钛合金行业研究:产量约占全球一半,航空航天钛材需求快速增长

(报告出品方/作者:方正证券,鲍学博、马强)
1 钛及钛合金
1.1 钛:储量丰富、加工难度大的稀有金属
钛在地壳中的丰度为 0.56%,在所有元素中排第 9 位,储量远高于许 多常见的金属,仅次于铁、铝居于第三位。由于钛熔炼技术复杂、加 工难度大,钛被归为“稀有”金属。目前,世界上仅美国、俄罗斯、 日本、中国四个国家掌握完整的钛工业生产技术。
有利用价值的钛矿物主要是钛铁矿(FeTiO3)和金红石(TiO2)。根据 美国地质调查局(USGS)《Mineral Commodity Summaries 2022》资料 显示,截至 2021 年末,全球钛铁矿储量为 7.0 亿吨,占比 93%,金红 石储量为 0.49 亿吨,占比 7%。全球钛资源主要分布在澳大利亚、南 非、中国、印度和肯尼亚等国。中国钛铁矿储量 2.3 亿吨,占全球总 储量的 33%,居世界第一。但是我国的钛资源中钛铁矿多,金红石矿 少;贫矿多,富矿少;无单一钛矿,均为多金属共生矿,钙、镁杂质 含量高,采选冶炼技术难度大。
钛工业产业链有两条不同的分支,即钛材工业和钛白粉工业。在钛材 工业,从钛铁矿和金红石采选开始,制造海绵钛,然后制成各种金属 产品,用于航空航天、化工、船舶等领域;在钛白粉工业,从钛铁矿 和金红石采选开始,通过化学过程生成化工中间产品钛白粉,用于涂 料、塑料和造纸等行业。
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海绵钛为钛材行业基础原材料,但不同的下游运用领域对海绵钛的品 质等级要求不同。根据海绵钛国家标准,按钛含量、杂质含量的高低 和硬度按等级由高到低,海绵钛可划分为 0A级、0 级、1 级、2 级、3 级、4 级、5 级;按粒度大小,一般为 0.83mm-25.4mm,小粒度为 0.83mm-12.7mm,细粒度为 0.83mm-5.0mm。 高端钛合金生产原料以 0 级海绵钛为主。例如,西部超导采购的海绵 钛主要为 0 级和 1 级海绵钛,以 0 级为主,颗粒度为 3mm-12.7mm 的 小颗粒,并对相关参数有特殊的内控技术标准。一般的民用钛合金相 关企业采购的均为标准规格的海绵钛,西部钛业采购的海绵钛主要为 标准规格的 1 级海绵钛和部分 0 级、2 级海绵钛。
国内海绵钛产量近几年持续增长。2020 年,根据中国有色金属工业协 会钛锆铪分会对国内 12 家海绵钛生产企业产量的统计,共生产海绵 钛 12.30 万吨,同比增长 44.9%。
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1.2 钛及钛合金类型
海绵钛(或海绵钛加合金元素)经熔炼形成钛铸锭,再经锻造、轧制、 挤压等塑性加工方法将铸锭加工成材,即钛材。根据中国有色金属工 业协会钛锆铪分会的数据,2020 年,我国钛材产量达到近 10 万吨, 占全球钛材产量的 50%以上。钛材按是否添加合金元素、牌号、形态 和用途等有多种分类方法。
钛合金是以钛为基加入适量其他元素,调整基体相组成和综合物理化 学性能而形成的合金。按相组成钛合金可分为:密排六方结构的 α 型 钛合金(包括近 α 型合金)—即国内牌号 TA,体心立方结构的 β 型 钛合金(包括近 β 型合金)—即国内牌号为 TB,两相混合的 α+β 型 钛合金—即国内牌号 TC。
2 国内钛合金需求:以化工和航空航天应用为主,航空航天需求快速提升
钛具有密度小、比强度高、导热系数低、耐高温低温性能好、耐腐蚀 能力强等突出特点,最早被应用于航空航天等高科技领域,现在其应 用领域已向化工、石油、电力、海水淡化、建筑、日常生活用具等领 域拓展,被誉为“现代金属”、“战略金属”。
我国钛材使用以化工领域为主。根据中国有色金属工业协会钛锆铪分 会的统计,国内主要钛材生产企业在化工领域的销量占总销量比例为 50%左右。近几年,国内航空航天领域钛材需求量快速增长,国内主 要钛材生产企业在航空航天领域的销量占比由 2010 年的 9.7%提升至 2020 年的 18.4%。
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国内航空航天领域钛材销量保持快速增长。2020 年,国内主要钛材生 产企业在航空航天领域合计销量约 17228 吨,同比增长 36.73%,较 2010 年 3603 吨的销量复合增长率为 16.94%。
航空钛合金主要应用于飞机结构件、航空发动机结构件以及航空紧固 件等。飞机结构钛合金使用温度要求一般为 350℃以下,要求其具有 高的比强度、良好的韧性、优异的抗疲劳性能、良好的焊接工艺性能 等,主要应用部位有起落架部件、框、梁、机身蒙皮、隔热罩等。发 动机用钛合金要求具有高的比强度、热稳定性好、抗氧化和抗蠕变性 能良好,主要应用领域有压气机盘、叶片、鼓筒、高压压气机转子、 压气机机匣等。航空紧固件用钛合金要求具有较好的加工性、无磁性、 耐腐蚀性等,主要包括钛合金铆钉、钛合金螺栓等。
2.1 飞机机身结构件:军机和民机钛合金用量均持续提升
2.1.1 机身结构件钛合金应用:用于机翼、起落架、尾翼等重要结构 件
钛合金因密度小、比强度高、耐蚀、耐高温、无磁、可焊、使用温度 范围宽(-269℃-600℃)等优异性能,且能够进行各种零件成形、焊 接和机械加工,在航空领域很快得到广泛应用。20 世纪 50 年代初, 军机开始使用工业纯钛制造后机身的隔热板、机尾罩、减速板等受力 较小的结构件。20 世纪 60 年代,钛合金进一步应用到飞机襟翼滑轨、 承力隔框、中翼盒形梁、起落架梁等主要受力结构件中。 以美国 F14 战机为例,钛合金占 F14 战斗机结构重量的 26%,使用钛 制成的组件包括机翼结构、起落架部件、尾部结构,以及小型紧固件、 弹簧和液压管等。
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采用钛合金作机身材料有多方面优势:1)替代钢和镍基高温合金可 大大降低飞机质量;2)能够满足飞机强度要求,与铝合金相比,60% 左右质量的钛合金即可达到相同的强度。3)耐腐蚀性良好,钛合金 不需要表面防腐涂层或者镀膜。4)与聚合物复合材料电化学相容性 好。5)限制空间内满足强度要求,例如,波音 747 的钛合金起落架 梁。 军用飞机方面,国外先进战机用钛量占机体结构总质量的 25%左右。 美国 F-35 战机钛用量达 27%,F-22 战机钛用量高达 41%,其机身主 承力梁和框架采用钛合金整体锻造而成,创造了迄今为止战斗机钛用 量的最高纪录。美国 B1 轰炸机和 B2 轰炸机钛合金用量分别为 21% 和 26%。美国运输机用钛量也由早期服役的 C5 的 6%增至 C17 的 10.3%,俄罗斯伊尔 76 运输机用钛量更是达到了 12%。
