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2023年感应热处理设备行业市场供需规模结构分析及未来市场发展趋势预测


(1)热处理的定义及用途:热处理是装备制造行业中的四大基础工艺(锻造、铸造、热处理和表面处理)之一。热处理工艺是指将金属材料放在一定的介质中经历加热、保温、冷却的三个过程,通过改变金属材料表面或内部的组织结构达到所需的抗腐性、耐磨性、抗疲劳性等性能,从而大幅提高齿轮、轴承、链轨节等工件材料性能和使用寿命。

热处理实质是通过赋予和改善金属材料及其制件一定的内部组织结构来实现特定性能要求的工艺技术。实践表明,金属材料的化学成分仅是它所具有各种性能的潜在因素,其性能潜力只有通过热处理工艺技术才能被调动出来。热处理在现代化工业中发挥重要作用,热处理技术水平的高低将对整机制造的附加值起到决定性作用。

热处理具有“点石成金”的功效。热处理可以保证和提高工件的强度、硬度、塑性、韧性、耐磨、耐腐蚀等各种性能,还可以改善毛坯的组织和应力状态,以利于进行各种冷、热加工。热处理通过改变工件内部的显微组织,使得工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能。以钢制工件的热处理为例,热处理可以显著提高钢的机械性能,延长工件的使用寿命。合理的热处理可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷,细化晶粒、消除偏析、降低内应力等。举例来讲,冷挤压凸模和冷镦机的冲头用高速普通钢制造,通过多次调整淬火和回火工艺可以使其寿命提高近10倍。

(2)热处理工艺介绍:热处理根据处理方式可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。其中表面热处理是通过加热工件表层,以改变其表层力学性能的金属热处理工艺,主要分为表面淬火和回火、物理气相沉积等5种工艺。表面淬火因为变形、氧化及脱碳较小而应用较广,而且表面淬火还具有外部强度高、耐磨性好,而内部保持良好的韧性、抗冲击力强的优点。在很多情况下,我们既希望构件有较高的强度和硬度,又希望它的韧性要好,但二者常常是矛盾的,因此,使构件心部保持韧性而表面得到强化成为理想的选择,它可以通过表面淬火等工艺来实现。

 

感应热处理是通过感应电流使关键构件局部加热的表面热处理技术。感应热处理的技术原理是当电流流向被绕制成环状或其它形状的加热线圈,在线圈内产生极性瞬间变化的强磁束,产生相对于的很大涡电流使物体自身的稳定迅速上升,从而达到对所有金属材料加热的目的。感应加热原理图如下:

 

根据《热处理工艺设计与选择》(机械工业出版社,2013年5月第一版),感应淬火是指利用感应电流通过工件所产生的热量,使工件表层、局部或整体加热并快速冷却的工艺。将工件放在由薄壁纯铜管制造的感应器中,当感应器中通入一定频率的交流电时,感应器会产生交变磁场,受电流交变磁场的作用,工件表面就会产生感应电流(称为涡流),由于感应电流具有集肤效应(涡流强度集中在工件表面,内层逐渐减小),工件表面能在几秒内温度上升到800-1000度,而心部由于存在感应涡流很弱,温度的上升却很少。从而使工件在几秒钟内快速加热到淬火温度,随后冷却,达到表面淬火的目的。感应淬火加热示意图如下:

 

根据《现代表面热处理技术》(机械工业出版社,2017年第2版),感应热处理相关产品技术工艺的设计过程是根据工件的技术要求(工件材料属性、原始组织状态、技术要求)、工序关系等因素,选择合理的加热、冷却方法和设备,计算出合理的电、热参数,编制出正确的工艺文件等一个完整系统的过程。

感应热处理具有机械化自动化程度高、加热速度快、工件变形小、节约能源等优点,符合可靠(Sure)、安全(Safe)、节约(Saving)的“3S”标准,也符合低温(Cool)、干净(Clean)、安静(Calm)的“3C”标准,对同一种规格大批量零件进行感应淬火,便于实行机械化、自动化操作和在线生产,生产效率高。感应热处理在机械制造业中得到了广泛应用,工艺要求高的高档感应热处理设备价格昂贵。在国内外机械制造行业,特别是在风电装备、工程机械、汽车制造等行业中得到了广泛应用。具体优势如下:

