中国稀土永磁行业发展历程及未来前景深入分析

一、历史

磁性材料主要分软磁体（又名电磁体）和永磁磁体（又名硬磁体）两大类，前者需要外界通电才能产生磁力，后者本身就具有保持磁力的特点。永磁材料的发展历经了多个历史阶段，从19世纪末的磁钢开始，主要指标磁能积在100多年内增长了200倍。

20世纪30年代铝镍钴永磁的发现是永磁材料发展史的一个里程碑。铝镍钴永磁的工作温度可高达600度以上，主要应用于对温度稳定性要求高的领域内，如仪器仪表、电机电器、电声电讯、磁传动装置及航空航天器件。铝镍钴永磁曾经在20世纪的30至60年代逐步占据永磁体市场的领先地位，至1972年，其产量已占据全球永磁体产量的40%。然而由于该合金含有昂贵的战略物资钴，特别是受70年代发生的钴危机影响，其应用逐渐被50年代发现的铁氧体永磁和60年代末发现的稀土永磁代替。1982年，铝镍钴永磁产量仅占全球永磁体产量的8%。

铁氧体永磁是继铝镍钴系永磁后出现的第二种主要永磁材料，主要由钡铁氧体和锶铁氧体，其电阻率高、矫顽力大，能有效地应用在大气隙磁路中，特别适于作小型发电机和电动机的永磁体。永磁铁氧体不含贵金属镍、钴等，原材料来源丰富，工艺简单，成本低，可代替铝镍钴永磁体制造磁分离器、磁推轴承、扬声器、微波器件等。但其最大磁能积较低，温度稳定性差，质地较脆、易碎，不耐冲击振动，不宜作测量仪表及有精密要求的磁性器件。

七十年代以来铁氧体永磁产量逐渐超过了铝镍钴永磁产量，且随着电子信息技术迅速发展，铁氧体永磁的市场需求愈来愈大，目前仍是全球永磁体市场的绝对主力。据中国磁性材料与器件行业协会统计，2010年全球永磁体市场产量约为100万吨，其中铁氧体年产量约90万吨，钕铁硼年产量约10万吨。

稀土永磁是上世纪五六十年代发展起来的，1968年，磁能积为147.3KJ/m3的SmCo5的制备成功，标志着第一代稀土永磁的诞生。1972年，第二代稀土永磁RE2Co17型化合物在日本问世，其磁能积为240KJ/m3。第二代稀土永磁具有优异的磁性能、良好的热稳定性、较好的力学特性，主要用于低速转矩电动机、启动电动机、传感器、磁推轴承等的磁系统。然而，制备钴钐合金的成本过高，原材料供应不稳定，人们对二代稀土永磁的性能和工艺还未做更深入的研究，又开始寻找其他替代材料。第三代稀土永磁钕铁硼永磁（NdFeB）于1983年诞生，这是永磁发展史上又一个重要里程碑。它的重要意义在于：铁基代替钴基成本大幅降低；钕代替钐进一步降低成本；拥有人类发现的最高磁能积，被誉为“磁王”。钕铁硼永磁不易碎，有较好的机械性能，合金密度低，有利于磁性元件的轻型化、薄型化、小型和超小型化。但其磁性温度系数较高，抗腐蚀性能差，限制了它的应用。

人们仍在努力寻找更好的永磁材料。自1990年以来，稀土-铁-氮间隙型化合物成为稀土永磁的研究方向，爱尔兰和日本发现的Sm2Fe17Nx和我国发现的Nd(Fe,M)12Nx成为国际上2个独立开发系列。此外，1994年拥有纳米结构的Sm(CoFeCuZr)z的制备成功，使人们对稀土永磁的纳米新时代满怀憧憬。目前纳米稀土永磁材料还停留在研究阶段，其磁能积与理论有较大差距，矫顽力也难达预期。

中国的钕铁硼永磁产业经历了3个技术发展阶段。

第一阶段（1984-1990）：围绕实验室制备高磁能积钕铁硼磁体。关键技术突破是低氧控制技术，获得了国家科技进步一等奖。第二阶段（1990-2000）：实验室技术向中试生产转变。此阶段我国在单体制备、铸锭技术、机械制粉、双相烧结技术等关键技术方面均取得成果，解决了高稳定性永磁材料的制备和应用，获得了国家科技进步二等奖。

第三阶段（2000-2010）：实现千吨级生产线关键技术的自主化和全部设备的国产化。此阶段我国在速凝工艺、氢破制粉工艺等千吨级关键技术方面取得突破，获得了08年国家科技进步二等奖，与日本同属国际领先水平。

目前，参与中国烧结钕铁硼统计的生产企业有130余家，截止到2011年底，中国钕铁硼年产量500-1000吨的有15家，年产量1000-3000吨的有13家，年产3000吨以上的有7家。中国的烧结钕铁硼产量由2000年的6500吨上升到2011年的8.4万吨，超过世界总产量的85%，总产值的65%。

