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承德特种中间合金、高纯金属材料项目商业计划书
思瀚产业研究院 天大钒业    2025-12-08

公司主营产品为特种中间合金材料,包括钒铝合金、钼铝合金、钼钒铝合金等,主要用于钛合金材料的生产。钛合金生产工艺复杂,相关厂商主要进行钛合金锭熔炼和后加工技术的研发,中间合金大多直接外采。我国早期的中间合金主要向德国电冶金公司(GfE)等国外企业采购,随着钛合金产能的扩大以及关键领域材料自主化的需求,国内企业亦开始进行中间合金的技术攻关,截至目前已基本实现钛合金用中间合金材料的国产化。

根据市场公开信息,国内主要钛合金生产企业中,只有宝钛股份具有中间合金生产能力,且主要用于自身使用,不能完全满足生产需求。因此,公司在国内主要与其他国内的中间合金生产企业竞争,但若未来进入海外市场,则将面临国际知名企业的竞争。

一、 商业模式

公司主营业务为特种中间合金、高纯金属材料的研发、生产和销售,产品主要用于钛合金材料的生产。

1、采购模式

公司主要原材料为五氧化二钒、三氧化钼、二氧化钼、铝锭、萤石粉(氟化钙)等,原料来源广泛,市场供应充足。公司市场部下设采购组,负责原材料采购活动,根据以销定采为主,兼顾安全库存的模式,按照销售组反馈的发货计划与实际库存情况制定原材料采购计划并具体实施。针对五氧化二钒、三氧化钼、二氧化钼、铝锭等主要原材料,公司根据上游行情波动设置安全库存并适度提前备货。

质管部负责对到厂材料的质检,物资管理部负责办理原材料出入库和日常管理。公司根据 ISO9001 等质量管理体系的要求制定了完善的采购与库存管理制度,建立了合格供应商名录,对五氧化二钒等核心原材料的供应商实施准入机制,每年或在首次合作时,根据质量、交货期、服务和价格等因素对供应商进行考核,并更新合格供应商名录。在具体实施时,市场部在合格供应商中通过询比价选择合适的供应商。供应商交货后,及时进行质检并入库。近年来,公司与主要供应商均建立了长期稳定的合作关系,拥有畅通、稳定的原材料采购渠道,保障了公司向下游客户的交付。

2、生产模式

公司主要采取“以销定产”的生产模式,根据客户订单组织生产。同时,公司与部分长期合作的重点客户在年初签署带有全年采购量和供应计划的销售合同,并按照计划组织生产。此外,公司对部分供应稳定、预期订单较强的材料(如铝热还原法制备的钒铝合金等),适度提前生产和备货。公司市场部根据销售合同制定生产任务,生产部检查库存是否满足生产需要并通知采购组进行

原材料采购,生产车间根据交货时间进行产品生产,质管部及时监测过程产品和产成品的质量,确保产品满足要求。公司对不同品类产品采用独立生产线,避免成分交叉污染;设计并建设了高度自动化的生产设备,并通过工艺改进和科学管理严格控制产品生产周期、降低生产成本,产品从领料到成品入库一般在 2 至 3 周,基本能够保障订单及时交付。

3、销售模式

公司主要客户为钛合金材料制造企业,销售方式均为直销。国内钛合金用特种中间合金生产企业较少,且公司主要聚焦航空航天、海洋工程、高端装备、生物医疗及消费电子等高端制造领域。该等领域的钛合金生产企业为确保钛合金材料使用安全,在其产品定型后一般不轻易更换中间合金的供应商,因此,在采购时通常向少数几家中间合金企业进行询价。

公司接到客户询价通知后进行报价并获取订单,通过提供优质产品与服务,提高客户满意度,进而争取向客户新产品、新工艺的研发活动提供产品,增强客户采购持续性。目前,公司已建立完善的质量管理体系,凭借优质产品、服务与研发能力,与国内钛合金行业的龙头企业均建立了长期、稳定的合作关系。

4、盈利模式

公司通过采购五氧化二钒、三氧化钼、二氧化钼和铝锭等原材料,利用自主研发的工艺技术,将其加工成为特种中间合金、铝豆等产品进行销售,从而获取利润。公司根据我国钛合金、高温合金及其他关键领域发展需求,在获取利润后持续进行研发投入,构建可持续的盈利模式。

二、 创新特征

技术创新是公司发展的动力,天大钒业自创立以来,一直注重技术创新体系和机制的建立。公司持续开展创新团队建设和产学研体系的构建与完善,目前天大钒业以公司核心技术人员为中心的研发创新技术团队,秉承着“紧跟前沿应用、持续创新迭代”的研发理念,致力于解决国家新材料产业的关键问题,为国家航空、航天、航海、两机专项等重要领域所需核心关键材料提供重要支撑。

公司自成立以来,坚持技术创新、产品创新、管理创新,高度重视人才引进培养和研发投入,构建了符合公司发展要求的创新机制,取得了一系列自主知识产权,形成了以钛合金用特种中间合金材料为核心的工艺、产品体系,创新成果得到客户和相关部门的多项认可,具备显著的创新特征。

