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新能源汽车用电工钢供需现状及未来

2024-06-176

转自公众号：冶金管理杂志
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近年来，随着节能减排进程不断加速，电工钢成为国家高质量发展和人类低碳绿色生活不可或缺的原材料产品之一。作为电能产生、转换、传输、使用等领域的关键材料，新能源汽车用高牌号无取向电工钢能够提高能效、降低损耗，助力国家节能减排，以及绿色低碳发展水平的提升。在简要概述电工钢分类与性能特点基础上，总结了我国电工钢生产概况，详细分析了新能源汽车用高牌号无取向电工钢供需状况，并对未来需求进行展望。

一、电工钢概述

电工钢亦称硅钢，是一种含硅量0.5%～4.5%的碳硅铁合金材料。铁的磁导率比空气的磁导率高几千到几万倍，铁中加入硅后可以进一步提高铁的最大磁导率，在磁化时产生更强的磁场，同时降低损耗，提高电能的生成、传输与使用效率，因此以硅和铁为主要组成元素生产的电工钢具有导磁率高、矫顽力低、电阻系数大等优异特性，主要作为铁芯材料被广泛应用于电力、电子、航空航天、军事工业等行业。

（一）电工钢分类

电工钢按生产工艺不同可以分为热轧和冷轧两种，随着技术的发展，热轧电工钢已基本被冷轧电工钢取代。冷轧电工钢按照晶粒排列方式和晶体取向聚集程度，分为无取向电工钢和取向电工钢。取向电工钢的晶粒在轧制方向朝向一致，在此方向上具有优异的磁感应强度，适用于静止器领域，如各种类型的变压器。无取向电工钢内部的晶粒朝向各不相同，尽管在轧制方向上的磁感强度弱于取向电工钢，但在各个方向上都具有良好的磁感强度，适用于转动器领域，如工业电机、新能源汽车驱动电机、各类家电的电机等。

根据磁感强度的大小，取向电工钢可进一步划分为高磁感取向电工钢（Hi-B）和一般取向电工钢（CGO），磁感强度小于1.88T 的取向电工钢称为一般取向电工钢（CGO），大于或等于1.88T的取向电工钢称为高磁感取向电工钢（Hi-B）。一般高磁感取向电工钢的铁损性能更低，用作变压器铁芯时，能够减少能量变换过程中的损失。按照铁损性能，无取向电工钢可分为高牌号无取向电工钢和中低牌号无取向电工钢，一般铁损 P1.5/50小于或等于4.00W/kg（对应牌号400及以下）的为高牌号无取向电工钢，其余为中低牌号无取向电工钢。

（二）性能特点

电工钢特别是取向电工钢的制造工艺和设备复杂，成分控制严格，制造工序长，而且影响性能因素多，因此取向电工钢产品质量通常作为衡量一个国家特殊钢制造技术水平的重要标志。

铁芯损耗和磁感应强度是电工钢两大性能要求，同时具有生产流程长、关键工艺控制点多，工艺控制精度高，产品认证周期长等特点。

生产工艺流程长：以取向电工钢为例，从高炉炼铁开始，经过冶炼、轧制及多道深加工流程最终制成成品，较普通冷轧产品，增加脱碳退火、高温退火、热拉伸平整、激光刻痕等后续深加工工序。

关键工艺控制点多：总计多达600多项工艺关键控制点，并且所有控制点必须全部达标，才能生产出合格的产品。

工艺控制精度高：以钢水成分控制精度为例，某种主要成分含量需控制在±7ppm（百万分之七）范围内，检测精度、检测时间、工艺控制、原料质量控制需较长时间的磨合与优化。再如，电机制造需要将约500片电工钢进行叠片，并高速旋转（15000～20000转/分钟），如果尺寸精度控制达不到要求，电机性能和安全将受到影响。

产品认证周期长：以新能源汽车行业为例，要满足头部汽车企业对高牌号无取向电工钢产品的要求，从新建产线到产品通过认证至少需要6～10年时间。

二、我国电工钢生产情况

我国是全球电工钢生产及消费大国，2022年产量占全球总产量的74.99%。截至2023年，我国共有电工钢生产企业46家，其中无取向电工钢27家、取向电工钢26家（含具备生产无取向和取向电工钢企业7家）。电工钢产能约1667万吨，其中无取向电工钢1371万吨，同比增长8.81%；取向电工钢296万吨，同比增长41.62%。

2023年，我国共生产电工钢1527.52万吨，其中无取向电工钢1204.07万吨，同比增长8.13%；取向电工钢265.02万吨，同比增长22.13%（见图1）。

图1 近年中国电工钢产量（万吨）

随着节能减排、“双碳”战略、新能效升级标准等的推进与实施，以及光电、风电等新能源快速发展，下游行业对高端、高效、高牌号电工钢需求呈快速增长态势。以高牌号无取向电工钢和高磁感取向电工钢为代表的高端电工钢具有提高能效、降低损耗等特点，能够助力国家节能减排，以及绿色低碳发展水平的提升，我国电工钢产品结构不断优化，高端电工钢占比不断提升。2023年，我国高牌号无取向电工钢产量369.94万吨，占无取向电工钢产量的31.21%，占电工钢总产量的25%；高磁感取向电工钢156.90万吨，占取向电工钢产量的59%，占电工钢总产量的11%（见图2）。