民航飞机方面,由于复合材料的大量使用,与复合材料相容性更好的 钛合金用量也在逐步增长。空客飞机钛用量从第三代 A320 的 4.5%增 至第四代 A340 的 6%,A380 的用钛量增加到了 10%,而 A350 客机 的钛用量进一步提高到 14%左右;波音飞机用钛量从最初波音 707 的 0.5%逐渐增至波音 747 的 4%,再到波音 777 的 7%,波音 787 的用 钛量已提高到 15%左右,基本与空客飞机保持同步。俄罗斯的新型客 机 MS21 钛合金用量占比高达 25%,是目前民用运输机钛用量的最高 纪录。
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国内方面,军用歼击机从初始用钛量只有 2%的歼 8,逐渐增加至用钛 量为 4%的歼 10,歼 11 用钛量增加到 15%,歼 20 用钛量达 20%。大 型军用运输机运 20 的钛合金用量为 10%,与美国先进的 C-17 运输机 的钛合金用量相当。民用飞机上,商用客机 ARJ21 的钛合金用量 4.8%, 而 C919 大型客机广泛采用钛合金,其用钛量已达到 9.3%,主要用于 机头、吊挂、尾翼、外翼和中央翼盒等。
2.1.2 机身结构件钛合金材料:Ti-64 应用最为广泛,向更好的加工 性能发展
目前,在航空领域使用的钛合金材料主要有 TC4(美 Ti-64 合金)、 TC18、TC21、TA15、TB6(美 Ti-1023 合金)等。 Ti-64 钛合金是最早问世同时也是最经典的钛合金,其设计使用温度 最高可达 350℃。Ti-64 不仅具有耐高温性,还具有十分优良的塑性加 工性能,在航空航天领域广泛应用。
TC18 具有较大淬透性,适合制造大型锻件。俄罗斯根据波音和空客 等民机需求,在 TC18 合金基础上开发了 Ti-55531 钛合金。Ti-55531 强度较高,而且具有优越的淬透性和更宽的加工窗口,已在 A380 飞 机吊挂接头和起落架支柱等零件上使用。 铸造钛合金方面,航空领域应用范围最广、用量最多的铸造钛合金是 ZTC4 钛合金。我国研制和生产的钛合金铸件中,ZTC4 和 ZTA15 合 金用量占 80%。此外,国内常用的铸造钛合金还有 ZTC3 和 ZTC6。 ZTC3、ZTC6 和 ZTA15 是航材院根据航空工业发展需求研制或仿制的 高温铸造钛合金和高强铸造钛合金,在减轻飞机整体结构重量、满足 高温和高载以及腐蚀环境要求、提高机体寿命等方面发挥重要作用。
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2.2 航发结构件:主要用于航发冷端部件,新型钛合金性能提升应用 范围不断拓宽
2.2.1 钛合金主要用于航发冷端部件,用量占比持续提升
钛合金的使用是军用航发提高推重比的关键。推重比是航空发动机的 重要性能指标,最早航发推送比为 2~3,四代航发推重比超过 10。钛 在 300~650℃温度下具有良好的抗高温强度、抗蠕变性和抗氧化性能, 且质量轻、比强度高,使用钛合金代替原镍基高温合金可使航空发动 机重量降低,提高航发推重比。 军用航发方面,钛合金一般用于航空发动机的风扇、高压压气机盘件、 叶片等转动部件和燃烧室、尾喷管等静止件。在国外先进航空发动机 中,钛合金用量已占发动机总质量的 25%~40%,第 3 代航发 F100 的 钛合金用量达 25%,第 4 代航发 F119 的钛合金用量达 40%。
民用航空发动机方面,钛合金同样用于风扇、压气机盘件、叶片等部 件。以 V2500 航空发动机为例,其钛合金用量达 31%,钛合金零件主 要集中于发动机前部及外部工作温度较低的位置,从高压压气机后几 级开始,温度和压力明显升高,钛合金零件使用较少。钛合金零件使 用范围涵盖机匣、转子毂、转子叶片、静子叶片、轴承支撑、管路、 支架等诸多零件,零件总价超过 750 万美元,相比 V2500 新发价格约 1500 万美元,价值占比约 50%。
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2.2.2 航发钛合金性能要求高,新型钛合金进一步拓展应用范围
在航空发动机上应用钛合金,要求其在较高的温度范围内具有很好的 瞬时强度、耐热性能、持久强度、高温蠕变抗力和组织稳定性等。α 型、近 α 型和 α+β 型钛合金在中高温环境下具有良好的综合性能,被 广泛应用于航空发动机。 现役航空发动机上使用的钛合金主要有 TC4、TC11、TC17 和 TA11 等,用于发动机风扇和压气机低温段工作的叶片、盘、机匣等零件。 TC4 具有良好的塑性加工性能,TC17 是一种高强、高韧和高淬透性 的两相钛合金,由于使用温度不高,广泛应用于制造航空发动机风扇 叶片和压气机盘件等低温部件。 TC25 钛合金是前苏联研制的一种热强钛合金(俄牌号 BT25),该合 金含有钼、钨等高熔点元素,热强性、耐热性好,使用温度达 550℃, 使用寿命达 3000h,主要用于制造航空发动机高压压气机盘盘件。
随着先进航发对高性能钛合金的迫切需求,600℃高温钛合金、阻燃 钛合金、TiAl 和 SiCf/Ti 复合材料成为新型高温钛合金的发展重点。 600℃高温钛合金适用于工作温度为 500℃-600℃的高压压气机整体 叶盘、机匣等;阻燃钛合金适用于高压压气机机匣、叶片等;TiAl 合金适用于工作温度在 700℃-850℃的高压压气机叶片、涡轮叶片等; SiCf/Ti 钛基复合材料适用于高压压气机整体叶环。
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TA29 钛合金在 620℃仍具有良好的蠕变抗力,在其他性能满足设计要 求时,可延伸至 620℃左右长期使用。此外,TA29 钛合金在 750℃-800℃仍能保持较高的抗拉强度,可在此温度区间短时使用,应 用于超高声速导弹、火箭、飞行器、空天飞机等装备的机体构件、蒙 皮,以及所用发动机的高温部件。TA29 钛合金已实现从 3t 型工业铸 锭熔炼、Φ300mm 大规格棒材制备、大尺寸整体叶盘锻件制备到整体 叶盘零件机加工、检测检验、表面处理等全程制造。
TB12 和 TF550 是阻燃钛合金,阻燃钛合金是我国新型钛合金的发展 方向之一。在航空发动机旋转部件上,由于钛合金具有易燃倾向,因 而在钛合金制件表面添加防钛火涂层或采用阻燃钛合金,P&W 研制 的 Alloy-C(Ti-35V-15Cr)高稳定性阻燃 β 型钛合金,已用于 F-22 战 斗机的 F119 发动机用压气机挡板、增压器及喷嘴等部件。国内以美 国 Alloy-C 合金的成分为基础,研制了能在 500℃长期使用的 TB12 和在 550℃长期使用的 TF550。
TiAl 合金兼具金属和陶瓷的性能,在 600℃-800℃,TiAl 合金比强度 优于常规钛合金,且具有良好的抗蠕变、抗氧化等性能。GE 公司为 波音 787 研制的 GEnx 发动机低压涡轮第 6、7 级叶片采用铸造 TiAl 合金叶片取代镍基高温合金叶片,实现减重 72.5kg。2014 年, Mecachrome 公司与法国 Snecma 公司签订 TiAl 合金供货协议, Mecachrome 将向 CFM 公司提供用于制造 LEAP 系列发动机的 TiAl 合金低压涡轮转子叶片。
