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(报告出品方/作者:渤海证券,袁艺博)
1.技术领先的军工材料企业
掌握核心技术的军工新材料企业。年,我国决定参加ITER(国际热核聚变反应堆计划),公司于同年成立,研发超导线材的生产并于年成功供货。在超导材料技术优势下,公司又成功研发新型钛材为我国新型飞机提供核心材料,并布局机用另一核心材料高性能高温合金。目前,公司已成为国内唯一实现低温超导线材商业化生产商,国际上唯一的铌钛(NbTi)锭棒及线材全流程生产商,我国航空用钛合金棒丝材的主要研发生产基地,形成以高端钛合金为主,辅以超导材料和高温合金的新材料业务布局。
实际控制人为陕西省财政厅。公司实际控制人为陕西省财政厅;第一大股东为我国著名稀有金属材料研究基地:西北有色金属研究院,持有21.56%股份。公司拥有5家子公司,分别聚焦超导磁体高端装备制造、稀有难熔金属冶金装备、高性能高温合金材料、生物医用材料等领域。另外,公司参股西安欧中材料科技有限公司,致力于钛合金、高温合金及其他金属球形粉末制备;参股海绵钛供应商朝阳金达保障原料供应。
产品服务国家战略,弥补国内材料空白。公司产品主要应用于军工领域,技术壁垒较高,分为三类:(1)高端钛合金材料:包括棒材、丝材和锻坯等,主要用于航空(包括飞机结构件、紧固件和发动机部件等)、舰船、兵器等,实现了多种高端钛合金的完全国产化,填补了多项战机、舰船等用关键材料的国内空白;(2)超导材料:包括铌钛锭棒、铌钛超导线材、铌三锡超导线材和超导磁体等,主要用于先进装备制造、大型科学工程等领域;(3)高性能高温合金材料:包括变形高温合金、铸造和粉末高温合金母合金等,主要应用于航空发动机和燃气轮机、核电设备等国家重点发展领域。
营收维持高速增长。年以来,公司业绩保持高速增长。Q1-Q3公司实现营收32.67亿元,同比+56.25%再创新高;公司实现归母净利8.58亿元,同比59.57%。
钛合金业务为核心,高温合金快速放量。分产品看,钛合金业务是公司营收主要来源,H1占公司营收比例为79.65%;公司新拓展产品高温合金快速放量,-营收分别为0.10/0.34/1.02亿元,增速分别为.94%/.34%/.67%,占营收比重逐步提升,分别为0.69%/1.61%/3.48%。
盈利能力稳步提升。年-年前三季度,公司毛利率从33.69%提升至40.51%,净利率从10.61%提升至26.72%,主因公司产品结构改善所致,新产品高温合金逐步放量,实现扭亏为盈所致。分产品看,钛合金和超导线材毛利率稳中有升,主要受原材料成本的影响;而高温合金逐步放量后,其毛利率由年的-28.38%提升至年前三季度的4.01%,随着生产规模继续扩大,预计高温合金毛利率仍有提升空间,公司盈利能力将继续改善。
成本管控良好,期间费用率改善。随着公司生产规模的不断扩大,规模效应下期间费用率随之降低,-Q3,公司期间费用率下降9.03pct至4.86%,主因公司的管理费用率和财务费用率大幅下降。期间费用率的不断改善也是公司盈利能力不断提升的重要因素。
2.钛合金:高端需求旺盛,产品供不应求
2.1全球钛矿寡头垄断,我国储量大但质量差
钛产业生产技术复杂,掌握国家较少。钛在地球上的储量十分丰富,地壳丰度为0.61%。钛产业链上,工业应用的原料主要为钛铁矿和金红石,中间加工产品海绵钛和钛白粉,其中,海绵钛用于制造钛材,应用于航空航天、舰船兵器等军工领域;钛白粉主要用于涂料、塑料和造纸等行业。由于钛熔炼技术复杂难度大,目前仅有美国、俄罗斯、日本、中国四个国家掌握了完整的钛工业生产技术。
金红石是钛系列产品的优质原料,但天然储量较少。从储量上看,据USGS,年全球钛铁矿储量为7.0亿吨,金红石储量为0.49亿吨,天然金红石储量较少。金红石精矿TiO2含量一般在93%-95%以上,品位高,杂质含量少,故金红石是制取钛白粉、海绵钛、四氯化钛等钛系列产品的优质原料。钛铁精矿中TiO2含量42%-64%,经电炉冶炼后得到的富钛料属于酸溶性渣,不能满足海绵钛、氯化法钛白等生产对原料的要求,只能用于硫酸法生产钛白。故目前多利用化学加工方法将钛铁矿中的大部分铁分离出去,制成成分与和结构性能均与天然金红石相同、TiO2的质量分数波动在91%-96%的人造金红石,作为生产海绵钛和氯化法钛白粉的主要原料,但其制造工艺较为复杂。
分国家看,钛矿分布集中,我国储量虽多但优质矿少。分国家看,全球金红石主要集中于澳大利亚、印度和南非,其中澳大利亚居于首位,储量万吨,占比63%;全球钛铁矿主要集中于中国、澳大利亚和印度,其中中国居于首位,储量万吨,占比33%。我国钛资源虽储量丰富,但以钛铁矿为主,TiO2含量较低,且钙镁杂质含量高,选冶难度较大。
全球钛矿生产寡头垄断,我国钛矿生产基地主要集中于四川。全球钛矿供应商中,英国RioTinto、美国Tronox、澳大利亚Iluka和爱尔兰Kenmare四大集团在钛矿供应市场的占有率约58.9%,形成寡头垄断。而我国钛矿生产基地主要集中于四川攀西(据中国有色网,年四川攀西产量占全国产量的87.19%),产品以钒钛铁精矿为主,其中攀钢矿业、龙蟒矿冶、重钢西昌以及安宁股份四家公司的钛精矿年产能较大。
