铝合金金属添加剂是铝合金行业合金化步骤中使用的重要功能性添加材料,会直接影响铝合金的质量和性能。下游铝合金行业发展情况将直接决定着铝合金添加剂的市场状况。
1、铝合金金属添加剂简介
合金化是铝合金生产工艺流程中最重要的一环,在铝合金熔炼中需要投入铝合金金属添加剂来调整合金组分、提升产品性能。主添加元素在铝液中的熔化情况、元素分布均匀性以及熔体纯净度会影响铝合金的最终性能指标。
铝的熔点约为 660℃,而铝合金熔炼中需加入的锰、铁、铜、钛、铬等高熔点金属与铝的熔点差距较大,若将其以单质(纯金属)的形式加入到铝液中熔解,则熔炉的温度需升高至拟加入合金元素的熔点以上,这样会造成铝液的汽化,且熔炉内的铝液易与周围的氧气、氢气、水等发生化学反应,形成难以去除的杂质,导致铝合金性能偏差,难以符合高端铝合金性能的要求,甚至导致铝合金的报废。
另外,将熔炉大幅升温需耗费更多的能源,且升温时间长,导致制备过程的高成本、低效率。现阶段制备铝合金时所采用的元素添加方式有以下三种:
A、直接加入法
以纯金属的形式直接加入熔体中与基体金属一起熔化,一些低熔点的合金元素,如镁、锌、锡、铅、铋、镉、锂等,多以这种形式添加。
B、中间合金加入技术
中间合金加入技术在 20 世纪 50-60 年代中后期在我国开始运用。利用“多数合金的熔点低于其组分中任一种组成金属的熔点”这一特性,对于合金成分中的难熔组分,如铜、锰、钛、铬、镍、铁、硅等,预先将其与铝熔炼铸成中间合金锭即浓缩版合金。在铝合金生产备料时,将中间合金锭配料到炉料中,在补料或冲淡时也用这种中间合金加入铝合金熔体中来调整成分,达到降低合金元素熔融过程时所需温度的目的。
中间合金加入技术较为成熟,工艺稳定,操作简便,目前多用于高铁型材、军工产品和建材等领域。由于中间合金加入技术存在二次熔炼,造渣多、损耗高、能源消耗较大,逐渐被合金金属添加剂加入技术所替代。
C、合金金属添加剂
加入技术20 世纪 90 年代,铝合金金属添加剂加入技术在我国开始试验和应用。对于铝合金成分中的难熔组分,如锰(Mn)、铁(Fe)、铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)等,预先将其制成粉末再与助熔剂、防潮剂等助剂按配方均匀混合后压制成饼块或其他形状添加剂产品。在熔炼铝合金时,将添加剂加入铝熔体中快速熔化来完成合金化。这种加入形式称为合金金属添加剂加入法,添加剂产品主要包括锰剂、铁剂、铜剂、钛剂、铬剂等。
相比于中间合金,合金金属添加剂生产时无高温熔炼过程,铝合金元素含量高,含杂质低,在熔体中能实现更高的 95%以上的元素实收率,能有效提升铝合金的制造效率,减少材料烧损,提高合金质量,故近年来合金金属添加剂加入技术在铝合金行业已得到较为广泛的应用,添加剂的需求量正逐步增加。
2、铝合金金属添加剂行业发展趋势
铝合金金属添加剂下游主要为航空航天、军工、船舶、轨道交通、汽车、建筑、光伏、包装等领域,随着这些领域对合金性能要求的提升,以及新材料技术的进步,铝合金金属添加剂有如下发展趋势:
A、消费水平提升和现代工业升级带动铝合金添加剂行业增长
随着消费水平提升和现代工业升级,下游航空航天、光伏、轨道交通、新能源汽车、船舶、消费电子等行业的快速发展,铝合金需求量将保持上升态势,并带动铝合金金属添加剂需求量上升。根据 Statista 数据,预计在 2022-2027 年期间,得益于下游应用领域的发展,世界原铝市场规模将会从 2021 年的 1523 亿美元增长到 2027 年的 2100 亿美元,平均增长率为 5.5%。同时,铝合金工业对铝合金金属添加剂的需求量也将保持同比例增长。
B、下游高端需求持续增长,头部企业规模化、技术领先优势明显
目前市场对高端铝合金的需求呈持续上升趋势,高端铝合金对添加剂的产品性能、稳定性、厂商的供货能力及响应能力等提出了更高的要求。规模较小的添加剂厂商公司运营不规范,设备及工艺相对简单,研发条件较差,产品不能满足下游高端铝合金厂商的高要求。行业龙头企业拥有丰富的行业经验和先进的技术水平,具备范围经济和规模经济优势,借助自身技术和规模优势,进一步提高产品性能,拓宽产业链资源和客户渠道,通过技术创新来引领行业发展。近年来,深圳新星、立中集团、东盛金材等行业头部地位越来越明显。
C、节能环保需求迫切
