非晶合金带材报告

非晶合金带材
一非晶合金带材介绍
在日常生活中人们接触的材料一般有两种：一种是晶态材料，另一种是非晶态材料。

所谓晶态材料，是指材料内部的原子排列遵循一定的规律。

反之，内部原子排列处于无规则状态，则为非晶态材料，一般的金属，其内部原子排列有序，都属于晶态材料。

科学家发现，金属在熔化后，内部原子处于活跃状态。

一但金属开始冷却，原子就会随着温度的下降，而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来，形成晶体。

如果冷却过程很快，原子还来不及重新排列就被凝固住了，由此就产生了非晶态合金，制备非晶态合金采用的正是一种快速凝固的工艺。

将处于熔融状态的高温钢水喷射到高速旋转的冷却辊上。

钢水以每秒百万度的速度迅速冷却，仅用千分之一秒的时间就将1300℃的钢水降到200℃以下，形成非晶带材。

根据带材的宽度可分为窄带非晶带材（100mm 以下），宽带非晶带材（140mm以上）。

性能方面具有最高的饱和磁感应强度，高导磁率、低矫顽力、低损耗、低激磁电流和良好的度稳定性和时效稳定性。

带材均匀、稳定性高、柔韧性好，不易断，具有较高的填充系数。

图1 非晶合金带材
1.非晶带材分类
(1)铁基非晶合金，主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。

它们的特点是磁性强（饱和磁感应强度可达1.4T～1.7T）、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能优于硅钢片，价格便宜，最适合替代硅钢片，特别是铁损低（为取向硅钢片的1/3～1/5），代替硅钢做配电变压器可降低铁损60%～70%。

铁基非晶合金的带材厚度为0.03毫米左右，广泛应用于中低频变压器的铁心（一般在10千赫兹以下），例如配电变压器、中频变压器、大功率电感、电抗器等。

(2)铁镍基非晶合金，主要由铁、镍、硅、硼、磷等组成，它们的磁性比较弱（饱和磁感应强度大约为1T以下），价格较贵，但磁导率比较高，可以代替硅钢片或者坡莫合金，用作高要求的中低频变压器铁心，例如漏电开关互感器。

(3)钴基非晶合金，由钴和硅、硼等组成，有时为了获得某些特殊的性能还添加其它元素，由于含钴，它们价格很贵，磁性较弱（饱和磁感应强度一般在1T以下），但磁导率极高，一般用在要求严格的军工电源中的变压器、电感等，替代坡
莫合金和铁氧体。

2. 非晶带材的应用领域
(1)电力电子技术领域：大功率中、高频变压器；逆变电源变压器；大功率开关电源变压器。

(2)通讯技术：程控交换机电源；数据交换接口部件；脉冲变压器；UPS电源滤波和存储电源、功率因素校正扼流圈、标准扼流圈。

(3)抗电磁干扰部件：交流电源；可控硅；EMI差模；共模电感；输出滤波电感。

(4)开关电源：磁饱和电抗器；磁放大器；尖峰抑制器；扼流圈。

(5)传感器：电流电压互感器；零序电流互感器；漏电开关互感器；防盗感应标签。

但就目前而言，非晶带材主要还是应用于替代变压器铁芯材料（硅钢、铁氧体），属于新一代变压器铁芯。

变压器按频率可分为频率工频（50hz或60hz）,中频（60hz至20khz）, 高频（20khz以上），对应的应用主要有开关电源变压器（大中小功率的主变压器、控制变压器、滤波电感、储能电感、电抗器、磁放大器和饱和电抗器铁芯、电感铁芯、isdn微型隔离变压器铁芯、互感器铁芯）、航空变压器、铁路控制系统变压器、机械零件淬火设备变压器、激光电源变压器。

