(1)行业概况
1)锻铸造基本概念
锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力,使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷,优化微观组织结构,同时保存了完整的金属流线,具有较强的金属塑性和力学性能。机械运行中负载高、工作条件严峻的重要零件,除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外,多采用锻造工艺实现。
铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里,经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛坯因近乎成形, 可降低成本并在一定程度上减少制作时间。
2)锻铸行业基本情况
①锻造行业基本情况
锻造业作为机械制造基础性行业,对装备制造和国防建设具有重要影响,特 别是大型锻件制造,技术含量高,是关系到国家安全和国家经济命脉的不可或缺 的战略性基础行业。锻件在航空航天、能源设备、兵器工业、船舶、工程机械、 轨道交通等均大量使用,应用领域广泛。
②铸造行业基本情况
铸造行业是集材料及成形、机械、化工、冶金、流体、传热等技术于一身的综合性学科,在国民经济及基础工业中均占据相当重要的地位,精密铸造更是航空装备的关键制造技术。
铸件在主要机电产品如通用机械、机床、轻纺机械、农机、电子、内燃机等行业中所占重量比例很大,随着大型、复杂、薄壁、精密、整体功能化精密铸造技术的突破,铸造产品广泛应用于制造飞机结构件及航空发动机机匣等结构件,航空、航天等高端市场需求旺盛。
我国铸造企业普遍从事低端产品,高端还依赖进口,铸造机械的主机、关键工艺设备、高端铸造等仍以进口为主。
(2)行业技术
1)锻造技术
根据生产工艺不同,可以将锻造技术分为以下几种:
自由锻指用简单的通用性工具,或在锻造设备的上、下砧铁之间直接对坯料施加外力,使坯料产生变形而获得所需的几何性质及内部质量的锻件的加工方法。
模锻指金属材料在具有一定形状的模锻膛内受压变形而获得锻件。一般用于生产重量不大、批量较大的零件。模锻可分为热模锻、温锻和冷锻。
碾环通过专用设备碾环机生产不同直径的环形零件。
特种锻造包括辊锻、楔横轧、径向锻造、液态模锻等锻造方式,比较适用于生产某些特殊形状的零件。
近年来,锻造技术发展呈现出精密化、大型化的发展趋势,同时也采用多种材料、利用有限元分析技术提高锻造水平,具有代表性的技术如下:
①精密模锻技术
该种锻造技术是在普通模锻技术基础上提出的,主要通过提高模锻的加工精度,最终提高锻件的精密度与环保性。目前,应用前景较好的包括无飞边热模锻技术、无飞边温锻技术以及温冷复合成形锻造技术三种,因其应用条件不同,锻件的生产成本、产品性能等也略有差异。
②大型锻件锻造技术
随着社会建设与经济的发展,对大型机械设备的需求量逐渐增加,因此,相关技术人员针对锻件的尺寸与重量相应地提高钢锭的尺寸与重量,并着重研究钢锭内部结构疏松、孔穴等问题的解决策略,提出大型锻件锻造技术。另外,在锻造技术发展过程中,还需要对锻造速度计算方法、成形过程等进行优化,以提高锻造技术的应用效率。
③多元材料锻造技术
随着各种新型材料的不断涌现,锻件可选用的原料也逐渐增多。目前,较为常用的锻造材料主要有铝合金材料、钛合金材料、镁合金材料等,这些合金材料的精密成型技术与锻件质量的提高、锻件的不同加工工艺等具有同等重要的地位,将是未来锻造技术发展过程中被主要研究的问题之一。
④基于有限元分析的锻造工艺优化技术
随着计算机技术的飞速发展和塑性有限元理论的发展,许多塑性成形过程中很难求解的问题可以用有限元方法求解。从实际应用的角度来看,基于有限元分析的优化方法中最具代表性的两种方法为基于灵敏度分析的优化方法和基于目标函数值的拟合优化方法。基于有限元分析的锻造工艺优化技术未来的发展方向主要有:高效优化算法的探索、对锻造过程优化设计、多工步成形过程工艺优化技术的研究等。
2)铸造技术
在各种铸造方法中,砂型铸造应用最为普遍。但随着科学技术的发展,对铸造提出了更高的要求,要求生产出更加精确、性能更好、成本更低的铸件。为适应这些要求,铸造工作者发明了许多新的铸造方法,这些方法统称为特种铸造方法,即特种铸造。不同铸造技术类别的特点如下:
砂型铸造利用砂作为铸模材料,又称砂铸,翻砂,包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型 3 类。
特种铸造按造型材料可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造和以金属为主要铸型材料的特种铸造。