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除了航发锻件,钛合金精密铸件在航空发动机上也有广泛应用。钛合 金铸件具有制造成本低、周期短、原材料利用率高等优势,可制造各 种大型复杂整体零部件。例如,20 世纪 90 年代初,我国航空发动机 的钛合金机匣采用分体铸造再焊接成整体部件方式生产,在使用过程 中由于机匣焊接量大,部件刚性差,易产生疲劳裂纹,部件可靠性和 寿命下降,难以实现全寿命使用。随着航空发动机性能要求不断提升, 需采用结构刚性更好、更为可靠的整体铸件。国内从 20 世纪 90 年代 起开展大型钛合金铸件的研制工作,整体铸造的中介机匣率先在 XX10 发动机上使用。
大部分铸造钛合金基本上沿用了变形钛合金的成分。ZTC4 铸造钛合 金使用最为成熟和广泛,随着航空领域对结构件的断裂韧性要求越来 越高,ZTC4 等中强度钛合金已无法满足要求,高强度铸造钛合金越 来越受到重视,例如 Ti-15-3、Ti-10-2-3、Ti6-22-22S、Beta-C、8-21S、 BT35 等高强度铸造钛合金。
2.3 航天结构件:满足耐高温、耐低温、抗辐射等多种性能要求
在导弹武器系统中,为了减轻发射重量、增加射程以及提高结构件使 用温度,也开始大量使用钛合金材料替代传统的结构钢、铝合金等材 料。例如,新一代的巡航导弹飞行速度由过去的 0.8 马赫提高到 3.5 马赫甚至更高,导弹的表面温度达到 300℃-650℃,传统铝合金材料 制造的隔框、蒙皮、油箱等无法满足要求,必须使用钛合金材料制造 这些导弹部件。此外,巡航导弹使用的涡喷发动机动力系统也大量使 用钛合金材料制造其结构部件,包括压气机机匣、压气机盘、压气机 叶片等部件。
随着舰艇防护装甲能力的不断提升与建造结构的不断优化改进,其对 于反舰弹道的对抗能力不断提升,为了进一步提升反舰导弹对舰艇的 杀伤威力,反舰导弹战斗部类型趋向于半穿甲型的方向发展。半穿甲 型战斗部需要在保证弹体强度的前提下穿透数层船板,壳体大都采用 较厚的高强高韧合金材料制造,其装填系数在 20%~40%。一般来说, 硬侵彻型半穿甲战斗部的壳体由结构钢材料制成,近年来为了减轻整 弹质量、增加战斗部装药量、加强毁伤能力以及满足超音速飞行带来 的高温效应等,一些先进的导弹战斗部开始使用钛合金材料制造,如 美国的“斯拉姆”AGM-84H、“战斧”Ⅱ等。俄罗斯经验表明,半穿 甲战斗部壳体改用高强度、高韧性、密度相对较低的钛合金材料后, 装填系数可提高到 50%,战斗部的毁伤威力显著提高。
根据航天产品对于材料的需求,钛合金在航天领域形成了不同的发展 方向,主要包括高强韧钛合金、高温钛合金、低温钛合金、铸造钛合 金和粉末钛合金等。我国利用钛合金 TA7ELI 在低温下具有更高的强 度、更好的塑性和韧性的特点,研制出在液氢环境下使用的 20L 低温 TA7ELI 钛合金气瓶,该气瓶用于 CZ-XX 系列运载火箭。(报告来源:未来智库)
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2.4 航空航天紧固件:钛合金是航空航天紧固件主要材料
紧固件是实现连接功能的基本零件,在航空领域广泛使用。紧固件包 括螺栓、螺柱、螺钉、螺母、垫圈、销、铆钉等,在飞机上用量极大, 一架飞机所用的紧固件及弹性元件少则几十万件,多则几百万件。例 如,俄罗斯伊尔-96 飞机单架飞机使用紧固件达 14.2 万件,单架空客 A380 使用紧固件超过 100 万件。 高减重、耐腐蚀、无磁性、与复合材料相容性好的钛合金逐渐成为先 进飞机紧固件材料的首要选择。随着飞机先进性的提高,对紧固件材 料的要求越来越高。钛合金用作航空紧固件有多种优势:1)减重效 果好;2)耐腐蚀性能好,尤其是钛与碳纤维复合材料的电极电位相 近,适合复合材料连接;3)耐高温低温性能好;4)钛具有良好弹性 和无磁,对于防止紧固螺栓的松动和防磁场干扰至关重要。
美国 F-16、F-18、F-35、F-22、C-17 等军机广泛采用钛合金紧固件。 F-15 战斗机用钛合金紧固件占全机紧固件的 73%,C-17 大型军用运 输机使用了 42.3 万个钛合金销钉和 24.1 万个钛合金螺栓;图-204 型 客机采用 940kg 的 BT16 钛合金紧固件后,飞机减重达 688kg,波音 747 型飞机采用钛合金紧固件代替合金钢紧固件后,其单机总重量减 轻了 1814kg。 随着紧固件用钛合金材料的不断研制和性能提升,钛合金紧固件在航 空领域用量有望进一步增长。钛合金紧固件的使用最早是美国将Ti-64 (TC4)螺栓用于 B-52 轰炸机,随后,Ti-64 钛合金逐渐成为美国和 欧洲各国在航空航天领域应用的主要紧固件材料。采用 TC4、BT16、 TB2、TB3、TB5 等材料制备的钛合金紧固件旨在取代铝合金和合金钢材料,强度水平在 1000MPa 级以上;TB8 合金制造的紧固件已逐 渐取代高强钢和 TC4 紧固件,强度水平在 1250MPa 以上。
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2.5 国内航空航天领域钛合金需求有望持续提升
2.5.1 军机市场需求快速增长,航发需求有望获得更快增速
目前,我国航空航天领域钛合金主要用于军机及军用航发。我国空军 现代化建设按三步走战略展开。近年来,歼-20、运-20、空警-500、 红-9B 和新型电子战飞机歼-16D、高空无人侦察机无侦-7 等一大批新 型国产主战装备,陆续加入人民空军战斗序列、投入实战化训练,形 成战斗力。新型军机不断列装,新时代人民空军历史性跨入战略空军 门槛。 对比美国等发达国家,我国仍有军机数量较少、老旧机型占比偏多等 不足,我国军机数量补齐和军机升级换代需求迫切。根据《World Air Force 2021》,目前,我国大陆战斗机 1571 架,不区分战机代际划分, 从总量上看我国大陆战斗机数量仅为美国战斗机数量的 58%。
从战斗机构成上看,美国现役战斗机已经实现了全部三代以上,且现 役四代机 374 架,占歼击机总量(2152 架)的 17%,并加速列装 F-22、 F-35 等四代战机。我国三代/三代半战机规模和世界空军强国还存在 明显差距,四代机歼-20 仅少量列装,且二代机占比尚有 47%。2021 年 11 月,我国东部战区空军某旅 9 架歼-7 战机退出战斗序列,并列 装歼-10C 战机接替。国内军机面临迫切的升级换代需求。
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军机的研制定型周期较长,一个机型完成定型后一般在较长时间内会 持续生产。以美国 F-35 战机为例,2006 年首架 F-35 战机 AA-1 完成 首飞,2011 年美国空军正式接受第一架低速率初始生产型 F-35。之后, F-35 的生产交付持续提升,2018 年、2019 年和 2020 年分别交付 91 架、134 架和 120 架。2022 年 4 月 4 日,洛马公司发布 F-35 快报, F-35 战机已完成超过 780 架的交付,相比其 1 月 4 日快报超过 750 架 的交付量,2022Q1 洛马公司 F-35 交付约 30 架。 参考国外军机生产列装经验,我国歼-20 等主力战机或正处产能攀升 阶段。歼-20 战机是我国自主研发的新一代隐身战机,于 2011 年 1 月 进行首飞。参考美国 F-35 战机于 2006 年首飞,5 年后于 2011 年首架 F-35 战机交付空军,近几年产量持续提升的历程,预计我国歼-20 等 主力战机目前或正处产能攀升阶段。