在碳达峰、碳中和等环保政策的驱动下,节能减排成为了现代工业中不可忽视的一项课题。铝合金金属添加剂解决了高熔点金属在低温下快速熔化的问题,可达到大幅度节能、减少二氧化碳排放的目的。此外,高性能、高含量铝型添加剂能减少氟化物、氯化物的添加,从而减小对环境的污染。因此,研发生产无氟无氯、低熔点、快速融化、高含量的节能减排型的产品是未来铝合金金属添加剂行业发展的趋势。
D、行业技术水平不断提高
由于下游航空航天、汽车轻量化、光伏支架、轨道交通、医疗器械、电子电器、建筑材料、包装材料等铝合金主要应用领域对铝合金产品的纯净度、各合金元素的均匀度等指标的要求更为严格,对铝合金金属添加剂产品在熔化时间、熔化温度、实收率、浓度、杂质含量、熔体内分布均匀度等方面提出了更高的要求。在当前的市场形势下,添加剂生产企业需要不断改进生产技术、配方和工艺,提高产品性能,才能在市场竞争中长久发展。
E、跨行业应用
传统钢铁的熔炼中,一般使用铁基中间合金或直接添加纯金属的方式添加合金元素,而高端钢铁生产时,对合金杂质、钢铁纯净度等指标要求较高。铁基中间合金的优点在于其价格较低,但其金属元素实收率低、杂质含量高,不利于提升钢铁品质,纯金属加入法价格较高且实收率较低。在铝合金行业已广泛应用的合金金属添加剂技术也可以应用到钢铁熔炼,替代铁基中间合金和纯金属加入法,达到高实收率、低杂质、节能减排的效果。未来合金金属添加剂技术会在高端钢铁等合金制造行业得到更加广泛的应用。
3、铝合金金属添加剂市场规模
铝是现代工业的重要基础原材料,纯铝的强度较弱,基本以铝合金形式应用到各终端应用领域。铝合金金属添加剂(即铝合金元素添加剂)是先进铝合金制造的关键添加材料,用来调整铝合金元素成份、改善铝合金性能,需求量与变形铝合金呈正相关关系。
中国有色金属加工工业协会发布《铝合金元素添加剂发展现状》一文显示,“根据 Statista 数据,2020 年世界变形铝合金即轧制铝材和挤压铝材总量约为 5,570 万吨,2020 年全球原铝产量 6,533 万吨,可以计算出变形铝合金约占原铝产量的 85.26%;2021 年全球原铝产量为 6,734 万吨,2021 年世界变形铝合金即轧制铝材和挤压铝材总产量约为 5,742 万吨。
根据国家行业标准《变形铝及铝合金化学成分》中变形铝合金中添加元素含量占比测算,2021 年全球铝合金元素添加剂需求量约为 60-70 万吨。根据 Statista 预测的2022-2027 年全球原铝市场增长率 5.5%计算,预计 2027 年铝合金元素添加剂需求量将达到 92.63 万吨。”
4、行业竞争概况及国内外主要企业
铝合金金属添加剂加入技术由 AMG 公司发明。20 世纪 90 年代,我国铝熔铸专家根据国际行业经验研制出国内首批铝合金金属添加剂产品。铝合金金属添加剂是铝合金制造业的一个细分子行业,发展至今,国内外市场已经呈现充分市场化竞争的状态,竞争格局较为稳定。行业企业大致分为大型生产商和中小型生产商两个梯队。
大型铝合金金属添加剂生产商主要包括美国 AMG、德国Hoesch、西班牙 Bostlan、东盛金材、润际新材、江西金泰、四川兰德等。大型生产商的企业规模较大,研发能力和技术实力较强,产品质量稳定可靠,其主要供应国外客户和境内中大型铝合金生产企业。此外,国外铝合金生产企业起步早,产业链和生产技术相对成熟,比较注重环境保护,重点采购铝型添加剂产品。
国内中小型添加剂生产商技术实力相对薄弱,其产品质量和性能一般,但具有成本和区域性优势,主要供应区域性中小型铝合金生产企业。中小型添加剂生产商主要分布在江苏徐州、广东佛山、深圳、河南和山东等地。以下分析国内外主要企业情况:
德国贺氏
Hoesch Metallurgie GmbH 是全球领先的合金金属添加剂、铝基中间合金生产商,总部位于德国。主要产品包括合金添加剂、晶粒细化剂、中间合金、精炼剂和硬化剂。主要销售地区为欧洲、中东、亚洲等。
美国安美奇
AMG(Advanced Metallurgical Group N.V.)是全球领先的铝晶粒细化剂和铝基中间合金生产商,总部位于美国宾夕法尼亚州韦恩市。安美奇具有超过 30 年的生产历史,提供晶粒细化剂、中间合金、合金添加剂、化学助熔剂等产品。AMG 产品系列包括:铝合金、镁合金、硅金属、铬金属、钽氧化物、钛、钒化工产品、铝粉、金属硅等。主要销售地区有:美国、德国、英国、中国、巴西、法国、日本、意大利、奥地利等。