中国是钛精矿的主要生产国和进口国,生产原料对外依赖度较大。据中国有色网,年中国生产钛精矿.7万吨(折合氧化物TiO2),占全球34.5%的钛精矿产量34.5%,是全球钛精矿的主要生产国;年我国进口钛精矿约.3万吨(折合氧化物TiO2),占表观消费量(产量+进口量)的38.3%,表明我国对海外钛原料的依赖度较大。据USGS,截至年10月,莫桑比克(32%)、澳大利亚(14%)、越南(13%)和肯尼亚(9%)是中国进口钛精矿的主要来源。
2.2我国中低端海绵钛产能过剩,而高端产能不足
高端钛材基础原料以0级海绵钛为主。钛材的基础原材料为海绵钛,按照海绵钛国家统一执行标准,海绵钛可划分为0A级、0级、1级、2级、3级、4级、5级,主要与化学成分及布氏硬度有关,高端钛合金生产原料以0级海绵钛为主,民用钛合金生产原料以1级海绵钛为主。
海绵钛提取以Kroll法为主,生产工艺复杂。Kroll法主要流程为:在密闭钢制反应器中,将纯金属镁加放入反应器中并充满惰性气体,加热使镁熔化,在-℃下,以一定的流速通入TiCl4,使之与熔融的镁反应,生成液态MgCl2,并及时排放出MgCl2,接着在-℃及一定真空的条件下,将残留的MgCl2和Mg真空蒸馏出去,最终获得海绵状金属钛。Kroll法工艺复杂、耗能大且对环境有污染。
全球海绵钛产能过剩,我国高端海绵钛产能不足。目前只有美国、俄罗斯、中国、日本、乌克兰、哈萨克斯坦、沙特阿拉伯和印度八个国家具备海绵钛生产能力。据USGS,年全球海绵钛产能为35万吨,但产能利用率仅为60.0%,其中我国产能约17.7万吨,产能利用率为67.8%。我国海绵钛市场总体供应充足,但高品质小粒度海绵钛缺口较大。年,我国进口海绵钛1.38万吨,创历史新高,主要用于满足下游企业对高品质海绵钛的需求。高端海绵钛工艺复杂成品率低,且生产成本高,我国仅遵义钛业、宝钛华神、朝阳金达等少数几家能稳定供货,当前我国高品质海绵钛产量增速无法满足下游需求的爆发式增长,供需缺口逐年加大,主要通过从乌克兰和哈萨克斯坦进口弥补。中低端产品供应过剩,高端产品供应不足,是当前我国海绵钛行业面临的主要问题。
2.3高端钛材产能不足,国防和军队现代化下推动发展
我国熔炼工艺中VAR法应用广泛,CHM法快速发展。多孔的海绵钛需熔铸成致密的钛锭才能用于制造钛材,钛的化学活性高,熔铸必须在真空或惰性气氛下进行。目前全球主流熔铸工艺有两种:真空自耗电弧熔炼(VAR)和冷床炉熔炼(CHM)。目前国内应用最广泛的是VAR法(西部超导采用此技术),优点是工艺成熟,熔炼速度快,缺点是易偏析、成分均匀性差和易产生缺陷,故对于质量要求高的钛合金铸锭,一般经过三次VAR熔炼,以降低缺陷。CHM法更好地解决低、高密度夹杂及成分均匀性方面的问题,近年来我国部分钛企从美国、德国引进电子束冷炉床熔铸炉和等离子冷炉床熔铸炉,CHM法也在快速发展。
钛合金加工技术难度较大。钛合金的导热系数和比热小,加工时产生的热量很难通过工件释放,局部温度上升快,高温下,一方面造成刀具的急剧磨损,另一方面会破坏零件的表面完整性,导致零件几何精度下降和出现加工硬化现象。另外,钛合金弹性模量低,使已加工表面容易产生回弹,特别是薄壁零件的加工回弹更为严重,易引起后刀面与已加工表面产生强烈摩擦,从而磨损刀具和崩刃。因此钛合金加工十分困难,目前全球仅有美国、俄罗斯、日本、中国、乌克兰和哈萨克斯坦掌握完整的钛材加工制造工艺。
高端钛材供应集中在国外,我国产量大但以中低端为主。高端钛材供应商主要集中在俄罗斯、美国和日本三个国家,其中美、俄占据军工和航空航天领域,日本占据民用领域。据中国有色金属工业协会钛锆铪分会,年我国钛材产量占全球产量的50%以上,我国虽产量较大,但相较于发达国家在钛材深加工以及应用上的优势,中国高端钛材制造能力尚需继续提升,当前我国产出钛材大部分为初级产品,主要应用于石油化工等中低端领域。
高端钛材供不应求,国防和军队现代化有望推动发展。中国的钛工业自年开始起步,现我国已成为继美国、苏联和日本之后的第四个具有完整钛工业体系的国家,年我国钛材产量为吨,同比高达+40.1%,再创历史新高;分产品看,我国钛产品以板材为主。年起,在中国“十四五”国防和军队现代化建设规划下,航空航天、军工等领域对高端钛材大幅增加。但我国高端钛材的生产能力尚无法满足国内需求,需求缺口仍需通过进口来满足,年我国进口钛材吨,同比增长16.9%,主要为厚度不超过0.8mm的钛板、片、带、箔,我国钛行业需提高产品品质,以充分满足国防军工对钛合金的发展需要。
我国军用高端钛材生产商主要为宝钛股份、西部超导和西部材料。从供应商来看,我国钛材制造企业众多,但多为中低端产品生产商,国内军用高端钛材生产商主要为宝钛股份、西部超导和西部材料,其中宝钛股份是我国钛企龙头,占年全国钛材产量占比的18.8%。从产品覆盖范围上看,宝钛股份可生产全系列钛材,以板材为主;西部材料可生产板材、棒材和管材,也以板材为主;西部超导以棒材和锻件为主,其中锻件产量超过宝钛股份和西部材料,在棒材和锻件上具有一定优势。
2.4航空钛材空间广阔,需求有望持续提升
我国消费以化工为主,高端钛材空间广阔。我国年钛材消费量为12.7万吨,同比增长35.7%,年起中国“十三五”规划的制定以及国防军队现代化的“三步走”战略的更新,我国航空航天领域用钛量增速居前,用钛量提升较快。对比钛材的需求结构,我国以化工领域为主,而全球钛材需求量最大的是航空航天领域,体现出我国高端钛材使用量偏低的问题,未来航空航天等高端钛材的增量空间仍然广阔。
