1、鈦材簡介:性能優(yōu)越,應(yīng)用廣泛
鈦具有熔點(diǎn)高、比重小、比強(qiáng)度高、韌性好、抗疲勞、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)低、高低 溫度耐受性能好、在急冷急熱條件下應(yīng)力小等特點(diǎn),其商業(yè)價(jià)值在二十世紀(jì)五十年代開 始被人們認(rèn)識(shí),鈦多與鐵、鋁、釩或鉬等其他元素造成造出高強(qiáng)度的輕合金,被應(yīng)用于 航空、航天、軍工等高科技領(lǐng)域。隨著鈦不斷向化工、石油、電力、海水淡化、建筑、 農(nóng)產(chǎn)食品、醫(yī)學(xué)、日常生活用品等行業(yè)推廣,鈦金屬日益被人們重視,被譽(yù)為“第三金 屬”、“太空金屬”、“海洋金屬”和“萬能金屬”,因其是提高國防裝備水平不可或缺的 重要戰(zhàn)略物資,又被稱為“現(xiàn)代金屬”和“戰(zhàn)略金屬”。
鈦合金可分類:
根據(jù)組織結(jié)構(gòu)和成分,鈦合金可分為α鈦合金、β鈦合金以及α+β鈦合金。中國 以金屬材料牌號(hào)的字頭 TA、TB、TC 分別表示α、β以及α+β鈦合金。
根據(jù)物理形式狀態(tài), 鈦合金可分為板材、帶材、鈦棒材、管材、絲(線)材、型材、 鑄件和鍛件等。
民用客機(jī)
1)減輕結(jié)構(gòu)重量、提高結(jié)構(gòu)效率:先進(jìn)的戰(zhàn)技性能(如超音速飛機(jī))要求飛機(jī)具 有比較低的結(jié)構(gòu)重量系數(shù)(機(jī)體結(jié)構(gòu)重量/飛機(jī)正常起飛重量),而鈦合金具有強(qiáng)度接近 中強(qiáng)鋼但密度小的特點(diǎn),代替結(jié)構(gòu)鋼和高溫合金,能大幅度減輕結(jié)構(gòu)重量,同時(shí)也能節(jié) 省費(fèi)用。
2)符合高溫部位的使用要求:鈦合金具有耐熱性好的特點(diǎn),如常用的 Ti-6Al-4V 能 在 350℃下長期工作,因此在飛機(jī)的高溫部位(如后機(jī)身等)可取代因高溫使用性能不能 滿足要求的鋁合金;TC11 能在 500℃下長期工作,在發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)部位可取代高溫合 金和不銹鋼。
3)符合與復(fù)合材料結(jié)構(gòu)相匹配的要求:為減輕結(jié)構(gòu)重量和滿足隱身要求,先進(jìn)飛 機(jī)大量使用復(fù)合材料,鈦合金與復(fù)合材料的強(qiáng)度、剛度匹配較好,能獲得很好的減重效 果。同時(shí),由于二者電位比較接近,不易產(chǎn)生電偶腐蝕,因此相應(yīng)部位的結(jié)構(gòu)件和緊固 件宜采用鈦合金。
4)符合高抗蝕性和長壽命的要求:鈦合金具有較高的疲勞壽命和優(yōu)良的耐腐蝕性 能,可以提高結(jié)構(gòu)的抗腐蝕能力和壽命,滿足先進(jìn)飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)高可靠性和長壽命的要 求。
軍事飛機(jī)
軍用武器的開發(fā)與采購不斷向著輕便、靈活方向發(fā)展,為了滿足戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)戰(zhàn)斗性能 要求,除了采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)外,還必須采用額性能優(yōu)良的材料以及先進(jìn)的工藝制造 技術(shù)。大量選用鈦合金、提高先進(jìn)鈦合金應(yīng)用水平就是重要措施之一。自 20 世紀(jì) 60 年 代以來,國外軍用飛機(jī)的鈦量逐年增加,當(dāng)前歐美設(shè)計(jì)的各種先進(jìn)軍用戰(zhàn)斗機(jī)和轟炸機(jī) 中鈦合金用量已經(jīng)穩(wěn)定在 20%以上,并且新機(jī)型的用鈦量占比正在大幅提升。
化工行業(yè)
