鎢絲線產(chǎn)業(yè)深度調(diào)研及未來發(fā)展現(xiàn)狀趨勢

鎢絲線產(chǎn)業(yè)深度調(diào)研及未來發(fā)展現(xiàn)狀趨勢金剛線行業(yè)的技術(shù)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(zhì)量和成本。金剛線在切割過程中要承受高頻率的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和較大的張力，金剛線的金剛石分布密度和固結(jié)強(qiáng)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(shù)工藝復(fù)雜，技術(shù)迭代較快，制程控制嚴(yán)苛，各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)技術(shù)工藝人員的要求較高。在行業(yè)的主要應(yīng)用方向硅切片領(lǐng)域，近年受硅料價(jià)格上漲、N型電池片滲透率提高等因素影響，線徑細(xì)線化的演進(jìn)速度進(jìn)一步提高，較小的線徑和介質(zhì)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(nèi)主流廠商已掌握35μm規(guī)格碳鋼線（對(duì)應(yīng)母線直徑約40μm）生產(chǎn)技術(shù)，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(xué)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(qiáng)度等方面具備優(yōu)勢，進(jìn)一步細(xì)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(zhì)穩(wěn)定性等產(chǎn)業(yè)化難點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用，將有望進(jìn)一步降低金剛線線徑，從而推動(dòng)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(shù)手段，將堅(jiān)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(duì)硬脆材料進(jìn)行切割。相對(duì)于傳統(tǒng)砂漿切割，具有切割速度快、切片品質(zhì)高、切割損耗小、切割液更環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。金剛線規(guī)模應(yīng)用始于2007年，主要用于藍(lán)寶石切割。2010年左右，金剛線切割技術(shù)逐步開始應(yīng)用于光伏領(lǐng)域，包括硅開方、硅截?cái)嗪凸枨衅?。早期切割設(shè)備與耗材（即金剛線）主要依靠進(jìn)口，成本相對(duì)較高。2014年以來，隨著技術(shù)的成熟以及國產(chǎn)設(shè)備和材料廠商崛起，金剛線切割成本實(shí)現(xiàn)快速下降，相對(duì)砂漿切割的優(yōu)勢逐漸明顯，應(yīng)用規(guī)模迅速擴(kuò)大。隨著隆基股份、TCL中環(huán)等領(lǐng)先硅片企業(yè)開始轉(zhuǎn)向金剛線切片。在單晶切片領(lǐng)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(lǐng)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(zhuǎn)換。531新政后，光伏行業(yè)降本增效動(dòng)力更強(qiáng)，單晶PERC電池轉(zhuǎn)換效率不斷提高，金剛線細(xì)線化持續(xù)推進(jìn)，單晶較多晶的優(yōu)勢進(jìn)一步拉大，單晶組件在終端占比不斷提升，2020年基本完成對(duì)多晶的替代。從發(fā)展歷史來看，金剛線對(duì)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(shù)迭代。2021年以來，隨著硅料價(jià)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(jìn)一步降本。在此背景下，硅片薄片化與金剛線細(xì)線化加速推進(jìn)。原材料成本占比較高從生產(chǎn)工藝看，金剛線目前主流工藝為電鍍。通過電鍍工藝在母線上沉積一層金屬鎳，金屬鎳層包裹金剛石微粉顆粒，使得金剛石顆粒被固結(jié)在母線上，從而具備高速運(yùn)動(dòng)下的切割能力。樹脂工藝由于金剛石固結(jié)度低、切割效果較差，目前已基本被淘汰。電鍍金剛線主要原材料為母線和金剛石微粉，輔材包括鎳、化學(xué)品（氨基磺酸鎳、硼酸等）、包裝材料（工字輪）等。母線：固結(jié)金剛石顆粒的基線，一般為高碳鋼絲，由拉絲廠商將盤條拉制為不同直徑的鋼線（即黃絲），再將黃絲進(jìn)一步拉為微米級(jí)鋼絲（即母線）。核心工藝流程主要包括母線預(yù)處理、母線預(yù)鍍鎳、上砂和加厚鍍鎳四個(gè)步驟十、市場空間廣闊，復(fù)合增速40%以上。下游：行業(yè)應(yīng)用上，硅片切割上金剛線滲透率從2019年開始已經(jīng)實(shí)現(xiàn)100%，作為金剛線的主要下游，光伏需求高增疊加硅片環(huán)節(jié)加速擴(kuò)產(chǎn)為金剛線行業(yè)帶來巨大市場空間。根據(jù)CPIA預(yù)測，2025年全球光伏新增裝機(jī)樂觀情形下達(dá)到330GW，考慮容配比及硅片加速擴(kuò)產(chǎn)帶來的超產(chǎn)，對(duì)應(yīng)495GW硅片需求。線耗：硅片細(xì)線化、大尺寸、薄片化發(fā)展趨勢確定，有望帶動(dòng)線耗不斷提升。