二、隐患

钕铁硼永磁于1983年发现后，1984年就开始量产，在之后的近30年里，在传统的扬声器、磁选、电机、VCM等领域内对铁氧体永磁进行了一定替代，也开拓了风电、节能空调、汽车ＥＰＳ转向系统、混合动力汽车等部分高端新应用领域，被人们普遍认为是蓬勃的朝阳产业。

然而，我们注意到，目前钕铁硼永磁市场的快速发展至少存在2个隐患。

首先，近3年来现有应用领域全面受到稀土价格剧烈波动的冲击，导致需求严重萎缩。在稀土价格最高的２０１１年，钕铁硼开工率不足５０％。传统应用方面，钕铁硼永磁主要是以其轻薄短小的优势得以替代铁氧体永磁，一旦稀土原料成本飙升至一定程度以上，下游很容易重新回归技术已十分成熟的铁氧体永磁市场。事实上，过去近３０年的廉价稀土时代，钕铁硼永磁才替代了不到１０％的铁氧体永磁市场，传统市场的渗透难度就可见一斑。而新应用领域方面受到的冲击也很明显，钕铁硼永磁在该领域的应用并不是不可替代。以风电为例，根据直驱风电的成本测算，１.５ＭＷ的风电直驱永磁电机的钕铁硼消耗量为１.３吨，以市场低端Ｎ３８－４０钕铁硼报价算，该永磁电机的材料成本在２０１１年上半年上涨了４倍，由１５６万元／台上涨至７５０万元／台，一台风电直驱永磁电机的报价大约在８００－１０００万元，如果产品价格不上涨，其利润空间被压缩至亏本边缘，这迫使部分厂家停产了直驱，又恢复了双馈式机组。再以节能空调为例，２０１１年上半年，每匹空调的永磁材料成本由６０多元上涨至２００多元，由于空调涨价极难，利润大幅下滑，导致一些大型空调厂商对直流变频空调进行了原材料调整，钕铁硼材料被大范围替代。

其次，重稀土被过度依赖。为了提高磁体的矫顽力和温度使用稳定性，通常要添加过多比例的重稀土铽、镝，混合动力汽车用磁钢中重稀土使用量占到稀土总量的25-30%。铽、镝的添加带来了两方面的问题。一是由于稀土元素分配极不平衡，铽镝价格昂贵，其大量应用对资源的安全、经济、节约利用造成了很大障碍。我国稀土储量中，铽储量仅为钕的1/400，镝储量仅为钕的1/60，与镧铈等量最大的轻稀土元素比就更加稀少了。二是在材料特性上，铽、镝进入晶粒内部会大幅降低材料的剩磁和磁能积，从而使磁体最重要的性能指标磁能积的发展受到限制。永磁体的发展历程清楚地表明，昂贵、供应不稳定的战略元素，最终会被更便宜、更易得的新添加元素替代，而磁能积的提高则是贯穿整个永磁体发展史的灵魂。重稀土的过度添加触及了2个永磁体发展的障碍性因素，势必要被科研者攻关。

三、未来

以世代为阶段，科技和创新始终是永磁材料行业的第一发展原动力。人类追求更高更强的精神在永磁发展史上，表现为对磁能积的追求。每隔10年左右，最大磁能积就出现跳跃式发展，平均每10年提高40KJ/m3。

新需求领域的出现和蓬勃发展则是永磁材料行业发展壮大的基础。虽然材料替代带来的市场空间可以给人以信心保障，但我们其实并不要过多指望替代作用。铁氧体永磁之所以能拥有如此大的全球市场规模，并不源自其替代了铝镍钴磁材在60年代的狭窄应用，而是因为上世纪80年代后电子信息产业的快速发展，为其提供了广阔的发展空间。钕铁硼磁材也如此，虽然我们可以寄望于其继续占据铁氧体市场50%的份额，但是反过来想想，自量产后的30年间，钕铁硼磁材磁能积已经达到了铁氧体磁材的10倍以上，并且还是廉价稀土原料时期，也仅占据了铁氧体磁材市场份额的一角。钕铁硼磁材的未来，在于我们这个时代以及可见的未来出现的新兴应用领域，以及技术和应用的相互促进、完美结合。

由于担忧中国收紧稀土供应并继而谋求控制稀土下游产业链，近两年来美欧日都调整并加快了稀土永磁材料的研究进度。我国也在“国家中长期科学和技术发展规划纲要”和“新材料十二五规划”等政策文件中明确将稀土材料确定为战略性新兴材料的发展重点。可以预见，未来的十年将是科技突破和工艺创新的十年，是全球赛跑以技术争夺稀土产业链话语权的十年。铁氧体永磁从50年代诞生，到80年代后的迅猛发展，历经了30年；而今钕铁硼永磁也已经接近而立之年，是否能够进入自己的黄金期呢？

围绕着可能的技术突破，钕铁硼永磁大的投资机会在于两方面：1需求突破。紧密围绕低碳经济和国防军工产业需求，按需定制，开发高附加值的新应用领域。2元素平衡运用、性能弱点攻关。开发低重稀土、高矫顽力、强耐腐蚀性、良好温度稳定性能的稀土永磁材料。


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