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钛合金运用于航空领域(线钛和纯钛有什么区别)

   日期:2023-01-26 03:19:01     浏览:431    

相信目前很多小伙伴对于钛合金运用于航空领域方面的知识都比较想要了解,现在小郭也是在网络上收集了一些关于线钛和纯钛有什么区别方面的知识分享给大家,希望能够帮助您解决问题。

航空航天引领钛产业发展,民用钛空间广阔。2021年,化工、航空航天分别占我国钛材需求的47%、18%,化工需求是我国钛材的主要下游。航空航天对钛合金产品的技术和质量要求较高。随着我国商用飞机的发展,我国航空航天领域对钛的需求将稳步上升,航空航天将引领国内钛工业的发展。在民用领域,化工需求稳步上升,冶金和电力钛需求稳定,而消费电子和日用钛需求逐渐上升,未来民用钛空间广阔。我国钛材出口量稳步上升,2021年出口量为1.57万吨,同比增长300吨.2%钛材出口是我国钛材需求的重要补充。

海绵钛的全过程成本主要来自高钛渣、金属镁,我国钛资源进口依赖性较高。海绵钛生产工艺分为全过程、半过程、高钛渣氯化精制、镁热还原、电解镁三个环节,半过程工艺仅包括镁热还原。根据计算,高钛渣和金属镁在整个海绵钛生产成本中的比例分别为39%和49%;在半工艺海绵钛生产中,四氯化钛和镁的成本分别占55%和39%。由于镁资源的回收利用可以在整个过程中实现,海绵钛的生产成本普遍较低。钛精矿进口依赖性高,2021年我国钛精矿进口量约占总供应量的38%,钛金属工业成本受海外影响较大。

钛产业链以资源和高端钛材料盈利。根据2021年各公司年报,钛精矿、海绵钛、钛合金加工企业吨产品毛利分别为1933元/吨.07万元/吨、4.48万元/吨,毛利率分为82%、22%和23%。2021年从事高端钛材加工的西部材料和西部超导产品毛利分别为7000元/吨,毛利率分别为23%和45%。就产业链而言,钛资源和高端钛加工具有良好的盈利能力。

风险提示:化学需求急剧下降,海绵钛产能增长过快,原材料价格急剧上涨。

1. 钛:“未来金属”

1.1. 钛:“未来金属”

钛因其优良的特性而被称为“未来金属”。二氧化钛(钛白粉)是银灰色过渡金属中最常见的化合物。钛在室温下迅速形成致密的氧化膜,具有良好的耐腐蚀性,在室温下几乎不与酸、碱、氯发生反应。钛的熔点高达1660,具有良好的耐高温性,在高温下也能保持一定的强度。钛强度高,密度只有4.54g/cm因此,它的比强度高于大多数其他金属结构材料。钛是一种安全无毒的金属,对人体几乎都是惰性的,因此具有良好的生物相容性。钛具有许多良好的属性,使其具有广阔的应用前景。

Kroll法是目前大规模工业生产钛的方法。钛的冶炼方法主要有金属热还原法和熔盐电解法。金属热还原法是指利用还原性强的金属还原钛氧化物和钛氯化物制备金属钛;熔盐电解法是以碱金属氯化物为电解质,以含钛化合物为原料通电制备金属钛。目前工业上主要采用金属热还原法,主要采用镁热还原法(Kroll法)和钠热还原法( Hunter法、Armstrony法)两类。镁热还原法是Kroll在20世纪40年代发明的,1948年,杜邦公司开始用这种方法生产海绵钛。Hunter工艺在20世纪中期开始商业化生产,Hunter钛纯度高于Kroll法,但成本较高。Kroll法在工业上得到了广泛的应用,因为钠热还原法成本高。

钛制品主要用于化工、航空等领域。钛的应用分为化工和金属两条路径,化工路径的最终产品为钛白粉,金属路径的最终产品为各种钛。根据中国化工制造网络,世界上90%的钛被用来生产钛白粉。钛白粉能提供优异的白度、覆盖性和耐候性。因此,它被广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨、化纤等行业。钛含有钛和钛合金,其中钛合金是一种含有其他合金元素和杂质的合金。添加合金元素可以提高钛合金的弹性模量和热强度,提高合金的加工塑性,降低变形抗力。2021年,我国钛材消费主要集中在化工、航空航天、电力、冶金、医药等领域。

我国钛业正处于成长期。行业生命周期一般分为导入期、成长期、成熟期和衰退期,其中市场增长率和需求增长率快,行业商业模式和技术趋于稳定,行业壁垒逐渐建立。海绵钛是钛及钛合金的主要原料,其产量能反映钛及钛合金的市场趋势。20世纪末,我国海绵钛产量较低,钛的应用范围较窄,行业正处于进口期。自2005年以来,随着我国大化工的发展,我国对钛的需求迅速上升,海绵钛产量迅速增长。2016年以后,随着行业需求的高端化,行业内企业逐步转型升级,行业资源、技术、资金等壁垒逐渐形成。结合海外经验,我国钛在航空航天领域的应用将继续上升,未来钛市场有望进一步扩大,钛行业将继续增长。

2.1. 周期魅影:从海绵钛的价格来看,钛的周期属性

虽然钛的应用广泛,生产和销售逐渐上升,但价格仍受到生产能力周期和需求周期的影响,呈现出一定的周期性波动。海绵钛是钛生产的重要原料。我们以海绵钛为目标,将2003年以来中国的钛工业分为三个阶段:

