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(一)高端钛合金:
(1)行业发展阶段:我国军用钛合金市场需求迅速增长,特别是军工用钛合金对“高均匀性、高纯净性、高稳定性”的要求不断提高,以西部超导为代表的少数优势单位依托承担国家项目、自主研发,使我国近年来高端钛合金相关技术水平显著提升。尤其是航空及发动机用钛合金材料的国产化水平不断提高,填补了国内空白,基本满足了国内高端市场对钛材性能水平的需求。
(2)行业基本特点:钛合金行业与传统有色金属相比,具有技术要求高、附加值高等特点,主要应用于航空、航天、舰船、兵器等军工领域,应用单位的技术水平不断提升,对钛合金材料的“高均匀性、高纯净性、高稳定性”提出更高的要求。
(3)技术门槛:受航空航天等军工领域对装备服役安全性寿命的高要求,其所用高端钛合金对质量要求十分苛刻。相比于普通民用领域用钛合金,其工艺技术以及过程控制技术的要求十分高,技术门槛主要包括钛合金原材料的技术标准内控体系,工艺与工艺装备的匹配性,高纯净钛合金熔炼控制技术,高熔点元素均匀化熔炼控制技术,高密度元素均匀化熔炼控制技术,超大规格铸锭成分均匀化熔炼技术,均匀性控制熔炼技术,高灵敏度探伤水平棒材及锻坯的锻造技术,超大规格棒材及锻坯的锻造技术,航空紧固件叶片用小规格棒丝材的组织均匀化、细化制备控制技术及钛合金产品的质量批次稳定性控制技术等。以上技术不仅研发周期长,且需要长期的生产数据统计分析持续改进,技术体系复杂。
中金企信国际咨询公布《2021-2027年中国高端钛合金市场竞争策略及投资可行性研究报告》
(二)超导产品:
(1)行业发展阶段:
超导材料具有常规材料所不具备的零电阻、完全抗磁性和宏观量子效应,是国际公认可引发产业变革的重大颠覆性技术方向,在能源、信息、医疗、环保、交通等领域都有广泛的应用。在《中国制造2025》中被列为重点发展的前沿新材料之一。我国在超导材料和超导磁体技术的研究方面,经过近50多年的发展,已经成为国际超导材料和应用技术研发的重要力量。总体看来,目前我国在高性能低温与高温超导材料、超导强磁场应用技术等方面开始接近或达到国际先进水平。
(2)行业基本特点:超导材料需要工作在低温环境下,其应用成本较高,主要应用于高能加速器、磁约束核聚变、人体核磁共振成像仪(MRI)、核磁共振谱仪(NMR)、磁控直拉单晶硅(MCZ)磁体等特殊领域。
(3)技术门槛:低温超导材料制备技术涉及高均匀合金熔炼、超细芯复合线材塑性加工和磁通钉扎调控技术;高温超导材料制备技术涉及导体结构设计、金属/陶瓷复合粉末装管加工和成相热处理技术;超导磁体制备技术涉及磁体结构设计、大尺寸精密超导磁体绕制和固化制备技术。上述技术均为超导专有技术,技术体系复杂、研发周期长。
中金企信国际咨询公布《2021-2027年中国超导材料行业市场研究及深度专项调查投资预测报告》
(三)高性能高温合金:
(1)行业发展阶段:航空航天发动机、燃气轮机的热端部件需承受600℃~1200℃的高温以及复杂应力的交互作用,材料要求非常苛刻,高温合金是这些装备的关键材料。镍基高温合金有高的耐热强度、良好的塑性、优秀的抗高温氧化和燃气腐蚀能力,以及长期组织稳定性等特性,被广泛用于制造各种高温部件。比如,镍基高温合金广泛应用于航空航天发动机的燃烧室、燃烧室隔板、涡轮盘、导向叶片、涡轮叶片以及轴、进气导管、喷管等的制造。在现代先进航空发动机中,高温合金材料的用量占发动机总重量的40%~60%。另外,在民用工业的能源动力、交通运输、石油化工、冶金矿山和玻璃建材等领域,镍基高温合金也获得一定应用,被用在柴油机和内燃机的增压涡轮、工业燃气轮机、内燃机阀座、转向辊等。
