鐵，元（yuán）素符號Fe，源於拉丁文ferrum，是一種具有光亮（liàng）銀白色外觀的過渡金屬（shǔ），由大質量恒星的聚變產生。在超新（xīn）星的劇烈（liè）坍塌之前，它是能量釋放產生的***後一種元素，56個核子的（de）原子核中的每個核子（不分質（zhì）子和中子）在所（suǒ）有元（yuán）素中具（jù）有***低的質量。金屬鐵或天然鐵很（hěn）少（shǎo）在（zài）地球表麵發現，因為它容易氧化。鐵的主要礦石有赤（chì）鐵礦(Fe2O3)、磁鐵礦(Fe3O4)、褐鐵礦(Fe2O3·nH2O)、菱鐵礦(FeCO3)和黃鐵礦（kuàng）(FeS2)。
圖為太陽係元素豐度及可（kě）能的核合成起（qǐ）源[1]
一般采用高爐冶煉的碳含量不小於2.11wt.%的鐵碳合金被稱為生鐵，將碳含量小於0.0218wt.%的鐵稱為純鐵，圖2。根據用途，生鐵可以分為煉鋼生（shēng）鐵、鑄造生（shēng）鐵等幾種；純（chún）鐵可以分為原料純鐵（tiě）、電磁（cí）純鐵和軍工純鐵。根據雜質含量的高低，生鐵可分為生鐵、高純生鐵、超純生鐵；純鐵可（kě）分為純鐵（tiě）（2N-3N）、高純鐵（4N級）和超純鐵（5N-6N）。
圖為鐵（tiě）碳相圖（對（duì）數橫坐標）
盡管中國是世界***大的（de）鋼（gāng）鐵生產國，粗鋼產量占世（shì）界總量一（yī）半以上，但高端特殊鋼與特種（zhǒng）合（hé）金的品質方麵還有一定的差（chà）距，其中生產這（zhè）些高端材料的鐵基原料純度是一個關鍵製（zhì）約因（yīn）素（sù）。目前，可以通過原料精選和精煉方法去除夾雜元素來提高材料（liào）的純淨（jìng）度。生鐵（tiě）和純鐵作為鑄造和煉鋼行業的關鍵基礎鐵基材（cái）料，其純度高低直接影響高端（duān）特殊鋼與特種（zhǒng）合（hé）金的品質。
圖為高純生鐵（左）和公斤級4N7級高純鐵（右）
河北龍鳳山鑄業通（tōng）過自主創新的三精（jīng）法（精料、精煉、精處理）生產工藝，成功研製出了高純生鐵和超高純生鐵。其中，高純生鐵和超高純生（shēng）鐵中鉻、釩、鉬、錫、銻、鉛、鉍、碲、砷、硼（péng）、鋁等11種微（wēi）量元素含量（liàng）總和分（fèn）別小於0.057%和0.021%，鈦、錳（měng）、磷、硫等有害元（yuán）素含量也極低。龍鳳（fèng）山鑄業（yè）生產的高純生鐵和超純生鐵組織致密、無氣孔和夾渣、表麵潔淨，可廣（guǎng）泛用（yòng）於高（gāo）端鑄鐵件（jiàn）、鑄鋼件、特殊鋼冶煉等，能夠減少廢鋼（gāng）帶入的雜質與（yǔ）有害元素對材料的影響（圖3）。例如，采用（yòng）高純生鐵和（hé）超高純生鐵能保證冶（yě）金質量和高純淨度，生產（chǎn）的核乏燃料儲運容（róng）器組（zǔ）織致密，無鑄造缺陷（xiàn）和晶界偏析夾雜；生產的車軸齒（chǐ）輪箱、變速（sù）箱體和大型曲軸等軍工配件的動態力學性能、疲勞性能和過熱（rè）能力好；生產的艦船柴油機機體、缸蓋、缸套等高端（duān）鑄（zhù）件具有高的（de）抗熱疲勞強度、硬度和耐（nài）磨性，提高了發動（dòng）機的使用（yòng）壽命（mìng）。
圖為高純、超純（chún）生鐵在核乏燃料、機車變速箱（xiāng）和曲軸上的應用
高端特（tè）殊鋼與（yǔ）特種合金使用***多的原料莫過於（yú）純鐵。純鐵不僅是冶煉原料，本身也是一種材料。我們（men）知道，工業規模製備純鐵可以追溯到1886年美國西（xī）屋電氣公司首先用雜質含量0.4%的熱軋低碳鋼板製備低碳電工鋼。1910年美國阿姆科鋼鐵公司（Armco Steel Corporation）首先采用平（píng）爐冶煉出了純度為99.75%的純鐵（即阿姆科（kē）鐵），成為了工業用純鐵的代名詞。目前，國（guó）內外能夠工業化大規模實（shí）現3N級純鐵的生產，但無法工業化生產4N級以上的（de）純鐵。自純鐵誕生以來，其發展一（yī）直在促進工業的進（jìn）步。隨著冶金技術和冶煉裝（zhuāng）備的進步，發達******（美國、日本、德國、瑞典（diǎn）和法國等）越來越重視高純鐵和超純鐵的研發。例如，日本（běn）東邦（bāng）亞鉛公（gōng）司采用電解法成功開發出了純度為3N5-5N的高（gāo）純鐵及超純鐵，並且已實現了商業化，並且於2021年成功開發出了高純鐵和超純鐵金屬箔（圖4），具（jù）備良（liáng）好的耐（nài）蝕性、磁性能和力學性能。