第一阶段(2003-2010年):需求旺盛,供应缓慢增加,价格飙升后下跌。随着我国经济的快速增长,航空航天、化工、体育休闲、盐生产等领域对钛的需求旺盛,而海绵钛新产能不足,海绵钛价格不断上涨,2006年1月达到历史最高点:约20万元/吨。高海绵钛价格带来了海绵钛投资热,2006年 中国海绵钛年产能3万吨/年,产量仅1万吨左右。海绵钛供应充足,价格开始快速下跌,最低价格达到5万吨/吨左右,行业逐渐亏损。

第二阶段(2010-2016年):后金融危机时代需求上升后下降,经济增长下降导致价格持续疲软。2010年下半年,中国率先走出国际金融危机的影响,经济的快速发展增加了对钛制品的需求。随着海绵钛原料价格的上涨,2011年上半年海绵钛价格迅速上涨。自2011年下半年以来,中国大力控制通货膨胀,深化房地产监管,钛需求开始下降,海绵钛价格逐渐下降。到2016年,海绵钛价格最低达到4.55万元/吨,行业内大部分公司亏损,行业产能去化,产量下降。

第三阶段(2016年7月至今):海绵钛价格摆脱底部区间,行业供需繁荣。自2016年下半年以来,随着钛白粉市场的改善,钛白粉产量的增加导致钛精矿供应紧张,海绵钛的成本也逐渐上升。此外,海绵钛产能去化,海绵钛需求上升,钛精矿和海绵钛供需平衡紧张,钛价格逐渐上涨。从产业层面来看,我国钛产业技术升级,高端海绵钛产量不断上升,海绵钛产量连续七年增长,行业供需繁荣。

2. 成本:钛资源储量丰富,钛精矿国内定价

2.1.钛资源储量丰富,钛铁矿资源在中国处于世界领先地位

我国钛矿储量高,品位低。根据美国地质调查局的说法,钛在地球上的储量非常丰富(USGS)根据2021年公布的数据,全球锐钛矿、钛铁矿、金红石资源总量超过20亿吨,其中锐钛矿、金红石TiO钛铁矿含量高,钛铁矿含量低。中国、澳大利亚和印度是世界上钛铁矿储量前三名的国家,储量分别为2.3、1.5、0.85亿吨;澳大利亚、印度、南非共和国是金红石储量前三名,储量分别为92700万吨、740万吨和680万吨。中国钛矿中原生钛(磁)铁矿占92%,主要集中在四川(89%)、湖北(3%)、山东(3%);二是钛铁砂矿,占7%;金红石占最低比例,只有1%。中国钛铁矿的平均品位一般为5%~10%,与国外相比普遍较低。俄罗斯钛矿的品位一般为5%~15%,加拿大乌尔宾钛矿含钛钒钛铁矿的平均品位为10%,美国散弗德湖钛铁矿的品位为9%.5%~30%。

我国攀西地区大部分选矿厂采用“两段强磁” 钛精矿在浮选过程中生产。国内钛精矿主要由攀西钒钛磁铁采矿企业供应,钒钛铁矿首先通过磁选铁精矿,尾矿作为钛原料,斜板厚机分为粗粒级和细粒级,粗粒级除铁-强磁粗选筛选-磨矿除铁-强磁选择-强磁选择-强磁选择-浮选工艺;细粒级除铁-强磁粗选-强磁选择-强磁选择-强磁选择-强磁选择-强磁选择-强磁选择-强磁选择-浮选工艺,最后得到钛精矿。攀西钛精矿含钙、镁、硅等杂质含量高,会增加氯化过程中氯的消耗,产生大量的废盐和泥浆。因此,需要进一步提高质量,才能成为沸腾氯化钛原料的要求。

随着选矿技术的不断进步,回收率有望进一步提高。根据安宁股份的招股说明书,经过多年的持续技术研发投资,公司大大提高了钒钛磁铁矿的钛回收率。从2007年到2019年,公司的钛比率从10%提高到36%。根据《攀枝花钛厂提高钛精矿回收率的探索》和《攀西钒钛磁铁矿生产技术现状及转型升级战略》,攀枝花钛厂钛精矿回收率从20世纪末的20%提高到现在的30%-45%,其中大中型钛厂回收率为35%-45%,中小型钛厂回收率为28%-38%。预计随着小规模选厂兼并,行业资源综合利用率将进一步提高,成本将进一步降低。

税费:钛精矿涉及资源税、增值税等税费。根据《中华人民共和国资源税法》,铁、锰、铬、钒钛为黑色金属,原矿或选矿税率为1%-9%。对于四川地区,根据《四川省人民政府关于全面实施资源税改革的通知》,资源税按钒钛铁精矿无税销售额征收,税率为4%。根据财政部和国家税务总局关于金属矿和非金属矿产品增值税税率的通知,金属矿产品增值税税率从13%恢复到17%。

2.2. 钛精矿价格:攀西地区企业有定价权

我国钛精矿主要集中在攀西地区,产量逐年增加。根据中国钛工业发展报告,2021年中国钛精矿产量为664.7万吨,相当于TiO同比增长285.7万吨.其中,攀西矿石产量为530万吨,相当于TiO同比增长249.1万吨.7%。2016年,攀西钛精矿产量占全国钛精矿产量的61%.2021年上升到87%.2%。山东、云南、河北等地区生产钛精矿。

