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深耕稀土永磁中科三环:产品种类丰富高性能钕铁硼持续升级

  北京中科三环高技术股份有限公司由北京三环新材料高技术公司创立于1999年 7 月 23 日,隶属于中国科学院。2000年 4 月 20 日,中科三环在中国深圳证券交易所挂牌上市。

  公司延续了三环公司的主营业务,从事磁性材料及其应用产品研发、生产和销售。公司专注钕铁硼磁性材料二十余年,主要产品为烧结钕铁硼和粘结钕铁硼。

  公司是国内产量和销售收入最大的钕铁硼永磁材料生产企业;同时也是全球最大的稀土永磁材料生产企业。

  股东之一的特瑞达斯(美国)公司是中科三环国外销售代理之一。公司董事钟慧静同时担任台全金属股份有限公司董事、副总经理,其父亲钟双麟是台全金属股份有限公司的实际控制人。

  股东公司特瑞达斯和台全金属同时也是中科三环的客户,2021年中向2企业的销售金额占同类交易金额的比例分别是1.28% 和 3.34%。

  中科三环控股 5 家烧结钕铁硼永磁体生产企业:宁波科宁达、天津三环乐喜(台全金属持股 28.58%、美国台全公司持股 5.42%)、北京三环瓦克华(与德国真空熔炼合资)、肇庆三环京粤、赣州三环(与南方稀土合资)。

  日立金属拥有的烧结钕铁硼专利超过 600 项,中科三环获有日立金属钕铁硼专利许可,其专利产品通过北京中科三环国际贸易公司以“SANMAG(R)”商标远销世界各地,多次被国际知名企业评选为“最佳供应商”。中科三环下属的上海三环(与日本精工爱普生合资)生产粘结钕铁硼永磁体,是全球最大的计算机 HDD 用粘结磁体供应商;天津三环奥纳科技有限公司生产非晶软磁带材。

  江苏海天金宁三环电子有限公司是中科三环与南京金宁电子和中钢天源合资创立,主要生产软磁铁氧体,其中南京金宁电子生产的“金宁牌”软磁铁氧体产品在业内创造许多“第一”,是国内磁芯唯一的国优金奖、唯一用于卫星上太空的磁芯产品等,产品大量出口,是行业内的著名品牌。

  公司2021年烧结钕铁硼(毛坯)的产能为 2 万吨,产量为 1.7 万多吨。粘结钕铁硼磁体的产能为 1500 吨。

  公司2022年计划利用配股募集资金和自筹资金增加烧结钕铁硼产能 1 万吨左右,目前相关扩产项目正在按计划推进,预计宁波科宁达和天津基地在今年 3 季度会有产能投放,赣州基地在今年年底前后会建成投产。

  如果公司订单情况和市场需求情况都非常好,公司有能力在2024年底前后再扩产 2.1 万吨左右,总产能可达到 5 万吨左右。

  随着公司产能不断扩张,对稀土原材料的需求也急剧增长,稀土资源在生产成本中占比较高,原材料占公司磁材产品的生产成本约 60%左右,而稀土元素占原材料成本约 70%。

  2001年,中科三环公司、赣州虔东稀土金属冶炼有限公司和美国 MQI 公司三家出资组建了赣州科力稀土新材料有限公司。同年,中科三环参股的“江西南方稀土高技术股份有限公司”正式成立。上述公司主要生产稀土金属、稀土合金和稀土化合物,这加强且有力保证了公司的上游原材料供应能力。

  公司产品应用领域多样。公司主营业务是稀土永磁和新型磁性材料及其应用产品的研究开发,公司产品已广泛应用于传统汽车、新能源汽车、消费电子、节能电机、计算机、VCM 及其他工业电机等下游应用领域。

  钕铁硼永磁材料根据下游产品需求差异可以分为低成本和高性能两大类。低成本钕铁硼主要应用于磁吸附、磁选、电动自行车、箱包扣、门扣、玩具等领域,而高性能钕铁硼主要应用于高技术壁垒领域中各种型号的电机,在新能源汽车、变频家电、节能电梯和风力发电等领域应用前景广泛。

