军工材料专题研究:金属材料

叠加自主可控增量以及新型号装备中高端高性能材料应用比例增加,目前军工产业链中,上游材料呈现出较为强烈的“供不应求”,同时也表现出相较于下游更高的业绩增加弹性。

行业背景一代材料,一代装备

预计高端钛合金、碳纤维、高温合金三种材料“十四五”期间市场需求的复合增速分别为20%、25%以及16%,假设三者价格分别为35万元/吨、15万元/吨以及30万元/吨来估算,到2025年三种材料市场规模将分别突破100亿元、200亿元以及300亿元。

军工材料产业链初步完善

钛合金性能优良,军工应用广泛

钛(Ti)位于元素周期表中ⅣB族,是一种银白色的金属,钛合金是以钛为基础加入铝、锡、钒、钼、铌等其他元素组成的合金,由于其优秀的物理性能,被广泛用于航空航天、船舶、海洋工程、兵器、汽车、医疗、化工、冶金、体育休闲等高端工业制造中,有着“第三金属”、“空中金属”、“海洋金属”等美誉。

钛在地球上的储量十分丰富,地壳丰度为0.61%。钛产业链上,工业应用的原料主要为钛铁矿和金红石,中间加工产品海绵钛和钛白粉,其中,海绵钛用于制造钛材,应用于航空航天、舰船兵器等军工领域;钛白粉主要用于涂料、塑料和造纸等行业。由于钛熔炼技术复杂难度大,目前仅有美国、俄罗斯、日本、中国四个国家掌握了完整的钛工业生产技术。

产业链:上游原料

高端钛材基础原料以0级海绵钛为主。钛材的基础原材料为海绵钛,按照海绵钛国家统一执行标准,海绵钛可划分为0A级、0级、1级、2级、3级、4级、5级,主要与化学成分及布氏硬度有关,高端钛合金生产原料以0级海绵钛为主,民用钛合金生产原料以1级海绵钛为主。

全球海绵钛产能过剩,我国高端海绵钛产能不足。目前只有美国、俄罗斯、中国、日本、乌克兰、哈萨克斯坦、沙特阿拉伯和印度八个国家具备海绵钛生产能力。据USGS,2021年全球海绵钛产能为35万吨,但产能利用率仅为60.0%,其中我国产能约17.7万吨,产能利用率为67.8%。我国海绵钛市场总体供应充足,但高品质小粒度海绵钛缺口较大。

当前我国高品质海绵钛产量增速无法满足下游需求的爆发式增长,供需缺口逐年加大,主要通过从乌克兰和哈萨克斯坦进口弥补。

产业链:下游高端钛材产能不足(熔铸难)

钛合金材料代替传统的钢制材料,在大幅度降低航空航天飞行器的结构重量的同时可提高航空航天飞行器结构的抗腐蚀损坏能力,对增加航空航天飞行器航射程、降低燃料消耗、延长服役寿命、提高服役可靠性等方面均具有重要意义。

军舰领域:天生适配

由于钛合金具有比强度高,且在海水及海洋气氛下具有优异的耐蚀性能,因此在船舶领域也得到了广泛的运用。主要应用于耐压艇体、结构件、浮力系统球体,水上船舶的泵体、管道和甲板配件,快艇推进器、推进轴、水翼艇水翼、鞭状天线等。目前钛合金在舰船的应用主要集中在一些关键部位,但随着钛合金产业的不断成熟,成本下降,未来舰船钛合金应用占比将不断提高。

市场规模:高端钛材增长空间大,市场规模预计可达百亿级

高温合金高温下仍有良好特性

目前,我国从事高温合金研发及制备的企业及研究所等单位共有十余家,已经形成了相对完整的高温合金生产体系。高温合金产业链由上游原材料及设备供应商、中游高温合金材料及制品生产商、下游应用终端组成。

铝合金低成本、高模量

铝合金产业链上游为金属矿开采及冶炼行业,主要由铝土矿开采、氧化铝提炼、电解铝生产三个环节组成。通过对电解铝进行加工处理(主要是铸造和轧制)后,获得铝合金铸件、铝板带及铝型材等产品;产业链下游企业通过购买铝加工材广泛应用于建筑、汽车、航天航空、船舶、包装等领域。

世界范围内,民用航空铝材的主要厂商是美国铝业公司(Alcoa)、爱励铝业公司(Aleris)、凯撒铝及化学公司(Kaiser)、加拿大铝业集团(Alcan)等。我国与国外这些企业的技术差距还较大,特别是在合金研发与基础理论研究方面。

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