碳鋼線產(chǎn)業(yè)深度調研及未來發(fā)展現(xiàn)狀趨勢

碳鋼線產(chǎn)業(yè)深度調研及未來發(fā)展現(xiàn)狀趨勢金剛線技術發(fā)展金剛石微粉需要具有一定導電性，才能隨鎳沉積而被固定在母線表面，進而制備金剛線。為使金剛石微粉具備導電性，一般采用化學鍍的方式，使微粉表面沉積金屬鍍層。金剛線制備過程中，微粉在酸性體系環(huán)境中，表面金屬鍍層容易受到酸性腐蝕而脫落，導致上砂能力減弱、上砂不均、微粉結合力不足。因此金剛石微粉金屬鍍層需要具備強結合力、高耐腐蝕性能。通過高頻超聲酸刻蝕技術工藝，實現(xiàn)化學鍍金屬層金屬活化點生長在金剛石刻蝕凹坑內，增強其結合力；通過使用添加劑并精準控制工藝參數(shù)，提升鍍層耐腐蝕能力。金剛石微粉作為金剛線的主要原材料之一，其質量對于金剛線品質有著較大影響；如在母線上分布不均，出現(xiàn)堆積、團聚等問題，將影響金剛線的使用效果。金剛線微粉復合工藝為微粉制作完成后增加的一道鈍化工藝。該技術通過在微粉表面形成一層鈍化膜，改善其自身物理性能，最終實現(xiàn)微粉在上砂過程中均勻分布在母線上。金剛線PLC全自動過程控制技術通過計算機模擬系統(tǒng)，使得金剛線生產(chǎn)在一定程度上具備自動化。該技術可以控制制程工藝參數(shù)，保持相關參數(shù)處于最佳的工藝參數(shù)范圍，以穩(wěn)定產(chǎn)品質量。同時，該技術已實現(xiàn)視覺系統(tǒng)與自動加砂控制系統(tǒng)的聯(lián)動，通過視覺系統(tǒng)監(jiān)測顆粒密度變化情況，通過自動加砂量控制母線上微粉的顆粒密度，通過對于電鍍液液位、溫度、PH值的精準監(jiān)測，實現(xiàn)自動補水、溫度控制以及PH值等關鍵參數(shù)的控制，從而促進產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性。隨著金剛線產(chǎn)品的持續(xù)生產(chǎn)，鍍液中積累的金屬離子、有機添加劑等雜質不斷增加，此類雜質積累到一定程度會影響鍍層質量，導致鍍層脆性增加，進而影響下游客戶使用效果。隨著光伏切片技術的不斷發(fā)展，下游硅片生產(chǎn)企業(yè)愈發(fā)關注出片率和生產(chǎn)成本，在切片綜合良率、切割過程斷線率、耗線量等方面提出更高的要求。金剛線高效上砂技術是根據(jù)多年經(jīng)驗自主研發(fā)的一套基于上砂工藝+核心設備的金剛線制備技術。該核心技術通過嚴格控制上砂工藝，實現(xiàn)上砂密度、上砂均勻性、上砂形態(tài)等關鍵指標精準把握，通過控制鍍液體系、添加劑、鍍層厚度與微粉粒徑匹配性，實現(xiàn)對微粉結合力、母線脆性等機械性能的把控，從而滿足不同下游客戶對于切割工藝的需求。同時，該核心技術通過對設備張力系統(tǒng)、導電系統(tǒng)的優(yōu)化創(chuàng)新，實現(xiàn)了不同規(guī)格金剛線的精控制生產(chǎn)，尤其對于規(guī)格在35線及以下的產(chǎn)品，可以在低張力、高線速下精準控制不同位置電流，以保證多線機臺各位置金剛線的一致性。金剛線母線作為金剛石微粉的載體，其自身破斷強度、韌性等方面直接影響金剛線產(chǎn)品的性能，其表面的拉拔溝槽、合金分布等直接影響上砂效率及鍍層的結合力。全球金剛線行業(yè)現(xiàn)狀及競爭分析金剛線是金剛石切割線的簡稱，還被稱為之為鉆石切割線或者鉆石線。工業(yè)上許多硬質材料都是用切割鋼線或者更高質量的金鋼線來切割的，比如光伏領域的多晶硅切片，單晶硅，晶棒，金鋼線是光伏硅片切片過程中的重要耗材，已實現(xiàn)全面應用。光伏目前已成為金剛線最大的應用市場，占總需求量90%以上。金剛線價值量在1-2分/W，略高于硅片生產(chǎn)過程中的坩堝、熱場等其他耗材。2020年全球金剛線需求量達5595萬公里，金剛線產(chǎn)值達26．66億元。硅片細線化、大尺寸、薄片化發(fā)展趨勢確定，有望帶動線耗不斷提升。預計2025年全球金剛線需求量達18010萬公里，金剛線產(chǎn)值達48．52億元。金剛線制造與應用最早起源于美、日等發(fā)達國家。從早期全球范圍來看，日本和美國的金剛線供應商具有國際競爭優(yōu)勢。