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航空航天用钛板钛锻件钛棒的特点:集中度高,需求增长

发布时间:2022-05-22 22:18:40 浏览次数 :

1、钛合金产业链概述

钛合金熔炼技术复杂、加工难度大,目前,世界上仅美国、俄罗斯、日本、中国四个国家掌握完整的钛工业生产技术。在钛材工业产业链中,产业链上游完成海绵钛的生产。以自然界产出的钛矿石,主要包括金红石矿石和钛铁矿矿石为主要原料,经选矿、富集后得到天然金红石精矿和钛铁精矿,经镁还原法等提取工艺获得海绵钛。

国内主要海绵钛生产企业包括宝钛华神、朝阳金达、双瑞万基、贵州遵钛、朝阳百盛、龙佰集团、攀钢钛业和新疆湘晟等。产业链中游完成钛材及钛合金锻铸件的生产。钛材的生产流程包括熔铸和压力加工两个生产阶段。熔铸阶段投入的原料复杂多样,而产出的半成品——锭坯较为简单;压力加工阶段,投入的原料(锭坯)较为简单,而产出的最终产品有板材、棒材、锻件、管材、带材、型材、箔材、丝材等。

国内各类钛材中,产量最大的为板材,其次为棒材。2020年,国内钛合金板材、棒材、管材、丝材、锻件和铸件产量占比分别为59%、16%、10%、1%、6%和1%。

根据中国有色金属工业协会钛锆铪分会的统计,国内钛材生产企业主要有30余家,其中,航空航天领域钛材生产企业有20家左右。在航空航天领域,钛材行业集中度较高,2020年,国内前3家企业钛材销量占总销量的60%,前5家企业钛材销量占总销量的72%。国内能够生产航空航天用钛合金材料的企业主要是西部超导、宝钛股份、西部材料、金天钛业、航材院、宝武特冶和天成航材等。

钛合金锻铸件方面,根据结构件的需求不同包括模锻加工、辗环和熔模铸造等不同工艺。国内三角防务、中航重机下属宏远公司和二重万航等企业可生产钛合金模锻件;中航重机下属安大公司、派克新材和航宇科技等企业可生产钛合金环锻件;北京航材院铸钛事业部、安吉精铸、宝钛股份、中船725所下属双瑞精铸、中科院金属所和沈阳铸造所等单位具有钛合金铸件生产能力。

锻铸件生产企业从钛材生产企业购买钛材以及钛铸锭作为生产的原材料。例如,航宇科技2020年采购钛合金1.43亿元,其中,向宝钛股份采购钛合金7565万元,向西部超导采购钛合金1653万元。产业链下游完成钛合金成品结构件生产,包括精密锻造、机械加工和表面处理等。航空航天领域钛合金产品结构件生产企业主要有爱乐达、航亚科技和航空、航发主机厂等。

2、国内钛矿资源丰富但贫矿多、富矿少,海绵钛生产原料依赖进口

2.1国内钛矿资源以钛铁矿为主,高品质金红石矿产资源稀缺

自然界产出的钛矿石,经选矿、富集后得到天然金红石精矿和钛铁精矿。金红石精矿TiO2含量一般在93%-95%(质量分数)以上,品位高,杂质含量少,是生产氯化钛白和海绵钛的优质原料。但因金红石矿储量有限,其产量较低,价格较高。钛铁精矿中TiO2含量42%-64%(岩矿选出的钛精矿品位一般在42%-48%,砂矿为50%-64%)。

根据美国地质调查局(USGS)《MineralCommoditySummaries2022》,截至2021年末,全球钛铁矿储量为7.0亿吨,金红石储量为0.49亿吨。全球钛铁矿原矿资源主要集中在中国、澳大利亚和印度,合计钛铁矿资源储量占全球的68%,中国钛铁矿储量占全球的33%。金红石资源主要分布在澳大利亚、印度和南非,合计金红石资源占全球的92%。

中国钛资源主要以钛铁矿的形式存在,少量钛资源以金红石形式存在。根据国家统计局2017年《中国统计年鉴》数据,我国钛资源主要集中在四川,少量分布于湖北、山东、河北、新疆等地,四川省钛铁矿储量占全国总储量的90%。

中国是钛精矿的主要生产国和消费国。中国有色金属工业协会钛锆铪分会的《2020年中国钛工业发展报告》数据,2020年,中国共生产钛精矿633万吨,其中攀西地区的产量为511万吨。美国《MineralCommoditySummaries2022》报告数据显示,2021年中国钛铁矿产量占全球的37%。