  公司预计2022年底将产能扩张至 3 万吨,且公司产品绝大多数应用于高端应用领域。公司磁材主要应用于新能源汽车牵引电机、EPS 电机、座椅调节电机等。

  每辆新能源汽车驱动电机上大约用稀土永磁 2.5 公斤,3MW 的风电电机上大约用稀土永磁 2吨。

  随着新能源产业的快速发展,公司下游产品结构中新能源汽车领域收入占比快速增加,2020 年 20%,2021年 29%,目前占比达到 35%。也因为下游消费的快速增长,公司产能利用率 2021年以来大幅提升到 80-90%。

  总营业收入中占比很小的电动自行车(不超 0.1%)是源于公司控股的南京大陆鸽高科技有限公司,大陆鸽公司经营范围是自行车及配件、电动船及配件、电气机械及器材、电子器件、电池、运动器械及配件、电动交通工具及配件、电动健身器材及配件、电机生产、销售与维修;生产电动自行车;

  电子电器及相关高科技产品的研制、开发、生产、销售等。中科三环为了进一步优化资源配置,实现高质量发展,中科三环于2022年 7 月 19 日拟通过产权交易所公开挂牌转让南京大陆鸽高科技有限公司 100%的股权。

  2016年到2020年,由于缺乏新的重大应用市场,行业内竞争加剧,市场竞争在不断加剧,公司收入增长减缓,净利润、毛利率和净利率开始逐年下滑。

  2021年度,公司通过积极开拓市场,尤其是国外市场,2021 年国外营业收入同比增长 85.79%,占比也从2020年的 45.88%增加至 55%。

  同时公司加强原材料集中采购,提升公司的管理水平和运营效率,使得公司订单大幅增加,从而使得公司2021年度营业收入以及归属于上市公司股东的净利润较上年同期增长较多,营业收入较2020年增长 53.60%,归母净利同比增长 208.44%,公司毛利率和净利率也分别由 2020年的 14.60%、3.37%相应增长至 16.16%、6.68%。

  公司一直把研发创新作为培育企业核心竞争力的基石,系统开发具有自主知识产权的新技术、新工艺、新装备和新产品,持续适应市场发展的需求,以此来推动公司综合实力达到世界先进水平。

  全球磁材龙头企业日立金属拥有的烧结钕铁硼专利超过 600 项,中科三环在获有日立金属钕铁硼专利许可的同时,截至 2020 年底,公司累计申请专利已达 590 余件,专利授权量 400 余件,其中授权的发明专利 170 余件。

  近年来,随着下游新能源汽车及风电领域的快速发展,对高性能钕铁硼永磁材料的需求显著增加,公司为满足高性能烧结钕铁硼产品的市场需求也不断的加大研发力度,研发人员和研发投入费用方面持续增加。

  公司拥有一支高素质的研发队伍,研究骨干源自中科院物理所磁学实验室,与中科院物理所具有深厚的渊源。

  公司董事长王震西先生是中国工程院院士、中国磁性材料专家,曾多年在中国科学院物理研究所磁学实验室从事微波铁氧体材料的研究工作并曾担任国家磁性功能材料工程中心主任。

  在赴法国国家科学研究中心奈尔磁学实验室访问期间从事非晶态稀土合金的磁性研究,并与法国科学家合作发现了名为“散磁性”的新型磁结构。

  1980 年代他又领导独立研制成功了钕铁硼磁性材料,多年来一直致力于稀土磁性材料的研究。

  公司执行董事长胡伯平先生曾任中科院物理研究所助理研究员,北京三环新材料高技术公司研究部主任、研究员、副总裁,本公司高级副总裁。

  独立董事沈保根先生是中国科学院院士、中国磁学和磁性材料专家,中国科学院物理研究所研究员。现任中国科学院磁学国家重点实验室主任,中国电子学会应用磁学分会主任,中国物理学会磁学专业委员会主任,长期从事磁学和磁性材料的研究工作。

  公司技术人才涵盖了金属材料、物理、化学、机械、电机、自动化等各个学科领域,形成了一支具有深厚的理论功底的研究团队和技术创新的中坚力量。

  公司多年深耕钕铁硼磁材领域,在长期的理论研究和生产实践基础上,公司掌握了系统的核心技术,广泛分布于烧结钕铁硼磁体生产的熔炼、制粉、压型、烧结、热处理、机加工和表面处理等各工序中,以及粘结钕铁硼磁体生产的快淬磁粉制备、磁粉-粘结剂混炼、压缩/注射/挤出成形、表面防护等关键环节,而且在磁路仿真设计、磁性材料优选以及充磁工装及磁化状态测量评估方面积累了丰富的经验,并根据保密级别,将部分技术申请专利保护。

