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2022年软磁材料行业供需空间及细分市场龙头优势研究报告(87页).pdf

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2022年软磁材料行业供需空间及细分市场龙头优势研究报告(87页).pdf

1、2022 年深度行业分析研究报告 P.2 内容目录内容目录 一、EV/绿色能源提质扩容,软磁材料迎来快速迭代放量 . 8 1.1 软磁材料品种繁多,产品需求与材料技术与时俱进 . 8 1.2 软磁材料的发展沿着高电阻率、高磁导率、高饱和磁密方向演进 . 10 二、非晶:配电变压器节能降耗的优选材料 . 13 2.1. 供给端:非晶带材竞争格局稳定集中 . 14 2.2 需求端:新版能效提升计划与标准发布,非晶变压器迎来新的发展机遇 . 15 三、纳米晶:新能源车、消费电子领域中高频范围优选材料 . 18 3.1 供给端:日立金属一家独大,国内厂商奋起直追 . 19 3.2 需求端:纳米晶材料综

2、合性能更优,有望对铁氧体形成替代 . 21 四、磁粉芯:新能源赛道新宠,需求增长空间巨大 . 22 4.1 供给端:国内厂商战略重视加成,铂科新材稳居行业龙头 . 24 4.2 需求端:新能源车&光伏潜在增长空间巨大 . 24 4.2.1 新能源车及充电桩:高压快充有望提升磁粉芯单位用量 . 26 4.2.2 光伏+储能:有望受益于分布式光伏&风光储一体化需求拉动 . 30 4.2.3 其他领域:变频空调、UPS 为磁粉芯重要的存量市场,规模有望小幅提升 . 34 五:铁氧体:现存用量最大软磁材料,高频领域难以替代 . 36 六、原材料价格见顶回落,企业成本压力或将缓解 . 39 6.1 生铁

3、:供给回暖,需求降速,生铁价格或重回合理区间 . 40 6.2 工业硅:行业开工率提升&新增产能投放缓解供需紧张局面 . 41 6.3 铝:双碳限产扭转行业过剩格局,全球能源成本上移提升铝价中枢 . 44 6.4 新能源开启镍消费新周期,远期镍湿法中间品集中投放,镍价或见顶 . 51 七、软磁行业发展空间大,细分领域龙头优势几何 . 53 7.1 横店东磁:铁氧体龙头开启多元磁性材料布局,光伏锂电业务持续扩张 . 53 7.1.1 “做强磁性、发展能源”,公司发展路径明晰 . 53 7.1.2 股权结构稳定集中,累计推出两期员工持股计划 . 55 7.1.3 新能源板块业绩增长强劲,磁材业务贡

4、献利润压舱石 . 56 7.2 铂科新材:金属磁粉芯细分赛道龙头,未来成长曲线明晰 . 59 7.2.1 河源基地优势区位加码布局,3 年产能翻倍增长至 5 万吨 . 59 7.2.2 产品研发紧密跟随行业趋势,芯片电感、磁性粉末有望打造多条增长曲线 . 61 7.2.3 股权绑定凝聚人才资源 . 62 7.2.4 营收增长稳健,原材料上涨短期扰动公司利润 . 63 7.3 云路股份:国内非晶带材龙头,纳米晶、磁粉末开启第二增长曲线 . 66 7.3.1 三大业务板块齐头并进,纳米晶与磁粉末产能规划成倍增长 . 66 7.3.2 混改后股权结构稳定合理,实控人中国航发研发背景雄厚 . 68 7

5、.3.3 三大板块多元发力,纳米晶为近期核心驱动因素 . 69 7.4 龙磁科技:永磁铁氧体&软磁双轮驱动,产能稳步扩张 . 72 7.4.1 永磁铁氧体积极扩张,软磁打造第二增长曲线. 72 7.4.2 公司目前下辖 9 家全资子公司,拥有 7 大生产基地 . 74 7.4.3 上市后经营成绩靓丽,2021 年业绩大幅增长 . 74 7.5 安泰科技:国内非晶纳米晶材料先行者,央企钢研技术赋能 . 76 7.5.1 公司目前拥有四大业务集群,后续将聚焦“难熔钨钼”、“稀土永磁”两大板块 . 76 7.5.2 借助资本市场和中国钢研技术赋能实现发展壮大 . 78 7.5.3 亏损业务剥离后公司

6、轻装上阵,非晶业务仍处于亏损状态 . 79 7.6 东睦股份:磁粉芯&粉末冶金双料龙头,金属磁粉芯定调最优先发展级别 . 82 P.3 7.6.1 金属磁粉芯&MIM 外延式卡位布局,粉末冶金平台型企业横向布局优化产业结构 . 82 7.6.2 员工持股平台为公司最大股东,实现员工团队利益捆绑 . 83 7.6.3 MIM 业务拖累公司整体业绩,SMC 业务回暖值得期待 . 84 图表目录图表目录 图表 1:磁性材料分类 . 8 图表 2:磁滞回线可表征大部分磁材性能指标 . 8 图表 3:软磁材料磁滞回线较永磁材料更加“细长” . 8 图表 4:软磁材料主要性能指标 . 9 图表 5:音频范