日本旭金剛石工業(yè)株式會社（Asahi）、日本聯(lián)合材料株式會社（ALMT）、美國DMT等國際知名企業(yè)在金剛線制造領域處于世界領先地位。2015年以來，中國企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模及生產(chǎn)效率逐漸提高，生產(chǎn)成本逐漸下降，實現(xiàn)了反超。目前美暢股份、高測股份、恒星科技、三超新材、岱勒新材等中國企業(yè)已占據(jù)絕大部分市場份額。其中美暢股份金剛線出貨量遙遙領先，2021年達4540．82萬公里，行業(yè)呈現(xiàn)一超多強競爭格局。金剛線行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及市場格局金剛線是將金剛石微粉顆粒以一定的分布密度均勻地固結在母線（一般為高碳鋼絲）上制成的，通過金剛線與被切割物體間進行高速磨削運動，從而實現(xiàn)切割目的。金剛線最早應用于藍寶石切割，2010年左右開始應用于光伏。在光伏上，金剛線主要用于硅片切割（包括截斷和切片，切片為主），其切割性能直接影響硅片質量及電池效率。光伏目前已成為金剛線最大的應用市場，占總需求量90%以上。金剛線切割優(yōu)勢明顯，行業(yè)全面普及。相比上一代技術砂漿切割，金剛線切割具有出片率更高（切割磨損少）、切割速度快、環(huán)境污染小等優(yōu)勢，因此具備較強的競爭優(yōu)勢，在與砂漿切割的競爭過程中逐漸勝出。金剛線切割技術2010年左右開始應用于光伏，早期切割設備與耗材（即金剛線）主要依靠進口，成本相對較高。2014年以來，隨著技術的成熟以及國產(chǎn)設備和材料廠商崛起，金剛線切割成本實現(xiàn)快速下降，相對砂漿切割的優(yōu)勢逐漸明顯，隆基、中環(huán)等領先硅片企業(yè)開始轉向金剛線切片。單晶領域2017年金剛線切片已全面取代砂漿切片，隨后隨著黑硅、添加劑法等工藝解決了金剛線切割硅片損傷層淺、反射率高的問題，多晶領域金剛線切片的滲透率也快速提升，2018年基本完成砂漿切片向金剛線切片的轉換。金剛線單W價值量在1-2分，硅片輔材中價值量相對較高。從絕對價值量看，由于金剛線屬于硅片生產(chǎn)過程中的間接耗材，因此絕對價值量低于鋁邊框、玻璃、膠膜等直接原材料。目前金剛線價值量在1-2分/W，略高于硅片生產(chǎn)過程中的坩堝、熱場等其他耗材。金剛線行業(yè)的技術水平及發(fā)展趨勢金剛線作為硬脆材料切割的重要耗材，直接決定了下游切片廠商切片的質量和成本。金剛線在切割過程中要承受高頻率的往復運動和較大的張力，金剛線的金剛石分布密度和固結強度、金剛石切割能力、鋼線的抗疲勞性能等方面都直接影響金剛線的性能。本行業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)技術工藝復雜，技術迭代較快，制程控制嚴苛，各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)對技術工藝人員的要求較高。在行業(yè)的主要應用方向硅切片領域，近年受硅料價格上漲、N型電池片滲透率提高等因素影響，線徑細線化的演進速度進一步提高，較小的線徑和介質粒度有利于降低切削損耗和生產(chǎn)成本。根據(jù)CPIA《中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖（2021版）》，2021年金剛線母線直徑已下降至43-56μm。目前，行業(yè)內主流廠商已掌握35μm規(guī)格碳鋼線（對應母線直徑約40μm）生產(chǎn)技術，逼近碳鋼絲母線的物理性能極限。硅片切割過程中，母線需要有足夠的力學性能，40μm以下的鋼絲存在破斷拉力偏小、切割能力不足等問題。以鎢絲線作為金剛線母線，在強度等方面具備優(yōu)勢，進一步細線化空間大，有希望成為金剛線母線發(fā)展的主要方向之一。如鎢絲線能克服產(chǎn)能、線長、品質穩(wěn)定性等產(chǎn)業(yè)化難點，得到廣泛應用，將有望進一步降低金剛線線徑，從而推動下游光伏行業(yè)降本增效。金剛線行業(yè)發(fā)展概況金剛線采用如電鍍或樹脂等特殊技術手段，將堅硬的金剛石均勻的固定在鋼線上，利用鑲嵌有金剛石的鋼線和待切割材料之間的相互摩擦作用對硬脆材料進行切割。