新型战机钛合金用量提升增加对钛合金的需求。美国 F35 战机钛合金 占比达 27%,F22 战机钛合金占比甚至达到 41%;国内来看,歼 10 用钛量为 4%,歼 11 用钛量达 15%,歼 20 用钛量达 20%。假设四代 战机重量在 15 吨-20 吨,若钛合金用量为 20%,则单架战机含钛合金 3-4 吨。运输机单架飞机较重,假设运输机重量 100 吨,若钛合金用 量为 10%,则单架运输机含钛合金 10 吨。 军用航空发动机方面,国内多型主力战机已经换装国产发动机。歼 -10C、歼-11系列战机以及歼-20等国内主力战机已陆续换装国产航发, 说明国产航空发动机已经足够稳定、可靠,具备大规模换装的条件。 此外,国产大型军用运输机运-20 也换装了国产航空发动机。从军机 的研制生产历程看,歼-20、运-20 等高性能军机或正处加速列装期, 换装国产发动机将大幅提升对国产航发的需求。
2.5.2 国内民机市场空间广阔,需求逐步释放
国外民航飞机对钛合金用量较大。2020 年波音公司和空客公司商用飞 机机身钛消费量合计约 4.3 万吨,其中,B737 机型钛消费量约 700 吨; B747 机型钛消费量约 500 吨;B777 机型钛消费量约 1 万吨;B787 机 型钛消费量约 1.2 万吨;A320 机型钛消费量约为 1.5 万吨;A330 机 型钛消费量约为 1500 吨;A380 机型钛消费量约为 2000 吨。 现代涡轮发动机结构质量的 30%左右为钛合金。民航发动机方面,预 计2020年波音公司和空客公司商用飞机发动机钛消费量合计约1.9万 吨,其中 B737 机型钛消费量约为 1000 吨;B747 机型钛消费量约为 600 吨;B777 机型钛消费量约为 1400吨;B787 机型钛消费量约为 5000 吨;A320 机型钛消费量约为 9000 吨;A330 机型钛消费量约为 1000 吨;A380 机型钛消费量约为 500 吨。
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ARJ21 新支线飞机是我国自行研制、具有自主知识产权的中短程新型 涡扇支线客机,2014 年底取得中国民航局型号合格证,2017 年取得 中国民航局生产许可证。目前,ARJ21 已正式投入航线运营。2021 年,ARJ21 产品持续优化,截止 2021 年 12 月 26 日,ARJ21 已开通 航线 233 条,通航城市 101 座,运送旅客突破 410 万人次。
C919 大型客机是我国按照自行研制、具有自主知识产权的大型喷气 式民用飞机,于 2015 年 11 月 2 日完成总装下线,2017 年 5 月成功首 飞。2021 年 1 月,民航上海审定中心完成 C919 首次局方审定试飞, 3 月,中国商飞与东方航空签署首批 5 架 C919 购机合同,东方航空 将成为全球首家运营 C919 的航空公司。
CR929 远程宽体客机是中俄联合研制的双通道民用飞机。CR929 远程 宽体客机采用双通道客舱布局,基本型命名为 CR929-600,航程为 12000 公里。此外还有缩短型和加长型,分别命名为 CR929-500 和 CR929-700。2018 年,中国商飞与俄罗斯联合航空制造集团公司联合 确定 CR929 远程宽体客机的整体外形和尺寸等主要参数。
国产民航发动机研制持续推进,国产飞机采用国产航发将进一步增加 国内航空领域钛合金需求。中国航发商发首先启动了针对 C919 飞机 发动机的研制工作,该发动机是一型双轴大涵道比直驱涡扇发动机, 由 1 级风扇、3 级增压级、10 级高压压气机、单环形燃烧室、2 级高 压涡轮及 6 级低压涡轮组成,风扇叶片采用 TC4 钛合金。
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2.5.3 导弹是现代战争主要耗材需求有望快速增长,航天发射有望持 续维持高位
导弹是现代战争主要耗材,多重因素推动导弹产业链快速增长:(1) 导弹是我国实施非对称战争战略的核心手段。建国初期钱学森提出的 “先导弹后飞机”发展路线是非对称战略的核心体现。随着我国军事 技术逐步提升,我国与军事强国在军机、战舰等方面的差距正在逐渐 缩小,对称作战手段获得较快发展,但考虑到我国与军事强国之间的 差距并非短期内可以弥补,非对称能力依旧将保持快速发展。
(2)未来高技术战争中,精确制导武器使用将进一步提升。在近 4 次主要局部战争中,美军依靠大量使用精确制导武器,取得了良好的 作战效果。精确制导武器的使用比例持续提升,从 1991 年海湾战争 中使用精确制导武器数量占比 7.6%到 2003 年伊拉克战争中使用精确 制导武器数量占比 68.3%,提升了近 8 倍。在未来的高技术局部战争 中,精确制导武器使用占比预计将进一步提升。
(3)战机战舰平台数量提升以及备弹需求带动机载舰载导弹采购。 我国三代机、四代机、直升机、驱逐舰、护卫舰等的列装,对导弹的需 求也日益增长。歼击机一般可挂载 10 枚左右的导弹,驱逐舰一般有数十 到上百个垂直发射单元,考虑备弹以及消耗需求,预计战机战舰平台挂 弹的需求增速不低于战机战舰的增速。
(4)更新换代需求带动新定型装备采购。2019 年国庆 70 周年阅兵中, 首次亮相的新型武器装备占比近四成,其中,东风-17 常规导弹、长剑-100 巡航导弹、东风-41 核导弹等武器装备均为首次亮相,充分体现了我国国 防科研自主创新能力。2021 年珠海航展上,航天科工数十型装备首次亮 相,首次参展展品数量创历届之最。武器装备升级换代将带动新型号装备采购。
(5)实战化训练消耗加大我军导弹采购。2021 年 6 月,国防部例行记者会上,国防部新闻局副局长、国防部新闻发 言人任国强大校答记者问提到,2021 年各部队开训即掀起练兵热潮, 突出按纲施训打基础,坚持实战练兵强能力,与往年同期相比,全军 弹药消耗大幅增加。实战化训练消耗将加大导弹采购量。
(6)军贸市场需求日益旺盛。21 世纪以来我国军工行业高速发展, 同时“一带一路”合作倡议对军贸出口提供了良好的发展机遇。目前 我国军贸正逐渐打开全球市场,军贸产品种类不断丰富、武器装备性 能不断提高,近年来军贸额呈持续增长的态势。
在火箭及空间飞行器方面,近几年,我国及国际航天发射任务频繁。 2018 年以来,我国每年航天发射次数明显增长。2018 年和 2019 年, 我国航天发射次数分别为 39 次和 34 次,连续两年位居世界第一;2020 年,我国航天发射 39 次,仅次于美国 44 次航天发射;2021 年,我国 航天发射次数突破性增长至 55 次,发射次数再次居世界首位,全球 总发射次数达 146 次,为 1957 年以来最高,航天器总发射数量 1846 个,创历史新高,总质量 778 吨,为 2009 年以来的最大值。