钛精矿流通量小,攀西地区对钛精矿价格影响较大。目前,国内钛精矿主要由攀西企业供应,包括攀钢矿业、龙蟒矿业、重钢西昌矿业、安宁股份、坤远/立宇、兴中矿业、兴鼎钛业等。在国内领先的供应商中,重钢西昌、安宁股份销售钛精矿,其余为小型矿业企业,钛精矿流通较少。根据安宁股份的公告,钛精矿的销售价格主要取决于市场供需和当前周边市场价格。攀西地区的大型工厂通过控制原矿资源来控制钛精矿在市场上的流通,间接控制攀西地区的价格。攀西地区价格上涨后,一些下游企业转而寻求其他地区的钛精矿,以提高其他地区的价格。钛精矿龙头企业中,攀钢矿业、龙白矿冶产品以自用为主,安宁股份在国内市场销售规模排名第一。

钛白粉的供需是影响钛精矿价格的重要因素。钛精矿的价格受到国内外供应和海绵钛和钛白粉需求的共同影响。其中,钛白粉价格作为钛精矿的主要下游,对钛精矿的价格有重要影响。当钛白粉处于淡季时,钛市场需求疲软,中小型矿商盈利销售;当钛白粉处于旺季时,国内需求强劲,钛精矿价格上涨。

2.3. 钛精矿进口:进口量保持在较高水平,进口价格高于国内

海外钛矿的主要供应商Rio Tinto、Iiuka、Tronox等公司。海外钛矿的主要产国是加拿大、南非、澳大利亚等领先公司Rio Tinto(力拓)是世界上最大的钛矿供应商,主要有加拿大、南非、马达加斯加三个生产基地,年产量约140-150万吨;Iiuka主要钛矿分布在澳大利亚;Tronox主要控制南非钛矿资源。

我国钛精矿进口水平较高,21年进口依赖度约为38%。根据钛工业发展年报,2016-2021年中国钛精矿和中矿的进口量分别为254.8、330、312、261、301、380万吨。2021年进口钛精矿为国内总产量57.钛精矿进口保持在较高水平,占总供应量的38%。2017-2019年,国外钛精矿资源短缺,进口钛精矿价格飙升。一些国内制造商选择减少生产或购买国内质量稍低但价格相对较低的钛精矿,钛精矿进口量下降。2020年以后,随着我国钛白粉市场需求的稳步增长,进口量有所回升。

海外钛精矿的价格明显高于中国。根据百川盈孚的数据,2022年10月国内钛精矿报价在3500-6000元的范围内,而国外进口钛矿的价格在6000元以上。由于氯化钛白工艺对金红石等高品位钛矿的需求较高,国外钛矿价格偏高但进口量仍维持较高水平。近年来,随着我国选矿技术的进步,国内钛精矿品质逐年上升,部分替代了国外高品质矿的进口。

2.4.海绵钛全流程、半流程工艺原材料不同

海绵钛生产分为全流程和半流程工艺。国内海绵钛全流程工艺主要有氯化精制、还原蒸馏、镁电解三个工序,企业对富钛料进行氯化和精制生成四氯化钛,再用镁对四氯化钛进行还原得到海绵钛。最后使用电解法将还原步骤生成的氯化镁还原为氯气和镁,以供循环使用。半流程工艺直接外购精制的四氯化钛,经还原后生产海绵钛,省略了氯化精制和镁电解流程。由于镁不参与循环,半流程海绵钛的成本一般更高。目前我国只有少数大型企业生产海绵钛采用全流程工艺,如攀钢集团和宝钛股份。

全流程原材料主要为富钛料,半流程工艺原材料为四氯化钛。富钛料是钛精矿富集所得,包括高钛渣和金红石,主要制备方法有电炉熔炼法、还原锈蚀法、酸浸法和选择氯化法四种,其中工业上主要采用前三种。四氯化钛为富钛料氯化、精制所得,氯化的方法主要有沸腾氯化法和熔盐氯化法,我国主要使用沸腾氯化法。沸腾氯化法是使用氯气作为流体和氯化剂,将高钛渣与石油焦混合处于悬浮的状态,在1000-1050°C的炉内沸腾制取四氯化钛。粗四氯化钛可以通过蒸馏法去除大部分杂质,最难去除的是钒元素,除钒的工艺主要为铜丝法,即铜作为还原剂将钒还原并吸附,部分企业也使用铝粉法除钒。

2.5.海绵钛的主要成本来自于高钛渣、金属镁

海绵钛的成本主要由原材料、氯气、金属镁和电构成。生产一吨海绵钛需要约4.42吨四氯化钛,在还原蒸馏过程中需要消耗约1.2吨金属镁,耗电7500kwh,在高钛渣氯化生产四氯化钛过程中,生产一吨四氯化钛需要0.53吨高钛渣,0.85吨氯气,耗电130kwh。由此可以测算,除去运输、包装、人工等费用,用高钛渣生产一吨海绵钛所需约54061元,用四氯化钛生产一吨海绵钛则需67840元,其中原料费占比最高,其次是镁的价格,电费也对成本有着重要的影响。

使用全流程工艺对镁进行循环利用可以大幅节约成本。半流程生产在还原蒸馏过程之后只能以较低价格处理氯化镁产物,与之相比,全流程生产可以对氯化镁进行电解,从而回收氯气和镁,使之应用于氯化和还原步骤。每生产一吨海绵钛需要消耗1.2吨镁,生成约4吨氯化镁,理论上1吨氯化镁经电解约生成0.25吨纯镁,消耗12500kw/h电,因此如果用于下一循环的还原,需要消耗额外0.2吨镁。根据测算,相较于半流程工艺,每生产一吨海绵钛,全流程工艺可减少约1万元的成本。成本对海绵钛企业有重要影响。2021年9月,镁锭价格暴涨,半流程企业生产成本骤增,导致半流程生产企业纷纷减产或停产。