 

(3)感应热处理设备介绍:近年来,国内感应热处理装备制造技术水平和质量不断提高,产品种类越来越全、成套性越来越高,技术实力强的厂家可以研发生产成套中高档感应淬火机床。感应淬火机床按照生产方式划分,可分为专用机床和通用机床。发行人生产的高档数控感应淬火机床是专用机床,需要根据客户的需求进行定制化的开发。

 

与传统通用机床开发设计不同,专用机床会依照客户设计要求进行定制化开发。高档数控感应淬火机床的开发需要技术人员根据不同领域的工件感应热处理的技术要求确定工件上下料方式、装夹定位方式、电源频率、功率、加热方式、冷却方法、回火方式、感应器设计、变压器设计,进行淬火、回火试验,并获得相关参数。

感应淬火工艺参数分为电参数与热参数两类。工艺参数在实际生产中受到多种因素影响,如材料成分稳定性、淬透性能、材料原始组织差异、电源加热功率的稳定性、冷却液流量温度的一致性等。随着各种因素的不断变化,均会对淬火质量的一致性造成影响,如果工艺参数超差过大将会出现工件的开裂、淬火层深过深或过浅、工件表面硬度过高或过低、表面硬度不均匀、表面局部烧融等质量问题。发行人经过多年的积累,积累了丰富的行业经验和不同应用场景的淬火技术参数。

中金企信国际咨询公布的《2023-2029年全球及中国感应热处理设备市场专项调研及投资战略评估预测报告

(4)热处理行业发展情况:根据中金企信统计数据显示,2016年全球热处理市场规模为907亿美元,2025年市场规模约1,236亿美元,预计2017至2025年复合增速为3.5%。根据中金企信统计数据显示,2020年全球热处理市场规模约915.40亿美元,2027年市场规模约1,220亿美元,预计2021至2027年复合增长率为3.7%,其中亚太地区在2027年的市场规模将达到530亿美元。全球热处理行业市场空间较大。

根据热处理行业协会数据显示,我国“十二五”末热处理行业生产总值800亿元,“十三五”末热处理行业生产总值1,200亿元,年均复合增长率8.45%。其中热处理设备和工艺材料销售营业额约200亿元,热处理加工服务营业额约1,000亿元。

根据中金企信统计数据显示,近年来我国热处理设备市场逐渐增大,2008年我国热处理设备市场销售收入35亿元,中高端热处理设备占比约30%;2015年热处理设备市场销售收入为100亿元,中高端设备占比约50%;2020年热处理设备市场销售收入150亿元,2015年至2020年热处理设备销售收入年均复合增长率约8.45%。

我国热处理设备存量在20万台左右,相对稳定,由于热处理设备比较老旧,并且技术上比较落后,导致能耗高、环境污染较大,旧设备替换需求较强。在节能减排现状及“碳中和”背景下,高效、节能、环保热处理设备的需求将会增加。当前,工业发达国家热处理生产线等先进热处理装备占设备总量的75%~85%,而我国热处理行业仅达到50%左右。根据发达国家热处理行业的发展经验,专业化生产制造是工业化国家实现高效、优质、低耗生产的有效选择。

根据中国热处理行业协会颁布的《中国热处理行业“十四五”发展规划纲要》数据预测,感应淬火机床普遍朝柔性化、自动化、智能化控制方向发展。数字化、智能化、多工位能够实现全过程自动化生产的感应热处理设备、感应加热调质热处理生产线和齿轮沿齿廓同步双频感应淬火机床,在“十四五”期间需求量会明显增加,感应热处理装备年需求量仍保持1,000台以上。

(5)下游市场需求分析:热处理应用领域几乎覆盖所有的设备制造及机械加工场景,包括轴承、模具、紧固件、铸件等机械制造基础行业及风电新能源、工程机械、汽车、机床、轨道交通、航空航天等高端先进制造业。随着新一代信息技术与新能源技术的不断发展,以及与制造业的融合发展,未来热处理技术的新应用领域还将不断涌现。根据中国热处理行业协会颁布的《中国热处理行业“十四五”发展规划纲要》数据预测,感应热处理装备年需求量保持1,000台以上。