7、围内涡流损耗占据主导地位 . 9 图表 6:软磁材料后续发展方向为高电阻率/高饱和磁密/高磁导率 . 10 图表 7:电力工业中软磁材料性能对比 . 11 图表 8:电子工业中软磁材料性能对比 . 12 图表 9:软磁材料价格对比(万元/吨) . 12 图表 10:超快速冷却是制备非晶合金的关键 . 13 图表 11:非晶合金较硅钢电阻率与磁导率更高 . 13 图表 12:非晶带材生产工艺流程 . 14 图表 13:2019 年我国非晶带材产量规模达 10 万吨 . 14 图表 14:2019 年全球非晶带材市场份额 . 14 图表 15:国内厂商纳米晶超薄带产品性能可媲美日立金属 . 15

8、图表 16:非晶合金与硅钢性能对比 . 15 图表 17:非晶变压器综合功率损耗较硅钢低 15.7% . 16 图表 18:非晶变压器全生命周期成本 LCC 较硅钢低 1.26 万元 . 16 图表 19:2015 年以来国网非晶变招标占比逐年下滑 . 16 图表 20:立体卷铁芯解决了非晶变应用推广痛点 . 16 图表 21:预计 2021-2025 年配电变压器对非晶带材需求 CAGR 达 44.8% . 17 图表 22:纳米晶相较铁氧体、非晶合金综合性能更优 . 18 图表 23:纳米晶的结晶过程 . 18 图表 24:纳米晶中纳米粒子在非晶基体上均匀分布 . 18 图表 25:纳米晶

9、超薄带是在非晶带材生产工艺后增加一个热处理环节 . 19 图表 26:全球与中国纳米晶材料市场规模稳步扩张 . 20 图表 27:全球纳米晶带材 CR5 达 71.5% . 20 图表 28:中国纳米晶带材市场 CR5 达 80.8% . 20 图表 29:国内厂商纳米晶超薄带产品性能可媲美日立金属 . 21 图表 30:纳米晶已在手机无线充电、 新能源汽车实现规模化应用 . 21 图表 31:2021-2025 年全球纳米晶市场规模 CAGR 达 10.3% . 22 图表 32:磁粉芯的微观组织结构 . 22 图表 33:软磁复合材料中的涡流路径 . 22 图表 34:磁粉芯的制备工艺流程

10、 . 23 图表 35:气雾化法制备的磁粉芯合金形貌图 . 24 图表 36:水雾化法制备的磁粉芯形貌图 . 24 图表 37:铂科新材、东睦科达国内遥遥领先,其余厂商处于跟进态势 . 24 图表 38:电感下游应用领域 . 25 图表 39:2020-2025 年磁粉芯需求测算 . 26 P.4 图表 40:预计 2025 年全球新能源车销量有望达 2625 万辆 . 26 图表 41:高电压 800V 平台逐渐进入主流市场 . 27 图表 42:PHEV 较 EV 电感需求量更高,800V 高压平台将进一步提升 EV 电感需求 . 27 图表 43:充电设施不足/续航担忧仍为消费者主要担心

11、因素 . 28 图表 44:全球及国内车桩比仍难以满足新能源车充电需求 . 28 图表 45:2021 年全球新增公共充电桩同比增 19.0%至 47.4 万台 . 29 图表 46:国内新增公共充电桩与私人充电桩 . 29 图表 47:2021 年直流充电桩占公共桩新增比例达 47% . 29 图表 48:2020-2025 年新能源车&直流充电桩对磁粉芯需求测算 . 30 图表 49:近三年全球光伏新增装机增速稳步上行(GW) . 31 图表 50:2020 年全球光伏新增容量国家/地区分布 . 31 图表 51:电感在光伏逆变器中的应用 . 31 图表 52:2021 年我国分布式光伏装

12、机占比达 53% . 32 图表 53:2020 年国内组串式逆变器占比达 67% . 32 图表 54:储能系统可承担削峰填谷的作用 . 32 图表 55:光伏+储能系统示意图 . 32 图表 56:2020 年全球电化学电化学储能新增装机 4.73GW . 33 图表 57:2021 年中国电化学储能新增装机 2.24GW . 33 图表 58:2020 年中、美、欧占全球电化学新增装机的 86% . 33 图表 59:预计 2025 年全球电化学储能新增装机将达 30.7GW . 33 图表 60:2020 年全球投运储能项目装机结构 . 33 图表 61:2020 年中国投运储能项目装

