鈦合金行業(yè)市場分析

鈦合金行業(yè)市場分析01鈦合金進(jìn)軍手機(jī)邊框蘋果新一代的iPhone15Pro和15ProMax采用更加高級(jí)的鈦合金邊框，取代不銹鋼邊框，由此可以獲得更高強(qiáng)度和更輕的重量。小米14pro鈦金屬特別版通過航天級(jí)99%高純鈦和高強(qiáng)鋁合金材料精密復(fù)合的方式制作鈦邊框。手機(jī)中框是手機(jī)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它不僅起到支撐和保護(hù)內(nèi)部零件的作用，而且也影響手機(jī)的整體外觀和手感。對(duì)于金屬中框，CNC因其效率高、精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)成為必備加工手段，缺點(diǎn)是成本較高，易浪費(fèi)材料。鈦素有“未來金屬”的美譽(yù)，作為重要的工業(yè)基礎(chǔ)材料，鈦及鈦合金材料具有密度低、強(qiáng)度高和耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，鈦被廣泛應(yīng)用于航空航天、海洋工程、核工業(yè)等諸多尖端科技行業(yè)。鈦合金的邊框使得手機(jī)更加耐用，能夠抵抗日常使用中的磨損和劃痕，同時(shí)使得手機(jī)更加便攜，減少了手機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)負(fù)擔(dān)，并且鈦合金的外觀光澤度和獨(dú)特性也為手機(jī)增添了美感。純鈦是指純度達(dá)到99%以上的鈦金屬材料，強(qiáng)度低，質(zhì)地軟，不耐磨損，耐蝕性很高。而鈦合金添加了其他金屬元素后提高了強(qiáng)度，硬度，及耐磨性。TC4，其組成為Ti-6Al-4V，屬于(α+β)型鈦合金，具有良好的綜合力學(xué)機(jī)械性能。由于具有高強(qiáng)度、高韌性、低密度、優(yōu)良的耐腐蝕性和良好的可焊性和可加工性等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)CN110883088A《鈦合金手機(jī)邊框的加工工藝》等專利信息，TC4可以被作為鈦合金中框材料。2022年全球智能手機(jī)出貨12.05億臺(tái)，同比下滑11.02%；2023年上半年全球智能手機(jī)出貨5.34億臺(tái)，同比下滑11.03%。2022年中國智能手機(jī)出貨2.64億臺(tái)，同比下滑23.11%；2023年1-8月份全球智能手機(jī)出貨1.60億臺(tái)，同比下滑6.70%。但根據(jù)Counterpointresearch最新公布的報(bào)告顯示，2022年全球高端（≥600美元）智能手機(jī)銷量卻同比增長了1%，占總出貨比例達(dá)21%。我們預(yù)計(jì)未來高端手機(jī)銷量占比有望逐步提升。鈦/鋁復(fù)合板的制備方法主要為固?固復(fù)合法，主要包括爆炸焊接復(fù)合法、擠壓復(fù)合法、軋制復(fù)合法等。界面金屬間化合物的形成過程實(shí)質(zhì)上是鈦、鋁原子的相互擴(kuò)散反應(yīng)過程，受時(shí)間和溫度以及擴(kuò)散系數(shù)等因素的影響。軋制復(fù)合法優(yōu)點(diǎn)：具有工藝簡單、生產(chǎn)效率高、成本低、便于批量化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，可生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的復(fù)合板。難點(diǎn)：受溫度的影響，軋制復(fù)合過程中界面處易出現(xiàn)脆性金屬間化合物，從而影響結(jié)合質(zhì)量，因此軋制參數(shù)(壓下率，軋制溫度，軋制速度等)的選擇至關(guān)重要；由于鈦、鋁板的變形抗力差異較大，在軋制工藝不當(dāng)?shù)那闆r下很容易出現(xiàn)板材翹曲、邊裂以及鈦板變形量小的問題。