航空航天领域钛合金主要用于飞机发动机结构钛合金和飞机结构钛合金。航空钛合金具有密度小、比强度高等优异性能,主要应用于飞机发动机结构钛合金和飞机结构钛合金等:(1)飞机结构钛合金使用温度要求一般为℃以下,要求具有高的比强度、良好的韧性、优异的抗疲劳性能、良好的焊接工艺性能等,主要应用部位有起落架部件、框、梁、机身蒙皮、隔热罩等。(2)发动机用钛合金要求具有高的比强度、热稳定性好、抗氧化、抗蠕变等性能,应用领域有压气机盘、叶片、鼓筒、高压压气机转子、压气机机匣等。
飞机越先进,用钛量越大。钛合金的用量常被当作衡量飞机选材先进程度和航空工业发展水平的指标,与飞机作战能力密切相关。在国外第三代战斗机上,钛合金用量占机体结构重量比为20%以下,在第四代战斗机F-22上已高达41%,其应用呈大幅度上升趋势。民用飞机用钛量虽不及军机,但用量比例也在增加,例如空客A钛合金占比为4.5%,而A用钛量提升至10%。我国战斗机的用钛量也在不断增加,我国70年代歼8钛合金占比仅2%,目前歼20已达到20%的钛合金占比,处于国际先进水平。
我国发动机不断研发进步,用钛量趋近国际先进水平。国外先进发动机的用钛量通常保持在20%-35%之间,我国早期生产的涡喷发动机均不用钛,年开始研制并与年初设计定型的涡喷13发动机的钛用量达到13%,年设计定型的昆仑涡喷发动机是我国第一个拥有完全自主只是产权的航空发动机,钛用量提高至15%,即将设计定型的我国第一台拥有自主知识产权的涡扇发动机又进一步把钛用量提高至25%,趋近国际先进水平。
国防开支稳定提升支持武器装备现代化建设。年以来我国国防开支持续增长、增速高于GDP增速,武器装备现代化建设促装备费占比稳定上升。年以来我国国防开支持续增长,CAGR约11.1%,年国防开支约1.45万亿元、同比增长7.0%。从结构上看:根据《新时代的中国国防》白皮书,年以来,我国加大武器装备建设投入,淘汰更新部分落后装备,升级改造部分老旧装备,研发采购航空母舰、作战飞机、导弹、主战坦克等新式武器装备,稳步提高武器装备现代化水平。-年国防支出中装备费占比快速提升,由33.2%提升到41.1%。
十四五是我国武器装备建设战略窗口期。十四五规划提出“要加快武器装备现代化,加速武器装备升级换代”,我们认为十四五期间我国武器装备放量和更新升级的速度将加快。我国重点型号武器装备在“十三五”已经跨过研制定型阶段,在“十四五”将进入批量列装阶段,将有大批量的装备列装,正式形成我国军工作战能力体系。
1、军用飞机钛合金需求测算:我国军用战机更新换代叠加数量补齐拉动高端钛合金需求。从数量上看,据《Worldairforce》数据显示,年全球活跃军用飞机数为架,美国、俄罗斯、中国位列前三,分别拥有架、架、架,中国与美国活跃军用飞机数量相差甚远。战斗机结构中,美国现役战斗机已经实现了全部三代以上,且现役四代机架,占战斗机总量的14%,并加速列装F-22、F-35等四代战机;我国四代机歼20现役仅19架,占比仅1%,且二代机占比尚有47%。国防和军队现代化推动下,中国新式战机的更新换代有望提速,国产战机将开始放量,从而带动高端钛材需求。
假设1:根据FlightGlobal数据,年-年,我国空军战斗机、特种任务飞机、空中加油机、运输机、战斗直升机、训练机数量复合增速分别约为1.3%、10.0%、20.1%、6.4%、1.9%、2.4%,参考历史增速,同时考虑未来装备发展景气度上升,三/四代战机需求增加,假设-年我国空军战斗机、特种任务飞机、空中加油机、运输机、战斗直升机数量复合增速分别约为2.3%、11%、22%、7.4%、2.9%、3.4%。
假设2:二代战机退役替代方面,目前我军仍有大量的二代战斗机服役,随着我军三、四代机配置比例增多,二代机等老旧型号军机逐步退役,由此将带来一定的退役替代需求。根据FlightGlobal数据,-年期间,二代战机(J-7、H-6、J-8、Q-5等)由架降至架,年均退出约5架。伴随军队现代化建设,二代机退役进程有望加速,假设未来5年年均退出10架,合计退役替代需求约50架;
假设3:军机出口方面,根据SIPRI数据,年~年,我国出口军机数量超过架,机型包含教练机、战斗机、直升机、无人机等机型,出口对象覆盖巴基斯坦、埃及、沙特阿拉伯等国家。除无人机外,我国军机出口总量约架,年均约38架。结合历史出口量,假设未来5年军机年均出口38架,合计出口约架。
假设4:高端钛材产品通常为精锻件,加工难度大,假设成材率为30%,原料损耗率为70%。
假设5:据CMANO数据,假设新增战斗机以三代(J11)/四代机(J20)为主,重量16-17吨,钛含量15-20%;特殊任务机以Y-9(KJ-)为主,重量39吨,钛含量10%;空中加油机以II78为主,重量88吨,钛含量10%;运输机以Y20为主,重量吨,钛含量10%;战斗直升机以Z19为主,重量2.35吨,钛含量5%;训练机重量10吨,钛含量10%;出口飞机以二代机为主,平均重量10吨,平均钛含量5%。我们预计-年我国军用飞机的钛合金需求总量为吨,年均吨。