钛铁精矿的主要利用途径有两条。一是将钛铁精矿采用电炉熔炼法、盐酸浸出法等转化成酸溶性富钛料后,用硫酸法生产钛白。另一是钛铁精矿经富集处理后得高钛渣或人造金红石,再经氯化、除杂、精制后得精四氯化钛。精四氯化钛可经气相氧化生产氯化钛白,也可经镁还原-真空蒸馏生产海绵钛。大部分钛铁矿用来生产普通钛白粉,其终端产品应用于涂料、造纸、塑料、日化等行业,小部分钛铁矿通过提纯成人造金红石,再被制成海绵钛,其终端产品钛材广泛应用于传统领域中的化工、电力、冶金、制盐和新兴领域中的医药、休闲体育等行业。金红石矿的产品主要是高端海绵钛(终端产品高端钛材又称战略金属)和高端钛白粉。

我国钛矿资源特点为:资源丰富、储量大、分布广,原生矿多、砂矿少,钛铁矿多、金红石矿少,贫矿多、富矿少,均为多金属共生矿。国内产量较大的矿石主要以岩矿型钒钛磁铁矿形式存在,便于开采利用的金红石型钛矿非常少。目前国内海绵钛生产原料依赖进口。中国有色金属工业协会钛锆铪分会的《2020年中国钛工业发展报告》数据,2020年,中国进口钛精矿301万吨。美国《MineralCommoditySummaries2021》和《MineralCommoditySummaries2022》报告数据显示,2020年中国进口钛精矿毛重约300万吨,截至2020年10月,莫桑比克(36%)、澳大利亚(14%)、越南(11%)和肯尼亚(11%)是中国进口钛精矿的主要来源;2021年中国进口钛精矿毛重约360万吨,较2020年增长21%,截至2021年10月,莫桑比克(32%)、澳大利亚(14%)、越南(13%)和肯尼亚(9%)是中国进口钛精矿的主要来源。

2.2海绵钛生产:海绵钛提取以Kroll法为主,国内海绵钛行业集中度较高

2.2.1海绵钛提取工艺以Kroll法为主

由于钛与氧、氮、碳、氢等元素有极强的化学亲和力,尤其是在高温条件下,所以提取金属钛的工艺一直比较复杂。目前,钛的提取工艺大致经历了以下几个阶段:钠还原法(Hunter法)、碘化法、镁还原法(Kroll法)、融盐电解法。钠还原法(Hunter法)已于1993年被彻底淘汰,国际上比较成熟而且工业化的工艺是镁还原法(Kroll法)。Kroll钛金属提取法,是将粉末状钛矿(TiO2)置于熔炼炉中,注入氯气和还原剂煤焦,加热到1000℃左右实现化学反应,来制取液态四氯化钛,反应产生大量的二氧化碳气体。

镁还原法(Kroll法)工艺复杂、成本高而且对环境的影响大。这种工艺方法生产1吨金属钛会产生大约10吨二氧化碳气体,在镁还原蒸馏工序,将消耗掉大量的电能,生产1吨海绵钛大约需要消耗2-3万度电,并且蒸馏还原过程中钛金属中的杂质去除难度也非同一般,造成了海绵钛生产的高污染、高能耗、高成本等诸多弊端。目前,新的海绵钛制备工艺方法在不断探索,例如,FFC剑桥工艺以及美国UniversalAchemetalTitanium(UAT)与日本东邦钛公司(TohoTitanium)合作开发的新工艺。

FFC剑桥工艺采用直接电化学还原,在氯化钙融盐中电解二氧化钛得到海绵钛。该工艺已在实验室取得成功,有着成本低、产品质量高、周期短、应用范围广等特点,是一种清洁的生产工艺。UAT公司研究的钛冶炼提取工艺,是在粉末状钛矿(TiO2)中添加氟化钙和铝,混合物在冶炼炉中发生剧烈的铝热还原反应,再采用电解法将金属钛溶入电解液中,之后在电极表面形成固态的树枝状钛金属沉积物。此方法制取的钛金属杂质含量低,且解决了生产过程中二氧化碳的大量排放的问题,耗电量也比Kroll法降低70%左右。2021年日本东邦钛公司为该技术建设了中试车间。

2.2.2国内海绵钛产量持续增长,高端钛合金生产原料以0级海绵钛为主

国内海绵钛产量近几年持续增长。2020年,根据中国有色金属工业协会钛锆铪分会对国内12家海绵钛生产企业产量的统计,共生产海绵钛12.30万吨,同比增长44.9%。海绵钛产量超过1万吨的企业有攀钢钛业、朝阳金达、双瑞万基、新疆湘晟、朝阳百盛和贵州遵钛,6家企业海绵钛产量合计占全国产量的比例约为78%。

