碳钢线行业发展概况

碳钢线行业发展概况 一、 金刚线技术发展 金刚石微粉需要具有一定导电性，才能随镍沉积而被固定在母线表面，进而制备金刚线。为使金刚石微粉具备导电性，一般采用化学镀的方式，使微粉表面沉积金属镀层。金刚线制备过程中，微粉在酸性体系环境中，表面金属镀层容易受到酸性腐蚀而脱落，导致上砂能力减弱、上砂不均、微粉结合力不足。因此金刚石微粉金属镀层需要具备强结合力、高耐腐蚀性能。 通过高频超声酸刻蚀技术工艺，实现化学镀金属层金属活化点生长在金刚石刻蚀凹坑内，增强其结合力；通过使用添加剂并精准控制工艺参数，提升镀层耐腐蚀能力。 金刚石微粉作为金刚线的主要原材料之一，其质量对于金刚线品质有着较大影响；如在母线上分布不均，出现堆积、团聚等问题，将影响金刚线的使用效果。 金刚线微粉复合工艺为微粉制作完成后增加的一道钝化工艺。该技术通过在微粉表面形成一层钝化膜，改善其自身物理性能，最终实现微粉在上砂过程中均匀分布在母线上。 金刚线PLC全自动过程控制技术通过计算机模拟系统，使得金刚线生产在一定程度上具备自动化。该技术可以控制制程工艺参数，保持相关参数处于最佳的工艺参数范围，以稳定产品质量。同时，该技术已实现视觉系统与自动加砂控制系统的联动，通过视觉系统监测颗粒密度变化情况，通过自动加砂量控制母线上微粉的颗粒密度，通过对于电镀液液位、温度、PH值的精准监测，实现自动补水、温度控制以及PH值等关键参数的控制，从而促进产品质量的稳定性。 随着金刚线产品的持续生产，镀液中积累的金属离子、有机添加剂等杂质不断增加，此类杂质积累到一定程度会影响镀层质量，导致镀层脆性增加，进而影响下游客户使用效果。 随着光伏切片技术的不断发展，下游硅片生产企业愈发关注出片率和生产成本，在切片综合良率、切割过程断线率、耗线量等方面提出更高的要求。 金刚线高效上砂技术是根据多年经验自主研发的一套基于上砂工艺+核心设备的金刚线制备技术。该核心技术通过严格控制上砂工艺，实现上砂密度、上砂均匀性、上砂形态等关键指标精准把握，通过控制镀液体系、添加剂、镀层厚度与微粉粒径匹配性，实现对微粉结合力、母线脆性等机械性能的把控，从而满足不同下游客户对于切割工艺的需求。同时，该核心技术通过对设备张力系统、导电系统的优化创新，实现了不同规格金刚线的精控制生产，尤其对于规格在35线及以下的产品，可以在低张力、高线速下精准控制不同位置电流，以保证多线机台各位置金刚线的一致性。 金刚线母线作为金刚石微粉的载体，其自身破断强度、韧性等方面直接影响金刚线产品的性能，其表面的拉拔沟槽、合金分布等直接影响上砂效率及镀层的结合力。 二、 金刚线行业发展概况 金刚线采用如电镀或树脂等特殊技术手段，将坚硬的金刚石均匀的固定在钢线上，利用镶嵌有金刚石的钢线和待切割材料之间的相互摩擦作用对硬脆材料进行切割。相对于传统砂浆切割，具有切割速度快、切片品质高、切割损耗小、切割液更环保等优点。 金刚线规模应用始于2007年，主要用于蓝宝石切割。2010年左右，金刚线切割技术逐步开始应用于光伏领域，包括硅开方、硅截断和硅切片。 早期切割设备与耗材（即金刚线）主要依靠进口，成本相对较高。2014年以来，随着技术的成熟以及国产设备和材料厂商崛起，金刚线切割成本实现快速下降，相对砂浆切割的优势逐渐明显，应用规模迅速扩大。随着隆基股份、TCL中环等领先硅片企业开始转向金刚线切片。在单晶切片领域，金刚线切片已在2017年全面取代砂浆切片；随着黑硅、添加剂法等工艺解决了金刚线切割硅片损伤层浅、反射率高的问题，多晶领域金刚线切片的渗透率也快速提升，2018年基本完成砂浆切片向金刚线切片的转换。