金刚线的前世今生

8月24日，作为创业板注册制首批18家企业之一的杨凌美畅新材料股份有限公司(美畅股份)正式登陆A股。至当天收盘，美畅股份收于70.06元/股，较发行价43.76元/股上涨60.1%，总市值约280亿元。

而就在17天前的8月7日，与美畅股份同属于金刚线切割领域的另一家企业——青岛高测科技股份有限公司(高测股份)已在科创板上市，至24日收盘，高测股份股价达31.10元/股，总市值约50亿元。

至此，仅近三年里，金刚线切割这条赛道即已诞生7家上市公司——美畅股份、高测股份、上机数控、宇晶股份、岱勒新材、东尼电子、三超新材，若算上在新三板精选层挂牌的连城数控，则板块总市值高达687亿元。

那么金刚线切割究竟是怎么一回事?资本市场又为何对其如此垂青?

01PART什么是金刚线

金刚线是金刚石切割线的简称，即通过一定的方法，将莫氏硬度为10的金刚石微粉颗粒以一定的分布密度均匀地固结于高强度钢线基体上，通过金刚石线切割机，使钢线高速运动，并带动金刚石以同样的速度运动直接产生切割能力，对物件进行高速磨削，简单说跟钢丝锯的原理差不多。

而根据生产工艺的不同，金刚线又可以细分为树脂金刚线和电镀金刚线，两者的主要差异在于：

1)金刚石颗粒的固定方式差异：树脂金钢线以树脂为结合剂，制造成本低;电镀金刚线以电镀金属为结合剂，成本相对较高。

2)固结强度差异：树脂结合剂对磨粒的结合能力较弱，因此耐磨性差，磨损大，使用寿命较低;电镀金刚线采用冶金结合的方式，固结强度较高。

3)破断力差异：树脂金刚线切割容易造成断线和硅片划伤;电镀金刚线切割锯口边缘整齐规则，无崩碎现象，切出的表面光滑，质量高。

4)线径差异：树脂金钢线最细线径约90微米;电镀金刚石线最细线径已达62微米。

图源：岱勒新材招股说明书

综合对比，电镀金刚线切割效率高、切割质量佳、材料损耗少，在金刚线细化发展的趋势下更具优势。且随着规模化效应的显现，电镀金刚线生产成本也已大幅下探，根据美畅股份官网报价，目前主流的Φ55规格(线径约70微米)电镀金刚线的含税售价仅52元/公里。

金刚线主要用于晶体硅、蓝宝石、精密陶瓷等高硬脆材料的切割加工。其最开始应用于蓝宝石切割，规模应用于蓝宝石切割始于2007年，应用于光伏晶体硅片的切割则到2010年才开始。

图源：上机数控招股说明书

02PART为什么要用金刚线

高硬脆材料加工难度很大，一是其自身硬度很高，较难加工，二是其脆性高，被加工物料容易在加工过程中断裂，传统的切割工艺主要有内圆锯切割和游离磨料砂浆线锯切割两种。

20世纪80年代以前，高硬脆材料一般采用涂有金刚石微粉的内圆锯进行切割。但随着光伏和半导体行业的快速发展，内圆锯切割的切缝大、材料损耗多的问题逐渐显现，且对高硬脆材料的切割尺寸也有限制，使得生产成本居高不下。

从20世纪90年代中期开始，切缝窄、切割厚度均匀且翘曲度较低的游离磨料砂浆线锯切割逐步发展起来。游离磨料砂浆切割是以钢线为基体，莫氏硬度为9.5的碳化硅作为切割刃料，钢线在高速运动中带动切割液和碳化硅混合的砂浆进行摩擦，利用碳化硅的研磨作用达到切割效果。

游离磨料砂浆切割在工业切割领域表现稳定，曾在光伏及半导体行业硅片切割领域广泛应用，如上市公司易成新能就曾从事晶砂浆切割刃料的研发及生产，并在行业内占据了较大的市场份额，2014年其晶硅片切割刃料销量达9.95万吨，营收达14.37亿元，毛利率达24.99%。

但砂浆切割仍存在加工效率较低、不利于加工更硬的材料且环境污染严重等问题，由此金刚线切割应运而生。金刚线切割相较砂浆切割而言，具有巨大优势：

1)大幅降低线耗成本;

2)提高材料利用率，大幅降低切割磨损;

3)提高切割速度，大幅提升切片效率;

4)摒弃游离磨料砂浆切割所使用的昂贵且不环保的碳化硅等砂浆材料。

图源：高测股份招股说明书

最直观的体现就是，每公斤硅料用砂浆切割只能切出48片，而用金刚线切割则可以切出近60片之多。因此，金刚线切割自2015年起开始对砂浆切割实现快速替代，目前已成为光伏行业晶硅切片的主流切割工艺。

