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  • 航空航天钛材需求快速增长,高端钛材消费占比

    编辑:宝鸡市博瑞德金属材料有限公司  |  浏览次数:98次

      1 钛材简介:性能优越,应用广泛

      钛具有熔点高、比重小、比强度高、韧性好、抗疲劳、耐腐蚀、导热系数低、高低 温度耐受性能好、在急冷急热条件下应力小等特点,其商业价值在二十世纪五十年代开 始被人们认识,钛多与铁、铝、钒或钼等其他元素造成造出高强度的轻合金,被应用于 航空、航天、军工等高科技领域。随着钛不断向化工、石油、电力、海水淡化、建筑、 农产食品、医学、日常生活用品等行业推广,钛金属日益被人们重视,被誉为“第三金 属”、“太空金属”、“海洋金属”和“万能金属”,因其是提高国防装备水平不可或缺的 重要战略物资,又被称为“现代金属”和“战略金属”。

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      钛合金可分类:

      根据组织结构和成分,钛合金可分为α钛合金、β钛合金以及α+β钛合金。中国 以金属材料牌号的字头 TA、TB、TC 分别表示α、β以及α+β钛合金。

      根据物理形式状态, 钛合金可分为板材、带材、棒材、管材、丝(线)材、型材、 铸件和锻件等。

      民用客机

      1)减轻结构重量、提高结构效率:先进的战技性能(如超音速飞机)要求飞机具 有比较低的结构重量系数(机体结构重量/飞机正常起飞重量),而钛合金具有强度接近 中强钢但密度小的特点,代替结构钢和高温合金,能大幅度减轻结构重量,同时也能节 省费用。

      2)符合高温部位的使用要求:钛合金具有耐热性好的特点,如常用的 Ti-6Al-4V 能 在 350℃下长期工作,因此在飞机的高温部位(如后机身等)可取代因高温使用性能不能 满足要求的铝合金;TC11 能在 500℃下长期工作,在发动机的压气机部位可取代高温合 金和不锈钢。

      3)符合与复合材料结构相匹配的要求:为减轻结构重量和满足隐身要求,先进飞 机大量使用复合材料,钛合金与复合材料的强度、刚度匹配较好,能获得很好的减重效 果。同时,由于二者电位比较接近,不易产生电偶腐蚀,因此相应部位的结构件和紧固 件宜采用钛合金。

      4)符合高抗蚀性和长寿命的要求:钛合金具有较高的疲劳寿命和优良的耐腐蚀性 能,可以提高结构的抗腐蚀能力和寿命,满足先进飞机、发动机高可靠性和长寿命的要 求。

      军事飞机

      军用武器的开发与采购不断向着轻便、灵活方向发展,为了满足战斗机对战斗性能 要求,除了采用先进的设计技术外,还必须采用额性能优良的材料以及先进的工艺制造 技术。大量选用钛合金、提高先进钛合金应用水平就是重要措施之一。自 20 世纪 60 年 代以来,国外军用飞机的钛量逐年增加,当前欧美设计的各种先进军用战斗机和轰炸中钛合金用量已经稳定在 20%以上,并且新机型的用钛量占比正在大幅提升。

      化工行业

      钛具有优良的耐腐蚀性能、力学性能和工艺性能,被广泛应用于国民经济许多部门。 特别是在化工生产中,用钛代替不锈钢、镍基合金和其它稀有金属作为耐腐蚀材料。这 对增加产量,提高产品质量,延长设备使用寿命,减少消耗,降低能耗,降低成本,防 止污染,改善劳动条件和提高劳动生产率等方面都有十分重要的意义。

      经过多年的推广,钛及其合金已作为一种优异的耐腐蚀结构材料在化工生产中得到 了广泛应用。目前钛设备的应用已从最初的纯碱与烧碱工业扩展到氯酸盐、氯化铵、尿 素、有机合成、染料、无机盐、农药、合成纤维、化肥、和精细化工等行业,设备种类 已从小型、单一化发展到大型、多样化。

