張福成，中國工程院院士，現任全國政協常委、華北理工大學校長、中國金屬學會常務理事、《鋼鐵》期刊副主編。長期緻力于先進鋼鐵材料基礎理論和關鍵技術研究。作為第一完成人獲國家技術發明獎二等獎2項、國家科技進步獎二等獎1項及教育部和河北省技術發明或科技進步獎一等獎4項。獲何梁何利基金科學與技術進步獎、全國創新争先獎、光華工程科技獎、霍英東基金會高校青年教師獎一等獎和河北省科技突出貢獻獎。發表學術論文500多篇，SCI引用5000多次；出版著作4部，授權大陸和美國發明專利100多件。
鋼鐵産業是支撐大陸經濟發展的中流砥柱。1952—1978年的26年間，大陸在極其困難的情況下，大力發展鋼鐵工業，有效地化解了當時西方國家對大陸的“卡脖子”危機，保證了國家安全、經濟發展和社會穩定。是以，說鋼鐵是一個民族的脊梁一點也不為過。但當我們談到“鋼鐵”兩個字時，經常被誤認為是一種東西，實際上，鋼鐵是一個包含了很多種類的大家族，“鋼”和“鐵”有根本的差別。鐵是自然界中廣泛存在的一種元素，鋼是鐵經過精煉并添加碳等元素後得到的合金，兩者雖同根同源，卻各有千秋，它們在實體性能、化學性能和力學性能等方面有着很大差別。純鐵等高端鐵基新材料屬于中間品，是制造先進裝備的關鍵材料，是一個國家高純金屬材料發展的重要基礎，其生産和應用一定程度上影響一個國家的科技與工業化水準，非本領域人士，存在認知偏差，将其歸類為“鋼鐵”行業，使純鐵材料不僅得不到相關産業扶持政策，而且其發展受到一定制約。事實上，純鐵是國家重點鼓勵發展的鐵基新材料，2024年，4N級高純鐵被列入工信部制定的《重點新材料首批次應用示範指導目錄（2024年版）》。
“鐵”的“前世”與“今生”
在人類文明的長河中，金屬的發現和使用是一個重要的裡程碑。其中，鐵作為一種重要的金屬，最早發現和使用的鐵是來自外空的隕鐵，随後人們才開始用開采的鐵礦石來生産鐵。煉鐵的曆史最早起源于公元前1800年的印度，公元前約1500年安納托利亞的赫梯人開始冶煉鐵，公元前約1200年赫梯王國滅亡，各部落帶着他們的煉鐵知識分散到歐洲和亞洲，從此開始了“鐵器時代”。鐵器時代工匠們并不知道鋼鐵冶煉的化學過程，在其煉鐵過程中會偶然産生一個副産品“鋼”。到了15世紀，鋼鐵已經在全世界廣泛應用。按照碳含量不同，分為生鐵、鋼和純鐵。純鐵是指碳含量小于0.0218%的鐵碳合金，是重要的工業原料。工業上通常用數字結合字母N（英文nine的縮寫）來表示純鐵的純度，按照純度可以分為工業純鐵（2N—3N級）、高純鐵（4N級）和超純鐵（5N—6N）級。
“純鐵”的形成與演變
純鐵室溫組織以鐵素體為主，具有質地柔軟、韌性大、延展性好、電磁性能優異等特點。高純鐵具有良好的導電性、軟磁性能和耐腐蝕性能，質地柔軟、韌性強。随着純度進一步提高，高純鐵又展現出更加獨特的性能，如：不溶于鹽酸和硫酸，在潮濕空氣中不易生鏽，熔點高于普通的鐵。為了獲得純鐵，工業上采用精煉的方法，将初煉的鋼液在真空、惰性氣氛或還原性氣氛中進行脫氣、脫硫、脫氧以及去除鋼鐵中所含的雜質元素。工業上常用的精煉方法包括：鋼包精煉法、真空精煉法、脫碳去氣型精煉法。鋼包精煉法适用于冶煉品質要求嚴格的高合金鋼以及在處理多爐鋼水連續澆鑄時對鋼水進行補溫、精煉、脫氣、脫氧和去除夾雜物。真空精煉法是借助真空條件實作對鋼水的提純精煉。脫碳去氣型精煉法适用于冶煉低碳和超低碳鋼。大陸工業生産純鐵采用多種精煉方法聯用，已達到較高的純度要求。