窄带非晶带材主要应用在中频和高频电源变压器等产品上，这
部分市场空间有限，保持常规增长。

宽带非晶带材主要应用在输变电变压器领域，特别是配电变压器的应用。

二非晶合金带材国内外主要厂商及产能
目前全世界从事非晶材料生产的只有两家公司：中国安泰科技和日本日立金属公司。

日立金属是在2003年购买了美国AlliedSignal公司50%的权益后而进入非晶合金业务这一领域的。

2006年底，日立金属已经把非晶产能从原来的约３万吨扩展到了６万吨，这使日立金属在这个领域处于绝对垄断的地位。

日立金属美国工厂的产能为2.2万吨，在日本本土新建的3万吨项目投产后，目前的总产能约为5.2万吨。

日立金属非晶带材主要出口至中国，其余产品供给至印度、美国以及日本等其他国家。

总体上，日立金属5.2万吨的产能完全释放后，供给中国市场的非晶合金带材约2.0万吨～2.5万吨。

近两年我国非晶、超微晶合金生产技术发展很快，带材宽度在50mm以下带材生产技术已经成熟，国内有几十家厂家可以生产。

但宽度在50mm以上到100mm的只有1-2家可生产。

而应用于非晶合金变压器铁芯的，宽度在142mm- 170mm-213mm宽度的非晶合金带材，目前国内其它尚无厂家可以生产，主要依赖从日本、美国进口,因此饱受日商的价格歧视。

不过，从2007年开始，我国非晶合金带材研发、生产的技术领军企业---北京安泰科技公司的宽带生产技术
已经取得突破性进展。

142mm宽型带材已经开发试验成功，目前还在进行规模化工业生产试验。

该公司非晶产业的发展主要由国家非晶微晶合金工程技术研究中心（简称国家非晶中心）提供技术支持,这是国家科委1995年12月批准建立的国家级中心,目前属于安泰科技公司的研发部门,技术能力强。

安泰科技从事非晶材料的研制已经有20年时间，由于非晶材料长期以来比硅钢贵，而中国政府对节能技术一直没有政策支持，非晶材料在节能变压器应用方面一直没有大面积推广，安泰科技非晶带材1000吨生产线主要用于电子产品方面，但自2005年以来，随着政府对能源问题的重视及硅钢的大幅度涨价导致非晶非晶变压器在价格上更具比价优势，非晶带材的需求量大幅上升，安泰科技在现有非晶带材产能3000吨的基础上计划扩产到4万吨，以替代进口，满足国内旺盛需求。

万吨级项目将于今年第三季度热试,并于第四季度量产,三万吨项目的建设将于今年年底完成。

2008、2009、2010年,安泰非晶合金带材的产量分别为3000吨、2万吨、4万吨,整个4万吨的项目于2010年全面量产。

表1：全球非晶带材产能情况（单位：吨）
国内其它小型的非晶材料的厂家有一些，但时间普遍很
短，投资规模相对较小，技术力量较弱，仅能生产50mm以下产品，产能大多在100吨以下带材的水平，而且只能生产50mm以下应用于小型电感材料的铁芯，根本没有能力生产宽带材应用于变压器的品种。

国内缺少技术领先、生产成规模的非晶母合金、非晶带材、尤其是宽带材生产企业以及非晶产品应用生产基地。

三非晶合金带材的市场分析
目前非晶带材的最大用途就是加工成铁芯用于变压器，非晶合金变压器的市场容量直接决定了非晶带材的需求空间。

非晶合金变压器的市场容量取决于变压器市场的宏观增长。

1．宏观市场环境分析
“十一五”期间，政府明确提出加大电网投资力度，促进电网电源协调发展的电网规划。

该规划以高压主干网建设、城市电网改造和特高压电网建设为重点，将新增以330 千伏以上尤其是500千伏等级的电网建设，对全国大中城市的电网线路进行建设和改造，以推进特高压电网示范工程为重点，全面启动特高压电网的建设。

到 2010 年基本实现华北、华中电网形成联系较为紧密、交换能力明显增强的同步电网，西北电网初步形成750千伏主网架，东北、华北、华中、华东形成500 千伏主网架，北京、上海等大城市500千
伏变电站深入市区，大部分重点城市220千伏变电站深入市中心区的目标。

