2022年中國鈦合金市場供需趨勢及主要生產企業分析報告（40頁）.pdf

1、2022 年深度行業分析研究報告 3 目錄目錄 1 鈦及鈦合金 . 6 1.1 鈦：儲量豐富、加工難度大的稀有金屬. 6 1.2 鈦及鈦合金類型 . 7 2 國內鈦合金需求：以化工和航空航天應用為主，航空航天需求快速提升 . 8 2.1 飛機機身結構件：軍機和民機鈦合金用量均持續提升 . 11 2.1.1 機身結構件鈦合金應用：用于機翼、起落架、尾翼等重要結構件 . 11 2.1.2 機身結構件鈦合金材料：Ti-64 應用最為廣泛，向更好的加工性能發展 . 13 2.2 航發結構件：主要用于航發冷端部件，新型鈦合金性能提升應用范圍不斷拓寬 . 13 2.2.1 鈦合金主要用于航發冷端部件，用量

2、占比持續提升 . 13 2.2.2 航發鈦合金性能要求高，新型鈦合金進一步拓展應用范圍 . 15 2.3 航天結構件：滿足耐高溫、耐低溫、抗輻射等多種性能要求 . 17 2.4 航空航天緊固件：鈦合金是航空航天緊固件主要材料 . 18 2.5 國內航空航天領域鈦合金需求有望持續提升 . 19 2.5.1 軍機市場需求快速增長，航發需求有望獲得更快增速 . 19 2.5.2 國內民機市場空間廣闊，需求逐步釋放 . 21 2.5.3 導彈是現代戰爭主要耗材需求有望快速增長，航天發射有望持續維持高位 . 23 2.6 化工領域用鈦量較大，近幾年用量保持較快增長 . 25 2.7 船舶、電力和海洋工程

3、等領域用鈦量有望較快增長 . 26 3 國內鈦合金供給：國內鈦合金熔煉以 VAR 爐為主，EB 爐熔煉快速發展 . 28 3.1 鈦合金熔煉：國內鈦合金熔煉以 VAR 爐為主，冷床爐熔煉快速發展 . 28 3.1.1 真空自耗電弧熔煉：鈦合金鑄錠主要熔煉方式 . 29 3.1.2 冷床爐熔煉：美國冷床爐熔煉世界領先，國內快速發展 . 29 3.2 國內主要鈦合金生產企業 . 31 3.2.1 寶鈦股份：擁有海綿鈦至鈦材全產業鏈生產能力，鈦材銷量國內領先 . 31 3.2.2 西部超導：國內航空鈦合金棒、絲材核心供應商 . 33 3.2.3 西部材料：業務布局稀貴金屬材料及制品，西部鈦業是鈦合金

4、板、管材領先供應商 . 34 3.2.4 湘投金天集團：業務布局“三鈦一鋁”，國內重要鈦材生產基地 . 36 3.2.5 寶武特冶：航發鈦材基本覆蓋國內發動機型號，拓展應用飛機機體、民用航空等領域 . 37 3.2.6 中船 725 所：船用鈦合金供應商，具有海綿鈦及鈦合金材料制品生產能力 . 38 3.2.7 天成航材：鈦合金供應國內國際市場，產能持續提升 . 39 3.2.8 重慶金世利：向國外知名航發企業提供發動機轉子級高強鈦合金 . 39 3.2.9 云南鈦業：鈦板卷產能及國內市占率領先 . 40 3.2.10 青聚能鈦：鈦合金 EB 爐熔煉行業領先 . 40 3.2.11 新疆湘晟：

5、隸屬湖南五江輕化集團，覆蓋鈦礦至鈦材全產業鏈 . 41 4 圖表目錄圖表目錄 圖表 1： 鈦工業產業鏈 . 6 圖表 2： 海綿鈦 . 7 圖表 3： 海綿鈦等級 . 7 圖表 4： 2020 年中國海綿鈦主要生產企業產量 . 7 圖表 5： 鈦材分類 . 7 圖表 6： 鈦及鈦合金分類 . 8 圖表 7： 鈦主要用途和相關性質 . 9 圖表 8： 我國鈦材分領域用量（2010 年） . 10 圖表 9： 我國鈦材分領域用量（2020 年） . 10 圖表 10： 國內主要企業鈦材銷量 . 10 圖表 11： 國內主要企業航空航天鈦材銷量 . 10 圖表 12： 美國 F-14 戰機材料分布

6、. 11 圖表 13： 美國戰機、轟炸機和運輸機材料占比. 12 圖表 14： 鈦合金在飛機上的用量 . 12 圖表 15： F-22 軍機上的 TI-64 機翼艙壁 . 13 圖表 16： EJ200 軍用航發結構示意 . 14 圖表 17： 民航發動機中常用材料 . 14 圖表 18： 鈦合金在 V2500 航空發動機中的應用 . 15 圖表 19： 我國航空發動機在役和在研的主要鈦合金 . 15 圖表 20： 高溫鈦合金、阻燃鈦合金和 TIAL在航發上應用示例 . 16 圖表 21： 航發大型復雜鑄件示意圖 . 17 圖表 22： CZ-XX 系列用低溫 TA7ELI 鈦合金氣瓶 . 1

