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​军民用钛合金极速扩张引领下游需求高速增长

来源:      2022-9-15 11:44:43      点击:

    军用飞机+航空发动机新增列装/更新换代促高端钛合金需求增长
    军费预算逐年增加,军机增长潜力巨大。近年来中国军费支出持续增长,2017-2021 年 均复合增速 7.2%,随着我国综合国力的日益提升,国防建设获得“补偿式”发展,预计未来 5 年复合增速有望达 7.5%,未来对军用飞机列装需求巨大。
    中美空军战机数量差距大,军机列装需求带动高端钛合金行业高速发展。根据 Flightglobal 发布的《World air force 2021》,截至 2020 年末,全球现役军用飞机总计 53,563 架, 从结构上来看我国现役战机中四代机 J-20 仅占歼击机总量的 2%,二代机占歼击机总量达 47%;而美国已实现全三代以上,且最先进的四代机在所有歼击机中占比 17%。目前中美 空军战机数量上差距较大,我国军用飞机未来获“补偿式”发展,军用钛合金随新机列传+维 修更换+单机价值量提升多重逻辑共促放量。

    我国军机钛合金比例伴随军机性能成长不断提高。主要应用在军机的机体结构和发动机等部件,对于减轻结构重量、提高结构效率、改善结构可靠性、提高机体寿命、满足高温及 腐蚀环境等方面具有其他金属不可替代的作用,其应用水平是影响军用飞机战技性能的重要 因素。当前欧美先进战斗机和轰炸机中钛合金用量已经稳定在20%以上,F-22系列战机更是达 到 41%。我国战斗机从二代机 J-8 发展到四代机 J-20,钛合金比例也在不断提高,从 2%提升 到 20%。
    更新换代代际飞机列装下,预计我国军机规模增速达 9%,钛合金行业增速有望达 25%。根据《world Air force 2021》预计未来 5 年我国各类军机需求量达 1760 架,我国军机规模由 3,187 架增至 4,947 架,复合增速达 9.2%。随着我国军机钛合金用量占比逐渐提升,军用钛合 金行业增速预计达 15%-25%,相关公司增速有望达到 30%以上。
    航空航天用钛材销量不断增加:高端钛合金材料成为航空领域飞机和发动机的主要结构 材料之一。钛合金材料具有比强度高、耐高温性好、抗蚀性能高、寿命长等特点,主要用于飞机的起落架部件、机身的梁、框和紧固件等,发动机风扇、压气机、叶片、鼓筒、机匣等, 以及直升机桨毂、连接件等。根据中国有色金属工业协会统计,2011 年-2020 年国内航空航天 用钛材销量从 4080 吨增至 17288 吨,复合增速 15.5%,2020 年同比增速 36.7%。
    预计未来 5 年我国各类型飞机新增钛合金需求量 2 万吨。根据《world Air force 2021》,未 来 5 年我国各类型军用飞机需求量预计达到 1,760 架,其中新型四代机约 200 架左右,对应钛 用量达到 720 吨。因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(成材 率);及后期材料加工过程中因切割、深冲等工艺形成边角料,边角料可能出现应力集中或形状 和尺寸不合适,无法继续使用的原因,高性能钛合金损耗率高,实际钛材用量我们按照单机 钛用量的 10 倍测算,预计未来五年我国军用飞机机身钛合金实际钛材用量将达到 2 万吨。
     钛合金还应用于航空发动机,占发动机总重量 25%-30%。钛合金应用于航空发动机的 前端风扇和低压压气机中,用其制成的叶片、盘件、机匣工作温度区间一般为 350 至 400℃,一般不超过 600℃。
    目前我国军机使用国产发动机比例还不高,发动机用钛的增长一方面来自于军机本身数 量的增加和代系的更新,另一方面来自于国产发动机的研制进度和未来配置率的升高,如歼 20、歼 11B 军机换装国产“太行”发动机。
     预计未来 5 年钛合金需求用量达 5.4 万吨,其中新增军机发动机需求 1.4 万吨,维修需求 4 万吨。目前发动机中钛合金主要用在中温区(低温区部分使用陶瓷基复合材料,高温区使用 镍基或钴基高温合金),质量占比大约为 25%。此外我们假设发动机的装配比 1:1.2,即需要 20% 的备用发动机,预计未来 5 年我国新增军用飞机发动机钛合金用量达 1.4 万吨。在发动机平均 10 年的使用寿命周期中,发动机需大修 1 次,普通维修 2-3 次;其中大修价值量占整机价值的 50%,普通维修约 10%-15%,假设发动机 5 年中维修的钛合金重量占比 30%-40%,在中国现 有军机 3,260 架+新增代系飞机的基础上,我们预计未来 5 年军用航空发动机维修的钛合金需 求量大约 4 万吨,国产替代空间巨大。