03PART国产金刚线的发展历程

金刚线最早由日本厂商率先进行研发并生产，如日本旭金刚石工业株式会社早在2007年6月就推出了成熟的金刚线产品，日本中村超硬株式会社、日本爱德株式会社、日本联合材料株式会社等超过10家以上的日本企业均曾涉足电镀金刚石线行业。

在2014年以前，由于日企的生产技术领先，且产能较为集中，其占据了全球金刚线市场的大部分市场份额，长期处于垄断地位，其产品售价也居高不下，每米售价约0.4~0.5美元，约合人民币3元/米，再看看目前国产金刚线仅0.05元/米的价格，堪称脚后跟斩了。

那国产金刚线是如何在短短几年时间里从一个行业后来者迅速成长为价格屠夫的呢?要回答这个问题就不得不提到国内光伏产业的大发展，以及国内光伏单晶双巨头隆基股份和中环股份。

国内光伏产业的发展

光伏产业作为一种可再生的清洁能源，一直得到我国政府的大力扶持。国务院在2013年就发布了《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》，国家能源局则从2015年开始实行“光伏领跑者计划”，对光伏产业进行专项补贴。

在政策和补贴双重刺激下，到2017年，我国光伏新增装机容量首次突破50GW，达到53GW，全球占比跃升至56%，成为全球最大的光伏装机国家，同年我国光伏硅片产量也已达到87GW，约占全球硅片总产量的83%，成为全球硅片最主要的供应国。

抛开产业政策，国内光伏产业自身快速的技术迭代，推动度电成本不断下探，才是国内光伏大发展的根本原因。

度电成本，即产生每1度电所需的成本，是评判各种发电方式优劣性的重要指标。2008年，国内光伏发电的度电成本高达1元，而在国内光伏企业持续降本增效的努力下，如今这一数字已经下探到0.35~0.5元，在部分光照资源丰富的地区甚至可以达到0.1元。根据发改委公布的2020年光伏发电上网电价，I至Ⅲ类资源区分别为每度电0.35元、0.4元、0.49元，国内光伏发电已初步实现平价上网，甚至已经逼近火电0.35~0.45元的指导价区间。

图源：光伏发电度电成本测算与分析

在光伏行业里，技术路线大致可分为晶硅路线和薄膜路线，后者的代表企业是美国光伏巨头First Solar和中国的汉能。而晶硅路线又分为单晶硅和多晶硅两种技术路线。单晶硅内部晶核排列整齐，光电转换理论效率高，但生产成本也较高;多晶硅内部晶核排列不整，光电转换理论效率低于单晶硅，但生产成本较低。长期以来，在成本压力下，多晶硅在光伏行业的市场份额显著高于单晶硅，市场份额曾超过八成，但金刚线切割的出现则改变了这一切。

单晶硅因其质地均匀率先实现了金刚线切割工艺配套。凭借前文提到的工艺优势，单晶硅片的生产成本下降可达10%~15%，电池组件成本下降可达5%~8%，到2016年，金刚线切割在国内单晶硅切片环节对原有的砂浆切割实现了全面的渗透替代。凭借由此带来的成本降低，以及2015年第一期“光伏领跑者计划”对于转换效率的侧重，单晶硅的市场份额从2015年的18%跃升至2017年的30%。而随着近些年上游硅料价格的持续下跌，至2019年单晶硅的市场占有率已接近70%，业内预测2020年将接近90%，对多晶硅实现碾压式替代。

单晶双巨头对金刚线的探索与扶持

国内单晶巨头之一的中环股份于2002年实现了规模化应用砂浆切割工艺，在2009年就着手研发金刚线切割，于2012年开始规模化应用金刚线切片产线，并在此后不断优化切割工艺，提升切片速度，降低线材损耗，每张硅片的切割时间由原先的五小时降低到一个半小时以内，线耗则由原先的1.5米降低到0.5米。

在2016年，中环股份在超薄晶片金刚石线加工技术综合研究再度取得了重大成果，通过对切割钢线形态调整、循环系统化学平衡自主控制系统研发、关键工艺设备改造和工业自动化项目实施，推动行业标准硅片厚度由190微米逐步下降至170微米，至目前已减薄至160微米，而非量产品甚至可以做到100微米。对此，曾有市场研究指出：在不提高碎片率的前提下，光伏电池厚度从180微米降到160微米，其硅用量可减少10%，组件成本可下降3%。

