电气电路核心控制材料，EV、绿色能源转型拉开需求大幕

EV/绿色能源需求爆发，电气金属软磁迎来快速迭代和放量。软磁材料在电气电路中起到功率传输（包含逆变、调压等）、信号处理等功能，下游广泛应用于新型节能变压器、新能源车、光伏、储能等领域。伴随新能源汽车、光伏风电等新领域需求爆发，软磁材料的需求场景快速增长；另一方面，高功率、小型化、低损耗、轻量化等性能要求提升，推动软磁材料快速迭代发展。目前已经形成：硅钢、坡莫合金（铁镍系）、软磁铁氧体、非晶薄带、纳米晶超薄带、磁粉芯等多品种、多规格的软磁金属产品。 材料、工艺、性能要求等共性内生因素决定了企业经营多横向延伸产品矩阵。高电阻率、高饱和磁密、高磁导为软磁材料的性能追求，配方及工艺方面拥有一定共性，企业方面多依赖材料设备及工艺优势延伸进行多种电气软磁金属生产经营：①材料方面：主要包括铁、硅、铝、镍等核心材料几乎应用于所有软磁材料中，采购供应链复用性较强；②工艺方面：粉末冶金、液态骤冷、热处理等工艺以及生产检测设备具备柔性通用性。 非晶带材：配电变压器节能降耗的优选材料。非晶配电变压器具备空载损耗低、运行节能等优点，受益于新版能效提升计划与能效标准的实施，以及轨道交通、风光发电等间歇式发用电场景增加，2021年国网配电变压器招标总量同比增长121.7%，非晶带材有望迎来需求拐点，预计2021-2025年非晶带材需求量将由7.4万吨提升至32.5万吨，CAGR达44.8%。 纳米晶超薄带：新能源车、消费电子领域中高频范围优选材料。纳米晶超薄带是制造电感、电子变压器、互感器等器件的优良材料，得益于高饱和磁密、高磁导率、高居里温度的性能优势，在中、高频应用场景对铁氧体形成替代，目前已在手机无线充电、新能源汽车电机等产品中实现应用。 预计2021-2025年需求量将由3.1万吨提升至4.3万吨，CAGR达10.3%。 磁粉芯：EV/绿能转型开拓新需求，总量及工艺快速进化。磁粉芯除了具备优良的磁性能外，粉末冶金工艺使得产品形态更加灵活，功率电感领域对铁氧体形成替代。伴随EV高电压平台&超快充技术应用推广，风光储一体化进程加速，磁粉芯成为最具成长性的软磁材料之一，预计2022-2025年磁粉芯需求量将由15.4万吨增长至25.2万吨，CAGR达17.7%。 投资建议：1）铂科新材：磁粉芯细分赛道龙头，雾化粉末技术壁垒深厚； 2）横店东磁：铁氧体龙头加码粉芯&器件布局；3）云路股份：非晶带材龙头，纳米晶、磁粉末加码高成长；4）龙磁科技：永磁铁氧体&软磁双轮驱动；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； 6）东睦股份：粉末冶金平台型企业，磁粉芯定调最优先发展级别。 风险提示：产能投产不及预期风险、行业竞争加剧风险、下游需求不及预期风险、技术路径变动风险等、需求空间测算误差风险。 重点标的 一、EV/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：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：（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、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：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 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” 衡量软磁材料性能的指标优劣主要指标包括：电阻率、磁导率、饱和磁感应强度、直流偏置特性等。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（ρ）：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（Bs，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：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 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），在此范围内，磁损耗以涡流损耗为主，涡流损耗与频率平方（f）成正比，电阻率（ρ）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 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，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 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-硅钢-非晶 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（10μΩ·cm），故仅适用于直流及低频领域。 -4 硅钢：相较低碳钢电阻率提升使得涡流损耗降低。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（50μΩ·cm），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：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。1989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（140μΩ·cm）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。 图表7：电力工业中软磁材料性能对比 电子及新能源行业：坡莫合金（铁镍）-铁氧体-纳米晶-磁粉芯 坡莫合金（铁镍系）：20世纪初，电话技术等弱电工程对软磁材料高磁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：具有最高的电阻率，高频射频（信号传输）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（10μΩ·cm），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：高饱和磁密、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：同样具备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备广阔市场空间。1920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。 图表8：电子工业中软磁材料性能对比 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，铁镍系软磁由于成本过高应用领域受限。1）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：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：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，因此应用领域相对受限。 图表9：软磁材料价格对比（万元/吨） 二、非晶：配电变压器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，且工艺流程较硅钢更短，成材率更高。非晶合金是采用10℃/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 图表11：非晶合金较硅钢电阻率与磁导率更高 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将带材剥离、负压抓取，最后完成自动化卷绕、包装等工序。 “高精度”控制是非晶带材生产的难题，喷带、结晶环节是工艺流程的核心。非晶合金薄带超快冷凝的生产工艺特点决定了其产品质量控制需要在极短的时间内完成，生产中采用一个高速旋转（＞30m/s）的冷却铜辊来实现，如此高的速度下实现带材抓取、卷绕就是一大难关；此外，将成千上万层的FeSiB非晶薄带叠在一起制作成配电变压器铁芯后，即使几微米的带厚差也会引起铁芯厚度几毫米甚至几厘米的偏差，厚度的“高精度”控制至关重要，因此，喷带、结晶环节是整个工艺流程的核心难点所在。例如，结晶器，在狭小的空间与极短时间需要极冷、缓冷、空冷三个温度控制环节，从而保证非晶带材一定的柔软性并不易碎片化，这需要大量的经验积累与极强设备精度要求。 图表12：非晶带材生产工艺流程 2.1.供给端：非晶带材竞争格局稳定集中 非晶带材市场竞争格局较为集中，CR3达74.4%。根据QYResearch，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