钨丝替代高碳钢丝做金刚线母线前景几何？ 9年前，一场金刚线替代传统砂浆线的技术革命，让光伏发电的成本...
9年前，一场金刚线替代传统砂浆线的技术革命，让光伏发电的成本大幅下降；9年后，一场钨丝替代碳钢丝制作金刚线母线的尝试已然开始。
作者：孙凌伟
责编：海宇
2014年4月30日，彼时的光伏市场“小弟”，单晶硅的坚定捍卫者隆基股份发布年报。年报数据显示，隆基股份实现主营业务收入22.80亿元，同比增长33.49%。主营业务增长的同时，单晶硅片业务的毛利率却创下了11.97%的历史最低点。个中原委，与隆基股份在该年大规模引入金刚线切割技术有关。
一根很重要的“细线”
所谓金刚线，是“金刚石切割线”的简称，即通过一定的方法，将莫氏硬度为10的金刚石微粉颗粒以一定的分布密度均匀地固结于高强度钢线基体上形成的一种切割线，主要应用于半导体、蓝宝石及磁性材料等硬脆材料的切割。在光伏领域，金刚线主要用于硅棒截断、硅锭开方及硅片切割，其切割性能直接影响硅片质量及组件光电转换性能。
在隆基股份大规模采用该项技术之前，光伏硅材料传统切割方式为砂浆切割，该工艺是以钢线为基体，将莫氏硬度为9.5的碳化硅作为切割刃料，钢线在高速运动中代工切割液和碳化硅混合的砂浆进行摩擦，利用碳化硅的研磨作用达到切割效果。据业内人士结算，采用该技术切割，一吨硅棒大概要消耗300公斤的钢线、300公斤碳化硅、300公斤聚乙二醇，而如果改成金刚线切割，只需要40公斤金刚线。
与砂浆切割相比，金刚线切割在效率上能提升50%，每片切割成本可减少0.5元—0.8元。此外，由于金刚线采用的类似“磨”的切割原理，也让砂浆切割状态下已无法“锯”得更细的钢线，能切出的片数更多。片数增加后，意味着每一片的损耗也少，由此也可以大大节省硅料。
除了切割的硅片数量更多，传统的砂浆切割方式需要用到切割液、碳化硅等辅料，且有大量砂浆需要回收处理；而金刚线工艺无需砂浆，只需要水或水基冷却液，辅料成本低且环保。
金刚线的大规模应用
优势如此明显，为何当时的光伏企业没人选择？
这是因为当时的金刚线切割技术仅掌握在少数日本厂商手中，并且起初并未应用于光伏行业，这让国内从金刚线到切割液、切割机均处于空白状态，也导致金刚线切割的成本极高。
按照隆基股份创始人之一的钟宝申当时的测算，采用金刚线技术切割的硅片，每片亏损0.6—0.7元。这也让隆基股份的切割量产从2012年底到2013年年中曾持续亏损了数千万元。所幸这种亏损只持续了6个月左右，从2014年开始，随着金刚线切割技术的日趋成熟，金刚线的价格开始直线下降。据了解，2014年之前一米金刚线的价格大概在0.4—0.5美元之间，而2014年—2016年，金刚线的销售均价已分别下降为477.93元/km、368.14元/km、283.67元/km。凭借着巨大的成本优势，隆基很快扭亏为盈并在此后数年一直保持着超高速的增幅。而那段顶着巨大压力上新的岁月，至今仍被很多人铭记和津津乐道。
巨大的成本降幅，让越来越多的企业开始采用该技术。根据CPIA的数据，2017年，金刚线切割在多晶硅片切割领域的渗透率还只有33％。到了2018年，这一数据已经达到了95％，而单晶硅片切割领域的渗透率已经达到了100％；年2020，金刚线已完成了对传统技术的全部替代。
金刚线切割技术的推广，不仅带动了光伏发电成本的大幅下降，也让金刚线切割这条赛道诞生了美畅股份、高测股份、上机数控、宇晶股份、岱勒新材、东尼电子、三超新材、新三板精选层连城数控等7家上市公司。
再迎高潮的金刚线
在一众企业的你追我赶之下，金刚线产能狂飙，价格急降，特别是“光伏5·31”巨震之后，价格下降幅度超过了60%。大环境影响之下，岱勒新材2019年出现亏损，东尼电子2019年对计提了1.81亿元的减值准备后逐步剥离了金刚线业务，三超新材则接近盈亏平衡点。
看似一片黯淡的金刚线市场，没想到在年2020迎来了光明。随着“30·60”目标的确定，光伏产业重新驶上了快车道。根据国家能源局数据，21年20国内光伏装机量53GW，同比增长9.96%，逼近2017年历史装机高位。中国光伏行业协会预计，在国内光伏发电项目储备的推动下，2022年光伏新增装机可增至75GW以上。