7、8 圖表 23： 航空緊固件用鈦合金發展 . 19 圖表 24： 世界各國戰斗機數量占比 . 19 圖表 25： 我國殲擊機構成 . 19 圖表 26： 洛馬公司發布 F-35 快報 . 20 圖表 27： “太行”航空發動機發展型亮相第十三屆珠海航展 . 21 圖表 28： 波音、空客主要商飛機身鈦消費量. 21 圖表 29： 波音、空客主要商飛發動機鈦消費量. 21 圖表 30： 中國商飛公司產品 . 22 圖表 31： ARJ21 和 C919 飛機單機鈦用量 . 22 圖表 32： CJ1000A 總體結構方案 . 23 圖表 33： 近幾次主要局部戰爭美軍精確制導武器使用比例 . 2

8、3 圖表 34： 近幾年中國航天發射次數 . 24 圖表 35： “十四五”期間中國航天任務 . 25 圖表 36： 國內主要企業化工鈦材銷量 . 25 圖表 37： 采用鈦鋼復合材料的 PTA 氧化反應器. 26 圖表 38： 中國船用鈦合金及其具體應用 . 27 圖表 39： 天成航材 10 噸 VAR 爐熔煉的 TC4 鑄錠 . 29 圖表 40： 西部超導鈦合金熔煉工藝流程 . 29 圖表 41： 聚能鈦業公司 EB 爐設備 . 30 圖表 42： 云南鈦業 EB 爐熔煉 . 30 圖表 43： 國內主要鈦合金行業上市公司熔煉設備及鈦合金銷量 . 31 圖表 44： 寶鈦股份鈦材主要應

9、用領域 . 32 圖表 45： 寶鈦股份近幾年營收 . 33 圖表 46： 寶鈦股份近幾年歸母凈利潤 . 33 圖表 47： 西北院下屬參與鈦、鈦合金相關業務的公司情況 . 33 5 圖表 48： 西部超導產品及應用領域 . 34 圖表 49： 西部超導近幾年營收 . 34 圖表 50： 西部超導近幾年歸母凈利潤 . 34 圖表 51： 西部材料子公司及 2021 年財務情況 . 35 圖表 52： 西部材料近幾年營收 . 36 圖表 53： 西部材料近幾年歸母凈利潤 . 36 圖表 54： 湘投金天集團鈦產業鏈 . 36 圖表 55： 湘投金天鈦金生產工藝流程 . 37 圖表 56： 寶武特

10、冶航發及機體結構件用鈦合金鍛件示例 . 38 圖表 57： 天成航材公司發展歷程 . 39 圖表 58： 重慶金世利 12 噸 VAR 爐 . 40 6 1 鈦及鈦合金鈦及鈦合金 1.1 鈦鈦：儲量豐富、加工難度大的稀有金屬儲量豐富、加工難度大的稀有金屬 鈦在地殼中的豐度為 0.56%，在所有元素中排第 9 位，儲量遠高于許多常見的金屬，僅次于鐵、鋁居于第三位。由于鈦熔煉技術復雜、加工難度大，鈦被歸為“稀有”金屬。目前，世界上僅美國、俄羅斯、目前，世界上僅美國、俄羅斯、日本、中國四個國家掌握完整的鈦工業日本、中國四個國家掌握完整的鈦工業生產技術。生產技術。 有利用價值的鈦礦物主要是鈦鐵礦（Fe

11、TiO3）和金紅石（TiO2） 。根據美國地質調查局（USGS） Mineral Commodity Summaries 2022資料顯示，截至 2021 年末，全球鈦鐵礦儲量為 7.0 億噸，占比 93%，金紅石儲量為 0.49 億噸，占比 7%。全球鈦資源主要分布在澳大利亞、南非、中國、印度和肯尼亞等國。中國鈦鐵礦儲量 2.3 億噸，占全球總儲量的 33%，居世界第一。但是我國的鈦資源中鈦鐵礦多，金紅石礦少；貧礦多，富礦少；無單一鈦礦，均為多金屬共生礦，鈣、鎂雜質含量高，采選冶煉技術難度大。 鈦工業產業鏈有兩條不同的分支鈦工業產業鏈有兩條不同的分支，即鈦材工業和鈦白粉工業，即鈦材工業和鈦白

12、粉工業。在鈦材工業，從鈦鐵礦和金紅石采選開始，制造海綿鈦，然后制成各種金屬產品，用于航空航天、化工、船舶等領域；在鈦白粉工業，從鈦鐵礦和金紅石采選開始，通過化學過程生成化工中間產品鈦白粉，用于涂料、塑料和造紙等行業。 圖表1： 鈦工業產業鏈 鈦鐵礦（FeTiO3）金紅石（TiO2）人造金紅石鈦渣四氯化鈦（TiCl4）海綿鈦鈦錠鈦材航空航天、艦船兵器、生物醫療、化工冶金、海洋工程、體育生活等鈦白粉（TiO2）涂料、塑料、造紙 資料來源：西部超導招股說明書，方正證券研究所 海綿鈦為鈦材行業基礎原材料，但不同的下游運用領域對海綿鈦的品質等級要求不同。根據海綿鈦國家標準，按鈦含量、雜質含量的高低和硬度