  基于突出的研发实力,公司多次承担国家“高档稀土永磁钕铁硼产业化”、“高性能稀土永磁材料、制备工艺及产业化关键技术”和“新型耐高温、高矫顽力稀土永磁材料”等“863”重大科研项目,在国内钕铁硼理论研究和高档产品开发方面,一直处于领先地位,并得到高度认可,所获荣誉包括:国家科技进步一等奖(1988 年),国家 863 产业化基地(2000 年),国家认定企业技术中心(2006 年),国家科技进步二等奖(2008 年),北京市科技进步一等奖(2008 年),国家新政实施后的首批高新技术企业(2008 年)等。从技术层面来看,公司在研究开发与产业化推广水平方面基本与日本企业同步。

  公司在产品质量和档次方面均处于国内领先、国际先进的水平,在国际市场具有较强的影响力。

  公司是率先进入国际钕铁硼高端应用领域——VCM 的国内稀土永磁企业,打破了美、欧、日等企业在该领域的长期垄断。

  目前公司已经可以向市场提供具有高综合性能(最大磁能积(单位 MGOe)和内禀矫顽力(单位 kOe)之和大于 75)及高温稳定性(工作温度大于 200℃)的烧结钕铁硼产品。同时,公司目前可以提供压缩、注射、挤出和压延多种成型方式制备的粘结磁体以及密度和性能达到国际先进水平的高性能各向同性压缩粘结钕铁硼磁体。

  针对不同客户对产品的形状、尺寸要求往往差异很大这一现象,公司致力于提高机械精加工水平以保证磁体产品的一致性和稳定性。

  公司机械加工公差一般控制在 0.02-0.05 毫米之间,根据客户要求,公差可进一步缩小到 0.01 毫米,并且具备卓越的异型产品精加工能力。

  公司采用的新型切割加工技术,可提高加工精度和效率,降低磁体表面损伤,降低材料损耗。

  目前,公司正在逐步研究和推广单片压工艺,凭借该工艺,公司有望进一步强化产品精加工优势。

  各磁材公司一直尝试使用廉价的稀土 Ce 替代磁体中的 Nd 元素,以降低磁体的生产成本以及对 Nd 元素的依赖程度。

  近年来,随着烧结钕铁硼磁体总产量不断上涨,对稀土金属使用不平衡问题日益凸显,为解决高丰度稀土资源 Ce 的平衡利用和高质化利用问题,同时降低磁体制造成本,(Ce,Nd)-Fe-B 永磁材料成为行业热点。

  为了较大幅度降低磁体成本,向市场提供高性价比的稀土永磁产品,公司自 2013 年起就开始研究开发大比例添加高丰度稀土元素(铈、镧)的烧结钕铁硼磁体,近年来已在高丰度稀土磁体产业化方面取得了重要进展,研发出高丰度稀土磁体系列牌号产品,在应用方面突破了高丰度稀土磁体集中在磁吸附、磁选、电动自行车、箱包扣、门扣、玩具等领域应用的局限,将其扩展到声学器件、工业电机等更为严苛的应用领域,随着具有优异性能价格比的铈铁硼磁体在市场中的应用推广,将进一步提高企业的效益。

  公司一直深耕于高性能钕铁硼磁材行业,具有丰富且稳定的客户群体和市场优势。

  公司是国内最早从事钕铁硼磁性材料研究和生产的企业之一,多年来一直深耕于全球主要市场,目前公司已开拓出了庞大的客户群体,最终使用客户涵盖新能源汽车、消费电子、工业电机等各个领域内国际知名企业,公司产品得到了国内外客户的广泛认同。

  公司与主要客户合作稳定,多数客户与公司合作历史超过 5 年,部分客户与公司合作历史甚至超过 15 年,从市场角度,公司的产量、产能和市场地位始终处于领先地位。

  随着我国稀土产业整合政策的落实、开采总量控制措施和出口配额制度的逐步推进,稀土金属价格波动加剧,供应趋紧。

  2001年,公司参股江西南方高技术和赣州科力稀土两家稀土原料企业,使自己拥有稳定的稀土原料供应渠道;2010年,公司与五矿有色签署战略合作协议,五矿有色承诺,在最优惠市场价格条件下,优先向公司提供镨钕、镝铁等稀土金属,确保原材料的稳定供应;2018 年,公司全资子公司宁波科宁达工业与虔东稀土集团股份有限公司共同设立了虔宁特种合金。

