鎢絲替代高碳鋼絲做金剛線母線前景幾何？ 9年前，一場金剛線替代傳統砂漿線的技術革命，讓光伏發電的成本...
9年前，一場金剛線替代傳統砂漿線的技術革命，讓光伏發電的成本大幅下降；9年後，一場鎢絲替代碳鋼絲制作金剛線母線的嘗試已然開始。
作者：孫淩偉
責編：海宇
2014年4月30日，彼時的光伏市場“小弟”，單晶矽的堅定捍衛者隆基股份發布年報。年報數據顯示，隆基股份實現主營業務收入22.80億元，同比增長33.49%。主營業務增長的同時，單晶矽片業務的毛利率卻創下了11.97%的曆史最低點。個中原委，與隆基股份在該年大規模引入金剛線切割技術有關。
一根很重要的“細線”
所謂金剛線，是“金剛石切割線”的簡稱，即通過一定的方法，将莫氏硬度為10的金剛石微粉顆粒以一定的分布密度均勻地固結于高強度鋼線基體上形成的一種切割線，主要應用于半導體、藍寶石及磁性材料等硬脆材料的切割。在光伏領域，金剛線主要用于矽棒截斷、矽錠開方及矽片切割，其切割性能直接影響矽片質量及組件光電轉換性能。
在隆基股份大規模采用該項技術之前，光伏矽材料傳統切割方式為砂漿切割，該工藝是以鋼線為基體，将莫氏硬度為9.5的碳化矽作為切割刃料，鋼線在高速運動中代工切割液和碳化矽混合的砂漿進行摩擦，利用碳化矽的研磨作用達到切割效果。據業内人士結算，采用該技術切割，一噸矽棒大概要消耗300公斤的鋼線、300公斤碳化矽、300公斤聚乙二醇，而如果改成金剛線切割，隻需要40公斤金剛線。
與砂漿切割相比，金剛線切割在效率上能提升50%，每片切割成本可減少0.5元—0.8元。此外，由于金剛線采用的類似“磨”的切割原理，也讓砂漿切割狀态下已無法“鋸”得更細的鋼線，能切出的片數更多。片數增加後，意味着每一片的損耗也少，由此也可以大大節省矽料。
除了切割的矽片數量更多，傳統的砂漿切割方式需要用到切割液、碳化矽等輔料，且有大量砂漿需要回收處理；而金剛線工藝無需砂漿，隻需要水或水基冷卻液，輔料成本低且環保。
金剛線的大規模應用
優勢如此明顯，為何當時的光伏企業沒人選擇？
這是因為當時的金剛線切割技術僅掌握在少數日本廠商手中，并且起初并未應用于光伏行業，這讓國内從金剛線到切割液、切割機均處于空白狀态，也導緻金剛線切割的成本極高。
按照隆基股份創始人之一的鐘寶申當時的測算，采用金剛線技術切割的矽片，每片虧損0.6—0.7元。這也讓隆基股份的切割量産從2012年底到2013年年中曾持續虧損了數千萬元。所幸這種虧損隻持續了6個月左右，從2014年開始，随着金剛線切割技術的日趨成熟，金剛線的價格開始直線下降。據了解，2014年之前一米金剛線的價格大概在0.4—0.5美元之間，而2014年—2016年，金剛線的銷售均價已分别下降為477.93元/km、368.14元/km、283.67元/km。憑借着巨大的成本優勢，隆基很快扭虧為盈并在此後數年一直保持着超高速的增幅。而那段頂着巨大壓力上新的歲月，至今仍被很多人銘記和津津樂道。
巨大的成本降幅，讓越來越多的企業開始采用該技術。根據CPIA的數據，2017年，金剛線切割在多晶矽片切割領域的滲透率還隻有33％。到了2018年，這一數據已經達到了95％，而單晶矽片切割領域的滲透率已經達到了100％；年2020，金剛線已完成了對傳統技術的全部替代。
金剛線切割技術的推廣，不僅帶動了光伏發電成本的大幅下降，也讓金剛線切割這條賽道誕生了美暢股份、高測股份、上機數控、宇晶股份、岱勒新材、東尼電子、三超新材、新三闆精選層連城數控等7家上市公司。
再迎高潮的金剛線
在一衆企業的你追我趕之下，金剛線産能狂飙，價格急降，特别是“光伏5·31”巨震之後，價格下降幅度超過了60%。大環境影響之下，岱勒新材2019年出現虧損，東尼電子2019年對計提了1.81億元的減值準備後逐步剝離了金剛線業務，三超新材則接近盈虧平衡點。
看似一片黯淡的金剛線市場，沒想到在年2020迎來了光明。随着“30·60”目标的确定，光伏産業重新駛上了快車道。根據國家能源局數據，21年20國内光伏裝機量53GW，同比增長9.96%，逼近2017年曆史裝機高位。中國光伏行業協會預計，在國内光伏發電項目儲備的推動下，2022年光伏新增裝機可增至75GW以上。
