2020年航空航天鈦材行業研究報告
發布時間：2021-02-05
1 鈦材簡介：性能優越，應用廣泛
鈦具有熔點高、比重小、比強度高、韌性好、抗疲勞、耐腐蝕、導熱系數低、高低溫度耐受性能好、在急冷急熱條件下應力小等特點，其商業價值在二十世紀五十年代開 始被人們認識，鈦多與鐵、鋁、釩或鉬等其他元素造成造出高強度的輕合金，被應用于 航空、航天、軍工等高科技領域。隨著鈦不斷向化工、石油、電力、海水淡化、建筑、 農產食品、醫學、日常生活用品等行業推廣，鈦金屬日益被人們重視，被譽為“第三金屬”、“太空金屬”、“海洋金屬”和“萬能金屬”，因其是提高國防裝備水平不可或缺的重要戰略物資，又被稱為“現代金屬”和“戰略金屬”。
鈦合金可分類：
根據組織結構和成分，鈦合金可分為α鈦合金、β鈦合金以及α+β鈦合金。中國以金屬材料牌號的字頭 TA、TB、TC 分別表示α、β以及α+β鈦合金。
根據物理形式狀態， 鈦合金可分為板材、帶材、棒材、管材、絲（線）材、型材、 鑄件和鍛件等。
民用客機
1）減輕結構重量、提高結構效率：先進的戰技性能（如超音速飛機）要求飛機具有比較低的結構重量系數（機體結構重量/飛機正常起飛重量），而鈦合金具有強度接近中強鋼但密度小的特點，代替結構鋼和高溫合金，能大幅度減輕結構重量，同時也能節省費用。
2）符合高溫部位的使用要求：鈦合金具有耐熱性好的特點，如常用的 Ti-6Al-4V 能在 350℃下長期工作，因此在飛機的高溫部位(如后機身等)可取代因高溫使用性能不能滿足要求的鋁合金；TC11 能在 500℃下長期工作，在發動機的壓氣機部位可取代高溫合金和不銹鋼。
3）符合與復合材料結構相匹配的要求：為減輕結構重量和滿足隱身要求，先進飛機大量使用復合材料，鈦合金與復合材料的強度、剛度匹配較好，能獲得很好的減重效果。同時，由于二者電位比較接近，不易產生電偶腐蝕，因此相應部位的結構件和緊固件宜采用鈦合金。
4）符合高抗蝕性和長壽命的要求：鈦合金具有較高的疲勞壽命和優良的耐腐蝕性 能，可以提高結構的抗腐蝕能力和壽命，滿足先進飛機、發動機高可靠性和長壽命的要求。
軍事飛機
軍用武器的開發與采購不斷向著輕便、靈活方向發展，為了滿足戰斗機對戰斗性能要求，除了采用先進的設計技術外，還必須采用額性能優良的材料以及先進的工藝制造技術。大量選用鈦合金、提高先進鈦合金應用水平就是重要措施之一。自 20 世紀 60 年 代以來，國外軍用飛機的鈦量逐年增加，當前歐美設計的各種先進軍用戰斗機和轟炸機中鈦合金用量已經穩定在 20%以上，并且新機型的用鈦量占比正在大幅提升。
化工行業
鈦具有優良的耐腐蝕性能、力學性能和工藝性能，被廣泛應用于國民經濟許多部門。特別是在化工生產中，用鈦代替不銹鋼、鎳基合金和其它稀有金屬作為耐腐蝕材料。這對增加產量，提高產品質量，延長設備使用壽命，減少消耗，降低能耗，降低成本，防止污染，改善勞動條件和提高勞動生產率等方面都有十分重要的意義。
經過多年的推廣，鈦及其合金已作為一種優異的耐腐蝕結構材料在化工生產中得到了廣泛應用。目前鈦設備的應用已從最初的純堿與燒堿工業擴展到氯酸鹽、氯化銨、尿素、有機合成、染料、無機鹽、農藥、合成纖維、化肥、和精細化工等行業，設備種類已從小型、單一化發展到大型、多樣化。
海洋工程
隨著科學技術的發展和陸地資源日趨枯竭，人類開發利用海洋已經提到日程上來了。鈦對于海水有優異的耐蝕性能，大量運用于海水淡化、艦船、海洋熱能開發和海底資源 開采等領域。
