不锈钢笔头研究论文

笔头和墨水是圆珠笔的关键，其中笔头分为笔尖上的球珠和球座体。珠子必须非常耐磨，所以要用硬度仅次于金刚石的碳化钨作材料。先把碳化钨制成标准尺寸略大的小颗粒。然后把它们铺散在一个带沟槽的板上，并使这些小颗粒进入圆形沟槽，仅露出其顶部。然后放上一块又重又平的顶盘，压在这些小颗粒上面，在两盘之间注入研磨油，使这些小颗粒浸泡在含有粉末状金刚石的滑溜的混合物中。然后转动起下盘，使这些碳化钨小颗粒在圆形槽内不断地翻腾滚动，同槽壁、顶盘以及相互之间不断地接触，金刚石粉末不断地把这些小颗粒的边角研磨掉，使它们逐渐变得又圆又光。研磨过程中一天要停车几次，将这些小圆珠取出弄净，进行测试，直到生产出光滑度适中，符合标准的小圆球为止。生产一颗碳化钨的小圆珠笔珠大约需要断断续续地研磨几十个小时。圆珠笔头的生产对加工的精度、材料的选择上都有很高的要求。笔头上不仅有小“球珠”，里面还有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。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。每一个小小的偏差都会影响笔头书写的流畅度和使用寿命，笔尖的开口厚度不到0.1毫米，还要考虑到书写角度和压力，球珠与笔头、墨水沟槽位必须搭配得“天衣无缝”，加工误差不能超过0.003毫米。觉得圆珠笔头这东西大概是工业制造界的珠穆拉玛了。️

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。”

中国现在可以制造圆珠笔，但是质量有待提高，圆珠笔所使用的工艺比较精细，所以这项技术比较难掌握，所以现在很多人使用的圆珠笔都是其他国家的技术。

可以，因为圆珠笔体积小，且需要极高的操作技术，难度较大，圆珠笔表面光滑难以打磨制作。

可以，2016年9月，太钢集团通过历时5年的研究，终于取得成功，一批直径2.3毫米的不锈钢钢丝，可以骄傲地写上了“中国制造”的标志（用来造笔头的）。

难研发的原因如下：

在圆珠笔头小小的“球珠”里面，还有五条引导墨水的沟槽，加工精度达到千分之一毫米的数量级。

为了保证笔头书写的流畅度和使用寿命，笔尖的开口厚度不到0.1毫米，球珠与笔头、墨水沟槽位的搭配，加工误差不能超过0.003毫米（成人的头发丝大约0.07毫米）。这种“世界级别”的难度，难倒了中国3000多家制笔企业。

至于对于中国来说这就是一个要不想要的造的问题，要知道现在中国正在进行制造业转型，将原来的“中国制造”转变成“中国创造”和“中国智造”。对于圆珠笔这个行业来说，成本才是人们考虑的主要问题。

现在中国占领了全球80%的圆珠笔市场，一年生产380亿支圆珠笔。换算一下，说明世界圆珠笔年销量顶天475亿支，看起来这个数值很唬人是吧！而事实上，就算全球五百亿支的圆珠笔产业规模，整个球珠的销售额撑死不超过2亿。

而具体到每个球珠的利润，估计只能以“毫”(1分=100毫)作为单位计算了。所以对于国内许多生产制造圆珠笔的厂家而言，即便垄断全国圆珠笔的球珠生产，年利润才3000万左右。而圆珠笔尖这个东西进口又比自己研制便宜的多，所以就没什么人去研制了。

同样的，对于圆珠笔头这么小小的一块肉，许多钢铁企业并不是太过关注。据了解，国内对于笔头不锈钢材料的需求大概在1000多吨，进口价格大概是在12万元/吨左右。1000多吨的需求量，与开发出国产笔尖的太钢那数以百万吨计的不锈钢产量相比，这就几乎可以忽略不计了。

所以生产和销售的人都不是太关注这一块，所以以前我国那个圆珠笔头就直接进口了事。

其实这个行业早在5年前就已经步入价格战了，主要是因为韩国、法国等国厂商的介入。

他们其实是通过笔的革命作为蛮荒者强行杀入这个领域了，后起的水性笔/中性笔对笔尖、笔座体的工艺要求远远低于传统油性圆珠笔，一些水性笔的笔尖甚至就是普通的杆形钢芯，光滑度要求较低。