国内航空航天用海绵钛供应商包括宝钛华神、朝阳金达、双瑞万基和贵州遵钛等企业。高端海绵钛生产企业盈利能力较强,以宝钛华神为例,2021年,宝钛华神营业收入6.27亿元,净利润1.57亿元,净利率达25%。宝钛华神是由宝钛股份控股的股份制企业,在行业内首先实现海绵钛“氯化+精制+还原+电解”的循环经济生产模式,拥有国内最先进的海绵钛生产技术,也是国内唯一实现全流程的钛锆铪生产企业。除母公司外,宝钛华神与西部超导、湖南金天、西部钛业等企业建立了长期稳定的战略合作关系。在国际市场,与波音空客、罗罗公司、瑞典山特维克、日本神户制钢等国际知名企业建立了相关业务往来。

朝阳金达是我国重要的航空航天高品质海绵钛专业生产基地。公司自主研发出“航空熔铸专用海绵钛”、“TC11专用海绵钛”等多个系列的高新技术产品60余项,其中MHT-90海绵钛经西部超导等钛材企业认定,产品指标达到了国际先进水平,可替代进口用于航空航天等高端领域,打破了国际市场的长期封锁,实现了国内高端海绵钛的自主供应。目前,公司海绵钛50%用于航空航天领域。双瑞万基钛业成立于2005年,是由中船725所和万基控股集团共同投资组建的万吨级全流程海绵钛生产企业。公司先后得到波音民用飞机供应链管理运营部门、日本先进材料株式会社、宝钛集团、西部超导等国内外客户的认可。2020年,双瑞万基钛业海绵钛产量16000吨,约占全国产量的13%。

贵州遵钛是国家海绵钛相关行业标准制定主起草单位,技术装备、产品质量都处于国内领先地位,拥有“国家级企业技术中心”。公司生产的“航天”牌海绵钛长期作为国内军工和航天航空主要基础材料。贵州遵钛目前具备海绵钛25000吨/年、钛锭2000吨/年、钛管坯800吨/年的产能。高端钛合金生产原料以0级海绵钛为主。我国钛工业经过几十年的发展,已从20世纪的以传统化工(氯碱、纯碱和制盐等)为主要需求的领域,正逐渐转向以航空航天、船舶、海洋工程和高端化工装备为主要需求的领域,钛原料的需求也从原来的以工业级海绵钛(2级)为主转向以航空级海绵钛(0级)为主要需求,对钛原料的批次稳定性和质量要求更高。例如,西部超导采购的海绵钛主要为0级和1级海绵钛,以0级为主,颗粒度为3mm-12.7mm的小颗粒,并对相关参数有特殊的内控技术标准。

根据百川盈孚的数据,2022年以来,国内0级海绵钛价格稳定维持在8.60万元/吨。2021年,海绵钛价格有一定上涨,0级海绵钛年末8.60万元/吨的价格较年初6.50万元/吨的价格上涨32%。(报告来源:未来智库)

3、钛材和铸锻件生产

3.1钛合金熔炼及钛材生产

3.1.1钛合金熔炼中海绵钛为主要原材料

钛合金中,钛为主要组成元素,一般钛的质量分数在90%左右。因此,在钛合金熔炼中,海绵钛为主要原材料。此外,中间合金由于单价较高,在原材料成本中也占一定的比例。例如,西部超导2016年至2018年,海绵钛年采购平均单价分别为4.34万元/吨、5.63万元/吨及5.55万元/吨,中间合金铝钒合金ALV55年采购平均单价分别为16.24万元/吨、19.78万元/吨及35.65万元/吨,铝钒合金ALV85年采购平均单价分别为22.91万元/吨、23.61万元/吨及37.73万元/吨。

以TC4合金成分构成为例,合金元素Al和V的质量分数分别在5.5%~6.8%和3.5%~4.5%范围,即中间合金质量分数在9.0%~11.3%。假设熔炼中,海绵钛质量占比90%、中间合金质量占比10%,参考西部超导2018年的采购均价假设海绵钛价格5.55万元/吨,中间合金37万元/吨,则原材料成本构成中海绵钛占比约为57%。西部超导披露的钛合金产品原材料成本构成中,海绵钛占比在60%左右。

3.1.2钛材生产企业:上市公司主要有宝钛股份、西部超导和西部材料三家

钛材类型多样,包括棒材、丝材、板材、带材、管材等。快锻机、精锻机是钛材生产中的核心设备,利用大吨位的快锻机和精锻机实现大变形量,可以保证锻透性和组织均匀性。例如,宝钛股份配备由德国引进的1万吨和2500吨快锻机、奥地利SXP-13精锻机。

