2022 年我國鈦行業結構性調整進展明顯，已由過去的中低端化工、冶金和制鹽等行業需求，快速轉向中高端的軍工、高端化工( PTA 裝備) 和海洋工程等行業發展，行業利潤由上述中低端領域正逐步快速向以軍工為主要需求的高端領域轉移，尤其是高端領域的緊固件( 高端下游) 、3D 打印以及高端裝備制造等產品精加工領域。2022年我國鈦加工材用量達到 14.5 萬噸，同比增長了 17%，主要是化工(PTA 裝備)、航空航天、醫療、船舶等中高端領域的用鈦量迅速增長所致。總量上看，化工、航空航天領域是鈦材最主要的消費領域，2022 年由于國內需求持續提升，航空航天領域用鈦量大幅增長 50%至 3.3 萬噸；化工領域用鈦量增長 23.7%至 7.3 萬噸；醫藥、船舶領域用鈦量的絕對數值依然相對較低，但增速都在 30%以上。
鈦合金是飛機機體和發動機的重要結構材料之一。作為減輕結構重量、提高結構效率、改善結構可靠性、提高機體壽命、滿足高溫及腐蝕環境的良好機體材料，近 50 年來鈦合金在商用及軍用飛機領域的用量伴隨各自產品的升級換代呈穩步增長趨勢。
自 20 世紀 60 年代末以來，軍用飛機的用鈦量逐年增長，當前歐美設計的各種先進軍機中鈦合金用量已經穩定在 20%以上，我國的航空鈦合金用量也在不斷提升。據《航空用鈦及鈦合金的發展及應用》披露，美國 1970 年開始服役的 C-5 上鈦合金的質量分數為 6%，而 1992 年開始服役的C-17 已增至 10.3%，鈦零件總質量達 6.8 噸/架。俄羅斯的伊爾 76 運輸機的鈦合金用量達 12%。
此外，美 B-2 轟炸機、法幻影 2000 及俄 Cy-27CK 戰斗機的鈦用量分別為 26%、23%、18 %，美國 2006 年以后服役的世界最先進第四代戰斗機 F22 的用鈦量高達 39%-41%。根據曹春曉院士在《鈦合金在航空工業中的應用 ——“三鈦爭艷”時代即將到來》所披露，我國的軍用殲擊機從初始用鈦量只有 2％ 的殲 8， 逐漸增加至用鈦量為 4％ 的殲 10，殲 11 用鈦量增加到 15％，殲 20用鈦量為 20％，直到殲 31 用鈦量增至 25％。 大型軍用運輸機“ 運 20” ( 鯤鵬) 的鈦合金用量為 10％， 與 美 國 先 進 的 C-17 運 輸 機 的 鈦 合 金 用 量(10.3％) 相當。
從兩大國際飛機制造商的數據來看，波音和空客主要機型的用鈦量逐步提高。減輕飛機重量、增加運載能力、降低油耗是航空公司選擇飛機的重要依據，提高鈦材用量對于未來民用客機的開發具有重要意義。根據《航空用鈦及鈦合金的發展及應用》、《鈦合金在民用飛機上的應用及發展趨勢》，波音公司的 B737、B747、B777 鈦用量分別為 18 噸、45 噸和 59 噸，而 B787 飛機用鈦量達到 136 噸，占全機質量的 15%, 用鈦量比例增加十分顯著。空客公司亦是如此，A320、A330和 A340 的用鈦量分別為 12 噸、18 噸和 25 噸，而 A380 采用了全鈦掛架, 用鈦量達到 146 噸，占全機質量的 10%，A350 的鈦用量進一步提高到 14%左右。