2.6.我国钛精矿供给预期偏紧

钛精矿供给增量有限。我国钛精矿主要生产商未来增量有限,除龙佰集团通过收购方式增产外,攀钢集团、安宁股份、重钢西昌未来增量较少,结合下游钛白粉及海绵钛行业的扩产计划测算,我国钛精矿供给预期偏紧。

3. 供给:海绵钛集中度高,钛合金产业结构不断升级

3.1.海绵钛产业投资强度较高

海绵钛分为7个等级。根据GB/T2524-2019,海绵钛按化学成分及布氏硬度分为0A、0、1、2、3、4、5这7个等级,等级越高,钛的纯度越高,所含Fe、Si、Cl等杂质越少,布氏硬度越小。高等级海绵钛在航空航天等领域的应用较高,而化工用钛对纯度的要求相对不高,一般用中低端海绵钛。

全流程海绵钛投资强度较高。根据龙佰集团的公告,其计划在甘肃国钛建设3万吨/年转子级海绵钛技术提升改造项目,投资18亿元,对应新增2.5万吨产能,吨投资成本7.2万元/吨。攀钢集团引用了乌克兰全套技术,吨海绵钛投资成本为10万元/吨。宝钛股份2007年投资的1万吨海绵钛项目合计投资4.5亿,吨投资为4.5万元/吨。整体来看,全流程海绵钛的投资强度较大,大规模扩产海绵钛需要大量的资金投入,行业资金壁垒较高。

3.2.我国海绵钛行业集中度较高,龙头企业新产能陆续投产

我国钛工业的发展经历了不断的探索。在1954年,为了响应“国家重要科学技术任务”的号召,我国开始了最初的钛金属的试验,1955年第一个海绵钛车间抚顺铝厂钛车间投产。经过多年的探索,我国逐步实现了前端钛冶炼,后端钛材加工的全方位产业链布局。随着我国经济的不断发展,钛工业发展迅速,前端后端技术不断进步,海绵钛、钛材的产能也不断提升,海绵钛的品质越来越高,钛材也逐渐向高端应用领域。

中国海绵钛产量持续增长,21年占世界产量比重超50%。根据美国地质调查局数据,2021年到2021年间,我国海绵钛产量上升11.75万吨,复合增长率20.24%。伴随我国钛工业的发展,我国海绵钛产量占世界产量的比例不断上升:2017年我国海绵钛的产量占全球海绵钛产量的40%,到2021年占比则达57%。从目前各大海绵钛企业的产能规划看,我们预期主要生产企业产能的释放,我国海绵钛产量及占全球产量的比例仍将持续增加。

海绵钛供给集中度较高,龙头企业产能持续扩张。我国海绵钛龙头企业主要为新疆湘润、攀钢集团、洛阳双瑞万基等,根据2021年中国钛工业发展报告,2021年我国海绵钛行业CR5为74.14%,行业集中度较高。根据龙佰集团公告,其计划在云南、甘肃等地新增共计6.5万吨产能,2022-2023年,龙佰集团海绵钛产能将分别达到5万吨、8万吨。而其他公司如新疆湘润、攀钢、宝钛华神等均有扩产计划,行业供给上升态势明显。龙头企业依靠钛矿资源、能源优势持续扩张,行业规模不断上升。

我国海绵钛生产技术不断进步,成本逐步下降。在氯化流程,沸腾氯化的氯化炉直径从φ500mm发展到φ2500mm,大幅提高了氯化环节的规模效应。且攀钢率先采用了熔盐氯化技术,熔盐氯化技术更适用与我国攀西地区的钒钛资源,资源的利用效率更高。在四氯化钛精制流程,攀钢采用铝粉除钒,实现了高品质四氯化钛的连续稳定生产。在还原蒸馏流程,我国还原炉产能从第一批的100kg/炉,逐步发展到1968年的2t/吨、1987年的5t/炉,逐步扩大到现在最高的12t/炉,相对于2吨/炉的还蒸炉,12吨/炉的生产使得吨海绵钛耗电量下降近70%。在氯化镁电解方面,攀钢引入乌克兰实验室技术结合实际生产摸索,采用200 kA流水线镁电解生产装备,对海绵钛的提质降本增效起到了重要技术支撑。综合来看,随着以攀钢、龙佰为龙头的钛金属企业不断研发探索,我国海绵钛生产技术不断提高,由过去的优品率较低转变为现在合格率已达到93%以上,0级以上品率达到70-80%,1级以上品率达到80-85%,行业整体的生产成本逐步下降。

3.3. 海绵钛进口:进口量不断上升

我国海绵钛进口量在2016年后逐渐上升。我国进口的海绵钛来自日本、韩国、哈萨克斯坦等。我国海绵钛进口量与国内需求相关性较大,2011年到2015年,我国海绵钛需求疲弱、国内产能过剩,海绵钛进口持续低迷。而2016年后,受到国内供给出清、需求恢复拉动,海绵钛进口量持续上升,2021年海绵钛进口量达到1.38万吨,占国内产量约10%。