钛合金板材、带材生产还需要热轧、冷轧轧机以及自动平面磨床、砂光机、水切割机、带材酸洗线等辅助设备。例如,宝钛股份拥有德国引进的3.3米宽板轧机、日本引进的1200mm型四辊可逆式热/冷轧机、森德威MB22-TI型二十辊冷轧机等板带材生产设备。

无缝管材生产还需要穿孔机、挤压机和轧管机等设备。例如,宝钛股份无缝管生产系统主体装备包括从德国进口的3150吨高速挤压机、1000吨穿孔机、LDH75型高速轧管机、日本进口及国产大型真空退火炉,LG、LD系列轧管机以及辅助装备等。

国内航空钛合金的市场需求主要来自军用航空领域。军用航空材料的开发都是通过参与军工配套项目的形式进行的,通过军工配套项目的招标进入项目正式研制阶段后依次通过工艺评审、材料评审、地面功能试验、地面静力试验、装机考核、装机评审后方能成为相关型号用材料的合格供应商。目前,国内航空钛合金生产企业主要是西部超导、宝钛股份、西部材料、金天钛业、航材院、宝武特冶和天成航材等。

西部超导主要从事高端钛合金材料、高性能高温合金材料、超导材料的研发、生产和销售,是我国航空用钛合金棒丝材的主要研发生产基地。公司具有高性能钛合金铸锭1万吨/年、丝棒材8000吨/年的产能,钛材产品主要用于航空锻件等领域。

宝钛股份是我国钛及钛合金科研生产基地,建立了“海绵钛、熔铸、锻造、板材、带材、无缝管、焊管、棒丝材、铸造、原料处理”十大生产系统,拥有2400kW电子束冷床炉、15t/10t真空自耗电弧炉、万吨自由锻压机、2500t快锻机、高速棒丝生产线、钛带生产线、3.3米宽厚板生产线等设备,钛铸锭产能达3万吨/年、钛材设计产能达2万吨/年。公司拥有完整钛合金产业体系,子公司宝钛华神供应部分海绵钛材料。

西部材料是陕西省首个由科研院所改制成立的高科技上市公司,下辖8个控股子公司和1个研发中心,主要从事稀有金属材料的研发、生产和销售,拥有钛及钛合金加工材、层状金属复合材料、稀贵金属材料、金属纤维及制品、稀有金属装备、钨钼材料及制品、钛材高端日用消费品等业务板块,产品主要应用于军工、核电、环保、海洋工程、石化、电力等领域。西部材料具有8000吨/年以上优质钛及钛合金铸锭的生产能力及1万吨/年钛及钛合金板带材生产能力。

金天钛业为国内高端钛合金材料三家主要供应商之一。金天钛业建设年产能1万吨钛及钛合金加工材生产基地,主要产品包括钛及钛合金铸锭、板坯、板材、棒材、锻件(饼/盘件、环件、厚壁锻管)等,应用于航空、航天、医疗、石化,海洋等多个领域。金天钛业为AG600水陆两用飞机的起落架提供钛合金材料。

航材院是主要从事航空先进材料应用基础研究、材料研制与应用技术研究和工程化技术研究的综合性科研机构,现有17个材料技术领域60多个专业,拥有完整的材料、制造、检测技术体系和丰富的技术积累。航材院可生产TC4、TA15、TC21、TC4-DT、TB5、TB8、Ti40、Ti60、Ti3Al、TiAl等二十多种牌号的钛合金铸锭和棒材,铸锭最大直径1.1m,钛合金大规格棒材最大直径达到450mm。此外,航材院还可生产钛合金锻件,可制造的锻件最大重量为600kg。

宝武特冶是我国重要的高品质特殊钢及特种合金研发生产基地之一,形成了高温合金、耐蚀合金、钛及钛合金、精密合金、特殊不锈钢、特种结构钢、工模具钢等产品。宝武特冶钛合金产品主要市场是航空发动机用高端钛材,基本覆盖国内发动机型号,并在飞机机体结构件、民用航空、航天、舰船、兵器、化工等领域也得到拓展应用。

天成航材产品定位于高端钛材应用,主营产品包含钛合金棒材、线材、锻件等,自主研发、设计的国内首条航空级钛合金全流程动态多向控温控轧生产线,可为航空、医疗等高端领域用户提供超细晶钛棒及高品质钛盘卷;大规格棒材生产线采取“以轧代锻、锻轧结合”的方式,可为航空终端提供发动机盘、轴件及飞机结构件用原材料。2019年,天成航材在国内航空航天业务份额居行业第5位。