  通过加强与上游企业的合作,使得公司与业内其他企业相比具有原材料供应优势,在稀土金属市场起伏振荡中,保证原材料供应的畅通。

  2020 年,新能源汽车、风电、变频空调、节能电梯四类需求占高性能钕铁硼消耗量的 64%,相比 2018 年的 39%,占比明显提升。

  新能源汽车是高性能钕铁硼消费的最大推动力:根据工信部《新能源汽车推广应用推荐车型目录》,近几年我国新能源乘用车车型配套永磁同步电机的比例从 2017 年的 85%提升到 2020 年的 96%。永磁同步电机在新能源汽车领域占据优势,稀土永磁产业链受益于新能源汽车市场的快速发展。

  一方面,新能源车产销量快速提升;另外,双电机和三电机占比增加,增加单车稀土永磁用量。

  根据我们测算,2021 年全球新能源车高性能钕铁硼永磁材料需求量约 2 万吨,假设 2025 年全球新能源车产量达到 2278 万辆,高性能钕铁硼永磁材料需求量约 7.4 万吨。

  风电领域中,高性能钕铁硼磁钢主要用于生产永磁直驱风 机。据《北京宣言》,国内风电装机目标是在 2021 年至 2025 年实现 50GW 的年安装量,从 2026 年起实现 60GW。。未来风电对钕铁硼需求量的增长来自于风电需求增长及直驱永磁电机渗透率提升。

  风电领域的需求和稀土价格密相关,若稀土价格过高,则稀土永磁电机存在被替代的可能性。能效新国标驱动变频空调渗透率大幅提升。

  2020年 7 月 1 日开始实施《房间空气调节器能效限定值及能效等级》(GB21455-2019)将变频与定频能效标准合并,原三级定频及部分能效较差的三级变频和定频空调停止生产,据中国标准化研究院测算,能效新国标的实施将使目前空调市场淘汰率达到 45%,预计符合一级、二级能效标准的变频空调(高端变频空调)只能采用高性能钕铁硼永磁体,钕铁硼永磁变频压缩机渗透率将实现跨越式增长。

  据中国电梯协会,钕铁硼永磁同步无齿轮摇曳技术比采用普通异步电机可提高 20%的效率,同时降低 40%损耗。因此在双碳背景下,节能电梯渗透率有望得到大幅提升。

  按电梯及自动扶梯升降机年复合增速 20%、永磁同步拽引电梯渗透率 100%、高性能钕铁硼单耗量 6kg 计算,预计 2025 年节能电梯用高性能钕铁硼量约 1.9 万吨。

  2021 年 11 月,工信部、市场监管总局印发《电机能效提升 计划(2021-2023 年)》,主要目标为到 2023 年,高效节能电机年产量达到 1.7 亿千瓦,在役高效节能电机占比达到 20%以上。目前高效电机占比 3%左右。

  要实现 2023 年在役高效节能电机占比达到 20%以上,年复合增速较为可观,钕铁硼永磁电机可提升 10%~15%的效率,稀土永磁材料在工业高效节能电机领域的应用开始发力。

  2022 年 6 月,工信部等六部委发布《关于印发工业能效提升行动计划的通知》,再度要求实施电机能效提升行动,明确了 2025 年新增高效节能电机占比达到 70%以上。通知要求,实施用能系统能效提升行动。

  开展重点用能设备系统匹配性节能改造和运行控制优化。加快应用高效离心式风机、低速大转矩直驱、高速直驱、伺服驱动等技术,提高风机、泵、压缩机等电机系统效率和质量。

  推动高效节能炉排、配套辅机、热网泵阀、储热器、能量计量系统等高效锅炉配套系统规模化应用。加强能效标识符合性审查,禁止企业生产、销售不符合能效强制性国家标准要求的用能设备及其系统。

  根据我们测算,几个重要下游消费将带动高性能钕铁硼永磁材料全球总需求量从 2020 年的 7.4 万吨提升到 2025 年 22.6 万吨,年复合增速 25%。

  6 月 21 日,彭博社报道,马斯克称人形机器人 Tesla Bot “Optimus(擎天柱)”原型机将在今年 9 月 30 日举行 的 AI Day 上现身。在去年 8 月的特斯拉第一次 AI Day 上,马斯克放出了 Optimus 的三维渲染图。