13、按等級由高到低，海綿鈦可劃分為 0A級、0 級、1 級、2 級、3級、4 級、5 級；按粒度大小，一般為 0.83mm-25.4mm，小粒度為0.83mm-12.7mm，細粒度為 0.83mm-5.0mm。 高端鈦合金生產原料以高端鈦合金生產原料以 0 級海綿鈦為主。級海綿鈦為主。例如，西部超導采購的海綿鈦主要為 0 級和 1 級海綿鈦，以 0 級為主，顆粒度為 3mm-12.7mm 的小顆粒，并對相關參數有特殊的內控技術標準。一般的民用鈦合金相關企業采購的均為標準規格的海綿鈦，西部鈦業采購的海綿鈦主要為標準規格的 1 級海綿鈦和部分 0 級、2 級海綿鈦。 7 圖表2： 海綿鈦 圖表3： 海

14、綿鈦等級 等級等級 牌號牌號 Ti 含量含量 不小于不小于 布氏硬度布氏硬度 HBW 10/1500/30 不大于不大于 0A級 MHT-95 99.8% 95 0 級 MHT-100 99.7% 100 1 級 MHT-110 99.6% 110 2 級 MHT-125 99.4% 125 3 級 MHT-140 99.3% 140 4 級 MHT-160 99.1% 160 5 級 MHT-200 98.5% 200 資料來源：中國航空新聞網，方正證券研究所 資料來源：GB/T 2524-2019，方正證券研究所 國內海綿鈦產量近幾年持續增長。2020 年，根據中國有色金屬工業協會鈦鋯鉿分

15、會對國內 12 家海綿鈦生產企業產量的統計，共生產海綿鈦 12.30 萬噸，同比增長 44.9%。 圖表4： 2020 年中國海綿鈦主要生產企業產量 生產企業生產企業 產量產量（噸）（噸） 生產企業生產企業 產量產量（噸）（噸） 攀鋼鈦業 22768 龍蟒佰利聯新立 8870 朝陽金達 16118 寶鈦華神 8212 雙瑞萬基 16000 盛豐鈦業 3600 新疆湘晟 15430 鞍山海量 2900 朝陽百盛 13560 錦州鐵合金 1700 貴州遵鈦 12500 寶雞力興 1300 資料來源： 2020年中國鈦工業發展報告 ，方正證券研究所 1.2 鈦鈦及鈦及鈦合金類型合金類型 海綿鈦（或海

16、綿鈦加合金元素）經熔煉形成鈦鑄錠，再經鍛造、軋制、擠壓等塑性加工方法將鑄錠加工成材，即鈦材。根據中國有色金屬工業協會鈦鋯鉿分會的數據，2020 年，我國鈦材產量達到近 10 萬噸，占全球鈦材產量的 50%以上。鈦材按是否添加合金元素、牌號、形態和用途等有多種分類方法。 圖表5： 鈦材分類 分類標準分類標準 分類分類 按是否添加合金元素分類 純鈦材和鈦合金 按牌號分類 TA/TB/TC+數字 按形態分類 棒材、絲材、管材、板材、異型材等 按用途分類 航空、航天、船舶、兵器、化工用鈦材等 資料來源：西部超導招股說明書，方正證券研究所 鈦合金是以鈦為基加入適量其他元素，調整基體相組成和綜合物理化學性

17、能而形成的合金。按相組成鈦合金可分為：密排六方結構的 型鈦合金（包括近 型合金）即國內牌號 TA，體心立方結構的 型鈦合金（包括近 型合金）即國內牌號為 TB，兩相混合的 + 型鈦合金即國內牌號 TC。 型和近 型鈦合金具有良好的蠕變、持久性能和焊接性，適合于在高溫環境下使用。 型和近 型鈦合金在室溫至 300左右具有高的 8 拉伸強度，但在更高的溫度下，合金的蠕變抗力和耐熱穩定性急劇下降。+ 型鈦合金不僅具有良好的熱加工性能，而且在中高溫環境下還具有良好的綜合性能。 圖表6： 鈦及鈦合金分類 分類分類 牌號牌號 特性特性 示例示例 純鈦 TA 商業純鈦是低到中等強度金屬，不適用于飛機機身及航

18、發 TA0、TA1、TA2、TA3 型鈦合金 TA 良好的蠕變、持久性能和焊接性，適合于在高溫環境下使用適合于在高溫環境下使用 TA7、TA8 近 型鈦合金 + 型鈦合金 TC 具有良好的熱加工性能，在中高溫環境下在中高溫環境下具有良好的綜合性能具有良好的綜合性能 TC4、TC6、TC11、TC17、TC19、TC21 型鈦合金 TB 在室溫至 300左右具有高的拉伸強度，但在更高的溫度下，合金的蠕變抗力和耐熱穩定性急劇下降 TB1、TB2、TB3、TB8 近 型鈦合金 資料來源： 航空用鈦合金研究進展 ， Introduction to Aerospace Materials ，方正證券研究

19、所 2 國內國內鈦合金需求鈦合金需求：以化工和航空航天應用為主，航空航天以化工和航空航天應用為主，航空航天需求快速提升需求快速提升 鈦具有密度小、比強度高、導熱系數低、耐高溫低溫性能好、耐腐蝕能力強等突出特點，最早被應用于航空航天等高科技領域，現在其應用領域已向化工、石油、電力、海水淡化、建筑、日常生活用具等領域拓展，被譽為“現代金屬” 、 “戰略金屬” 。 9 圖表7： 鈦主要用途和相關性質 應用領域應用領域 用途用途 利用性質利用性質 示意圖示意圖 航空 飛機框梁、起落架、緊固件等；發動機的風扇、壓氣機盤件和葉片等轉動件 質量輕、比強度高、耐高溫低溫、耐腐蝕 航天 火箭發動機和人造衛星殼體