(2)行业基本特点高温合金是我国突出的短板关键材料,国内航空航天领域用高端高温合金严重依赖进口,并
且主要进口于美国等。我国虽具备高品质高温合金的生产能力,但在产品质量稳定性和成品率方面,与美国、俄罗斯等国仍存在着较大差距。
(3)技术门槛:我国高温合金冶金熔炼存在均匀性和纯净性控制难度大、质量批次稳定性不高等问题,具体而言就是:
1)冶金质量不过关:高温合金产品冶金缺陷较多,主要表现为黑斑、脏白斑、碳化物偏聚等,杂质元素(如硫元素)含量较高且波动大,材料的强度和使用寿命较低;
2)组织均匀性差:不同部位的晶粒度差异大,亮条等异常组织时有发现;
3)成本高:国内生产的高温合金返回料利用率偏低,且工艺稳定性较差导致废品多,生产成本普遍偏高。近年来,在国内市场需求和技术发展的牵引下,西部超导等不少企业开始了高温合金研发和生产,通过自主开发新技术新工艺以及引进国际先进装备,我国高温合金长期存在的质量问题正在已经有明显改善、产品成本也有一定降低。
中金企信国际咨询公布《2021-2027年中国高性能高温合金行业市场发展深度调查及投资战略可行性报告》
(四)市场供需分析:受航空结构件整体化技术的影响,钛棒材和锻坯的规格范围不断增大,单重5吨的高强钛合金锻坯、单重2吨的高强钛合金饼坯(圆柱形锻坯)等样品试制成功;大型锻件用原材料呈现出大规格棒材改成锻坯的技术趋势,这对提高锻件质量稳定性控制水平、降低产品成本和缩短生产周期等有一定优势。由于国家环保要求趋严和国家重大型号项目需求上升,钛材市场需求量增加,使得原材料海绵钛需求大增,尤其是高端海绵钛需求大幅增加,多家海绵钛厂家已开展了扩能建设,近期海绵钛尤其是高品质海绵钛供应紧张,随着相关扩能建设实施将有望解决该局面。在超导材料和超导磁体技术的研究方面,我国近年来取得了一系列突破和重要成果。目前,我国在高性能低温超导材料、超导强磁场应用技术等方面开始接近或达到国际先进水平,产业化能力也有了显著提升,具备了与国际竞争的能力。高温超导材料工程化研发不断深入,具备了产业化能力。目前中国聚变工程堆、中国强流重离子加速器、超高场磁共振成像仪、大尺寸电子级单晶硅等重点项目已经陆续启动,智能电网和超导磁悬浮列车也正在加速发展,超导材料和超导磁体的需求不断上升。国际市场对我国超导线材、超导磁体的技术水平、质量和价格水平也越来越认可。
高温合金尤其是高性能高温合金市场仍主要依赖进口,但随着国产化越来越迫切,近年来新入门该领域的公司发展势头迅猛,开始承担航空发动机、燃气轮机等高端装备用高温合金的研制和生产任务;可以预见,新入门公司依靠人才聚集、设备先进等优势,将会成为我国高品质高温合金市场的重要研发和生产力量。
(五)行业格局和趋势:从行业需求来看,“十三五”期间,一方面随着国内重点型号任务需求增加,我国航空工业和发动机制造进入发展的快车道,将带动高端钛合金产品需求的持续增长;另一方面,载人、无人潜水器实现产业化,将带动深海油气勘探、资源开发,海工装备制造、海军装备升级等新增产业蓬勃发展,进一步推动钛产品的应用。“十四五”期间,上述需求还将快速增长。因此,钛合金和高温合金行业发展总体水平预测前景较为乐观。高端装备行业对于高品质国产材料的需求,将会进一步增加。这就要求国内材料行业需继续加强自主创新,保障高端材料的研发与供应。同时,紧密围绕国家战略方针,坚持走绿色、高效、可持续发展的道路,并通过不断探索和扩大材料的应用领域,推动产业链向高端市场持续迈进,提升产业和产品的发展空间。
(1)超导行业:超导材料一直是国际技术发展的重要方向。近年来,我国的超导材料研发一直保持与世界同步,在超导材料制备、应用开发和产业化方面取得一系列突破和重要成果。在低温超导线材、MgB2线带材、Bi-2223长带等领域形成了一批自主知识产权的技术,相关材料性能已达到国际先进水平。