  马斯克之前表示,第一版机器人有望在 2023 年投入生产。如果未来两年内“擎天柱”能够量产,在规模效应下,其成本比汽车还要低,预计售价 2.5 万美元。

  据马斯克介绍,Tesla Bot “Optimus(擎天柱)”身高 5 英尺 8 英寸(约合 1.72 米),体重 125 磅(约合 56.7 千克),负载 20kg(手臂附加 5kg),行动速度最高可达 8 公里/小时。这类似于一个成年男性的体型和重量。

  考虑到人形机器人的体型、重量,以及驱动精确性要求高,活动关节小且多,响应速度要求快。伺服电机原有运动控制系统上增加了一个闭环,通过实时的闭环信号反馈来调整,实现更精密的控制。

  综合来讲,伺服电机在控制精度、过载能力、速度响应等方面非常优异,更适用于通用自动化和机器人领域更适用于工业自动化、机器人等领域。

  因此,作为构成人形机器人的硬件,伺服系统是决定人形机能否动起来的关键,同时伺服电机也是机器人的核心部件。

  伺服电机行业的上游主要是原材料和电子零部件等其他材料供应商,由于伺服电机的工作原理,其稀土磁材是其制造过程中所必需的重要原材料,磁性材料的质量与性能直接决定了电机的能效及稳定性等关键指标。

  伺服电机制造处于整个伺服系统中的一部分,除伺服电机制造以外,伺服系统还包括伺服驱动器制造以及数控系统研发等环节。

  一般来讲,人形机器人身上的伺服系统配置较多的是无刷直流伺服,高性能钕铁硼可能是优选。人体有 206 块骨块,78 个有明确名字的关节和一些小关节。

  假设人形机器人头和腰部分别 2 个电机,手臂腿各 12 个电机,合计 40 个电机,每个电机重量不同,钕铁硼需求 50-100g/个不等的线 个人形机器人的钕铁硼需求量 2-4 公斤。

  人形机器人理论上可以广泛用于个人家庭、特种作业、餐饮、公共服务以及工业等多领域,发展空间非常广阔。

  人形机器人相对于传统的工业机器人,在交互能力、导航能力等方面要求显著提升。由于特斯拉对其机器人应用场景拓展至服务、家用等领域,那么机器人就不仅限于单纯的加工功能,这对机器人的自由度、导航能力、人机交互能力、环境感知能力等提出了明显更高的要求。

  按照上边测算,1000 万个人形机器人对高性能钕铁硼需求量达到 2-4 万吨,相当于 2021 年全球高性能钕铁硼总需求的 20-40%,这将明显提升高性能钕铁硼未来消费增速。

  钕铁硼生产过程涉及配方设计、熔炼、制粉、成型、烧结、加工及表面处理等众多环节以及多项关键工艺和技术。

  材料配方设计、生产设备改进、系统流程优化和工艺过程监控是生产高性能烧结钕铁硼产品的关键,企业不仅需要在研发环节经过大量的试验和反复的论证,还需要在生产过程中不断地进行技术改进以提高产品的质量和性能。

  目前全球探明中重稀土储量稀少,大部分位于国内南方,叠加国家对稀土实施差异化管理,严格控制离子型稀土开采总量(重稀土多以离子型形式存在),导致重稀土供给紧缺,轻稀土和中重稀土价格出现量级差别。

  目前,轻稀土氧化镨钕 93 万元/吨,重稀土氧化铽 1390 万元/吨、氧化镝 245 万元/吨。

  基于资源和政策的双约束,中重稀土价格较高。为了扩大市场占有率,磁材企业竞相通过晶粒细化、晶界扩散等途径降低镝、铽等中重稀土用量,甚至发展超轻稀土永磁,以降低磁材成本。

  其中,晶界扩散技术是 21 世纪钕铁硼甚至整个永磁行业的一个重大技术革新。它在实现高矫顽力、高磁能积的同时,能制造出少重稀土,甚至无重稀土的高性价比磁体。在实际工业生产中,一些磁材厂使用晶界扩散工艺可降低重稀土消耗 50%以上。