    全方位战略主动权凸显导弹地位,火箭军建设重要里程碑。从多场近代信息战争可知,导弹以其优异作战性能,在战争防御攻击中重要性愈加凸显。我国现役导弹整 体技术实力处于国际领先地位,但装备配置数目较低,与美国等有较大差距。我国成 立的人民解解放军火箭军,该军种主要由以导弹为核心的攻击和防御体系组成,进一步表明导弹工业在我国军工产业的重要性。导弹武器系统使用钛合金材料可以减轻发射重量、增加射程以及提高结构件使用温度。新一代装备为了减轻整弹质量、增加战斗部装药量(提高装填系数)、加强毁伤 能力以及满足超音速飞行带来的高温效应等,一些先进的导弹战斗部开始使用钛合金 材料制造。俄罗斯经验表明,半穿甲战斗部壳体改用高强度、高韧性、密度相对较低 的钛合金材料后,装填系数可提高到 50%,战斗部的毁伤威力显著提高。
     20 世纪 90 年代的几场局部战争中精确制导弹药的使用比重逐渐达到 70%以上,导弹便 是精确制导弹药的主要类型之一,在今天世界各国军事力量中占据极其重要的位置。根据 不同的性能特点,导弹可有多种分类方式。
     我国导弹装备体系健全,性能世界领先。中国导弹技术从 20 世纪 50 年代起步,经过 从仿制到自主研发的过程,目前已经达到世界一流水平,具备完备导弹体系:包括战略导 弹东风系列(地地弹道导弹)、巨浪系列(潜射导弹),战术导弹红旗系列(地空导弹)、长 剑系列(巡航导弹)、鹰击系列(空舰导弹)、霹雳系列(空空导弹)、长缨系列(反潜反舰 导弹)、红箭系列(反坦克导弹)等。“十四五”期间,随着新型武器装备的快速商量和“实战化训练”的消耗加剧,预计导弹 需求将会显著提升:1、新型海、空武器装备快速放量带来的新机配套需求。从“十三五”开始,新型武器平台(舰船、航空)持续上量,导弹作为武器平台的配套装备也需相应增加。且相对于武器 平台的增长,导弹作为武器平台上的一种“消耗品”,需要有相应储备,从而带来更大的需 求。2、实战化训练背景下对中小型导弹消耗量的增大。2014 年 3 月,中央军委印发《关于 提高军事训练实战化水平的意见》,首提“训练实战化”。此后,中央军委等又多次强调“聚 焦备战打仗”“实战化训练”。“实战化”已经是目前我国事训练的指导思想。“实战化训练”将 带来弹药消耗的加剧:
     民用市场:国产大飞机/高端化工/海洋工程等民用钛材市场广阔
     民用客机如波音、空客主要机型用钛量逐步提高。减轻飞机重量、增加运载能力、降 低油耗是航空公司选择飞机的重要依据,提高钛材用量对于未来民用客机的开发具有重要 意义。随时代发展,波音和空客主要机型的用钛量逐步提高,B787 用钛量达 15%。
     C919大型客机商业化推动钛合金需求扩展。C919大型客机是我国按照国际民航规章自 行研制、具有自主知识产权的大型喷气式民用飞机,2017年成功首飞。综合考虑钛合金的成熟性、成本和交付周期后,C919 采用了低强高塑性、中强中韧、中强高韧、高强高韧和系统用材6类钛合金牌号。产品形式涵盖锻件、厚板、型材、管材、丝材等,应用于飞机的吊挂、机头、中央翼、外翼、尾翼等部位。C919 交付在即,国产大飞机产业化进程即将 加速,中国民航制造业也将迎来自身发展的黄金时期,千亿市场徐徐打开。
    飞机订单+交付量不断提升。2006年2月9日,国务院发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》,将“大型飞机”作为16个重大专项之一。截至2019年3月,C919 订单量已经达到 815架,新型涡扇支线飞机ARJ21-700截至2019年2月订单量已经达到 592 架。国产商用飞机的发展推动中国航空市场步入新的阶段,未来增长空间巨大。国产大飞机市场空间广阔,未来 5 年民用航空钛材累计需求达3万吨。根据中国商飞数据,相较于ARJ21钛含量4.8%,C919的钛合金所占比例已经达到了9.3%,单机钛材用量达到10.11 吨。随着我国民航市场的不断扩张,预计未来5年国产大飞机钛材需求量达 3 万吨。
     预计未来 5 年国内军品+民品航空航天钛材需求累计 11 万吨,复合增速 16%。2016 年 起,在供给侧改革指引下,落后产能逐步关停淘汰,产业集中度持续提高。考虑到国内目 前航空航天用钛材占比远低于全球范围内航空航天用钛材占钛材总需求的 50%的比例,预 计未来 5 年国内航空航天钛材市场需求量累计 11 万吨,行业复合增速 16%。