……

新闻报道全世界,只有中国一个国家是把不能制造所有设备当成缺陷的,只要在自己的产业链上有一个空白,中国人就要想方设法去填补,填补不上的时候,就期期艾艾地检讨,说自己是大而不强,居然连一台24工位加工机床都造不出来,浑然不顾美国、德国、日本都造不出来这样的现念。也许,在中国人眼里,美国造不出来是应该的,而中国造不出来是不应该的……谁让我们的目标是星辰大海呢?写到这里,我已经看到有一大拨人正双膝跪地地掩杀过来,他们的嘴里高声质问着:“零件是国产的吗!”“生产零件的设备是国产的吗!”“生产‘生产零件的设备’的设备是国产的吗!”“设计是国内原创吗!”“骗子,我听我邻居说,那台设备根本就是拿外国的设备拉皮的出来的!”“我舅舅就是那家厂子的,他说呵呵呵呵呵呵呵,那些内幕我都不希得说了……”在习惯于跪着说话的人看来,但凡中国人能造的东西,都属于大白菜,要么可能是外国人不屑于造的,要么的确就是外国人不屑于造的。

他们曾经列出许多中国人一时造不了的东西,告诉我们说造不出这些就不是工业强国,等我们造出来了,他们又会重新刷新一次清单,列出其他的东西。总之,中国造不出的就叫核心技术,中国造出来的就叫大白菜。

可惜的是,他们忘记了中国工业人就有这样的霸气:你敢死,我就敢埋。世界上有什么,我们就敢造出什么!不是大白菜吗,我们迟早有一天会让产业目录变成一望无际的白菜田!

先讲一讲圆珠笔头有多难生产:

生产圆珠笔头需要二十多道工序。笔头里面有不同高度的台阶和五条引导墨水的沟槽,加工精度都要达到千分之一毫米的数量级。笔头的关键部位尺寸精度都是在两个微米,它表面粗糙度要求在0.4微米。在笔头最顶端的地方,厚度仅有0.3毫米至0.4毫米。

笔头加工制作精密,为保证圆珠笔书写流畅、耐用,要求笔头所用不锈钢必须具备优异的耐蚀性、耐磨性和易切削加工性。而只有严格控制特殊元素含量、轧制、拔丝、热处理等每一个环节,才能达到性能最佳。

所以说,小小的圆珠笔头是真正的高科技,以前只有日本、瑞士等少数几个国家可以生产出这种笔尖钢。

不过,中国目前每年需要的笔头钢仅1000吨至1500吨,相当于一个5米见方的钢坯大小。按照一吨12万元的价格,国内市场总量还不到2亿元,所以以前没有中国企业愿意花钱研制。这次太原钢铁集团花大价钱去研制,恐怕与总理的那句话有关。

但是,研制出来还是有好处的。易切削不锈钢材料应用比较广泛,笔尖只是其中之一。印刷机上的小零件以及轴类、电子类、小马达类产品都要用到它。除满足国内使用外,通过加工直接出口,市场前景也是很广阔的。