营收规模方面,三家钛材上市公司中,宝钛股份营收规模最大。2021年,宝钛股份钛材实际产能3.09万吨,钛产品实现营业收入47.43亿元、销售量2.66万吨,其中钛材销售量2.09万吨。盈利能力方面,西部超导钛合金业务毛利率领先。宝钛股份钛产品业务除钛合金外还有海绵钛等产品,西部材料钛制品包括钛材、钛钢复合板以及钛合金容器等产品。西部超导钛合金业务主要是生产高端钛合金材料,包括棒材、丝材、锻坯等,主要用于航空、舰船、兵器等。西部超导钛合金业务毛利率领先,2021年毛利率为45.31%。

从成本率方面看,钛材生产企业的材料成本为主要成本。宝钛股份钛产品材料成本率在65%左右,西部材料的稀有金属压延加工业务材料成本率在50%左右,西部超导钛合金产品材料成本率在35%左右。西部超导有相对低的材料成本率因而其毛利率较高,2021年西部超导钛合金产品毛利率达45.31%。此外,西部超导的钛合金产品和西部材料的稀有金属压延加工业务具有较高的制造费用成本率,2021年其制造费用成本率分别为14.10%和19.05%。

3.2钛合金锻件:主要包括模锻、自由锻和辗环三类工艺

根据锻件的尺寸和形状、采用的工装模具结构和锻造设备的不同,锻造主要分为自由锻、模锻、辗环。自由锻:指用简单的通用性工具,或在锻造设备的上、下砧之间直接对坯料施加外力,使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。

自由锻以生产批量不大的锻件为主,采用锻锤、液压机等锻造设备对坯料进行成形加工,以获得合格锻件。

模锻:指金属坯料在具有一定形状的锻模膛内受压变形而获得锻件,模锻一般用于生产重量不大、批量较大的零件。模锻液压技术主要用于对尺寸大且内部微结构要求高的航空金属部件制造,实现常规锻造、切削、镗铣等加工方法难以实现的工艺要求。

辗环:又称为环形轧制,借助辗环机使环件产生连续局部塑性变形,进而实现壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性加工工艺。与传统自由锻、模锻等工艺相比,辗环可大幅度降低设备吨位和投资,具有振动冲击小、节能节材、生产效率高、生产成本低等显著优点,属于无缝环件的先进加工技术。

国内从事钛合金锻件生产的企业主要包括中航重机下属陕西宏远、贵州安大和景航锻铸、三角防务、万航模锻、派克新材、航宇科技等。其中,三角防务、陕西宏远和万航模锻等企业可生产钛合金模锻件;贵州安大、派克新材和航宇科技等企业可生产钛合金环锻件。

三角防务、派克新材和航宇科技三家锻造企业中,三角防务和航宇科技钛合金采购量较多。航宇科技2018年和2019年钛合金采购量均超过500吨,三角防务2017年和2018年钛合金采购量分别为492吨和392吨。采购平均单价上看,三角防务钛合金采购单价较高而航宇科技钛合金采购单价较低。以2018年为例,三角防务、派克新材和航宇科技钛合金采购平均单价分别为36.92万元/吨、30.77万元/吨和14.76万元/吨。

国内航空锻造企业中,营收规模方面,拥有贵州安大、陕西宏远两家全资锻造业务子公司和景航锻铸一家非全资子公司的中航重机规模最大。贵州安大产品以航空环锻件为主,同时从事一定规模的模锻件业务;陕西宏远以航空模锻件为主,同时从事一定规模的航空环锻件业务。贵州安大和陕西宏远是国内最早从事航空锻件业务的企业,拥有一定的技术先发优势。

盈利能力方面,三角防务的模锻产品和派克新材的航空航天锻件产品毛利率领先。2021年,中航重机的航空锻造产品和航宇科技的航空航天锻件产品毛利率在30%左右。三角防务的模锻产品和派克新材的航空航天锻件产品毛利率领先,2021年毛利率分别为47.27%和46.21%。

从成本率方面看,航空锻造产品中材料的成本率在50%左右。近几年,航宇科技的航空锻造产品材料成本率较高,在55%以上。随着航宇科技航空锻造营收规模提升,制造费用成本率逐渐降低,其毛利率近几年逐年提升。三角防务模锻产品和派克新材航空航天锻造产品有相对低的材料成本率,因而毛利率较高。

3.2.1钛合金模锻件:三角防务、陕西宏远和万航模锻等是国内主要生产企业

大吨位模锻液压机是模锻工艺的核心设备。例如,客机A380使用的钛合金起落架必须由俄罗斯750MN模锻液压机加工,西欧尚不具备此加工能力。我国大吨位模锻液压机的装备始于1967年,由中国第一重型机器厂建造的300MN级模锻液压机,装备于重庆西南铝加工厂,该设备于1973年投产,使用至今。近年来,我国陆续装备大吨位模锻液压机,包括万航模锻的800MN模锻液压机和三角防务的400MN模锻液压机。

