公司系一家从事微纳金属粉体新材料领域的生产企业,主要从事羰基铁粉、雾化合金粉及相关粉体深加工产品的研发、生产与销售,拥有行业领先的核心技术和系统完善的研究开发能力、综合技术服务能力,为下游多个行业提供重要基础原材料。
根据中国上市公司协会《上市公司行业统计分类指引》,公司所处行业为“制造业”中的“C33金属制品业”。根据《国民经济行业分类(GB/T4754-2017)》,公司所处行业为“C33金属制品业”中的“C3311金属结构制造”。
根据国家统计局于2018年11月颁布的《战略性新兴产业分类(2018)》,公司主要产品可归类为“3.1先进钢铁材料”-“3.1.11.1高温合金制造-3393*锻件及粉末冶金制品制造”、“3.1.12.6高品质不锈钢制品制造-3311*金属结构制造-不锈钢粉末及其粉末冶金制品”。根据国家发改委于2017年1月25日颁布的《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》,公司产品属于“6新材料产业”中的“新型金属功能材料”。
公司产品符合科技部公布的《国家高新技术产品目录》之“新材料”中的“金属材料”,具有“高纯金属材料,超细金属材料,金属纤维及微孔材料、特种粉末及粉末冶金制品”等特征,属于高新技术产品。
金属粉末是指尺寸小于1mm的金属颗粒群,包括单一金属粉末、合金粉末以及具有金属性质的某些难熔化合物粉末,是粉末冶金的主要原材料。在全球资源、能源日益紧张的情况下,各类高新技术产品向轻量化、小型化和多功能一体化的方向发展,微纳金属粉体材料在电子信息、机械制造、汽车制造、生物医用、国防军事等领域得到了广泛的应用,对材料的性能要求逐渐提高,进而推动了粉末制备技术的发展。
金属粉体类型众多,其中铁基粉体是金属粉体行业中最为重要的粉体品种。铁基粉体的制备方法主要包括还原工艺、雾化工艺、电解工艺和羰基工艺。
(1)还原铁粉生产是以轧钢过程中产生的氧化铁皮或高纯铁精矿粉作原料,固体碳(焦粉或低硫无烟煤)做还原剂,在隧道窑内经高温还原生成海绵铁,再经破碎、二次还原、粉饼破碎、筛分、合批等工序精制而成。还原铁粉为不规则海绵状、中低松装密度,纯度与压缩性一般,主要用于中低密度结构零件、含油轴承、焊接、金属切割等。还原铁粉的平均粒度一般在50微米及以上。
(2)雾化工艺是通过加热将废旧金属加热熔化成液态并调整成分至目标含量,后利用高压水流或气流击碎金属液流并形成固态金属粉体,再经过脱水干燥、还原退火、破碎、筛分、合批均质处理后得到的雾化铁粉。雾化铁粉形状不规则,纯度、松装密度和压缩性较高,品种丰富可生产预合金钢粉、中高密度结构零件、粉末锻造、焊条、冶金添加剂等。普通雾化铁粉的平均粒度一般在50微米及以上,使用高压工艺的超细雾化铁粉粒度可降低至10微米左右。
(3)电解铁粉是将粗铁预先制成厚板作为阳极,纯铁制成薄片作阴极,以硫酸和硫酸亚铁的混和液作为电解液。通电后,铁在阳极失去电子生成亚铁离子(Fe2+)向阴极移动,到达阴极后获得电子而在阴极析出纯铁(亦称电解铁)。电解铁粉形状如树枝的不规则状,粉末纯度高,有良好的压缩性和成形性,可用于超耐热刚、飞机零件或核能相关机械对高抗力钢、金刚石工具、稀土磁致伸缩合金,化学检验试剂等。电解铁粉的平均粒度一般在10-30微米之间。
(4)羰基物热离解工艺指以海绵铁、一氧化碳为主要原材料在高温高压反应下合成羰基铁Fe(CO)5,再用羰基络合物热分解工艺技术生产的微米级、亚微米级单质元素纯铁粉。羰基铁粉粒度细,纯度高,球形外观,洋葱层状微型结构,反应活性大,可用于磁性材料、粉末冶金及硬质合金材料、国防产品、医药、食品添加剂、汽油抗爆剂、化工催化剂等领域。羰基铁粉的平均粒度一般在3-5微米之间。
