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钛及钛合金在军工新材料应用上前途光明

[ 信息发布:本站 | 发布时间:2018-08-01 | 浏览:220次 ]

新材料是指新出现的或正在发展中的,具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料;作为高新技术的基础和先导,新材料的应用范围极其广泛,多个牌号的钛合金板棒管环等属于新材料。

军工新材料对国防科技和国民经济的发展具有重要的推动作用,在某种程度上是国防力量强弱的一种表征。作为武器装备的物质基础和技术先导,军工新材料是决定武器装备性能的重要因素,也是拓展武器装备新功能,取得和保持武器装备竞争优势的原动力。

2017年开始,国防军工领域,尤其是军工新材料领域迎来了久违的发展良机,有人甚至称2018年为军工材料元年。军工发展大势所趋,军工新材料作为军工产业链的上游领域,不仅利润相对丰厚,对中下游产业的发展也起决定性的作用。

国防军工对于国家安全、国计民生的重要性毋庸赘言。尤其2018年以来,中美贸易摩擦不断,在地缘政治错综复杂的背景下,军工发展的紧迫性和战略意义一目了然。从军工产业发展历史轨迹上看,每个“五年计划”的后两年,军工企业的业绩通常会加速上升。这也符合“五年计划”的基本实施方案:一般每个“五年计划”的前期是五年目标制定、相关军工装备的研发与定型阶段;而后期则是已定型装备的集中放量期,此阶段国防预算会加速使用。由此推测,“十三五”后期,即2019-2020年,可能出现军工企业营收和净利润加速上升的情况。

新一代装备集中放量在即。首先,受到2016-2017年军改的影响,部分武器装备订单被推迟,待军改逐渐完成后,装备订单可能出现补偿式增长。其次,经过多年潜心研发,中国新一代重要军工装备在2016-2018年初集中入役,包括国产航母、大型运输机运-20、第四代战斗机歼-20、新型直升机、呼伦湖号大型补给舰、万吨级驱逐舰等。这些均属于军队战斗序列中具有重大战略意义的装备,这种大规模、多型号的装备升级在中国军队历史上也较为罕见,2018-2022年军工装备有望迎来高速放量增长。

军工材料在军工产业链中处于优势地位。如果把军工产业链分为原材料、零部件、分系统和总装厂这四个环节,从盈利能力上来讲上游的材料环节相对偏高。军工材料的技术壁垒高,军工材料领域有较宽的护城河,相关优质企业地位稳固。兵器装备执行任务时,所需条件大都比较严苛,对材料要求较高。材料生产制造企业必须谙熟材料制备中的元素成分配比、加工工艺等技术环节,同时需要大型固定资产的投入,特定牌号的材料从工艺研发到通过验收,再到稳定量产往往需要510年时间。由此可以看出,军工材料在全产业链中具有相当高的技术壁垒,新进入者不易在短期内抢夺市场份额。根据军民融合网的统计,2017年在民参军企业中材料类仅占24%,而下游配套类占比76%

军工材料从大类上可以分为结构型和功能型,结构材料主要用来做军工装备的承力构件,典型的如飞机机身及舰船船体所用的各类合金(高强合金钢、钛合金、镁合金等)、航空发动机所用高温合金、特种结构陶瓷、复合材料(按基体分为金属基、陶瓷基、聚合物基等)等;功能材料主要用来实现非力学功能,如吸波隐身材料、红外光学材料、耐磨材料等。

结构材料的生产加工,要求企业通常要有大型设备、严苛的成分配比和工艺标准,技术和经验的长时间积累,相较功能材料而言市场进入壁垒更高。在结构材料中,高强合金钢的应用下游相对分散,特种结构陶瓷国内技术尚不成熟,然而钛及钛合金、碳纤维复合材料和高温合金,这三个品种都具有较高的技术壁垒和高市场集中度,均以应用于军机机身或航空发动机关键部件上。并且这三个品种都入选201712月国家发改委印发的《增强制造业核心竞争力三年行动计划(2018-2020年)》,未来发展前景广阔。

钛合金的性质决定了其在军工装备领域的广泛应用。钛的比重仅是铁的1/2,但是强度很大;在超低温世界里,钛会变得更为坚硬,并有超导性能;钛有很强的耐酸碱腐蚀能力,在海水中浸5年不锈蚀。这些优良的性质使得钛在军工领域大放异彩。航天中的液体燃料发动机的燃烧仓,航空发动机叶片、防护板、起落架和船舶的水翼、行进器都需要钛材。