1、公司定位国家战略需求,积极探索关键领域材料

公司立足国家对河北省重点发展钒钛产业的定位,依托承德市丰富的钒钛资源和产业基础,因地制宜发展新质生产力,积极探索金属钒在我国战略新兴产业中的应用场景。经过市场调研和分析,公司瞄准国家战略性新材料——钛合金所需的特种中间合金,经过多年理论研究和实践创新,掌握了利用五氧化二钒生产钒铝合金的工艺技术,并成为国内率先实现“两步法”量产钒铝中间合金材料的企业。

公司以钒铝合金材料为起点,累计承担 20 余项省、部、市级科技专项,根据我国高强、高韧、耐蚀等先进钛合金材料对中间合金的严格要求,研究掌握了真空铝热还原法、真空感应熔炼法等先进工艺技术,开发出二元到五元共计六十余种中间合金材料,从根本上解决了我国钛合金材料生产所用中间合金依赖进口的局面,助推国家战略新兴产业和新质生产力的发展升级。同时,公司根据国家战略新兴产业发展需求,持续进行新产品、新工艺的研发。

截至目前,公司高温合金用中间合金已实现批量化供应,并已掌握超导材料用高纯铌的生产技术,并于 2024 年成立了子公司天大新材,专注超导材料用高纯铌制备技术的产业转化,致力于为我国超导线材、铌超导腔、超导磁体系统、可控核聚变等相关产业的自主发展提供关键材料。此外,公司在增材制造用合金粉末、储氢合金等特种金属材料方面的研发亦取得一定进展。未来,公司将继续扩大研发队伍,增大研发投入,为国家战略需求提供更多产品。

2、公司持续完善研发创新机制,不断提升技术实力

公司在研发机构设置、管理制度、激励机制等多个维度发力,不断完善研发创新机制,为公司可持续发展构筑坚实根基。公司以具备深厚技术和管理经验的核心技术人员为基础,持续引进硕、博士人才和高校科研人员,加大人才梯队建设,通过薪酬福利、股权激励等措施调动人员积极性和创造力。公司设立技术研发部为研发归口部门,生产部、质管部等其他部门人员参与研发课题,对研发活动提供辅助、支持。

公司制定了健全的研发管理制度,拥有专门的研发场地和设备,构建了理论研究和实践应用相结合的技术创新机制。公司基于特种中间合金材料的纯净度、均匀性、稳定性和低成本四大改进方向,持续进行技术创新,自主开发掌握了真空感应熔炼技术、真空铝热还原技术等核心技术,构筑了涵盖产品、工艺、设备及检测方法的技术成果体系。

经中国有色金属学会、河北省科技厅等权威部门鉴定,公司钒铝合金、钼铝合金、钒铝铁合金等多项产品的生产工艺达到国际先进或国内领先水平。公司已取得 57 项授权专利,其中发明专利 47 项,另有多项发明专利在审。公司丰富的知识产权储备提高了公司核心竞争力,并为新产品、新工艺的研发奠定基础。

3、公司在质量管理机制方面进行创新

公司构建了全面贯通、高效协同的质量、环境与职业健康安全管理体系,已成功通过 ISO9001、ISO14001、ISO45001、AS/EN9100 航空质量体系认证及 CNAS 实验室认可,具备与国际先进标准接轨的综合管理实力。公司以战略领导为顶层牵引,以资源保障为坚实基底,依托过程优化与绩效衡量实现精准运行,借助审核评审机制实施闭环监督,并依托持续改进机制与企业文化软实力,系统保障管理体系运行的充分性、适宜性与有效性。

在质量管控方面,公司实施覆盖原材料入厂、过程制造与成品出厂的全链路质量检验,严格执行标准化检测流程,贯彻“不接受、不制造、不流出”缺陷原则,推行“下道工序即客户”的理念,实现对“人、机、料、法、环、测”全要素的精细化管控。

公司建立了高度标准化的管理制度与作业指导体系,实现从原料至成品全流程可追溯。融合全面质量管理、六西格玛、PFMEA 和精益生产等先进方法,构建了以“自检、互检、专检”相结合的多维质量防线,并全面贯彻 7S 现场管理,确保生产环境整洁、高效、安全。为满足高端中间合金市场需求,公司凭借高度集成的钒铝、钼铝合金生产线及国际先进的三级质量保障系统(静态磁选、X 光及黑光检测),实现制造与质检能力双升级。

同时,公司聚焦检测能力现代化建设,先后引进了原子吸收分光光度计、高精度碳硫分析仪、高精度氧氮氢分析仪、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS/MS)、场发射扫描电子显微镜、激光粒度仪等高精度尖端设备,显著提升材料成分与微观结构分析能力,确保产品品质全面匹配航空航天、高端制造等领域的严苛要求。秉承持续改进的创新理念,公司不仅在管理体系中嵌入动态优化机制,更通过数据驱动、客户反馈与技术迭代,推动质量管理工作从合规走向卓越,持续打造面向未来的质量管理新范式。