根据华经产业研究院相关研究结果,碳固还原法凭借成本低、效率高的优点,在2015-2020年中国铁基粉体市场占有率维持在40%-50%之间;雾化法以工序流程短,适合规模化生产以及压缩性能高等优点,2015-2020年中国铁基粉体市场占有率在45%及以上;而电解法由于耗电较多,生产规模小等缺点,成本较高,且与碳中和主张相背离,工艺已经逐渐淘汰。羰基铁粉是目前能够采用工业化技术生产的粒度较细、纯度较高、球形外观较好的铁粉,但由于工艺壁垒较高、生产过程控制难度大以及生产成本较高等缺点,2015-2020年间国内铁基铁粉在几种工艺生产的铁粉的市占率维持在1.5%-2.1%之间。
(1)下游应用场景不断丰富,市场容量逐步扩大;超细粒度软磁粉体材料需求有望顺应高频、大功率场景需求,步入快速发展期
随着5G和物联网技术不断发展,AI技术的升级,汽车的电动化、智能化程度进一步提高,以羰基铁粉、超细雾化合金粉为基础制备的软磁粉体材料,制成的一体成型电感相对组装式电感有着小型化、轻量化、低功耗等优势,在笔记本电脑、服务器、汽车电子等电子电路环节中已得到广泛的应用,并处于持续高增速的时期。在消费品方面,用于装饰外观的粉末成型件已证明其工艺的先进性和经济性,同时用于折叠屏手机铰链等高性能需求已给粉末的市场应用带来了新的增量空间。未来,预计随着粉体供应商与下游应用的不断深入合作开发,产品序列的不断扩充,粉体产品的市场容量空间有望得到进一步提升。
粉末冶金工业的进步提升雾化金属粉末的需求。随着粉末冶金工艺技术的提升,粉末冶金件在机械性能、致密性等关键指标上逐步提升,机械性能已超越铸件逐渐接近锻件,可为传统零部件的制造提供更丰富的工艺路线选择,扩展粉末冶金零部件的应用范围,带来新的发展机会。此外,随着国内汽车工业尤其是新能源汽车的快速发展,将极大地促进汽车零部件的国产化或本土化生产,为国内汽车粉末冶金零部件产业提供良好的发展机遇。
新能源产业的快速发展带来新的市场机会。清洁、环保、低碳、高效的新形态能源应用包括新能源发电、新能源汽车、快速充电需求等,带来了从发电、输配电、储电、节电各个环节中能量变换上的高效率、高功密度的应用新需求,对大功率能量转换装置提出了新的技术要求。实践证明,羰基铁粉制备的金属软磁材料通过生产工艺的改进,是能够满足下游市场要求的理想材料之一。随着新能源汽车的普及、大规模充电桩的铺设,快速大功率充电将成为消费需求的新趋势,这将促进用于电感元件的金属软磁材料需求持续快速增长,进一步提升软磁材料的应用规模。随着第三代半导体的普及,电子电路工作场景向高频化发展的趋势日趋明显,公司拳头技术对应的10微米及以下的超细粉末有望因功耗的优势,相对目前主流的30-50微米级粗粉有望取更高的市场增速。
羰基铁粉是采用羰基气相冶金技术生产的超纯超细、高球形度的粉末,雾化法是利用高速流体直接击碎液体金属或合金而制得金属粉末的方法。不同应用领域对粉体材料粒径、纯度等综合性能要求不同。如高比重合金要求采用活性较大的铁粉作为烧结中的液相,形成较为连续的粘结相,抑制脆性相的产生,从而获得高致密度或全致密的高性能产品。注射成型工艺中对最大粉末填装量要求较高,进而对粉末的松装密度要求很高;作为食品添加剂要求羰基铁粉纯度高、粒度细等;应用于电子元器件要求粉末制备工艺先进,粉末径度须在亚微米级以上,甚至是纳米级;用于制备羰基铁包云母粉、铁包玻璃珠、铁包玻璃纤维等新型复合吸波涂料,则要求材料具有较高的磁导率、良好的耐腐蚀性和抗氧化性等,对粉体材料粒径大小、结构及其表面组分要求不同。
随着粉体材料应用领域的不断开发,要求生产企业不断加强技术创新,丰富产品种类,改善产品粒径,提高差异化、精细化产品的生产能力。