3.4. 钛材及钛合金:技术难度大,高端钛材供应集中

钛材及钛合金可以按照不同的标准分为不同的类型。从元素及含量的角度来看,可以分为纯钛、钛合金两大类,工业纯钛也可以按照牌号进行细分,如TA1-TA4;钛合金按照组织可以进行分类,同样有对应的牌号如TA9、TC4等。也可以按照外形分,有棒状、丝状、管状等类型;按照用途分类可以对应到下游各领域如化工、兵器等;由于钛材优越的性能,经常被用于军工,因此也可以被分为军工和民用两类。

钛材加工难度较高。钛材的生产流程包括冶炼海绵钛、熔铸得钛或钛合金锭、按照特定需求经锻造、轧制等变形加工步骤得到钛材。其中钛的熔铸和变形处理难度都较大,工艺复杂、技术含量高。熔铸的工艺主要有真空自耗电弧熔炼(VAR)和冷床炉熔炼(CHM),中国过去经常使用工艺成熟且操作简单的VAR法,但此法所得的钛锭杂质含量较高,一般需经多次VAR熔炼才可达到高质量的要求,即使这样也经常存在冶金缺陷,严重影响材料的使用可靠性。因此,近年来中国钛企从美国、德国引进技术更为先进的炉床熔铸炉,逐步采用VAR法和CHM法并行的方式进行熔铸。

近五年钛材供给快速增长,钛材中板材、棒材和管材占比最高。随着国内几家大型钛加工材企业不断做大做强,我国钛材产量快速增长并不断填补市场空白。根据中国钛工业发展报告,2021年我国共生产钛加工材135941吨,同比增长40.1%,已经实现连续7年的增长。在结构方面,板材、棒材和管材为主要的钛加工材,2021年板材产量同比增加21.7%,占全年钛材产量的51.6%;棒材产量同比增长60.6%,占比18.4%;管材同比增长62.3%,占比11.3%,而钛丝、铸件产量同比减少。

我国主要钛材生产商有宝钛股份、西部材料、金天钛业、西部超导等公司。其中宝钛股份是中国最大的钛及钛合金生产、科研基地,拥有国际先进、完善的钛材生产体系;西部材料是具有万吨级以钛为主的加工材生产能力的企业;金天钛业是集宽幅钛带卷、钛及钛合金板材的生产、研发、经营为一体的高新技术企业;西部超导的主要产品包括钛合金棒材、丝材、异型材、高温合金棒材。宝钛股份和西部材料的应用范围较为广泛,包括航空航天、石油化工、冶金、医疗和体育用品多方面;金天钛业主要应用于大型工程;西部超导的应用主要集中在航空锻件和生物植入物及医疗器械。

钛材的定价分为军工定价和民用定价,加工企业毛利相对稳定。由于钛材的下游有较大的比例为航空航天及军工,这些产品采用军工定价,如宝钛股份、西部超导、西部材料等企业的部分产品,定价方式遵循2019年新颁布的《军品定价议价规则(试行)》,采用约束议价、竞争议价、征询议价三种方式。在民用钛产品的供给端,存在着较多的中小型企业,定价方式主要为市场定价。结合宝钛股份、西部超导及西部材料历史毛利率看,我国钛材加工行业毛利率相对平稳。

3.5. 钛材进口:高端钛材为主,替代空间广阔

近年我国进口钛材数量维持在6000吨左右的水平。根据wind数据,2021年我国钛材进口数量为7175吨,较去年增加了16.9%,进口钛材的品种以中高端钛材为主。2021年我国钛材进口均价6.56万美元/吨,按照1美元兑人民币6.9元计算,约为人民币45.25万元/吨,我国进口钛材以高端钛材为主。

国产钛材正在不断替代进口。2018-2020年期间,进口钛材的数量持续下降,国内钛材产量飞速增长,国产替代快速进行。宝钛集团从德国、日本等引入设备,实现了板材、带材、棒丝材、无缝管等多种类钛材的覆盖;西部金属材料研发出多种钛合金板材的高性能、低成本制备技术,龙头企业在高端钛材领域进口替代的速度较快。

4. 需求:化工需求为主,航空航天快速发展

4.1.航空航天引领钛材的发展

我国航空航天领域钛材用量占比不断上升,未来将成为引领钛材使用量的主要因素。钛合金是飞机和航天器发动机的主要结构材料之一,当前我国钛材主要需求行业为化工和航空航天,其中航空航天领域钛材需求量呈逐渐上升趋势。据统计,2011年我国在航空航天领域用钛占比为8.3%,2021年占比达18%。根据中国钛工业发展报告,2015-2021年我国航空航天用钛材产量CAGR为21.84%,行业产销量持续上升。随着科技水平不断发展,航空航天领域的用钛量将继续上升,我们预期航空航天将成为带动钛需求增长的重要动力。

与传统钛合金不同,航空航天需要高端钛合金,未来将引领钛材需求增长。在航空航天领域中,钛合金的性能要求比化工领域钛材严格的多。在机身结构件中的钛合金要求比强度高、降低机身质量、耐腐蚀性良好、与聚合物复合材料电化学相容性好等;航空发动机方面,在航空发动机上应用钛合金,要求其在较高的温度范围内具有很好的瞬时强度、耐热性能、持久强度、高温蠕变抗力和组织稳定性等;在导弹及火箭等航天结构件方面要求更高,除满足航空用钛合金使用性能要求外,还必须具有耐高温、耐低温、抗辐射等性能;在航空航天紧固件方面,需要使用高减重、耐腐蚀、无磁性、与复合材料相容性好的钛合金。航空航天用钛材技术高端,对钛材的应用起到引领作用,我们认为航空航天钛材将引领钛材产业的高端化。