4、打通产学研合作链条,共建产业创新生态

公司坚持市场导向、产业导向、创新导向,以自主研发为主、横向联合为辅,在发扬自身优势的同时,与高校、科研院所、产业链相关企业的创新资源进行互补,形成共赢的合作机制。截至目前,公司已与西北有色金属研究院、东北大学、西安工程大学等行业相关高校、科研院所建立了技术合作关系,打通了产、学、研、用创新合作链条,在技术创新和产品开发方面积累了丰富经验和成果,为钛合金、高温合金、超导材料等战略性新材料的高质量发展贡献力量。

经河北省科技厅批准,公司建立了河北省中间合金技术创新中心,为河北钒钛产业创新发展提供支点。陕西省是我国钛合金材料重要生产基地和创新策源地,也是公司核心客户的聚集地。经陕西省科技厅批准,公司作为唯一一家省外企业、中间合金企业入选陕西省航空特种金属共性技术研发平台,与其他入选企业、科研机构开展场地、资金、人才、设备等方面的要素合作,推动产业链上中下游、大中小企业融通创新,共建高效、互惠的产业创新环境。

作为特种中间合金行业的重要参与者之一,公司凭借丰富的技术积累,主持或参与 45 件国家、行业标准的制修定,并涵盖钒铝合金等特种中间合金主要品类的成分构成、检测分析方法等方面,助力我国中间合金、钛合金材料产业标准化水平的提升,为行业创新方向提供依据。

5、公司获得多项与创新能力相关的荣誉资质

经过长期技术创新和成果转化,公司多项产品、工艺、方法获得广泛认可,多次被宝钛股份、西部超导、西部材料等下游龙头企业授予优秀供应商称号。同时,公司连续多年获得高新技术产业认定,并于 2023 年被评为国家级专精特新“小巨人”企业、河北省制造业单项冠军企业,获得了行业协会、政府部门的多项荣誉资质。

三、公司所处(细分)行业的基本情况

1、 所处(细分)行业及其确定依据

公司自成立以来一直专注于新材料领域,主要从事钛合金及高温合金用特种中间合金、高纯金属 及 其 他 先 进 金 属 材 料 的 研 发 、 生 产 和 销 售 。 根 据 国 家 统 计 局 《 国 民 经 济 行 业 分 类 》(GB/T4754-2017)、《挂牌公司管理型行业分类指引》(2023 年修订),公司所处行业为“C32 有色金属冶炼和压延加工业”之“C3240 有色金属合金制造”。

2、 (细分)行业发展概况和趋势

(1)特种中间合金的行业概况

中间合金是由两种或两种以上元素组成的合金,在冶金和材料加工领域应用广泛。相较于添加单质金属,中间合金可以解决单质易烧损、高熔点不易熔入、密度大易偏析等问题,因而被广泛用于有色金属合金等各类新材料的生产。在钛合金工业中,根据钛合金不同应用领域和部件使用要求,往往需要加入多种合金元素,如钒、钼、铝、钨、锡、铌、铁等。

这些合金元素通常是以中间合金的形式加入,能够平衡熔化温度和密度,使之与钛合金匹配,降低气体杂质含量,简化钛合金的熔炼工艺,进而降低钛合金的生产成本,减少元素挥发,同时能够有效提升钛合金化学成分的稳定性,并改善材料组织的均匀性,进一步提升钛合金材料性能,使钛材料能够被广泛应用于航空航天、船舶等高端制造领域。钛合金用中间合金材料主要采用铝热还原法及以此为基础的“两步法”进行生产,此类方法同样适用于生产高温合金用中间合金材料,随着航空航天工业的快速发展,高温合金的需求与日俱增,钛合金用中间合金生产企业近年来逐步拓展进入高温合金用中间合金领域。

(2)特种中间合金行业与上下游的关系

公司所处行业的上游为氧化钒、氧化钼、氧化铌等金属氧化物和镍、钼、铝等金属的生产企业,原材料供应的稳定性和价格波动对中间合金行业有着直接的影响。公司所处行业的下游主要是钛合金、高温合金等生产企业。这些企业以中间合金为原料,能够生产出多种高端钛合金及高温合金产品,满足航空航天、海洋工程、高端装备、生物医疗及消费电子等诸多下游领域的需求。下游钛合金、高温合金行业的发展对中间合金的发展起到了直接的驱动作用。

航空航天领域是钛合金、高温合金的主要应用市场,随着航空航天产业的快速发展,对轻量化、耐高温等高性能合金的需求不断增加,带动了中间合金行业的发展。同时,中间合金行业与下游行业之间存在紧密的协同研发关系,下游企业在研发新型合金材料时,需要中间合金供应商提供技术支持,开发出适合新合金体系的中间合金材料,满足其严格要求。

(3)特种中间合金行业的发展历程

1)探索起步阶段(20 世纪 50 至 60 年代)

特种中间合金行业是伴随着世界钛合金工业逐步发展而来的。钛合金是以钛元素为基体,加入其他金属元素形成的合金材料,其在 20 世纪 30 年代问世后,在全球引发了研发热潮。1954 年,美国成功研制出首个实用化的钛合金——TC4,这种钛合金凭借出色的轻质性、高强度、可塑性、高韧性和耐蚀性等优点,在航空发动机、机体结构件等尖端领域展现了广阔的应用前景,推动了钛合金的工业化,TC4 至今仍是钛合金应用占比最大的牌号。TC4 钛合金的名义成分为 Ti-6Al-4V,即向钛基体中添加约 6wt%的铝和 4wt%的钒。