按照规划中所涉及到的工程，国家电网公司和南方电网公司电网投资总额约为12000 亿元左右，年均投资额2400 亿元左右，未来5 年电网投资年均增速将达到20%。

2007 年一季度，国家电网公司在最新的“十一五”电网规划调整报告中，将原来的8586亿元调增至11300 亿元，增加幅度为31.60%。

变压器是电网配电的重要设备，主要包括运行在主干电网的输电变压器和运行在终端的配电变压器两部分。

目前，变压器产品按电压分为高端变压器、220-500 千伏变压器、110-200 千伏变压器以及小于110 千伏的变压器。

随着我国电力行业的迅速发展，变压器制造业发展迅速。

2005年我国变压器行业实现工业总产值和销售收入分别为857.45亿元、821.90 亿元，2006 年我国变压器行业工业总产值和销售收分别达到1249.13 亿元、1168.99亿元，分别同比增长45.68%和42.23%，发展势头迅猛。

2.非晶合金变压器
(1)市场需求
非晶合金变压器节能效果明显，比传统硅钢片铁心变压器的空载损耗低75%左右，空载电流下降约80%，是目前非
常理想的低损耗节能变压器。

由于非晶合金变压器的损耗低、发热少、温升低，故运行性能非常稳定，使用寿命长。

它对输电系统无特殊要求，无论是电力使用高峰或是低估它都可以连续节能，对长期处于负荷低时段或季节的城市电网和农村电网节能降耗尤为重要。

我国电网线路损耗率为6%左右，虽有所下降，但仍然远远高于日本的3.89%，电力行业节能减排的任务十分艰巨。

针对配电变压器如何降损，国际能源署提出了两种方案：
①改善变压器设计，包括选择低损耗的钢材，增加铁芯尺寸以降低流量密度，调整铜、铁比例等；
②建议采用非晶合金变压器，因为即使跟最好设计状态的传统变压器相比，也可以在空载状态下至少节能70%。

我国年均生产配电变压器约2.4亿kVA。

“十一五”期间，随我国城市及农村电网改造投资力度的加大，配电变压器的需求量仍有望保持10%-15%的增长。

以此速度推算，至2010年，有10%的配电变压器改用非晶材料，我国对非晶变压器的年需求量将高达3800万kVA，对非晶合金带材的需求量高达7万吨以上，非晶合金变压器的推广前景乐观。

除去节能减排本身的需求以外，使用非晶合金变压器还能提高企业的经济效益。

非晶合金变压器的总拥有成本(TOC)低于型变压器10%。

据有关专家的测算,非晶合金变压器与9
型变压器的价格比接近1.3:1后,价差能够在10年内收回,从第11年起,可享受非晶变压器的超低损耗所带来的收益。

随着非晶变压器生产规模的扩大和电价的上涨,非晶变压器将获得更低的TOC值。

(2)生产状况
由于非晶合金带材的硬度几乎为硅钢的5倍，传统变压器企业用来切割硅钢片的设备无法切割非晶合金带材，要想生产非晶合金变压器，必须向专业生产非晶合金铁芯的企业购买铁心。

过去国内只有置信电气一家有着稳定供货渠道的企业能够拿到带材（置信电气是国内最早与世界上惟一大规模生产非晶合金带材的企业--美国联信（AlliedSignal）公司（以下简称“联信”）签订供货协议的企业），并具备生产非晶合金铁芯的工艺和设备。

由于非晶铁心来源短缺，且当时硅钢价格较低，非晶合金变压器市场竞争力不够，大多数配电变压器企业搁置了生产非晶合金变压器的计划。

但是，07年2月，北京中机联供非晶科技发展有限公司（以下简称“中机联供”）的非晶合金变压器铁芯生产基地一期工程正式投产，使得置信电气一家垄断的非晶合金铁心市场格局被打破。

目前，除置信电气以外，我国其它知名变压器生产企业，如顺特电气、江苏华鹏、特变电工、杭州钱江电器集团等均
掌握了非晶合金变压器的生产技术，并有40多个厂家拥有非晶配电变压器生产许可证，其中8家制造厂的年产量在千台以上。

