民生机械周报：钨丝替代碳钢的经济性分析

本周关注：三一重工、天地科技、先导智能、应流股份 本周核心观点：近期在原材料成本回落、疫情修复的背景下，机械板块超跌个股均有回升。我们认为短期修复后，疫情长期影响仍值得关注。因此我们更看好具备长期优势的龙头个股，以自身α抵御行业波动。看好检测、工程机械板块。 硅片大尺寸化叠加薄片化背景下，金刚线细线化大势所趋。金刚线加工切片，是在钢线表面电镀金刚石钻石颗粒，采用高速正反向切割的方式，在硅体表面两面磨削式切割，得到的硅片能满足表面线痕小于15μm，TTV至小于40μm的加工方式。目前来看，硅片大尺寸化趋于稳定，随着电池片技术的快速发展，薄片化趋势也将加速。为配合大尺寸化以及薄片化，金刚线向着高品质、低成本以及细线化的方向发展。同时，金刚线切割硅片耗材整体遵循三个普遍规律：1）线耗量与硅片横截面积成正比，即同样线径的金刚线，切割大尺寸硅片对应线耗会更多；2）线耗量与金刚线线径成反比，即切割同样尺寸大小的硅片，金刚线线径越细，对应的线耗会增加；3）线耗量与硅片厚度成反比，即使用相同线径的金刚线切割同样大小的硅片，硅片不断减薄，则对应线耗也会有所增加。我们根据以上规律以及美畅股份提供的金刚线（碳钢）切割数据，假设同样切割182尺寸硅片，我们推算金刚线线径每减少1μm，则对应线耗增加0.3米/片；硅片每减薄5μm，则对应线耗增加0.3米/片。 金刚线细线化趋势：不可逆。关于硅片情况，我们假设同样使用一根长650mm的硅棒，切割182尺寸的硅片，参考目前182硅片价格（6.7元/片），则由于金刚线细线化带来多切片的价值提升最多可达2897.7元。关于金刚线情况，我们假设碳钢市场价格38元/公里，由于薄片化和细线化同时会增加金刚线的消耗，由此我们推算金刚线成本的增加最多可达398.2元。综合多切片带来的价值提升以及金刚线耗材的增加，金刚线切割的综合效益最高可达到2499.5元。 此外，根据模型测算，我们认为在细线化技术允许范围内，金刚线线径越细，带来的综合效益就更高；同时，即便未来硅片（硅料）价格回调，也不会改变细线化的发展趋势。 钨丝替代碳钢：未来可期。钨丝母线替代碳钢母线的可行性不仅是技术可行，更是要求具备替换经济性。同样采用650mm的硅棒切割182硅片（160μm厚度）为例，我们认为：1）在当前钨丝母线（50元/公里）及硅片价格（6.7元/片）水平下，钨丝母线能做到29μm及以下则具备相对优势；2）假设钨丝母线价格维持在目前水平50元/公里，则硅片价格为6.4元/片时，30μm的钨丝金刚线具备替换35μm碳钢金刚线的可行性。同时，硅片价格越高或者钨丝目前越细，则替代产生的经济性就越高。3）假设硅片（硅料）价格继续维持高位，则钨丝替代碳钢母线价格的临界点随着钨丝线径的变化而有所差异。 投资建议：建议关注金刚线供应商美畅股份、高测股份、恒星科技等。 风险提示：数据假设与实际存在差异风险，技术路径不确定，国内疫情反复。 1上周组合表现 上周关注组合:晶盛机电、国茂股份、四方达、苏试试验。截至2022年6月10日，周区间涨跌幅-5.42%，同期机械设备申万指数涨跌幅-0.96%，同比跑输设备指数。从2021年11月21日组合开始至今，累计收益率-25.37%，跑输沪深300指数11.76pct，跑输申万机械指数2.97 Ct 。 2金刚线缘何走向细线化？ 2.1硅片的技术迭代：大尺寸化+薄片化 2011年-2018年硅片尺寸一直保持156mm及156.75mm两种尺寸，为获得更高组件功率以降低单位成本，2018年以来硅片尺寸迭代速度加快，逐渐呈现大尺寸化特点。大尺寸化的硅片将大幅度提高电池片和组件制造环节的生产效率，基于光伏大硅片平台上叠瓦组件技术，优势发挥更加明显。目前市场上主流硅片以182及210尺寸为主。 图1：硅片技术发展路径 硅片薄片化降本优势显著，同时伴随着电池片技术的迭代及发展，薄片化趋势或加速。