近年來，隨著節(jié)能減排進(jìn)程不斷加速，電工鋼成為國家高質(zhì)量發(fā)展和人類低碳綠色生活不可或缺的原材料產(chǎn)品之一。作為電能產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳輸、使用等領(lǐng)域的關(guān)鍵材料，新能源汽車用高牌號(hào)無取向電工鋼能夠提高能效、降低損耗，助力國家節(jié)能減排，以及綠色低碳發(fā)展水平的提升。在簡要概述電工鋼分類與性能特點(diǎn)基礎(chǔ)上，總結(jié)了我國電工鋼生產(chǎn)概況，詳細(xì)分析了新能源汽車用高牌號(hào)無取向電工鋼供需狀況，并對(duì)未來需求進(jìn)行展望。
一、電工鋼概述
電工鋼亦稱硅鋼，是一種含硅量0.5%～4.5%的碳硅鐵合金材料。鐵的磁導(dǎo)率比空氣的磁導(dǎo)率高幾千到幾萬倍，鐵中加入硅后可以進(jìn)一步提高鐵的最大磁導(dǎo)率，在磁化時(shí)產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場，同時(shí)降低損耗，提高電能的生成、傳輸與使用效率，因此以硅和鐵為主要組成元素生產(chǎn)的電工鋼具有導(dǎo)磁率高、矯頑力低、電阻系數(shù)大等優(yōu)異特性，主要作為鐵芯材料被廣泛應(yīng)用于電力、電子、航空航天、軍事工業(yè)等行業(yè)。（一）電工鋼分類
電工鋼按生產(chǎn)工藝不同可以分為熱軋和冷軋兩種，隨著技術(shù)的發(fā)展，熱軋電工鋼已基本被冷軋電工鋼取代。冷軋電工鋼按照晶粒排列方式和晶體取向聚集程度，分為無取向電工鋼和取向電工鋼。取向電工鋼的晶粒在軋制方向朝向一致，在此方向上具有優(yōu)異的磁感應(yīng)強(qiáng)度，適用于靜止器領(lǐng)域，如各種類型的變壓器。無取向電工鋼內(nèi)部的晶粒朝向各不相同，盡管在軋制方向上的磁感強(qiáng)度弱于取向電工鋼，但在各個(gè)方向上都具有良好的磁感強(qiáng)度，適用于轉(zhuǎn)動(dòng)器領(lǐng)域，如工業(yè)電機(jī)、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)、各類家電的電機(jī)等。
根據(jù)磁感強(qiáng)度的大小，取向電工鋼可進(jìn)一步劃分為高磁感取向電工鋼（Hi-B）和一般取向電工鋼（CGO），磁感強(qiáng)度小于1.88T的取向電工鋼稱為一般取向電工鋼（CGO），大于或等于1.88T的取向電工鋼稱為高磁感取向電工鋼（Hi-B）。一般高磁感取向電工鋼的鐵損性能更低，用作變壓器鐵芯時(shí)，能夠減少能量變換過程中的損失。按照鐵損性能，無取向電工鋼可分為高牌號(hào)無取向電工鋼和中低牌號(hào)無取向電工鋼，一般鐵損P1.5/50小于或等于4.00W/kg（對(duì)應(yīng)牌號(hào)400及以下）的為高牌號(hào)無取向電工鋼，其余為中低牌號(hào)無取向電工鋼。（二）性能特點(diǎn)
電工鋼特別是取向電工鋼的制造工藝和設(shè)備復(fù)雜，成分控制嚴(yán)格，制造工序長，而且影響性能因素多，因此取向電工鋼產(chǎn)品質(zhì)量通常作為衡量一個(gè)國家特殊鋼制造技術(shù)水平的重要標(biāo)志。
鐵芯損耗和磁感應(yīng)強(qiáng)度是電工鋼兩大性能要求，同時(shí)具有生產(chǎn)流程長、關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)多，工藝控制精度高，產(chǎn)品認(rèn)證周期長等特點(diǎn)。
生產(chǎn)工藝流程長：以取向電工鋼為例，從高爐煉鐵開始，經(jīng)過冶煉、軋制及多道深加工流程最終制成成品，較普通冷軋產(chǎn)品，增加脫碳退火、高溫退火、熱拉伸平整、激光刻痕等后續(xù)深加工工序。
關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)多：總計(jì)多達(dá)600多項(xiàng)工藝關(guān)鍵控制點(diǎn)，并且所有控制點(diǎn)必須全部達(dá)標(biāo)，才能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。
工藝控制精度高：以鋼水成分控制精度為例，某種主要成分含量需控制在±7ppm（百萬分之七）范圍內(nèi)，檢測精度、檢測時(shí)間、工藝控制、原料質(zhì)量控制需較長時(shí)間的磨合與優(yōu)化。再如，電機(jī)制造需要將約500片電工鋼進(jìn)行疊片，并高速旋轉(zhuǎn)（15000～20000轉(zhuǎn)/分鐘），如果尺寸精度控制達(dá)不到要求，電機(jī)性能和安全將受到影響。
產(chǎn)品認(rèn)證周期長：以新能源汽車行業(yè)為例，要滿足頭部汽車企業(yè)對(duì)高牌號(hào)無取向電工鋼產(chǎn)品的要求，從新建產(chǎn)線到產(chǎn)品通過認(rèn)證至少需要6～10年時(shí)間。二、我國電工鋼生產(chǎn)情況