铝是一种低熔点轻量金属,可显著降低合金材料的密度,并有助于钛合金熔化,而钒的熔点约 1910℃,如果加入钒单质,则需更高的热量和更繁琐的条件控制,增加钛合金锭熔炼的复杂性,也难以得到均匀、稳定的合金熔体。此外,钒单质在空气中易氧化,形成的氧化物会成为钛合金的杂质,导致钛合金产生氧化物夹杂等冶金缺陷,影响钛合金的力学、耐腐蚀等性能。

在此背景下,将钒和铝先通过一定工艺加工为中间合金,使钒、铝元素以最优的方式加入钛合金中,成为中间合金行业发展的起源。钒是一种高熔点的灰白色金属,具有高强度特点,在自然界中尚未发现独立存在的钒矿,一般存在于钒钛磁铁矿、含钒石煤等矿物中。

据统计,全球超过六成的工业用钒来源于回收钢铁行业冶炼钒钛磁铁矿时产生的含钒废渣,仅有少部分来源于原矿和其他固废回收。德国电冶金公司(GfE)在钒的回收领域历史较久,其较早掌握了利用焙烧、水浸、煅烧等工艺生产五氧化二钒(V2O5)、三氧化二钒(V2O3),从而回收利用钒元素的方法。

20 世纪 50 年代,GfE 公司将铝热还原法用于氧化钒的还原,开发出利用铝热还原法生产钒铝合金的工艺,实现了钒铝中间合金的批量生产。GfE公司凭借其先进的技术和高质量的产品,迅速在全球钛合金用中间合金市场占据主导地位,其产品广泛应用于航空航天、海洋工程等高端领域,至今仍是全球特种中间合金行业的龙头企业。

2)快速发展阶段(20 世纪 60 年代至 20 世纪末)

这一时期,全球钛合金工业实现了快速发展,且随着航空飞机对材料强度、轻量化等性能要求的提高,钛合金的需求量快速增加,中间合金的种类和应用范围不断扩大,铝热还原法等制备工艺在这一时期也得到了进一步的发展和优化。同时,钛合金的应用领域从此前主要聚焦于航空领域拓展到航天、化工、能源、医疗、日常消费等多个场景,钛合金的适用范围不断扩大,耐蚀钛合金、高强钛合金等多种新型钛合金相继问世。

随着钛合金性能要求的不断提高和需求的多样化,对中间合金的质量和种类的需求也随之提高。20 世纪 60 年代,业内企业在铝热还原法的基础上,增加使用真空感应炉对初级合金锭加入适量铝进行二次精炼,以提高合金元素的均匀性,并去除杂质和气体夹杂,显著改善中间合金锭质量,使钒铝中间合金的纯度、均匀性和生产稳定性进一步提升,实现了钒铝合金的大规模生产,推动了全球钛合金工业的发展。

与此同时,随着钛合金添加元素的多元化,亦开始出现一些多元中间合金,如 V-Al-Fe、Al-Mo-V-Fe、Al-Mo-Cr-Fe-Si 等三元、四元、五元中间合金,并逐渐成熟应用。这些多元中间合金能够更精确地控制钛合金的成分和性能,满足不同应用场景下的特殊需求。在我国,随着钛工业的起步和发展,对中间合金的需求逐渐扩大,国内部分厂家亦开始进行钒铝中间合金的研究和试制。

例如,锦州铁合金厂于 20 世纪 60 年代开始利用偏钒酸铵沉淀热分解五氧化二钒法生产钒铝合金,后续又采用硫酸沉淀法、多钒酸铵沉淀法等方式冶炼钒铝合金;宝钛集团利用铝热还原法生产的钒铝合金已能够用于其部分钛合金牌号的生产。这一阶段,由于中间合金自身工艺的不成熟,以及国内氧化钒等上游原料质量稳定性的限制,相关产品尚无法满足国内钛合金企业大批量生产需要以及高端领域钛合金材料的使用需求。

3)国内发展与自主生产(20 世纪末至 2010 年左右)

中间合金作为决定钛合金性能的关键材料,其生产工艺一直处于严格保密之下,公开技术信息稀缺,我国早期使用的中间合金主要依赖进口,尤其是从德国 GfE、美国雷丁公司等企业进口。随着国内钛行业产量的提升,以及钛材料在关键领域的应用扩大,对国产中间合金的需求紧迫,一些钛合金企业开始自主研发和生产配套的中间合金。例如,宝钛集团在国内较早开展钒铝中间合金的研发,经过长期探索其生产的中间合金已可满足自身的部分需要。

20 世纪末期,随着我国钛工业对国产高品质中间合金的需求剧增,以天大钒业、忠世高新、大连融德等为代表的一批企业进入钛合金用中间合金行业,通过借鉴国内外制备方法,改进生产工序和设备等方式进行技术创新。这一时期,国内钛合金用中间合金企业主要探索掌握以“铝热还原法”生产钒铝中间合金的工艺方法,随着工艺的不断成熟,在民用钛合金领域已能够满足国内钛合金企业需求。