13、机结构 . 33 图表 62:2020-2025 年光伏逆变器&储能变流器对磁粉芯需求测算 . 34 图表 63:2017 年以来变频空调出货量进入高速增长区间 . 35 图表 64:变频空调出货量占比不断提升 . 35 图表 65:2020-2025 年变频空调对磁粉芯需求测算 . 35 图表 66:电感在 UPS 中的应用 . 36 图表 67:2020-2025 年 UPS 对磁粉芯需求测算 . 36 图表 68:锰锌铁氧体占比达 70%. 37 图表 69:功率性材料约占软磁铁氧体需求的 80% . 37 图表 70:锰锌铁氧体与镍锌铁氧体性能对比 . 37 图表 71:软磁铁氧体生产

14、工艺 . 38 图表 72:近年来我国软磁铁氧体产量规模稳步增长 . 38 图表 73:国内上市公司软磁铁氧体产能梳理 . 39 图表 74:不同软磁材料原材料成本占比 . 39 图表 75:2021 年软磁材料原材料成本占比普遍提升 . 39 图表 76:2021 年软磁材料企业毛利率多数承压 . 39 图表 77:2020 年以来铁矿石价格大幅上涨 . 40 图表 78:2020 年以来生铁价格大幅上涨 . 40 图表 79:近期铁矿石港口库存回落但仍处于相对高位(万吨) . 40 图表 80:疫情影响下钢材社库去库弱于往年同期(万吨) . 40 图表 81:国际四大铁矿商铁矿石产量增速下

15、滑(百万吨) . 41 图表 82:2021 年全球铁矿石产量 CR4 达 39.7% . 41 图表 83:2021 年中国占全球粗钢产量比例出现下滑 . 41 图表 84:2021 年我国钢铁消费占比 . 41 图表 85:工业硅应用领域主要为光伏、建筑、汽车等领域 . 42 P.5 图表 86:2021 年金属硅价格波动剧烈 . 42 图表 87:2021 年 8-9 月我国工业硅产量下滑(万吨) . 43 图表 88:燃料动力成本占金属硅生产成本 30%以上 . 43 图表 89:保守估计 2022-2025 年工业硅新增产能将达 315 万吨 . 43 图表 90:工业硅开工率逐步提

16、升 . 44 图表 91:2021 年工业硅下游需求占比 . 44 图表 92:电解铝行业单吨铝碳排放测算 . 44 图表 93:2021 年至今欧洲天然气价格大幅攀升(美元/百万英镑热单位) . 45 图表 94:火电铝亏损超 1000 美元/吨 . 45 图表 95:2022 年国内电解铝复产产能明细表 . 45 图表 96:2022 年国内电解铝新增投产产能明细表 . 46 图表 97:国内电解铝企业 4 月开工率上升至 88.17% . 47 图表 98:4 月电解铝产量环减 1%至 327.72 万吨 . 47 图表 99:截至 5 月 6 日,外购电力电解铝利润为 2869 元/吨

17、 . 48 图表 100:截至 5 月 6 日,自备电厂电解铝利润为 1754 元/吨 . 48 图表 101:国内社会库存为 108.19 万吨,比去年同期减少 7.5 万吨 . 49 图表 102:三大交易所为 89.31 万吨,较去年同期减 127.3 万吨 . 49 图表 103:铝棒加工费周内上涨 13.3 元/吨至 550 元/吨 . 49 图表 104:铝板带箔加工费周内下降 120 元/吨至 4010 元/吨 . 49 图表 105:3 月铝板带箔开工率上涨至 34.88%,铝棒开工率上涨至 42.66% . 50 图表 106:3 月铝棒产量环比增加 17.8%,铝板产量环比

18、增加 41.8% . 50 图表 107:全球电解铝产能瓶颈支撑基本面长期偏紧预期(单位:万吨) . 50 图表 108:纯镍在不锈钢生产原料中的占比不断下滑 . 51 图表 109:电解镍新能源指数的相关性从 2020 年开始增强(元/吨) . 51 图表 110:湿法中间品为主要原料,未来高冰镍挤占纯镍用量(万吨) . 51 图表 111:硫酸镍减金属镍价差自 2021 年 H2 开始下滑 . 51 图表 112:2022 年硫酸镍减镍铁价差维持在 3 万以上(元/金属吨) . 52 图表 113:青山高镍铁转高冰镍湿法工艺试产成功增加硫酸镍原料路径 . 52 图表 114:2020-20

19、23 年全球湿法/火法镍项目主要情况及投产时点 . 52 图表 115:公司持续完善“磁性材料+器件、光伏+锂电”两大产业布局 . 54 图表 116:2022 年各板块业务开启快速扩张模式 . 54 图表 117:近期公司新增项目梳理 . 55 图表 118:横店东磁股权结构 . 56 图表 119:磁性材料产销量稳步增长 . 56 图表 120:2020 年以来太阳能电池片产销量快速增加 . 56 图表 121:2021 年振动器件产销量增速下滑 . 57 图表 122:2020 年后锂电池产销量快速增加 . 57 图表 123:2020 年以来公司营收增速显著提升 . 57 图表 124