旺盛的下遊需求同樣驅動了上遊産業的景氣度高漲。據業内機構測算，矽片切割需求量占金剛線總需求量的比例超過90%，若156.75/158.75/166/182/210矽片單片功率提升0.5%，金剛線消耗量分别為1.50/1.60/1.8/2.4/2.8米/片，線損分别為20%/20%/20%/28%/28%，預計2025年光伏矽片切割用的金剛線需求為18309萬千米，2020-2025年CAGR為26.3%。
部分金剛線企業透露，2022年以來金剛線市場需求旺盛，春節期間産能甚至翻了兩三倍。某上市公司負責人對外表示，今年 1月金剛線的實際發貨量已經超過80萬千米，考慮春節因素，2月排産約在80萬千米，3月排産超過100萬千米，來自大客戶的訂單飽滿。
鎢絲做金剛線母線拉開序幕
需求旺盛的領域，總少不了資本的身影。
2月初，廈門鎢業下屬公司廈門虹鹭鎢钼工業有限公司發布公告稱，拟投資8.42億元，在廈門虹鹭天翔廠區投資建設600億米光伏用鎢絲産線項目，進一步擴大細鎢絲在非照明領域的運用，有利于公司快速占領光伏用金剛線母線的應用市場。
公開資料顯示，廈門虹鹭鎢钼工業有限公司是一家成立于1992年的中韓合資國有控股企業，是上市公司廈門鎢業股份有限公司的核心成員，國家高新技術企業之一，擁有國内鎢钼加工行業首家企業博士後工作站，與中科院金屬研究所聯合成立了稀有金屬加工實驗室，是國内首家實現鎢絲出口的企業，世界三大鎢絲制造商之一。
廈門鎢業之後，中鎢高新材料股份有限公司董事會在3月初也審議通過了建設年産100億米高強度細鎢絲生産線的決議。該項目建設期約9個月，建成後可加快光伏産業的切割用絲替代。
公開資料顯示，中鎢高新材料股份有限公司是在深圳證券交易所上市的高技術制造企業，是世界500強企業中國五礦集團有限公司旗下專業發展鎢産業的企業。公司前身為海南金海股份有限公司，1996年12月在深圳證券交易所挂牌上市，2000年6月更名為中鎢高新材料股份有限公司，股票簡稱“中鎢高新”，股票代碼000657。公司管理資産規模超190億元，境外機構遍及美國、德國、法國、印度、韓國等地，産品銷往世界70多個國家和地區。
鎢絲替代成本問題需解決
兩大鎢業巨頭，為何會有發力金剛線領域的動作，這和金剛線的一大特點，或者說一大缺陷有關。
從化工的角度來看，影響金剛線質量的因素主要有母線性能、母線純度和生産工藝。目前，鑽石線大多使用高碳鋼絲作為母線（基體材料）。高碳鋼絲因具有高強度、大硬度、良好切削性能、高的彈性極限和疲勞極限的優點，不過它夾雜的氧化鋁，會降低成品的切割能力與效率。另外，在生産過程中，高碳鋼絲鍍層很容易發生破損情況，而且破損位置還會發生電化學反應産生鐵的氧化物，進而降低鑽石線的質量。更為關鍵的一點，以高碳鋼絲作為母線的金剛線在直徑小于45微米後，破斷力較低，無法再往更細加工。
而近兩年下遊的光伏切片逐漸大尺寸化、薄片化，對金剛線的切割能力提出了更高的要求，金剛線正朝着細線化趨勢發展，線徑從過去主流的60-65微米降低至如今的50微米以下。
與高碳鋼絲相比，鎢絲具有強度高、耐磨、可加工性好、抗疲勞性好等特點。用鎢絲做金剛線母線，一是壽命更長。例如在單晶矽生産中，用高碳鋼絲制作的絲繩使用壽命隻有2-4次，而用鎢絲制作的絲繩可以達到40次以上；二是直徑更細。高碳鋼絲最細約為42微米，而鎢絲目前可以達到35微米，符合矽片的薄片化趨勢；三是節約成本。更細的直徑、更久的壽命帶來材料直接成本的下降；四是效率更高。單一時間區間内切割次數更高，良品率更高。
根據行業預測，2030年國内矽片産量将達到300-400GW，鎢絲潛在需求有望達到1500億米以上，市場前景極為廣闊。兩大企業宣布用鎢絲代替高碳鋼絲做金剛線的母線，也正是考慮了這方面的需求。
不過，使用鎢絲做金剛線母線雖然能在很大程度上解決細線化的問題，能提升成品的綜合性能，但是想要全面取代高碳鋼絲，其需要解決的核心問題仍是成本。據了解，目前鎢絲的價格是高碳鋼絲的4-5倍左右，嚴重壓縮生産企業的盈利空間，能否解決這一問題，仍需要後續市場驗證。
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