531新政后，光伏行业降本增效动力更强，单晶PERC电池转换效率不断提高，金刚线细线化持续推进，单晶较多晶的优势进一步拉大，单晶组件在终端占比不断提升，2020年基本完成对多晶的替代。从发展历史来看，金刚线对切片的降本优势，拉开了单晶替代多晶的序幕，助推光伏行业技术迭代。 2021年以来，随着硅料价格不断上涨，光伏硅片、电池片、组件等下游环节硅成本压力持续增加，迫使下游各环节进一步降本。在此背景下，硅片薄片化与金刚线细线化加速推进。 三、 细线化薄片化带来金刚线单位需求增加 金刚线耗材属性，细线化、薄片化带动单位需求显著增加。光伏硅片生产环节中，金刚线消作为耗材，消耗量与硅片产量成正比。每片硅片出货量对应1．5米金刚线消耗，按单片硅片4W测算则单GW光伏需求对应37．5万千米金刚线需求。然而，在硅料价格高企背景下，光伏硅片出现明显薄片化趋势，同时金刚线出现明显细线化趋势，两者合力提升单位硅料出片率。美畅股份最新数据显示，以38m金刚线切割硅棒，获取厚度在165-160m的182硅片，对应约4米单片线耗，以每片7．59W试算，则单GW金刚线耗增加至52．7万千米，对比以往增加40．53%。受降本及新型电池片技术渗透驱动，硅片薄片化趋势仍在延续。 CPIA发布中国光伏产业路线显示，p型单晶硅片平均厚度在170m左右，较2020年下降5m，用于TOPCon电池的n型硅片平均厚度为165m，用于异质结电池的硅片厚度约150m，用于IBC电池的硅片厚度约130m。同时，硅料价格仍在高位，驱动金刚线进一步细线化，美畅股份40m线径以上产品出货占比快速减少，36m出货占比已接近40%，恒星线径35m的金刚线产品已经进入试用阶段。进一步薄片化及细线化，有望驱动单GW金刚线需求在52．7万千米的基础上，进一步增加。 硅片环节扩产快，金刚线潜在需求巨大。光伏硅片环节近年来呈现隆基股份及中环股份双寡头格局，2020年底隆基股份具备硅片产能85GW，中环股份具备硅片产能55GW，硅片制造全行业产能265．3GW。隆基及中环两者市占率分别为32．04%、20．73%。2021年以来光伏行业持续保持全球范围高景气，同时重大产业扶持政策集中释放，构建行业长期景气预期，因此各大企业加速产能扩张。以京运通、上机数控为代表的多家企业宣布扩产，跨界进入硅片制造领域。根据公司公告，2021年底隆基股份硅片名义产能达105GW；中环股份硅片名义产能达85GW，全行业名义产能425．1GW，目前已公开远期规划产能合计达660GW。光伏整体高景气引发全行业扩产，硅片行业扩产速度较快，产能扩建最快在100天内，行业规模扩张目前仍然主要受限于硅料环节。根据中国光伏协会CPIA统计，2021年度全国硅片产量为227GW，同时预测2022年全国硅片产量不少于293GW。然而，如果按各个硅片厂商规划产能测算，2021底硅片行业名义年产能425．1GW，硅片行业远期名义年产能660GW，假设排产率100%，则金刚线潜在需求最大可达3．48亿千米。 四、 金刚线切割光伏晶硅效率最佳 金刚线切割对比传统游离砂浆切优势明显。金刚石莫氏硬度高达10，是切割及研磨脆硬材料的理想工具。切割作业通过金刚石线与切割物件之间的高速磨削运动完成，而金刚石线则是通过一定方法，将金刚石微粉颗粒以一定分布密度均匀地固结在高强度钢线基体上制成。金刚线切割最早于2007年用于蓝宝石，后在2010年开始用于光伏硅片切割。从晶体硅料到硅片经历切方、截断及切片三个环节，其中切方及截断环节为保证切割速度及切割效率，通常选用较粗线径的金刚线，一般线径为250-350微米；而切片环节出于原材料利用率及成本考量，通常选用线径较细的金刚线，一般线径为50-70微米。