一旦市场容量扩大、铁芯供应增加，以上变压器企业能较容易地要扩大非晶合金变压器产能。

由此看来，非晶配电变压器及铁芯的制造工艺技术，不是制约我国非晶配电变压器发展的关键因素，而非晶态合金带材产量的严重不足才是影响非晶配电变压器推广应用的关键。

四、非合金带材所面临的问题
1.竞争壁垒
非晶带材的应用领域很广泛，就其现有的主要应用领域--变压器来说，由于硅钢价格的持续上涨及政府政策对非晶合金变压器应用的鼓励与支持，非晶带材未来的需求十分旺盛，但就目前而言非晶带材的市场供应却远远不足，对于非晶材料行业讲，新进入者及业内企业主要面临以下两个方面的发展壁垒：
(1) 技术壁垒
非晶带材的研制过程中需要解决非晶材料的材料稳定性、时效稳定性、磁冲击稳定性及机械稳定性。

日立金属公司通过收购独家垄断非晶带材生产技术的美国AlliedSignal公司而进入该行业，业内及新进入者采取类似
方式进入该领域的可能性微乎其微。

而中国的安泰科技非晶产业的技术来源是国家非晶微晶合金工程技术研究中心，且该中心目前属于安泰科技公司的研发部门，从事非晶材料的研制已有20年的历史，新进入者很难再通过和有实力的研发部门合作研发技术的方式进入，即使这种方式可行，从研发到量产的过程也是漫长的。

目前，国产非晶合金带材只有142mm一种宽度规格，而进口材料具有142mm、170mm、213mm三种宽度规格。

随着变压器用户技术的提高，要求原材料厂家能提供更多宽度品质的非晶合金带材，这些都需要非晶合金原材料厂家对产品质量、规格进一步提高，尽快开发出能满足下游企业更多要求的产品并尽早实现量产。

(2) 规模壁垒
即使新进公司掌握了非晶带材的生产技术，但真正落实到生产工艺方面还需要长时间的探索与研发才能大规模地量产。

如安泰科技在非晶带材生产工艺方面用了大量时间，从实验室到100 吨产能用了十多年，从100 吨到1000吨用了4～5 年。

同样大规模生产非晶带材有利于产品质量的稳定与替身，即材料一致性跟生产规模和生产设备的容量有关。

一台500公斤产量的设备和50公斤产量设备比较，同样生产500公斤带材，大容量的产品在成分、磁性能的一致性要好于小容量的。

所以生产规模大、生产设备容量大对一
致性有利，小规模生产非晶带材达不到规模经济，产品质量与生产成本都处于劣势。

2.原材料供应
非晶合金带材含铁78%～81%、含硼13.5%、含硅3.5%～8%，另外还含微量的镍和钴等金属元素。

原材料的供应，铁、硅不是问题，未来有可能成为瓶颈的是硼。

近年来，我国对硼的需求正在快速增长，进口速度不断加快。

预计到2010年缺口将增至74.05万吨。

我国硼资源主要集中在辽宁、吉林、青海、西藏四省（区），探明储量4670万吨，辽宁探明储量2677万吨，占全国的57％。

辽宁基本垄断了我国的硼铁供应。

虽然国内硼比较紧缺，但我认为由于非晶合金带材本身需求的硼并不多，按预计到2010年我国非晶带材需求量达到7万吨，则硼原料的需求也不到2万吨，需求量并不大，硼紧缺对非晶合金价格及产量影响应该不大，并且非晶合金带材生产企业还可与硼生产企业签订合作协议，规避硼资源的紧缺。

目前,国内从事非晶软磁合金材料生产的单位约20多家,其中安泰科技股份有限公司（原钢铁研究总院部分转制上市）是国内非晶材料研究开发力量最强、产业规模最大的单位，也是上述国家科技攻关项目的主要承担单位。

安泰科技2005年超微晶材料的产量约1500吨，产值约1.2亿元，占国内市场份额的60％。

目前，公司千吨级非晶带材生产线成功喷出了220毫米宽带材，标志着我国在非晶材料的研究和生产达到了国际先进水平(美国为217毫米)。

2007年公司向非晶合金项目投入2.17亿元，形成新增年产能1万吨。

2008年公司将继续扩产，最终于2010年实现10万吨的年产能，有望成为引领我国非晶合金产业发展的龙头。

国内其他从事非晶材料研发和生产的企业规模都不大，产能大多在100吨带材水平，个别达到500吨带材水平。

其中大部分没有母合金生产能力或技术水平不过关，不具备超微带材的生产能力。

真正掌握全部生产技术的目前不过两三家，但技术水平和产品质量与安泰存在差距。