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预计未来航天发射将持续维持高位,航天宇航领域对钛合金的需求有 望稳步提升。2022 年,中国航天发射次数将继续维持高位,计划开展 一系列重大任务。中国航天科技集团有限公司在《中国航天科技活动 蓝皮书(2021 年)》发布会上指出,2022 年,航天科技集团计划安排 50余次宇航发射任务;全年载人航天空间站工程将完成6次重大任务, 全面建成以天和核心舱为控制中心,问天、梦天实验舱为主要实验平 台,常年有人照料的空间站;长征六号甲运载火箭将开展首飞。
2.6 化工领域用钛量较大,近几年用量保持较快增长
国内化工领域用钛量占所有钛材用量的 50%左右。2020 年,根据中国 有色金属工业协会钛锆铪分会的统计,国内 32 家主要钛材生产企业 在化工领域的钛材销售量达 47513 吨,占钛材销量的 50.8%。
钛合金良好的耐蚀性能使其成为化工工业中不可替代的理想结构金 属材料,从最初的纯碱和烧碱工业,发展到化肥、有机合成、染料、 制盐工业、海水淡化等。
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(1)制碱行业
目前,氯碱工业中已广泛采用钛材来制造金属阳极电解槽、离子膜电 解槽、湿氯冷却器、精制盐水预热器、脱氯塔、氯气冷却洗涤塔等。 钛材在制碱行业中的应用已有近 30 年历史,其制造技术及产品应用 技术已经非常成熟。离子膜电解制碱是目前最先进的制碱方式,在我 国已有 60%的生产线采用了离子膜电解槽。这种电解槽内采用了大量 高精度尺寸与严格形状要求的钛板、钛钢复合板、钛网板等。另外, 与生产线配套的氯气尾气收集设备,以及换热器、储存罐等设备也都 应用了大量钛板。这些设备的维护或翻新周期为 3-6 年。
(2)制盐行业
我国真空制盐工业起步较晚,20 世纪 70 年代初期才大量兴起。真空制盐过程高温浓盐卤水对碳钢设备腐蚀严重,直接影响了设备能力的 发挥及生产的正常运行。 钛材以其优异的耐腐蚀性能被推广应用到真空制盐工业。为了防止真 空制盐过程中蒸发罐壁结盐垢,在小型蒸发罐内壁液面波动处,嵌入 高 1100mm、厚 0.7mm 的 TA2 板。四川大安盐厂、五通桥盐厂两套年 产 30×104 t 真空制盐主体设备蒸发罐与料液接触的部份,以及Ⅰ、Ⅱ、 Ⅳ效加热室均采用 TA2 换热管及钛钢复合板。仅此两套制盐装置,便 使用钛管 44 吨,使用 TA2 板约 10 吨,钛钢复合板达 360 吨,使真空 制盐工业一跃成为用钛板以及钛钢复合板的重要方向之一。
(3)PTA 行业
PTA(精对苯二甲酸)在常温下呈白色粉状晶体,是生产聚酯纤维、 树脂、胶片及容器树脂的主要原料,被广泛应用于化纤、容器、包装、 薄膜生产等领域。 PTA 装备需要防蚀的部件主要为反应器、交换器,而防蚀的方法有衬 钛或采用全钛,衬钛部件是有外层碳钢来承担介质的压力,而由内衬 钛来抵抗介质的腐蚀,全钛部件则是完全由钛来承担介质的腐蚀和压 力。
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2.7 船舶、电力和海洋工程等领域用钛量有望较快增长
国内,钛合金在船舶、电力和海洋工程等领域应用也表现出持续提升 的趋势。根据中国有色金属工业协会钛锆铪分会的统计数据,2020 年, 国内 32 家钛材生产企业在船舶、电力和海洋工程领域钛材销量分别 为 2743 吨、4638 吨和 7240 吨,占比分别为 2.9%、5.0%和 7.7%。
(1)船舶领域:国内目前船舶用钛量较低,用量提升将大幅提高对 钛材的需求
钛及钛合金在船舶中应用广泛,包括船体结构件、深海调查船及潜艇 耐压壳体、管道、阀、船舵、轴托架等。 舰船上使用钛合金可有效改进舰船的耐受性,提高可靠性和有效性, 减少维修和维护费用,实现减重和增载。大量船用管系材料使用经验表明,钢管路系统使用 1.2-2 年后会发生腐蚀,CuNi 管路系统使用寿 命为 6-8 年,而钛合金管路系统中的管、泵、阀、热交换器等设备可 服役 40 年以上。 我国船用钛合金的研究与应用始于 60 年代,几乎与国外同步发展。 几十年来,船用钛合金的研究及应用水平有了很大提高,已经形成了 较完整的船用钛合金系列包括 635MPa、685MPa、730MPa、785MPa 强度级别的合金。“蛟龙号”深潜器的耐压壳体就是 TC4 钛合金。(报告来源:未来智库)
(2)电力方面:钛材耐蚀性能优异,用于滨海电站、核电凝汽器等
电力方面,钛材主要用于滨海电站凝汽器、核电凝汽器等。由于钛在 含有氯化物、硫化物等许多腐蚀性较强的热水中具有较好的稳定性, 用钛管取代铜镍合金管后,可以大大提高使用寿命,减少检修时间, 经济效果非常显著。例如,中船 725 所研制的大型海水管路用钛合金 结构件支架,成功应用于浙江三门核电站项目。 我国核电稳步发展,对钛材的需求有望持续提升。根据《中国核能发 展报告 2021》,“十三五”期间,我国核电机组保持安全稳定运行,新 投入商运核电机组 20 台,新增装机容量 2344.7 万千瓦,商运核电机 组总数达 48 台,总装机容量为 4988 万千瓦。根据国家能源局信息,“十四五”期间,我国将建成华龙一号、国和一号、高温气冷堆示范 工程项目,积极有序推进沿海三代核电建设。核电运行装机容量达到 7000 万千瓦。由此计算,“十四五”期间,我国核电新增装机容量约 2012 万千瓦。
(3)海洋工程领域:用于海水淡化及海洋油气开采等工程
钛具有合金强度高、比重小、耐海水腐蚀和海洋气氛腐蚀等特点,应 用于海洋油气开发、海港建筑、沿海发电站、海水淡化、船舶、海洋 渔业、海洋热能转换等领域。 海水淡化方面,十四五末我国海水淡化工程规模较 2020 年规模提升 约 76%,十四五期间海水淡化工程对钛材需求有望超万吨。《2020 年 全国海水利用报告》显示,截至 2020 年底,全国有海水淡化工程 135 个,工程规模达 165.11 万吨/日。《海水淡化利用发展行动计划 (2021-2025 年)》提出,到 2025 年,全国海水淡化总规模达到 290 万吨/日以上,新增海水淡化规模 125 万吨/日以上。若按平均日产 1 万吨的海水淡化装置用钛 107 吨计算,十四五期间新增海水淡化装置 的用钛量约为 13375 吨。
3 国内钛合金供给:国内钛合金熔炼以 VAR 炉为主,EB 炉熔炼快速发展
3.1 钛合金熔炼:国内钛合金熔炼以 VAR 炉为主,冷床炉熔炼快速 发展
钛及钛合金的熔炼主要分为两类:真空自耗熔炼和真空非自耗熔炼。 真空自耗熔炼主要包括真空自耗电弧熔炼(Vacuum arc remelting, VAR)、电渣熔炼以及真空凝壳炉熔炼;真空非自耗熔炼主要包括真 空非自耗电弧熔炼、冷坩埚感应熔炼、冷床炉熔炼,而冷床炉熔炼又 分为电子束冷床炉熔炼(Electron beam cold hearth melting,EBCHM) 和等离子束冷床炉熔炼(Plasma arc cold hearth melting,PACHM)。目 前钛及钛合金铸锭的工业化生产中应用最广泛的是真空自耗电弧熔 炼和冷床炉熔炼。