爆炸復(fù)合法更適合寬厚板制備，所產(chǎn)生的波紋狀界面結(jié)合強(qiáng)度更高，容易出現(xiàn)覆板和斷裂、表面灼傷等缺陷。擠壓復(fù)合法適用于生產(chǎn)連續(xù)的長方形和矩形斷面的復(fù)合型材，需要大功率擠壓機(jī)，而且不能連續(xù)化生產(chǎn)，材料利用率低。02鈦材供應(yīng)集中度較高鈦材供應(yīng)集中度高，不同種類中鈦板材占比最大。2022年我國總計(jì)生產(chǎn)鈦加工材15.1萬噸，連續(xù)8年實(shí)現(xiàn)增長。產(chǎn)業(yè)集中度方面，排名前三家總占比達(dá)到了年總產(chǎn)量的47%，鈦加工材行業(yè)集中度高。在各類鈦加工材種類中，鈦板材產(chǎn)量占比最高，達(dá)到鈦加工材總產(chǎn)量的51.59%，棒材產(chǎn)量占比18.37%，管材產(chǎn)量占比11.33%，鍛材產(chǎn)量占比6.44%，絲材產(chǎn)量占比0.87%，鑄件產(chǎn)量占比0.58%，箔帶產(chǎn)量占比2.57%，其他鈦加工材產(chǎn)量占比8.26%。TC4冶煉難點(diǎn)：初生α相數(shù)量：TC4合金的力學(xué)性能與初生α相數(shù)量和形態(tài)有密切關(guān)系，初生α相含量越多，室溫拉伸塑性和疲勞性能越好；初生α相數(shù)量越少，則高溫持久、蠕變和斷裂韌度越好。為了獲得優(yōu)異的綜合性能，初生α相含量通常希望控制在15%-50%范圍內(nèi)。氧含量影響：隨著氧含量的增加，TC4合金的抗拉強(qiáng)度明顯提高，拉伸塑性和斷裂韌度急劇下降。氧含量過高還會(huì)導(dǎo)至焊接性能變差。因此，在保證強(qiáng)度水平的前提下，應(yīng)將氧含量控制在較低的范圍內(nèi)。蘋果在行業(yè)中以要求苛刻著稱，而且對(duì)節(jié)能環(huán)保和脫碳也開始重視起來。用EB爐（電子束熔煉爐）熔煉與VAR（真空自耗爐）熔煉制備的TC4鈦合金鑄錠有以下不同：（1）EB爐具有很好地精煉除雜效果，可去除高低密度夾雜物，得到細(xì)晶均質(zhì)鑄錠；（2）可省去VAR熔煉后的開坯鍛造，直接進(jìn)行扁錠軋制。（3）VAR熔煉TC4鈦合金在高溫高應(yīng)變速率下合金容易產(chǎn)生裂紋、絕熱剪切帶和局部金屬流動(dòng)等缺陷。033D打印在鈦合金材料中的應(yīng)用3D打印拓寬鈦材3C應(yīng)用窗口，有望拉動(dòng)粉體材料需求3D打印工藝鈦合金零部件首次在3C領(lǐng)域得到應(yīng)用。榮耀折疊屏手機(jī)MagicV2的鉸鏈軸蓋部分采用了鈦合金3D打印工藝，是金屬3D打印工藝在3C領(lǐng)域的首次應(yīng)用，寬度相較于鋁合金材質(zhì)降低27%，強(qiáng)度卻提升150%，完美的平衡了輕薄與可靠性要求。蘋果也在智能手表表殼的制造中引入3D打印工藝，有望在下一代智能手表中采用3D打印工藝制備鈦合金表殼。金屬3D打印工藝和鈦合金材料加工適配度很高。鈦合金加工工藝目前主要包括CNC工藝（切削磨削）和金屬3D打印工藝，CNC工藝在面對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鈦合金件時(shí)存在加工難度大、效率低、良品率低、成本高的問題，金屬3D打印工藝是用增材的方式成型，避開了CNC加工的難點(diǎn)，在復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件生產(chǎn)上效率更高、可定制性更強(qiáng)。金屬3D打印一般采用鈦合金粉末為原材料，目前主流采用激光粉末床熔合（L-PBF）工藝，還有使用金屬線材（或粒料）的熔融沉積成型技術(shù)（FDM）和使用粉末材料的粘結(jié)劑噴射成型技術(shù)（BJ）。金屬3D打印用金屬粉體涉及材料種類較多，包括鈦合金、鋁合金、銅合金、高溫合金、模具鋼、不銹鋼、鈷鉻合金、難熔金屬等。