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中国钛材行业市场需求情况分析:未来我国航空航天钛材消费量有望超过化工领域钛材消费量[图]

2019年04月29日 13:55:38字号:T|T

    钛被认为是一种稀有金属,这是由于在自然界中其存在分散并难于提取。但其相对丰富,在所有元素中居第十位。钛的矿石主要有钛铁矿及金红石,广布于地壳及岩石圈之中。钛亦同时存在于几乎所有生物、岩石、水体及土壤中。从主要矿石中萃取出钛需要用到克罗尔法或亨特法。钛最常见的化合物是二氧化钛,可用于制造白色颜料。其他化合物还包括四氯化钛(TiCl4)(作催化剂及用于制造烟幕或空中文字)及三氯化钛(TiCl3)(用于催化聚丙烯的生产)。钛及钛合金以其低密度、高强度、耐腐蚀性、耐低温性、抗阻性、无磁性、无毒性、抗拉强度性等优良性能,大量用于航空工业,有“空间金属”之称;另外,在造船工业、化学工业、制造机械部件、电讯器材、硬质合金等方面有着日益广泛的应用。

    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”。

    钛及钛合金可以在民用、国防、经济、科技等多领域进行广泛运用,且钛产业的发展状况一定程度也体现了一个国家高新材料技术应用水平和制造业的发展状况,因此对其质量的稳定性、锻造及压延加工的技术的要求相对较高。钛的冶炼工艺包括:钛渣冶炼工艺、氯化工艺、精制工艺、还原蒸馏工艺等多个环节,且环节的技术难度较高,要形成规模化、产业化生产,还需要解决工艺流程控制技术问题和对整个工艺流程中的管理问题,否则造成资源浪费,生产成本大幅增加。

    未来,高端钛材的生产战略意义更为重大,产品结构向高端转移成为其发展的必然趋势。国内石化、航空航天、电力、海洋工程以及体育休闲等行业对高端钛产品的需求继续保持旺盛,同时计算机等高科技产业对钛的需求增长点也在不断涌现,促使钛产品向高端领域发展。国内钛产业向高端化发展已经具有政策和市场双重导向的支持,并且,与经济实力提升相匹配的国防建设也会促进我国钛产业向高端领域转移,逐步提高产业链优势。

    一、全球队高端钛材消费占比情况分析:中国明显低于全球水平

    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。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。

全球主要钛材供应国产量情况(单位:吨)

年份
美国
中国
俄罗斯
日本
欧洲
合计
2001
23,000
4,720
13,404
14,434
7,000
62,558
2002
16,200
5,482
14,800
14,481
6,500
57,463
2003
15,700
7,080
15,400
13,838
6,500
58,518
2004
19,300
9,292
20,200
17,387
8,000
74,179
2005
23,800
10,135
20,730
18,147
9,000
81,812
2006
30,200
13,879
23,700
17,317
10,000
95,096
2007
33,200
23,640
27,540
19,087
11,000
114,467
2008
34,800
27,737
25,620
19,727
10,000
117,884
2009
32,000
24,965
18,000
12,000
7,000
93,965
2010
34,615
38,323
21,000
13,783
4,000
111,721
2011
45,500
50,962
27,200
19,358
5,000
148,020
2012
39800
51557
29450
16183
5000
141990
2013
36000
44453
29000
12000
4000
125453
2014
-
49660
-
-
-
-
2015
-
48646
-
-
-
-
2016
-
49483
-
-
-
-
2017
-
55404
-
-
-
-