3.1.1 真空自耗电弧熔炼:钛合金铸锭主要熔炼方式
真空自耗电弧熔炼(VAR)是生产钛及钛合金铸锭的主要方法。VAR 技术优点包括熔炼速度快、工艺自动化程度高、操作简单、可生产大 型铸锭、可满足一般工业要求、对于易挥发杂质有良好去除效果、可 得到从下向上的近定向凝固柱状晶等。
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同时,采用 VAR 生产钛合金铸锭存在一些不足,包括当熔炼易偏析 合金元素较多的钛合金时仍然会出现宏观和微观偏析,化学成分均匀 性不够、容易产生组织缺陷,不能有效去除低、高密度夹杂等。这些 缺陷限制了其在熔炼高质量合金中的应用。现在自耗电极电弧炉多用 来重熔铸锭,在一定程度上克服了上述缺点,可生产致密、无缺陷、 成分均匀,具有所要求的化学成分、尺寸和晶粒结构的铸锭。 目前,我国航空用钛合金的熔炼基本采用真空自耗电弧炉熔炼方法。 对于质量要求高的钛合金铸锭,一般要经过 3 次 VAR 熔炼,以获得 成分均匀、缺陷率低的铸锭。但 VAR 工艺生产的钛合金铸锭依然容 易存在夹杂物和成分偏析等冶金缺陷。
3.1.2 冷床炉熔炼:美国冷床炉熔炼世界领先,国内快速发展
长期应用中,真空自耗电弧熔炼(VAR)无法彻底去除钛合金中的高、 低密度夹杂,熔炼过程中容易出现夹杂、偏析等冶金缺陷。冷床炉熔 炼技术在航空用钛合金对高质量、高可靠性的迫切需求下出现,在解 决低、高密度夹杂及成分均匀性方面比较好地解决了 VAR 熔炼的不足,且更适合工业化生产。国外优先选用冷床炉熔炼加真空自耗电弧 重熔的工艺,以保证航空发动机用钛合金材料的冶金质量。
冷床炉根据热源不同,可分为电子束冷床炉和等离子束冷床炉。与真 空自耗电弧熔炼相比,电子束冷床炉熔炼具有多方面优势:1)可以 采用多种形式的原材料如散状海绵钛、残料以及钛屑等;2)能够大 量使用经济的原材料,如含有碳化钨杂质的切削料,残料添加比例可 达 100%;3)能够有效去除易挥发杂质以及低、高密度夹杂;4)可 保证合金元素充分均匀化,避免偏析;5)可生产不同截面的铸锭;6) 可以实现一次成锭,一炉多锭,降低熔炼费用,提高生产效率。
国外生产冷床炉的公司主要有 4 家,即美国 Retech、美国 Consarc、 德国 ALD 和乌克兰的巴顿焊接研究所。冷床炉熔炼技术在国外发展 较快,应用最广,尤其是美国冷床炉熔炼技术发展最成熟。国内相关 企业先后引进美国、乌克兰等生产的电子束冷炉床熔炼炉,电子束冷 床熔炼在国内有一定应用。 聚能钛业从美国和乌克兰引进了 2 台 EB 炉,并于 2013 年底前投入生 产。2018 年,聚能钛业与俄罗斯 KV-Titan 公司联合制造的国产化小 型 EB 炉成功投入试生产运营。目前,聚能钛业 EB 炉设备总装功率 9300kW、设计年最大产能 11600 吨、单锭最大重量 20 吨,三项指标 列居全国 EB 炉熔铸行业之首。
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国内电子束冷炉床熔炼炉设备也取得一定进展。在消化吸收进口设备 的技术上,宝钛集团装备科技公司研发了国内最大锭型的 EB 炉,该 设备总功率约 3520kW,最大单锭截面尺寸 1560×240mm,重量约 13 吨,年产能约 2000 吨。2021 年 9 月 6 日,在江苏泰州某用户生产现 场,由宝钛集团装备科技公司自主研制的首台 EB 炉首锭出炉。
但是,由于等离子束熔炼时需要消耗大量惰性气体,增加了熔炼成本, 为了降低成本,大型 PA 炉常需配备惰性气体回收装置。此外,PA 炉 生产效率低于 EB 炉,同功率下,EB 炉熔炼速率约为 PA 炉的 2 倍。 目前美国拥有世界上大部分的 PA 炉,具备批量生产优质钛合金铸锭 的能力,目前装备的冷炉床熔炼能力已占美国钛总熔炼能力的 45%, 其中 20%采用 PA 炉。
国内北京航材院于 2003 年安装了 1 台美国 Retech 公司制造的 PA 炉, 总功率 600kW,可生产 TC4 和 TiAl 铸锭。上海宝钢集团于 2008 年引 进一台单结晶室双坩埚 PA 炉,总功率 3300kW,可生产的最大质量 7 吨的圆锭和最大质量 5 吨的扁锭,同时还为 PA 炉配置了氦气回收系 统,降低熔炼成本。 国外先进企业采用冷床炉进行钛合金熔炼,解决铸锭高、低密度夹杂 问题,被作为预防航空转动件和关键结构件冶金缺陷、避免引起灾难 事故的关键技术,是实现钛合金材料零缺陷纯净化技术的重要途径。 美国现行宇航材料标准中要求重要用途关键部件的钛合金材料必须 使用冷床炉制备技术。如 GE 公司于 1988 年开始采用冷床炉熔炼加真 空自耗电弧熔炼技术生产航空发动机关键转子零件用钛合金铸锭。
3.2 国内主要钛合金生产企业
国外从事钛合金业务企业主要有美国 TIMET、俄罗斯 VSMPO、日本 东邦钛公司等。国内从事钛合金业务企业主要包括以宝钛股份、西部 超导、西部材料、湘投金天集团和宝武特冶等国有大型企业为代表的 一线龙头企业,以及新疆湘晟、重庆金世利和天成航材等为代表的民 营企业。上市公司主要有宝钛股份、西部超导和西部材料等 3 家。
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3.2.1 宝钛股份:拥有海绵钛至钛材全产业链生产能力,钛材销量 国内领先
宝钛股份成立于 1999 年,作为中国钛工业第一股于 2002 年在上交所 上市。宝钛股份是我国钛及钛合金科研生产基地,建立了“海绵钛、熔铸、锻造、板材、带材、无缝管、焊管、棒丝材、铸造、原料处理” 十大生产系统,主体装备从美、日、德、奥等国引进,拥有 2400kW 电子束冷床炉、15t/10t 真空自耗电弧炉、万吨自由锻压机、2500t 快 锻机、高速棒丝生产线、钛带生产线、3.3 米宽厚板生产线等,钛铸 锭产能达 3 万吨/年、钛材产能达 2 万吨/年。
公司拥有完整钛合金产业体系,子公司宝钛华神供应部分海绵钛材 料。公司生产所需的原材料和辅助材料通过内部生产和外部采购取 得,控股子公司宝钛华神可以满足公司主要材料海绵钛的部分需求。 2017 年至 2019 年,公司子公司宝钛华神钛业有限公司海绵钛产量分 别为 8765 吨、9189 吨和 9133 吨。目前,宝钛华神钛业有限公司海绵 钛产品 50%左右用于对外销售,若公司进一步扩充钛材产能,则此对 外销售部分可用于公司内部原材料供应。2021 年,宝钛华神营收 6.04 亿元,净利润 1.57 亿元。
2018 年以来,宝钛股份业绩进入快速增长期,盈利能力提升。近几年, 宝钛股份钛材销量自 2017 年的 9265 吨增长至 2021 年的 2.09 万吨, 此外,公司产业结构得到优化,中高端产品比例明显提升,2021 年毛 利率较 2017 年提升 4.44pcts 至 23.27%。2021 年,公司实现营收 52.46 亿元,同比增长 20.94%,实现归母净利润 5.60 亿元,同比增长 54.49%。 2022Q1,宝钛股份实现营收 15.84 亿元,同比增长 30.18%,实现归母 净利润 1.93 亿元,同比增长 100.99%。