我國是全球電工鋼生產(chǎn)及消費(fèi)大國，2022年產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的74.99%。截至2023年，我國共有電工鋼生產(chǎn)企業(yè)46家，其中無取向電工鋼27家、取向電工鋼26家（含具備生產(chǎn)無取向和取向電工鋼企業(yè)7家）。電工鋼產(chǎn)能約1667萬噸，其中無取向電工鋼1371萬噸，同比增長8.81%；取向電工鋼296萬噸，同比增長41.62%。
2023年，我國共生產(chǎn)電工鋼1527.52萬噸，其中無取向電工鋼1204.07萬噸，同比增長8.13%；取向電工鋼265.02萬噸，同比增長22.13%（見圖1）。圖1近年中國電工鋼產(chǎn)量（萬噸）
隨著節(jié)能減排、“雙碳”戰(zhàn)略、新能效升級(jí)標(biāo)準(zhǔn)等的推進(jìn)與實(shí)施，以及光電、風(fēng)電等新能源快速發(fā)展，下游行業(yè)對(duì)高端、高效、高牌號(hào)電工鋼需求呈快速增長態(tài)勢。以高牌號(hào)無取向電工鋼和高磁感取向電工鋼為代表的高端電工鋼具有提高能效、降低損耗等特點(diǎn)，能夠助力國家節(jié)能減排，以及綠色低碳發(fā)展水平的提升，我國電工鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，高端電工鋼占比不斷提升。2023年，我國高牌號(hào)無取向電工鋼產(chǎn)量369.94萬噸，占無取向電工鋼產(chǎn)量的31.21%，占電工鋼總產(chǎn)量的25%；高磁感取向電工鋼156.90萬噸，占取向電工鋼產(chǎn)量的59%，占電工鋼總產(chǎn)量的11%（見圖2）。圖22023年中國電工鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
三、新能源汽車用電工鋼
（一）新能源汽車發(fā)展概況
在綠色低碳大背景下，新能源汽車逐漸成為國家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的行業(yè)，是我國七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，國家先后出臺(tái)一系列產(chǎn)業(yè)政策支持、鼓勵(lì)、引導(dǎo)新能源汽車及其供應(yīng)鏈行業(yè)的健康發(fā)展，尤其支持技術(shù)壁壘更高的零部件的國產(chǎn)化替代。根據(jù)2020年11月2日國務(wù)院印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，到2025年，新能源汽車新車銷售量達(dá)到汽車新車銷售總量的20%左右；到2035年，我國新能源汽車核心技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，純電動(dòng)汽車成為新銷售車輛的主流，公共領(lǐng)域用車全面電動(dòng)化。
2016年以來，中國新能源汽車產(chǎn)量連續(xù)9年位居全球第一，2023年產(chǎn)銷量分別完成958.7萬輛和949.5萬輛，同比分別增長35.8%和37.9%（見圖3）。其中，新能源商用車產(chǎn)銷占商用車總產(chǎn)銷的11.5%和11.1%，新能源乘用車產(chǎn)銷占乘用車總產(chǎn)銷的34.9%和34.7%。從驅(qū)動(dòng)形式來看，純電動(dòng)汽車銷售668.5萬輛，同比增長24.6%；插電式混合動(dòng)力汽車銷量280.4萬輛，同比增長84.7%；燃料電池汽車銷售0.6萬輛，同比增長72%。圖3近年中國新能源汽車銷量及同比增速
截至2023年底，我國新能源汽車市場占有率達(dá)到31.6%，高于上年同期5.9個(gè)百分點(diǎn)；新能源汽車保有量為2041萬輛，占汽車保有量比重為6.1%，較2022年底提升2個(gè)百分點(diǎn)。
從全球范圍來看，中國新能源汽車優(yōu)勢明顯，產(chǎn)銷量繼續(xù)大幅超越歐洲和北美洲的銷量。數(shù)據(jù)顯示，2023年全球新能源汽車銷量1428萬臺(tái)，占汽車總銷量的22%，其中，中國新能源汽車銷量占比達(dá)到63%。同時(shí)，2023年中國新能源汽車滲透率為31.7%，德國、英國和法國分別為24.6%、25.5%和25.9%，美國則僅為9.4%（見表1）。表1主要國家2022-2023年新能源汽車滲透率國家
2022年
汽車總銷量/萬臺(tái)
新能源汽車
滲透率
2023年
汽車總銷量/萬臺(tái)
新能源汽車
滲透率
中國
2658
25.9%
3009
31.6%
美國
1435
7.0%
1581
9.4%
德國
265
30.6%
284
24.6%
英國
189
21.0%
190
25.0%
法國
153
21.9%
184
25.9%
（二）電工鋼要求與用量
1.性能要求