      海洋工程

      随着科学技术的发展和陆地资源日趋枯竭,人类开发利用海洋已经提到日程上来了。 钛对于海水有优异的耐蚀性能,大量运用于海水淡化、舰船、海洋热能开发和海底资源 开采等领域。

      早在 20 世纪 60 年代,我国就已经开始了对钛及钛合金在船舶及海洋工程装备上的 应用研究,并做了大量工作,已基本形成了牌号较多、性能各异、品种规格齐全的船用 钛合金体系。由于钛及钛合金自身所具备的特性,使其在舰船以及海工装备的应用上具 有得天独厚的优势,因而被广泛应用于核潜艇、深潜器、原子能破冰船、水翼船、气垫 船、扫雷艇以及螺旋桨推进器、海水管路、冷凝器、热交换器等。

      日常生活

      钛在日常生活中的应用非常广泛,可谓无处不在,例如高尔夫球头、自行车车架、 网球拍、轮椅、眼镜架等都会应用到钛。

      2 国内高端钛材消费占比明显低于全球水平

      钛材的生产工艺主要是先对海绵钛熔铸加工,制取钛锭,再对钛锭进行锻造,挤压, 扎制或拉伸,得到可供下游使用的钛或钛合金棒材、管材、板材、饼材、环材等制品。 钛材成材率低,加工过程中产生大量废屑残料,致使生产成本较高。

      钛合金原材料为海绵钛和铝、钼、铬等中间合金。其中,海绵钛为钛合金生产加工 主要材料,其成本占原材料总成本比例超过60%。目前,我国1吨钛材约需要1.7吨海绵 钛原料。

      钛加工材的生产主要集中于中国、美国、俄罗斯、日本等国。2010 年,我国超越 美国成为世界第一大钛材生产国,但我国大部分钛材都应用于工业领域,技术含量相对 不高,而美国主要是航空钛材等高端钛材。2018年我国钛材产量高达6.34万吨,同比增 长14.42%。

      2011年,全球商业航空的消费比例达到46%,军用钛材比例为9%(主要为军用航空), 整个航空领域消耗钛材比例超50%;工业消耗钛材比例为43%,新兴市场消费钛材比例为 2%。但是,钛制品需求结构在地区上存在明显差异,在拥有发达的航空航天和军工国防 工业的北美和欧盟地区,尤其是美国, 50%以上的钛制品需求来自于航空航天和军工国 防领域。我国虽然是全球最大的钛金属生产国和消费国之之一,但是我国钛制品需求大 部分来自化工领域,技术含量相对不高,航空航天领域高端需求占15%左右。具体到化 工领域,钛材应用主要为抗腐蚀材料,六大应用领域分别为氯碱、纯碱、真空制盐、石 油化纤、精细化工和无机盐。

      3 航空航天钛材需求快速增长,高端钛材消费占比显著提升

      近几年我国航空航天钛材需求量保持高速增长,根据中国有色金属工业协会数据, 2015-2018年航空航天钛材消费量分别为6862吨、8519吨、8986吨、10295吨,分别同比 增长41%、24%、5%、14.6%。这与我国航空航天高速发展密切相关,运-20量产,太行发 动机稳定量产。2018年我国化工钛材消费量为2.61万吨,随着我国航空航天钛材消费量 高速增长,未来有望超过化工领域钛材消费量。

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      高端钛材应用领域(航空航天、船舶和海洋工程)消费量占比显著提升。2011年, 我国高端钛合金(航空航天、船舶和海洋工程)消费量6143吨,占我国钛合金消费总量 比例为13.8%;2018年,我国高端钛合金(航空航天、船舶和海洋工程)消费量14029 吨,占我国钛合金消费总量比例为24.4%。

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      4 我国国产大飞机和军机升级换代将带来航空钛材长期需求