2、民用飞机钛合金需求预测:国产飞机放量在即。年国务院发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要(-)》,将“大型飞机”列入重大专项。年中国商用飞机有限公司成立,主要承担中国大型客机C和新支线飞机ARJ21的研制工作。其中C于年首飞,于今年年底交付全球首架;ARJ21已正式投入航线运营。年11月8日,在第十四届中国国际航空航天博览会上,国银金租、工银金租、建信金租、交银金租、招银金租、浦银租赁和苏银金租七家租赁公司与中国商飞公司签署架C飞机确认订单和30架ARJ21飞机确认订单。
假设1:根据《中国商飞公司市场预测年报-》,年中国客机/货机数量分别为/架,预计年中国客机数量达到7/架。同时,考虑到未来二十年现有机队中将有飞机退役,这部分飞机也有新机替代的需求。故预计中国航空公司一共将接收架客机新机和架货机新机,其中涡扇支线客机/单通道喷气客机/双通道喷气客机新增量分别为//架,每年平均新增48//架。
假设2:支线客机、单通道客机、宽体客机、货机分别选取ARJ21、C、B、Boeing为参考机型,重量分别为25/42//吨,根据曹春晓院士《钛合金在航空工业中的应用》数据,假设钛合金含量分别为4.8%/9%/15%/9%。
假设3:钛合金成材率为30%,原料损耗率为70%。我们预计-年我国民用飞机的钛合金需求总量为吨,年均吨。
综上所述,我们预计-年我国航空航天领域的高端钛合金年均需求约吨。
2.5公司产品自主研发,扩充产能填补国内空白
公司产品填补国内空白,保障国家急需关键材料供应。公司生产的高端钛合金材料,包括棒材、丝材、锻坯等,主要用于航空(包括飞机结构件、紧固件和发动机部件等)、舰船、兵器等。公司自主研发并批量生产的多种新型钛合金填补了国内多项空白,保障了国家急需关键材料供应,其中TC4-DT、TC21、Ti45Nb等三种主要牌号新型钛合金已成为我国航空结构件、紧固件用主干钛合金,为我国新型战机、运输机的首飞和量产提供了关键材料。
产能持续扩张,未来或达0吨。现有名义产能吨/年,公司正挖掘释放现有产能,据年3月投资者调研纪要,预计-年公司具备-吨钛合金产能。年公司募资建设航空航天用高性能金属材料产业化项目,项目建成后,预计新增钛合金材料吨/年的生产能力,单价约30-50万元/吨。预计项目建设期3年,年12月投产,运营期9年,运营期第一年达产60%,第二年达产80%,第三年达产%。
3.超导:国内唯一供应商,下游需求广阔
低温超导材料已实现商业化。超导是指在一定温度条件下物质电阻突然消失的现象,超导材料是指在一定条件下,具有直流电阻为零和完全抗磁性的材料。根据超导材料的临界温度,可将超导材料分为低温超导材料和高温超导材料,一般将Tc(临界温度)25K的超导材料称为低温超导材料,目前已实现商业化的包括NbTi(Tc=9.5K)和Nb3Sn(Tc=18K);Tc(临界温度)≥25K的超导材料称为高温超导材料,有实用价值的主要有铋系(例如Bi2Sr2Ca2Cu3O7-δ,Tc=K)、钇系(例如YBa2Cu3O7-δ,Tc=92K)和MgB2(Tc=40K)材料等。但目前高温超导材料尚处于研发阶段,其中,解决高温超导机理问题是目前高温超导研究面临的巨大挑战。
3.1公司是国内唯一低温超导线材商业化生产企业
NbTi制备难度大,西部超导是全球唯一覆盖全流程企业。由于Nb和Ti的熔点相差较大,且NbTi合金中Nb的含量较多,如果控制不好熔炼技术,易产生不熔块,导致后续细芯丝NbTi线加工中断线,因此NbTi二元合金棒的制备非常困难。西部超导是全球唯一的NbTi锭棒、超导线材、超导磁体的全流程生产企业。竞争对手上,ATI仅生产NbTi锭棒,未生产下游低温超导产品,公司其他国际竞争对手均不生产低温超导产品的原材料NbTi锭棒,需向公司或ATI采购。
公司垄断国内供应,产品性能优异。公司最初成立目的便是进行ITER用低温超导线材的产业化,实用低温超导材料主要是NbTi和Nb3Sn超导线。NbTi是二元合金,具有良好的加工塑性、很高的强度、制造成本低、临界磁场低,主要用于10T以下磁场;Nb3Sn是金属间化合物,属于脆性材料,加工性能差、制造成本高,但临界磁场高,主要用于10T以上的磁场。公司在国内不存在竞争对手,海外竞争对手包括德国Bruker公司,英国Luvata公司,日本JASTEC和美国ATI等,但业务覆盖范围均不及西部超导。产品性能上,作为世界上能够批量生产超导用NbTi合金的两家公司,公司和ATI生产的NbTi锭棒产品质量均赢得了全球超导线材领域的认可,公司低温超导产品的性能已与其他竞争对手处于同一水平。
3.2MRI和MCZ领域带动需求超导需求
目前超导产品主要应用于MRI、MCZ和CFETR等领域。
1、MRI领域:国内人均拥有量不足,增量空间广阔。MRI即磁共振成像仪,利用原子核自旋运动的特点,在外加磁场内,经射频脉冲激发后产生信号,经过计算机处理转换后获得人体组织结构图像,广泛运用于全身各部位脏器的疾病诊断中。MRI是当前超导材料的最主要应用领域。年中国每百万人口MRI拥有量为12.6,相比亚太地区平均水平(32.8)差距仍大,国内MRI增量空间广阔。
MRI销量快速增长有望带动低温超导产品需求。据健康界研究院统计数据显示,中国MRI设备市场近年来一直保持较快增速,-年设备保有量CAGR为15.6%。医院数量持续增加和设备更新换代对MRI的需求,国家加大对基层医疗机构信息化建设发展投入要求,分级诊疗落地实践等多种因素驱动,预计未来三年中国MRI设备销量增幅将维持15%左右,年中国MRI设备保有量将达台,带动相关低温超导产品需求。