数据来源:公开资料整理

    相关报告:智研咨询发布的《2019-2025年中国钒钛产品行业市场现状分析及投资前景预测报告

    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。

全球钛消费结构

数据来源:公开资料整理

我国钛消费结构

数据来源:公开资料整理

    二、中国化工钛材需求情况分析:航空航天钛材需求快速增长

    国内钛矿资源主要包括钛铁矿岩矿、钛铁矿砂矿和金红石矿3种类型,主要分布在四川、河北、云南、海南等地,其中98.9%为钛铁矿,仅1%左右为金红石。钛铁矿岩矿以钒钛磁铁矿为主,主要分布在四川攀西和河北承德地区,储量约1.5亿吨,是我国最为主要的钛矿资源。四川是我国钒钛磁铁矿资源最为丰富的地区,国内最大的钛精矿供应基地——四川攀枝花提供了国内市场上90%的钛精矿。钛铁矿砂矿资源主要分布在云南、海南、广东、广西等地,储量约500万吨。金红石矿资源相对较少,主要分布在河南、山西、湖北等地,储量约200万吨。

    我国虽然拥有较为丰富的钛矿资源,原生钛铁矿储量占钛矿总量的94.1%,但其属于铁矿的伴生矿产,开发利用情况受其主矿产——铁矿开发利用的制约,虽然经过多年攻关,钛资源的综合回收率也只能达到26%左右,与发达国家有较大差距。此外,国内金红石探明储量不多,多为原生矿,且品位相对较低。我国钛铁矿砂矿和金红石矿,无论资源储量还是产量上,在钛矿原料中所占比重也很小。

    我国钛产品应用于国民经济多个重要部门,钛产业运行与国民经济的发展密切相关。2016年国内钛资源应用主要集中在化工、电力、航空航天、冶金等领域。近年来,我国有色金属工业规模不断扩大,产业结构不断优化,质量水平不断提高,国际化经营能力不断增强,实现了较快发展。但与此同时,受国际国内经济形势变化影响,有色金属市场需求低迷,有色金属工业长期积累的结构性产能过剩、市场供求失衡等深层次矛盾和问题逐步显现。

    由于目前我国钛材需求主要来自于化工领域,其中主要集中在“两碱(氯碱、纯碱)”,而2012-2016近五年来我国两碱行业产能过剩严重,行业景气度每况愈下,两碱领域投资需求下降,化工钛材需求从2011年的27516吨下降到2016年18553万吨。2017年,“两碱”行业景气度显著提升,盈利能力明显好转,带动化工钛材的需求。2017年我国化工钛材需求量23948吨,同比增长29.08%。

    纯碱价格:2015-2018年华东地区重质纯碱市场均价分别为1481元/吨、1499元/吨、2085元/吨、1982元/吨,目前最新价格为2150元/吨。

    烧碱价格:2015-2018年华东地区烧碱(99%片碱)市场均价分别为2336元/吨、2942元/吨、4426元/吨、4380元/吨,目前最新价格为4250元/吨。

纯碱价格走势

数据来源:公开资料整理

烧碱价格走势

数据来源:公开资料整理

    1、我国航空航天钛材需求量保持高速增长

    钛及钛合金是极其重要的轻质结构材料,以其优异的物理机械性能,如耐热性高、比强度高、抗蚀性好等,广泛地应用在在航空航天。钛合金被应用在航空领域的驱动力包括:相同拉伸和疲劳强度下,降低航空设备重量,可替代钢等;使用温度可在相对较高温度,可替代铝合金等;化学性能稳定,良好的耐蚀性能,可替代铝合金部件等;与聚合物基复合材料有良好的匹配性。

钛合金和其他合金的主要性能对比

材料类型
密度P/g.cm-3
抗弯强度Ob/Mpa
弹性模量/104Mpa
比强度Ob/p
E/104P
高强度钛合金
4.5
1646
11.76
366
2.61
超硬铝合金
2.8
588
7.154
210
2.55
耐热铝合金
2.8
461
7.154
165
2.55
高强度镁合金
1.8
343
4.41
191
2.45
高强度结构钢
20.58
1421
20.58
178
2.57
超高强度钢结构
20.58
1862
20.58
233
2.57