新能源汽車的動(dòng)力系統(tǒng)由電池、電機(jī)以及其他電控部件組成。其中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)是實(shí)現(xiàn)整車電能向機(jī)械能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。無取向電工鋼作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)定轉(zhuǎn)子鐵芯的核心材料，對(duì)電機(jī)性能有著重要影響。當(dāng)前，應(yīng)用于新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電工鋼材料全部為高牌號(hào)無取向電工鋼，且需要具備高磁感、低鐵損、高強(qiáng)度三大性能要求。
高磁感：新能源汽車在啟動(dòng)和爬坡時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較慢，要求電工鋼具有較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度，使電機(jī)具有較高轉(zhuǎn)矩密度，以此提供足夠的拉力，因此要求所用無取向電工鋼具有高磁感。
低鐵損：當(dāng)新能源汽車高速運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較快，磁場頻率增高，能量損失以鐵損為主，為減少能量損耗，需要電工鋼材料具有較低的鐵損。
高強(qiáng)度：新能源汽車電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，巨大的離心力和狹小的定轉(zhuǎn)子間隙對(duì)電工鋼機(jī)械性能提出較高要求，需要具有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)用無取向電工鋼產(chǎn)品工藝流程長、工藝窗口窄、生產(chǎn)難度大，加之汽車企業(yè)對(duì)于原材料認(rèn)證周期長，全球有能力穩(wěn)定大批量生產(chǎn)新能源汽車用無取向電工鋼的企業(yè)屈指可數(shù)，國內(nèi)僅有寶鋼、首鋼具備全流程生產(chǎn)工藝。從全球范圍來看，只有浦項(xiàng)鋼鐵、日本制鐵和JFE鋼鐵株式會(huì)社具備新能源汽車用無取向電工鋼供應(yīng)能力，三家海外鋼鐵企業(yè)也在積極投資布局以提升高牌號(hào)無取向電工鋼的產(chǎn)能。2.用量現(xiàn)狀及展望
一般情況下，一臺(tái)高級(jí)電動(dòng)乘用車所需電機(jī)馬達(dá)約300個(gè)，其中牽引電機(jī)（發(fā)動(dòng)機(jī)）所用定、轉(zhuǎn)子消耗電工鋼為50～100kg，商用車所用定、轉(zhuǎn)子消耗電工鋼為100～200kg。其中，純電動(dòng)乘用車單車所需電工鋼量為60kg，插電混動(dòng)乘用車單車所需電工鋼量為57kg，純電動(dòng)商用車單車所需電工鋼量為220kg。近年新能源汽車用電工鋼需求量約占無取向電工鋼需求總量的8%。
展望未來，在綠色低碳趨勢以及技術(shù)迭代進(jìn)步等多方因素推動(dòng)下，中國新能源汽車在2025年將接近1500萬輛，2030年則將達(dá)到2000萬輛，帶動(dòng)新能源汽車用無取向電工鋼繼續(xù)增加，2025年將突破100萬噸，2030年則將達(dá)到152萬噸（見圖4）。同時(shí)，在技術(shù)進(jìn)步、市場及消費(fèi)者需求升級(jí)的共同作用下，新能源汽車將繼續(xù)朝著更強(qiáng)動(dòng)力、更高效（增加續(xù)駛里程）、更節(jié)能、更安全方向發(fā)展。這就要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)具備更高功率/轉(zhuǎn)矩密度、更高能效、更高可靠性、更低噪聲，新能源汽車用電工鋼也將因此向著更低鐵損、更高磁感、更高屈服強(qiáng)度及更薄厚度方向發(fā)展。
圖4我國新能源汽車用電工鋼現(xiàn)狀及未來預(yù)估（萬噸）
四、結(jié)語
整體來看，在綠色低碳發(fā)展趨勢下，未來我國新能源汽車滲透率將進(jìn)一步上升，帶動(dòng)新能源汽車用高牌號(hào)無取向電工鋼持續(xù)增加，2025年將突破100萬噸，2030年則將達(dá)到152萬噸。同時(shí)，新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)電工鋼性能要求不斷提升，將向著更低鐵損、更高磁感、更高屈服強(qiáng)度及更薄厚度方向發(fā)展。另外，國家新能效升級(jí)將進(jìn)一步提高家用電器、大型電機(jī)、中小型電機(jī)的能效水平，進(jìn)而帶動(dòng)高牌號(hào)無取向電工鋼需求，2025年我國高牌號(hào)無取向電工鋼將增加至500萬噸左右，2030年則有望達(dá)到860萬噸，占無取向電工鋼需求總量的比重將分別上升至46%和57%。