      钛合金在飞机上主要应用两大类:1)飞机结构件:主要用于骨架、蒙皮、机身隔 框、起落架、防火壁、机翼、尾翼、纵梁、舱盖、龙骨、紧固件、前机轮、拱形架等; 2)航空发动机:主要用于风扇叶片、压气机叶片、盘、轴和机匣等。

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      国产大飞机

      大飞机一般是指起飞总重超过 100 吨的运输类飞机,包括军用大型运输机和民用大 型运输机,也包括一次航程达到 3000 公里的军用或乘坐达到 100 座以上的民用客机。

      目前中国大飞机是著名的所谓三剑客即大型运输机运-20、水陆两栖飞机 AG600、大 型客机 C919。其中大型军用运输机运-20 和大型水陆两栖飞机 AG600 的总体研制由中航工业承担,大型民用客机 C919 的总体研制则由中国商飞承担。

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      C919 是中国首款完全按照国际先进适航标准和主流市场标准自主研发的单通道干 线飞机。2017 年 11 月 10 日,我国自主设计研制的国产大型客机 C919 飞机 101 架机从 上海浦东成功转场至西安阎良,顺利完成首次城际飞行。截至 2018 年 2 月 26 日累计获 28 家客户 815 架订单。2018 年 2 月 6 日,中国商用飞机有限责任公司宣布 2021 年交付 首架 C919 单通道客机。六架试飞机已经全部实现首飞,力争在 2021 年向东航首次交付。

     

      市场预计 C919 机身钛使用量占重量的 9.3%,预计每架 C919 机身钛使用量 4 吨左右。

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      根据中国商飞公司市场预测年报(2019-2038)中预测,未来 20 年,全球航空旅客 周转量(RPKs),将以平均每年 4.3%的速度递增,预计将有 45459 架新机交付,其中单 通道喷气客机交付量为 32055 架(占交付总量三分之二以上)。年报预测中国航空市场 将接收 50 座以上客机 9205 架,其中 120 座级以上单通道喷气客机交付 6119 架,250 座级以上双通道喷气客机交付 2128 架。

      运-20(中国代号:Y-20、鲲鹏,英文:Xian Y-20 )运输机:是中国自主研发的 新一代喷气式重型军用大型运输机,为中国大飞机三剑客之首,由中国航空工业集团公 司第一飞机设计研究院设计、西安飞机工业集团为主制造,并于 2013 年 1 月 26飞成功。2016 年 7 月 6 日上午,运-20 授装接装仪式在西部战区空军航空兵某部举行, 这标志着中国军队的快速反应和远程投送能力取得了质的飞跃。

      在运-20 诞生之前,中国国产最大的运输机就是运-8 以及在其基础上改进的 运-9。如果从改装特种机的角度看,上述平台不到 70 吨的起飞重量还是偏小。 运-20 的研制和交付,将使得这一问题得到部分的解决,运-20 比较适合改装 的特种机主要是加油机和大型预警机。

      我国军用飞机加快升级换代

     

      根据《飞行国际》发布的《WorldAirForce2019》,我国现有各类战机总数 3187 架,美国各类战机总数 13398 架,俄罗斯各类战机总数 4078 架。其中我国作战飞 机 1624 架、特种飞机 97 架、战斗直升机 902 架、运输机 193 架;美国作战飞机 2826 架、特种飞机 759 架、战斗直升机 5429 架、运输机 940 架;俄罗斯作战飞机 1591 架、特种飞机 125 架、战斗直升机 1448 架、运输机 401 架

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      我国仍有三成比例作战飞机是二代作战飞机。这里作战飞机包含有战斗机、战 斗轰炸机、强击机、战略轰炸机等装备有进攻性武器系统的固定翼战机。我国作战 飞机中,有 J-7、J-8 二代作战飞机 561 架,占我国作战飞机比例高达 34.5%;三代 作战飞机 J-10 有 260 架、J-11/15su-27/30/35 有 391 架,合计 651 架,占我国作 战飞机比例为 40.1%。美国作战飞机基本上是三代以上作战飞机,并拥有四代作战 飞机 F-22 178 架,F-35 214 架。二代作战飞机已经不适合现代战争,随着我国第 三代作战飞机日趋成熟,新型战机歼-16,歼-10c 以及五代隐身战斗机歼-20 的相 继服役,未来二代作战飞机将逐渐退役。