数据来源:公开资料整理

    以飞机为例,作为飞机机体结构和飞机发动机的主要结构材料之一,钛合金的应用水平是衡量飞机选材先进程度的重要标志之一,是影响飞机性能的一个重要方面。

    在军机中,钛合金用量占机体结构重量比为20%-25%,美国第四代战斗机F-22上已高达41%,其应用呈大幅度上升趋势。航空发动机的用钛量也在逐步增加,国外先进航空发动机的钛用量已达30%左右,例如V2500发动机的钛用量就高达31%,第四代发动机F119的钛合金用量为40%

美国各类战机钛合金比例

数据来源:公开资料整理

    2015-2017年航空航天钛材消费量分别为6862吨、8519吨、8986吨,分别同比增长41%、24%、5%。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。2017年我国化工钛材消费量为2.39万吨,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。

我国钛材下游消费量结构(航空航天钛材快速增长)(吨)

数据来源:公开资料整理

    在民用飞机方面,钛合金用量也在逐步增长,A380用钛占总重量的10%,单机用钛材约60吨。空中客车的钛用量已从第三代A320的4.5%增至第四代A340的6%,而即将问世的A350客机的钛用量进一步提高至15%。

    2、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。

    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。

我国主要大飞机型号

型号
简介
首飞时间
交付时间
运-20
中文名鲲鹏,又名“胖妞”,大型军用运输机。
2013年1月
2016年7月
C919
中国首款按照最新国际适航标准研制的干线民用飞机。
2017年4月
预计2021年
AG600
中文名蛟龙-600,大型灭火/水上救援水陆两栖飞机,也是是世界在研最大的水陆两用飞机。
2016年7月23日总装下线,2017年12月24日首飞
预计2022年

数据来源:公开资料整理

    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。第一架、第二架、第三架C919分别在2017年5月5日、2017年12月17日、2018年12月28日完成了首次飞行。另外三架试飞机正按计划进行部装、总装,六架试飞飞机计划明年全部投入试飞取证工作。

    中国民用航空局(CAAC)在2010年受理了C919型号合格证申请,并按照程序开展相应的适航审查工作。2017年4月,欧洲航空安全局(EASA)受理了C919型号合格证申请。中国民航局与美国联邦航空局签署的《适航实施程序》于2017年10月17日正式生效,该协议实现了两国民用航空产品的全面对等互认,将有利于国产民用飞机进入美国市场。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。

    运-20(中国代号:Y-20、鲲鹏,英文:XianY-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日首飞成功。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。

    3、军用飞机加快升级换代,加速钛材市场需求

    航天航空装备在现代战争中对制空权的争夺至关重要,根据形势需要,中国近5年陆续制造了国产战斗机、歼击机、武装直升机、大型运输机、预警机等新型武器装备。新形势下,我国未来军机增量前景仍十分广阔。

    一方面,我国军机结构不均衡,直升机和运输机占比偏低,不利于我国实施海外远距离作战和物资人员的快速投放,同时旧款军机占比偏高,仍有大量的歼-7、歼-8系列战机,以歼10为首的三代机占比约为三分之一,而美国三代机及以上占比高达75%。另一方面,数量上也存在差距,我国三代机及以上约500架,美国约2100架左右。

2017年中国军机构成情况

数据来源:公开资料整理

    根据《飞行国际》数据,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。

中美俄各类战机数量对比

数据来源:公开资料整理

    我国仍有三成比例作战飞机是三代作战飞机。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-22178架,F-35214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。

二代作战飞机仍占我国作战飞机中三分之一

数据来源:公开资料整理

    综合参考美国三代机数量,未来10年,我国新增三代及四代战机的需求预计在1000-1500架左右,届时三代机占比约66%。

中国未来三代机及以上战机需求预测(单位:架)

数据来源:公开资料整理

    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侦察机的机身几乎全由钛合金组成。

我国主要飞机钛使用量情况

数据来源:公开资料整理

    歼20空机重量15吨,按照35%的钛合金使用率计算,生产300架,需求将达到1575吨,歼11空机重量16吨,按照15%的钛合金使用率计算,按1200架计算,需求将达到2880吨。年均需求约445.5吨。考虑其他军机需求,预计未来10年年均需求为550吨。
5国内高端钛材集中度分析

    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。 

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