鈦具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、力學(xué)性能和工藝性能,被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)許多部門。特別是在化工生產(chǎn)中,用鈦代替不銹鋼、鎳基合金和其它稀有金屬作為耐腐蝕材料。這 對(duì)增加產(chǎn)量,提高產(chǎn)品質(zhì)量,延長設(shè)備使用壽命,減少消耗,降低能耗,降低成本,防 止污染,改善勞動(dòng)條件和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等方面都有十分重要的意義。
經(jīng)過多年的推廣,鈦及其合金已作為一種優(yōu)異的耐腐蝕結(jié)構(gòu)材料在化工生產(chǎn)中得到 了廣泛應(yīng)用。目前鈦設(shè)備的應(yīng)用已從最初的純堿與燒堿工業(yè)擴(kuò)展到氯酸鹽、氯化銨、尿 素、有機(jī)合成、染料、無機(jī)鹽、農(nóng)藥、合成纖維、化肥、和精細(xì)化工等行業(yè),設(shè)備種類 已從小型、單一化發(fā)展到大型、多樣化。
海洋工程
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和陸地資源日趨枯竭,人類開發(fā)利用海洋已經(jīng)提到日程上來了。鈦對(duì)于海水有優(yōu)異的耐蝕性能,大量運(yùn)用于海水淡化、艦船、海洋熱能開發(fā)和海底資源 開采等領(lǐng)域。
早在 20 世紀(jì) 60 年代,我國就已經(jīng)開始了對(duì)鈦及鈦合金在船舶及海洋工程裝備上的 應(yīng)用研究,并做了大量工作,已基本形成了牌號(hào)較多、性能各異、品種規(guī)格齊全的船用 鈦合金體系。由于鈦及鈦合金自身所具備的特性,使其在艦船以及海工裝備的應(yīng)用上具 有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),因而被廣泛應(yīng)用于核潛艇、深潛器、原子能破冰船、水翼船、氣墊 船、掃雷艇以及螺旋槳推進(jìn)器、海水管路、冷凝器、熱交換器等。
日常生活
鈦在日常生活中的應(yīng)用非常廣泛,可謂無處不在,例如高爾夫球頭、自行車車架、 網(wǎng)球拍、輪椅、眼鏡架等都會(huì)應(yīng)用到鈦。
2、國內(nèi)高端鈦材消費(fèi)占比明顯低于全球水平
鈦材的生產(chǎn)工藝主要是先對(duì)海綿鈦熔鑄加工,制取鈦錠,再對(duì)鈦錠進(jìn)行鍛造,擠壓, 扎制或拉伸,得到可供下游使用的鈦或鈦合金棒材、管材、板材、餅材、環(huán)材等制品。鈦材成材率低,加工過程中產(chǎn)生大量廢屑?xì)埩?,致使生產(chǎn)成本較高。
鈦合金原材料為海綿鈦和鋁、鉬、鉻等中間合金。其中,海綿鈦為鈦合金生產(chǎn)加工 主要材料,其成本占原材料總成本比例超過60%。目前,我國1噸鈦材約需要1.7噸海綿 鈦原料。
鈦加工材的生產(chǎn)主要集中于中國、美國、俄羅斯、日本等國。2010 年,我國超越 美國成為世界第一大鈦材生產(chǎn)國,但我國大部分鈦材都應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域,技術(shù)含量相對(duì) 不高,而美國主要是航空鈦材等高端鈦材。2018年我國鈦材產(chǎn)量高達(dá)6.34萬噸,同比增 長14.42%。
2011年,全球商業(yè)航空的消費(fèi)比例達(dá)到46%,軍用鈦材比例為9%(主要為軍用航空), 整個(gè)航空領(lǐng)域消耗鈦材比例超50%;工業(yè)消耗鈦材比例為43%,新興市場消費(fèi)鈦材比例為 2%。但是,鈦制品需求結(jié)構(gòu)在地區(qū)上存在明顯差異,在擁有發(fā)達(dá)的航空航天和軍工國防 工業(yè)的北美和歐盟地區(qū),尤其是美國, 50%以上的鈦制品需求來自于航空航天和軍工國 防領(lǐng)域。我國雖然是全球最大的鈦金屬生產(chǎn)國和消費(fèi)國之之一,但是我國鈦制品需求大 部分來自化工領(lǐng)域,技術(shù)含量相對(duì)不高,航空航天領(lǐng)域高端需求占15%左右。具體到化 工領(lǐng)域,鈦材應(yīng)用主要為抗腐蝕材料,六大應(yīng)用領(lǐng)域分別為氯堿、純堿、真空制鹽、石 油化纖、精細(xì)化工和無機(jī)鹽。