20、、 燃料箱、壓力容器、載人宇宙飛船船艙等 質量輕、比強度高、耐高溫低溫、耐腐蝕 艦船 潛艇耐壓殼體、螺旋槳、噴水推進器、海水換熱系統、艦船泵、閥及管路等 耐腐蝕、比強度高 兵器 坦克和裝甲車的裝甲材料、榴炮彈零部件、反坦克導彈艙機和架體、迫擊炮底座和支架等 質量輕、比強度高、耐腐蝕 化工冶金 用于氯堿、純堿、塑料、石油化工、冶金、制鹽等工業的電解槽、反應器、蒸餾塔、濃縮器、分離器、熱交換器、管道、電級等 耐腐蝕、耐高溫低溫 海洋工程 海水淡化用管道、 海洋石油鉆探用泵、閥、管件等 耐腐蝕、比強度高 生物醫療 人工關節、人工植牙和正牙、心臟起搏器、心血管支架、手術器械等 生物相容性好、耐腐蝕、無

21、磁性、形狀記憶功能 生活用品 眼鏡架、手表、拐杖、釣魚竿、廚具、數碼產品殼體、工藝品、裝飾品等 質量輕、比強度高、耐腐蝕 體育器材 高爾夫球頭、網球拍、羽毛球拍、臺球桿、登山棍、滑雪杖、冰刀等 質量輕、比強度高、耐腐蝕 資料來源：西部超導招股說明書，方正證券研究所 10 我國鈦材使用以化工領域為主。我國鈦材使用以化工領域為主。根據中國有色金屬工業協會鈦鋯鉿分會的統計，國內主要鈦材生產企業在化工領域的銷量占總銷量比例為50%左右。近幾年，國內航空航天領域鈦材需求量快速增長，國內主要鈦材生產企業在航空航天領域的銷量占比由 2010 年的 9.7%提升至2020 年的 18.4%。 圖表8： 我國鈦

22、材分領域用量（2010 年） 圖表9： 我國鈦材分領域用量（2020 年） 化工 53.2%航空航天 9.7%船舶 1.7%冶金 6.7%電力 3.9%醫藥 2.9%制鹽 6.1%海洋工程 2.1%體育休閑 7.8%其他 5.9% 化工 50.8%航空航天18.4%船舶 2.9%冶金 1.4%電力 5.0%醫藥 2.7%制鹽 1.3%海洋工程 7.7%體育休閑 3.5%其他 6.3% 資料來源： 2010年中國鈦工業發展報告 ，方正證券研究所 注：數據源為國內33家鈦材生產企業分領域銷量 資料來源： 2020年中國鈦工業發展報告 ，方正證券研究所 注：數據源為國內32家鈦材生產企業分領域銷量

23、國內航空航天領域鈦材國內航空航天領域鈦材銷量保持快速增長。銷量保持快速增長。 2020 年， 國內主要鈦材生產企業在航空航天領域合計銷量約 17228 噸，同比增長 36.73%，較2010 年 3603 噸的銷量復合增長率為 16.94%。 圖表10： 國內主要企業鈦材銷量 圖表11： 國內主要企業航空航天鈦材銷量 33.30%1.90%-18.00%7.75%-1.69%1.00%24.85%4.19%19.86%35.94%-20%-10%0%10%20%30%40%024681020102011201220132014201520162017201820192020鈦材銷量（萬噸）鈦材

24、銷量（萬噸）同比增長同比增長 13.24%4.44%9.50%4.18%41.16%24.15%5.48%14.57%22.39%36.73%0%10%20%30%40%50%0.00.40.81.21.62.020102011201220132014201520162017201820192020航空航天鈦材銷量（萬噸）航空航天鈦材銷量（萬噸）同比增長同比增長 資料來源：中國有色金屬工業協會鈦鋯鉿分會，方正證券研究所 資料來源：中國有色金屬工業協會鈦鋯鉿分會，方正證券研究所 航空鈦合金主要應用于飛機結構件、航空鈦合金主要應用于飛機結構件、 航空航空發動機結構件以及航空緊固發動機結構件以及航空

25、緊固件等。件等。飛機結構鈦合金使用溫度要求一般為 350以下，要求其具有高的比強度、良好的韌性、優異的抗疲勞性能、良好的焊接工藝性能等，主要應用部位有起落架部件、框、梁、機身蒙皮、隔熱罩等。發動機用鈦合金要求具有高的比強度、熱穩定性好、抗氧化和抗蠕變性能良好，主要應用領域有壓氣機盤、葉片、鼓筒、高壓壓氣機轉子、壓氣機機匣等。 航空緊固件用鈦合金要求具有較好的加工性、 無磁性、耐腐蝕性等，主要包括鈦合金鉚釘、鈦合金螺栓等。 11 2.1 飛機飛機機身機身結構件結構件：軍機和民機鈦合金用量均持續提升：軍機和民機鈦合金用量均持續提升 2.1.1 機身結構件鈦合金應用機身結構件鈦合金應用：用于用于機翼

