高端金属新材料行业研究：需求多点开花，未来海阔天空
（报告出品：安信证券）
1.新材料：关注“需求高增速”+“产业升级”
金属材料是由金属元素或以金属元素为主要材料构成的并具有金属特性的工程材料，金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。目前金属材料的发展已从纯金属、纯合金向更复杂的加工及材料体系发展。随着材料设计、工艺技术及使用性能试验的进步，传统的金属材料得到快速发展，新的高性能金属材料开始被市场认可，如快速冷凝非晶和微晶材料、高比强和高比模的铝锂合金、有序金属间化合物及机械合金化合金、氧化物弥散强化合金、定向凝固柱晶和单晶合金等高温结构材料、金属基复合材料以及形状记忆合金、钕铁硼永磁合金、贮氢合金等新型功能金属材料，已分别在航空航天、能源、机电等各个领域获得了应用，并产生了可观的经济效益。
高端制造将带来关键材料和高端产品发展机遇。金属材料在国民经济中占据重要地位，2021年亿元以上商品交易市场金属材料类成交额超过 2 万亿元，根据中国工程院《面向2035的新材料强国战略研究》数据，2021 年中国钢铁、有色金属、稀土金属、特种不锈钢等百余种材料产量位居世界第一。但目前高端金属材料技术壁垒凸显，大型跨国公司以技术、专利等作为壁垒，在大多数高技术含量、高附加值的新材料产品中占据主导地位。制造业要迈向全球价值链高端，从制造大国转向制造强国，离不开高端关键材料技术及产业的突破，这给中国新材料产业的发展带来了新的历史机遇。随着高端制造领域不断发展，在国产高端金属材料有效产能尚未能满足下游应用市场需求的情况下，掌握关键材料技术和高端产品者将具备较强竞争力。
光伏、新能源车、储能、风电等高增速领域，以及火箭喷管、CT 球管、工业母机等高端制造领域的金属新材料具备长期发展空间。主要的金属材料包含永磁材料（钕铁硼永磁等）、软磁材料（合金软磁粉芯、非晶带材、纳米晶等）以及光伏钨丝、银包铜等其他金属材料。
金属新材料多以金属粉末为基础制备，金属粉末通常为小于1mm的金属颗粒的集合体。具体划分方法为：颗粒在 1000-50µm 为常规粉末；50-10µm 为细粉末；10-0.5µm为极细粉末；小于 0.5µm 为超细粉末；0.1-100nm 为纳米级粉末。每一个粉末颗粒可能是一个晶体，也可能由许多晶体所组成的，这取决于颗粒大小和制备方法。金属粉末制备工艺主要有雾化法、机械粉碎法、还原法、电解法、羰基法等。其中，电解法和还原法在工业上通常用于单质金属粉末的生产，对于合金粉末生产较少使用；羰基法通常用于高纯度金属粉末的生产；雾化法是目前粉末冶金工业中应用最广泛的工艺之一，也是金属增材制造合金粉末最主要的制备方法。
从主要企业的基本情况及业务布局来看，主要企业重视研发投入及股权激励，并且积极扩充产能，拓展新业务布局，在高端金属材料需求快速增长的情况下，未来增量空间可观。
2.磁材：钕铁硼需求具备成长性，稀土价格企稳利好经营利润释放
永磁材料又称硬磁材料，其特点是各向异性场高，矫顽力高，磁滞回线面积大，磁化到饱和需要的磁化场大，去掉外磁场后它仍能长期保持很强的磁性，常见的永磁材料包括金属永磁、铁氧体永磁以及钕铁硼永磁。
钕铁硼需求仍有持续释放的动力。稀土永磁在变频空调、节能电梯等领域已形成稳定的供应基数，在新能源汽车确定性较高及消费电子边际改善的情况下，以及风电、工业电机、工业机器人等前景可期的领域加持下，钕铁硼需求有望持续释放，我们预计2025年全球高性能钕铁硼磁材需求量将达到 22.4 万吨。