  随着新能源汽车、大型风电系统和 5G 基站在未来的大量采用,低成本、高矫顽力钕铁硼磁体的需求 将持续增长。这对晶界扩散技术提出了更高的要求。

  通过晶界扩散有效提高厚磁体(10mm)的矫顽力,是今后需要攻克的难题。

  目前工业上使用的晶界扩散剂主要是含有重稀土的单质、合金或化合物,其中化合物主要包含氧化物、氟化物和氢化物。但是,不同扩散剂的扩散速率有明显差异,如图所示。

  在许多情况下,通过表面扩散的方式,重稀土元素倾向于在磁体表面聚集,从而在 Nd2Fe14B 相周围形成厚度为 1~2um 的富重稀土的壳层。但研究表明,20nm 厚的富重稀土的壳层已经能起到足够的矫顽力提升效果,形成过厚的壳层会导致重稀土的不必要消耗。

  另一方面,重稀土在沿磁体厚度方向的扩散深度有限会导致厚磁体的矫顽力增幅不足。

  目前的工业生产中,大部分进行晶界扩散处理的磁体厚度都 小于 4 mm,很少超过 8 mm。然而,考虑到电动机和发电机的使用安全,在高于 125℃应用环境,应该优先采用厚磁体(10 mm)。因此,业内积极尝试针对厚磁体的晶界扩散方法。

  进一步降低扩散剂的材料成本、利用晶界扩散中的各向异性行为等技术进步路径。

  对于钕铁硼磁材而言,成本价格昂贵。于是便开始试用廉价稀土镧铈替代部分镨钕,因为氧化铈价现货价格最高才 2 万/吨,目前 7750 元/吨,成本价格远低于氧化镨钕,以此来降低成本的路线也是目前各大型磁材企业关注的技术发展路线。

  烧结富铈永磁体中 Ce 不仅会部分取代钕铁硼磁材中的贵稀土金属 Nd 和 Pr,还会在磁体中生成 CE2Fe14B 相和 2:14:1 型的 Ce-Fe-B 相。CE2Fe14B 相和 2:14:1 型的 Ce-Fe-B 化合物具有四方晶体结构,具有较高饱和磁化强度和单轴各向异性,是铈永磁体永磁特性的主要来源。

  铈铁硼的工艺和设备与钕铁硼大致接近,改线生产过程中部分设备需进行升级改造。此工艺路线目前仍存在多个难点需要克服:内禀磁性相对较低;镧铈熔点较低,烧结过程中容易挥发;难以形成稳定的单相 2:14:1 化合物等。

  Ce2Fe14B 的晶体结构与 R2Fe14B 相同,Ce 原子也存在于 4g 和 4f 晶位,两种晶体仅在晶格常数上存在区别。

  R2Fe14B 晶体的晶格常数随稀土元素原子序数增大而呈现减小的趋势,该现象称为镧系收缩。

  但 Ce 元素的对应化合物不符合这个趋势,其晶格常数 a=8.76A,c=12.113A,小于原子序数更大的 Nd 的对应化合物。实际上 Ce 的原 子半径 r=1.825A,大于 Nd 的原子半径 r=1.814A,但 Ce 在化合物中会以+3 和+4 两种价态的混合形式存在,而 Nd 仅呈现+3 价。

  烧结(Ce,Nd)-Fe-B磁体的密度均高于烧结 Nd-Fe-B 磁体,随着 Ce 含量的增加,磁体密度不断升高。虽然 Ce 的原子质量 140.3 低于 Nd 的相对原子质量 144.27,Ce 的原半径也大于 Nd 的原子半径。

  但由于 Ce 在 2:14:1 相中价态与 Nd 不同,能够失去更多的电子,部分呈现+4 价的 Ce 离子会失去一个电子层,导致 Ce 在 2:14:1 相中的离子半径更小。

  所以 Ce2Fe14B 的理论密度ρ=7.67g/cm3 大于 Nd2Fe14B 的理论密度ρ=7.60g/cm3,故 Ce 的添加能够提高磁体密度。此外,Ce 元素的添加降低了晶界富稀土相的熔点,并提高了烧结过程中富稀土相液相的流动性,使磁体能够在较低的烧结温度实现致密化,有利于提高铈磁体密度。

  与普通烧结钕铁硼磁体的断裂机制相同,不同 Ce 含量磁体的断裂微观机制主要为沿晶断裂。

  当铈含量较小时(x≤ 30%,即 w(Ce)%9.5%),铈铁硼磁体具有细小均匀的微观组织,随着铈含量增加,铈铁硼磁体中出现晶粒异常长大,这可能是因为当磁体中 Ce 含量较高时,容易发生富稀土相的团聚现象,导致部分 2:14:1 主相晶粒之间缺少薄片状晶界富稀土相的隔离,因而造成晶粒的异常长大,这不仅使磁体的矫顽力明显降低,同时导致磁体的强度和韧性变差。