26、機翼、起落架、尾翼等重要結構、起落架、尾翼等重要結構件件 鈦合金因密度小、比強度高、耐蝕、耐高溫、無磁、可焊、使用溫度范圍寬（-269-600）等優異性能，且能夠進行各種零件成形、焊接和機械加工，在航空領域很快得到廣泛應用。20 世紀 50 年代初，軍機開始使用工業純鈦制造后機身的隔熱板、機尾罩、減速板等受力較小的結構件。20 世紀 60 年代，鈦合金進一步應用到飛機襟翼滑軌、承力隔框、中翼盒形梁、起落架梁等主要受力結構件中。 以美國 F14 戰機為例，鈦合金占 F14 戰斗機結構重量的 26%，使用鈦制成的組件包括機翼結構、 起落架部件、 尾部結構， 以及小型緊固件、彈簧和液壓管等。 圖表1

27、2： 美國 F-14 戰機材料分布 資料來源： Introduction to Aerospace Materials ，方正證券研究所 采用鈦合金作機身材料有多方面優勢：1）替代鋼和鎳基高溫合金可大大降低飛機質量；2）能夠滿足飛機強度要求，與鋁合金相比，60%左右質量的鈦合金即可達到相同的強度。3）耐腐蝕性良好，鈦合金不需要表面防腐涂層或者鍍膜。4）與聚合物復合材料電化學相容性好。5）限制空間內滿足強度要求，例如，波音 747 的鈦合金起落架梁。 軍用飛機方面，國外軍用飛機方面，國外先進戰先進戰機用鈦量占機體結構總質量的機用鈦量占機體結構總質量的 25%左右左右。美國 F-35 戰機鈦用量達

28、 27%，F-22 戰機鈦用量高達 41%，其機身主承力梁和框架采用鈦合金整體鍛造而成，創造了迄今為止戰斗機鈦用量的最高紀錄。美國 B1 轟炸機和 B2 轟炸機鈦合金用量分別為 21%和 26%。美國運輸機用鈦量也由早期服役的 C5 的 6%增至 C17 的10.3%，俄羅斯伊爾 76 運輸機用鈦量更是達到了 12%。 12 圖表13： 美國戰機、轟炸機和運輸機材料占比 機型機型 服役服役 時間時間 材料質量分數（材料質量分數（%） 鈦合金鈦合金 復合材料復合材料 鋁合金鋁合金 鋼鋼 F16 1978 2 3 83 5 F17Y 7 8 73 10 F/A18A/B 1980 12 9.5 5

29、0 15 F/A18C/D 1986 13 10 50 16 F/A18E/F 2002 15 23 29 14 F/A22 2005 41 24 15 5 F35 2008 27 36 B1 1986 21 29 41 9 B2 1991 26 38 19 6 C5 1970 6 C17 1992 10.3 8.1 69.3 12.3 資料來源： 航空用鈦合金研究進展 ，方正證券研究所 民航飛機方面，由于復合材料的大量使用，與復合材料相容性更好的鈦合金用量也在逐步增長。 空客飛機鈦用量從第三代 A320 的 4.5增至第四代 A340 的 6，A380 的用鈦量增加到了 10，而 A350

30、客機的鈦用量進一步提高到 14左右； 波音飛機用鈦量從最初波音 707 的0.5逐漸增至波音 747 的 4%，再到波音 777 的 7，波音 787 的用鈦量已提高到 15%左右，基本與空客飛機保持同步。俄羅斯的新型客機 MS21 鈦合金用量占比高達 25%，是目前民用運輸機鈦用量的最高紀錄。 圖表14： 鈦合金在飛機上的用量 資料來源： 鈦合金及鈦基復合材料在航空航天的應用和發展 ，方正證券研究所 國內方面， 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 用鈦量達 20%。大型軍用運輸機運 20 的鈦合金用量為 1

31、0%，與美國先進的 C-17 運輸機的鈦合金用量相當。 民用飛機上， 商用客機ARJ21的鈦合金用量4.8%，而 C919 大型客機廣泛采用鈦合金，其用鈦量已達到 9.3%，主要用于機頭、吊掛、尾翼、外翼和中央翼盒等。 13 2.1.2 機身結構件鈦合金材料機身結構件鈦合金材料：Ti-64 應用最為廣泛，向更好的加工應用最為廣泛，向更好的加工性能發展性能發展 目前，在航空領域使用的鈦合金材料主要有 TC4（美 Ti-64 合金） 、TC18、TC21、TA15、TB6（美 Ti-1023 合金）等。 Ti-64 鈦合金是最早問世同時也是最經典的鈦合金，其設計使用溫度最高可達 350。Ti-64

32、 不僅具有耐高溫性，還具有十分優良的塑性加工性能，在航空航天領域廣泛應用。 圖表15： F-22 軍機上的 Ti-64 機翼艙壁 資料來源： Titanium and its alloys ，方正證券研究所 TC18 具有較大淬透性，適合制造大型鍛件。俄羅斯根據波音和空客等民機需求，在 TC18 合金基礎上開發了 Ti-55531 鈦合金。Ti-55531強度較高，而且具有優越的淬透性和更寬的加工窗口，已在 A380 飛機吊掛接頭和起落架支柱等零件上使用。 鑄造鈦合金方面，航空領域應用范圍最廣、用量最多的鑄造鈦合金是ZTC4 鈦合金。我國研制和生產的鈦合金鑄件中，ZTC4 和 ZTA15 合金