稀土价格有望维持较高景气度，利好中游利润释放。我国在稀土资源储备及产能供给上具备优势，特别是工信部多次强调“稀土要卖出稀的价格”，以及政策层面持续的整合预期下，镨钕产能的释放或趋于有序，预计 2023-2025 年国内配额年度同比增速维持15%。另外海外由于建设周期、开采成本及冶炼分离产能不足等因素影响，预计短期供给释放或有限。基于对于钕铁硼需求的预期，镨钕系供需有望长期维持紧平衡，镨钕价格有望维持较高景气度，而磁材企业一方面可以合理转移成本至下游，也可以通过技术的优化降低稀土用量从而赚取更多的差价。
主要公司产能规划可观，产品多为高性能钕铁硼磁材，应用于新能源车等增速较快领域。金力永磁、中科三环等传统钕铁硼磁材企业 2021-2025 年产能复合增速基本超过20%，同时上游企业也有一体化下游的预期，厦门钨业已形成规模产能，而广晟有色、盛和资源也规划有一定钕铁硼磁材产能，不过放量节奏仍需观察。头部磁材企业产品多为高性能钕铁硼磁材，在晶界渗透技术等核心技术上存在长期积淀，在新能源车、空调等对矫顽力要求较高的领域优势较为明显。
3.软磁材料：电子电路核心材料，光储车催生可观需求
软磁材料是磁性元件的重要原材料，磁性元件在电子电路起着变压、隔离、整流、变频、倒相、阻抗匹配、逆变、储能、滤波等作用，为各类电子、电气设备所必需，也是电源装置的核心元件之一。
软磁材料发展经历了四个发展阶段，依次为金属软磁、铁氧体软磁、非晶及纳米晶、金属软磁粉芯。由于软磁材料的作用趋同，主要作用均为控制和转换电能，而目前磁性元器件的发展趋势为高频化、小型化、高可靠性及磁集成，软磁材料或需满足在一定功率及电流频率下，达到磁损耗和成本的最优解。
3.1.合金软磁粉芯：广泛用于光伏及汽车电子，合金软磁粉芯持续放量
磁芯是电感元件的核心部件之一，合金软磁粉芯是指将符合性能指标的合金软磁粉采用绝缘包覆、压制、退火、浸润、喷涂等工艺技术所制成的磁芯。金属合金软磁粉是指含有铁、硅及其他多种金属或非金属元素的粉末，其成分、纯度、形貌等关键特性决定了磁芯的性能。
光伏逆变器：基数增加+组串式渗透率提升
逆变器为光伏发电系统中的核心设备，其中逆变电感及升压电感将带来软磁需求。光伏组件通过将太阳光照射下产成的直流电去除电流波动与电磁干扰后，汇流套件将交流电统一汇流后传输至逆变器，从而实现将直流电转变为交流电的逆变过程，最后并入电网或供负载使用。光伏逆变器的稳定性与安全性可直接影响光伏发电系统的运行与发电效率，同时逆变器寿命可影响光伏发电系统的使用周期，因此逆变器为光伏发电系统中的核心设备。光伏逆变器中 Boost 升压电感及滤波电感需要使用软磁材料。光伏逆变器的市场规模随着光伏市场的强劲增长而不断扩大，而光伏逆变器中，将光伏电池板发出的不稳定的直流电升压成稳定的直流电压的电路中，Boost 升压电感是其关键核心磁元件，其后将稳定的直流电压通过逆变电路转换成 50Hz 正弦波交流电，输入电网时，需要使用重要的大交流输出滤波电感。合金软磁粉芯是组串式逆变器的标配。传统集中式逆变器所处环境为低频、高功率应用场景，因此采用硅钢材料；而组串式逆变器相对高频、高功率应用场景，硅钢片难以满足频率需求，金属软磁粉芯是更好的选择，而微型逆变器功率较低，适合使用磁通密度偏低的铁氧体软磁材料。
据 TrendForce，预计 23、25 年国内光伏新增装机量依次达到130GW、237GW，2022-2025年复合增速达 39.7%，同时预计 23、25 年全球光伏新增装机量依次达到351GW、593GW，2022-2025 年复合增速达 43.7%。在此假设下，预计 23、25 年国内光伏领域合金软磁粉芯依次达到 32604、63022 吨，2022-2025 年复合增速达43.7%；23、25 年全球光伏领域合金软磁粉芯依次达到 87981、157699 吨，2022-2025 年复合增速达41.1%。