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募资扩产进一步提升钛合金及钛材产能。2021 年,宝钛股份完成非公 开发行募集资金总额 20.05 亿元,扣除发行费用后,将投入“高品质 钛锭、管材、型材生产线建设项目”、“宇航级宽幅钛合金板材、带箔 材建设项目”、“检测、检验中心及科研中试平台建设项目”以及补充 流动资金。项目建成达产后,将新增钛及钛合金锭总产能 1 万吨/年、 管材产能 290 吨/年、型材产能 100 吨/年、板材产能 1500 吨/年、带材 产能 5000 吨/年、箔材产能 500 吨/年。
3.2.2 西部超导:国内航空钛合金棒、丝材核心供应商
西部超导成立于 2003 年,于 2019 年在上交所科创板上市。西部超导 主要从事高端钛合金材料、高性能高温合金材料、超导材料的研发、 生产和销售,是我国航空用钛合金棒丝材的主要研发生产基地,是目 前国内唯一实现超导线材商业化生产的企业,也是国际上唯一的铌钛 铸锭、棒材、超导线材生产及超导磁体制造全流程企业。公司具有高 性能钛合金铸锭 1 万吨/年、丝棒材 8000 吨/年、高性能高温合金棒材 2000 吨/年、NbTi、Nb3Sn 超导线材 750 吨/年的产能。 公司控股股东为西北有色金属研究院,西北院控制的其他企业中,部 分企业从事钛或钛制品相关业务或以钛为原材料,包括西部材料、西 安赛特、西安欧中、西安赛隆和西安泰金等。
受益于需求持续提升,公司销量和业绩近几年增长迅速,盈利能力获 得提升。2021 年,西部超导钛合金销量 6813 吨,同比增长 41.04%, 超导产品销量 557 吨,同比增长 13.20%,高温合金销量 503 吨,同比 增长 104.17%。2021 年,公司营收 29.27 亿元,同比增长 38.54%,归 母净利润 7.41 亿元,同比增长 99.98%,公司规模效应显现,盈利能 力获得提升,利润增速显著快于营收增速。
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3.2.3 西部材料:业务布局稀贵金属材料及制品,西部钛业是钛合 金板、管材领先供应商
西部材料成立于 2000 年,于 2007 年在深交所上市,是陕西省首个由 科研院所改制成立的高科技上市公司。西部材料下辖 8 个控股子公司 和 1 个研发中心,作为新材料行业的领军企业,主要从事稀有金属材 料的研发、生产和销售,拥有钛及钛合金加工材、层状金属复合材料、 稀贵金属材料、金属纤维及制品、稀有金属装备、钨钼材料及制品、 钛材高端日用消费品等业务板块,产品主要应用于军工、核电、环保、 海洋工程、石化、电力等领域。西部材料具有 8000 吨/年以上优质钛 及钛合金铸锭的生产能力及 1 万吨/年钛及钛合金板带材生产能力。
西部材料的子公司中,从事钛材生产的主要是西部钛业,此外,天力 复合、西安优耐特等子公司采购钛合金板等作为原材料进一步加工。 西部钛业主要从事稀有金属钛、锆及其合金加工材生产,拥有 50 余 年钛、锆及其合金加工研究的技术基础,以及国内外一流的生产装备 和检测平台,具有万吨级钛、锆为主的稀有金属加工材生产能力,产 品广泛应用于航空、航天、舰船、兵器、能源、化工、冶金、医疗、 体育用品等行业,并远销欧美、日韩、东南亚等国家和地区。2021 年, 西部材料募投项目“高性能低成本钛合金材料生产线技术改造项目” 的实施主体为西部钛业。项目将通过新增国内外先进 EB 炉、VAR 炉、 砂光机、高速管材轧机等若干台套设备,对现有生产线进行设备填平 补齐和技术升级,新增影响生产线产能释放和技术升级的关键设备, 解决航空航天、舰船、军工、化工装备、钛消费品等领域所需高性能 低成本钛合金材料的生产技术瓶颈。
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天力复合的主营业务为层状金属复合材料的研发、生产和销售,包括 钛/钢、锆/钢、钽/钢、银/钢、不锈钢/钢、铝/钢等百余种不同类型的 金属复合材料,产品广泛应用于化工、核电、航空航天、石油、冶金、 新能源、医疗、半导体、电子、环保、海洋工程等领域。其中,以钛 /钢复合板材占比最高,2018 年、2019 年和 2020 年,钛/钢复合板材 销售收入占总收入比重分别为 65%、83%和 73%,客户主要为宝色股 份、森松重工等高端装备制造企业。天力复合在金属复合材料生产中 需采购金属板材原材料,主要是钛板、锆板、钢板等,2018 年、2019 年和 2020 年,天力复合从西部钛业采购钛板和锆板的金额占原材料 采购金额的比例分别为 32%、28%和 23%。
西诺稀贵主要从事稀贵金属材料及相关产品的研发、生产和销售,包 括核反应堆堆芯关键材料、稀有难熔金属(钽、铌等)和贵金属(金、 银、铂、钯等)三大类,产品广泛应用于核电、航天、航空、超导、 舰船、电子、医疗器械等领域。公司生产流程包括熔炼、制坯、挤压、 机加等工艺过程,部分工艺流程采取外协方式,例如,西北有色金属 研究院承接西诺稀贵部分熔炼和挤压业务外协。
菲尔特主要从事金属纤维及制品的研发、生产与销售,包括金属纤维、 金属纤维毡、多层金属网、过滤器等,相关产品被广泛应用于环保、 冶金、建材、机械、化工、电器、国防军工、核工业和交通运输等领 域,满足生产过程中的过滤分离、电磁屏蔽、阻燃防爆、雷达隐身、 高效燃烧、节能减排、流体渗透与分布控制等要求。 近几年,西部材料业绩快速增长,盈利能力提升。2021 年,西部材料 实现营收 23.95 亿元,同比增长 18.00%,归母净利润 1.33 亿元,同比 增长 67.55%,毛利率 23.05%,同比提升 1.87pcts。
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3.2.4 湘投金天集团:业务布局“三钛一铝”,国内重要钛材生产 基地
湖南湘投金天科技集团有限责任公司成立于 1996 年,是湖南湘投控 股集团的全资子集团,拥有 4 家控股子公司:湖南金天钛业科技有限 公司、湖南湘投金天钛金属有限公司、湖南湘投金天新材料有限公司、 湖南金天铝业高科技有限公司。
金天钛业:金天钛业为国内高端钛合金材料三家主要供应商之一。金 天钛业建设年产能 1 万吨钛及钛合金加工材生产基地,主要产品包括 钛及钛合金铸锭、板坯、板材、棒材、锻件(饼/盘件、环件、厚壁锻 管)等,应用于航空、航天、医疗、石化,海洋等多个领域。金天钛 业关键主体设备如 12T 真空自耗电弧炉、12T 真空等离子焊箱、自动 混布料系统、40/45MN 快锻机、双头操作机、SKK17 精锻机等主要生 产设备均从德国、美国、奥地利等国家引进,装备生产线已达到世界 先进水平。