图2 2023年中国电工钢产品结构

三、新能源汽车用电工钢

（一）新能源汽车发展概况

在绿色低碳大背景下，新能源汽车逐渐成为国家重点鼓励发展的行业，是我国七大战略性新兴产业之一，国家先后出台一系列产业政策支持、鼓励、引导新能源汽车及其供应链行业的健康发展，尤其支持技术壁垒更高的零部件的国产化替代。根据2020年11月2日国务院印发的《新能源汽车产业发展规划（2021-2035 年）》，到2025年，新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右；到2035年，我国新能源汽车核心技术达到国际先进水平，纯电动汽车成为新销售车辆的主流，公共领域用车全面电动化。

2016年以来，中国新能源汽车产量连续9年位居全球第一，2023年产销量分别完成958.7万辆和949.5万辆，同比分别增长35.8%和37.9%（见图3）。其中，新能源商用车产销占商用车总产销的11.5%和11.1%，新能源乘用车产销占乘用车总产销的34.9%和34.7%。从驱动形式来看，纯电动汽车销售668.5万辆，同比增长24.6%；插电式混合动力汽车销量280.4万辆，同比增长84.7%；燃料电池汽车销售0.6万辆，同比增长72%。

图3 近年中国新能源汽车销量及同比增速

截至2023年底，我国新能源汽车市场占有率达到31.6%，高于上年同期5.9个百分点；新能源汽车保有量为2041万辆，占汽车保有量比重为6.1%，较2022年底提升2个百分点。

从全球范围来看，中国新能源汽车优势明显，产销量继续大幅超越欧洲和北美洲的销量。数据显示，2023年全球新能源汽车销量1428万台，占汽车总销量的22%，其中，中国新能源汽车销量占比达到63%。同时，2023年中国新能源汽车渗透率为31.7%，德国、英国和法国分别为24.6%、25.5%和25.9%，美国则仅为9.4%（见表1）。

表1 主要国家2022-2023年新能源汽车渗透率

国家	2022年汽车总销量/万台	新能源汽车渗透率	2023年汽车总销量/万台	新能源汽车渗透率
中国	2658	25.9%	3009	31.6%
美国	1435	7.0%	1581	9.4%
德国	265	30.6%	284	24.6%
英国	189	21.0%	190	25.0%
法国	153	21.9%	184	25.9%

（二）电工钢要求与用量

1.性能要求

新能源汽车的动力系统由电池、电机以及其他电控部件组成。其中，驱动电机是实现整车电能向机械能转换的关键。无取向电工钢作为驱动电机定转子铁芯的核心材料，对电机性能有着重要影响。当前，应用于新能源汽车驱动电机的电工钢材料全部为高牌号无取向电工钢，且需要具备高磁感、低铁损、高强度三大性能要求。

高磁感：新能源汽车在启动和爬坡时，驱动电机转速较慢，要求电工钢具有较高的磁感应强度，使电机具有较高转矩密度，以此提供足够的拉力，因此要求所用无取向电工钢具有高磁感。

低铁损：当新能源汽车高速运行时，驱动电机转速较快，磁场频率增高，能量损失以铁损为主，为减少能量损耗，需要电工钢材料具有较低的铁损。

高强度：新能源汽车电机高速运转时，巨大的离心力和狭小的定转子间隙对电工钢机械性能提出较高要求，需要具有较高的屈服强度和抗拉强度。

驱动电机用无取向电工钢产品工艺流程长、工艺窗口窄、生产难度大，加之汽车企业对于原材料认证周期长，全球有能力稳定大批量生产新能源汽车用无取向电工钢的企业屈指可数，国内仅有宝钢、首钢具备全流程生产工艺。从全球范围来看，只有浦项钢铁、日本制铁和JFE钢铁株式会社具备新能源汽车用无取向电工钢供应能力，三家海外钢铁企业也在积极投资布局以提升高牌号无取向电工钢的产能。

2.用量现状及展望

一般情况下，一台高级电动乘用车所需电机马达约300个，其中牵引电机（发动机）所用定、转子消耗电工钢为50～100kg，商用车所用定、转子消耗电工钢为100～200kg。其中，纯电动乘用车单车所需电工钢量为60kg，插电混动乘用车单车所需电工钢量为57kg，纯电动商用车单车所需电工钢量为220kg。近年新能源汽车用电工钢需求量约占无取向电工钢需求总量的8%。

展望未来，在绿色低碳趋势以及技术迭代进步等多方因素推动下，中国新能源汽车在2025年将接近1500万辆，2030年则将达到2000万辆，带动新能源汽车用无取向电工钢继续增加，2025年将突破100万吨，2030年则将达到152万吨（见图4）。同时，在技术进步、市场及消费者需求升级的共同作用下，新能源汽车将继续朝着更强动力、更高效（增加续驶里程）、更节能、更安全方向发展。这就要求驱动电机具备更高功率/转矩密度、更高能效、更高可靠性、更低噪声，新能源汽车用电工钢也将因此向着更低铁损、更高磁感、更高屈服强度及更薄厚度方向发展。

图4我国新能源汽车用电工钢现状及未来预估（万吨）

四、结语

整体来看，在绿色低碳发展趋势下，未来我国新能源汽车渗透率将进一步上升，带动新能源汽车用高牌号无取向电工钢持续增加，2025年将突破100万吨，2030年则将达到152万吨。同时，新能源汽车驱动电机对电工钢性能要求不断提升，将向着更低铁损、更高磁感、更高屈服强度及更薄厚度方向发展。另外，国家新能效升级将进一步提高家用电器、大型电机、中小型电机的能效水平，进而带动高牌号无取向电工钢需求，2025年我国高牌号无取向电工钢将增加至500万吨左右，2030年则有望达到860万吨，占无取向电工钢需求总量的比重将分别上升至46%和57%。

陈瑜冶金工业经

作者 | 胡艳平

来源 | 《冶金管理》

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