2、MCZ领域:大尺寸单晶硅制备对超导磁体需求迫切
单晶硅的产业技术升级背景下,超导磁体MCZ技术得到重视。MCZ即磁控直拉单晶硅技术,是一种在传统直拉(CZ)硅单晶生长基础上,外加磁场,从而抑制晶体生长中产生的热对流,有效提高长晶成功率,降低晶体内的氧含量,从而提高晶体质量。
大尺寸硅片需求稳定增长,带动MCA用超导磁体需求。采用超导磁体提供稳定磁场的MCZ是目前国际上生产mm以上大尺寸半导体级单晶硅的最主要方法。而我国mm以上的半导体级MCZ生产装备磁场部分主要由常导磁体提供,其功耗大,需要复杂的冷却系统,且无法高效控制杂质和缺陷的产生,据普华有策,采用超导磁体可使MCZ生产设备体积和运行成本大幅度减小,能够降低mm单晶硅制造能耗20%、提高成品率30%,我国需实现超导磁体MCZ法的规模应用,以促进我国单晶硅行业的产业技术升级。据SUMCO预测,-年mm硅片需求CAGR有望维持在8.4%,年需求有望达超万片/月,带动超导磁体需求。
3、CFETR领域:项目有望为公司带来业绩新增量
中国聚变工程实验堆(CFETR),是中国自主设计和研制并联合国际合作的重大科学工程,将推动中国走向世界核聚变领域的中央,并成为代表中国参与全球科技竞争与合作的重要力量,使中国跨入世界聚变能研究开发先进行列,对解决能源危机问题具有重要意义。CFETR项目于年12月5日在合肥正式启动工程设计,CFETR计划分三步走,第一阶段到年,CFETR开始立项建设;第二阶段到年,计划建成聚变工程实验堆,开始大规模科学实验;第三阶段到年,聚变工程实验堆实验成功,建设聚变商业示范堆,完成人类终极能源。CRAFT项目建设周期为5年8个月,年12月园区工程开工,年9月主体工程开工。西部超导承担CRAFT项目用高性能NbTi和Nb3Sn超导线材制造任务,有望为公司未来几年带来新的业绩增量。
3.3公司覆盖超导生产全流程,构筑核心竞争力
在低温超导材料方面,公司NbTi和Nb3Sn超导线材已满足国内外科研院所特殊科研磁体的技术要求;9.4T高场强磁体用NbTi超导线材已获得客户认可,并批量供应;公司作为全球唯一的NbTi锭棒、超导线材、超导磁体的全流程生产企业,不仅可以保证公司低温超导产品原材料稳定、充足的供应,还在低温超导产品质量控制、交货期管控等方面具有天然优势,充分提升了公司的核心竞争力。在高温超导材料方面,公司侧重Bi-和MgB2的研发和产业化,目前已掌握上述材料核心制备技术,未来将突破并引领其在智能电网中输电电缆、无液氦磁体装备等领域的运用。公司自主开发出以粉末装管法、高强度低损耗结构设计为核心的全套制备技术,制备出高性能Bi系线材;发明了分步法合成元素掺杂粉末、芯部增强导体结构,制备出千米级MgB2带材,参与研制出国际首台0.6TMgB2核磁共振成像仪。
在超导磁体方面,公司是国内研发生产低温和高温超导磁体的主要企业之一,相继突破了全套的大型超导磁体绕制、固化及低温杜瓦设计和制造技术,在超导磁体的研发、生产及制造等方面已得到国内外客户的肯定与认可。公司直径1米以上大孔无液氦高场超导磁体技术已取得突破,成功应用于高温超导感应加热系统与mm磁控直拉单晶硅系统;MCZ磁体批量化制备技术已成熟,并稳定交付产品;已成功研制国内首台超导扭摆器磁体和CCT磁体。扩建有序推进,未来产能或达吨。现有吨超导线材产能,公司募资建设高性能超导线材产业化项目,预计新增吨超导线材产能,单价27万元/吨。项目建设期2年,预计年12月投产,运营期10年,运营期第一年达产60%,第二年达产%。
4.高温合金:国产替代加速,下游需求旺盛
高温合金是指以铁、镍、钴为基,能在℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料,具有优异的高温强度,良好的抗氧化和抗热腐蚀性能,良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能,又被称为“超合金”,主要应用于航空航天领域和能源领域。高温合金的主要分类有:(1)按制造工艺分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末高温合金三类;(2)按基体元素分为铁基、镍基、钴基等高温合金。其中,镍基高温合金和变形高温合金应用最广泛。
高温合金行业上游包括基体原料(铁、钴、镍)以及一些添加元素,中游为高温合金生产商,下游应用领域主要为航空发动机、燃气轮机、核电和汽车涡轮增压机等。
4.1高壁垒下寡头竞争,供给释放加速国产替代
我国高温合金长期供不应求,进口替代空间广阔。近年来,我国高温合金供给量持续增长,但仍不及需求端增速,我国高温合金行业长期处于供不应求的状态(年缺口约2.4万吨,约占总需求的39%),其主要原因是我国在高温合金技术水平与生产规模与美国、俄罗斯等先进国家仍存较大差距,我国自主研发的航空发动机用高温合金材料长期依赖进口,同时,一些发达国家限制技术出口,部分产品尚不向中国销售,对我国航空工业和国防安全带来巨大威胁,国产替代迫在眉睫。