金天钛金:湘投金天钛金成立于 2007 年,是国内专业从事宽幅钛带 卷、钛及钛合金板材的生产、研发、经营为一体的高科技企业。公司 投资 14.5 亿元建设年产 1 万吨规模的钛材加工基地,是湖南省重点建 设项目。 公司曾 组 织 制 定 了 《 冷 轧 钛 带 卷 》 国 家 标 准 (GB/T26723-2011)、《热轧钛带卷》行业标准等 7 项国家和行业标准。 2007 年,公司自主研制出中国第一卷大卷重宽幅钛带卷,填补国内空 白,改变了我国钛卷和钛焊管依赖进口的格局,被誉为我国钛工业发 展的里程碑。2008 年和 2009 年,公司相继研制出冷轧钛带卷和钛焊 管,打破了日本和美国的垄断,为我国航空航天、海洋装备、生物医 疗、3C 电子、新能源、石油化工等战略性产业提供重要的新材料支 撑。
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天新材:湘投金天新材成立于 2008 年,致力于打造“中国钛焊管 及高端金属管材制造基地”,为先进能源制造和海洋工程开发提供重 要材料支撑,打破国外高性能钛材加工技术垄断,全面替代进口,参 与国际竞争。公司高性能钛焊管项目设计年产量 5000 吨/年,主要产 品包括换热器、冷凝器及各种压力容器所使用的钛焊管及其它高端金 属管材。2020 年,金天新材获得中广核“华龙 1 号”用钛焊管首台国 产化项目(惠州太平岭核电)。(报告来源:未来智库)
3.2.5 宝武特冶:航发钛材基本覆盖国内发动机型号,拓展应用飞 机机体、民用航空等领域
宝武特冶为中国宝武旗下特殊钢研发、制造单元,源自于上海第五钢 铁厂、上海钢铁研究所、宝钢特钢有限公司,是我国重要的高品质特 殊钢及特种合金研发生产基地之一,形成了高温合金、耐蚀合金、钛 及钛合金、精密合金、特殊不锈钢、特种结构钢、工模具钢等产品, 产品广泛应用于国防军工、能源电站、先进交通、工程机械、石油化 工、环境保护等领域。
宝武特冶钛合金产品主要市场是航空发动机用高端钛材,基本覆盖国 内发动机型号,并在飞机机体结构件、民用航空、航天、舰船、兵器、 化工等领域也得到拓展应用。
3.2.6 中船 725 所:船用钛合金供应商,具有海绵钛及钛合金材料 制品生产能力
中船 725 所成立于 1961 年,是专业从事舰船材料与工艺及应用性研 究的军工科研事业单位,是海军各型号的材料技术责任单位,构建了 海军武器装备的基本材料体系,有效保证了装备工程对材料技术的需 求。 中船 725 所持续推进科技成果转化和高新技术产业化,初步建成了领 先的高科技产业集团,主要产品有:金属波纹管膨胀节、特种材料压 力容器、管道和桥梁支座、特种材料铸锻件、特种焊接材料、金属爆 炸复合材料、钛合金构件和铸件、海绵钛、防腐防污产品、非金属材 料制品、风电叶片、船舶压载水系统、海水淡化系统等。中船 725 所 旗下钛合金业务相关产业公司包括洛阳双瑞万基钛业有限公司和洛 阳双瑞精铸钛业有限公司等。
3.2.7 天成航材:钛合金供应国内国际市场,产能持续提升
天成航材成立于 2007 年,2008 年即成功出产第一根钛锭,2009 年出 产第一块板坯。2017 年,公司通过中国航天认可,产品迈进高端领域。 天成航材产品定位于高端钛材应用,主营产品包含钛合金棒材、线材、 锻件等,自主研发、设计的国内首条航空级钛合金全流程动态多向控 温控轧生产线,可为航空、医疗等高端领域用户提供超细晶钛棒及高 品质钛盘卷;大规格棒材生产线采取“以轧代锻、锻轧结合”的方式, 可为航空终端提供发动机盘、轴件及飞机结构件用原材料。2019 年, 天成航材在国内航空航天业务份额居行业第 5 位。
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3.2.8 重庆金世利:向国外知名航发企业提供发动机转子级高强钛 合金
重庆金世利航空材料有限公司是专注于航空航天、船舶、核电、医疗 等领域高端钛合金、高温合金材料的研发制造企业,引进吸收了整体 电极制备、多向锻造、无穿孔挤压等多项先进生产工艺,为钛合金、 高温合金生产制备工艺提升、产品质量均匀稳定提供了全方位支撑。 重庆金世利两期建设项目总投资 24 亿元,一期项目投资 8 亿元,形 成熔炼、锻造、挤压及热处理、精整、无损检测、理化测试的完备生 产装备配备,具有年产 5000 吨铸锭,3000 吨棒材、管材、板坯、锻 件、线材、型材的生产能力;二期项目投资 16 亿元,建设钛合金、 高温合金板带材生产线。
3.2.9 云南钛业:钛板卷产能及国内市占率领先
云南钛业成立于 2009 年,致力于钛及钛合金大型锭坯熔铸、钛板卷、 棒材、管材、线材、型材、丝材及钛制品和钛设备工艺技术研发与产 业化,由昆明钢铁控股有限公司、云南天素实业投资有限公司、云南 省科技创新投资有限公司共同发起。云南钛业共拥有引进美国、俄罗 斯和自主研发制造的 4 台 EB 炉和 8 台国产 VAR 炉及完整的宽幅钛带 生产线,钛及钛合金和稀有金属锭生产能力 1.6 万吨/年,钛及钛合金 及稀有金属材生产能力 2 万吨/年,钛锭材产能、产量居中国前列,钛 板卷产能居世界前列,钛带卷已批量化生产运用到化工、电力、海洋、 医疗、民用及建筑等领域,部分产品出口到德国,美国、意大利、俄 罗斯等。
3.2.10 青聚能钛:钛合金 EB 炉熔炼行业领先
青聚能钛成立于 2008 年,是由青海省水利水电集团和深圳博诚新材 料有限合伙企业共同出资组建的集钛矿资源开发利用、钛及钛合金熔 铸、加工及销售于一身、产业链较为完整的企业。经过十年的发展, 青聚能钛已成为国内钛行业的后起之秀,于 2013 年底前投入生产的 2 台 EB 炉主生产设备,分别从美国和乌克兰引进,设备技术水平居国 际先进水平。2018 年 11 月,与俄罗斯 KV-Titan 公司联合制造的国产化小型 EB 炉成功投入试生产运营。截至目前,公司 EB 炉设备总装 功率为 9300 千瓦、设计年最大产能 1.16 万吨、单锭最大重量 20 吨, 三项指标列居全国 EB 炉熔铸行业之首。同时,配套了真空自耗炉、 大型全自动混布料机、80MN 液压机、铣床、锯床、车床等一系列辅 助生产加工设备。
3.2.11 新疆湘晟:隶属湖南五江轻化集团,覆盖钛矿至钛材全产业 链
新疆湘晟新材料科技有限公司成立于 2013 年,系湖南五江轻化集团 有限公司在西北地区设立的大型新材料高新技术企业。新疆湘晟覆盖 “钛矿-高钛渣-海绵钛-高端钛加工材”全产业链,2019 年全线贯通投 产。新疆湘晟利用新疆钛矿资源丰富、用电成本较低的优势,消化吸 收国际国内先进技术,职工中 100 余人来自遵义钛业、攀钢集团、宝 钛集团、西北有色金属研究院、朝阳金达、锦州钛业、双瑞万基等行 业知名企业,公司具有综合成本低、设计起点高、装备水平一流、人 才水平一流的特点。
新疆湘晟是全国首家钛全产业链企业,现有 2 万吨钛及钛合金新材料 项目。2020 年 10 月,新疆湘晟“年产 3 万吨高性能钛及钛合金新材 料项目、参股子公司新疆德晟年产 200 万吨优质富钛料资源深加工项 目和年产 100 万吨钛精矿、200 万吨铁精粉洗选加工项目”奠基开工。
(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)
精选报告来源:【未来智库】。