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军用钛合金迎来风口!

[ 信息发布:搜钛网 | 发布时间:2021-08-16 | 浏览:12546次 ]

1、钛合金

钛合金及钛基复合材料凭借其比强度高、耐高温、耐腐蚀、相容性强等优势,被广泛应用与飞行器及航空航天发动机领域。

钛合金

钛合金的密度一般为4.5g/cm3,强度与中强钢类似但质量仅为中强钢的60%,相较于中强钢比强度高近一倍,利于减少飞机结构重量系数。钛合金是对不耐高温的铝合金、不锈钢的良好替代,产品Ti-6AI-4V可在350°C条件下长期工作,TC11可在500°C条件下长期工作。相较于硬铝、结构钢,钛合金耐腐蚀性更强。

钛合金分类多样,应用领域广泛。根据性能及用途,钛合金又分为耐蚀钛合金、耐热钛合金、高强度钛合金、低温钛合金、粉末钛合金、功能钛合金等。

根据形态大致可分为板材、棒材、管材、锻件、丝材、铸件及其他种类,其中,板材、棒材、管材三者产量共占我国钛材产量约85%。

2、钛合金产业链

钛行业的产业链可以简单地分为两条,一是有色金属领域产业链:钛矿→海绵钛→钛锭→钛材;二是化工领域产业链:钛矿→钛白粉。这两条产业链在上游彼此紧密联系,但在中游和下游却又彼此相互独立。

钛有色金属产业链自上而下可以划分为3大部分:

1)上游包括钛铁矿、金红石等钛矿资源,以及由钛铁矿加工而成的人造金红石、钛渣和四氯化钛;

2)中游主要分为两部分:一是通过四氯化钛还原生成海绵钛;二是海绵钛熔铸成钛锭,再制备钛加工材包括锻件、棒材、板材、管材、线材、丝材等;

3)下游主要是根据具体的应用如航空航天、石化、核电、舰船、海水淡化、汽车、体育医药等领域的要求将钛材毛坯进一步加工;

3、核心壁垒:钛材加工

从整个产业链来看,钛材产业链的核心壁垒不在于上游资源和中游冶炼,而是在于钛材的加工能力,尤其是高端钛材的研发能力和制造工艺,而行业的利润也集中于具备高端钛材生产能力的龙头企业手中。

钛材加工的壁垒主要集中体现在资质、技术、科研和资金等四个方面,而钛材生产的高壁垒决定了高端钛材的竞争格局是强者恒强、龙头当道。

1)资质壁垒

高端钛材产品供货通常需要申请认证(包括国内军品质量体系、国外如GE和空客质量体系、特种工艺等),认证难度大且时间长,客户黏性强。从目前行业拥有军工资质的企业来看,具备军工相关资质的企业较少,其中大部分企业以初级产品钛锭为主。

2)技术壁垒

钛材生产工艺流程长,技术控制点多,工艺要求严格;合金熔炼、变形加工、精密铸造、粉末冶金等工序中,保证批量生产产品的均一和稳定都是技术挑战。目前国内能做到运用成熟的技术批量生产高端钛材的生产企业屈指可数。

3)科研壁垒

针对每个领域的具体产品要求,对钛材的性能要求略有差别,需要企业能够拥有自主研发钛合金牌号的能力。

4)资金壁垒

生产1万吨高端钛材的资金投入约需要5亿元左右(按投入设备的配置不等会有差别)。同时,钛材产线建设时间通常要2年左右,从产线调试完毕到达产需要更长的时间。

4、钛材加工技术难

高端钛材多采用真空自耗电弧熔炼技术(VAR)。真空自耗电弧熔炼技术是在真空或惰性气体环境中,感应熔炉生产的自耗电极通过可控交流电弧加热熔炼。

该技术对热源要求非常严格,熔体温度不均即会使得铸锭存在成分,组织不均匀及易出现凝固缺陷等问题,影响产品的性能。对于高端钛合金材料,一般需要经过3次VAR熔炼才能获得成分均匀、缺陷率低的铸锭。

钛合金切削工艺也比较困难,存在变形系数小、切削温度高、冷硬现象严重、刀具易磨损等不利影响。目前世界上仅有美国、俄罗斯、日本和中国四个国家掌握完整的钛工业生产技术。

5、供应端:低端过剩,高端供不应求

我国现有钛材加工生产企业160余家,自主研发能力好、产品技术含量高、品牌特色较优的企业数量较少。尽管2020年我国钛合金呈现供过于求的态势,由于大部分企业集中在民用中低端领域,同质化竞争严重,低端市场产能过剩,高端钛产品需求难以自足,部分依靠进口。

从体量上看,2013年至2020年,中国钛加工材产量及销售量持续上涨。产量从44453吨提升至97029吨,产能提升明显。销售量从41269吨提升至93596吨,市场需求量增长明显。化工等民用中低端钛材2013起出现产能过剩,中低端钛材持续对外出口。2020年,中国钛加工材产量达97.03万吨,净出口量达9107吨。由于钛材产能结构性过剩,国内高端钛材产能仍无法满足市场需求,依赖国外进口。

6、消费端:中国航空钛才占比仅为18%,提升空间较大

从全球市场看,钛材消费主要集中在亚洲,欧洲和北美(占比90%以上)。全球钛材有46%被应用航空航天领域,43%钛材消耗量应用在工业领域。而在中国市场,钛材仅有18%被应用在航空航天领域,51%的钛材都被应用在化工领域。

所以,国内航空用钛材仍存在较大发展空间。下游航空业的持续发展将带动高端钛材市场规模进一步扩大。

钛合金材料具有比强度高、耐高温性好、符合与复合材料结构相匹配的要求、抗蚀性能高、寿命长等特点,主要用于飞机的起落架部件、机身的梁、框和紧固件等,发动机风扇、压气机、叶片、鼓筒、机匣、轴等,以及直升机桨毂、连接件等。高端钛合金材料已成为航空领域飞机和发动机的主要结构材料之一。

中国有色金属工业协会统计,2015年-2020年国内航空航天用钛材销量从6862吨提升到1.72万吨,年复合增长率20%,保持快速的增长。

预计未来5年的复合增长率有望维持在十三五的水平,则到2025年我国航空航天用钛材的单年消耗量将超四万吨。

7、未来增量

未来增量,主要在3方面,军机放量、单机使用量的提升和民机放量和使用量的提升。

目前,钛合金部件生产成材率30%,并考虑飞机维护需求以及研发试验中产生的需求,测算20年国内军用航空市场对于钛材需求为2800吨左右。

世界先进国家新一代军机含钛量均不断提升,如美军F/A-22含钛量达41%。中国新一代军机歼-20及运-20含钛量也分别达到25%和10%。

(目前二代机的钛合金占比约为2-4%,而作为十四五期间重点放量机型的三代半和四代机,其钛合金占比将提高到15%-25%)

预计2020-2024年军机结构用钛合金年均用量为4900吨,2025-2030年提升至6580吨。假设损耗率为70%,则折算钛材年均需求量为2.2万吨。

目前C919订单量已超过1000架,预计到2025年,C919总订单量将超过2000架,根据商飞数据,C919机体中的钛合金占比9.30%,单机钛含量约3.92吨(机身不含发动机),2000架订单量可对应7840吨的机身钛含量,假设损耗率80%,C919将带来约4万吨的高端钛合金需求(不含发动机),将成为钛合金制造领域高度景气的重要引擎。目前钛材以进口为主,未来国产化为大势所趋,将为国内钛合金公司带来长期增量市场。

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