风光储一体化推进中，合金软磁粉芯开辟新战场
电池储能系统是由储能电池组、电池管理系统（BMS）、储能逆变器、升压变压器和就地监控系统及储能电站监控系统等设备组成。随着我国电力市场化程度的不断提高，储能产业在新电改的驱动下将迎来新一轮的发展契机。特别是由于储能产业的发展将有助于解决风电、光伏发电等可再生能源的发展难题，储能产业已成为我国新一轮的投资热点。作为储能产业的重要组成部分，储能电站也将随着储能产业的快速发展而不断发展。合金软磁粉芯制成的高频电感可用于储能电站的储能系统中，预计未来将伴随着储能电站的普及而得到更加广泛的应用。
在此上述光伏新增装机假设下，预计 23、25 年国内储能领域合金软磁粉芯依次达到6935、18223 吨，2022-2025 年复合增速达 72.3%；23、25 年全球储能领域合金软磁粉芯依次达到 18010、44587 吨，2022-2025 年复合增速达 70.2%。
新能源汽车及充电桩高增速，高压平台有望提升粉芯单耗
合金软磁粉芯制成的电感分别应用于 AC/DC 车载充电机和车载DC/DC变换器中PFC（功率因素校正）、BOOST（升压式变换器）、BUCK（降压式变换器）等电路模型。随着我国汽车保有量的快速增长，能源安全和环境污染问题日益突出，大力发展新能源汽车成为当前汽车产业发展的趋势，新能源汽车产业的快速发展推动电动汽车用电源变换器需求的持续增长。
合金软磁粉芯制成的高频 PFC 电感等应用于充电桩的充电器上，起储能、滤波作用。作为新能源汽车的能源供给装置，充电桩对新能源汽车产业而言是非常重要的设备。新能源汽车充电设施（充电桩）是新能源汽车产业链的重要组成部分，新能源汽车行业高速发展将大力推动充电桩相关产业的发展。
高压平台将提升合金软磁粉芯的单耗。800V 体系升级，中短期为了适配现存的400V充电桩，需加装 DC/DC 升压模块，独立升压模块需要额外的电感。而电感元件主要材料是由金属磁粉芯，软磁粉芯单车用量从原来 0.6kg 提升至约 2kg。在充电功率相同的情况下，800V高压快充架构下的高压线束直径更小，相应成本更低，电池的散热更少，热管理的难度相对也低一些，整体电池成本更优。鉴于 800V 高压平台可有效解决补能焦虑，目前大部分主机厂已进行了相关布局。2021 年比亚迪、吉利、长城、小鹏、零跑等相继发布了800V高压技术的布局规划，理想、蔚来等车企也在积极筹备相关技术。从量产时间看，各大车企基于800V高压技术方案的新车将在 2022 年之后陆续上市。
据中汽协等，预计 23、25 年国内新能源车产量依次达到900 万辆、1200 万辆，2022-2025年复合增速达 23.4%。预计 23、25 年全球新能源车产量依次达到1337 万辆、1970万辆，2022-2025 年复合增速达 13.8%。在此假设下，预计 23、25 年国内新能源车及充电领域合金软磁粉芯依次达到 15803、22905 吨，2022-2025 年复合增速达28.1%；23、25年全球新能源车及充电领域合金软磁粉芯依次达到 25473、40671 吨，2022-2025年复合增速达39.1%。
变频空调需求稳定增长
合金软磁粉芯应用于变频空调变频器上的高频板载 PFC 电感中，在变频空调输入整流电路中，起到电源输入功率因数的调节、抑制电网高次谐波的储能升压电感的作用。目前我国电网的电压为 220V、50Hz，在此环境下工作的空调被称为定频空调；而变频空调是指可根据环境温度，通过变频器改变压缩机供电频率，调节压缩机转速，进而通过压缩机转速的快慢调节制冷量，从而达到控制室内温度的目的的空调。与传统定频空调相比，变频空调具有快速制冷（制热）、节能、温度精准控制、电压适应范围宽等优点。因此，在国家大力鼓励发展节能环保产品的社会大背景下得到越来越广泛的应用。