(6)行业的技术水平、特点及发展趋势:

1)行业技术水平:我国70余年的热处理技术分为四个发展阶段,分别为全面引进前苏联技术阶段、自力更生阶段、快速发展阶段和自主创新阶段。

 

我国热处理工艺技术经过多年的发展取得了巨大进步,行业整体的技术水平与世界先进技术水平的差距逐步缩小。21世纪以来在国家引进、消化、吸收和在创新的战略引导下,热处理行业龙头企业持续加大技术创新和技术储备能力。

虽然我国的热处理工艺技术取得了较大进步,但是在可靠性和使用寿命方面仍与发达国家存在一定技术水平实力差距。在热处理过程中可以精确掌控和调整各类工艺参数、气氛成分、表面沉积层化学成分、金相组织及分布状态、产品畸变规律及硬度等能够直接影响机械产品可靠性和使用寿命的关键技术方面,与先进工业国家热处理相比,还存在一定差距。

我国高档感应淬火机床的技术水平逐渐提高。当前,国际著名热处理企业在华的独资或合资企业及少数技术实力较强的中国企业能够满足市场上对于高档感应淬火机床的需求,对于高档感应淬火机床的技术水平发展方向主要体现在如下方面:

 

我国高档感应淬火机床行业技术水平逐渐提高,但整体较低,主要系我国感应热处理技术的研发起步较晚,主要研究从上世纪50年代开始,上世纪六七十年代才有部分企业实现生产,直至21世纪初我国感应热处理装备制造才开始进入自主创新制造、规模化生产阶段。21世纪前,国内感应热处理装备基本依靠进口,目前高档感应热处理装备市场仍被国外部分企业占据。相比国际大型企业,国内多数企业资金实力不强,生产技术相对落后,生产规模较小,总体竞争实力不如国际大型企业。国内感应热处理行业企业处于成长壮大期、技术水平处于追赶期、产品处于进口替代提升期。

(2)行业技术特点:热处理装备制造具有涉及基础学科知识广泛的特点。热处理是一种集金属材料学、热处理学、信息技术学、机械制造及其自动化学、电气工程及自动化学为一体的现代化行业,技术涉及面广,对人才专业知识及工作经验要求高。

热处理装备制造具有定制化程度较高的特点。由于不同客户对产品的配置、性能、参数等要求存在差异,行业内公司通常会依照客户的定制要求下达至研发部门进行定制化开发,待双方达成一致后进行合同签订、备货、生产及验收工作。

根据信达证券《点石成金—详解热处理技术》资料显示,过去,我国大量使用以空气作为加热介质的箱式、井式、台车式空气介质炉和部分浴炉,这些设备对环境的污染大,能源消耗量高。近年来,国内机械制造行业陆续开始使用感应加热设备,和可控气氛炉、真空炉、等离子炉等炉类产品相比,感应热处理设备更加高效、节能、环保。

(3)未来发展趋势:当前,我国热处理产业链的智能化、高端化、现代化、复合化的热处理装备研发生产水平仍然较低,热处理产业基础配套落后,与国际领先技术水平国家仍存在较大差距,是我国高端热处理设备及核心部件实现进口替代的主要瓶颈。

在绿色制造和“智能+”时代到来的双重影响下,“十四五”期间,推广数字化、网络化、智能化及绿色化新型热处理装备制造和先进工艺发展;加快数字化热处理技术装备和智能化热处理车间的建设;利用智能制造推动热处理技术创新;建立智能化热处理标准评价体系,将有利于促进热处理的数字化和智能化发展。随着国家节能减排方针的贯彻落实,对热处理设备的节能、降耗、减排要求越来越高,这将为坚持绿色低碳制造、节能环保型的热处理设备制造企业带来新的利润增长点。因此,加快推进热处理信息化与智能制造,是未来热处理发展方向。

 

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