我国在商用、军用飞机制造技术上不断实现突破,制约我国高端钛材应用的壁垒逐渐被打破。过去制约我国用钛材航空应用的主要因素主要有:(1)民用干线飞机完全倚赖进口;(2)批量生产的军用飞机用钛量普遍不高,机体用钛量一般低于 5%,发动机用钛量普遍低于 20%。而中期来看,上述制约因素正在逐渐消除。

A.军工市场

我国国防力量将继续提高,带动钛材需求。近年来中国军费投入逐步提升,2001年军费开支1442亿元,到2022年我国军费预算达14504亿元,军费增速始终高于同期GDP增速。预期未来我国军费预算开支增速将会保持在GDP增速之上,对战机的需求也将不断提高。

根据Fight global发布的《World air forces 2022》,截止2021年末,全球服役战机共53271架,其中美国13246架居世界第一,中国3285架,我国和第二名的俄罗斯战机数量相差一千架以上,预期未来一段时间内我国的战机数量仍将增加。军用飞机需求量持续增长,新型战机更新换代速度更快,国防军工对于高端钛材的需求也在逐步增长。

军用战机中用钛量不断提高。钛具有减轻结构重量、提高整体强度的重要特性,在新型飞机设计建造过程中,钛用量、使用水平已经成为衡量机型先进程度的重要指标。国外先进战机中钛含量已经基本稳定在20%左右,我国新式战斗机钛用量也呈上升趋势。歼8用钛量只有2%,而目前歼20的用钛量为20%,歼31为25%,达到世界先进水平。

B.民用市场

客机更新换代,用钛量不断提升。由于钛合金的优质性能,客机中也越来越多地使用钛材以满足客机减重省油的要求。据统计,新型客机中钛含量逐步提高,波音767中钛占比仅有2%,而波音787中已经有15%的钛材用量。我国目前主要的大客机C919中钛含量为9%,已经超过大部分类型的客机,而正在研发的C929型号用钛量达15%,是世界顶尖水平。

全球航运市场前景广阔,钛需求潜力巨大,预期未来20年中国主流型号客机ARJ21-700和C919将为钛材带来11.6万吨的需求量。根据《中国商飞公司市场预测年报(2022-2041)》预测,未来20年全球将有42428架新客机交付,中国在未来20年间将接受客机9284架,其中支线客机958架,单通道客机6288架,双通道客机2038架。到2041年,中国的机队规模将达到10007架,占全球客机机队21.1%。中国航空市场将成为全球最大的单一航空市场。其中,ARJ21-700和C919预期在未来20年分别可交付597架和5547架,带来11.6万吨钛材需求。

4.2.化工需求为主,民用钛材需求不断上升

我国钛材应用以化工行业为主,常年保持在50%左右水平。钛材在化工的应用包括氯碱、有机无机合成、化肥、塑料等。近年来,随着民营大炼化的兴起,我国使用钛材PTA项目大量增加,促进化工领域钛材需求增长。根据PTA项目投产计划,2020~2022年中国PTA处于建设高峰期,作为设备材料,钛材需求提前计划投产时间, 2019年到2021年我国化工领域钛材需求仍相对旺盛。而从 2022年起,化工钛材需求将转为相对平稳阶段。2016年钛材需求为1.9万吨,2021年激增至5.9万吨。

冶金领域中,钛作为一种新兴的耐蚀材料,在我国的冶金行业,特别是湿法冶金行业应用逐渐广泛。钛解决了在在电解铜、电解镍及铅锌冶炼中长期存在的腐蚀问题,钛器材被广泛使用于湿法冶金领域。钛表面的氧化膜保护了钛不被电解液腐蚀,易剥离减轻了劳动强度。钛在冶金行业中主要用作电铜、电镍行业中的种板、耐腐蚀容器等。冶金领域钛材较为稳定,损耗少,近年来冶金领域钛材迎来大批更新使得钛材使用量快速上升。

电力领域有望刺激用钛需求。相比于其他金属,钛密度小、强度高,耐蚀性也非常好,尤其对海水及污染海水有着良好的抗腐蚀能力,在电站凝汽器上用钛具有极大的优势。此外,钛还广泛用于现代化电厂的辅助冷却器、冷却池,发电机变压器的冷凝器和润滑油冷却器以及汽轮机等。我国目前共有商运核电机组49台,总装机容量 5100万千瓦。根据《中国核能发展报告 2021》预测,到2025年我国核电装机将达到7000万千瓦,同时有5000万千瓦在建;到2030年装机量达到1.2亿千瓦。核电站的发展将带动钛需求的上升。

其他民用钛材需求量逐步上升。经过近几年的市场推广与技术提升,纯钛保温杯、电热水壶、餐具等民用钛制品数量增长。与不锈钢相比,钛材制造的生活用具不会有重金属析出的风险,对人体更加友好。我们认为随着我国消费能力的不断提升,未来民用钛制品市场规模有望保持高增长势头。

4.3. 出口:钛材为主,海绵钛出口较少

海绵钛出口不断下降。随着中国经济的发展,对于钛金属的需求也不断上升。海绵钛作为钛工业的基础环节,需求也不断上升。虽然中国海绵钛产量不断上升,但是仍然不能满足国内日益增长的需求。为了满足国内需求,中国开始不断减少海绵钛出口。根据数据显示,2014年海绵钛出口5691吨为历史最高,2021年海绵钛出口712吨,从2013到2021年海绵钛出口量下降趋势明显。