3、航空航天鈦材需求快速增長,高端鈦材消費(fèi)占比顯著提升
近幾年我國航空航天鈦材需求量保持高速增長,根據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù), 2015-2018年航空航天鈦材消費(fèi)量分別為6862噸、8519噸、8986噸、10295噸,分別同比 增長41%、24%、5%、14.6%。這與我國航空航天高速發(fā)展密切相關(guān),運(yùn)-20量產(chǎn),太行發(fā) 動(dòng)機(jī)穩(wěn)定量產(chǎn)。2018年我國化工鈦材消費(fèi)量為2.61萬噸,隨著我國航空航天鈦材消費(fèi)量 高速增長,未來有望超過化工領(lǐng)域鈦材消費(fèi)量。
高端鈦材應(yīng)用領(lǐng)域(航空航天、船舶和海洋工程)消費(fèi)量占比顯著提升。2011年, 我國高端鈦合金(航空航天、船舶和海洋工程)消費(fèi)量6143噸,占我國鈦合金消費(fèi)總量 比例為13.8%;2018年,我國高端鈦合金(航空航天、船舶和海洋工程)消費(fèi)量14029 噸,占我國鈦合金消費(fèi)總量比例為24.4%。
4、我國國產(chǎn)大飛機(jī)和軍機(jī)升級(jí)換代將帶來航空鈦材長期需求
鈦合金在飛機(jī)上主要應(yīng)用兩大類:1)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件:主要用于骨架、蒙皮、機(jī)身隔 框、起落架、防火壁、機(jī)翼、尾翼、縱梁、艙蓋、龍骨、緊固件、前機(jī)輪、拱形架等;2)航空發(fā)動(dòng)機(jī):主要用于風(fēng)扇葉片、壓氣機(jī)葉片、盤、軸和機(jī)匣等。
國產(chǎn)大飛機(jī)
大飛機(jī)一般是指起飛總重超過 100 噸的運(yùn)輸類飛機(jī),包括軍用大型運(yùn)輸機(jī)和民用大 型運(yùn)輸機(jī),也包括一次航程達(dá)到 3000 公里的軍用或乘坐達(dá)到 100 座以上的民用客機(jī)。
目前中國大飛機(jī)是著名的所謂三劍客即大型運(yùn)輸機(jī)運(yùn)-20、水陸兩棲飛機(jī) AG600、大 型客機(jī) C919。其中大型軍用運(yùn)輸機(jī)運(yùn)-20 和大型水陸兩棲飛機(jī) AG600 的總體研制由中 航工業(yè)承擔(dān),大型民用客機(jī) C919 的總體研制則由中國商飛承擔(dān)。
C919 是中國首款完全按照國際先進(jìn)適航標(biāo)準(zhǔn)和主流市場標(biāo)準(zhǔn)自主研發(fā)的單通道干 線飛機(jī)。2017 年 11 月 10 日,我國自主設(shè)計(jì)研制的國產(chǎn)大型客機(jī) C919 飛機(jī) 101 架機(jī)從 上海浦東成功轉(zhuǎn)場至西安閻良,順利完成首次城際飛行。截至 2018 年 2 月 26 日累計(jì)獲 28 家客戶 815 架訂單。2018 年 2 月 6 日,中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司宣布 2021 年交付 首架 C919 單通道客機(jī)。六架試飛機(jī)已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)首飛,力爭在 2021 年向東航首次交付。
市場預(yù)計(jì) C919 機(jī)身鈦使用量占重量的 9.3%,預(yù)計(jì)每架 C919 機(jī)身鈦使用量 4 噸左右。
根據(jù)中國商飛公司市場預(yù)測(cè)年報(bào)(2019-2038)中預(yù)測(cè),未來 20 年,全球航空旅客 周轉(zhuǎn)量(RPKs),將以平均每年 4.3%的速度遞增,預(yù)計(jì)將有 45459 架新機(jī)交付,其中單 通道噴氣客機(jī)交付量為 32055 架(占交付總量三分之二以上)。年報(bào)預(yù)測(cè)中國航空市場 將接收 50 座以上客機(jī) 9205 架,其中 120 座級(jí)以上單通道噴氣客機(jī)交付 6119 架,250 座級(jí)以上雙通道噴氣客機(jī)交付 2128 架。