2021年第四季度以来，市场上210硅片厚度基本为170μm、182硅片厚度基本为165μm；到2022年，大尺寸硅片厚度大部分为160μm，甚至部分领先企业开始尝试使用155/150μm甚至更薄的硅片切割。P型电池的硅片薄片化存在一定的临界点，硅片过薄可能会影响电池片发电，160μm以下是否可持续薄片化仍有待验证；但是N型电池尤其是异质结电池技术，出于降本需要，薄片化的需求更为迫切。根据中环股份的测算，硅片每减薄10μm，则原材料成本可对应下降约2.5%。 图2：硅片厚度发展趋势（单位：μm） 图3：异质结电池对称结构 2.2金刚线发展方向：高品质、低成本以及细线化 为配合硅片大尺寸化以及薄片化的发展趋势，金刚线要求向着高品质、低成本以及细线化的方向优化。1）在品质控制方面，要求金刚线具备高密度、高耐磨以及高圆度的特性。高品质的金刚线能实现更快速切割的同时减少断线率。金刚线生产企业可通过调整参数，包括金刚线直径、出刃率、出刃高度等，以实现高品质的金刚线生产。2）在成本控制方面，金刚线产能逐渐增加，金刚线价格也将随之降低。金刚线企业可通过加强技术研发等方式不断降低成本，保持市场竞争力。3）在细线化方面，细线化已然成为金刚线切割技术发展的大趋势。切割母线及金刚线直径与硅片切割质量及切削损耗量相关。较小的母线、金刚线母线直径有利于降低切削损耗和生产成本等，同时提升硅片切割表面稳定性等。本文也将重点就金刚线细线化的发展趋势以及近期市场关注的钨丝母线替代碳钢的话题展开研究分析。 图4：2020-2030年金刚线直径变化趋势（μm） 图5：金刚线历史价格走势及环比（元/km，%） 3金刚线的细线化不可逆 整体看，金刚线切割硅片的单位耗量遵循以下三个普遍规律：1）线耗量与硅片横截面积成正比，即同样线径的金刚线，切割大尺寸硅片对应线耗会更多；2）线耗量与金刚线线径成反比，即切割同样尺寸大小的硅片，金刚线线径越细，由于金刚线张力减弱，则对应线耗会增加；3）线耗量与硅片厚度成反比，即使用相同线径的金刚线切割同样大小的硅片，硅片越薄，则对应线耗也会有所增加。 1、关于硅片切割的金刚线线耗：我们根据以上规律以及美畅股份提供的金刚线（碳钢）切割数据，假设同样切割182尺寸的硅片，金刚线线径每减少1μm，则对应线耗增加0.3米/片； 硅片每减薄5μm，则对应线耗增加0.3米/片（由于各家的金刚线产品以及切割工艺存在一定的差异，以上测算数据仅为代表性数据，基本趋势相同）。 表1：182硅片线耗（米/片） 2、关于单根硅棒的出片数：假设切割的硅棒长度为650mm，金刚线切割硅片的成品率为93%；此外，关于磨料损耗和刀缝损失，整体的硅耗是金刚线线径的1.5倍。由此我们推算出在不同的硅片厚度及线径情况下，单根硅棒可出片量约为2628~3061片： 表2：单根硅棒切片数量（片） 随着金刚线细线化，单根硅棒对应的金刚线消耗虽然有所增加，但同时多切片带来增益也同时提升。因此，作为硅片企业，在综合评估金刚线细线化以及硅片薄片化时，需要权衡金刚线成本增加以及多切片带来的经济效益。出于简化考虑，我们以线径40μm切割170μm厚度的硅片为基准情形，假设182硅片统一市场价6.7元/片。由此，我们推算单根硅片多切片带来的经济效益最多为2897.7元： 3、关于单根硅棒多切片带来的价值提升： 表3：单根硅棒多切片带来的价值提升（元） 4、关于单根硅棒多切片带来的成本增加： 假设金刚线（碳钢）对应的成本约为38元/公里（其中碳钢母线对应8元/公里，其他成本约为30元/公里），同样，以线径40μm切割170μm厚度的硅片为基准情形。由此，我们推算单根硅棒由于多切片带来的成本增加最多为398.2元： 表4：单根硅棒多切片带来的金刚线成本增加（元） 5、金刚线细线化下的综合效益： 综上，我们得出关于金刚线切割的综合效益=多切片带来的价值提升-多切片带来的金刚线成本增加，在假设范围区间，最高可达到2499.5元。 