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报告发布方:中金企信国际咨询《行业冠军认证-海绵钛行业市场占有率报告(2024)-中金企信发布》
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海绵钛产业链上游为用来制备海绵钛的钛矿资源,中游为海绵钛的生产,下游为对海绵钛再加工形成的钛材行业,并最终应用于航空航天、舰船、化工、消费电子等行业。
(1)海绵钛基本简介:海绵钛是钛金属单质,一种多孔的纯钛,从钛矿中还原出来的中间产品,一般为浅灰色颗粒或海绵状,海绵钛是生产钛合金的主要原材料,是钛工业的基础环节。海绵钛通常与其他金属元素混合熔铸成锭后,被用于制造钛板、钛棒、钛管等纯钛或钛合金产品,钛合金材料中海绵钛质量约占比90%。海绵钛中含有的杂质元素和微观结构对钛合金的力学性能、耐腐蚀性能以及耐高温性能等有着决定性的影响。高端海绵钛可以生产出高性能的钛合金,满足航空航天、国防军工等高端领域对材料的严苛要求。海绵钛的外观类似于海绵,有许多小孔和杂质,这种形态的钛具有较高的表面积,使得它在与其他物质反应时具有较高的活性。海绵钛纯度一般在98.5%-99.8%之间,密度约为1.6-1.8克/立方厘米,比金属钛的密度(4.5克/立方厘米)低很多。
钛在500℃的高温状态/-253℃低温状态长期使用仍可以保持金属特性。通常铝在150℃,不锈钢在310℃便会失去原有性能。钛在硬度、耐热性及导电导热性方面与其他过渡金属(如铁、镍)相似,但是相对更轻。此外,钛具有很好的耐腐蚀性,钛与空气中的氧和水蒸气亲和力高,在-196℃~500℃的温度范围内,钛表面会形成一层稳定性高、附着力强的永久性氧化物薄膜,故而耐酸碱腐蚀。钛的密度小、强度高、比强度大,与其他金属的密度和比强度比较情况如下:
钛具有密度小、比强度高、导热系数低、耐高温低温性能好,耐腐蚀能力强、生物相容性好等突出特点,因此被广泛应用于航空、航天、生物医疗、化工冶金、海洋工程、体育休闲等领域,是实现战略新兴产业创新驱动发展的重要物质基础,是支撑和保障航空航天、国防军工、舰船装备和海洋工程、核电等领域高端应用的关键核心原材料和重大战略需要的关键保障原材料,被誉为“太空金属”、“海洋金属”、“现代金属”、“战略金属”和“未来金属”。钛工业发展水平是一个国家综合实力的重要标志。海绵钛产量是衡量一个国家钛工业规模的重要指标,海绵钛制造工业的发展对一个国家的国防、经济及科技的发展具有战略意义。目前世界上仅有美国、俄罗斯、日本、中国四个国家掌握完整的钛工业生产技术。
根据国标《海绵钛》(GB/T2524-2019),海绵钛按照粒度规格可分为标准粒度(0.83mm-25.4mm)、小粒度(0.83mm-12.7mm)和细粒度(0.83mm-5.0mm);海绵钛按化学成分及布氏硬度分为0A、0、1、2、3、4、5这7个等级,0A等级最高,等级越高,钛的纯度越高,所含Fe、Si、Cl等杂质越少,布氏硬度越小。布氏硬度是各种杂质成分综合影响的结果,硬度越高,表明杂质含量越高,质量越差;相反,硬度越低,则杂质含量越少,质量越好。0A、0、1等高等级海绵钛在航空航天、国防军工等领域的应用较高,而化工、消费电子等用钛对纯度的要求相对不高,一般用中低端等级海绵钛。
同时,根据国标《海绵钛》(GB/T2524-2019),海绵钛的外观质量应为浅灰色或银灰色海绵状,表面清洁,无目视可见夹杂物,可允许有部分有缺陷的海绵钛块,有缺陷的海绵钛块是指具有明显的暗黄色或亮黄色的氧化海绵钛块、带有暗黄色或亮黄色痕迹的氧化和富氮的海绵钛块、带有明显氯化物残余的海绵钛块、带有残渣的海绵钛块、高钛及其伴生元素的海绵钛块、带有吸潮痕迹的表面呈暗灰色的海绵钛等。0A级品、0级品、1级品中存在有缺陷的海绵钛块重量不准许超过批产品总量的0.05%;2级品和3级品中存在有缺陷的海绵钛块重量不准许超过批产品总量的0.1%。海绵钛的主要生产方式是镁热还原法(Kroll法),即用氯气、石油焦和富钛料反应生成四氯化钛,再用镁将四氯化钛还原生成海绵钛和氯化镁。镁热还原法是目前最广泛使用的方法,其他生产方式还有亨特法、电解法等。