三角防务主要从事军、民用大型精密锻件的研发和制造,产品包括大型军用飞机、民用客机各类框、梁、起落架等整体结构件和航空发动机整体盘件以及其它航空、航天、舰船、兵器、核工业等行业大、中型精密模锻件。三角防务拥有一台世界排名前列、同时具备模锻、等温锻、热模锻于一体的400MN大吨位模锻液压机和一套模锻件生产线,可以满足目前在研、在役的先进飞机、航空发动机90%以上的大型模锻件生产。

陕西宏远创建于1965年,是中国航空工业集团公司大型锻造专业化企业,拥有国内外先进水平的锻压设备群,可生产钛合金、高温合金、不锈钢、结构钢、铝合金、镁合金、铜合金、以及新兴的金属间化合物等不同材质的锻件。公司不仅为国内市场提供优质的锻铸件,还与波音、空客、UTC、赛峰起落架、GE、罗罗等公司建立了长期稳定的贸易合作关系。

万航模锻是中国第二重型机械集团有限公司与中国航空工业集团公司共同持股的有限责任公司,以研制生产航空锻件为主导产品,包括钛合金、超强钢和结构钢、高温合金和铝合金,覆盖航空、航天、能源、舰船动力等重要行业。在产品锻造设计、技术工艺、热处理、酸洗、理化检验及模具加工制造等方面,具有国内领先的优势。万航模锻拥有800MN模锻液压机,可制造的大型模具单重100t,大型轴类模锻件长度达6.5m,圆形模锻件直径达2.5m,在国防建设中发挥着不可替代的作用。利用万航模锻世界先进的800MN模锻液压机,2021年8月,某型号试验件用超大规格TC18钛合金主起车架横梁模锻件在万航模锻试制成功,该锻件为国内最大的TC18模锻件。

2022年1月新闻,公司成功研制长江2000发动机用风扇盘。长江2000发动机是CR929宽体客机的配套国产动力系统,是我国目前在研的推力最大的航空发动机。此次研制的长江2000发动机用风扇盘锻件,单件重量达900多公斤,标志着万航模锻成功突破长江2000发动机用风扇盘锻件制备技术,将为该类产品的锻造和热处理积累技术经验。

景航锻铸主要从事航空飞行结构部件、发动机零部件、民用机械零部件的锻造、铸造及其深加工业务,可生产单件重量20g-1000kg的各类锻铸件产品。景航锻铸掌握自由锻、辊锻、模锻以及等温精锻等多种锻造工艺,可进行高温合金、钛合金等各种难变形材料的锻件生产,产品种类达1万多种。2021年,景航锻铸公司营收11.21亿元,净利润8735.53万元。

       3.2.2钛合金环锻件:贵州安大、派克新材和航宇科技等是国内主要生产企业    

环锻件生产的主要设备为碾环机。航空环锻件的制造不仅仅要满足零件的外形尺寸要求,而且对锻件的组织性能要求很高。钛合金材料变形难度大、组织形态复杂多样,对产品制造技术和生产工艺水平的要求更高,既要保证产品的成型尺寸,同时要获得良好的晶粒组织、更优的机械性能、合理均匀的应力分布。

中航重机下属贵州安大、派克新材、航宇科技等企业是国内主要环锻件生产企业。贵州安大始建于1966年,是专门从事航空发动机、飞机和燃气轮机锻件生产的专业化企业,具备辗环、轧盘、自由锻、热模锻、等温锻、闪光焊、模具加工、机械加工等系列生产线,可生产高温合金、钛合金、铝合金、镁合金、不锈钢、合金结构钢等材料。

航宇科技主要从事难变形金属材料环形锻件研发、生产和销售,公司各类环锻件产品主要应用于航空、航天、燃机等领域。国内业务方面,航宇科技全面参与国内所有现役、在研、预研航空、航天环锻件的研制与生产任务,是长江1000、长江2000环锻件主研制单位。国际业务方面,航宇科技拥有美国GE、P&W、英国RR、法国SAFRAN、德国MTU、美国Honeywell等航空发动机公司合格供方资质。

派克新材金属锻件产品涵盖由普通碳钢、合金钢、不锈钢以及高温合金、铝合金、钛合金、镁合金等特种合金材料辗制的环形锻件、自由锻件、精密模锻件等各类金属锻件,应用于航空、航天、船舶、电力石化以及其他各类机械等多个领域。(报告来源:未来智库)