1、在实用化低温超导材料方面:NbTi和Nb3Sn为主的低温超导材料具有优良的机械加工性能和超导电性,是目前最主要的实用化超导材料。ITER、LHC等为代表的大科学工程推动了低温超导材料性能和产业化水平的不断提升;MRI、NMR等为代表的高端医疗和分析装备磁场水平不断提升,市场需求规模不断扩大,进一步推动低温超导材料和应用技术的快速发展。公司MRI超导线材已参与国际竞争,销售收入同比增长45.25%,在国际竞争中市场份额正在持续扩大。
我国高性能NbTi和Nb3Sn超导线材制备技术取得重大突破,线材综合性能指标(临界电流、磁滞损耗和剩余电阻率)及性能稳定性达到国际领先水平。目前超导MRI正在向高磁场、短腔和开放型发展,超导NMR正在向面向大分子分析用1GHz以上高频设备商品化发展,因此对超导材料的均匀性和载流性能提出了更高要求,低温超导材料产业需要进行升级。中国工程聚变试验堆(CFETR)项目、中国强流重离子加速器装置、中国加速器嬗变驱动研究装置等已立项,需开发具有更高机械性能和更高磁场载流性能的材料并实现产业化生产,以满足国家重大基础设施项目的材料需求。
2、在实用化高温超导材料方面:目前高温超导材料在材料基础研究和工艺研究方面都有长足进展,材料性能已基本满足应用需求,国际上该领域发展重点是低成本、大规模的批量制备技术。我国高温超导材料大规模应用的瓶颈问题是材料价格过高以及产能不足,需要进一步提高技术成熟度、提升产业化能力,并改善材料综合性能,从而提高材料性价比。重点发展20T以上全超导磁体、高性能核磁共振MRI/NMR用超导线材结构设计及批量化加工控制技术、低成本千米级高温超导涂层导体织构化基带及功能层沉积技术、高性能Bi系和铁基超导线材制备技术,为先进核磁共振仪器制造、智能电网、先进通信、磁悬浮列车、特种高场磁体制造等提供坚实的材料支撑和新的技术发展途径,围绕超导材料、先进仪器、电力电子、低温制冷等方面形成可持续发展产业链。
(2)在超导磁体方面:目前国际上超导磁体发展重点是高磁场水平、低使用成本的制造技术,我国在超导磁体技术方面已基本与国际同步。近年来,我国相关应用领域对超导磁体领域已形成明确市场需求,未来在面向大尺寸半导体级单晶硅应用的大型超导磁体系统、面向金属加工领域应用的高效节能超导感应加热装备、面向推进和风力发电应用的大功率超导同步电机、面向医疗应用的新型高场MRI研制及其产业化、面向城市配电应用的高温超导电缆和高温超导限流器有广阔的产业化前景,全面发展超导磁体技术将推动我国超导强电应用技术跨越式发展,全面服务于国家电力、能源、科学研究的可持续发展。
(3)高温合金行业:高温合金材料是新型航空发动机及燃气轮机制造的关键材料,用于制造发动机机匣、涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘等核心部件。在国外,以ATI、SMC等为代表的高温合金材料生产企业,近年来通过规模化、精益化生产的方式,不断提高高温合金材料的质量和稳定性,降低高温合金材料的生产成本;并且持续开发更高使用温度的高温合金材料,同时优化现有高温合金生产工艺和生产设备,进一步提高高温合金的纯净度和均匀性。在国内,国产高温合金材料在纯净度、均匀性、批次稳定性及生产成本等方面较国外高温合金存在一定差距,尚不能完全满足高端装备尤其是航空发动机对材料的要求。近年来,随着“两机”重大专项的逐步实施,国内对于高性能高温合金材料的需求愈加迫切,国内生产企业为了解决高温合金材料的现存问题进行了针对性的研发,以提高国内高温合金材料的质量水平。由于我国航空发动机产业迅猛发展,进口替代迫在眉睫,相关研制单位对关键材料将缩短评审认证周期。