圖為日本東邦亞鉛（qiān）公司生產的4N和5N純鐵金（jīn）屬箔
純鐵純度提高到極限後，將會表（biǎo）現出很（hěn）多不同的現象。2015年（nián）美國NIST聯合日本、比利時和德國等針對3N8-6N8純鐵進行了（le）力學測試，發現純度提高後，6N8純鐵在低10-5 s-1應變速率下屈服強度***低能達到28 MPa[2]，遠低於對純鐵傳（chuán）統的屈服強度極限的認（rèn）知。國內關於高純鐵（tiě）和超純鐵的研究起步雖然較晚，但近幾年也取得了可觀成果。河（hé）北（běi）龍鳳山鑄業與上海大學材料學院、鋼研總院以龍鳳山的超高純生鐵為基礎，創新的提出了（le）工業化火法生產4N級高純鐵的新工藝流程，同時已在上海大（dà）學實驗室製備（bèi）出公斤級4N4高純鐵（圖3），其平均（jun1）屈服強度***低能達到58 MPa。
圖為河北龍鳳山鑄業有限公司
圖為上海（hǎi）大學
圖為上海大學主辦的基礎件材料創新發（fā）展論壇
提高純鐵的純度，作為（wéi）原料有效改善高（gāo）端特殊鋼（gāng）與特種合（hé）金純淨度，提高材料性能；作為磁性材料（liào），高純度能夠顯著降低矯頑力，提高磁導率。高超純鐵具備高熔點、高塑性的特點，本身是很有發展潛力的軍（jun1）工新材料。高超（chāo）純鐵雜質含量低，能大幅減少高端特殊鋼與特種合金中（zhōng）的夾雜物與（yǔ）有害（hài）元素（sù），有助於（yú）提（tí）高（gāo）韌性、疲勞強度和蠕變強度，可用於飛機起落架、航空（kōng）軸承、傳動變速裝置等（děng）高端裝備，能夠（gòu）顯著（zhe）提升（shēng）我國工業（yè）實力和國防能力。高（gāo）超純鐵（tiě）的夾雜物（wù）極少，能有效降低材料的電極電位（wèi）差異，避（bì）免（miǎn）點蝕發生，形成（chéng）所謂的高超純不鏽（xiù）鐵。
圖為CRNO矽鋼和不同純（chún）度純鐵（tiě）的磁滯回線
圖為高超（chāo）純鐵在高（gāo）端裝備與武器裝備上的應用潛力
高純鐵和超純鐵的研究還具有重要科學意義：一方麵研究純鐵的功能性特征可以深入理解鐵的各種性態，探索自然與宇宙物質的演變；另一方麵，研究鐵的力學性能可以揭示鐵的強度極限，研（yán）究材料的強度理論基（jī）礎，理解作為量大麵廣材料的缺陷強化的潛力，為鋼鐵材料的高性能化的發展提供科學指導。
發展高純、超純的生鐵（tiě）與純鐵在科學上（shàng）和工（gōng）程（chéng）上都具有（yǒu）重要的意（yì）義。能夠促進和強化工業的材（cái）料基礎，提升我（wǒ）國綜合實力，是我國工業化發展（zhǎn）的時代必然。
[1] He J, Bing G, Liu W, et al. How were the heavy chemical elements beyond iron made in the Universe?[J]. Chinese Science Bulletin, 2018.
[2] Lucon E, Abiko K, Lambrecht M, et al. Tensile properties of commercially pure, high-purity and ultra-high-purity iron: Results of an international round-robin. 2015.
（部分圖片來源於網絡（luò））
本公司主要承接銅、鋁、不鏽鋼（gāng）等金屬材（cái）料和四氟乙烯等非金屬材料的精密加工和設計。公司（sī）業務涉及：北京鈦合金加（jiā）工 ,北京鋁合金零件加工工程機械、電（diàn）子設備（bèi）、醫療（liáo）器械、紡織（zhī）機械、儀器儀表和通信設備等多個行（háng）業。
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