2022年高性能软磁材料行业发展趋势及细分市场分析.docx

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1、2022年高性能软磁材料行业发展趋势及细分市场分析1. 高效节能的发展趋势对软磁材料提出更高要求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，其主要功能是 导磁、电磁能量的转换与传输，广泛用于如电感、变压器等各种电能变换设备中。对于软 磁材料而言，应具有四高四低的基本特点：高磁导率、高饱和磁感强度、高电阻率、高频 率稳定性；低矫顽力、低损耗、低磁致伸缩系数、低磁晶各向异性。软磁材料主要包括铁氧体软磁材料、金属软磁材料与非晶纳米晶材料。其中，每种材料根 据材料特性的不同适用于不同的工作场景：硅钢与非晶合金因饱和磁通密度大、电阻率相 对较小适用于低频高功率场景；纯铁、铁硅铝合金

2、中和了饱和磁通密度与电阻率两个指标， 适用于中高频、中高功率的工作场景；纳米晶材料饱和磁感应强度大、矫顽力低、磁导率 大，是重点发展的高性能软磁材料之一；铁氧体因饱和磁通密度较小、电阻率较大而适用 于高频、中低功率的工作场景。图：不同的用电器存在不同工作频率段，匹配不同的磁性材料随着下游电力电子领域科技水平的不断提升以及绿色低碳发展理念的持续推广，新能源汽 车、消费电子、新能源发电等新兴行业逐渐兴起，对于承担电能转换功能的磁性器件的重 量、体积、传输效率等方面均提出了更高的标准和要求，传统磁性材料如铁氧体等难以满 足新行业的要求，纳米晶超薄带等新一代磁性材料正在逐渐替代并有望在未来进一步拓展

3、市场空间。 公司产品线围绕非晶合金、非晶纳米晶与合金软磁粉末三大高性能软磁材料业务展开，其 制备技术既有共性亦有异性，做到了从低频到高频工作频率的全覆盖，匹配高效节能的行 业发展轨迹。2. 非晶合金：环保高效的软磁材料非晶合金又称“液态金属或金属玻璃”，其主要制品非晶合金薄带是采用急速冷却技术将 合金熔液以每秒百万度的速度快速冷却，得到厚度约 0.03mm 的非晶合金薄带，其物理状 态表现为金属原子呈长程无序的非晶体排列。得益于上述极端生产工艺形成的特殊原子结 构，使得非晶合金具有低矫顽力、高磁导率、高电阻率等良好的性能。2015 年以来，非晶合金在我国配电网领域快速发展，市场规模从 1.30

4、 亿美元增长至 2019 年的 2.08 亿美元，产量规模从 4.97 万吨增长至 2019 年的 9.97 万吨，复合增长率分别达 到 12.47%、19.01%。目前，非晶合金主要应用于配电变压器等场景中，随着电网整体升级改造的推进、非晶变 压器渗透率提升，非晶合金的需求有望被显著拉动。2.1. 电网降损提效背景下，非晶变压器是优选改进配电变压器性能，降低损耗，对电力系统节能具有重要意义。在输、配电过程中，变 压器存在较大的电力损耗，2015 年我国电网的线损率高达 8.7%，而德国仅为 4.6%，而其中 变压器端的损耗约占输配电电力损耗的 60%。其主要原因在于我国电网架构落后，中小型

5、老旧高能耗变压器占比太大，事故率和线损率高。2020 年全国发电量约为 7.779 万亿千瓦 时，测算下配电变压器端的损耗达到 2700 亿千瓦时，相当于 2020 年三峡发电量的 2.45 倍，有较大节能空间。 我国一直重视变压器的提效节能，政策持续指引。从解放后第一版沿用苏联的 JB 5001964 变压器能效标准开始，一直到 2020 年最新的 GB 20052-2020 变压器能效标准， 国标约 7 年一更新，持续在政策端给予变压器指引，督促高效节能变压器对于老旧低效变 压器的替代。对比欧盟标准，国内 2020 版 1、2 级能效标准的要求更高。“十四五”期间全国电网总投资预计近 3