表5：金刚线细线化+硅片薄片化带来综合效益（元） 根据上述测算，我们认为：1）在金刚线细线化技术允许的前提下，由于细线化带来的综合效益更高，硅片企业愿意使用更细的金刚线切割。同时，由于变化趋势相同，倘若未来硅料随着产能释放，价格有所回调，细线化的趋势也同样是不可逆的。2）薄片化意义：薄片化不仅能为电池片企业降低硅的材料成本，同时对于硅片企业而言，多切片也能为公司带来额外的经济效益，甚至提升公司在硅片行业的市占率。 4钨丝替代碳钢：未来可期 近期市场关注热点在于钨丝母线替代碳钢母线的可行性，我们认为分析可行性不仅是分析钨丝技术本身的成熟度同时也是分析钨丝替代碳钢母线的经济性。本章节将主要就钨丝替代碳钢母线的经济性做重点研究。 按照相同的测算方式，计算钨丝金刚线线耗、多切片带来的经济效益以及多切片导致钨丝金刚线成本的增加，综合比较不同情形下的切割经济性。 在钨丝金刚线线耗方面，钨丝虽然细线化程度更高，但是随着细线化程度不断提高，金刚线磨损程度与金刚石微粉的耐磨性更相关，因此，细线化对应的消耗不会有显著的变化。由此，我们假设34μm及以下的钨丝金刚线，线径每减少1μm，则单片切割的金刚线耗材增加0.1米。 同时，为了简化分析，我们采用650mm的长度的硅棒，切割160μm厚度的硅片为例，对应比较35μm的碳钢金刚线与29~34μm钨丝金刚线的切割经济性。 我们假设当前钨丝价格约为50元/公里，由于钨丝母线和碳钢母线制作成金刚线的难度基本差异不大，由此我们推算钨丝加工到金刚线对应的其他成本（不含母线）同样为30元/公里，则钨丝金刚线对应价格为80元/公里。 表6：钨丝替代碳钢的经济性分析 根据测算，在当前钨丝母线以及硅片价格水平下，当钨丝母线线径做到29μm时，钨丝替代具备相对优势，同时，钨丝母线线径越细，则对应的综合经济性就越高。 情形一：假设钨丝维持在目前水平=50元/公里，测算硅片价格的临界值： 表7：钨丝=50元/公里，硅片=6.4元/片 假设钨丝母线价格继续维持目前高位=50元/公里，则1）当硅片价格为6.4元/片，35μm的碳钢金刚线切割160μm厚度硅片的综合效益与30μm的钨丝金刚线切割相当；2）当硅片价格低于6.4元/片，则钨丝替代经济性相对减弱；3）当硅片价格高于6.4元/片，则钨丝替代经济性进一步增强。 或者说，硅料价格越高，则多切片的经济性越高，钨丝替代的经济性越强。但是，钨丝具备替代性对于钨丝线径也有对应要求。按照我们的测算，倘若钨丝母线无法达到29μm的水平，金刚线企业将传统碳钢替换为钨丝的动力也相对较弱。 情形二：假设硅料价格继续维持高位（硅片价格=6.7元/片），我们测算钨丝替代钢丝具备经济性的临界点： 图6：钨丝替代钢丝的综合效益分析 根据测算，倘若钨丝母线价格能降低到16元/公里，钨丝线径达到34μm情形下，钨丝对应的综合效益为1200元，高于碳钢对应的综合效益1198.5元，即钨丝替代具备经济性。倘若钨丝线径能进一步降低，则钨丝替代碳钢的优势更为明显。以此类推。 根据本图，我们同时还得出以下结论： 1）钨丝替代碳钢的可行性通常需要综合考虑①钨丝线径、②硅片（硅料）价格、③钨丝母线价格等多方面因素判断； 2）由于当前钨丝母线价格在50元/公里左右的水平，假设切割160μm厚度的硅片，硅片企业至少要选择29~30μm线径的钨丝金刚线，钨丝替代碳钢才具备经济性； 3）假设同样切割160μm厚度的硅片，倘若特定线径下的钨丝母线，价格达到钨丝替代碳钢的临界点后，线径越细，则对硅片企业产生的综合效益仍有提升空间，或者说，硅片企业钨丝母线的价格承受度也越高。例如，在目前钨丝母线（50元/公里）和硅片价格（6.7元/片）的基础上，钨丝线径做到29~30μm恰好在替代的临界点，倘若钨丝母线技术进一步突破，可实现29μm及以下的尺寸，则硅片企业还会接受一定程度的溢价。 5风险提示 1）数据假设与实际存在差异风险：本次预计参考数据较多，可能存在