与进口高温合金相比,我国高温合金主要存在以下几个方面的不足:1)冶金问题:国内生产的高温合金冶金缺陷较多,主要表现为黑斑、白斑、碳化物偏聚等;2)组织均匀性问题:国内高温合金棒材的组织均匀性较差,主要体现为边芯部晶粒度极差过大;3)杂质元素控制问题:国内生产的高温合金产品杂质元素(如硫元素)含量较高,导致材料的强度和使用寿命较低;4)成本问题:国内生产高温合金返回料利用率偏低,导致生产成本普遍偏高。高温合金生产工艺种类繁多。因高温合金产品种类繁多,故其对应生产工艺各不相同,但总体来看,其主要生产环节为熔炼、铸锭、热加工。生产工艺对高温合金材料力学性能影响重大,一项新工艺的引入,往往使高温合金的性能获得一个飞跃。熔炼是核心环节,其技术方法与设备也在不断地创新和进步中,目前,国内外的熔炼方式有三种,包括单联、双联和三联工艺,熔炼的设备包括真空感应炉、电渣炉、电子束炉、真空自耗炉以及等离子电弧炉等,使用比较广泛的为真空感应炉、真空自耗炉和电渣炉。
技术和研发壁垒高,生产工艺复杂。高温合金一般含有多种稀有、难熔金属,生产工艺较为复杂,其中特种冶炼、精密铸造、锻造、焊接等工序需要长期的技术积淀和不断的技术创新方能掌握。国内外的主要高温合金铸造生产企业均具有较强的合金材料研发能力,新产品从开始研发至最终量产,需要经过论证、研制、定型等过程,从研制到批产的周期长、投入高、风险大。因此,高温合金材料存在较高的技术壁垒。行业进入壁垒高,考察周期长,用户粘性高。高温合金广泛应用于航空航天、军工等领域,而这些领域均有较高的行业标准。在军用领域,从事军品相关生产活动必须通过严格审查并取得军工资质,程序繁琐,时间较长。在民用领域,如民用航空发动机领域,也存在相应的资质认证管理体系,生产厂家需要通过获得相关行业准入资质和认证,方能进入市场。取得上述资格后,由于高温合金广泛应用于航空航天、军工领域的发动机关键结构中,其产品的性能稳定性和质量可靠性是用户最先考虑的因素,下游用户对供应商有严格的评定程序(航空发动机产品的研制均需经过立项、方案论证、工程研制、定型等阶段)。一旦企业的产品经过严格的试用程序成为供应商后,则可享受较高的进入壁垒,主因供应商的变更存在较高的技术风险、切换成本,所以在产品性能达标、质量稳定的前提下,用户在选定合格供应商后通常不会轻易更换供应商。
得益于较高的行业壁垒,高温合金行业集中度较高。从竞争格局上看,由于高温合金行业较高的技术壁垒和进入壁垒,我国高温合金行业集中度较高,年我国高温合金生产企业CR2达到51%。我国高温合金龙头为钢研高纳,年高温合金产量达到吨,占我国高温合金产量占比为35%;其次是抚顺特钢和图南股份,占比为16%/9%。
认证周期缩短,国内高温合金迎来重要发展机遇。在装备现代化建设背景下,带动对航空发动机、燃气轮机、核电等领域高温合金的需求,近年来随着“两机”重大专项逐步实施,国内对于高性能高温合金材料的需求愈加迫切,据西部超导年报,进口替代需求下,相关研制单位对关键材料将缩短评审认证周期。根据各公司公告,-年期间,预计我国主要高温合金企业将新建产能超2万吨。
4.2航空和发电领域发力,下游需求空间广阔
高温合金下游需求中,航空航天、电力、机械、冶金、汽车和石油为前六大应用领域,占比分别55%、20%、10%、7%、3%和2%,其他领域占比仅为3%。
1、航空发动机高温合金需求
高温合金在航空领域的应用为航空发动机行业,航空发动机主要包括活塞式航空发动机、燃气涡轮发动机和冲压发动机,其中燃气涡轮发动机是现代航空发动机的主流,可分为涡喷发动机、涡扇发动机、涡桨发动机和涡轴发动机。目前,涡扇发动机逐渐成为主流航空发动机。高温合金是航空发动机的重要材料。根据《加快高温合金发展,推动航空发动机研制》,高温合金在℃以上具有良好的综合性能,是航空发动机热端部件的首选材料,约占发动机重量的40%-60%。高温合金主要用于发动机四大热端部件:燃料室、涡轮导向叶片(静叶片)、涡轮工作叶片(动叶片)和涡轮盘。军用发动机通常以推重比综合评定其技术水平,提高涡轮前温度是提高推重比最直接的途径。军用飞机的持续升级提高了对发动机推重比的要求,进而对高温合金的依赖越来越大,高温合金是推动发动机技术升级的重要因素之一。
军用航发高温合金需求预测:假设1:根据FlightGlobal数据,年-年,我国空军战斗机、特种任务飞机、空中加油机、运输机、战斗直升机、训练机数量复合增速分别约为1.3%、10.0%、20.1%、6.4%、1.9%、2.4%,参考历史增速,同时考虑未来装备发展景气度上升,三/四代战机需求增加,假设-年我国空军战斗机、特种任务飞机、空中加油机、运输机、战斗直升机数量复合增速分别约为2.3%、11%、22%、7.4%、2.9%、3.4%。假设2:二代战机退役替代方面,目前我军仍有大量的二代战斗机服役,随着我军三、四代机配置比例增多,二代机等老旧型号军机逐步退役,由此将带来一定的退役替代需求。根据FlightGlobal数据,-年期间,二代战机(J-7、H-6、J-8、Q-5等)由架降至架,年均退出约5架。伴随军队现代化建设,二代机退役进程有望加速,假设未来5年年均退出10架,合计退役替代需求约50架;假设3:军机出口方面,根据SIPRI数据,年~年,我国出口军机数量超过架,机型包含教练机、战斗机、直升机、无人机等机型,除无人机外,我国军机出口总量约架,年均约38架。结合历史出口量,假设未来5年军机年均出口38架,合计出口约架。