       3.3钛合金铸件:航材院和安吉精铸是国内航空钛合金铸件主要供应商    

钛合金精密铸造是钛合金零件近净成型的先进方法,可保证零件的结构完整性、简化机加工量、减少或省去零件组焊、提高装配效率、稳定质量,同时降低用钛成本。钛在高温下具有极高的化学活性,液态金属成形过程中质量控制难度极大。目前世界上只有少数几个国家掌握钛合金精密铸造技术。异型薄壁钛合金精密铸造技术代表了钛合金精密铸造技术的高难度、高水平。20世纪80年代中期,美国PCC、Howmet等公司开始研究大型薄壁钛合金整体结构件的精铸技术,并相继建立和扩大了大型薄壁钛合金整体结构件精铸的生产条件和规模,成功研制了F-100、CFM-56、CF6-80、F-119等发动机的中介机匣、风扇机匣、高压压气机机匣等大型薄壁整体精铸钛合金件。

国内钛合金精密铸造方面,北京航空材料研究院铸钛事业部(原百慕高科)、安吉精铸、宝钛股份、中船725所、中科院金属所和沈阳铸造所等的钛合金铸造水平较高,已有较完整的科研生产线。北京航空材料研究院有限公司铸钛事业部(原百慕高科)是中国钛合金精密铸造的技术发源地、行业领导者,是亚洲最大、国际知名的钛合金精密铸造产业基地。钛铸件产品包括航空类钛铸件、航天类钛铸件以及泵阀类钛铸件等,航空类钛铸件产品用于军用、民用飞机发动机、机身等。目前,铸钛事业部已成为国内航空航天钛合金铸造产品的主要供应商。

国际业务方面,航材院铸钛事业部(原百慕高科)是国内唯一承担国际宇航钛合金铸件批产供应商。铸钛事业部(原百慕高科)是法国SNECMA公司的正式供应商,从跟法国SNECMA公司的合作开始进入国外宇航领域,百慕高科已成为CFM56-7发动机支板的主要供应商,并且进入新一代LEAP发动机开发项目,成为LEAP-1A、1B、1C的40余个钛合金铸件的供应商,其中在LEAP-1C机匣及套件上是唯一供货商。

安吉精铸前身为国营3017厂,是中航工业集团下属唯一的专业化铸造企业,主要为不同类型的飞机、航空发动机、机载设备提供各类钛合金、铝合金、高温合金、镁合金、耐热钢、不锈钢、结构钢、铜合金和合金铸铁等优质铸件产品,拥有精铸铝、精铸钛、精铸钢、高温合金、半精铸镁、铸铝等铸造生产线。公司拥有熔模精密铸造、离心铸造、陶瓷型铸造、冷凝树脂砂铸造、金属铸造等各类工艺方法,大型复杂钛合金整体精密铸造技术达到国内领先水平。安吉精铸公司生产的钛合金铸件主要有垂尾、二支点壳体、转弯段、内环前段、后盖、后通风器主体、中央齿轮机匣和发动机系列中介机匣等,具有密度低、比强度高、耐腐蚀性好、耐热性高的特性,用于航空航天飞行器,可以降低重量、提高发动机的工作温度、改善其耐腐蚀性能。

中船725所成立于1961年,是专业从事舰船材料与工艺及应用性研究的军工科研事业单位,是海军各型号的材料技术责任单位,构建了海军武器装备的基本材料体系,有效保证了装备工程对材料技术的需求。中船725所钛产品包括钛合金构件、铸件和海绵钛等,业务分别由双瑞万基和双瑞精铸承担。双瑞精铸前身是中船725所七室,在钛及钛合金技术和产品研究领域已有近60年,拥有熔炼、精密铸造、热轧、冷轧、焊管、换热器等多条先进的生产线,配备先进水平的EB炉、1000kg级真空铸造炉、热轧及冷轧机组、焊管机组以及板式换热器专用生产设备,已成为国内主要钛合金产品研发、生产企业,产品广泛应用于船舶、海洋工程、体育休闲、石油化工、航空航天、医疗器械、电力等领域。

沈阳铸造研究所成立于1957年,2017年更名为沈阳铸造研究所有限公司,是国家级铸造技术专业研究机构。截至2020年底,公司在岗职工487人,其中,专业技术人员包括正高级工程师56人和高级工程师83人在内共256人;技能人员包括高级技师14人和技师35人在内共231人。