33、用量占 80%。此外，國內常用的鑄造鈦合金還有 ZTC3 和 ZTC6。ZTC3、 ZTC6 和 ZTA15 是航材院根據航空工業發展需求研制或仿制的高溫鑄造鈦合金和高強鑄造鈦合金，在減輕飛機整體結構重量、滿足高溫和高載以及腐蝕環境要求、提高機體壽命等方面發揮重要作用。 2.2 航發結構件航發結構件：主要用于航發冷端部件，新型鈦合金性能提升應用：主要用于航發冷端部件，新型鈦合金性能提升應用范圍不斷拓寬范圍不斷拓寬 2.2.1 鈦合金主要用于航發冷端部件，用量鈦合金主要用于航發冷端部件，用量占比占比持續提升持續提升 鈦合金的使用鈦合金的使用是是軍用軍用航發提高推重比的關鍵。航發提高推重比的關鍵。

34、推重比是航空發動機的重要性能指標，最早航發推送比為 23，四代航發推重比超過 10。鈦在 300650溫度下具有良好的抗高溫強度、 抗蠕變性和抗氧化性能，且質量輕、比強度高，使用鈦合金代替原鎳基高溫合金可使航空發動機重量降低，提高航發推重比。 軍用航發方面， 鈦合金一般用于航空發動機的風扇、 高壓壓氣機盤件、葉片等轉動部件和燃燒室、尾噴管等靜止件。在國外先進航空發動機中，鈦合金用量已占發動機總質量的 25%40%，第 3 代航發 F100 的鈦合金用量達 25%，第 4 代航發 F119 的鈦合金用量達 40%。 14 圖表16： EJ200 軍用航發結構示意 高壓壓氣機燃燒室低壓渦輪風扇（低

35、壓壓氣機）高壓渦輪加力燃燒室可調噴口 資料來源：EUROJET官網，方正證券研究所 民用航空發動機方面，鈦合金同樣用于風扇、壓氣機盤件、葉片等部件。以 V2500 航空發動機為例，其鈦合金用量達 31%，鈦合金零件主要集中于發動機前部及外部工作溫度較低的位置，從高壓壓氣機后幾級開始，溫度和壓力明顯升高，鈦合金零件使用較少。鈦合金零件使用范圍涵蓋機匣、轉子轂、轉子葉片、靜子葉片、軸承支撐、管路、支架等諸多零件，零件總價超過 750 萬美元，相比 V2500 新發價格約1500 萬美元，價值占比約 50%。 圖表17： 民航發動機中常用材料 資料來源： A Review on Superalloy

36、s and IN718 Nickel-Based INCONEL Superalloy ，方正證券研究所 15 圖表18： 鈦合金在 V2500 航空發動機中的應用 航航發部件發部件 鈦合金應用鈦合金應用 風扇 大部分零件均由鈦合金制造，包括風扇機匣、風扇框架、風扇葉片、風扇葉片前后保持環、風扇轂等 低壓壓氣機 大部分零件均由鈦合金制造，包括低壓轉子中心軸、低壓壓氣機 1.52.5 轉子轂、低壓壓氣機 1.52.5 級靜子、低壓壓氣機 1.52.5 級轉葉等 高壓壓氣機 高壓壓氣機單元體分為 312 級，其中 38 級轉子及可調靜子葉片均為鈦合金，包括 38 級轂、38 級轉子葉片、高壓壓氣機

37、前機匣、可調靜子葉片等 外部件 航發外部的管路、支架、放氣活門、冷卻涵管等零件工作溫度較低且質量體積較大，為減輕發動機重量，這些零件均由鈦合金制造。 資料來源： 鈦合金在V2500發動機中的應用 ，方正證券研究所 2.2.2 航發航發鈦合金性能要求高鈦合金性能要求高，新型鈦合金進一步拓展應用范圍，新型鈦合金進一步拓展應用范圍 在航空發動機上應用鈦合金，要求其在較高的溫度范圍內具有很好的瞬時強度、耐熱性能、持久強度、高溫蠕變抗力和組織穩定性等。型、近 型和 + 型鈦合金在中高溫環境下具有良好的綜合性能，被廣泛應用于航空發動機。 現役航空發動機上使用的鈦合金主要有現役航空發動機上使用的鈦合金主要有

38、 TC4、TC11、TC17 和和 TA11等，用于發動機風扇和壓氣機低溫段工作的葉片、盤、機匣等零件。等，用于發動機風扇和壓氣機低溫段工作的葉片、盤、機匣等零件。 TC4 具有良好的塑性加工性能，TC17 是一種高強、高韌和高淬透性的兩相鈦合金，由于使用溫度不高，廣泛應用于制造航空發動機風扇葉片和壓氣機盤件等低溫部件。 TC25 鈦合金是前蘇聯研制的一種熱強鈦合金（俄牌號 BT25） ，該合金含有鉬、鎢等高熔點元素，熱強性、耐熱性好，使用溫度達 550，使用壽命達 3000h，主要用于制造航空發動機高壓壓氣機盤盤件。 圖表19： 我國航空發動機在役和在研的主要鈦合金 長期工作溫度（長期工作溫