未来,我国铸造业将逐步实现由劳动、资源密集型向技术密集型转变,由粗放污染型向绿色集约型转变,铸造企业的生产效率、经济效益快速增长,环境污染问题将得到有效治理,建立起与自然环境协调的铸造产业系统。
(3)市场前景
1)外部环境对产业的影响
我国经济正在向形态更高级、分工更复杂、结构更合理的阶段演化,经济发展进入新常态,正从高速增长转向中高速增长,经济发展方式正从规模速度型粗放增长转向质量效率型集约增长,经济结构正从增量扩能为主转向调整存量、做优增量并存的深度调整,经济发展动力正从传统增长点转向新的增长点。在新常态下制造业转型升级态势明显,以创新为龙头,通过产业升级、产品换代,逐步走上质量型、差异化为主的竞争之路的格局将愈加明晰。
中国提出“一带一路”的发展战略,对经济发展实现了新的推动,对拉动国内产品的出口,尤其是装备的出口,为国内的装备制造业发展提供了机遇,装备制造业将向智能化转型升级,依靠科技创新、降低能源消耗、减少环境污染、提高经济效益、提升竞争能力、进而实现可持续发展。
近年来,我国明确将高端装备制造产业作为战略新兴产业,并出台了加快振兴装备制造业的政策,支持锻铸件、特种原材料配套产品技术水平的提升及产业发展;国防科技工业发展规划中将先进制造工艺作为制约武器装备发展的瓶颈之一重点突破,并强调加快共性制造技术的推广。装备制造业的发展将直接拉动锻铸产业尤其是特殊材料高端锻铸产业的发展。
2)锻铸行业发展需求
随着国家对基础设施的大量投入及工业化的快速推进,我国大型及特殊材料锻铸件消费量大幅提升。同时大型及特殊材料锻铸件产品自给不足,尚需大量进口。目前我国对造型复杂、技术含量高、材料性能特殊的高附加值大型及特殊材料锻铸件研发、生产能力均较弱,在技术和制造能力上与国外发达国家存在较大差距,高端大型及特殊材料锻铸件国产化、自主化的需求十分迫切,现已被列为国家重点发展的课题。
大型及特殊材料锻铸件行业作为装备制造业的一个重要组成部分,其发展和壮大离不开装备制造业的全面进步。国家为加快发展装备制造业,提高重大装备国产化水平,积极鼓励发展大型、精密、专用锻铸件技术开发及设备制造,大型锻铸件行业迎来产业升级、产品结构调整的重要历史时刻。大型及特殊材料锻铸件的未来市场需求将主要取决于航空、能源、船舶、轨道交通等主要下游行业的发展,主要下游行业的未来发展情况如下:
①航空配套锻铸件
航空产业是典型的知识密集型、技术密集型行业,行业技术辐射面广,产业关联度高,吸纳就业能力强,其发展水平是国家经济、技术及工业化的重要标志和集中体现,对于提高我国制造业的自主创新能力和装备制造水平意义重大。
近年来,在国防安全方面,国际战略形势和战略力量对比出现明显变化,我国周边安全压力上升,领土主权和海洋权益问题日益凸显,我国将大力推进空军现代化建设以保证国防安全和军力平衡。我国近年来国防开支一直保持合理的增长速度,预计未来还将保持增长态势,这为包括航空产业在内的军工体系提供稳定的市场需求和发展动力。
国产大型民用飞机是我国航空工业发展战略的重要组成部分,也是实现我国高端装备制造业“走出去”战略的核心产业之一。2006 年《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020 年)》将大型飞机列为国家科技发展 16 个重大专项之一。2008 年,中国商用飞机有限责任公司在上海成立,是实施国家大型飞机重大专项中大型客机项目的主体。
中国商用飞机有限责任公司研制的 C919 大型客机是我国按照国际民航规章自行研制、具有自主知识产权的大型喷气式民用飞机,于 2017 年 5 月 5 日成功首飞。2023 年 5 月 28 日,中国东方航空使用中国商飞交付的全球首架 C919 大型客机,正式开启该机型的全球首次商业载客飞行,国产大飞机的商业运营正式“起步”。
C919 是我国首款完全按照国际先进适航标准研制的单通道大型干线客机,对标空客 A320 系列和波音 B737 系列机型。根据《中国商飞公司市场预测年报 2022-2041》,未来 20 年内,中国机队年均增长率为 5.1%,旅客周转量年均增长率为 5.61%,预计中国将交付 10,007 架客机,占全球比例为 21.1%。
预计至 2041 年,中国的旅客周转量将达到 4.4 万亿公里,约占全球五分之一。国内民用航空业的发展为航空锻铸产业发展提供了巨大的发展空间,将使大型及特大型钛合金、高温合金、超高强度钢等难变形合金大型整体航空锻铸件的需求日益强烈。
波音公司和空客公司作为世界民用飞机制造行业的龙头企业,均有超过 60%的航空零部件转包分布于全球的数千家供应商完成。根据《Boeing Current MarketOutlook 2023 to 2042》预计 2042 年底全球民用飞机保有量将达到 48,575 架。2023-2042 年全球民用飞机需求量约为 42,595 架,价值约为 80,000 亿美元。