而另一巨头隆基股份则稍晚半步，在董事长钟宝申的力主下，隆基股份于2012年基本完成“金刚石线切割工艺研究”实验，在国内率先完成了130微米薄片切割工艺的研究，并在2013年规模化推广应用金刚线切割技术。但在成绩的背后，却是一段披荆斩棘的坎坷历程。

当时金刚线切割技术被少数日本厂商垄断，为了寻找金刚线的供应商，隆基一开始找到了日本最大的一家生产商，但这家日本公司对中国公司的傲慢让钟宝申感到愤怒。后来，隆基决定与另一家国内公司合作。“尽管这家公司的工艺水平比不上那一家，但我们还是决定扶持它。”钟宝申曾如是说。

彼时，国内金刚线的上下游产业链极不完整，从金刚线到切割液、切割机均处于空白状态，但为了培育下游金刚线供应商，隆基必须去采购他们的设备，并对他们的技术提升抱有足够的耐心。“在这个过程中公司甚至会有利润损失，但如果不这么做，供应商肯定没法培育起来，公司在成本上也无法快速降低，这是相辅相成。”钟宝申说。按照钟宝申的测算，采用金刚线技术切割的硅片每片将亏损0.6~0.7元。从2012年底到2013年年中，隆基的金刚线切割量产曾持续亏损了数千万元。

所幸这种亏损并没有持续太久，“真正亏损大概6个月，我们也没想到成本降低的速度这么快。”钟宝申说。为了推广这项技术，钟宝申曾作出过一项决策，允许切片厂按照每年亏损不超过4000万元的标准来推广这项技术。

从2014年开始，在金刚线切割技术日趋成熟，下游设备、辅材供应商均被培育起来后，隆基的扩张步伐也明显加快。至2015年，隆基已全面实现金刚线切片，当年营收首次突破50亿元达到59亿元，净利润超过5亿元，而到了2019年，隆基全年营收则达到329亿元，净利润接近53亿元。

图源：美畅股份招股说明书

在2014~2016年这极为关键的几年中，正是在以隆基股份、中环股份为代表的国内光伏巨头的战略扶持下，美畅股份、高测股份、岱勒新材等多家国内金刚线企业加大研发投入力度，在产品性能达到日本进口产品的同时，通过自主设计研发的生产线，大幅提高了生产效率并降低了生产成本，如今国内金刚线企业产品已可以完全实现进口替代，实现了在短短数年间，突破日本技术垄断并迅速崛起成为价格屠夫的真实神话。

04PART金刚线的未来

国内金刚线发展至今，已经形成了一条完整的产业链，如美畅股份、岱勒新材、东尼电子等企业主攻金刚线线材，又如上机数控、连城数控等则主攻金刚线切片机、截断机，而高测股份则兼而有之，既做设备又做线材。其下游以隆基股份和中环股份为代表的光伏巨头则全面拥抱金刚线切割，以技术优势抢占市场份额，而金刚线也在技术和市场两方面的推动下继续向前发展。

技术上看，为契合光伏电池组件的薄片化，金刚线将延续细线化的发展趋势。金刚线母线直径及研磨介质粒度与硅片切割质量及切削损耗量相关，较小的线径和介质粒度有利于提高产品质量、降低切削损耗和生产成本。但同时，母线线径变细后对母线破断力、切片设备稳定性提出更高要求。以目前的技术水平测算，50微米为金刚线母线线径的价值平衡点。目前，美畅股份已实现47微米母线直径金刚线的量产，而实验室金刚线母线直径已降至40微米左右。

图源：申万宏源研究

市场上看，随着金刚线切割技术在光伏行业的全面渗透以及各厂商前期扩张产能的逐步投产，金刚线短期面临供过于求的局面，由此带来的就是产品价格的快速下降，并反向推动市场上的落后产能逐步淘汰，各上市公司也都在招股说明书和年报中重点提示了市场竞争加剧和销售价格下行的风险。但在光伏行业整体保持较快增长态势的大背景下，相关细分行业仍有巨大的市场空间，根据中国能源报数据和IHS对全球光伏发电新增装机容量的预测，至2022年，全球金刚石线市场年需求量将达到5781万公里。而如何才能在激烈的市场搏杀中谋得一席之地，正是每位企业家日思夜想的问题。

05PART结语

金刚线切割是中国光伏产业发展的一个缩影，在不断的技术创新和突破中，推动行业高速发展，从被发达国家垄断的阴影下迅速成长为掌握全球话语权的引领者，真正实现了由中国制造向中国创造转变。由此带来的不仅是相关企业的上市盛宴，更推动着可再生能源在不远的将来走入千家万户，为我国实现能源自给的目标添砖加瓦。