金剛線行業(yè)發(fā)展基本情況

金剛線行業(yè)發(fā)展基本情況金剛線行業(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運動和較大的張力，金剛線的金剛石分布密度和固結(jié)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(shù)工藝復雜，技術(shù)迭代較快，制程控制嚴苛，各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)對技術(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(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(zhì)穩(wěn)定性等產(chǎn)業(yè)化難點，得到廣泛應(yīng)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)概況（一）金剛線逐步實現(xiàn)在光伏行業(yè)的完全滲透2011-2014年，金剛線在光伏行業(yè)滲透率較低，主要是因為2014年前，金剛線產(chǎn)品供應(yīng)主要集中于日本供應(yīng)商，金剛線單價較高，同傳統(tǒng)砂漿游離磨料切割硅片相比，不具備成本優(yōu)勢；同時，國內(nèi)金剛線生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)，尚處于起步階段。2015-2016年，金剛線在單晶硅切片領(lǐng)域的滲透率提升至35-55%，主要是因為國內(nèi)金剛線生產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)取得突破，打破日本供應(yīng)商在行業(yè)內(nèi)的壟斷，金剛線產(chǎn)品單價由2014年的300-600元/公里下降至2016年的200-500元/公里；同時，單晶硅相較多晶硅質(zhì)地更為均勻，從而率先實現(xiàn)金剛線工藝配套。相較傳統(tǒng)砂漿游離磨料切割工藝，金剛線切割速度提高4-5倍，切割硅片出片率提升15-20%，此外切片質(zhì)量更為穩(wěn)定，對環(huán)境污染較小。但2015-2016年，金剛線在單晶硅切片領(lǐng)域的滲透率仍較低，主要是因為金剛線在多晶硅切片領(lǐng)域，尚未解決金剛線切割導致的后端制絨工藝問題，影響多晶硅片的轉(zhuǎn)化效率。2017年至今，金剛線在單晶硅切片及多晶硅切片領(lǐng)域的滲透率逐步提升；一方面，單晶硅切片領(lǐng)域率先實現(xiàn)金剛線工藝的全面應(yīng)用；另一方面，多晶硅切片領(lǐng)域通過黑硅及PERC等技術(shù)的成熟解決了后端制絨工藝問題，大幅降低成本的同時提升了電池效率，帶來了金剛線在多晶硅片切割應(yīng)用的快速發(fā)展。此外，隨著金剛線切片技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，單晶硅片的生產(chǎn)成本大幅下降；同時，由于單晶硅片的轉(zhuǎn)化率更高，相較多晶硅片逐步體現(xiàn)出性價比優(yōu)勢。2021年，單晶硅片市場份額達94．5%，因此，目前金剛線切割硅片主要應(yīng)用于單晶硅片切割領(lǐng)域。（二）金剛線行業(yè)市場需求不斷擴大2011年以來，光伏裝機規(guī)模擴增帶動硅片產(chǎn)能及產(chǎn)量增長；同時，金剛線切片工藝實現(xiàn)在硅片切割領(lǐng)域的完全滲透，共同推動金剛線市場容量不斷擴大。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2021年全球光伏新增裝機規(guī)模同比增長31%達到創(chuàng)歷史新高的170GW，樂觀估計2022年到2025年全球新增光伏裝機容量仍將維持持續(xù)增長趨勢。受益于下游行業(yè)的增長，金剛線未來市場需求也將不斷擴大。（三）金剛線行業(yè)市場競爭加劇金剛線產(chǎn)品市場容量的擴大，主要受益于下游行業(yè)光伏發(fā)電市場競爭力的提升。因此，下游光伏行業(yè)降本增效的趨勢，亦推動金剛線行業(yè)技術(shù)、成本等的市場競爭。其中，技術(shù)競爭主要體現(xiàn)為金剛線產(chǎn)品的細線化，成本競爭主要體現(xiàn)為通過規(guī)模化生產(chǎn)降低產(chǎn)品的單位成本。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，因此金剛線線徑將呈不斷下降趨勢。除金剛線產(chǎn)品技術(shù)的細線化競爭外，以美暢股份、聚成科技、高測股份等為代表的企業(yè)通過單機9線、單機12線、單機15線等的產(chǎn)能升級改造以及新建產(chǎn)能等方式，實現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)模效應(yīng)，提高產(chǎn)品成本競爭力。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。在目前硅料價格較高的背景下，盡管鎢絲線相較碳鋼線單價更高，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，鋸縫越小，切割時產(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、風電為代表的可再生能源在全球能源消費結(jié)構(gòu)中的比例不斷上升成為全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的發(fā)展方向。光伏行業(yè)高景氣，帶動金剛線需求放量平價上網(wǎng)疊加雙碳背景，全球光伏需求放量高增。盡管受硅料產(chǎn)量限制，2021年內(nèi)光伏行業(yè)全球及國內(nèi)市場保持高景氣度，CPIA統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示2021年內(nèi)全球光伏新增裝機量高達170GW，同比增長30．77%。全球幾大主流市場中，歐盟實現(xiàn)裝機25．9GW，同比增長34%；美國實現(xiàn)裝機26．8GW，同比增長39．6%；印度實現(xiàn)裝機11．89GW，同比增長218%。2021年內(nèi)我國實現(xiàn)光伏裝機54．88GW，同比增長13．9%，其中分布式光伏新增裝機29．28GW，占比高達53．4%，史上首次突破50%；戶用光伏新增裝機21．6GW，同比增長113．3%，創(chuàng)歷史新高。光伏硅片行業(yè)概況（一）光伏硅片產(chǎn)量持續(xù)擴張光伏行業(yè)裝機需求持續(xù)增長，帶動上游原材料市場需求攀升。在光伏硅片制造環(huán)節(jié)，硅片生產(chǎn)企業(yè)持續(xù)擴增硅片產(chǎn)能，滿足下游市場需求。