鈦合金加工工藝復雜且難度較高，因此其成材率較低，進而對應鈦合金需求更大。根據《航空用鈦及鈦合金的發展及應用》等披露，普惠公司為開發波音 737 的 PW4084 型發動機，購進 9 噸鈦材，使用了 1.7 噸鈦部件，材料利用率約為 19%。美國先進 C-17 運輸機的鈦合金用量 10.3%，單機鈦合金用量為 6.8 噸。美軍 F22 戰機鈦合金占飛機結構重量 42%，單機鈦用量約為 4.08 噸。我國自主研發的 C919 大飛機鈦合金用量達到了 9.3%，單機空重為 42.1 噸，估測單機鈦合金零件重量約為 3.92 噸，假設損耗率為 80%，C919 將帶來超過 4 萬噸的鈦合金需求（不含發動機）。
鈦合金長期穩占航空發動機冷端的主體地位，用量占比約為 30%。鈦合金憑借其低密度、高耐熱性、抗腐蝕性、抗蠕變、高機械強度等普遍用于航空發動機中的壓氣機機匣、轉子盤、轉子葉片、靜子葉片和風扇葉片等零部件，以減輕發動機的重量，提高推重比。根據《鈦合金在航空領域的發展與應用》，從歐美國家航空發動機的鈦用量變化可以看出，航空發動機中鈦合金占比呈現增長趨勢，目前國外先進航空發動機鈦用量已達到 25%以上，第 3 代發動機 F-100 的鈦合金用量約為 25%，第 4 代發動機 F119 的鈦合金用量約為 40%。我國早期研制的航空發動機鈦用量很低，根據曹春曉院士披露，1978 年研制的渦噴 13 系列發動機的鈦用量達到 13％，2002 年設計的昆侖渦噴發動機的鈦用量為 15%，而第 3 代航空發動機（太行）中鈦合金用量提升至 25%，在研的新型軍用渦扇發動機的鈦合金用量估計為 30%~35%，趨近于國外的先進水平，在研的新型商用渦扇發動機的鈦合金用量預計為 23%左右。
鈦及鈦合金憑借其優異特性，被認為是非常理想的海洋材料，俄羅斯在船用鈦合金的實際應用上最先進，其船舶用鈦量已接近 18%，中國的船舶鈦用量不足 1%，未來發展空間巨大。鈦合金材料密度低、強度高、耐腐蝕、耐高溫、透聲、無磁、無冷脆性，能夠充分滿足船舶材料的要求，主要應用于耐壓殼體、船體結構、管道、閥及配件等。俄羅斯的研發和應用水平居首，已形成不同強度級別的船用鈦合金。其“阿爾法”級、“麥克”級、“塞拉”級核潛艇殼體均使用鈦合金制造， “阿爾法”級核潛艇鈦合金用量達到 3000 噸；美國將鈦合金應用于各種動力的潛艇、海水管路系統及深潛器的耐壓殼體等，如 Aivin 號、Sea-Cliff 號深潛器等。中國最早于 1962 年開始對船舶用鈦合金進行研究開發，形成的完整體系可以滿足我國艦船用鈦合金的基本需求，但中國的研究與應用方面與俄美存在一定的差距，應用部位和用量都相比較少，根據《鈦及鈦合金在船舶中的應用》等文獻，國外的船舶鈦用量約為 13%，俄羅斯已接近 18%，而中國的比例不足 1%。
主要原因可能為 1）相較結構鋼，鈦材成本較高 2）中國鈦工業之前是為了航空工業服務的，鈦材針對船舶的應用研究及相關配套能力不足。鈦合金本身優異特性決定了其在船舶、海洋工程領域的應用趨勢，未來隨著船用鈦材的開發研究水平提升以及配套裝備逐漸成熟，船舶用鈦量提升空間廣闊。
大規格鑄錠真空熔煉及大規格棒材制造技術難度高，是此前長期制約我國裝備發展的瓶頸之一。長期以來，我國鈦合金棒材的規格不大（直徑基本不大于 300mm）且組織均勻性較差，無法滿足新型軍工裝備鈦合金整體化結構鍛件的用料要求。近年來，我國大規格棒材鍛造技術發展較快，逐步實現了航空鈦合金直徑 300mm~500mm 棒材的批量化生產，帶動了相關技術標準升級。比如，成功制備航空用 TC18 鈦合金Ф500mm 棒材、TC4 鈦合金Ф600mm 棒材，Ti6Al4V ELI 鈦合金Ф650mm 棒材等。熔煉端，我國高端領域用鈦合金鑄錠的生產從 3 噸錠型逐步發展到了 5 噸錠型、8 噸錠型；鑄錠常見的縮孔、高密度夾雜、低密度夾雜、成分偏析等缺陷逐步得到了解決。比如，對純凈性要求很高的損傷容限型 TC4-DT 鈦合金實現了 8 噸級大規格鑄錠批量化生產。