早在 20 世紀 60 年代，我國就已經開始了對鈦及鈦合金在船舶及海洋工程裝備上的應用研究，并做了大量工作，已基本形成了牌號較多、性能各異、品種規格齊全的船用鈦合金體系。由于鈦及鈦合金自身所具備的特性，使其在艦船以及海工裝備的應用上具有得天獨厚的優勢，因而被廣泛應用于核潛艇、深潛器、原子能破冰船、水翼船、氣墊 船、掃雷艇以及螺旋槳推進器、海水管路、冷凝器、熱交換器等。
日常生活
鈦在日常生活中的應用非常廣泛，可謂無處不在，例如高爾夫球頭、自行車車架、 網球拍、輪椅、眼鏡架等都會應用到鈦。
2 國內高端鈦材消費占比明顯低于全球水平
鈦材的生產工藝主要是先對海綿鈦熔鑄加工，制取鈦錠，再對鈦錠進行鍛造，擠壓， 扎制或拉伸，得到可供下游使用的鈦或鈦合金棒材、管材、板材、餅材、環材等制品。鈦材成材率低，加工過程中產生大量廢屑殘料，致使生產成本較高。
鈦合金原材料為海綿鈦和鋁、鉬、鉻等中間合金。其中，海綿鈦為鈦合金生產加工主要材料，其成本占原材料總成本比例超過60%。目前，我國1噸鈦材約需要1.7噸海綿鈦原料。
鈦加工材的生產主要集中于中國、美國、俄羅斯、日本等國。2010 年，我國超越美國成為世界第一大鈦材生產國，但我國大部分鈦材都應用于工業領域，技術含量相對不高，而美國主要是航空鈦材等高端鈦材。2018年我國鈦材產量高達6.34萬噸，同比增 長14.42%。
2011年，全球商業航空的消費比例達到46%，軍用鈦材比例為9%(主要為軍用航空)， 整個航空領域消耗鈦材比例超50%；工業消耗鈦材比例為43%，新興市場消費鈦材比例為 2%。但是，鈦制品需求結構在地區上存在明顯差異，在擁有發達的航空航天和軍工國防工業的北美和歐盟地區，尤其是美國， 50%以上的鈦制品需求來自于航空航天和軍工國防領域。我國雖然是全球最大的鈦金屬生產國和消費國之之一，但是我國鈦制品需求大部分來自化工領域，技術含量相對不高，航空航天領域高端需求占15%左右。具體到化工領域，鈦材應用主要為抗腐蝕材料，六大應用領域分別為氯堿、純堿、真空制鹽、石油化纖、精細化工和無機鹽。
3 航空航天鈦材需求快速增長，高端鈦材消費占比顯著提升
近幾年我國航空航天鈦材需求量保持高速增長，根據數據， 2015-2018年航空航天鈦材消費量分別為6862噸、8519噸、8986噸、10295噸，分別同比 增長41%、24%、5%、14.6%。這與我國航空航天高速發展密切相關，運-20量產，太行發動機穩定量產。2018年我國化工鈦材消費量為2.61萬噸，隨著我國航空航天鈦材消費量高速增長，未來有望超過化工領域鈦材消費量。
高端鈦材應用領域（航空航天、船舶和海洋工程）消費量占比顯著提升。2011年， 我國高端鈦合金（航空航天、船舶和海洋工程）消費量6143噸，占我國鈦合金消費總量比例為13.8%；2018年，我國高端鈦合金（航空航天、船舶和海洋工程）消費量14029 噸，占我國鈦合金消費總量比例為24.4%。
4 我國國產大飛機和軍機升級換代將帶來航空鈦材長期需求
鈦合金在飛機上主要應用兩大類：
1）飛機結構件：主要用于骨架、蒙皮、機身隔框、起落架、防火壁、機翼、尾翼、縱梁、艙蓋、龍骨、緊固件、前機輪、拱形架等；
2）航空發動機：主要用于風扇葉片、壓氣機葉片、盤、軸和機匣等。
1）飛機結構件：主要用于骨架、蒙皮、機身隔框、起落架、防火壁、機翼、尾翼、縱梁、艙蓋、龍骨、緊固件、前機輪、拱形架等；
2）航空發動機：主要用于風扇葉片、壓氣機葉片、盤、軸和機匣等。
國產大飛機
大飛機一般是指起飛總重超過 100 噸的運輸類飛機，包括軍用大型運輸機和民用大型運輸機，也包括一次航程達到 3000 公里的軍用或乘坐達到 100 座以上的民用客機。
目前中國大飛機是著名的所謂三劍客即大型運輸機運-20、水陸兩棲飛機 AG600、大型客機 C919。