運(yùn)-20(中國代號(hào):Y-20、鯤鵬,英文:Xian Y-20 )運(yùn)輸機(jī):是中國自主研發(fā)的 新一代噴氣式重型軍用大型運(yùn)輸機(jī),為中國大飛機(jī)三劍客之首,由中國航空工業(yè)集團(tuán)公 司第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)、西安飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)為主制造,并于 2013 年 1 月 26 日首 飛成功。2016 年 7 月 6 日上午,運(yùn)-20 授裝接裝儀式在西部戰(zhàn)區(qū)空軍航空兵某部舉行, 這標(biāo)志著中國軍隊(duì)的快速反應(yīng)和遠(yuǎn)程投送能力取得了質(zhì)的飛躍。
在運(yùn)-20 誕生之前,中國國產(chǎn)最大的運(yùn)輸機(jī)就是運(yùn)-8 以及在其基礎(chǔ)上改進(jìn)的 運(yùn)-9。如果從改裝特種機(jī)的角度看,上述平臺(tái)不到 70 噸的起飛重量還是偏小。運(yùn)-20 的研制和交付,將使得這一問題得到部分的解決,運(yùn)-20 比較適合改裝 的特種機(jī)主要是加油機(jī)和大型預(yù)警機(jī)。
我國軍用飛機(jī)加快升級(jí)換代
根據(jù)《飛行國際》發(fā)布的《WorldAirForce2019》,我國現(xiàn)有各類戰(zhàn)機(jī)總數(shù) 3187 架,美國各類戰(zhàn)機(jī)總數(shù) 13398 架,俄羅斯各類戰(zhàn)機(jī)總數(shù) 4078 架。其中我國作戰(zhàn)飛 機(jī) 1624 架、特種飛機(jī) 97 架、戰(zhàn)斗直升機(jī) 902 架、運(yùn)輸機(jī) 193 架;美國作戰(zhàn)飛機(jī) 2826 架、特種飛機(jī) 759 架、戰(zhàn)斗直升機(jī) 5429 架、運(yùn)輸機(jī) 940 架;俄羅斯作戰(zhàn)飛機(jī) 1591 架、特種飛機(jī) 125 架、戰(zhàn)斗直升機(jī) 1448 架、運(yùn)輸機(jī) 401 架
我國仍有三成比例作戰(zhàn)飛機(jī)是二代作戰(zhàn)飛機(jī)。這里作戰(zhàn)飛機(jī)包含有戰(zhàn)斗機(jī)、戰(zhàn) 斗轟炸機(jī)、強(qiáng)擊機(jī)、戰(zhàn)略轟炸機(jī)等裝備有進(jìn)攻性武器系統(tǒng)的固定翼戰(zhàn)機(jī)。我國作戰(zhàn) 飛機(jī)中,有 J-7、J-8 二代作戰(zhàn)飛機(jī) 561 架,占我國作戰(zhàn)飛機(jī)比例高達(dá) 34.5%;三代 作戰(zhàn)飛機(jī) J-10 有 260 架、J-11/15su-27/30/35 有 391 架,合計(jì) 651 架,占我國作 戰(zhàn)飛機(jī)比例為 40.1%。美國作戰(zhàn)飛機(jī)基本上是三代以上作戰(zhàn)飛機(jī),并擁有四代作戰(zhàn) 飛機(jī) F-22 178 架,F(xiàn)-35 214 架。二代作戰(zhàn)飛機(jī)已經(jīng)不適合現(xiàn)代戰(zhàn)爭,隨著我國第 三代作戰(zhàn)飛機(jī)日趨成熟,新型戰(zhàn)機(jī)殲-16,殲-10c 以及五代隱身戰(zhàn)斗機(jī)殲-20 的相 繼服役,未來二代作戰(zhàn)飛機(jī)將逐漸退役。
由于鈦合金用于制造飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)體能夠有效地提高發(fā)動(dòng)機(jī)推重比和機(jī)體機(jī)構(gòu) 效率,近年來軍用飛機(jī)上所用鈦合金材料的比例正在不斷上升。三代作戰(zhàn)飛機(jī)F-16的鈦 合金結(jié)構(gòu)件用量約3%,F(xiàn)/A18-ElF、蘇-27的用量已達(dá)15%以上;第四代作戰(zhàn)飛機(jī)F-22 中鈦合金結(jié)構(gòu)件用量已占機(jī)身結(jié)構(gòu)總重量的41%,其F119發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦含量39%。SR-71偵 察機(jī)的機(jī)身幾乎全由鈦合金組成。