海綿鈦是鈦合金的主要原材料，按 22 年市場價測算約占生產成本的 47%。海綿鈦的制作工藝包括全流程法和半流程法兩類，主要由二氧化鈦含量 90%以上的鈦礦或高鈦渣經過氯化精制得到四氯化鈦，四氯化鈦再與鎂高溫下發生還原反應生成海綿鈦與氯化鎂。根據中游加工工藝不同，海綿鈦再經過熔煉、鍛造、軋制和擠壓制成鈦錠和各類鈦材。按照鈦材均價 37 萬元/噸、海綿鈦均價 8 萬元/噸，鈦材毛利率 43%，每生產 1 噸鈦材消耗 1.25 噸海綿鈦來計算，海綿鈦約占生產成本的 47%左右，因此海綿鈦價格的漲跌對于軍品業務的盈利能力會產生較大影響。
從海綿鈦到鈦材的加工過程復雜，各個環節產生的損耗較多，但其成本挖潛的空間也相應的會更大。鈦板、鈦棒、鈦管等鈦材是由原料海綿鈦熔煉為鈦錠，再鍛造成鍛件、板坯、棒坯、鍛坯，最后經過熱軋或冷軋或擠壓或機加等工藝制備而成。以鈦板為例，海綿鈦熔煉為鈦錠損耗率為1.2%，從鈦錠到板坯成材率大致為 97.56%，最終的板坯到熱軋板成材率最低，僅為 80%，綜合計算海綿鈦到熱軋板的成材率僅為 77%（=98.8%*97.56%*80%）。若是將熱軋板深度加工為冷軋板，海綿鈦到冷軋板的成材率僅為 69%（=77%*90.1%）。因此優秀的企業有望通過緊抓管理，優化鈦材加工工藝，提高海綿鈦到鈦材的成材率，進而優化成本端提升盈利能力。
3、高溫合金 2023 年產量大幅釋放，正式踏上“從 1到 100”發展之路
高溫合金是指能在較高溫度（600 ~1200℃）及應力作用下工作的金屬材料，發動機高溫端部件是目前最主要的應用場景。航空發動機的性能水平在很大程度上取決于高溫合金材料的性能水平，發動機渦輪前溫度每提高 100 度，推重可以增加 10%，航發的每一次升級換代幾乎都伴隨著渦輪前溫度的顯著提高。在現代航空發動機中，高溫合金用量高達發動機質量的 40%-60%。高溫合金用于發動機除風扇及軸以外幾乎所有區域。
高溫合金按照制造工藝劃分可以分為變形高溫合金、鑄造高溫合金、粉末冶金高溫合金等。變形高溫合金：是指可以進行熱、冷變形加工，具有良好的力學性能和綜合的強、 韌性指標，具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能的一類合金，可分為固溶強化型合金（900~1300℃）及時效強化型合金（-253~950℃），固溶強化型合金具有一定的高溫強度，有良好的塑形、熱加工性和焊接性，用于制作工作溫度不高、承受應力不大的部件，例如燃氣渦輪的燃燒室；時效強化型合金綜合采用固溶、沉淀、晶界三種強化方式，具有良好的高溫蛹變強度和抗疲勞性能，用于制造高溫下承受應力較高的部件，如燃氣渦輪的葉片和渦輪盤。其中，GH4169 變形高溫合金材料在發動機中的用量逐年攀升，我國三代戰機主力發動機太行中應用 GH4169 合金的零件號達到 261 個，零件總質量占核心機質量的 60%，占發動機質量的 30%以上。航發用渦輪盤是該合金最重要的產成品。此外，在大飛機發動機和直升機發動機用渦軸系列發動機中也獲得廣泛應用。