进入 21 世纪后,伴随着我国航空航天等关键领域对钛合金材料完全可控自主的迫切需求,生产高品质航空级中间合金成为行业共识,相关企业、科研单位加快了“两步法”等先进生产工艺的攻关。2008 年,天大钒业率先以“两步法”工艺生产出符合下游使用要求的中间合金,标志着我国企业自主掌握了钛合金用中间合金先进生产工艺,解决了航空级钛合金发展的关键问题。随着国内企业工艺技术的不断进步,国内企业在钛合金用中间合金的生产技术上取得了长足进步,产品质量和性能不断提升,已基本实现自主生产,钛合金产业所用的中间合金已不存在进口依赖。

4)技术创新与产业升级阶段(2010 年至今)

随着下游领域对钛合金性能和质量控制要求的进一步提升,对中间合金的成分控制、杂质含量控制以及质量检测等方面提出了更高的要求。为了满足更广泛和更严苛的要求,更多的生产技术被引入到中间合金的制备中,中间合金向着种类更加多样化,成分控制更加精确化,杂质控制更加严苛化的方向发展。

由于钛合金和高温合金在使用领域、生产厂商上的关联性,以及所用中间合金在技术上均以“铝热还原法”为基础,近年来钛合金用中间合金生产企业逐步拓展进入高温合金领域。由于我国高温合金工业相较钛合金发展起步较晚,且高温合金成分更复杂、工艺难度更高,当前高端领域对进口产品的依存度仍然高达 50%以上。

同时,高温合金在航空零部件加工时不同产品的废料率高达70%-90%以上,而废料中包含利用价值和进口依存度较高的镍、钴、铬、铼等金属,国内高温合金企业主要使用下游加工商返回的废料并添加单质金属进行生产,中间合金使用量相对较少。目前,随着高温合金需求量、成分复杂程度的不断提高,中间合金的研究和使用已成为业内重点发展方向。

(4)钛合金、高温合金行业发展概况及其对特种中间合金行业的影响

特种中间合金行业的发展紧密围绕着钛合金、高温合金等高性能材料的需求展开。特种中间合金作为钛合金及高温合金制备过程中的关键添加材料,在钛合金、高温合金的制备过程中发挥着至关重要的作用,能够精准调控合金的化学成分和晶相结构,从而赋予合金优异的力学性能、耐腐蚀性能以及高温稳定性,从而满足不同应用场景对钛合金和高温合金的严格要求,特种中间合金是保障钛合金和高温合金高品质生产不可或缺的重要材料。

1)钛合金概述及分类

钛合金是以钛为基础,加入钒、钼、铝、锡、铌等其他元素,调节基体相组成和综合物化性能而形成的合金。钛合金以其密度低、比强度高、耐蚀性好、热导率低、无毒无磁、生物相容性好等优势,成为各工业领域不可或缺的关键材料,被广泛应用于航空航天、海洋工程、高端装备、生物医疗、消费电子等领域,特别是在航空领域,钛合金凭借其轻量化和高强度被广泛用于机架、机翼、起落架等中低温部件。

2)高温合金概述及分类

高温合金是指以镍、钴、铁为基体元素,与铝、钼、钨、钛、钽、铌、铬、硅、碳、铼等其他金属或非金属元素熔合而成的,在600-1200℃的高温及应力作用下具备长时间强度保持和高抗蠕变、抗腐蚀、抗氧化能力。高温合金由于能够适应 600℃以上的高温、高压、高强度等恶劣工作条件,并具备高性能、长寿命、高可靠性等特点,因而多应用于航空发动机、燃气轮机、航天装备等高端领域。

3)钛合金和高温合金的联系和区别

钛合金和高温合金均系以航空飞机为主要应用领域,是航空发动机、机身结构等核心部件的关键材料,其中钛合金通过轻量化实现高比强度,高温合金通过提高涡扇进口温度增强发动机的推重比,共同致力于实现航空装备减重提效的目标。在成分体系上,钛合金的成分相对简单,添加元素相对较少,以 2-3 种为主,生产工艺较为成熟,而高温合金成分体系复杂,常含有 10 种甚至以上元素,且依赖单晶铸造等复杂工艺。

4)市场规模

A、钛合金市场规模

根据中国有色金属工业协会钛锆铪钒分会统计,2023 年我国钛材产量约为 15.9 万吨,同比增长 5.36%;2024 年我国共生产钛加工材 17.2 万吨,同比增长 8.1%,增速有所提高。

根据中国有色金属工业协会钛锆铪钒分会的统计,2024 年我国钛材消费量为 15.1 万吨,同比增长 1.6%,化工、航空航天依然是最主要的消费领域,占比分别为 48.5%、21.3%,其他应用领域占比均未超过 10%。其中,化工领域主要使用工业纯钛,钛合金在航空航天等其他领域占主导地位。

随着技术的日渐成熟和完善,国民经济结构战略性调整以及产业转型升级,钛及钛合金材料逐渐进入民用市场,在消费电子、3D 打印、生物医疗等领域得到越来越多的应用,未来的市场潜力巨大。