20、:2021 年原材料价格上涨影响公司利润增速 . 57 图表 125:公司分业务营收占比(%) . 58 图表 126:公司分业务毛利占比(%) . 58 图表 127:2021 年公司毛利率与净利率水平承压下行(%) . 58 图表 128:公司期间费用率水平持续较为稳定 . 58 图表 129:公司境外业务营收占比较大(%) . 59 图表 130: 2021 年光伏产品毛利率下滑较大(%) . 59 图表 131:2022 年 Q1 利润率水平边际提升 . 59 P.6 图表 132:公司为国内金属软磁粉芯细分领域龙头,未来新建河源基地有望实现产能翻倍增长 . 60 图表 133:IPO

21、+可转债募资 10.36 亿,规划建设 2.9 万吨软磁产品产能 . 60 图表 134:2021 年公司产能预计达 2.5 万吨 . 61 图表 135:公司两大生产基地可辐射珠三角都市群 . 61 图表 136:公司已完成四代产品迭代 . 61 图表 137:新产品 NPC 拥抱碳化硅新时代 . 61 图表 138:芯片电感与贴片电感为公司新业务发展方向 . 62 图表 139:铂科新材股权结构图 . 62 图表 140:2016-2021 年营收 CAGR 达 26% . 63 图表 141:2016-2021 年归母净利润 CAGR 达 21% . 63 图表 142:公司单位产品售价

22、和毛利整体呈下降趋势(万元/吨) . 63 图表 143:2020 年下半年以来原材料成本上涨使得利润率下滑(%) . 63 图表 144:分季度利润率水平(%). 64 图表 145:费用率水平较为稳定(%) . 64 图表 146:金属磁粉芯占营业收入比例 96%以上 . 64 图表 147:金属磁粉芯业务占毛利比重最大,软磁粉业务小幅提升 . 64 图表 148:高端软磁粉毛利率可达 70%以上 . 65 图表 149:2019 年上市后,资产负债率大幅降低 . 65 图表 150:公司偿债能力健康 . 65 图表 151:公司流动资产占比 60%左右 . 65 图表 152:近三年应收

23、账款占流动资产比例有所提升 . 65 图表 153:云路股份发展历程 . 66 图表 154:公司分产品产能 . 67 图表 155:IPO 募投项目情况 . 67 图表 156:公司三大板块业务下游应用领域景气度高 . 68 图表 157:中国航发为公司实际控制人 . 69 图表 158:分产品产销情况 . 70 图表 159:分产品营收/毛利情况 . 70 图表 160:分产品单位价格(万元/吨,不含税) . 71 图表 161:分产品单位毛利(万元/吨,不含税) . 71 图表 162:2021 年营业收入同比增加 30.8%至 9.35 亿元 . 71 图表 163:近三年归母净利润持

24、续增加 . 71 图表 164:纳米晶、磁粉芯营收占比显著提升(%) . 72 图表 165:纳米晶毛利占比显著提升,磁粉芯占比较为稳定(%) . 72 图表 166:2021 年受原材料涨价影响利润率水平下滑 . 72 图表 167:公司期间费用率构成 . 72 图表 168:龙磁科技发展历程 . 73 图表 169:公司永磁与软磁规划投资项目梳理 . 73 图表 170:龙磁科技旗下主要包括 9 家全资子公司 . 74 图表 171:2021 年公司永磁铁氧体湿磁瓦产销水平大幅提升 . 74 图表 172:2021 年湿磁瓦单吨毛利大幅提升 . 74 图表 173:2021 年营业收入同比

25、增长 43.9%至 8.05 亿元 . 75 图表 174:2021 年归母净利大幅增长 92.0%至 1.31 亿元 . 75 图表 175:龙磁科技分产品营收占比(%). 75 图表 176:龙磁科技分产品毛利占比(%). 75 图表 177:2022 年一季度利润率水平大幅下滑(%) . 76 P.7 图表 178:公司期间费用率整体呈小幅下滑趋势(%) . 76 图表 179:安泰科技发展历程 . 77 图表 180:公司国内产业布局 . 77 图表 181:中国钢研为公司控股股东,旗下子公司主要从事四大业务板块 . 78 图表 182:安泰科技主要子公司梳理 . 79 图表 183:

26、2020 年以来公司营业收入触底回升 . 79 图表 184:2021 年归母净利润大幅提升 . 79 图表 185:公司各板块营收(百万元) . 80 图表 186:公司各板块毛利(百万元) . 80 图表 187:分业务营收占比 . 80 图表 188:分业务毛利占比 . 80 图表 189:近三年毛利率水平下滑,净利率由负转正(%) . 81 图表 190:近三年费用率水平稳步下降(%) . 81 图表 191:分业务毛利率水平(%). 81 图表 192:主要子公司营业收入占比 . 82 图表 193:主要子公司营业利润占比 . 82 图表 194:主要子公司营业利润率水平,非晶业务仍