C919 是中國首款完全按照國際先進適航標準和主流市場標準自主研發的單通道干線飛機。2017 年 11 月 10 日，我國自主設計研制的國產大型客機 C919 飛機 101 架機從 上海浦東成功轉場至西安閻良，順利完成首次城際飛行。截至 2018 年 2 月 26 日累計獲 28 家客戶 815 架訂單。2018 年 2 月 6 日，中國商用飛機有限責任公司宣布 2021 年交付首架 C919 單通道客機。六架試飛機已經全部實現首飛，力爭在 2021 年向東航首次交付。
市場預計 C919 機身鈦使用量占重量的 9.3%，預計每架 C919 機身鈦使用量 4 噸左右。
根據預測，未來 20 年，全球航空旅客周轉量（RPKs），將以平均每年 4.3%的速度遞增，預計將有 45459 架新機交付，其中單通道噴氣客機交付量為 32055 架（占交付總量三分之二以上）。年報預測中國航空市場 將接收 50 座以上客機 9205 架，其中 120 座級以上單通道噴氣客機交付 6119 架，250 座級以上雙通道噴氣客機交付 2128 架。
運-20（中國代號：Y-20、鯤鵬，英文：Xian Y-20 ）運輸機：是中國自主研發的新一代噴氣式重型軍用大型運輸機，為中國大飛機三劍客之首，在 2013 年 1 月 26 日首飛成功。2016 年 7 月 6 日上午，運-20 授裝接裝儀式在西部戰區空軍航空兵某部舉行， 這標志著中國軍隊的快速反應和遠程投送能力取得了質的飛躍。
在運-20 誕生之前，中國國產最大的運輸機就是運-8 以及在其基礎上改進的 運-9。如果從改裝特種機的角度看，上述平臺不到 70 噸的起飛重量還是偏小。運－20 的研制和交付，將使得這一問題得到部分的解決，運－20 比較適合改裝 的特種機主要是加油機和大型預警機。
我國軍用飛機加快升級換代
根據《飛行國際》發布的《WorldAirForce2019》，我國現有各類戰機總數 3187 架，美國各類戰機總數 13398 架，俄羅斯各類戰機總數 4078 架。其中我國作戰飛機 1624 架、特種飛機 97 架、戰斗直升機 902 架、運輸機 193 架；美國作戰飛機 2826 架、特種飛機 759 架、戰斗直升機 5429 架、運輸機 940 架；俄羅斯作戰飛機 1591 架、特種飛機 125 架、戰斗直升機 1448 架、運輸機 401 架
我國仍有三成比例作戰飛機是二代作戰飛機。這里作戰飛機包含有戰斗機、戰斗轟炸機、強擊機、戰略轟炸機等裝備有進攻性武器系統的固定翼戰機。我國作戰飛機中，有 J-7、J-8 二代作戰飛機 561 架，占我國作戰飛機比例高達 34.5%；三代作戰飛機 J-10 有 260 架、J-11/15su-27/30/35 有 391 架，合計 651 架，占我國作戰飛機比例為 40.1%。美國作戰飛機基本上是三代以上作戰飛機，并擁有四代作戰飛機 F-22 178 架，F-35 214 架。二代作戰飛機已經不適合現代戰爭，隨著我國第三代作戰飛機日趨成熟，新型戰機殲-16，殲-10c 以及五代隱身戰斗機殲-20 的相 繼服役，未來二代作戰飛機將逐漸退役。
由于鈦合金用于制造飛機發動機和機體能夠有效地提高發動機推重比和機體機構效率，近年來軍用飛機上所用鈦合金材料的比例正在不斷上升。三代作戰飛機F-16的鈦合金結構件用量約3％，F/A18-ElF、蘇-27的用量已達15％以上；第四代作戰飛機F-22 中鈦合金結構件用量已占機身結構總重量的41％，其F119發動機用鈦含量39%。SR-71偵 察機的機身幾乎全由鈦合金組成。
來源：搜鈦網
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