軍機加速列裝和民用大飛機國產替代背景下，配套軍發高溫合金需求量大。短期看，我國軍發已實現自主可控，殲16、20已大規模換裝國產發動機，在軍機升級換代加速列裝的背景下，配套軍發也邁入加速放量期。長期看，國產大飛機已起航，隨著民發國產化的進程，將續力軍發帶來更加廣闊的市場前景。
同時，發動機具備耗材屬性，隨著國產航發占比的提升以及訓練強度的增加，發動機具備龐大替換和維修需求。根據科技日報，俄系航空發動機飛機 AL-31F 的總壽命為 900 小時，大修壽命為300 小時。按照每年約 240-300 小時的訓練和值班飛行時數來計算，通常每經過 4 年時間就需要更換全新發動機。對平均壽命可達到 20 年之久的戰斗機（單發）來說，如果 4 年更換一次全新發動機，就需要約 5 臺發動機。對于美系 F100/F110 發動機而言，其工作壽命為 4000 小時，首翻期壽命為 1000 小時，按照前述俄系航發的計算過程，美系 F100/F110 發動機每經過約 15 年時間就需要更換全新發動機，每臺戰斗機需要約 2 臺發動機。與此同時，若是雙發戰斗機，且每次換發是 2 臺一起更換的線 臺航發而俄系則需要 10 臺航發。由此可見航發具備耗材屬性，隨著我國國產航發占比的提升以及訓練強度的增加，對應發動機的替換和維修需求十分龐大。
研發難度大、試錯成本高、應用周期長，共同造就了高溫合金產業較高的壁壘。航發用高溫合金幾乎是在超越材料極限性能的條件下持續工作，因此對合金各方面性能都提出了苛刻的要求。目前主導市場的鎳基高溫合金是以鎳元素為基體加入其它合金元素，其中鈷、鉻、鋁、鎢起固溶強化作用，鋁、鈦、鈮、釩形成γ′強化相元素，硼、鎬起強化晶界作用。各類強化元素在篩選、配比、時序、工藝等方面只要有細微的調整，就會影響產品性能。而關鍵技術處于西方的封鎖的背景下，材料工程又很難進行逆向仿制，進一步加大了研發難度，在產品開發過程中對檢測、探傷等能力有較高的要求，因此目前航空用高溫合金市場的主要制造商基本具有科研院所的背景。
在不斷修正工藝配方的過程中，不可避免會帶來較高的試錯成本，尤其是其中包含了鈷、鈮等貴金屬。此外，材料性能的驗證有賴于下游鍛鑄等成型工藝的加工協作，最后總裝試車，上述驗證流程使得一型產品的成熟需要較長的時間周期，從而形成較高的先入壁壘和資金壁壘。基于上述原因，高溫合金行業從業企業相對較少、格局穩固，競爭主要來自于現有企業間。
變形高溫合金市場用量占比較高，約占 70%，但國產化率低，目前國內僅個別企業具備批量供應能力，供需缺口較大。發動機中，鑄造高溫合金僅用于渦輪葉片和個別機匣；粉末高溫合金僅用于渦輪盤，其余部分包括壓氣機、燃燒室、機匣等大部分結構件都是采用變形高溫合金，因此變形高溫合金用量占比較高。根據《高溫合金的分類》，變形高溫合金約占 70%、鑄造高溫合金占20%，粉末高溫合金占比 10%。目前只有撫順特鋼、寶鋼特鋼、圖南股份等公司具備批產能力。從目前規模第一的撫鋼看，其 2022 年高溫合金營收規模達到 16.19 億元，產量為 7174 噸，而其高溫合金產品以變形高溫合金為主。雖然我國高溫合金進口替代趨勢明顯，但整體技術水平與世界先進水平仍存在差距，目前仍有 50%左右的產品依賴進口，供需缺口較大。