镁热还原法是生产海绵钛的主要工艺,分为半流程法和全流程法。海绵钛生产需要经过三个大的流程:氯化、还原蒸馏-精整、电解。三个流程都具备,则称为全流程法,如果只具备还原蒸馏,则称为半流程。全流程的主要工序为:①利用石油焦(主要元素为碳)还原钛渣,并通入Cl2进行氯化形成粗TiCl4;②通过铝粉除钒、硫化氢除钒、铜丝除钒以及矿物油除钒等方法获得精TiCl4;③在800-900℃下,以一定的流速通入精TiCl4,使之与电解的Mg发生还原反应:TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2;④在反应温度下,生成的MgCl2呈液态,可以及时排放出去,在900-1,000℃及一定真空度的条件下,将残留的MgCl2和过剩的Mg真空蒸馏出去,获得纯净的海绵钛;⑤MgCl2经过电解工艺可分解为Mg和Cl2重复利用,只需少量补充Mg与Cl2的损耗。
(2)海绵钛发展历程分析:中国海绵钛市场总体可以分为六个阶段,即为1955至1959年的萌芽期,20世纪60年代至70年代的启动期,1970-1982年的震荡期,1982-1990年的高速发展期,1990-2015年的震荡期和2015-2023年的成熟期。
中国钛工业起步于20世纪50年代。1955年11月在重工业部有色金属综合研究所用镁还原法成功制出海绵钛。1958年在抚顺铝厂实现了海绵钛工业试验,成立了中国第1个海绵钛生产车间,同时在沈阳有色金属加工厂成立了中国第1个钛加工材生产试验车间。
20世纪60年代-70年代,在国家的统一规划下,中国先后建设了以遵义钛业为代表的10余家海绵钛生产单位。遵义钛业是20世纪60年代我国三线建设重点厂矿之一,1966年正式建厂。1970-1982年,多家海绵钛企业倒闭,海绵钛产量下降。因海绵钛生产工艺复杂、技术难度大,加之规模偏小难以抵挡国外海绵钛企业的竞争,中国国内的10多家海绵钛企业纷纷倒闭或破产,仅剩下遵义钛业和抚顺钛厂两家。1980年前后,中国海绵钛产量达到2,800吨,由于当时大多数人对钛金属认识不足,钛材的高价格也限制了钛的应用,钛加工材的产量仅200吨左右,钛工业陷入困境。
1982-1990年,国家政策促进海绵钛的生产及应用。1982年7月中国成立了跨部委的全国钛应用推广领导小组,专门协调钛工业的发展事宜。改革开放之后,在国务院的推动下,中国的钛工业高速发展,应用范围不断拓宽,行业生产规模不断扩大,但大部分产品都是纯度相对较低的低端产品,高端产品主要依靠进口。
1990-2015年,经济下行压力导致海绵钛增长态势转变。2013年前后,由于宏观经济下行压力逐渐增加,下游需求产品结构升级转化,在供给侧结构改革的作用下,中国海绵钛市场出现显著的下滑,产能利用率逐渐走低,大量产能停产,2015年中国海绵钛产能迅速下降至8.80万吨。2015年后中国海绵钛生产缓慢恢复,2017年中国海绵钛产业飞速发展,产量已居世界第一。2015年至2022年间中国国内海绵钛产量由5.9万吨持续增长至17.5万吨。同时,在航空航天、海洋工程、高端化工(石化、环保等)、军工等行业需求拉动下,行业结构性调整初见成效,产业结构开始由低端走向高端。
(3)海绵钛行业发展现状及未来发展趋势:衡量一个国家钛工业规模有两个重要指标:海绵钛产量和钛材产量,其中海绵钛产量反映的是原料生产能力,钛材产量反映的是深加工能力。全球拥有海绵钛生产技术和生产能力的国家有美国、俄罗斯、中国、日本、乌克兰、哈萨克斯坦、沙特阿拉伯和印度等。从全球海绵钛行业产量来看,2022年全球海绵行业产量为27.9万吨,同比增长14.6%。其中,中国海绵钛产量占到62.7%。俄罗斯及乌克兰海绵钛产量出现不同程度的下降,日本、哈萨克斯坦、沙特阿拉伯海绵钛产量有所上升。
1)我国海绵钛产量情况及未来市场规模:根据《2022年中国钛工业发展报告》,2015年至2022年间国内海绵钛产量由5.9万吨持续增长至17.5万吨,年均复合增速达到16.80%。
2015-2022年中国海绵钛行业产量现状分析
数据整理:中金企信国际咨询
中国海绵钛产量自2015年以来已实现逐年增长,各主要生产企业通过各自的工艺技术进步、设备更新和管理经验的积累,已逐步向全流程、大型化和精细化方向发展。国内海绵钛生产企业整体技术提升,降低了生产成本,提升了生产效率,使海绵钛产能、产量占据世界绝对领先地位。根据统计数据,2022年我国海绵钛市场规模达113.26亿元,预计未来五年海绵钛的市场规模将增长至291.3亿元。
