近年來(lái)，隨著節(jié)能減排進(jìn)程不斷加速，電工鋼成為國(guó)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(wú)取向電工鋼能夠提高能效、降低損耗，助力國(guó)家節(jié)能減排，以及綠色低碳發(fā)展水平的提升。在簡(jiǎn)要概述電工鋼分類與性能特點(diǎn)基礎(chǔ)上，總結(jié)了我國(guó)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(wú)取向電工鋼供需狀況，并對(duì)未來(lái)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(wàn)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(chǎng)，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(wú)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(wú)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(guò)程中的損失。按照鐵損性能，無(wú)取向電工鋼可分為高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼和中低牌號(hào)無(wú)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(wú)取向電工鋼，其余為中低牌號(hào)無(wú)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(zhǎng)，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(guó)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(zhǎng)、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(zhǎng)等特點(diǎn)。
生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)：以取向電工鋼為例，從高爐煉鐵開(kāi)始，經(jīng)過(guò)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(wàn)分之七）范圍內(nèi)，檢測(cè)精度、檢測(cè)時(shí)間、工藝控制、原料質(zhì)量控制需較長(zhǎng)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(zhǎng)：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(wú)取向電工鋼產(chǎn)品的要求，從新建產(chǎn)線到產(chǎn)品通過(guò)認(rèn)證至少需要6～10年時(shí)間。二、我國(guó)電工鋼生產(chǎn)情況
我國(guó)是全球電工鋼生產(chǎn)及消費(fèi)大國(guó)，2022年產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的74.99%。截至2023年，我國(guó)共有電工鋼生產(chǎn)企業(yè)46家，其中無(wú)取向電工鋼27家、取向電工鋼26家（含具備生產(chǎn)無(wú)取向和取向電工鋼企業(yè)7家）。電工鋼產(chǎn)能約1667萬(wàn)噸，其中無(wú)取向電工鋼1371萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)8.81%；取向電工鋼296萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)41.62%。
2023年，我國(guó)共生產(chǎn)電工鋼1527.52萬(wàn)噸，其中無(wú)取向電工鋼1204.07萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)8.13%；取向電工鋼265.02萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)22.13%（見(jiàn)圖1）。圖1近年中國(guó)電工鋼產(chǎn)量（萬(wàn)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(zhǎng)態(tài)勢(shì)。以高牌號(hào)無(wú)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(guó)家節(jié)能減排，以及綠色低碳發(fā)展水平的提升，我國(guó)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(guó)高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼產(chǎn)量369.94萬(wàn)噸，占無(wú)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(wàn)噸，占取向電工鋼產(chǎn)量的59%，占電工鋼總產(chǎn)量的11%（見(jiàn)圖2）。圖22023年中國(guó)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(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的行業(yè)，是我國(guó)七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，國(guó)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(guó)產(chǎn)化替代。根據(jù)2020年11月2日國(guó)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(guó)新能源汽車核心技術(shù)達(dá)到國(guó)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(lái)，中國(guó)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(wàn)輛和949.5萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)35.8%和37.9%（見(jiàn)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(lái)看，純電動(dòng)汽車銷售668.5萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)24.6%；插電式混合動(dòng)力汽車銷量280.4萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)84.7%；燃料電池汽車銷售0.6萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)72%。圖3近年中國(guó)新能源汽車銷量及同比增速
截至2023年底，我國(guó)新能源汽車市場(chǎng)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(wàn)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(lái)看，中國(guó)新能源汽車優(yōu)勢(shì)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(wàn)臺(tái)，占汽車總銷量的22%，其中，中國(guó)新能源汽車銷量占比達(dá)到63%。同時(shí)，2023年中國(guó)新能源汽車滲透率為31.7%，德國(guó)、英國(guó)和法國(guó)分別為24.6%、25.5%和25.9%，美國(guó)則僅為9.4%（見(jiàn)表1）。表1主要國(guó)家2022-2023年新能源汽車滲透率國(guó)家
2022年
汽車總銷量/萬(wàn)臺(tái)
新能源汽車
滲透率
2023年
汽車總銷量/萬(wàn)臺(tái)
新能源汽車
滲透率
中國(guó)
2658
25.9%
3009
31.6%
美國(guó)
1435
7.0%
1581
9.4%
德國(guó)
265
30.6%
284
24.6%
英國(guó)
189
21.0%
190
25.0%
法國(guó)
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(wú)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(wú)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(wú)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(chǎng)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(wú)取向電工鋼產(chǎn)品工藝流程長(zhǎng)、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(zhǎng)，全球有能力穩(wěn)定大批量生產(chǎn)新能源汽車用無(wú)取向電工鋼的企業(yè)屈指可數(shù)，國(guó)內(nèi)僅有寶鋼、首鋼具備全流程生產(chǎn)工藝。從全球范圍來(lái)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(wú)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(wú)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(wú)取向電工鋼需求總量的8%。
展望未來(lái)，在綠色低碳趨勢(shì)以及技術(shù)迭代進(jìn)步等多方因素推動(dòng)下，中國(guó)新能源汽車在2025年將接近1500萬(wàn)輛，2030年則將達(dá)到2000萬(wàn)輛，帶動(dòng)新能源汽車用無(wú)取向電工鋼繼續(xù)增加，2025年將突破100萬(wàn)噸，2030年則將達(dá)到152萬(wàn)噸（見(jiàn)圖4）。同時(shí)，在技術(shù)進(jìn)步、市場(chǎng)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(guó)新能源汽車用電工鋼現(xiàn)狀及未來(lái)預(yù)估（萬(wàn)噸）
四、結(jié)語(yǔ)
整體來(lái)看，在綠色低碳發(fā)展趨勢(shì)下，未來(lái)我國(guó)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(wú)取向電工鋼持續(xù)增加，2025年將突破100萬(wàn)噸，2030年則將達(dá)到152萬(wàn)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(guó)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(wú)取向電工鋼需求，2025年我國(guó)高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼將增加至500萬(wàn)噸左右，2030年則有望達(dá)到860萬(wàn)噸，占無(wú)取向電工鋼需求總量的比重將分別上升至46%和57%。