6、万亿元，显著高于“十三五”期间的 2.57 万亿元， 同比增长 16.7%。本次投资规划中，配网端占比最大（57.4%），而配电设备投资又占配网设 备投资约 40%，估算下来配电设备总投资额约 7000 亿元，“十四五”规划中对于配电网升 级改造的决心明显。在配电变压器中，非晶合金是替代硅钢的一种优秀材料，可以大幅降低空载损耗。相比于 硅钢片，非晶合金具有更低的矫顽力与单位铁损，更高的电阻率与最大磁导率，且可以在 薄得多的厚度上实现更高的硬度。因此，非晶合金在变压器、电机定子等场景对硅钢片有 很好的替代效果，非晶合金干式变压器和常规的硅钢片变压器相比，空载损耗降低 70%80%，空载电流降低

7、40%50%。从图 19 能效等级空载损耗值可以看出，即使是非晶 合金 3 级能效变压器，其空载损耗也远远低于硅钢带的 1 级能效变压器，所以在一些具有 绿建要求，且负载率较低、空载运行时间比较长的场合，应首先考虑非晶合金变压器。非晶合金材料的全生命周期具有突出的节能环保特性，匹配我国绿色低碳的产业发展理念。 在制造侧，非晶合金的生产工艺流程显著短于硅钢产品，可在生产阶段显著节省能源；在 应用侧，非晶合金材料的电磁能量转换效率显著优于硅钢材料，非晶变压器空载损耗较硅 钢变压器降幅最高可达 80%，实现使用节能；在回收侧，废旧的非晶铁心可重熔后制成非 晶合金薄带，非晶铁心中的硅、硼元素基本可以实

8、现回收再利用，实现回收节能。全生命周期考量，非晶变压器具备更良好的经济效益。据论文非晶合金变压器的特点及 节能环保优势分析测算，一台非晶合金干式变压器相较于硅钢干式变压器，每年可节约 电费 1.1 万元。非晶变压器前期设备投资成本比硅钢变压器高 2030%，使用生命周期约 30 年，大约 58 年节约的运行成本即可覆盖前期增加的投资成本，剩下 20 多年使用寿命 期内节约的费用，均为客户的收益所得。 目前，非晶变压器的投资成本也在逐渐下降。现阶段非晶干式变压器与硅钢干式变压器的 成本差被缩小，非晶合金变压器的价格不断降低，在新的 2 级能效下，非晶立体变压器成 本与硅钢变压器的成本基本持平，在

9、个别容量下，非晶立体干式变压器成本已低于硅钢干 式变压器成本。因此，非晶变压器满足损耗低、环保特性好、经济效益好、成本逐渐下降等诸多优点，已 可以推荐在工程中大量使用。除配电网外，非晶变在轨道交通、数据中心、新能源发电等 高可靠性用电、低负载率的运行场景下节能优势也更为显著，有望加速渗透。2.2. 非晶变压器行业历经低谷重振，渗透率有望再次加速经济增长带来的电力需求和国家政策的支持是配电变压器市场增长的主要驱动因素，国家 电网、南方电网等电网系统的招投标量决定配电变压器的需求量。2019、2020 年我国非 晶合金变压器招标量占比分别达 37.90%、27.33%，总量分别达到 9.5 万、5

10、.0 万台。 当下正为非晶变压器行业的重振期，非晶变压器渗透率有望 V 型反转。2012-2015 年，我 国非晶变压器迎来了一波小高潮，2012 年上半年非晶变压器占国网、南网两网总变压器招 标量约 25%，直到最高峰 2015 年时非晶变压器占招标量达 48.7%。因为非晶变压器招标量 的迅速增长，行业内出现了大量技术水平不高的生产厂家，导致非晶变压器质量良莠不齐。 加上落后的平面卷铁心技术暂时无法解决噪音大、抗突发短路能力差、易破碎等问题，2016 年开始，非晶变压器市场进入了行业整顿期。图：国网变压器招标量与非晶变压器招标占比自 2015 年后双双下降2016 年，工信部明确要求“解决

11、非晶合金带材和高性能硅钢片产能低与质量稳定性差的问 题”，在 2015-2020 年间，国网非晶变占招标量比逐渐下降至 30%以下。在行业内修期间， 国家电网与南方电网积极制定变压器标准，国网标准于 2019 年初出台，南方电网标准于 2021 年 11 月底制订完成。2020 年，工信部发布变压器能效提升计划（2021-2023）， 有望显著拉动以非晶变压器为代表的高效节能变压器的需求。 与此同时，云路等企业在 2019 年完成非晶立体卷铁心的研发，有效解决平面卷铁心噪音 大、抗突短能力差等问题，并实现空载损耗降低 20%，得到国家政策的明确支持和行业的 普遍认可。随着配网设备标准化制订完成