2)我国海绵钛进出口现状:2021年,在生产原料价格上涨和能耗“双控”政策加码的双重影响下,原镁生产成本增加,市场供应偏紧,镁价格强势上行。此外,受益于航空航天、海洋工程等下游领域发展,海绵钛市场运行良好,需求旺盛,四氯化钛、镁锭等上游原材料价格保持在高位导致国内半流程企业产能释放受限,海绵钛行业大部分半流程或落后产能被迫退出市场或进行转型升级,同时因地缘冲突俄罗斯和乌克兰海绵钛企业产量大幅下降,海绵钛价格保持在高位。受此影响,2021年我国进口海绵钛1.38万吨,金额达1.05亿美元,进口量创下历史新高,出口量仅712吨,金额仅370万美元,存在较大贸易逆差。
2022年我国海绵钛产量为17.50万吨,进口海绵钛1.14万吨,出口量仅1,920吨。2022年海绵钛进口主要集中在上半年,随着国外海绵钛价格的大幅上涨,下半年我国进口海绵钛数量迅速萎缩。2022年我国海绵钛主要进口来源国为日本、哈萨克斯坦、沙特阿拉伯。受下游行业需求旺盛影响,国内海绵钛行业企业产能持续扩张,并带动出口增加,根据中国海关数据,2023年海绵钛进口量为133.84吨,出口量为5,837.84吨,出口量较2022年提高204.05%,海绵钛出口量创近十年来新高,国内海绵钛产业迈向了出口高端化的局面,全球竞争力进一步提升。
(4)海绵钛下游行业发展态势:钛材即钛加工材,是指海绵钛(或海绵钛加合金元素)经熔炼形成钛铸锭,再经锻造、轧制、挤压等塑性加工方法将钛铸锭加工成钛材,钛材按照不同的标准可分类如下:
由于钛及钛合金涉及的熔炼及加工技术复杂、技术含量高,目前世界上仅有美国、俄罗斯、日本、中国四个国家掌握完整的钛工业生产技术。根据相关数据表明,越是发达的国家,工业规模越大的国家,用钛量越大,越是技术先进的国家,越是将钛材用于航空航天工业,越是使用高端的钛材。钛及钛合金对一个国家的国防、经济及科技的发展极具战略意义。
钛的主要应用场景和相关性质分析
近年来,随着全球宏观经济变动和当前国际经济政治格局复杂多变,“十四五”规划和军队现代化建设进入加速期,军工装备等高端领域用钛大幅提升,钛材行业在稳固扩大传统市场的同时,加速拓展在高新领域的应用,传统化工行业用钛量稳步增长,航空航天、船舶与海洋工程、医疗用钛、消费电子等领域继续保持高速增长从而推动我国钛材的需求量持续快速增长。根据2018-2022年《中国钛工业发展报告》,2018年至2022年间国内钛材消费量由5.7万吨持续增长至14.5万吨,年均复合增速达到26.29%。
在航空航天、国防军工等高端领域,我国海绵钛消费存在较大缺口。全球钛材消费结构中钛材主要应用于高端需求领域,其中航空领域用钛占比高达46%。在拥有发达的航空航天和军工国防工业的北美和欧盟地区,尤其是美国,50%以上的钛制品需求来自于航空航天和国防军工领域。从国内钛材消费结构来看,我国虽然是全球最大的钛金属生产国和消费国之一,但整体呈现民用化和低端化的特征,我国钛制品需求大部分来自化工领域,应用主要为抗腐蚀材料,技术含量相对不高,航空航天领域高端需求,虽然近两年占比有所提升,但仍远不及国际平均水平。根据《2022年中国钛工业发展报告》数据,2022年国内钛材消费结构中,化工与航空航天作为前两大应用领域,消费量分别达到7.3万吨、3.3万吨,分别占比50.34%、22.76%。因此,航空航天等行业高端用钛比例与全球钛材需求结构相比较低,未来增量空间广阔。同时,我国大力推进的深海发展计划和大飞机发展国产化,对高端钛材的需求也将呈现快速增长态势,这为高端海绵钛生产企业提供了有力的市场机遇。
此外,2023年成为钛合金在消费电子行业应用元年,苹果公司于2023年9月发布iPhone15系列手机,其中iPhone15Pro、iPhone15ProMax宣布搭载钛合金边框。2023年10月26日,小米14系列发布会上亦宣布小米14Pro将有一个钛金属特别版。苹果手机有效推动了材质迭代,手机用钛渗透率将有望快速提升。根据测算,钛材加工的成材率普遍在65-85%左右,我国钛材消费量的快速增长亦将推动海绵钛需求的快速增长。