西班牙博斯特兰
Bostlan,博斯特兰是全球领先的合金金属添加剂生产商,总部位于西班牙,有超过 30 年的行业经验,提供各种铝合金金属添加剂等辅助产品。
润际新材
重庆润际远东新材料科技股份有限公司(主板过会,A22048.SH),成立于 2005 年,位于重庆市江北区,专注于合金元素添加剂、晶粒细化剂等新型金属功能材料研发、生产、销售,合金元素添加剂产品主要包括锰(Mn)剂、硅(Si)剂、铁(Fe)剂、铬(Cr)剂、铁硅复合元素添加剂等系列,晶粒细化剂产品主要包括钒(V)剂、钛(Ti)剂等系列。是重庆市“高新技术企业”“知识产权优势企业”“专精特新中小工业企业”“企业技术中心”,是重庆市技术创新与应用发展专项重点项目(新材料与节能方向)的承担单位。产品主要用于高端特种钢和高端铝合金制备。
四川兰德
四川兰德高科技产业有限公司,成立于 1993 年,位于成都市新都工业东区,为铝熔体材料专业制造商,20 多年来专注于有色金属“熔体材料”的研发、生产与销售,产品分铝基中间合金(母合金)、元素添加剂及熔剂三大类,设计产能 3 万吨。在上海、江苏、浙江、重庆、广东及成都厂区设有销售服务处,自营出口到美国、英国、德国、意大利、日本、土耳其及东南亚等 30 多个国家和地区。
深圳新星
深圳市新星轻合金材料股份有限公司(603978.SH),成立于 1992年,上交所上市公司,总部位于深圳,主要从事铝晶粒细化剂的研发、生产和销售。铝晶粒细化剂作为重要添加剂,广泛应用于航空航天、轨道交通、军工、航海、建筑、机械制造、化学工业等各种领域用的铝材制造加工。是国家级高新技术企业、国家制造业单项冠军示范企业、国家火炬计划重点高新技术企业、广东省战略性新兴产业骨干企业。
立中集团
立中四通轻合金集团股份有限公司(300428.SZ),成立于 1998 年,深交所上市公司,总部位于河北保定,公司是专业从事研发、生产铸造铝合金、变形铝合金、铝合金车轮、功能合金新材料、精密模具、自动熔炼装备和锂钠电池新材料的国际化企业集团。
江西宏科
江西宏科特种合金有限公司,成立于 2007 年 3 月,是江西金泰集团下的子公司,业务板块分为金属添加剂,铝基中间合金,净化熔剂,泡沫陶瓷过滤板及海绵钛五个板块。
徐州有色
徐州有色科技有限公司,成立于 2007 年,公司位于江苏省徐州市,拥有研发中心、生产基地。产品包括铝合金细化剂、变质剂、金属添加剂、熔剂、铝基中间合金。
长沙科源
长沙科源冶金材料有限公司,成立于 2000 年,公司位于湖南省长沙市。产品包括熔剂、添加剂、细化(变质)剂和中间合金、电解锰片等。
东盛金材
哈尔滨东盛金材科技(集团)股份有限公司提供的铝合金金属添加剂覆盖锰 (Mn)、铁 (Fe)、铜(Cu)、钛 (Ti)、铬 (Cr)、镍 (Ni)和硅(Si)等元素,共 9 个剂型 110 个牌号。公司是全球少数几家可以生产金属含量在 95%以上铝合金金属添加剂生产企业之一,自主研发的熔剂型金属添加剂、铝型金属添加剂、速熔硅等系列产品技术水平全球领先。公司专注于新型金属功能材料近 30 年,培养了一支经验丰富的研发团队,2022年获批建设本行业国内首个国家级博士后科研工作站,不断扩充高端优秀人才。
公司是国家重点高新技术企业、工信部认定的“制造业单项冠军示范企业”,是行业标准《铝及铝合金成分添加剂》(YS/T492-2021)的第一起草单位、行业标准《铝及铝合金花格网》(YS/T92-2021)的参与起草单位,是国家知识产权局认定的“国家知识产权示范企业”和“国家知识产权战略实施工作先进集体”,黑龙江省“专精特新”中小企业,子公司沧东盛是“国家专精特新小巨人”企业。公司的“铝合金新型添加剂研究及产业化”项目获黑龙江省科学技术奖二等奖(科技进步)、荣获中国有色金属工业协会及中国有色金属学会共同颁发的中国有色金属工业科学技术奖二等奖。
公司现有专利 108 项,其中发明专利 10 项,且两项发明专利分获第十七届、第十九届中国专利优秀奖。公司与全球近 300 家知名铝合金生产企业保持稳定合作关系,产品远销近 40个国家和地区,产品主要用于中高端铝合金制备,是美国铝业、俄罗斯铝业、力拓加铝、诺贝丽斯铝业、海德鲁铝业、中国铝业、明泰铝业、亚太科技、创新新材、华北铝业等全球铝业前十和国内外知名铝业集团的重要供应商。