假设4:存量发动机翻修需求方面,根据沈海军《中国航空史话》,我国军用航空发动机翻修寿命可达0小时,国防部年6月11日新闻《小时!中国空军歼击机飞行纪录保持者光荣停飞》,目前我军飞行员年均飞行小时可达小时,考虑未来我军实战化训练需求提升,因此预计单发翻修寿命约10年。以时间平均估算,未来5年存量飞机翻修比例为5/10=1/2,按双发估计,假设存量发动机翻修需求约0台航空发动机。假设5:单机发动机数量方面,假设未来新增军用运输机以Y-20为主、空中加油机为Il-78,每架机发动机需求4台,除此之外其他类型军机单架机发动机均为2台。假设6:装备比方面,根据陈凤腾《基于视情维修的航空发动机备发预测方法研究》,一般航空公司机队备用发动机占比可达8%-15%,即装备比1.08-1.15,考虑军用航空发动机备用需求或较多,假设军用航空发动机装备比为1.3。假设7:假设战斗机/特种任务机/空中加油机/运输机/战斗直升机/训练机的发动机型号分别是AL-31F/WJ-6/D-30Kp/D-30Kp/TV3-/AI-25、重量分别为2/1.2/3/3/0.3/0.5吨。假设高温合金重量占航空发动机比例达50%,高温合金冶炼工艺复杂,成材率约20%。我们预计-年我国军用航空发动机高温合金需求约吨,年均需求约吨。
2、民航发动机高温合金需求
我国民航发动机商储研制阶段。民用航空发动机主要应用于民航客机、货机等领域,其中客机可分为涡扇支线客机、单通道喷气客机和双通道喷气客机。年5月5日我国自主研发的国产大型喷气式民用飞机C成功首飞,年12月9日,C全球首架机正式交付中国东方航空,打破国外大飞机的垄断。但我国民用航空发动机研制起步较晚,配套国产大型客机C的CJ-尚处研制阶段,目前采用CFM国际公司的LEAP-1C发动机。CJ进展较快。“CJA”发动机是CJ发动机第一个量产型号,是我国第一款商用航空发动机产品,也是国产C大飞机的唯一国产配套动力,具有低燃油消耗、低排放、低噪音、高可靠性、长使用寿命、低维护成本的技术特点,多项指标优于现役同类产品。年,CJ的核心机就已经验证点火成功,年12月25日完成整机总装,年5月成功实现整机点火。年6月CJA在浙江省涡轮推进院完成鸟撞测试。其后,CJ-A开始进入试制阶段,而第三台试制机已于8月加装无线电遥测系统,为安装至试飞院的伊尔76测试平台作准备。年9月CJA完成地面5小时极限推力试车。年12月,CJA完成叶片飞脱试验。按照商飞的乐观估计,年CJA或能装配至C。
民航发动机高温合金需求预测:假设1:根据《中国商飞公司市场预测年报-》预测,年中国客机/货机数量分别为/架,预计年中国客机数量达到7/架。同时,考虑到未来二十年现有机队中将有飞机退役,这部分飞机也有新机替代的需求。故预计中国航空公司一共将接收架客机新机和架货机新机,其中涡扇支线客机/单通道喷气客机/双通道喷气客机新增量分别为//架,每年平均新增48//架。假设2:存量发动机维护需求方面,根据民航局数据,年我国民航全年飞行时间万小时,民机总量架,单台发动机全年飞行时间约0.3万小时。根据CFM公司数据,CFM56民用航空发动机首次翻修寿命约1.6万小时、之后翻修周期约1万小时。随着航空发动机技术提升,以1.5万小时翻修周期、年均0.3万飞行小时粗略估算,存量民用航空发动机维护周期约5年。按时间平均估算,未来5年存量涡扇支线客机/单通道喷气客机/双通道喷气客机/货机发动机维护需求约台。
假设3:单发重量方面,支线客机、单通道客机、宽体客机、货机分别选取发动机型号CF34-10A、LEAP-1B、Trent、PW为参考,重量分别为1.7/2.8/5.9/4.3吨,单台发动机高温合金重量占比50%,高温合金成材率20%。假设4:根据陈凤腾《基于视情维修的航空发动机备发预测方法研究》,一般航空公司机队备用发动机占比可达8%-15%,即装备比1.08-1.15,假设装备比为1.1。我们预计-年我国民用航空发动机高温合金需求约吨,年均需求约吨。
3、燃气轮机高温合金需求
燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转,将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械,是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机是先进而复杂的成套动力机械装备,是典型的高新技术密集型产品。工业燃气轮机按功率可划分为微型(0.3MW以内),主要用于分布式能源;轻型(0.3-20MW),主要用于分布式能源和一些轻型动力装置(小型舰船等);中型(20-MW),主要用于大中型水面舰艇和地面长距离管线增压;重型(MW以上),主要与蒸汽轮机联合循环用于工业发电。
政策推动行业发展,零部件国产化率不断提高。燃气轮机起源于上世纪30年代,经过行业不断发展,目前国际工业燃气轮机行业目前美国通用电气、德国西门子、日本三菱三巨头高度垄断。我国非常重视燃气轮机的国产化,现已具备轻型燃机(功率5万千瓦以下)自主化能力,但重燃(功率5万千瓦以上)仍基本依赖进口,1年,国家发改委发布《燃气轮机产业发展和技术引进工作实施意见》,决定以市场换取技术的方式,引进、消化、吸收燃气轮机制造技术,引进了GE、三菱重工、西门子公司的F/E级重型燃气轮机,由哈汽-GE、东汽-三菱重工、上汽-西门子、南汽-GE等4个联合体实行国产化制造,目前,国内燃气轮机主机厂主要包括哈尔滨电气、东方电气、上海电气等,按照“先系统后本体,先静子后转子、先低温后高温”的原则安排国产化生产,目前F级燃机的制造技术国产化率有了很大提高,我国燃气轮机零部件国产化率可达到80%-90%。