有的厂商甚至都不需要用钢材就做出水性笔的笔尖了，门槛越拉越低，此后几年大批厂商涌进水性笔芯领域（包括中国厂商），后起厂商一下子掀起了水落石出式的粉碎性革命。

（讽刺的是，中性笔的理论概念最早居然是日本人自己提出来的，真是自己埋葬自己的利润，别跟我扯三菱的水笔，这和扯NEC的镀膜是一回事，说白了都是情怀。）

韩系厂商发动的这次产业革命得涉及到圆珠笔的定义：

传统狭义上的圆珠笔其实就是指的油性笔，这种笔对圆珠、圆珠的座体的光滑程度要求极高（其实细小的钢珠制造并没有什么难度，难度在于光滑度、钢珠曲面变化率的工艺控制）。

敢问现在还有多少人用油性圆珠笔？现在已经是改良水性笔和中性笔的时代了，圆珠笔在各方面属性上都已经沦为鸡肋，可能就剩日本，乌兹别克斯坦，土耳其等保守国家还在大量使用圆珠笔。

也就是说水性笔的笔尖厂商已经通过新事物进行了毁灭性地弯道超车。这是对传统瑞士、日本厂商的高利润的粉碎。

实际上圆珠笔产业的产值即便像行业协会吹嘘的有600亿人民币，也赶不上IT行业下属细分类别的一个零头，更别说和迅速崛起的人工智能相比了。

至于笔的钢芯生产商的各家全年利润加起来连 台积电一个季度的利润都不如。至于其中对圆珠工艺要求较高的油性圆珠笔钢珠生产领域，全年总利润加起来估计连台积电买的一台ASML光刻机的单价都不如。

就算不提圆珠笔的圆珠已经被水性笔革命杀成了鸡蛋水饺产业。

整个笔的上下游产业链都已经是夕阳行业了，先不谈产能过剩，敢问今天你是用笔多还是用键盘/触屏多，笔的行业产值的增长幅度还赶不上通货膨胀率，无论是产值、利润还是成长率，这和今天的成长性新兴产业完全是一个天上，一个地下。

如果非要说“笔”还有什么高利润率的例子，那就只有少数几个奢侈品牌了，一年卖不了多少支，比如万宝龙的笔，镶它个一堆黄金宝石的，谁还看你的钢珠啊。

笔者写这些，也是因为心中的一个质疑，当时这笔专项研发巨款完全可以划拨到芯片光刻机领域、射频芯片领域、先进半导体制程领域、人工智能领域的，可是立项的时候，资源被某些传统钢铁行业的院士给抢到了。这一大笔钱原本应该有更好的回报的，可惜现在看来回本都够呛。

日本所擅长的产业大多已是传统夕阳行业，就靠冗长的日吹PPT误导舆论，这类夕阳行业即便产值还不低，利润却是少得可怜或者是负利润。

所有的日本冶金、材料、电器企业的利润加起来还不如三星电子（投行预计三星电子2017年第2季度利润将超过116亿美元，直逼工商银行），大把的日企靠做假账 可转债成为不死僵尸（资不抵债的东芝集团面临退市的概率不小，诚信危机太严重，恐怕连僵尸企业都做不成）。

中国要跨过中等收入陷阱，必须集中精力抓住主导未来经济的新兴产业，多向美帝硅谷学习，才有弯道超车的机遇。

然而在一个已经杀得很成熟的传统产业拼命往往是事倍功半，一个国家的资源和精力都是有限的，笔者不反对在任何科研领域拼资源，但是应该集中资源按优先次序进行攻关，这是新兴国家在经济人力物力资源配置领域的一个基本原则。

既然油性圆珠笔的钢珠做成功了，中国从此可以继韩国之后，进一步把“笔”这个夕阳产业从地板价杀到地狱价，把韩国、捷克厂商的利润打到零，把日本、瑞士厂商的利润杀到负值。

中国精工科技的突破，也开启了高端工艺大门。值的国人庆贺的自主创新。

圆珠笔头中国能造。中国是可以制造圆珠笔芯以及笔头，但是笔头上的滚珠材料则需要进口的。目前这项技术的核心掌握在瑞士手里，连美国、日本、德国这些工业大国，也都在使用瑞士的设备。笔头分为笔尖上的球珠和球座体。目前，直径.5~1.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38亿支圆珠笔，需要用一吨12万元的价格进口1多吨生产笔尖的钢材，付出外汇15万美元。“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.4微米。”宁波贝发集团品质部经理徐君道说。来自瑞士公司的一种笔头一体化生产设备，生产一个小小的圆珠笔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。在笔头最顶端的地方，厚度仅有.3~.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。

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。