B、高温合金市场规模

根据思瀚咨询等数据,中国高温合金产量从 2017 年的 1.88 万吨增至 2023 年的 4.9 万吨,年均复合增长率达 17.31%。与此同时,2023 年的高温合金需求量超过 7.9 万吨,仍存在较大缺口。

根据公开信息,全球每年高温合金需求量中航空航天产业占比约为 55%,其次为电力和机械,需求占比分别为 20%、10%,另外工业领域占比 7%,汽车、石油和其他领域占比分别为 3%、3%和 2%。

近年来我国高温合金行业的市场需求始终大于供给,主要系国内对高温合金的需求量与日俱增,而我国高温合金行业起步较晚,生产工艺、制造装备、检测设备相较国外仍有一定差距,在高端领域仍需进口。中间合金作为高温合金的原材料之一,其研发和应用在我国相对滞后,一是因为中间合金的研发需要与高温合金的生产紧密结合,导致中间合金的研发和应用也难以取得突破;二是目前高温合金加工件废料率高达 70%-90%以上,高温合金企业倾向利用返回料进行生产,减少了新料投入;三是高温合金标准体系繁而不精,阻碍了中间合金的标准化、批量化。未来,随着高温合金行业的不断成熟,将推动上游中间合金原材料发展进程,拉动中间合金材料需求上涨。

5)钛合金及高温合金发展趋势及应用前景

我国钛合金及高温合金行业发展迅速,钛合金及高温合金产品在航空航天等高端制造领域持续增长,加之工艺技术的突破以及产品性能的提升,钛合金及高温合金在新兴领域如消费电子、深海领域及新能源领域的应用进一步扩大。同时,随着我国钛合金及高温合金的国产化进程正在加速推进,有助于国产钛合金及高温合金产品市场需求潜力的释放,进而带动中间合金材料需求。

①航空航天领域

航空航天一直是钛合金、高温合金应用的主要领域,也是衡量现代国家科技、工业发展水平的指标行业。近年来,随着世界航空航天工业的迅速发展,航空航天用特种合金的市场需求也相应扩大,加之全球对区域安全等问题关注度持续增加,飞机结构的轻量化逐渐成为未来航空领域发展的重要方向。

钛合金和高温合金材料同传统金属材料相比,具有更轻的重量、更优的性能,能长期服役于高温、高压以及腐蚀环境中,目前钛合金、高温合金材料在航空飞机中的使用程度已经成为了衡量其技术先进程度的重要标志。随着我国国防事业建设和商用航空航天的快速发展,对钛合金、高温合金的需求量不断上升。

A、飞机列装换装提速,带动合金材料需求上涨

飞机列装是我国建设现代空军的重要组成部分,根据《新时代的中国国防》,我国将按照空天一体、攻防兼备的战略要求,加快实现国土防空型向攻防兼备型转变,努力建设一支强大的现代化空军。“十四五”期间,我国国防开支稳步增长,国防支出持续向装备倾斜,装备采购投入增速持续高于国防预算支出增速。

在先进飞机的机体结构中,钛合金是机体主要的结构材料之一,在飞机上主要应用于结构件、紧固件和发动机转动件,航空飞机用钛量快速提高。高温合金因其优异的高温性能,是飞机最核心部件——航空发动机的主要材料。在下游飞机生产、大修的需求带动下,航空发动机需求将持续高增长,对上游高温合金材料的需求也将实现高速增长。

B、民用飞机放量在即,推动合金材料应用

随着国际民航业的逐渐复苏,飞机制造对原材料的需求也持续增长。目前,减轻飞机重量、增加运载能力、降低油耗是航空公司选择飞机的重要依据,提高先进合金材料量比对于未来民用客机的开发具有重要意义。从两大国际飞机制造商的数据来看,波音和空客主要机型的钛合金用量逐步提高,而我国国产大飞机项目 C919 的推进,对钛合金的需求也在不断增加,以满足更高的性能要求。

据统计,空客飞机的钛用量已从第三代 A320 的 4.5%增至第四代 A340 的 6%,A380 的用钛量增加到 10%,单机用钛量达 65 吨,而 A350 客机的钛用量进一步提高到 14%左右。同时,波音飞机用钛量从最初波音 707 的 0.5%逐渐增至波音 747 的 4%,再到波音 777 的 7%,而波音 787 的用钛量已提高到 15%左右,其增速基本与空客飞机保持同步。俄罗斯的新型客机 MS21 钛合金用量占比高达 25%,是目前民用运输机中的最高纪录。我国商用客机 C909(ARJ21)的钛合金用量为 4.8%,C919 大型客机广泛采用钛合金,钛合金

零部件净质量约占飞机总净质量的 9.3%,略高于波音 777(7%),宽体客机 CR929 预计钛合金使用量将达到 15%左右。

根据波音公司发布的《Commercial Market Outlook 2023-2042》,2041 年全球商用飞机数量为48,600 架,未来 20 年将新增商用飞机约 42,595 架(含替代),市场价值约 8 万亿美元;到 2041 年,大约 42%的新飞机交付给亚太地区的航空公司,其中中国约占 21%。根据中国商飞供应商 2025 年度大会,2025-2029 年 C919 产能分别为 75、100、150、150 和 200 架/年,产能快速爬坡。按照未来五年 675 架的生产需求,若假设材料加工折损率为 80%,则未来五年 C919 将带来超过 1.4 万吨的钛合金需求和 1.3 万吨的高温合金需求。