2011-2021年，全球及中國硅片產(chǎn)量年均復合增長率分別達20．53%、27．50%，硅片產(chǎn)量快速增長。同時，隨著國內(nèi)硅片生產(chǎn)企業(yè)逐步擴產(chǎn)，市場光伏硅片產(chǎn)能逐漸向中國集中，2019-2021年，中國硅片產(chǎn)量占全球硅片產(chǎn)量的比例均在95%以上。（二）硅片生產(chǎn)企業(yè)硅料采購成本持續(xù)攀升2020年以來，受光伏發(fā)電逐步實現(xiàn)平價上網(wǎng)、行業(yè)投資回暖、疊加多晶硅產(chǎn)能擴張周期較長等因素影響，多晶硅價格持續(xù)上漲，多晶硅價格在2019年初至2020年一季度保持穩(wěn)定；2020年4月初至2022年6月末，多晶硅致密料價格由7．3萬元/噸上升至27．2萬元/噸。硅片生產(chǎn)企業(yè)硅料采購成本持續(xù)攀升。（三）硅片產(chǎn)品向大尺寸、薄片化方向迭代鑒于硅料成本在硅片成本結(jié)構(gòu)中占80%以上，在光伏行業(yè)持續(xù)推進降本增效的背景下，大尺寸有助于攤薄光伏產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的加工成本，薄片化有利于降低硅耗和硅片成本。因此，硅片生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品向薄片化、大尺寸方向迭代。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)，2020年158．75mm和166mm尺寸合計約占80%，2021年硅片大尺寸化進程加快，166mm、182mm、210mm尺寸合計占比超過80%，其中182mm和210mm尺寸合計占比由2020年的4．5%迅速增長至45%。同時，截至2021年末，166mm、182mm產(chǎn)品的主流厚度已降至160μm，210mm產(chǎn)品的主流厚度已降至165μm；預計在2022年內(nèi)，166mm、182mm產(chǎn)品的主流厚度有望達成150μm，210mm產(chǎn)品的主流厚度降至155μm。硅片生產(chǎn)企業(yè)上游行業(yè)亦緊跟薄片化、大尺寸技術(shù)發(fā)展方向，進行技術(shù)升級和產(chǎn)品更新。其中，金剛線為硅片切割環(huán)節(jié)主要耗材，金剛線行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)亦積極響應(yīng)下游硅片生產(chǎn)企業(yè)降本增效需求，不斷推進細線徑金剛線產(chǎn)品，降低硅片切片環(huán)節(jié)硅料耗用量。金剛線技術(shù)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(jié)合力不足。因此金剛石微粉金屬鍍層需要具備強結(jié)合力、高耐腐蝕性能。通過高頻超聲酸刻蝕技術(shù)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(nèi)，增強其結(jié)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(zhì)量對于金剛線品質(zhì)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(shù)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(shù)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(shù)可以控制制程工藝參數(shù)，保持相關(guān)參數(shù)處于最佳的工藝參數(shù)范圍，以穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。同時，該技術(shù)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(guān)鍵參數(shù)的控制，從而促進產(chǎn)品質(zhì)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(zhì)不斷增加，此類雜質(zhì)積累到一定程度會影響鍍層質(zhì)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(shù)的不斷發(fā)展，下游硅片生產(chǎn)企業(yè)愈發(fā)關(guān)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(shù)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(shè)備的金剛線制備技術(shù)。該核心技術(shù)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(guān)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(jié)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(shù)通過對設(shè)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(jié)合力。金剛線行業(yè)技術(shù)先進性及具體表征金剛線的主要應(yīng)用領(lǐng)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(shù)的發(fā)展趨勢。為順應(yīng)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(shù)保持持續(xù)創(chuàng)新，不斷向著三高一低（即：高出片率、高質(zhì)量、高速度、低線耗）的目標不斷邁進。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(zhì)高、切割損耗小、切割液更環(huán)保等優(yōu)點。金剛線規(guī)模應(yīng)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(shù)逐步開始應(yīng)用于光伏領(lǐng)域，包括硅開方、硅截斷和硅切片。早期切割設(shè)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(shù)的成熟以及國產(chǎn)設(shè)備和材料廠商崛起，金剛線切割成本實現(xiàn)快速下降，相對砂漿切割的優(yōu)勢逐漸明顯，應(yīng)用規(guī)模迅速擴大。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