沈阳铸造所设有钛合金铸件生产基地,其钛合金技术产业部是1965年由国家投资兴建的我国第一个钛合金铸造材料、工艺、设备研究和生产基地,石墨型铸造和精密铸造工艺技术在国内处于领先水平。目前生产车间面积8000平方米,设置有熔铸车间、精铸制壳车间、机械加工车间、后处理车间,装备有1500kg、600kg、300kg、200kg、100kg真空自耗凝壳炉各1台,并配备有大型真空热处理炉、5-100吨液压蜡模压注机、远红外脱蜡炉等设备共百余台,具备年产400吨优质钛合金铸件的生产能力。

沈阳铸造所钛合金铸件的主要工艺方法有熔模精密铸造工艺、机加石墨型工艺、改善石墨型工艺、捣实型工艺、金属型工艺、复合铸型工艺。公司承担了大量航天科研生产任务,为火箭、卫星、宇宙飞船、舰船等领域提供了大量高、精、尖钛合金铸件。民用方面,公司生产的TIH、TCZ系列钛合金离心泵、J41W-16Ti系列钛合金截止阀、Q41-16Ti系列钛合金球阀、4-72和9-19系列钛风机等产品已遍布全国,并出口加拿大、美国、瑞典、德国、匈牙利、韩国、新加坡、印尼、马来西亚等国家。

宝钛股份拥有铸造生产系统,拥有25kg、150kg、500kg真空凝壳炉、大型石墨除气炉、CNC加工中心、射蜡机等设备,铸件年生产能力250吨以上,建设的高尔夫球头生产线,年设计产能20万只。宝钛股份铸造生产系统的浇注轮廓尺寸可达Ф1800mm×1000mm、单次浇筑重量400kg,为能源化工行业分体浇筑生产过单重710kg的超大型双涡壳离心泵,单体浇筑291kg的ZTC4(铸态TC4)空间相机主镜支撑框。

3.4钛合金产业链现状:航空航天用钛材供给集中度较高,部分高端钛材或供应不足

(1)国内航空航天用钛材行业集中度较高

国内钛材行业集中度较高,根据中国有色金属工业协会钛锆铪分会的统计数据,2020年,国内前10家主要钛材生产企业的钛材销量占总销量的80%,前5家主要钛材生产企业的钛材销量占总销量的60%,同比均略有提升。在航空航天领域,随着近几年对钛材的需求快速增长,航空航天领域钛材行业集中度有所降低。在航空航天领域,2020年,国内前5家企业钛材销量占总销量的72%,前3家企业钛材销量占总销量的60%。

       (2)国内钛材供应中部分高端钛材或供应不足    

根据中国有色金属工业协会钛锆铪分会的统计,国内主要钛锭、钛材供应商均有三十余家。2020年,国内33家主要钛锭生产企业共生产钛锭11.99万吨,同比增长35.2%,国内32家主要钛材生产企业共生产钛材9.70万吨,同比增长28.9%,占全球钛材产量的50%以上。根据国内钛材进出口数据,2020年钛材出口量远大于进口量,且进出口量均同比下降。2020年,钛材进口量为6139吨,同比减少24.4%,出口量达15246吨,同比减少27.1%。

分项来看,2020年钛材进口量仅航空航天等高端领域用钛合金丝材保持增长,反映出国产钛材在高端紧固件等领域还难以满足国内需求;2020年,钛合金薄板和厚板的进口量虽略有减少,但基本稳定,反映出我国在高端领域的钛合金薄板和厚板对国外仍有一定的依赖。目前,我国高端需求用航空紧固件用钛合金棒丝材、船舶用钛合金宽厚板坯等产品在批次稳定性上与国外还有一定的差距,仍需进口,随着国内钛材龙头企业装备和技术不断升级,有一定进口替代空间。

       (3)相关企业有望持续受益于需求增长及材料国产替代

航空航天领域钛材发展空间广阔,相关企业有望持续受益。航空航天领域装备列装、军机换装国产航发以及新型装备钛合金用量大幅提升等促进国内航空航天用高端钛材需求增长。民航方面,支线飞机ARJ21已正式投入运营,大型客机C919首飞试验圆满成功;远程宽体客机CR929处于中俄联合研制阶段,未来空间广阔。

随着国内钛材生产企业制造能力提升,材料国产替代将推动国内钛材生产企业业绩增长。例如,西部超导成功掌握了紧固件用Ti45Nb合金丝材批量化制备技术,解决了Ti40阻燃钛合金大规格铸锭锻造开坯的难题;湘投金天集团自主研发出中国第一卷大卷重宽幅钛带卷,填补国内空白,改变了我国钛卷和钛焊管依赖进口的格局。

此外,随着中航重机、航宇科技、派克新材以及航材院铸钛事业部等锻铸件企业和宝钛股份、天成航材等钛材生产企业在国际宇航市场的不断拓展,国际宇航市场钛合金业务亦将促进相关企业业绩增长。

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