根据空客公司发布的《Global Market Forecast 2023-2042》,2020 年底全球民用飞机保有量为 22,880 架,预计 2042 年将达到 46,560 架。未来二十年,全球民用飞机市场替换需求为 17,170 架,新增市场需求为 23,680 架。在国际制造业产业转移趋势影响下,特殊材料航空锻铸件国际转包市场潜力巨大。
②能源设备配套锻铸件
大型及特殊材料锻铸件是电站建设中的关键基础件,其质量直接影响到电力设备的整体水平和运行可靠性。目前我国电力工业向高效率和大机组方向发展,对电力设备配套大型锻铸件的产品升级也提出了高要求,但当前我国高端大型锻铸件产能不足、成品率低、质量上也满足不了当前设备的需求。目前和今后较长时间内,我国的用电需求与供给之间仍有较大的缺口。随着未来我国电力建设的快速展开,电力配套行业存在巨大的市场空间。
在我国电力能源结构中,火电历来占主导地位。随着我国节能环保的要求,火电产业进一步加大了对具备大容量、高参数、节煤、节水、低排放、高效环保等特点的超临界、超超临界、环保型火电以及燃气轮机等机组的投产力度,火电产业结构调整将促使大型及特殊材料锻铸件市场需求的稳定增长。
随着我国优化能源结构的节奏加快,核电发展也进入提速阶段,国家加快立项核准和建设速度。随着国家对核电投入的不断加大,核电行业对大型及特殊材料锻铸件的需求也将进一步扩大。
我国有丰富的水利资源,但水电开发程度与欧美等发达国家相比有很大差距,未来可增长空间广阔。随着国家对新能源的扶持不断加大及我国电源结构优化进程的深入,水电行业将保持较快增长进而拉动对大型及特殊材料锻铸件的需求。
我国风力发电总量以及其占总发电量比例持续上升。在碳达峰、碳中和的宏观政策支持下,风力发电产业未来发展前景良好,风力发电产业对锻铸件的需求将进一步提升。
③船舶配套锻铸件
船舶工业是为水上交通、海洋开发及国防建设提供技术装备的现代综合性产业。船舶配套业是为船舶制造提供配套部件的基础工业之一,是船舶产业的重要组成部分,也是我国推进做强做大造船业过程中极其重要的一环。船舶配套设备大约占船舶价值的 40%-50%,主要产品按功能可分为船用动力及部件、船用辅机和其他船舶配套设备等三类,船舶配套大型特殊材料铸锻件主要应用于船用柴油机、船用推进器、船用舵系等船舶配套设备的关键部件。
船舶制造业是船舶配套大型及特殊材料铸锻件的应用终端,大型及特殊材料铸锻件行业的景气度与终端船舶行业息息相关,但是大型及特殊材料铸锻件市场需求更直接地受到船舶配套业的影响,尤其在我国船舶配套业较船舶制造业发展相对滞后,船舶配套产品国产化率较低的情况下,船舶配套行业的产业结构调整、国产化进程的逐步展开,将为大型及特殊材料铸锻件行业带来更多的市场机遇。
我国高端船舶配套设备大量依赖于进口,尤其是船用柴油机及零部件、船用推进器及浆叶等产品,自给率较低。我国目前的国产设备装船率平均不足 50%,同日、韩、德等造船发达国家 80%以上的国产设备装船率差距较大,进口产品替代及市场开拓还有很大空间。
随着我国造船业的进一步发展及船舶配套业产能的扩大和释放及国产化装船率的逐步提高,船舶配套业将进入一个快速的增长时期,应用于船舶配套领域的大型特殊材料锻铸件的需求量将大幅增加。
④轨道交通配套锻铸件
铁路运输是我国长期以来最为主要客货运交通手段,在 2007 年铁路运输第六次全面提速、高速动车组投入运营之后,我国铁路建设进入新一轮快速发展时期,运营规模和列车数量持续增长。目前,我国拥有全球仅次于美国的第二大铁路网,是世界上高速铁路投产运营里程最长、在建规模最大的国家。
根据《2023年铁道统计公报》,截至 2023 年末,全国铁路营业里程达到 15.90 万公里。2023年,全国铁路机车、客车和货车的拥有量分别达到了 2.24 万台、7.8 万辆和 100.7万辆;年度铁路旅客发送量达到 38.55 亿人、年度铁路货运总发送量完成 50.35亿吨。发达、繁忙的铁路运输为铁路行业相关配套锻铸件产业创造了稳定、庞大的市场需求。
作为我国高端装备“走出去”的代表产业之一,在国家“一带一路”战略的指引下,我国高铁有望凭借技术、经验及成本上的优势,在国际市场上进一步取得突破性进展。海外高铁市场的拓展亦将持续推动我国相关高端锻铸产业的发展。
(4)锻铸行业的利润水平及其变动趋势
目前,我国锻铸行业利润水平整体情况为:低精度、低技术含量的产品已呈现产能过剩的局面,其价格竞争日趋激烈、产品的利润水平逐步走低。而对于高技术含量、高附加值的产品,例如航空锻铸件、船舶配套大型锻铸件、能源配套大型锻铸件的部分产品持续依赖进口,国内市场供不应求使这些产品仍然保有较高的利润水平。
行业内不同企业的利润水平也存在较大区别,拥有雄厚的研发实力和先进的技术装备且能够生产高技术含量、高附加值产品的企业已逐渐体现出集约化、规模化效应,盈利稳定且利润水平较高;能够不断开发出适应市场需求的高端大型及特殊材料锻铸件的企业,往往具有较强的产品竞争力及议价能力。