39、度（） 鈦合金鈦合金 400 TC4，TC17，TC19 450 TC6，TA11 500 TC11，TA7，TA15，TB12 550 TA19，TA32，TC25，TF550 600 TA29，TA33 700 TD3，Ti2AlNb 700-850 TiAl 600-800 SiCf /Ti composite 資料來源： 航空發動機用先進高溫鈦合金材料技術研究與發展 ，方正證券研究所 注：TB12和TF550為阻燃鈦合金 隨著先進航發對高性能隨著先進航發對高性能鈦合金的迫切需求，鈦合金的迫切需求，600高溫鈦合金、阻燃高溫鈦合金、阻燃鈦合金、鈦合金、TiAl 和和 SiCfTi 復合材

40、料成為新型高溫鈦合金的發展重點。復合材料成為新型高溫鈦合金的發展重點。600高溫鈦合金適用于工作溫度為 500-600的高壓壓氣機整體葉盤、機匣等；阻燃鈦合金適用于高壓壓氣機機匣、葉片等；TiAl 合 16 金適用于工作溫度在 700-850的高壓壓氣機葉片、渦輪葉片等；SiCfTi 鈦基復合材料適用于高壓壓氣機整體葉環。 TA29 鈦合金在 620仍具有良好的蠕變抗力， 在其他性能滿足設計要求時，可延伸至 620左右長期使用。此外，TA29 鈦合金在750-800仍能保持較高的抗拉強度， 可在此溫度區間短時使用， 應用于超高聲速導彈、火箭、飛行器、空天飛機等裝備的機體構件、蒙皮，以及所用發動

41、機的高溫部件。TA29 鈦合金已實現從 3t 型工業鑄錠熔煉、300mm 大規格棒材制備、大尺寸整體葉盤鍛件制備到整體葉盤零件機加工、檢測檢驗、表面處理等全程制造。 TB12 和 TF550 是阻燃鈦合金，阻燃鈦合金是我國新型鈦合金的發展方向之一。在航空發動機旋轉部件上，由于鈦合金具有易燃傾向，因而在鈦合金制件表面添加防鈦火涂層或采用阻燃鈦合金，P&W 研制的 Alloy-C（Ti-35V-15Cr）高穩定性阻燃 型鈦合金，已用于 F-22 戰斗機的 F119 發動機用壓氣機擋板、增壓器及噴嘴等部件。國內以美國 Alloy-C 合金的成分為基礎，研制了能在 500長期使用的 TB12和在 55

42、0長期使用的 TF550。 TiAl 合金兼具金屬和陶瓷的性能，在 600-800，TiAl 合金比強度優于常規鈦合金，且具有良好的抗蠕變、抗氧化等性能。GE 公司為波音 787 研制的 GEnx 發動機低壓渦輪第 6、7 級葉片采用鑄造 TiAl合金葉片取代鎳基高溫合金葉片，實現減重 72.5kg。2014 年，Mecachrome 公司與法國 Snecma 公司簽訂 TiAl 合金供貨協議，Mecachrome 將向 CFM 公司提供用于制造 LEAP 系列發動機的 TiAl合金低壓渦輪轉子葉片。 圖表20： 高溫鈦合金、阻燃鈦合金和 TiAl 在航發上應用示例 TA29 鈦合金整體葉盤

43、TB12 阻燃鈦合金壓氣機機匣鍛件 TiAl 等軸晶葉片 資料來源： 航空發動機用先進高溫鈦合金材料技術研究與發展 ， 航空鑄造鈦合金及其成型技術發展 ，方正證券研究所 除了航發鍛件，鈦合金精密鑄件在航空發動機除了航發鍛件，鈦合金精密鑄件在航空發動機上也有廣泛應用。上也有廣泛應用。鈦合金鑄件具有制造成本低、周期短、原材料利用率高等優勢，可制造各種大型復雜整體零部件。例如，20 世紀 90 年代初，我國航空發動機的鈦合金機匣采用分體鑄造再焊接成整體部件方式生產，在使用過程中由于機匣焊接量大，部件剛性差，易產生疲勞裂紋，部件可靠性和壽命下降， 難以實現全壽命使用。 隨著航空發動機性能要求不斷提升，

44、需采用結構剛性更好、更為可靠的整體鑄件。國內從 20 世紀 90 年代起開展大型鈦合金鑄件的研制工作，整體鑄造的中介機匣率先在XX10 發動機上使用。 17 圖表21： 航發大型復雜鑄件示意圖 資料來源： 大型復雜鈦合金鑄件熔模精密鑄造技術 ，方正證券研究所 大部分鑄造鈦合金基本上沿用了變形鈦合金的成分。ZTC4 鑄造鈦合金使用最為成熟和廣泛，隨著航空領域對結構件的斷裂韌性要求越來越高，ZTC4 等中強度鈦合金已無法滿足要求，高強度鑄造鈦合金越來越受到重視，例如 Ti-15-3、Ti-10-2-3、Ti6-22-22S、Beta-C、8-21S、BT35 等高強度鑄造鈦合金。 2.3 航天結構