27、处于亏损状态 . 82 图表 195:东睦股份发展历程:2014 年收购科达磁电,入局软磁粉芯领域 . 83 图表 196:公司目前无控股股东,员工持股平台合计持有公司 13.1%股份. 84 图表 197:2016-2020 年磁粉芯产销实现翻倍式增长 . 85 图表 198:2020 年磁粉芯单吨净利实现大幅增长(万元/吨) . 85 图表 199:2017 年以来粉末冶金产销维持 5 万吨左右 . 85 图表 200:粉末冶金制品单吨毛利逐年下滑(万元/吨) . 85 图表 201:完成上海富驰收购后,2020 年消费电子产品产销量达 8.3 亿件 . 85 图表 202:粉末冶金制品单

28、吨毛利逐年下滑 . 85 图表 203:2021 年前三季度营业收入同比增长 19.5% . 86 图表 204:2021 年前三季度归母净利润同比增长 75.0% . 86 图表 205:2021 年软磁材料占营收比重为 14.0% . 86 图表 206:2020 年软磁材料占毛利比重为 7.4% . 86 图表 207:2021 年前三季度利润率水平基本持平 . 87 图表 208:2021 年前三季度期间费用率小幅上涨至 19.1% . 87 P.8 一、一、EV/绿色能源提质扩容,软磁材料迎来快速迭代放量绿色能源提质扩容,软磁材料迎来快速迭代放量 1.1 软磁材料品种繁多,产品需求与

29、材料技术与时俱进软磁材料品种繁多,产品需求与材料技术与时俱进 磁性材料指能在磁场激发下产生磁性能的材料,主要分为软磁(多用于电气电路控制) 、永磁材料(多用于高性能电机)等。 (1)软磁材料)软磁材料:是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料,易于磁化,也易于退磁,从磁滞回线上反映更加细长,其主要功能是导磁、电磁能量的转换与传输,广泛用于各种电气电路,尤其伴随 EV/绿色能源转型,电气电路功率传输与控制需求大幅提升,催化软磁材料需求及技术工艺快速迭代; (2)永磁材料)永磁材料:(又称硬磁材料)具有宽磁滞回线、高矫顽力和高剩磁的特性,具备转换、传递、处理、存储信息和能量等功能,应用范围广泛,如汽车、

30、家电、工业电机等领域对永磁材料有着广泛需求。 软磁材料主要可分为金属软磁与铁氧体软磁:软磁材料主要可分为金属软磁与铁氧体软磁:金属软磁中,工业纯铁、硅钢、坡莫合金出现最早,后续逐步发展出非晶、纳米晶、磁粉芯等高端软磁材料。铁氧体软磁材料出现时间较早,目前主要包含锰锌、镍锌、镁锌三类。 图表 1:磁性材料分类 资料来源:铂科新材招股说明书,国盛证券研究所 图表 2:磁滞回线可表征大部分磁材性能指标 图表 3:软磁材料磁滞回线较永磁材料更加“细长” 资料来源: MIM 软磁材料:生产工艺、性能及应用 ,国盛证券研究所 资料来源:找磁材,国盛证券研究所 P.9 衡量软磁材料性能的指标优劣主要指标包括

31、:衡量软磁材料性能的指标优劣主要指标包括:电阻率、电阻率、磁导率、饱和磁感应强度、直流磁导率、饱和磁感应强度、直流偏置特性偏置特性等等。软磁材料技术迭代总体围绕以下四大核心参数优化:软磁材料技术迭代总体围绕以下四大核心参数优化:1)电阻率() :)电阻率() :由于电磁感应现象存在, 交变磁场中磁体内部产生涡流 (抵抗磁场变化) 从而导致热损耗,高电阻率有益于降低涡流损耗;2)磁导率:)磁导率:磁导率表征软磁体对外界信号的灵敏性,高磁导率有益于电气元件小型化;3)饱和磁感应强度()饱和磁感应强度(Bs,饱和磁密) :,饱和磁密) :饱和磁密是磁性材料磁化到饱和时的磁感应强度,反映磁材储存磁场的

32、能力,高饱和磁密是元件小型化的另一指标;4)直流偏置特性:)直流偏置特性:由于交流电力系统中存在直流电成分,会导致磁导率衰减,直流偏置特性表征材料抗直流信号干扰能力,该值越高越好。 图表 4:软磁材料主要性能指标 资料来源: 磁学基础与磁性材料 ,国盛证券研究所 随着电气应用领域向高频化演进,涡流损耗发热成为绕不开的问题,随着电气应用领域向高频化演进,涡流损耗发热成为绕不开的问题,提升电阻率的重要提升电阻率的重要性日益提升性日益提升。不同的磁性材料在不同的频率范围内,各类损耗所占比例有所不同,电气功率传输领域(非晶、纳米晶、磁粉芯对应的主要应用领域)主要集中在音频范围(20-20kHz) ,在