预计 23、25 年国内变频空调产量依次达到 10945 万台、12692 万台，2022-2025年复合增速达 8.0%。预计 23、25 年全球变频空调产量依次达到 13378 万台、15910 万台，2022-2025年复合增速达 9.3%。在此假设下，预计 23、25 年国内变频空调领域合金软磁粉芯依次达到21889、25383 吨，2022-2025 年复合增速达 8.0%；23、25 年全球变频空调领域合金软磁粉芯依次达到 26756、31820 吨，2022-2025 年复合增速达9.3%。
UPS 电源市场需求维持高基数
合金软磁粉芯制成的 UPS 电感应用于高频 UPS 电源中，实现储能、滤波、稳压等功能。UPS 主要应用于单台计算机、计算机网络系统或其他电力电子设备，为其提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS实质是充当一台交流市电稳压器的功能，同时它还向机内电池充电。当市电中断时，UPS立即将机内电池的电能，通过逆变器转换为 220V 交流电，以使负载维持正常工作，并保护负载软硬件不受损坏。
据 SMM，预计 23、25 年国内 UPS 电源市场规模依次达到111.5 亿元、132.2 亿元，2022-2025年复合增速达 9.8%。预计 23、25 年全球 UPS 电源市场规模依次达到1043亿元、1150亿元，2022-2025 年复合增速达 5.0%。在此假设下，预计23、25 年国内UPS电源领域合金软磁粉芯依次达到 4956、5876 吨，2022-2025 年复合增速达9.8%；23、25年全球UPS电源领域合金软磁粉芯依次达到 46356、51107 吨，2022-2025 年复合增速达5.0%。
合金软磁粉芯需求旺盛，头部企业享有高增速
我们预计 2025 年全球、国内合金软磁粉芯需求分别达到32.59、13.54 万吨，2022-2025年复合增速依次为 29.8%、30.9%，其中光伏领域全球需求量25 年预计将达到15.77万吨，占总需求比例预计将从 2021 年 34.4%提升至 2025 年 48.4%。
3.2.非晶带材：配电变压器提效，非晶带材需求可观
非晶合金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。
政策支持节能变压器，非晶渗透率有望提升
国内配电变压器市场格局中呈现以硅钢变压器为主、非晶合金变压器为辅的结构。综合国家电网和南方电网的招标数据情况，2021 年国内非晶合金变压器的市场份额占比约为25%。其中，南方电网的非晶变压器招标采购占比更高，主要是由于南方电网主要覆盖广东、广西、贵州、海南、云南等地区，其所覆盖区域用电负荷和集中度相对偏低，非晶变压器节能降耗的作用更为明显。工信部、市场监管总局和国家能源局 2020 年 12 月联合印发的《配电变压器能效提升计划（2021-2023）》要求加快高效节能变压器推广应用，明确要求禁止未达标变压器接入电网，“自 2021 年 6 月起，新采购变压器应为高效节能变压器。到2023 年，高效节能变压器在网运行比例提高 10%，当年新增高效节能变压器占比达到75%以上；开展非晶合金等高效节能变压器用材料创新和技术升级，加强立体卷铁芯结构等高效节能变压器结构设计与加工工艺技术创新”。
非晶降低空载损耗，运营成本优势明显