钛及钛合金的应用不仅限于军工领域,在中国钛材的下游应用领域中,占比最大的是化工领域。根据中国有色金属工业协会钛锆铪分会的统计,2016年化工下游消费占钛材消费总量的42%,航空航天和电力消费分别占到消费总量的19%13%。与美国、俄罗斯等钛工业强国相比,中国钛消费结构中航空航天的占比偏低,相对中国19%的占比,俄罗斯57%的钛材用于飞机机身和发动机领域,是中国的3倍。这一差距主要是因为相较美、俄,中国尚不具备民航客机批量生产能力,并且向波音等飞机制造公司供货偏少。国产C919大飞机的成功研制和应用,将会极大提升钛消费中航空航天的占比。

钛材在军工装备上的需求会大涨。基于现代军事战争对兵器装备要求的不断提升,装备所需材料也随军机代次升级而更新。传统军机材料以钢为主,之后逐渐以铝代钢,并逐渐加入钛合金和各类复合材料。最新一代军机不仅钛合金用量显著提升,铝锂合金和碳纤维复合材料比例也进一步提高。我国最新的四代战机的用钛量,相较三代、三代半战机增长超过一倍。这意味着即使维持每年生产的军机数量不变,我国军用钛合金需求也将翻番。

而实际上中国军机的未来增量前景也十分广阔。首先军机结构相较军事强国不均衡,直升机和运输机占比相较美国显著偏低,这一现状不利于我国实施海外远距离作战和多兵种配合;其次,旧款待退役军机占比偏高,如目前在役战斗机中仍有一定的歼-7、歼-8系列。所以,随着直升机、运输机、战斗机的新机型集中亮相,叠加对在役老旧机型的更替,未来两年军机数量可能进入高速增长期。

另外,高端军品钛合金实际上的需求量比理论上军机的需求还要大。这主要来源于:(1)损耗率高:后期材料加工过程中因切割、深冲等工艺形成边角料,无法继续使用。损耗率可能高达70%。(2)成材率低:原材料在后期锻压或热处理过程中出现力学性能不达标,造成报废。高性能钛合金的成材率大约仅为1:3.5

综合以上三个原因,中国军用钛及钛合金材料的需求量,在未来几年将得到爆发性的增长,因此钛及钛合金在军工新材料发展中的前景光明、远大。

国产军品钛材三大佬:宝钛股份、西部材料和西部超导。

有资质供应军用航空材料的企业,首先要获得保密资格和军品科研生产相关许可,并预先花费大量人力物力资金进行研发,再依次通过工艺评审、材料评审、地面功能试验、地面静力试验、装机考核、装机评审等,一关接一关,进入门槛较高。目前,国内军品钛合金的供应商主要是这三家企业:主板上市企业宝钛股份、中小板的西部材料和新三板的西部超导。

宝鸡钛业股份有限公司是我国规模最大、历史悠久的钛材生产企业。公司具有强大的钛及钛合金材生产加工装备优势和完整的产品结构,囊括了进入世界航空航天等高端应用领域几乎所有的通行证,其航空领域客户包括波音、空客、庞巴迪等知名飞机制造企业,并向中国国产大飞机C919供应钛材,但是公司民用产品比重较大,民品的低端钛材产能过剩,毛利率低是其盈利能力欠佳的主要原因。但毕竟宝钛拥有国内最大的钛材产能,并且积累了多年军工装备用钛的制造经验,在国防军工、兵器装备材料快速发展的时间节点,有着得天独厚的发展潜力和军品供货优势。

西部金属材料股份有限公司是由科研院所转制设立并上市的高新技术企业,公司第一大股东是西北有色金属研究院。西部材料也受到民品中低端钛材产能过剩的影响,以往公司钛材业务盈利能力不强,但随着公司调整其钛产品结构,其钛材从2015 年以来逐渐减亏,综合盈利能力已经改善:2017 年上半年,公司钛制品综合毛利率约为17%,已接近宝钛股份的水平。西部材料近年对军工钛材积极研发和布局,高端钛材比例提升。2017年上半年公司军品订单量同比增长超过30%。根据公司公告,目前公司给中国大型运输机提供厚度为40mm70mmTC4钛板材,还为歼-11战机提供导油管产品。西部超导材料科技股份有限公司的第一大股东也是西北有色金属研究院。公司钛合金产品中高端军用产品占比高,几乎没有民品拖累,公司钛合金整体毛利率水平较高。公司在军品钛合金领域中拥有国内最强的实力,通过一系列评审获取了多个新型军机型号的供货资质,市场先发优势明显,短期内很难有其他供应商撼动其优势地位。

铝锂合金和碳纤维复合材料也是发展国防军工和国民经济的重要战略性关键材料,今后在国防军工新材料发展应用上,性能优势、应用地位突出,也将有良好的发展前途。


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