45、件航天結構件：滿足耐高溫、耐低溫、抗輻射等多種性能要求：滿足耐高溫、耐低溫、抗輻射等多種性能要求 在導彈武器系統中，為了減輕發射重量、增加射程以及提高結構件使在導彈武器系統中，為了減輕發射重量、增加射程以及提高結構件使用溫度，也開始大量使用鈦合用溫度，也開始大量使用鈦合金材料替代傳統的結構鋼、鋁合金等材金材料替代傳統的結構鋼、鋁合金等材料。料。例如，新一代的巡航導彈飛行速度由過去的 0.8 馬赫提高到 3.5馬赫甚至更高，導彈的表面溫度達到 300-650，傳統鋁合金材料制造的隔框、蒙皮、油箱等無法滿足要求，必須使用鈦合金材料制造這些導彈部件。此外，巡航導彈使用的渦噴發動機動力系統也大量使用鈦

46、合金材料制造其結構部件，包括壓氣機機匣、壓氣機盤、壓氣機葉片等部件。 隨著艦艇防護裝甲能力的不斷提升與建造結構的不斷優化改進，其對于反艦彈道的對抗能力不斷提升，為了進一步提升反艦導彈對艦艇的殺傷威力，反艦導彈戰斗部類型趨向于半穿甲型的方向發展。半穿甲型戰斗部需要在保證彈體強度的前提下穿透數層船板，殼體大都采用較厚的高強高韌合金材料制造，其裝填系數在 20%40%。一般來說，硬侵徹型半穿甲戰斗部的殼體由結構鋼材料制成，近年來為了減輕整彈質量、增加戰斗部裝藥量、加強毀傷能力以及滿足超音速飛行帶來的高溫效應等，一些先進的導彈戰斗部開始使用鈦合金材料制造，如美國的“斯拉姆”AGM-84H、 “戰斧”等

47、。俄羅斯經驗表明，半穿甲戰斗部殼體改用高強度、高韌性、密度相對較低的鈦合金材料后，裝填系數可提高到 50%，戰斗部的毀傷威力顯著提高。 在在火箭及空間飛行器方面火箭及空間飛行器方面，鈦合金的主要應用是火箭發動機殼體、火鈦合金的主要應用是火箭發動機殼體、火箭噴嘴導管箭噴嘴導管及宇宙飛船的船艙或者燃料和氧化劑儲存箱及其他高壓及宇宙飛船的船艙或者燃料和氧化劑儲存箱及其他高壓容器。容器。對于航天飛行器來說，除滿足航空用鈦合金使用性能要求外，還必須具有耐高溫、耐低溫、抗輻射等性能。目前，鈦合金已成為航天領域不可或缺的關鍵材料，在運載火箭中質量占比達 5%-30%。美 18 國“阿波羅”飛船的 50 個壓

48、力容器約 85%采用鈦制成；日本第一顆試驗衛星“大角”號采用了 Ti-2Al-2Mn 鈦合金；俄羅斯在“能源-暴風雪”號、 “和平-1”號、 “進步”號、 “金星”號、 “月球”號航天器上也廣泛使用了鈦合金材料。 根據航天產品對于材料的需求，鈦合金在航天領域形成了不同的發展方向，主要包括高強韌鈦合金、高溫鈦合金、低溫鈦合金、鑄造鈦合金和粉末鈦合金等。我國利用鈦合金 TA7ELI 在低溫下具有更高的強度、更好的塑性和韌性的特點，研制出在液氫環境下使用的 20L 低溫TA7ELI 鈦合金氣瓶，該氣瓶用于 CZ-XX 系列運載火箭。 圖表22： CZ-XX 系列用低溫 TA7ELI 鈦合金氣瓶 資料

49、來源： 鈦合金在航天飛行器上的應用和發展 ，方正證券研究所 2.4 航空航天緊固件航空航天緊固件：鈦合金是航空航天緊固件主要材料：鈦合金是航空航天緊固件主要材料 緊固件是實現連接功能的基本緊固件是實現連接功能的基本零件，在航空領域廣泛使用。零件，在航空領域廣泛使用。緊固件包括螺栓、螺柱、螺釘、螺母、墊圈、銷、鉚釘等，在飛機上用量極大，一架飛機所用的緊固件及彈性元件少則幾十萬件，多則幾百萬件。例如，俄羅斯伊爾-96 飛機單架飛機使用緊固件達 14.2 萬件，單架空客A380 使用緊固件超過 100 萬件。 高減重、耐腐蝕、無磁性、與復合材料相容性好的鈦合金逐漸成為先高減重、耐腐蝕、無磁性、與復合

50、材料相容性好的鈦合金逐漸成為先進飛機緊固件材料的首要選擇進飛機緊固件材料的首要選擇。隨著飛機先進性的提高，對緊固件材料的要求越來越高。鈦合金用作航空緊固件有多種優勢：1）減重效果好；2）耐腐蝕性能好，尤其是鈦與碳纖維復合材料的電極電位相近，適合復合材料連接；3）耐高溫低溫性能好；4）鈦具有良好彈性和無磁，對于防止緊固螺栓的松動和防磁場干擾至關重要。 美國美國 F-16、F-18、F-35、F-22、C-17 等軍等軍機機廣泛采用鈦合金緊固件廣泛采用鈦合金緊固件。F-15 戰斗機用鈦合金緊固件占全機緊固件的 73%，C-17 大型軍用運輸機使用了 42.3 萬個鈦合金銷釘和 24.1 萬個鈦合金