33、此范围内,磁损耗以涡流损耗为主,涡流损耗与频率平方(f2)成正比,电阻率()成反比,因此高电阻率的要求日益提升。 图表 5:音频范围内涡流损耗占据主导地位 资料来源: 磁学基础与磁性材料 ,国盛证券研究所 指标指标单位单位希望特性希望特性作用作用性能表征性能表征优化方式优化方式电阻率() m越高越好减少涡流损耗表示物质电阻特性的物理量,用某种材料制成的长为1m、横截面积为1m2的导体的电阻,在数值上等于这种材料的电阻率取决于配方与工艺起始磁导率(i)H/m越高越好响应弱磁场的灵敏度提高饱和磁化强度,降低磁晶各向异性常数,改善显微结构,降低内应力等有效磁导率(eff)H/m越高越好小型化在一定频

34、率电信号下测得,表征对外界信号灵敏性;同样电感,磁导率越大,需要的绕线越少,从而减小体积增加非磁性物质含量,提高磁材密度饱和磁感应强度(Bs)越高越好小型化磁性材料磁化到饱和时的磁感应强度,提高磁感应强度同时磁导率提高,可实现磁性器件小型化选择适当配方直流偏置特性越高越好抗直流信号干扰交流电力系统中存在直流电成分现象,直流偏置特性指磁导率随直流叠加衰减的现象。用叠加直流磁场后磁导率数值和原始磁导率比值衡量,数值越大,直流偏置特性越好,抗直流信号干扰能力越强选择适当配方矫顽力(Hc)A/m越低越好减少磁滞损耗磁性材料磁饱和后使其磁化强度减到零所需磁场强度,越低响应磁场变化灵敏度越高,磁滞损耗越小

35、与起始磁导率一致 P.10 1.2 软磁材料的发展沿着高电阻率、高磁导率、高饱和磁密方向演进软磁材料的发展沿着高电阻率、高磁导率、高饱和磁密方向演进 软磁材料发展呈现产品需求与材料技术与时俱进的格局软磁材料发展呈现产品需求与材料技术与时俱进的格局,高功率、小型化、低损耗高功率、小型化、低损耗等应等应用要求不断提升下,软磁材料高电阻率、高饱和磁密、高磁导率性能提升是未来的发展用要求不断提升下,软磁材料高电阻率、高饱和磁密、高磁导率性能提升是未来的发展方向方向。 软磁材料低损耗核心在于提升电阻率, 小型化的核心在于高饱和磁密、 高磁导率,硅、铝、镍等元素的加入使得材料电阻率、磁导率等部分性能提升,

36、但饱和磁感应强度降低(铁元素 Bs 最强) ,因此优化材料配方、工艺,综合考虑成本因素是行业发展的永恒追求。 图表 6:软磁材料后续发展方向为高电阻率/高饱和磁密/高磁导率 资料来源: 磁学基础与磁性材料 ,国盛证券研究所 按照电力工业与电子工业划分,可将软磁材料发展归为两条主线:按照电力工业与电子工业划分,可将软磁材料发展归为两条主线: 电力工业:低碳钢电力工业:低碳钢-硅钢硅钢-非晶非晶 低碳钢:低碳钢:19 世纪末期,人们开始使用低碳钢制造电机和变压器,低碳钢的优点在于饱和磁感应强度极高,可达 2.15 T,且成本非常低,缺点在于电阻率很低(10-4cm) ,故仅适用于直流及低频领域。故

37、仅适用于直流及低频领域。 硅钢:硅钢:相较低碳钢电阻率提升相较低碳钢电阻率提升使使得涡流损耗降低。得涡流损耗降低。20 世纪初,通过在纯铁中加入少量的硅(一般在 4.5%以下)形成的铁硅系合金(硅钢) ,相较纯铁电阻率大幅提升(50cm) ,电网工频(50Hz)应用中涡流损耗大幅降低,至今硅钢片在电力工业中的使用仍居首位。 非晶合金:非晶合金: 相较硅钢电阻率和磁导率更高, 高效节能效果更佳。相较硅钢电阻率和磁导率更高, 高效节能效果更佳。 伴随电力工业高效、节能需求(尤其降低空载损耗)快速提升,电力变压器对更高电阻率、高磁导率需求日益迫切, 非金合金逐渐成为电力变压器工业重点发展方向。 19

38、89 年美国联合信号公司开始批量生产非晶合金带材,2003 年日立金属从霍尼韦尔收购其非晶业务并发展为全球龙头。非晶合金是采用液态骤冷技术得到金属原子呈长程无序、短程有序的非晶排列;相较硅钢,非晶合金的电阻率(140cm)和磁导率更高,在配电变压器领域应用可大幅降低空载涡流损耗。 P.11 图表 7:电力工业中软磁材料性能对比 资料来源: 磁学基础与磁性材料 ,铂科新材招股书等,国盛证券研究所 电子电子及新能源行业及新能源行业:坡莫合金(铁镍):坡莫合金(铁镍)-铁氧体铁氧体-纳米晶纳米晶-磁粉芯磁粉芯 坡莫合金(铁镍坡莫合金(铁镍系系) :) :20 世纪初,电话技术等弱电工程对软磁材料高磁