旺盛的下游需求同样驱动了上游产业的景气度高涨。据业内机构测算，硅片切割需求量占金刚线总需求量的比例超过90%，若156.75/158.75/166/182/210硅片单片功率提升0.5%，金刚线消耗量分别为1.50/1.60/1.8/2.4/2.8米/片，线损分别为20%/20%/20%/28%/28%，预计2025年光伏硅片切割用的金刚线需求为18309万千米，2020-2025年CAGR为26.3%。
部分金刚线企业透露，2022年以来金刚线市场需求旺盛，春节期间产能甚至翻了两三倍。某上市公司负责人对外表示，今年 1月金刚线的实际发货量已经超过80万千米，考虑春节因素，2月排产约在80万千米，3月排产超过100万千米，来自大客户的订单饱满。
钨丝做金刚线母线拉开序幕
需求旺盛的领域，总少不了资本的身影。
2月初，厦门钨业下属公司厦门虹鹭钨钼工业有限公司发布公告称，拟投资8.42亿元，在厦门虹鹭天翔厂区投资建设600亿米光伏用钨丝产线项目，进一步扩大细钨丝在非照明领域的运用，有利于公司快速占领光伏用金刚线母线的应用市场。
公开资料显示，厦门虹鹭钨钼工业有限公司是一家成立于1992年的中韩合资国有控股企业，是上市公司厦门钨业股份有限公司的核心成员，国家高新技术企业之一，拥有国内钨钼加工行业首家企业博士后工作站，与中科院金属研究所联合成立了稀有金属加工实验室，是国内首家实现钨丝出口的企业，世界三大钨丝制造商之一。
厦门钨业之后，中钨高新材料股份有限公司董事会在3月初也审议通过了建设年产100亿米高强度细钨丝生产线的决议。该项目建设期约9个月，建成后可加快光伏产业的切割用丝替代。
公开资料显示，中钨高新材料股份有限公司是在深圳证券交易所上市的高技术制造企业，是世界500强企业中国五矿集团有限公司旗下专业发展钨产业的企业。公司前身为海南金海股份有限公司，1996年12月在深圳证券交易所挂牌上市，2000年6月更名为中钨高新材料股份有限公司，股票简称“中钨高新”，股票代码000657。公司管理资产规模超190亿元，境外机构遍及美国、德国、法国、印度、韩国等地，产品销往世界70多个国家和地区。
钨丝替代成本问题需解决
两大钨业巨头，为何会有发力金刚线领域的动作，这和金刚线的一大特点，或者说一大缺陷有关。
从化工的角度来看，影响金刚线质量的因素主要有母线性能、母线纯度和生产工艺。目前，钻石线大多使用高碳钢丝作为母线（基体材料）。高碳钢丝因具有高强度、大硬度、良好切削性能、高的弹性极限和疲劳极限的优点，不过它夹杂的氧化铝，会降低成品的切割能力与效率。另外，在生产过程中，高碳钢丝镀层很容易发生破损情况，而且破损位置还会发生电化学反应产生铁的氧化物，进而降低钻石线的质量。更为关键的一点，以高碳钢丝作为母线的金刚线在直径小于45微米后，破断力较低，无法再往更细加工。
而近两年下游的光伏切片逐渐大尺寸化、薄片化，对金刚线的切割能力提出了更高的要求，金刚线正朝着细线化趋势发展，线径从过去主流的60-65微米降低至如今的50微米以下。
与高碳钢丝相比，钨丝具有强度高、耐磨、可加工性好、抗疲劳性好等特点。用钨丝做金刚线母线，一是寿命更长。例如在单晶硅生产中，用高碳钢丝制作的丝绳使用寿命只有2-4次，而用钨丝制作的丝绳可以达到40次以上；二是直径更细。高碳钢丝最细约为42微米，而钨丝目前可以达到35微米，符合硅片的薄片化趋势；三是节约成本。更细的直径、更久的寿命带来材料直接成本的下降；四是效率更高。单一时间区间内切割次数更高，良品率更高。
根据行业预测，2030年国内硅片产量将达到300-400GW，钨丝潜在需求有望达到1500亿米以上，市场前景极为广阔。两大企业宣布用钨丝代替高碳钢丝做金刚线的母线，也正是考虑了这方面的需求。
不过，使用钨丝做金刚线母线虽然能在很大程度上解决细线化的问题，能提升成品的综合性能，但是想要全面取代高碳钢丝，其需要解决的核心问题仍是成本。据了解，目前钨丝的价格是高碳钢丝的4-5倍左右，严重压缩生产企业的盈利空间，能否解决这一问题，仍需要后续市场验证。
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