2017年單晶硅片主流線徑65μm，2021年降至43μm，目前主流線徑在38μm左右，部分龍頭已實(shí)現(xiàn)36μm產(chǎn)品批量出貨，預(yù)計(jì)到2025年金剛線線徑下降至28μm。目前線耗在50萬公里/GW以上，按線徑每下降10%、切割速度變慢引起的線耗提升10%計(jì)算，細(xì)線化導(dǎo)致切割速度下降引起的線耗提升預(yù)計(jì)在13萬公里/GW以上，疊加細(xì)線化導(dǎo)致切割力下降以及大尺寸、薄片化帶來良率降低等因素，預(yù)計(jì)到2025年金剛線線耗提升至72萬公里/GW。價(jià)格：行業(yè)低谷時(shí)刻已過，未來細(xì)線化有望帶動(dòng)單價(jià)提升。加上市場格局優(yōu)化、份額向頭部企業(yè)集中，預(yù)計(jì)到2025年，平均價(jià)格小幅提升至42元/公里。預(yù)計(jì)到2025年，光伏領(lǐng)域金剛線需求3．6億公里左右、市場空間達(dá)150億以上。2021-2025年，金剛線復(fù)合增速預(yù)計(jì)在40%以上。光伏行業(yè)持續(xù)保持高景氣度，上游切割材料環(huán)節(jié)也受到高度關(guān)注。近期，多家金剛線生產(chǎn)企業(yè)披露業(yè)績預(yù)告，均實(shí)現(xiàn)大幅增長。全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型持續(xù)推動(dòng)光伏行業(yè)市場需求的增長，進(jìn)而帶動(dòng)金剛線行業(yè)的發(fā)展。金剛線，按應(yīng)用領(lǐng)域分，包括面向半導(dǎo)體行業(yè)、藍(lán)寶石行業(yè)、磁性材料行業(yè)應(yīng)用的金剛線，切割對(duì)象分別為半導(dǎo)體硅片、藍(lán)寶石材料及磁性材料。目前業(yè)界存在兩種不同類型的金剛線樹脂金剛線和電鍍金剛線。金剛線采用如電鍍或樹脂等特殊技術(shù)手段，將堅(jiān)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(duì)硬脆材料進(jìn)行切割。相對(duì)于傳統(tǒng)砂漿切割，具有切割速度快、切片品質(zhì)高、切割損耗小、切割液更環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。隨著電鍍金剛石線的制造成品的降低和規(guī)?；?yīng)的顯現(xiàn)，樹脂金剛石線的成本優(yōu)勢也將不復(fù)存在。特別是MCCE技術(shù)（金屬催化化學(xué)腐蝕法，即濕法黑硅技術(shù)）成功解決了多晶電池表面反射率高的難題，為電鍍金剛石線在多晶切片領(lǐng)域大面積推廣鋪平了道路。金剛線把金剛石的微小顆粒固結(jié)在切割鋼線上制成的切割線，使用時(shí)將金剛線安裝于切割機(jī)上，啟動(dòng)切割機(jī)使金剛線高速轉(zhuǎn)動(dòng)，固結(jié)于其上的金剛石顆粒進(jìn)行切割，用于硅棒截?cái)唷⒐桢V開方及硅片切割，其切割性能直接影響硅片質(zhì)量及組件光電轉(zhuǎn)換性能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，金剛線占單晶硅片的成本比重僅1%，占非硅成本僅6．51%。目前金剛線的母線材料為高碳鋼，高碳鋼絲線徑進(jìn)一步降低可能出現(xiàn)力學(xué)性能不足的等問題，實(shí)驗(yàn)室證實(shí)鎢絲線徑可以更細(xì)、承受更大拉力，是未來金剛線母線材料可能的發(fā)展方向之一。2021年以來，隨著硅料價(jià)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(jìn)一步降本。在此背景下，硅片薄片化與金剛線細(xì)線化加速推進(jìn)。金剛線直徑及微粉粒度同硅片切割質(zhì)量及切削損耗量相關(guān)，較小的線徑和微粉粒度有利于降低切削損耗和生產(chǎn)成本，符合硅片生產(chǎn)環(huán)節(jié)大尺寸及薄片化的發(fā)展趨勢。目前受材料特性限制，碳鋼母線線徑逐步接近其材料的物理極限，進(jìn)一步細(xì)線化存在困難。光伏行業(yè)高景氣，金剛線行業(yè)乘風(fēng)起金剛線主要用于晶體硅、藍(lán)寶石、磁性材料等硬脆材料切割。金剛線指通過工序?qū)⒔饎偸⒎酃探Y(jié)在高強(qiáng)度母線上形成的線鋸。金剛線與被切割物間形成相對(duì)高速磨削運(yùn)動(dòng)，達(dá)到切割的目的。從產(chǎn)業(yè)鏈的角度來看，上游主要為原材料，具體包括母線、金剛石微粉、金屬鎳以及工字輪等，中游為金剛線制造環(huán)節(jié)，通過鍍鎳、上砂、水洗等工序進(jìn)行金剛線生產(chǎn)；下游市場方面，金剛線主要用于晶體硅切割和藍(lán)寶石切割，其中晶體硅切割包括開方、截?cái)嘁约肮杵懈?，開方和截?cái)喹h(huán)節(jié)使用較粗的金剛線（250μm以上），硅片切割則采用較細(xì)的金剛線，目前主流產(chǎn)品規(guī)格迭代至33-38μm；藍(lán)寶石切割對(duì)金剛線線徑要求居中，通常采用100-250μm的規(guī)格。金剛線行業(yè)發(fā)展趨勢相較于碳鋼線，鎢絲線具備高破斷拉力值、高扭轉(zhuǎn)值等優(yōu)異性能表現(xiàn)，在使用更細(xì)的線徑后，能夠有效降低硅片生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碎片率。在目前硅料價(jià)格較高的背景下，盡管鎢絲線相較碳鋼線單價(jià)更高，硅片生產(chǎn)企業(yè)使用鎢絲線，仍能通過減少切割的硅損耗提升生產(chǎn)效益。金剛線線徑越細(xì)，鋸縫越小，切割時(shí)產(chǎn)生的鋸縫硅料損失越少，同樣一根硅棒可切割加工出的硅片數(shù)量越多，制造硅片所需的硅材料越少。金剛線母線直徑已由2016年的80μm降至2019年的50μm，相應(yīng)降低了切割料損。全球范圍內(nèi)，以光伏、風(fēng)電為代表的可再生能源在全球能