粉末高溫合金已成為目前高性能航空發動機渦輪盤的首選材料，隨著未來我國先進航發性能提升，對粉末高溫合金需求將越來越大。在航空發動機和燃氣輪機的熱端零部件中，渦輪盤由于處于溫度最高、環境最惡劣的部位而被認為是最關鍵的部件之一。在我國，渦輪盤中變形高溫合金GH4169 合金用量最大、應用范圍最廣。隨著高推重比、高功重比發動機的發展，對渦輪盤要求也越來越高，要求高溫合金中的強化元素也越來越多，使其塑性變差，難以熱加工變形，并且合金元素的增多使高溫合金凝固偏析嚴重，造成組織和性能的不均勻。采用粉末冶金工藝生產高溫合金粉末渦輪盤就能解決上述問題。粉末渦輪盤是通過將粉末高溫合金母合金制粉，并經熱等靜壓、熱加工變形和熱處理等工藝生產而成，這種制備方式制成的渦輪盤的屈服強度和疲勞性能都有提高。
第一代粉末盤 Rene95 用于 GE 公司第三代發動機如：F404、F110、T700 系列等；第二代粉末盤 Rene88DT 已逐步替代 Rene95 應用于第三、四代軍用發動機；第三代粉末盤使用溫度 800℃以上，為雙組織/雙性能渦輪盤，擬用于第五代發動機。GEAE 與 PWA 聯合研制的 René104(ME3)合金是第三代合金的典型代表，據報道，René104 合金的熱時壽命是第二代粉末高溫合金的 20～30 倍，該合金已經在 GP7200 等發動機得到了應用，并在空客 A380、波音 787 等大型客機上獲得應用。隨著我國批產發動機越來越多采用粉末盤，未來將具備龐大的新裝及維修需求。
4、在 MRI、MCZ、磁約束核聚變相繼拉動下，超導材料有望長期保持較快增長
超導材料，是指在一定條件下，具有直流電阻為零和完全抗磁性的材料。根據超導材料的臨界溫度，可分為低溫超導材料和高溫超導材料。一般認為，Tc25K 的超導材料稱為低溫超導材料，目前已實現商業化的包括 NbTi（Tc=9.5K）和 Nb3Sn（Tc=18k）；Tc≥25K 的超導材料稱為高溫超導材料，有實用價值的主要有鉍系、釔系和 MgB2（Tc=40K）材料等。目前，全球超導市場以低溫超導為主，其絕大部分應用都是基于超導磁體產生的強磁場，主要應用領域包括核磁共振成像儀（MRI）、磁控直拉單晶硅（MCZ）、NMR、國際熱核聚變實驗堆（ITER）、加速器、科研用特種磁體等。根據 Conectus 數據，全球超導產品市場規模從 2012 年的 51.9 億歐元增長至 2022 年的 68 億歐元。
與低溫超導產業鏈相關的行業包括超導錠棒、超導線材、超導磁體和超導設備。1）NbTi 錠棒領域：全球僅有西部超導和美國 ATI 兩家公司。2）超導線材領域：主要廠商包括西部超導、英國Oxford、德國 Bruker、英國 Luvata、日本 JASTEC，其中西部超導是國內唯一的低溫超導線）超導磁體領域：國外主要廠商包括英國 Oxford、 德國 Bruker 等；國內主要廠家包括西部超導、寧波健信、濰坊新力、成都奧泰。4）超導設備領域：高端超導 MRI 市場基本上被 GE、PHILIPS、SIEMENS 三家國際巨頭壟斷；國內主要廠家包括成都奧泰、蘇州安科、東軟醫療、上海聯影。國外 NMR廠商主要包括德國 Bruker、日本 JEOL。綜合低溫超導全產業鏈看，西部超導是國內唯一低溫超導線材商業化生產企業，也是目前全球唯一的鈮鈦錠棒、超導線材、超導磁體的全流程生產企業。