12、、国家对于配电设备能效提升的指引，叠加新一 代变压器铁心的推行，三重共振下非晶变压器渗透率有望迎来反转。在海外市场，非晶变压器渗透率高、市场规模持续增长。日本自 2005 年以后以基本淘汰 硅钢变压器；2020 年，韩国电力公司招标中，非晶变压器招标约 4.6 万台、占比上升至接 近 40%；美国、加拿大等国均采用大量的非晶合金变压器；2016-2020 年，印度、东南亚 非晶变压器市场规模均稳定扩张。2.3. 配网非晶合金需求测算2018-2020 年，国家电网和南方电网对于变压器的招标总量为 29.97/25.16/18.18 万台，其 中对于非晶变压器招标量分别为 8.23/9.54/4

13、.97 万台，三年在变压器招标中占比皆达 27% 以上，2019 年达 37.9%。随着变压器能效提升计划的推进、采购端对非晶变压器接受度的 回升，非晶变压器的招标占比有望在未来几年重新接近 15 年的高点 48.7%。增量端，考虑配电变压器能效提升计划（2021-2023 年）对于高效节能变压器新增需 求的指引，假设 21-23 年国、南网合计招标配电变压器 30/50/70 万台，非晶变压器占比 逐年提升至 30%/40%/45%；存量端，考虑现存在网变压器 1700 万台，绝大部分都需要更换， 假设每年更换 100 万台，非晶变压器占比逐年提升至 30%/40%/45%；参考新能效二级国

14、家 电网标准化设计变压器（以 400kVA 为例）主材成本，非晶变压器单台耗量 0.715 吨。 根据上述假设，预测 2021-2023 年配网变压器对于非晶合金带材的需求为 27.9/42.9/54.7 万吨；假设非晶带材需求紧俏，产品单价每年上调 2%，预测 21-23 年变压器非晶带材市 场规模为 32.35/50.62/65.64 亿元。3. 纳米晶材料：高频小型化电子元器件磁材更优解纳米晶软磁合金是在非晶软磁合金的基础上，通过适当的热处理使得磁性纳米粒子(尺寸 d10 nm)在非晶基体上析出获得的，主要为 Fe 基纳米晶合金系列。该类合金展现出优异 的软磁性能，如高饱和磁感应强度、高

15、磁导率、以及低损耗等，广泛应用于高频、小型化 的磁性器件中。相比较于铁氧体软磁材料，在追求小型化、轻量化、复杂温度的场景下， 有着显著优势。非晶纳米晶是 kHz 频段电力电子领域优秀的软磁材料，有望与铁氧体软磁强势竞争。实验 结果表明，随着频率的升高，纳米晶的相对磁导率波动最小、宽频特性越平稳；5kHz 下， 纳米晶和铁氧体损耗接近，为非晶和硅钢的 1/8，10kHz 下，纳米晶损耗为硅钢的 1/10， 为铁氧体的 1/6。综合来看，频率越高，纳米晶体现出的优势越明显，在无线充电等对磁 导率要求较高的场景下对铁氧体有良好的替代。例如，2012 年诺基亚 Lumia920 开始推广 无线充电时所

16、用的隔磁片为硬质铁氧体，到 2016 年三星 Galaxy S7 时已完全替换成柔性纳 米晶。纳米晶材料主要用于生产电感元件、电子变压器、互感器、传感器等产品，可以应用于新 能源汽车、消费电子、新能源发电、家电以及粒子加速器等领域。据 QY Research，2015-2019 年全球纳米晶软磁材料产量从 2.15 万吨增长至 3.02 万吨，市场规模从 1.65 亿美元增长至 2.42 亿美元，CAGR 达 10.05%；中国纳米晶材料市场规模从 4,630 万美元持续增长至 7,465 万美元，CAGR 达 12.68%。图：2015-2019 年全球纳米晶材料市场规模产量双升公司纳米晶带