39、导率的要求日益提升,坡莫合金(Fe-Ni 系)由于高磁导率的优点得到广泛应用,适用于弱信号的低频或中高频领域。但该材料含 Ni 量较高(34%84%,纯镍金属) ,因此成本较高。 软磁铁氧体:软磁铁氧体:具有最高的电阻率,高频射频具有最高的电阻率,高频射频(信号传输)(信号传输)领域难以替代。领域难以替代。20 世纪 40年代,随着电子产品等高频应用需求提升,铁氧体在所有软磁材料中具有最高的电阻率(107cm) ,可应用于音频到射频段(1KHz-300MHz) ,但该材料饱和磁感应强度低,因此仅适用于高频低功率场景。 纳米晶合金:纳米晶合金:高饱和磁密、高磁导率、高温度稳定性等综合性能优异高饱

40、和磁密、高磁导率、高温度稳定性等综合性能优异,可实现电子,可实现电子器件小型化器件小型化。 1988 年日本日立金属公司的 Yashizawa 等人在非晶合金基础上通过晶化热处理开发出纳米晶软磁合金(Finemet), 纳米晶的突出优点在于兼备了铁基非晶合金的高饱和磁感应强度和钴基非晶合金的高磁导率、低损耗,应用于高频电力电子领域可减小体积、降低损耗,目前已在智能手机无线充电、新能源汽车电机等产品端实现规模化应用。 磁粉芯:磁粉芯:同样具备同样具备电子器件小型化的性能优势,尤其在电子器件小型化的性能优势,尤其在 EV/光储等功率传输领域具光储等功率传输领域具备广阔市场空间。备广阔市场空间。 1

41、920 年代, 日本和德国研制了铁硅铝(Sendust)合金磁粉芯, 此后由于高电阻率软磁铁氧体的问世以及迅速发展,使金属磁粉芯的研究发展一度陷入低潮。此后随着电子工业高功率、小型化高功率、小型化性能需求提升,铁氧体低饱和磁密的缺点开始体现。磁粉芯相较软磁铁氧体具有更高的饱和磁密、更稳定的温度特性、更强的抗直流特性,因此逐步在光伏、新能源车等逆变电感、升压电感等领域得到广泛应用。 铁基铁基铁镍基铁镍基钴基钴基成分含量成分含量铁99.8%铁硅(6%)铁硅硼(78/13/9)铁镍硅硼(40/40/14/6)铁钴(硅,硼)(5/70/25)饱和磁感应强度饱和磁感应强度( (T T) )2.1521.

42、560.50.53最大磁导率最大磁导率(H H/ /m m)500002105106矫顽力矫顽力(A A/ /m m)100402.440.32电阻率电阻率(cmcm)10-450140125130居里温度居里温度()727410360500损耗损耗(W W/ /kgkg)0.360.25适用频率适用频率直流、低频工频(50Hz)50Hz-10kHz50Hz-30kHz100kHz密度密度(g g/ /cmcm3 3) )7.877.6257.27.58优点优点磁感应强度最高较低碳钢电阻率大幅提升缺点缺点电阻率很低,涡流损耗高随着硅含量增加加工性变差磁致伸缩系数较

43、硅钢偏大,导致噪声较高,Bs较低导致体积偏大价格较高钴成本较高,磁导率随频率增高下降快,不适于宽频应用场景应用场景直流及低频领域工频(50Hz)中低频中频、大功率中高频终端产品终端产品逐渐淘汰电力变压器配电变压器-应用领域应用领域-电网,电机电网、轨道交通、数据中心等-硅钢硅钢低碳钢低碳钢非晶合金非晶合金较硅钢磁导率更高,电阻率提升,空载损耗较硅钢降低70% P.12 图表 8:电子工业中软磁材料性能对比 资料来源: 磁学基础与磁性材料 ,铂科新材招股书等,国盛证券研究所 成本因素同样是终端需求的重要考量,非晶相较硅钢目前已具备价格优势,铁镍系软磁成本因素同样是终端需求的重要考量,非晶相较硅钢

44、目前已具备价格优势,铁镍系软磁由于成本过高应用领域受限。由于成本过高应用领域受限。1)非晶与硅钢价差逐步收窄:)非晶与硅钢价差逐步收窄:近年来,随着非晶带材制造工艺的不断成熟,国内企业逐步打破日立金属在我国非晶带材市场的垄断地位,且硅钢向高性能取向硅钢发展,成本亦逐步提升,目前非晶带材与硅钢终端售价均在 1-1.5 万元/吨。2)纳米晶、磁粉芯纳米晶、磁粉芯:两者相较铁氧体价格偏高,但考虑小型化的性能优势,终端应用成本或更低,且安全性,小型化是产品“刚需” ,终端厂家对成本考量优先级相对靠后。3)坡莫合金:)坡莫合金:由于镍元素存在,且占比高达 34-84%,终端售价在 10 万元/吨以上,因