C、商业航天发射次数增长,合金需求持续扩展

近年来,中国航天发射次数连创新高。根据国家航天局发布,2024 年中国累计发射运载火箭68 次,创历史新高,完成嫦娥六号实现世界首次月球背面采样返回,天舟七号、八号货运飞船、神舟十八号、十九号载人飞船等一系列重大任务,为国际科学界提供了宝贵的地球物理空间数据资源。

钛合金在大型运载火箭中主要用于承力部件、箭体框架、紧固件、燃料箱、发动机涡轮泵叶片等关键部件,主要利用其高比强度、耐腐蚀等特性。此外,在火箭发动机的一些管路、结构件等复杂部位也部分使用钛合金材料。

高温合金为火箭发动机核心部件燃烧室和涡轮泵的主要材料,据统计,火箭发动机核心部件涡轮泵质量占发动机质量的 20~26%,燃烧室质量占发动机质量的 1.2~3.3%。我国主力火箭型号“长征七号”每枚采用 6 台 YF-100 液氧发动机,其单台质量为 1.9 吨,则每枚“长征七号”火箭所用高温合金部件质量约为 2.8 吨。假设高温合金部件成材率为 20%,则每枚“长征七号”所需高温合金质量为 14 吨。近年来,我国每年商业航天发射次数已增长至 60 次以上。假设未来 5 年我国保持每年 60 次的航天发射次数,且均采用主力运载火箭“长征七号”,则未来 5 年我国火箭发动机用高温合金需求量达 4,200 吨。

②海洋工程领域

在海洋工程领域,船舶工业是关键。过去几十年,我国船舶工业实力突飞猛进,与美国等海洋强国的差距不断缩小。

钛及钛合金具有重量轻、比强度高、耐蚀、无磁、透声、抗冲击等特性,在船舶上应用钛合金材料可以减少船舶的维修成本和寿命周期成本,减轻船体的重量、增加有效载荷、提高船舶的可靠性,是船舶工业的理想材料。

钛合金在船舶领域的主要应用有:耐压壳体、船体结构、管道、阀及配件、动力驱动装置、热交换器、冷却器/冷凝器、声呐导流罩等。

此外,船舶也是燃气轮机的主要应用领域,其工作环境需要承受高硫燃气和海水盐分的腐蚀,工作寿命要求达到 5-10 万小时,涡轮盘在工作时转速接近每分钟 1 万转,要求材料耐用温度达到600℃以上,因此燃烧室、涡轮盘、涡轮叶片、导向叶片等部件材料必须使用具有耐高温、较高蠕变强度的高温合金材料,目前国内外主要采用镍基高温合金进行制造。钛合金、高温合金在海洋工程装备领域应用非常广泛,我国船舶中的使用比例相较于俄罗斯、美国等国家仍有增长空间,未来钛合金、高温合金需求将持续提升。

③新能源领域

A、风电领域

近年来,全球风能产业将保持快速发展态势,中国风电装机容量稳步增长。我国可开发利用的风能资源十分丰富,在国家政策措施的推动下,经过十几年的发展,我国的风电产业进入稳定持续增长的新阶段。根据国家能源局最新发布的 2024 年全国电力工业统计数据显示,截至 2024 年底,全国累计发电装机容量约 33.5 亿千瓦,同比增长 14.6%。

其中,全国风电装机容量约 5.21 亿千瓦,同比增长 18%,占全国发电机装机容量的 15.55%,比重较 2023 年上升 0.43 个百分点,风电装机比重自 2013 年的 6.05%,连续 11 年持续攀升至 2024 年的 15.55%。国家能源局印发的《风电发展“十四五”规划》提出,统筹推进陆上风电和光伏发电基地建设,有序推进海上风电基地建设,加快推动海上风电集群化开发,重点建设山东半岛、长三角、闽南、粤东和北部湾五大海上风电基地。

风电机组作为风电设备最核心的构成部分,其工作时间长,负荷极重,工作环境恶劣,所以承力轴承和法兰连接部位需要满足承载大、抗冲击、耐磨耐腐蚀等要求。在海上风电项目中,相关设备长期暴露在高盐雾、高湿度的腐蚀环境,钛合金是替代传统不锈钢和铝合金的理想材料。目前,在风电设备中,TC4、TC20、TB6 等一系列钛合金材料被广泛用于塔筒连接螺栓、紧固件、水下支撑结构、风电轴承与传动系统、叶片的连接部件和防雷接闪器等部件,发挥其耐腐蚀、轻量化、抗疲劳等性能。

可见,在国家政策的推动下,我国风电行业发展前景广阔,为上游风电装备与配套合金材料行业提供良好的发展机遇。

B、核电领域

2024 年 7 月,党中央、国务院印发的《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》指出,要“加快西北风电光伏、西南水电、海上风电、沿海核电等清洁能源基地建设”,国家顶层明确表示将加快沿海核电清洁能源基地建设。

