【盛世華誕奮進鋼鐵】突破！神通廣大的高超純鐵

2026-04-16 08:01:29

　　近期，我國在高超純鐵的製備技術和特性研究方麵取得了突破性進展，這是立足於中國高純生鐵、超高純生鐵產業的優勢基礎之上而出現的。我國高超純鐵技術及產品的出現，打破了美國阿姆科鐵（成為已有純鐵的代名詞）獨占該領域100多年的曆史。上海大學、龍鳳山集團、上善院與相關單位緊密合作，潛心研發10餘年，終於攻克了大規模火法製備4N級高純鐵技術、電解法規模製備4N級高純鐵技術、區熔法製備5N級超純鐵技術。

　　高超純鐵主要用於製造高端特鋼、高溫合金、耐蝕合金、稀土永磁材料、電磁屏蔽材料、非晶納米晶、半導體靶材等關鍵材料，廣泛應用於航空、航天、電子、船舶、生物醫療、半導體芯片、海洋工程等高端裝備製造；為科學研究和分析測試提供高純物質，為人類探索太空和宇宙、地球演變過程奠定物質基礎。

　　首創火法工藝流程生產出4N級高純鐵

　　河北龍鳳山集團以其獨有的高純生鐵、超高純生鐵金屬液為母材，在以國家“973”計劃首席科學家、上海大學教授董瀚為首的專家團隊帶領下，通過鐵液的三脫預處理、深脫硫、深度提純、精煉、真空深脫碳脫氣、澆鑄成型和精品加工等工序，將鐵的純度提升至99.95%以上（即4N級水平），首創國內火法冶金提純工藝，形成了獨特的低成本、專業化、規模化4N級高純鐵生產技術，實現了4N級高純鐵的大規模試產，建設了全球首條采用火法生產4N級高純鐵的產業化生產線。

　　圖為龍鳳山集團鐵基新材料生產基地。

　　圖為高純鐵產品。

　　開發濕法冶金產線製備出4N級電解鐵

　　dianjietiezuoweigaoduantiejixincailiaohebiaozhunfenxiceshiwuzhi，zaikeyanhegongyelingyuzhongbanyanzhezhiguanzhongyaodejiaose。changqiyilai，ribenhedeguodengguojialongduanzhedianjietiedegongying，dianjietiejiagegaoang。

　　經過多年攻關，該研發團隊自主開發了電解製備高純鐵的技術和產線，實現了包括氣體元素在內的全元素含量檢測的4N級電解鐵產業化。該成果填補了國內外該技術領域的空白，實現了電解鐵產品的低氧化、低成本製備，並開發至4N6（99.996%）電解鐵係列產品。

　　gaichengguoshiwoguodianjietiedenianchanliangdadaobaidun，shixianlegaochundianjietiechanpindeguochanhua。zhebujinbiaozhizhezhongguozaicailiaochunduhexingnengjixianhuatansuofangmianqudelezhongdajinzhan，erqieweihouxufazhan5N級超純鐵和更高純度鐵材料奠定了堅實基礎。

　　圖為電解純鐵中試線與產品。

　　研製高真空區熔爐製備出5N級超純鐵

　　該團隊研製了一種結合電解、真空熔煉和真空區熔的提純工藝，開發出國內首台超高真空垂直感應區熔設備，製備出5N級超純鐵。該技術涉及總體設計、工藝條件、真空度、蒸發損耗、線圈結構、運動部件穩定性控製等關鍵技術。通過工藝參數調整和設備精準對應協調，該團隊解決了設備同步性、準直性和同心性等關鍵技術問題。

　　在區熔工藝參數深入分析基礎上，該團隊明確了熔區速率、方向、真空度及氣體壓力的作用，實現了鐵的跨越提純，純度升至5N2（99.9992%）。

　　圖為5N純鐵製備流程。

　　圖為超高真空垂直感應區熔設備。

　　鐵的特性研究

　　高超純鐵為鐵的特性和機理研究奠定了物質基礎。該團隊探索鐵的力學性能微觀機製、磁學特性、電學性能、腐蝕機理等問題，為新材料的創製和應用打下牢固的科學基礎。

　　純鐵電阻值隨溫度的變化曲線

　　純鐵電阻值隨溫度變化曲線圖反映出3點：一是RRR測試可以反映出樣品純度。3N7多晶鐵在4.2K時的RRR值為118，而4N8多晶鐵在4.2K的RRR值升高為181；二是晶粒大小對測試結果有一定的影響，準單晶4N8的鐵的RRR值提高為215；三是磁場對RRR測試影響很大，加入一個與電流方向平行的磁場後，4N8準單晶的RRR值從215升為791。

　　電化學阻抗譜結果表明，純鐵的純度越高，腐蝕速率越低。在3.5wt%NaCl溶液中浸泡1小時後，純鐵的腐蝕速率小於普碳鋼和耐候鋼，其中Q235B鋼的腐蝕速率為5N2鐵的2.5倍。

　　材料純度與電阻值關係曲線

　　此外，矯頑力隨純度提高而明顯降低，與典型無取向矽鋼相比，4N4粗晶純鐵具有較低的矯頑力，其直流軟磁性能最佳。

　　純鐵矯頑力與純度關係

　　展zhan望wang未wei來lai，隨sui著zhe鐵tie材cai料liao高gao純chun化hua技ji術shu的de進jin一yi步bu成cheng熟shu和he應ying用yong，我wo們men有you理li由you相xiang信xin，它ta們men將jiang在zai新xin材cai料liao的de開kai發fa和he應ying用yong中zhong發fa揮hui更geng加jia關guan鍵jian的de作zuo用yong，促cu進jin中zhong國guo製zhi造zao業ye的de發fa展zhan。

　　高超純鐵技術的突破也將對國家經濟發展和戰略安全產生深遠影響，促進相關產業的升級和轉型。

　　上海大學、龍鳳山集團、上善院將繼續努力，以4N級高純鐵、5N級超純鐵的製備和研發為基礎，構建“高超純鐵製備—新材料生產—高端基礎件製造和應用”全產業鏈，推動我國新材料產業自立自強和高端裝備基礎件持續發展。

來源：中國冶金報-中國鋼鐵新聞網

編輯：張雨恬

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