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      由于钛合金用于制造飞机发动机和机体能够有效地提高发动机推重比和机体机构 效率,近年来军用飞机上所用钛合金材料的比例正在不断上升。三代作战飞机F-16的钛 合金结构件用量约3%,F/A18-ElF、苏-27的用量已达15%以上;第四代作战飞机F-22 中钛合金结构件用量已占机身结构总重量的41%,其F119发动机用钛含量39%。SR-71侦的机身几乎全由钛合金组成。

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      5 国内高端钛材集中度非常高

      我国钛材企业较多,低端产品的竞争非常激烈,高端产品生产较为集中。高端钛 材的生产集中于宝钛股份、西北有色研究院等少数企业。宝钛股份和西北有色研究院是 国内建国以来重点建设的钛等稀有金属研究与生产机构,在钛材供应体系中地位举足轻 重。宝钛股份和西北有色研究院,一直是国内军工用钛的主要供应商,分享高端钛材市 场,近来西北院旗下的西部材料也加大了在军工用钛市场上的开发力度,市场份额在不断上升。

      根据攀钢集团做的调研报告,2014年我国航空航天钛材需求量为4861吨,其中宝 钛股份为2110吨,占比43.4%,其他量比较大的分别为西部超导1304吨,西部材料550吨。 集中度非常高,宝钛股份、西部超导和西部材料三家公司占国内航空航天需求量的81.5%。

      6 相关公司

      宝钛股份

      国内钛材行业龙头,高端钛材寡头。公司是我国最大的以钛及钛合金为主的专业 化稀有金属生产科研基地,主导产品钛材年产量位居世界同类企业前列。公司拥有从海 绵钛到下游深加工钛材的完整产业链,目前产能:海绵钛1万吨,熔铸能力2万吨, 钛 加工材1万多吨。我国目前军用航空钛材供应商主要集中在宝钛股份和西部有色金属研 究院(西部材料和西部超导),宝钛股份占四成以上。

      公司拟非公开增发不超过9700万股。高品质钛锭、管材、型材生产线建设项目:新增钛及钛锭总产能10,000吨、钛合金管材产能290吨、钛合金型材产能100吨;宇航级宽 幅钛合金板材、带材、箔材生产线项目:新增板材产能1,500吨/年、带材产能5,000吨/ 年、箔材产能500吨/年。

      西部超导

      西部超导控股股东是国内知名的难熔材料研究机构西北有色金属研究院,陕西省 财政厅为公司实际控制人。公司已形成了航空航天用特种钛合金材料、医疗用钛合金材 料和超导材料三大主体产品系列。

      公司是我国高端钛合金棒丝材、锻坯主要研发生产基地之一,公司生产的高端钛 合金材料,包括棒材、丝材、锻坯等,主要用于航空(包括飞机结构件、紧固件和发动 机部件等)、舰船、兵器等。公司生产的高端钛合金材料已成为我国航空、航天结构件 用主干钛合金,为我国新型战机、运输机的首飞和量产提供了核心材料。 公司已成为 我国新型飞机用钛合金材料的主要供应商之一。钛材加工产能4950吨/年。

      西部材料

      西部材料由国内知名的难熔材料研究机构西北有色金属研究院控股,西安航天科 技工业公司(系中国航天科技集团公司下属企业)为第二大股东,股东实力较强,在军 工市场具有天然的优势。西部材料的钛材业务由西部钛业公司负责经营,目前该公司拥 有钛锭熔炼能力达到8000吨,钛材加工能力达到5000吨,产品主要为管材和板材。

      (报告观点属于原作者,仅供参考。报告来源:东莞证券)

      原标题:航空航天钛材需求快速增长,高端钛材消费占比显著提升

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