相對于傳統(tǒng)砂漿切割，具有切割速度快、切片品質高、切割損耗小、切割液更環(huán)保等優(yōu)點。金剛線規(guī)模應用始于2007年，主要用于藍寶石切割。2010年左右，金剛線切割技術逐步開始應用于光伏領域，包括硅開方、硅截斷和硅切片。早期切割設備與耗材（即金剛線）主要依靠進口，成本相對較高。2014年以來，隨著技術的成熟以及國產(chǎn)設備和材料廠商崛起，金剛線切割成本實現(xiàn)快速下降，相對砂漿切割的優(yōu)勢逐漸明顯，應用規(guī)模迅速擴大。隨著隆基股份、TCL中環(huán)等領先硅片企業(yè)開始轉向金剛線切片。在單晶切片領域，金剛線切片已在2017年全面取代砂漿切片；隨著黑硅、添加劑法等工藝解決了金剛線切割硅片損傷層淺、反射率高的問題，多晶領域金剛線切片的滲透率也快速提升，2018年基本完成砂漿切片向金剛線切片的轉換。531新政后，光伏行業(yè)降本增效動力更強，單晶PERC電池轉換效率不斷提高，金剛線細線化持續(xù)推進，單晶較多晶的優(yōu)勢進一步拉大，單晶組件在終端占比不斷提升，2020年基本完成對多晶的替代。從發(fā)展歷史來看，金剛線對切片的降本優(yōu)勢，拉開了單晶替代多晶的序幕，助推光伏行業(yè)技術迭代。2021年以來，隨著硅料價格不斷上漲，光伏硅片、電池片、組件等下游環(huán)節(jié)硅成本壓力持續(xù)增加，迫使下游各環(huán)節(jié)進一步降本。在此背景下，硅片薄片化與金剛線細線化加速推進。金剛線行業(yè)技術先進性及具體表征金剛線的主要應用領域為硅片的切割生產(chǎn)環(huán)節(jié)，下游光伏行業(yè)的需求動向基本決定了金剛線技術的發(fā)展趨勢。為順應下游光伏行業(yè)向大尺寸+薄片化的方向發(fā)展，持續(xù)降低硅片切割的非硅成本，金剛線行業(yè)技術保持持續(xù)創(chuàng)新，不斷向著三高一低（即：高出片率、高質量、高速度、低線耗）的目標不斷邁進。金剛線切割光伏晶硅效率最佳金剛線切割對比傳統(tǒng)游離砂漿切優(yōu)勢明顯。金剛石莫氏硬度高達10，是切割及研磨脆硬材料的理想工具。切割作業(yè)通過金剛石線與切割物件之間的高速磨削運動完成，而金剛石線則是通過一定方法，將金剛石微粉顆粒以一定分布密度均勻地固結在高強度鋼線基體上制成。金剛線切割最早于2007年用于藍寶石，后在2010年開始用于光伏硅片切割。從晶體硅料到硅片經(jīng)歷切方、截斷及切片三個環(huán)節(jié)，其中切方及截斷環(huán)節(jié)為保證切割速度及切割效率，通常選用較粗線徑的金剛線，一般線徑為250-350微米；而切片環(huán)節(jié)出于原材料利用率及成本考量，通常選用線徑較細的金剛線，一般線徑為50-70微米。金剛線對比游離磨料砂漿切割方式，具有切割速度快（4-5倍切割速度）、出片率高（硅片出片量超出15-20%）及環(huán)境污染小等全方位優(yōu)勢。金剛線切割滲透率高，細線化趨勢明顯。金剛線早期由日本廠商研發(fā)生產(chǎn)，價格極為高昂，2014年前日本產(chǎn)金剛線每米價格可達人民幣3元。國內廠商實現(xiàn)突破后，金剛線價格顯著下降，國產(chǎn)金剛線價格目前已低于0．05元/米。為契合光伏電池組件的薄片化，晶硅切割用金剛線呈現(xiàn)明顯的細線化趨勢。金剛線母線線徑及金剛石顆粒介質粒度與硅片切割質量及切削損耗量相關，較小的線徑和介質粒度有利于提高產(chǎn)品質量、降低切削損耗和生產(chǎn)成本。然而，母線線徑變細后最小破斷拉力降低，因此對切片設備穩(wěn)定性提出更高要求。目前國內頭部金剛線廠家都已生產(chǎn)母線線徑40微米以下的金剛線。金剛線成本占比低，質量要求高。Solarzoom數(shù)據(jù)顯示，基于M10硅片的單晶PERC組件生產(chǎn)成本合計約1．07元/W，而其中金剛線成本為0．01元/W，由此可得金剛線在組件端成本占比僅0．93%。然而，硅片切割環(huán)節(jié)較為精密，金剛線線徑約為人頭發(fā)的一半，采用金剛線布線密集，一旦出現(xiàn)斷線，則造成整根硅棒報廢。因此硅片廠商高度重視金剛線質量，保證