钛材出口量维持在较高水平。我国钛金属产业链完备、成本均有一定的优势,在充分国内需求的同时,出口量也在不断上涨。2020年钛材出口量受新冠疫情的影响出口量有所下降,2021年出口量快速恢复,全年出口量达到15739吨。钛作为航空、船舶等高端行业的重要材料,全球需求将不断增长,预期我国钛出口需求将保持增长。

5. 盈利:资源、高端钛材盈利较好

5.1. 钛金属产业链:资源、深加工钛材盈利较好

衡量一个国家钛工业规模有两个重要指标:海绵钛产量和钛材产量。其中海绵钛产量反映的是原料生产能力,钛材产量反映的是深加工能力。据统计,一吨钛精矿需要钛铁矿16吨,一吨钛白粉需要钛精矿2.2吨,一吨海绵钛需要钛精矿4吨钛精矿,一吨钛材需要海绵钛1.23吨。我们选取行业内的主要公司,根据年报情况分析钛金属产业链中各环节的价值增量。

2021年安宁股份钛精矿单吨毛利为1933元,毛利率为81.78%。以钛精矿生产企业安宁股份为例,安宁股份2021年生产钛精矿53.6万吨,钛精矿营业成本为2.36亿元,单吨总成本为431元(其中原材料成本93元/吨,其他费用338元/吨);销售钛精矿53.8吨,钛精矿收入12.7亿元,单吨钛精矿价格2364元,单吨钛精矿价值增加1933元。

2021年宝钛股份钛材单吨毛利4.48万元,毛利率为23.38%。宝钛股份2021年钛材销量2.7万吨,钛材收入、成本分为47.4、36.33亿元,钛材单吨价格价17.81万元/吨,单吨成本13.3万元/吨(其中原材料单吨成本10.74万元/吨,其他成本2.56万元/吨),吨毛利为4.48万元/吨。

5.2. 行业盈利复盘:高端化方向明确

2017年以前宝钛股份营收情况较差,主要原因是国内钛需求不足,产能过剩。2009年来,中国钛材市场开始蓬勃发展,需求量逐渐攀升。2011年钛需求为4.5万吨到达顶峰。随后国内钛需求开始下滑,出现结构性产能过剩的问题:高端钛材供不应求,相反民用钛材严重过剩。宝钛股份盈利较差,钛材行业盈利下行。

相比于主营传统钛材时期,转型高端钛材时期的宝钛股份营收情况更好,行业高端化方向明确。2017年之后宝钛股份抓住高端钛材需求激增的机会扩大高端钛材产能,逐渐转型进军高端钛材领域,盈利情况迅速好转。2017年宝钛股份毛利率与净利率分别为19.84%和1.21%,2021年两者分别达到23.21%与11.91%,上升趋势显著。

6.钛金属产业链相关企业介绍

6.1.钒钛股份

钒钛股份营收相对平稳,归母净利润波动较大。从2018年至今,钒钛股份营收保持在140亿元左右,而归母净利润在2020及2021年下降后,在2021年快速反弹。

6.2.安宁股份

钛资源龙头企业。安宁股份主要业务为钒钛磁铁矿及钛精矿的生产及销售,公司钒钛磁铁矿资源储量丰富。攀西钒钛铁精矿通用标准品位为55%左右,而安宁股份率先突破将品味提高至61%,接近国际进口铁矿石标准品位62%,目前公司是攀西地区唯一的钒钛铁精矿(61%)生产企业。2021年钛精矿、钒钛磁铁矿产量分别为141.65、53.6万吨,分别实现营收12.71、10.2亿元,占营收比例分别为55.18%、44.27%。

安宁股份营收及归母净利润主要受到钛精矿、铁矿价格的影响。2021年企业实现23.03亿元的营收,同比2020年增长40.77%;归母净利润14.35亿元,同比增长105%。2022年1-3季度,由于铁矿、钛精矿价格回调,公司营收及归母净利润同比下降。

6.3.龙佰集团

龙佰集团是一家致力钛、锆产业链深度整合及新材料研发与制造的大型化工企业集团,主营产品钛白粉产能超100万吨/年。龙佰集团在钛及钛产业深耕三十余年,是全球行业少数同时具备硫酸法和氯化法生产工艺及产业链的企业。依托原料及技术优势,形成了氯化法钛白粉、海绵钛及高端钛合金的生产体系。2021年龙佰集团钛白粉、海绵钛产量分别为90.22、1.48万吨,生产钛精矿100.06万吨,全部内部使用。龙佰集团在国内拥有多个生产基地,主营业务为钛白粉,其收入占总收入的70%以上,龙佰集团计划在2023年海绵钛产能上升至8万吨。

企业营收状况良好。营业收入方面,企业自2019年起始终保持较高的增长。2021年及2022年1-3季度,龙佰集团分别实现营收205.66、180.64亿元,同比分别增长45.77%、18.02%;分别实现归母净利润46.76、31亿元,同比分别增长104.33%、-17.17%。

龙佰集团钛白粉市占率较高,钛白粉产量不断提高。龙佰集团钛白粉产量增速保持在10%以上,2020年增速达到29.73%。2021年全国42 家具有正常生产条件的全流程型钛白粉企业总产量达到 379 万吨,龙佰集团产出钛白粉90.22万吨,占全国总产量的23.8%。