在国家规划的指引下,核电审批和建设预计将持续推进,未来新核准的机组将逐步建成投产,核电产业规模持续扩大,我国将全面跻身世界核电大国。“十四五”期间我国国常会保持每年约 10 台的核准节奏,核准机型以第三代核电(华龙一号、AP1000)为主,新建机组平均单台装机容量约为 120 万千瓦。

为适应我国实现“双碳”目标的发展要求,支撑我国清洁低碳能源体系和新型电力系统的建设,预计未来我国三代核电将按照每年 10 台左右的核准节奏,实现规模化、批量化发展。根据中国核能行业协会数据,第三代核电首堆单位千瓦静态投资约在 1.8 万元左右,批量化、国产化后将力争控制在 1.5 万元。以此推断,未来期间我国每年核电市场规模在 1,800-2,160 亿元之间,其中核电装备每年市场规模预计 500-700 亿元之间。

钛合金、高温合金因耐高温、耐腐蚀、强度高、抗疲劳性好且具有一定抗中子辐照性能等优势,在核电站中得以广泛应用。在核岛设备中,TC4、TC20 钛合金广泛用于蒸汽发生器、主泵叶轮、压力容器内部支承件、隔板等部位,高温合金则是蒸汽发生器 U 形传热管、燃料组件包壳管等的主要材料。在常规岛设备中,TA 系列和 TC4 钛合金在冷却系统、蒸汽发生器、循环管道、阀门等部件得到应用。此外,高温合金还在核废料贮存、处理设备中发挥功能。在核电快速发展建设的态势下,钛合金、高温合金材料在核电市场将拥有更大的市场规模。

④生物医疗领域

医用钛合金主要用于制造植入人体内的医疗器件、假体、人工器官以及辅助治疗设备。钛合金在生物医疗领域相比其他材料(如不锈钢、高分子材料等)具有显著优势,主要体现在生物相容性、力学适配性、耐腐蚀性和长期稳定性等方面。例如,TC4 钛合金的腐蚀速率仅为不锈钢的十分之一,且表面能够形成致密氧化膜以有效隔绝金属离子释放,避免引发炎症及过敏反应。钛合金作为人体植入物,寿命长、无磁性,可做到长期无需更换,并避免核磁检查对植入物的影响。钛镍合金作为性能最优的形状记忆合金,成为心脏自扩张支架的主要材料。

随着我国医疗水平的提升,使更多先进的医疗器械得以应用,钛合金作为高性能材料,需求也随之增加。同时,近年来 3D 打印技术被应用于骨科、牙科等钛合金植入物,使其突破传统限制,实现更复杂植入物的定制,提升治疗效果,并有望重塑医用钛合金市场。根据智研数据,我国医用钛合金市场规模从 2018 年的 132.9 亿元人民币逐渐扩大,至 2023 年时已增长至 189.96 亿元人民币。

当前,我国医用钛合金仍有部分依赖进口,但国内企业在医用钛合金的研发和生产技术上不断进步,推动了其国产化水平及在生物医疗领域的应用,预计到 2028 年,我国医用钛合金市场规模有望达到 281.8 亿元人民币,钛合金用中间合金材料将从中受益。

⑤3C 消费电子领域

近年来,随着电子信息技术的发展和移动互联网的快速普及,智能手机已成为消费量最大的 3C数码产品,加之世界范围内人口消费水平的不断提升,全球智能手机用户持续增加,智能手机渗透率不断提升。根据国际数据公司(IDC)数据显示,2023 年全球智能手机出货量约达 11.6 亿部,2024年全球智能手机出货量达到 12.4 亿部,并预测未来 5 年将持续复苏,未来 6 年(2025-2030 年)复合增长率为 2.3%,预计 2030 年销量将达到 14.21 亿部。

根据 Counterpoint 和 IDC 统计数据显示,2017-2023 年全球高端手机(批发价≥600 美元)销量占比稳步上升,中国市场高端手机出货量增长弹性略高于全球市场,2023 年高端机销量占比达 27%。基于对 2024 年全球智能手机出货量达 12.4 亿部销售数据,以及预测未来 5 年将持续复苏,未来 6年(2025-2030 年)复合增长率为 2.3%,预计到 2030 年达 14.21 亿部。其中高端智能手机占比由 2023年的 23%逐年提升 1%,其余智能手机占比逐年递减 1%。

2023 年高端机钛边框渗透率在 40%左右,后续高端机的钛边框渗透率有望逐年递增 5%;预估其余手机钛边框渗透率由 2023 年的 20%逐年提升 3%;基于目前各大厂商的钛金属应用情况,预估高端机中纯钛及钛合金边框的综合价值量维持 200 元/部,其余手机中钛边框价值量为 120 元/部。

综上,预计 2030 年该市场有望增长至约 1,256.97 亿元,未来,钛合金中框、钛合金铰链轴盖等新兴应用场景有望成为智能手机硬件高端化重要变革方向,荣耀于 2023 年推出的折叠屏 MagicV2、Magic Vs2 还在手机铰链轴盖上采用了钛合金 3D 打印工艺,预计未来高端机型钛合金产品渗透率将持续提升。目前,主流手机厂商采用的钛合金边框材料为航空级钛合金 TC4,将有效带动钒铝等中间合金使用量。

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