非晶合金薄带的低矫顽力、高磁导率、高电阻率等特性使得材料更易于磁化和退磁，可显著降低电磁转换损耗，据云路股份公告，非晶变压器空载损耗较硅钢变压器降幅约为60%-80%，在轨道交通、数据中心等高可靠性用电、低负载率的运行场景下，节能优势更为显著。
需求快速提升，非晶带材放量可期
我们预计 2025 年非晶带材需求将达到 17.42 万吨，2022-2025 年年均复合增速为23.2%。其中 2025 年配电变压器带来的非晶带材需求将达到 13.37 万吨，由于政策层面节能变压器的要求以及非晶变压器在运营成本上的优势，我们预计配电变压器中非晶变压器的渗透率呈现快速提升的趋势，预计 2025 年国网、南网招标中非晶变压器的占比分别达到45%、65%。
另外轨道交通、数据中心、新能源发电等社会工程对于变压器的需求也有望维持较高增速，预计 2025 年社会工程对于非晶带材的需求将达到 2 万吨。非晶带材出口需求有望持续提升，假设年增速维持 15%，预计2025 年将达到2.1万吨，在电力需求较为旺盛的海外市场，如印度及东南亚等，非晶合金变压器的采购数量和市场份额整体呈现增长的趋势。
3.3.纳米晶：性能优良，或替代部分铁氧体市场
纳米晶材料的主要成分是铁、铜、硅、硼等，这些特定成分的合金，先利用急冷技术制造成为非晶态材料，再经过热处理使其产生晶粒尺寸为纳米级的结晶。纳米晶材料具有优异的磁性能，及优异的温度稳定性，特别是在 20kHz-50kHz 等频率使用时，可以取代铁氧体。我们假设纳米晶可以一定比例替代铁氧体，假设 2022-2025 年替代比例依次为1%、1.5%、2%、2.5%，预计 2023 年、2025 年全球纳米晶需求依次可以达到0.6、1.1 万吨。
4.钨丝&银包铜：光伏降本叠加技术升级，上游原料有望快速放量
4.1.钨丝：替代碳钢金刚线趋势确定性高，市场空间可观
金刚线主要用于硅片切割，钨丝金刚线指的是母线基体为钨丝的金刚线，被认为是碳钢金刚线的替代品。钨丝作为一种新型材质，在强度方面具有天然优势，目前国内量产的光伏用切割钨丝已做到 35μm 以下，并逐步向 30μm 研发。中短期来看，钨丝金刚线在替代碳钢金刚线上存在一定的成本优势。成本对比方面，由于出片量=硅棒长度/槽距（硅片厚度+金刚线线径+砂径），因此金刚线线径下降及硅片厚度减小将使得出片量增加，从而降低硅料损耗。
长期来看，由于光伏钨丝对前代碳钢丝产品具有显著性能优势，符合下游硅片加工薄片化、大片化的发展趋势。薄片化意味着碎片率上升，而相同切割工艺下，线径更细的钨丝在切割加工时对硅片的表面损伤更小，能够带来良品率上升。大尺寸化则对金刚线的切割能力、抗拉强度有更高要求，钨丝抗拉强度高、断线率低，能够跟随硅片大尺寸化的发展趋势。
空间测算：沿用合金软磁粉芯部分光伏装机量假设，另外预计23、25 年钨丝渗透率依次达到 15%、50%。在此假设下，预计 23、25 年全球钨丝市场规模依次达到14、91.8亿元，2022-2025 年复合增速达 319.2%。主要供应商包括中钨高新、厦门钨业及翔鹭股份。中钨高新：据公司公告，100 亿米光伏钨丝项目生产线已建成，目前处设备持续调整优化、产能逐步爬坡阶段，未来视情况扩产。厦门钨业：据公司公告，88 亿米细钨丝项目（其中45 亿米光伏用）已建成投产；新建200 亿米细钨丝项目已经基本建设完成；新增 600 亿米光伏用钨丝项目预计在2023年下半年建设完成。翔鹭股份：据公司公告，拟投资 7.66 亿元建设光伏用超细钨丝研发项目。
4.2.银包铜粉：HJT 放量在即，银包铜粉需求空间可观
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