高純鐵作為一種高新産業發展所需的特殊材料，比傳統純鐵及鐵基材料具有更優異的耐腐蝕性能、磁學和電學性能。高純鐵的制備是一個提純的過程，制備工藝包括：電解精煉、區域熔煉、冷坩埚熔煉、固态電遷移、電磁懸浮熔煉、溶液萃取。電解精煉是傳統工業純鐵生産的主要工藝，水溶液電解精煉在高純鐵制備中展現出重要價值。區域熔煉作為一種深度提純手段，以其卓越的淨化能力備受推崇，能夠将金屬純度推向極緻。冷坩埚熔煉是通過在水冷銅坩埚與熔融金屬間形成保護性固體殼層，有效隔絕外界污染，進而保證了熔煉過程的純淨。固态電遷移技術以其在固态下的操作優勢，避免了熔煉過程中的污染問題，特别适用于對特定雜質高度敏感的材料提純。電磁懸浮熔煉利用電磁力實作無接觸熔煉，為金屬提純提供了無污染的新途徑。溶液萃取法可以去除電解工藝中無法去除的電位更負的雜質元素，通過有機相與水相間的雜質配置設定差異實作高效分離，提升鐵的純度。單一的高純鐵提純方法難以達到高純度的要求，需要結合多種冶煉方式才能制備高純度的純鐵。
“純鐵”應有大作為
純鐵按照不同的用途可以分為原料純鐵、軍工純鐵和電磁純鐵。原料純鐵可用于生産各種精密合金和非晶态合金等。軍工純鐵能應用于國防尖端科技領域、航空航天裝備等一系列對真空氣密性和電磁性能要求極為苛刻的工業軍工産品。電磁純鐵具有低矯頑力、高磁導率、磁性穩定的優良軟磁性能，多應用于儀表電器以及國防尖端工業的電磁元件的制造。雖然大陸是鋼鐵生産大國，但是生産的主要是粗鋼，目前仍較難實作純度在99.99%以上純鐵的工業化生産。以高純生鐵、超高純生鐵為“母材”制備的4N級以上純鐵新材料是制備特種合金和高性能功能材料的關鍵基礎材料，也是制備磁性材料、非晶材料、半導體材料等功能材料的關鍵基礎原料，較大程度上影響着一個國家的航空航天、核電軍工、電力電子、軌道交通、新能源等行業在世界範圍内的地位及話語權。加快發展“純鐵”産業，對實作大陸新材料産業自立自強和高品質發展具有重要意義。
目前世界範圍内對高純鐵和超高純鐵的研發高度重視，4N級高純鐵作為“科研标準物質”和“特殊合金”原材料，以前大陸隻能依賴進口，面對“卡脖子”現狀，國内相關企業、高校及科研機關奮起直追，取得長足進步。但是在地方企業實際生産和研發過程中，由于這類材料未被列入《戰略性新興産業分類（2018）》統計目錄，在地方統計過程中将其歸類為“鋼鐵”行業，受到一定影響。是以，需要将高純生鐵、超高純生鐵、4N級高純鐵等鐵基新材料産品納入《戰略性新興産業分類》統計目錄，以此激發科技創新活力，開辟制勝新賽道，加快推進大陸鐵基新材料産業健康發展。
科技攻關猶如太空探索、深海潛行，但未來必會因科技的進步而煥發新生。以純鐵純度提升為目标的科技創新和産業創新深度融合依然任重道遠，科技戰線重任在肩、使命光榮。期待政府、行業、企業、院校等主體深度融合、協同發力，促進産業鍊、人才鍊、教育鍊、創新鍊有機銜接，開發綠色環保、短流程的純鐵制備工藝，勇于挑戰5N—6N級超純鐵前沿技術。