其中，目前鈦合金的用量最大，應(yīng)用占比超過50%；高強(qiáng)度、高韌性鋁合金粉末逐步引起越來越多生產(chǎn)商的興趣，應(yīng)用占比約20%，未來市場潛力巨大；鎳基、鈷基、鐵基等高溫合金材料在增材制造中的批量應(yīng)用也將成為未來行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注方向；銅合金正逐步成為研究和應(yīng)用熱點(diǎn)；模具鋼和鈷鉻合金在模具和齒科領(lǐng)域已經(jīng)初具規(guī)模。3D打印金屬粉末制備方法主要包括霧化法(以氣霧化為主，包括真空氣霧化(VIGA)和電極感應(yīng)霧化(EIGA)等)、等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化法(PREP)、等離子熔絲霧化法(WPA)和等離子球化法(PA)等，目前氣霧化生產(chǎn)的粉末約占世界粉末總產(chǎn)量的30%~50%。3D打印金屬粉末材料的主要性能指標(biāo)包括純凈度、粉末粒度分布、粉末形態(tài)、粉末流動(dòng)性和松裝密度等。金屬3D打印粉末必須同時(shí)滿足粉末實(shí)心（空心粉、衛(wèi)星粉少）、純度高、粒度分布窄、球形度高、氧含量低、流動(dòng)性好和松裝密度高等要求。若粉末性能不達(dá)要求，3D打印成形件中容易出現(xiàn)球化、裂紋、孔隙以及翹曲變形等缺陷，嚴(yán)重影響其成形精度和力學(xué)性能。我們對(duì)于鈦合金3D打印應(yīng)用需求量假設(shè)如下：1）假設(shè)智能手表和折疊屏手機(jī)市場持續(xù)增長；2）單只表殼鈦合金材料用量13.7g，單臺(tái)鉸鏈零部件鈦合金材料用量20g；3）假設(shè)蘋果、榮耀以及其他廠商繼續(xù)推廣鈦合金3D打印工藝，滲透率有望持續(xù)提升；4）假設(shè)3D打印金屬粉體成品率30%，3D打印后道加工耗損率50%。我們測算鈦合金3D打印工藝預(yù)計(jì)到2027年有望拉動(dòng)鈦材用量約6886噸，按照TC4不含稅價(jià)21.68萬元/噸對(duì)應(yīng)價(jià)值量14.93億元。04鈦合金材料加工刀具需求增加鈦合金的切削加工性比普通鋼和不銹鋼要差，對(duì)切削刀具有特殊要求。鈦材料屬于難加工材料，廣泛應(yīng)用的退火鈦TiAl6V4（TC4）的加工性能比退火不銹鋼AISI304的加工性能低35%~40%。鈦合金的導(dǎo)熱性較差，刀屑摩擦生成的熱量難以散發(fā)，導(dǎo)致接觸區(qū)溫度較高，切削速度過高會(huì)使切屑與切削刀具材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致刀片突然崩刃/破裂，加工鈦合金的切削刀具材料通常使用硬質(zhì)合金。根據(jù)艾邦高分子數(shù)據(jù)，鈦合金手機(jī)中框整體良率約為30%-40%，遠(yuǎn)低于鋁合金中框的80%；且加工時(shí)間長，約為鋁合金的3-4倍。3C領(lǐng)域鈦合金材料加工對(duì)切削刀具的需求有望顯著增加。中鎢高新：刀具龍頭，航空航天鈦合金加工刀具術(shù)沉淀深厚。公司旗下株洲鉆石切削刀具股份有限公司產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于機(jī)床行業(yè)、汽車制造行業(yè)、模具制造行業(yè)、航空工業(yè)、國防軍工行業(yè)、鋼鐵行業(yè)、電子行業(yè)等眾多領(lǐng)域，其中航天領(lǐng)域鈦合金刀具技術(shù)沉淀深厚，有望受益電子產(chǎn)品鈦合金材料加工刀具的需求放量。廈門鎢業(yè)：發(fā)布“銀雀”系列鈦合金銑削刀具，3C領(lǐng)域刀具發(fā)展大有作為。公司旗下子公司廈門金鷺2023年10月發(fā)布“銀雀”系列鈦合金銑削刀具，旨在加強(qiáng)對(duì)航空航天、3C、醫(yī)療等行業(yè)鈦合金加工刀具業(yè)務(wù)開拓。公司今年發(fā)布定增預(yù)案規(guī)劃新增年產(chǎn)能3000萬片可轉(zhuǎn)位刀片，200萬件整體刀具，170萬件超硬刀具，全部投產(chǎn)后公司數(shù)控刀片