45、此应用领域相对受限。 图表 9:软磁材料价格对比(万元/吨) 资料来源:云路股份、铂科新材招股说明书,淘宝网,国盛证券研究所 铁粉芯铁粉芯铁硅铁硅铁硅铝铁硅铝( (sendustsendust) )铁镍铁镍(high fluxhigh flux)非晶非晶、纳米晶磁纳米晶磁粉芯粉芯成分含量成分含量镍(34-84%)/铁锰锌、镍锌、镁锌铁硅硼铜釹100%铁粉6.5%硅铁硅铝(8596)铁镍(5050)铁基饱和磁感应强度饱和磁感应强度( (T T) )0.7-1.50.51.351.21.51.051.51.2最大磁导率最大磁导率(H H/ /m m)-200007.010510

46、-10026-9026-16014-16065矫顽力矫顽力(A A/ /m m)1081.34080电阻率电阻率(cmcm)68106452000居里温度居里温度()4500500500直流偏置特性直流偏置特性40%74%50-60%80%70%优点优点高磁导率电阻率极高,损耗低,易加工,成本低高饱和磁密,高磁导率,高居里温度,综合性能更佳初始磁导率稳定性好,直流偏置特性佳磁导率高,磁粉芯中具有最高的饱和磁感应强度和直流偏置特性,综合性能最佳综合利用磁粉芯与非晶、纳米晶优势缺点缺点镍元素价格昂贵,饱和磁感应强度较低饱和磁感应强度低高频损耗大饱和磁感应

47、强度不及铁粉芯价格昂贵目前成本较高,尚未实现大规模应用应用场景应用场景弱信号的低频或中高频领域高频、超高频中高频、小型化终端产品终端产品变压器、共模电感及高精度电流互感器电感、编译器、滤波器互感器、电子变压器、共模电感整流器件电感器件应用领域应用领域航空航天、电信工业及仪器仪表等3C、家电、新能源车、光伏、风电等消费电子、新能源发电、新能源汽车的电感、电子变压器等新能源车部分替代铁硅铝、高磁通粉芯应用纳米晶纳米晶(Finemet)(Finemet)功率电感等磁性元器件中高频、大功率坡莫合金坡莫合金铁氧体铁氧体磁粉芯磁粉芯变频空调、光伏发电、新能源车、UPS等损耗小、直流偏置特性佳、饱和磁通密度

48、高 P.13 二、非晶:配电二、非晶:配电变压器变压器节能降耗的优选材料节能降耗的优选材料 非晶合金带材相较硅钢电阻率与最大磁导率大幅提升非晶合金带材相较硅钢电阻率与最大磁导率大幅提升,且,且工艺流程较硅钢更短,成材率工艺流程较硅钢更短,成材率更高。更高。 非晶合金是采用 106/秒的超快冷凝固技术, 得到原子排列组合上具有短程有序,长程无序特点的非晶合金组织,由于没有晶粒、晶界的存在,相较硅钢电阻率和最大磁导率得到显著提升,因此涡流损耗大幅降低,应用在配电变压器空载损耗较硅钢降低70%。从生产工艺而言,根据王建发的非晶合金变压器的特点及节能环保优势分析 ,非晶带材是将熔融的金属合金经超级冷技

49、术直接冷却形成厚度 0.02-0.04mm 的固体薄带,该工艺属于精密无模平流铸造,比硅钢工艺节约了至少 6-8 道工序,能耗节省 80%左右。另外,取向的硅钢片成材率低,为 40%-50%,而非晶合金成材率可达 90%。 图表 10:超快速冷却是制备非晶合金的关键 资料来源:安泰科技微信公众号,国盛证券研究所 图表 11:非晶合金较硅钢电阻率与磁导率更高 硅钢硅钢 非晶合金非晶合金 铁基铁基 铁镍基铁镍基 钴基钴基 成分含量 铁硅(6%) 铁硅硼 (78/13/9) 铁镍硅硼 (40/40/14/6) 铁钴(硅,硼) (5/70/25 饱和磁感应强度(T) 2 1.56 0.5 0.53 最

50、大磁导率(H/m) 20000 50000 2105 106 矫顽力(A/m) 40 2.4 4 0.32 电阻率(cm) 50 140 125 130 居里温度() 727 410 360 500 资料来源: 磁学基础与磁性材料 ,铂科新材招股书等,国盛证券研究所 非晶合金薄带生产工艺主要包括熔炼、 保温、 制带、 卷取等环节。非晶合金薄带生产工艺主要包括熔炼、 保温、 制带、 卷取等环节。 以铁基非晶带材为例,将熔化后的液态合金倒入中间包中,起到稳流、减压、保温的作用,再倒入特定的“喷带包” 中, 利用自身重力从狭小喷嘴缝连续喷射到高速旋转的冷却铜辊上实现急冷凝固,之后通过高压气流从铜辊上

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