17、材制备技术国内一流，产品性能优于日立金属。目前国际先进生产水平已实 现带材厚度 14-22m、而国内主流生产水平带材厚度仅为 22-30m。公司是国内首家实 现批量生产带材厚度至 14m 的国内企业，当前已具备 12-14m 厚度的样品生产能力， 同时正在研发 10-12m 的纳米晶超级薄带样品。从纳米晶合金关键参数来看，公司纳米 晶超薄带产品在单位损耗、电阻率、居里温度等指标均领先于日立金属等竞争对手，技术 显著领先于国内水平，已达全球前列。4. 磁性粉末：综合性能优异的电力电子软磁材料磁性粉末应用空间广阔，匹配中高频工作环境。公司磁性粉末系列产品包含纳米晶破碎粉 末、气雾化制铁硅铝粉末、水

18、雾化制铁硅铬粉末与雾化和破碎粉末制成的磁粉芯。磁性粉 末颗粒经绝缘包覆、压制、退火、浸润、喷涂等工艺可制成金属软磁粉芯。 合金软磁粉芯既保留了金属软磁和铁氧体软磁饱和磁通密度大、磁导率高的优良特性，同 时又弥补了金属软磁电阻低损耗大和铁氧体软磁应用功率低的缺点。归功于合金软磁粉芯 天然存在的微细均匀气隙的结构，电感使用时磁场泄漏少，这样的电感元件具有良好的电 磁兼容性，减少了漏磁场所带来的涡流损耗，因而在新能源发电、新能源汽车、消费电子 等高景气下游领域得到了广泛的应用。公司磁性粉末下游为磁性电子元器件行业，对接新能源汽车、消费电子、光伏、家电等高 景气行业。以磁性粉末应用较多的电感元件领域为

19、例，2019 年电感元器件的全球销售额 达到 46 亿元美元，未来随着新能源汽车、消费电子、5G 通信等新兴行业的迅速发展有望 持续提升，Paumanok 预测 2023 年市场空间有望突破 50 亿美元，市场空间广阔。新能源汽车端，根据 EV-volumes 预测，2021 年全球新能源汽车销量预计达到 640 万， 相较于 2020 年同比增长 98%，EV Tank 预计 2025 年新能源汽车销量达 1,640 万辆。 单台电动汽车磁性元器件价值量在 2,000 元左右，据此估算，2021 年汽车磁性元器件 市场空间为 128 亿元，未来有望保持快速增长。消费电子端，根据智研咨询数据，

20、2015 年至 2019 年，全球无线充电市场规模从 17 亿美元增长至 86 亿美元，年复合增长率达到 49.97%；2024 年，全球无线充电市场规 模有望达到 150 亿美元。据 IHS 预测，2020 年无线充电发射端和接收端产品有望分 别达到 99 亿美元、26.9 亿美元，其中软磁材料占价值链的 21%，无线充电软磁材料 市场规模有望达到约 167 亿人民币。家电端，根据行业经验数据，目前每台家用变频空调平均所需磁性材料约 0.25 千克， 在高频化方案下，按 2016 年以来的国内变频空调产量变化趋势测算，2023 年我国变 频空调领域对合金软磁材料的需求将达到 3.66 万吨，

21、对应市场空间约 6 亿人民币。光伏端，据中国光伏行业协会预测，2025 年可再生能源在新增发电装机中占比将达 到 95%，光伏在所有可再生能源新增装机中占比将达到 60%。1GW 装机容量平均所需 铁硅合金软磁材料 380 吨。根据 Solar Power 预测，至 2025 年光伏新增装机量将达 到 266GW，对应合金软磁粉末需求 10.1 万吨，市场规模 16.7 亿元人民币。随着新 能源发电投资的不断拓展，磁性粉末和纳米晶行业也将迎来新的发展机遇。公司通过磁性粉末制备技术的突破，持续提升产品性能。公司自主研发的高温、超音速雾 化球形颗粒的粒径和成型控制技术，通过对钢水温度和纯净度的控制、喷嘴气流的速度和 脉冲频率的控制，以及增加磁悬浮与气体托浮工艺控制粉末下落路径，以使合金粉末达到 更好的球形度和内应力，提升合金粉末的磁性能。同时，公司通过突破“粉末最优堆积设 计理论、化学反应法钝化技术、分子级覆膜工艺”等关键技术，解决非晶、纳米晶片形粉 包覆效率低、包覆后特性差、强度差等问题，大幅降低了非晶、纳米晶磁粉制得产品的磁 损特性，将非晶、纳米晶磁材的优异特性最大化地呈现出来。 目前公司磁性粉末业务尚处起步阶段，已有较好的技术积累，随着本次募投项目的建成、 产能逐渐释放，市场推广效果显现，未来产品竞争力与市场份额有望进一步提升。