5、國內(nèi)高端鈦材集中度非常高
我國鈦材企業(yè)較多,低端產(chǎn)品的競爭非常激烈,高端產(chǎn)品生產(chǎn)較為集中。高端鈦 材的生產(chǎn)集中于寶鈦股份、西北有色研究院等少數(shù)企業(yè)。寶鈦股份和西北有色研究院是 國內(nèi)建國以來重點(diǎn)建設(shè)的鈦等稀有金屬研究與生產(chǎn)機(jī)構(gòu),在鈦材供應(yīng)體系中地位舉足輕 重。寶鈦股份和西北有色研究院,一直是國內(nèi)軍工用鈦的主要供應(yīng)商,分享高端鈦材市 場,近來西北院旗下的西部材料也加大了在軍工用鈦市場上的開發(fā)力度,市場份額在不斷上升。
根據(jù)攀鋼集團(tuán)做的調(diào)研報(bào)告,2014年我國航空航天鈦材需求量為4861噸,其中寶 鈦股份為2110噸,占比43.4%,其他量比較大的分別為西部超導(dǎo)1304噸,西部材料550噸。集中度非常高,寶鈦股份、西部超導(dǎo)和西部材料三家公司占國內(nèi)航空航天需求量的81.5%。
6、相關(guān)上市公司簡介
寶鈦股份
國內(nèi)鈦材行業(yè)龍頭,高端鈦材寡頭。公司是我國最大的以鈦及鈦合金為主的專業(yè)化稀有金屬生產(chǎn)科研基地,主導(dǎo)產(chǎn)品鈦材年產(chǎn)量位居世界同類企業(yè)前列。公司擁有從海 綿鈦到下游深加工鈦材的完整產(chǎn)業(yè)鏈,目前產(chǎn)能:海綿鈦1萬噸,熔鑄能力2萬噸, 鈦 加工材1萬多噸。我國目前軍用航空鈦材供應(yīng)商主要集中在寶鈦股份和西部有色金屬研 究院(西部材料和西部超導(dǎo)),寶鈦股份占四成以上。
公司擬非公開增發(fā)不超過9700萬股。高品質(zhì)鈦錠、管材、型材生產(chǎn)線建設(shè)項(xiàng)目:新增鈦及鈦錠總產(chǎn)能10,000噸、鈦合金管材產(chǎn)能290噸、鈦合金型材產(chǎn)能100噸;宇航級(jí)寬 幅鈦合金板材、帶材、箔材生產(chǎn)線項(xiàng)目:新增板材產(chǎn)能1,500噸/年、帶材產(chǎn)能5,000噸/ 年、箔材產(chǎn)能500噸/年。
西部超導(dǎo)
西部超導(dǎo)控股股東是國內(nèi)知名的難熔材料研究機(jī)構(gòu)西北有色金屬研究院,陜西省 財(cái)政廳為公司實(shí)際控制人。公司已形成了航空航天用特種鈦合金材料、醫(yī)療用鈦合金材料和超導(dǎo)材料三大主體產(chǎn)品系列。
公司是我國高端鈦合金棒絲材、鍛坯主要研發(fā)生產(chǎn)基地之一,公司生產(chǎn)的高端鈦 合金材料,包括棒材、絲材、鍛坯等,主要用于航空(包括飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、緊固件和發(fā)動(dòng) 機(jī)部件等)、艦船、兵器等。公司生產(chǎn)的高端鈦合金材料已成為我國航空、航天結(jié)構(gòu)件 用主干鈦合金,為我國新型戰(zhàn)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)的首飛和量產(chǎn)提供了核心材料。公司已成為 我國新型飛機(jī)用鈦合金材料的主要供應(yīng)商之一。鈦材加工產(chǎn)能4950噸/年。
西部材料
西部材料由國內(nèi)知名的難熔材料研究機(jī)構(gòu)西北有色金屬研究院控股,西安航天科 技工業(yè)公司(系中國航天科技集團(tuán)公司下屬企業(yè))為第二大股東,股東實(shí)力較強(qiáng),在軍工市場具有天然的優(yōu)勢(shì)。西部材料的鈦材業(yè)務(wù)由西部鈦業(yè)公司負(fù)責(zé)經(jīng)營,目前該公司擁 有鈦錠熔煉能力達(dá)到8000噸,鈦材加工能力達(dá)到5000噸,產(chǎn)品主要為管材和板材。
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