6.4.鼎龙文化

鼎龙文化目前以钛矿业务为核心方向,兼营影视、游戏业务。公司持有丰富的云南钛铁砂矿资源,钛矿备案储量超过1000万吨。公司钛铁砂矿具有矿产品位高、生产成本较低等优点,是生产钛白粉尤其是氯化法钛白粉的优质钛原料,2021年鼎龙文化钛精矿产量7.04万吨。2021年及2022年1-3季度,鼎龙文化分别实现营收6.54、2.85亿元,同比分别增长47.06%、-26.03%;分别实现归母净利润0.04、0.78亿元,同比分别增长-87.19%、-270.86%。

子公司中钛科技拥有钛铁砂矿资源储量超1000万吨。鼎龙文化子公司中钛科技拥有五新华立清水塘钛矿(采矿权)、弥勒中泰攀枝邑钛矿(探矿权)、云南万友小马街钛矿(探矿权)、寻甸金林钛矿(采矿权)、建水铭泰盘江钛矿(采矿权)5座矿山。同时公司第二条钛矿生产线(建水铭泰盘江钛矿)已于2021年建成,设计产能为 9 万吨/年,进一步提升了公司的钛精矿整体产能规模。

6.5.五江集团

钛行业后起之秀,迅速赶超。五江集团(钛产业主要公司为新疆湘晟)2013年开始布局钛及钛合金项目,2021年五江集团海绵钛产量2.6万吨,成为中国第一大海绵钛厂商。21年五江集团钛材产量突破2万吨,排名国内第二,且公司16吨海绵钛还原蒸馏炉,全球第一。五江集团二期3万吨高性能钛及钛合金项目预期在2025年左右达产,届时五江集团产能将上升至5万吨/年。

6.6.双瑞万基钛业

洛阳双瑞万基钛业有限公司是由中国船舶集团公司第七二五研究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,2021年双瑞万基钛业海绵钛产量2万吨。公司先后引进并再创新了国际先进的多极镁电解槽技术、大型沸腾氯化技术,自主研发了四氯化钛氧碳检测技术,10吨智能高效还蒸炉技术等先进技术,成为具有国际先进技术水平的全流程海绵钛生产企业。目前公司海绵钛产能3万吨,预期2023年增加海绵钛产能1.5万吨。

6.7.宝钛股份

中国钛材龙头,在钛材领域深耕多年。宝鸡钛业股份有限公司由宝钛集团有限公司(原宝鸡有色金属加工厂)作为主发起人设立。2002年在上海交易所上市。宝钛集团直接控制公司 47.77%的股份,为公司的控股股东。宝钛股份是国内最大的钛材加工、销售企业,2021年钛材产能占中国钛材产量19%。

产品覆盖多个方面,不断扩大国内国际市场。宝钛股份主要产品为各种规格的钛及钛合金板、带、箔等加工材和各种金属复合材产品,广泛应用于航空航天、船舶、石油化工等领域。

钛材产量保持增长。2019-2021年宝钛股份钛材产量呈上升趋势,除受疫情影响的2020年外,产量增速均保持在20%以上。2021年宝钛股份钛材产量2.78万吨,同比增长47.96%。

宝钛股份营收及归母净利润持续增长。近五年宝钛股份营收及归母净利润不断增长。2021年宝钛股份实现营业收入52.46亿元,同比增长20.87%;实现归母净利润5.6亿元,同比增长54.5%。2022年前三季度实现营收50.99亿元,归母净利润5.09亿元。

6.8.西部超导

西部超导主要从事高端钛合金材料、超导产品和高性能高温合金材料的研发、生产和销售。西部超导是我国高端钛合金棒丝材、锻坯主要研发生产基地之一;是目前国内唯一的低温超导线材商业化生产企业。公司高端钛合金材料部分收入占总收入的80%左右,2021年高端钛合金材料产量7105吨,均价40.17万元/吨。

西部超导营收高速增长。2021年及2022年1-3季度,西部超导分别实现营收29.27、32.67亿元,同比分别增长38.52%、56.25%;分别实现归母净利润7.41、8.58亿元,同比分别增长99.73%、59.57%。

6.9.西部材料

西部材料为我国军用钛材核心供应商。公司是以西北有色金属研究院为主发起人设立的高新技术企业,2007年在深交所挂牌上市。目前形成了以钛产业为主业,覆盖多种金属及其制品的多元化经营模式。公司产品广泛应用于航空航天、船舶、化工等领域,2021年西部材料钛产品产量5819.57吨。

营业收入稳中有增,归母净利润保持增长。2021年及2022年1-3季度,西部材料分别实现营收23.95、21.62亿元,同比分别增长18.04%、22.86 %;分别实现归母净利润1.33、1.35亿元,同比分别增长68.35%、30.71%。

6.10.重点公司盈利预测

7.风险提示

7.1.化工需求大幅下行

我国钛及钛合金下游50%左右为化工需求,而化工中氯碱、纯碱等行业存在一定的周期性。若化工需求大幅下降,钛材需求下行,行业盈利将承压。

7.2.海绵钛产能增长过快

根据现有海绵钛产能的投产进度,在未来3-5年内,我国海绵钛产量将稳步上升,而我国钛及钛合金需求逐渐扩张,行业供需预期相对平衡。若现有海绵钛生产商大幅新增产能,行业供需情况或恶化,行业盈利情况将承压。

7.3.原材料价格大幅上涨

钛及钛合金成本主要来自于钛精矿、金属镁及加工费用。其中钛精矿我国进口依赖程度较高,价格受海外影响较大。而金属镁价格波动较大,若上游原材料价格大幅上涨,钛金属产业链企业成本上升,行业盈利将下降。

本文源自券商研报精选


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