  普通烧结钕铁硼磁体中的氧化物相多为颗粒状,O 含量较低。铈铁硼磁体中有较多的白色絮状相,为含 Fe 和 Ce 的 氧化物相,O 含量较高。

  Ce 元素的氧化性质与其它稀土金属差别较大,Ce 氧化首先生成 Ce2O3,继续氧化则生成 CeO2;当其再继续氧化时,由于 CeO2 比金属 Ce 和 Ce2O3 的摩尔体积小,会生成疏松且具有裂纹的 CeO2,这可能是在铈铁硼磁体中形成特殊的“絮状”氧化物相的原因。

  该氧化物相在裂纹扩展过程中可能会吸收一部分能量,缓解裂纹尖端的应力集中状态,对晶界起到强化和韧化的作用,因而对提高磁体的力学性能有利。

  烧结(Ce,Nd)-Fe-B磁体的断裂形式为脆性断裂,不同 Ce 含量磁体的断裂微观机制主要为沿晶断裂,这一点与普通烧结钕铁硼磁体的断裂机制相同。烧结 Nd-Fe-B 在晶界处存在几纳米厚度的第二相,即富稀土晶界相,晶界相的溶点,较低,在烧结过程为液相,对磁体的烧结致密化和保持较高矫顽力具有重要作用。

  (1)处于晶界位置的富稀土相强度低于主相晶粒,更容易发生开裂;(2)由于在烧结过程中富稀土相以液相的形式浸润了主相晶粒,最后形成了一层包覆主相晶粒的富稀土薄层,导致这两相之间的结合力较弱。

  烧结钕铁硼的强度远远低于理论断裂强度,这是由于烧结磁体采用粉末冶金工艺制备,难以达到完全致密,总会用一些空洞或者微观裂纹的存在。

  目前含 Ce 烧结稀土永磁的磁性能已与Nd-Fe-B永磁相当,并已批量生产,目前还是主要应用于低端领域:电动二轮车、玩具的扭扭车,平衡车、箱包扣、玻璃擦、门吸帘等。

  根据 2 种产品主要磁性能对比可见,铈铁硼的性能可部分达到钕铁硼的性能水平,随着铈铁硼的工艺技术快速的升级完善,其未来很有可能在稀土永磁里面占据越来越多的市场份额,甚至成为永磁材料中的主流。

  但可用于制备粘接磁体的纳米晶 Ce-Fe-B 磁粉仍处于实验室研究阶段。随着永磁锶铁氧体磁性能的大幅提高,Ce 取代 Nd 后的成本优势逐渐被大家看重,因此含 Ce 纳米晶 (Ce,Nd)-Fe-B 类永磁材料的研究也受到大家广泛关注。

  有关 Ce 基合金的研究集中于原始成分设计、控制速凝薄片工艺及热处理工艺等,从而达到改善微观结构和优化磁性能的目的;此外,通过元素添加以及新的双相或多相合金化技术,新的晶界扩散方法和晶界相变技术也可用于制备具有理想晶粒形态和结构、良好磁性能的铈基磁体。

  海外资源开发面临较多问题,品位低,轻稀土为主等,此外海外稀土产业链完善度不高,多数冶炼分离是短板。美国 Mountain Pass 海外最大的高品位稀土矿,设计产能为 4 万吨/年,2021 年产量达 4.24 万吨,基本满产。

  澳大利亚 Mount Weld 设计产能 2.5 万吨/年,2021 财年年产量约 1.9 万吨,短期内提供增量的可能性不大。澳洲 Hastings 在建项目 Yangibana 项目原计划 2023 年投产,但是尚未完成债务融资。

  国内中重稀土储量仅 131 万吨,多分布于南方。国内轻稀土储量约 5732 万吨,中重稀土仅 131 万吨,占总稀土储量 的 2.38%,非常稀少,且呈现出“北轻南重”的分布趋势,轻稀土集中分布于内蒙古、山东等地,中重稀土分散存于我国福建、江西、湖南、广东、广西、云南六省。