从目前市场应用看,羰基法生产的铁粉具有高选择性,制得的粉末较细、纯度较高,应用范围广泛,但由于技术工艺难度大、生产成本高,一定程度上限制了其大规模市场应用的推广,目前主要应用于如电感用羰基铁软磁粉末等高附加值、高精端产品领域。根据中投产业研究院发布的研究报告,2020年我国钢铁粉末市场总销量为67.9万吨,铁基类粉末冶金零部件产品产量为16.46万吨,而同期我国羰基铁粉销量仅1.19万吨,羰基铁粉销量占钢铁粉末市场总销量的比重不到2%,具备较大的增长空间。随着技术的不断创新和生产工艺的不断改善,产品性能逐步提升的同时,羰基铁粉生产成本将逐步下降。羰基铁粉性能的提升将丰富产品的应用范围,成本的下降可为下游制造尤其是粉末冶金制造提供更多的材料选择空间,助推羰基铁粉产品扩大应用规模、提高在钢铁粉末市场的市占率。随着羰基铁粉在粉末冶金、国防、新能源等领域对电解等工艺技术生产的粉体材料的替代,羰基铁粉行业将迎来更大的市场机会。
除羰基铁粉等细分产品领域外,雾化合金粉等金属粉末行业总体呈现分散化的供给格局,多家企业聚集,各自的市占率均较低。近年来,在国家环境保护与安全生产政策日趋严格,上游原材料价格大幅波动,人力、运营成本刚性上涨等多重因素影响下,新材料行业竞争程度不断加剧,综合竞争力较弱的中小企业不断退出,而拥有品牌、规模、客户、渠道和资金等优势的头部企业将占领更多市场份额,未来集中度提升、优胜劣汰、强者更强的趋势仍将延续。
相对于传统铸造、锻造、冲压等金属加工工艺,3D打印技术具备快速制造、对复杂结构友好、可高度个性化定制等鲜明优点,却因成本较高等原因长期局限于航空航天、医疗等高端但规模较小的应用领域中。根据Wohlers Associates报告,2022年3D打印全球市场规模已达180亿美元,3D打印金属粉末平均采购单价从312元/kg下降至近年来的188元/kg,设备核心零部件成本也有所下降。随着相关装备与材料国产化程度加快,3D打印技术成本显著下降。在应用端,荣耀、苹果等头部企业积极推动3D打印制造的批量生产,在头部客户与设备厂商的闭环推动下,技术迭代显著加快,有望实现3D打印在工业产品的批量突破。随着成本下降、效率提升,3D打印应用将加速进入1到N阶段,未来有望在汽车、模具、消费电子、机器人等领域持续提升应用范围的广度与深度,工业级需求有望全面爆发,将为金属粉体市场带来新的成长曲线、行业主要门槛
公司制粉工艺主要包括羰化工艺及水雾化、气雾化工艺,对应的产品分别是羰基铁粉、雾化合金粉等超细金属粉末,公司产品的优势粒径集中分布在1-30微米,均属于细粉。细粉主要技术门槛在于工艺流程的控制、材料的配比、下游应用研究、以及安全生产监管。其中,羰基铁粉的技术壁垒主要为对球形度、均匀度、细度的控制工艺及安全监管门槛,需具备工艺控制技术以及多年运营经验积累;雾化合金粉采用的是纯物理法,生产制程和扩产周期较短,生产设备均为标准定制通用型设备。
工艺流程控制方面,羰基铁粉的生产需要符合热力学和动力学条件,以实现对粉末的球形度、纯度、细度、电磁性能等方面的控制。一方面要通过调整生产工艺参数来控制粉末粒度、颗粒结构、化学成分和制取温度等因素,另一方面又要根据客户的个性化需求,对生产工艺进行必要的调整。因此,生产羰基铁粉的工艺流程较复杂,一次性投资较高,技术难度较大,需具备较高的工艺控制技术以及多年运营的经验积累。
材料配比方面,粉末冶金产品的材料配比,往往是多种金属材料配方制备成的单质或合金粉体配上多组分高分子材料。材料的配比直接关系到下游产品成型后的各项机械、功能性能。材料中金属及高分子的成份如同“黑盒子”,需经过大量的实验数据、经验积累结合理论支撑优化确定,对制粉公司的实验研发和生产管理能力提出了较高的要求。
下游应用研究方面,下游客户在不断提出新兴的性能要求,迅速匹配客户需求在短时间内开发出相应新组分,是公司持续保持竞争优势的基础保障。为应对下游客户不断变化的需求,制粉公司需对“如何用好粉”进行广泛深度的钻研,甚至需要提供“交钥匙工程”的工艺指导。