MRI 和 MCZ 領域用的是 NbTi 超導線材，這是由于 NbTi 和 Nb3Sn 超導線材的以下區別所致：NbTi 是二元合金，具有良好的加工塑性，很高的強度，制造成本低，臨界磁場低，主要用于 10T以下磁場；Nb3Sn 是金屬間化合物，屬于脆性材料，加工性能差，制造成本高，但是臨界磁場高，主要用于 10T 以上的磁場。
（一）MRI：我國 MRI 用超導線材潛在空間大，國內廠商正逐步實現國產替代。
MRI 是目前最重要的醫療影像診斷之一，但我國人均 MRI 擁有量與發達國家存在較大差距：根據Statista 的數據，2022 年，美國、希臘等國家的百萬人 MRI 設備保有量均在 30 臺以上，而我國每百萬人口 MRI 擁有量僅為 9.38 臺。考慮到中國人口數量位居世界第一，未來全球 MRI 最大的市場在中國。目前國內市場基本上被國外公司壟斷，價格昂貴。為此，國家明確將磁共振成像設備列為當前優先發展的高技術產業化重點領域之一。
我國近年來對 MRI 的需求日益增長，但進口 MRI 的數量和金額卻呈下降趨勢。根據海關統計的數據，2014 年進口 MRI 數量為 460 臺，進口總金額為 5.67 億美元；2022 年進口 MRI 臺數下降至354 臺，進口總金額下降至 5.35 億美元，主要是由于國外廠商在大陸設廠以及國產廠商正逐步實現對進口設備的替代。由于國產超導 MRI 系統成本上的優勢，使得越來越多的基層醫院可以承擔購置成本，在我國二三線城市有較強的市場競爭能力，預計國產超導 MRI 市場將進一步擴大，對NbTi 超導線材的需求將有穩步增長。
我國光伏、半導體產業拉動單晶硅高需求，2021 年市場規模為 459.77 億元，2022 年約增長至530.11 億元，其中 MCZ 產品約占總產量的 70%-80%。目前，國際上硅片主流產品是 300mm，而 2017 年以前我國 300mm 半導體硅片幾乎全部依賴進口，近些年正處于國產替代進程中，同時MCZ 技術可降低單晶硅制造能耗，契合當前“雙碳”目標，MCZ 配套的超導材料行業將迎來快速發展。
單晶硅按晶體生長方法的不同，分為直拉法（CZ）、區熔法（FZ）兩種。區熔法單晶硅質量但很難實現大尺寸單晶硅的生長。直拉法可實現大尺寸單晶硅的生長，適合大規模集成電路和大面積太陽能電池的制備，廣泛應用于半導體集成電路、二極管、外延片襯底。綜合成本和性能的因素，直拉法是目前主要的單晶硅規模化量產技術。MCZ 技術的物理基礎是通過磁場對導電硅流體的熱對流形成抑制作用，抑制單晶硅生長過程中雜質和缺陷的產生，晶體完整性、均勻性得到極大改善，可實現高質量大尺寸單晶硅快速生長。其中采用超導磁體提供 5,000Gs穩定磁場的MCZ技術是目前國際上生產 300mm 以上大尺寸半導體級單晶硅的最主要方法。
相比常導磁體，超導磁體可降低 300mm 單晶硅制造能耗 20%、提高成品率 30%。目前，國際上硅片主流產品是 300mm，而我國 300mm 以上的半導體級 MCZ 生產裝備磁場部分主要由常導磁體提供（磁場強度小于 0.2T），常導磁體功耗大（大于 100kW）、需要復雜的冷卻系統（存在管道腐蝕等問題），且無法高效控制雜質和缺陷的產生。超導材料具有零電阻的特性，采用超導材料制備的超導磁體可以實現無阻載流運行。超導磁體和常導磁體相比，其體積和運行成本大幅度減小，能夠降低 300mm 單晶硅制造能耗 20%、提高成品率 30%。返回搜狐，查看更多