  国家目前对稀土开采冶炼采取稀土生产总量控制计划,并对轻稀土和中重稀土开采冶炼指标分开控制。

  从细分矿型的开采指标变化看,离子型稀土开采总量 2014-2021 年保持平稳,仅 2018 年有小幅上涨;而轻稀土增量明显,离子型稀土开采指标占稀土总量开采比例从 2014 年的 17.05%下降至 2022 年第一批的 11.40%,由此可见,国家对离子型稀土开采总量把控严格,对轻稀土开采总量把控逐渐放缓。

  目前稀土资源由国家管控,按指标分配给稀土集团,其中重稀土主要分布在南方,其厦门钨业、南方稀土开采指标占比较高,形成寡头市场。

  供给紧缺且集中导致上游掌握话语权,稀土定价高度统一,中游生产商普遍为价格接受者,各家公司稀土采购价格相差甚微。

  这些企业对材料供应商的选择有着严格的控制程序,从前期接洽到质量、环境、社会责任与可持续发展等管理体系评审、样品检测、小批量试用再到批量供货、最后形成稳定的战略合作和供应链关系,需要一个很长的业务磨合和产品技术认证过程。

  此外,并且下游客户为保持其产品性能的稳定性及长期供应链关系,在选定烧结钕铁硼材料供应商并经长期合作认可后,通常不会轻易更换,甚至会产生一定程度的粘性。

  建设 1 万吨高性能钕铁硼永磁需要 0.5-2 亿元投资额,并且设备投产后需要较长时间的调试期,客户需要较长时间的产品验证期。随着稀土价格高企,研发和流动资金需求也较大幅度走高。新进入者需要垫付较大金额的款项以采购原材料,行业整体资金壁垒较高。

  A、假设公司新建项目顺利投产,且下游消费较好,2024年,公司扩建 2.1 万吨产能,年内少量释放产量。

  天津三环乐喜和宁波科宁达合计 8000 吨的新建项目今年 3 季度投产,并且释放一个季度产量。

  2019年及其以前,公司作为国内规模最大的钕铁硼企业,利润也基本维持行业内首位。预计随着产能的扩张,产品结构和产品盈利能力的提升,公司在2020-2021年两年跑输之后,将逐步向着回归的方向发展。

  另外,公司今年预计 1 万吨新扩建落地,并有能力在 2024 年底前后再扩产 2.1 万吨左右,如果全部投产,公司也将至少在 2024 年之前持续保持全球钕铁硼产能规模龙头。

  从 PS 以及单位市值对应产能或者单位市值对应产量角度看,公司估值有待提升。

  公司及所处行业未来发展依赖于下业的市场需求,如果消费不及预期,一方面可能影响公司销量,另外,竞争加剧可能会导致单吨产品盈利,进而可能对公司持续经营能力产生不利影响。

  目前,我国稀土供应占全球 90%以上,受国家对稀土行业全面整顿的加强,以及稀土产量纳入生产指令性计划管理的影响,未来稀土金属和合金的生产总量将控制在一定限额之内,总体供应偏紧。另外,一些生产规模小、环保不达标的生产企业将面临被停业、关闭的命运,更加剧了稀土供应紧张的局面。

  因此,如果未来无法获得充足的原材料供应将会影响到公司生产经营的正常进行。原材料占公司产品成本的比重较大。虽然公司与客户会参考原材料价格波动情况按照成本加成原则进行定价,从而将原材料价格波动的部分风险转移至下游。但如果稀土价格大幅变动,则一定时期内可能会对公司利润产生一定影响。

  公司主要从事高性能磁性材料及其应用产品的研究、开发、生产及销售。随着下游市场和高端应用领域需求的不断扩大,具备一定实力的企业已逐步进入高端钕铁硼磁材领域,高端钕铁硼磁材领域的竞争也将日渐加剧。市场竞争的加剧可能对公司未来经营业绩、盈利能力产生不利影响。

  报告期内公司出口收入占公司营业收入的比例为50%左右,且主要以美元进行结算。外汇汇率的波动一方面可能给公司带来汇兑损失,另一方面,可能会提高公司出口产品的国际标价,从而影响公司产品在国际市场上的竞争力。因此,人民币汇率波动仍会对公司经营业务产生一定影响。

  为了匹配下游需求的快速增长,公司的新增产能建设至关重要,其进度将显著影响公司利润和市场占有率。

  股市整体持续阴跌,尤其锂电板块股价和估值持续大跌,可能对公司股价和估值形成拖累。

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