金刚线对比游离磨料砂浆切割方式，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%）及环境污染小等全方位优势。 金刚线切割渗透率高，细线化趋势明显。金刚线早期由日本厂商研发生产，价格极为高昂，2014年前日本产金刚线每米价格可达人民币3元。国内厂商实现突破后，金刚线价格显著下降，国产金刚线价格目前已低于0．05元/米。为契合光伏电池组件的薄片化，晶硅切割用金刚线呈现明显的细线化趋势。金刚线母线线径及金刚石颗粒介质粒度与硅片切割质量及切削损耗量相关，较小的线径和介质粒度有利于提高产品质量、降低切削损耗和生产成本。然而，母线线径变细后最小破断拉力降低，因此对切片设备稳定性提出更高要求。目前国内头部金刚线厂家都已生产母线线径40微米以下的金刚线。 金刚线成本占比低，质量要求高。Solarzoom数据显示，基于M10硅片的单晶PERC组件生产成本合计约1．07元/W，而其中金刚线成本为0．01元/W，由此可得金刚线在组件端成本占比仅0．93%。然而，硅片切割环节较为精密，金刚线线径约为人头发的一半，采用金刚线布线密集，一旦出现断线，则造成整根硅棒报废。因此硅片厂商高度重视金刚线质量，保证断线率最小化。 碳钢母线是主流，钨钢母线短期难替代。硅料价格高企背景下，推进金刚线细线化，增加单位硅料出片率可有效降本。现有金刚线主要基于碳钢母线，母线线径理论极值或为33m，而钨钢母线理论极值或为20m。因此业内头部企业纷纷展开钨钢母线研究，推进相关技术储备。然而，最新美畅股份投关记录显示，钨钢母线在产能、成本及工艺方面存在缺陷，中期内仍难以取代碳钢母线。美畅股份同时积极投资布局碳钢母线产能，推进母线自产，侧面也证明了钨钢母线中期内难以取代碳钢母线的结论。 五、 金刚线行业技术先进性及具体表征 金刚线的主要应用领域为硅片的切割生产环节，下游光伏行业的需求动向基本决定了金刚线技术的发展趋势。为顺应下游光伏行业向大尺寸+薄片化的方向发展，持续降低硅片切割的非硅成本，金刚线行业技术保持持续创新，不断向着三高一低（即：高出片率、高质量、高速度、低线耗）的目标不断迈进。 六、 金刚线行业发展现状及市场格局 金刚线是将金刚石微粉颗粒以一定的分布密度均匀地固结在母线（一般为高碳钢丝）上制成的，通过金刚线与被切割物体间进行高速磨削运动，从而实现切割目的。金刚线最早应用于蓝宝石切割，2010年左右开始应用于光伏。在光伏上，金刚线主要用于硅片切割（包括截断和切片，切片为主），其切割性能直接影响硅片质量及电池效率。光伏目前已成为金刚线最大的应用市场，占总需求量90%以上。 金刚线切割优势明显，行业全面普及。相比上一代技术砂浆切割，金刚线切割具有出片率更高（切割磨损少）、切割速度快、环境污染小等优势，因此具备较强的竞争优势，在与砂浆切割的竞争过程中逐渐胜出。 金刚线切割技术2010年左右开始应用于光伏，早期切割设备与耗材（即金刚线）主要依靠进口，成本相对较高。2014年以来，随着技术的成熟以及国产设备和材料厂商崛起，金刚线切割成本实现快速下降，相对砂浆切割的优势逐渐明显，隆基、中环等领先硅片企业开始转向金刚线切片。单晶领域2017年金刚线切片已全面取代砂浆切片，随后随着黑硅、添加剂法等工艺解决了金刚线切割硅片损伤层浅、反射率高的问题，多晶领域金刚线切片的渗透率也快速提升，2018年基本完成砂浆切片向金刚线切片的转换。 金刚线单W价值量在1-2分，硅片辅材中价值量相对较高。从绝对价值量看，由于金刚线属于硅片生产过程中的间接耗材，因此绝对价值量低于铝边框、玻璃、胶膜等直接原材料。目前金刚线价值量在1-2分/W，略高于硅片生产过程中的坩埚、热场等其他耗材。