我国燃气发电占比较低,有望成为主力推动能源。水能、风能、太阳能、生物质能等是绿色低碳的可再生能源,其发展对实现我国双碳目标至关重要,但目前水电、风电、太阳能光伏、核电等非化石能源发电的间歇性、随机性、不稳定性、安全性的难题都未从根本上完全克服,因此火电(主要包括煤电、油电和气电)在未来很长一段时间内仍会占据发电主导地位。而煤电、油电为高碳、高污染化石能源发电,天然气碳排放量更低属于清洁能源,故气电有望成为今后一段时间内主力推动的发电方式。年电力结构中,全球燃气发电占比22.9%,而我国燃气发电占比仅3.2%,明显低于全球水平;相较于发达国家,美国、日本和欧洲地区,我国原煤发电占比过高,达到62.6%,显示出我国发电能源高度依赖煤炭,未来我国天然气发电提升的空间较大。
政策助力燃气发电占比提升。根据国家发改委年发布的《加快推进天然气利用的意见》,要加快推进天然气在城镇燃气、工业燃料、燃气发电、交通运输等领域的大规模高效科学利用,到年力争将天然气在一次能源消费中的占比提高到15%左右。“双碳”目标有望促进能源结构调整,助推发电燃气轮机中长期需求增长。在“双碳”背景下,未来我国燃气发电占比有望长期上升。年我国燃气发电装机容量达到万千瓦,同比增长9.2%;我国能源消费结构中,年天然气占比达到6.1%,处于持续提升状态。
工业发电燃气轮机需求测算:假设1:新增燃气轮机发电规模方面,根据中电联数据,-年我国燃气发电装机规模CAGR为10.4%,其中年增速为9.1%。以此为依据,考虑到高基数,假设未来5年我国燃气发电装机规模的增速为9%。假设2:参考国产燃气轮机GT20,燃气轮机单重26吨,功率26.7MW。假设3:高温合金重量占比50%,成材率20%,零部件国产化率为85%。我们预计-年我国工业发电燃气轮机的高温合金需求量为吨,年均吨。
5、核电高温合金需求
核电优势显著,我国是少数掌握自主三代核电技术的国家之一。化石能源储量有限,燃烧时会产生大量二氧化碳等有害气体,造成温室效应,而风电、光伏发电等又受自然条件限制。相较而言,核电技术成熟,电力供给可靠性高,其燃料全球储量丰富成本相对低,随着国际能源供应形势日趋紧张,为了满足电力需求的快速增长和更好地保护环境,核能发电受到重视。我国核电经历了从独立探索向引进国外先进技术及自主化转变,目前已掌握自主三代核电技术。根据《全球第一台“华龙一号”核电机组投入商业运行》,我国“华龙一号”全球首堆福建福清核电5号机组于年1月已完成满功率连续运行考核,投入商业运行,标志着中国成为继美国、法国等国家之后真正掌握自主三代核电技术的国家。
我国核电需求空间较大,在建核电规模位居世界首位。根据WorldNuclearAssociation、截至年7月,全球已运行的核电站中我国核电站发电容量位居全球第二位,与美国核电发电容量差距仍大。在建核电规模方面,我国在建装机量位居全球首位,年在建核电净容量约MWe。根据国务院年10月24日发布的《年前碳达峰行动方案》,未来我国要积极安全有序发展核电。从核电装机规划来看,根据中电联《电力行业“十四五”发展规划研究》,年我国将实现核电装机0MW的目标。根据中国核能协会数据,截至年10月底,我国商运核电机组共53台,总装机容量.7MW。因此,当前我国核电机组装机政策需求缺口总计约.3MW。总体看,我国核电建设规模空间较大,政策推动下规模有望快速增长。
高温合金主要用作压水堆蒸汽发生器传热管、元件格架和压紧弹簧等,以及高温气冷堆和部分快堆的过热器与再热器传热管零部件。
核电高温合金需求测算:假设1:根据图南股份招股说明书,每座装机量MW的核电站高温合金需求约吨。假设2:根据中电联《电力行业“十四五”发展规划研究》,年我国将实现核电装机0MW的目标和中国核能协会数据,截至年10月底,我国我国核电机组装机政策需求缺口总计约.3MW,假设-年年均建设核电规模MW。假设3:高温合金成材率20%。我们预计-年核电领域高温合金需求约吨,年均需求量约吨,考虑到我国年的碳达峰目标,预计年之后核电仍将有序建设。
综上,我们预计-年我国航空航天和发电领域高温合金年均需求量约吨,根据前瞻产业研究院的数据测算,年高温合金剩余的其他领域需求量约1.55万吨,假设剩余其他领域需求每年以3%的低速增长,我们预计-年我国高温合金年均需求量约6-0吨。
4.3公司生产工艺自主研发,有望构筑新增长曲线
承担多项研制任务,产品有望逐步放量。公司是国内高性能高温合金材料的新兴供应商之一,陆续承担了国内重点国防装备用多个高温合金材料的研制任务。多个牌号高温合金大规格棒材获得某型航空发动机用料供货资格;多个重点型号航空发动机高温合金材料已经通过了某型号发动机的长试考核,具备了供货资格,已开始供货;高温合金铸锭纯净化熔炼控制技术显著提升,实现重大冶金缺陷“零发生”,形成了一系列先进的制备工艺和质量过程控制技术。
积极扩张产能,未来产能或达到吨。公司现有产能吨,新增产能方面,(1)公司募资建设发动机用高温合金材料及粉末盘项目,预计新增产能2吨,其中镍基高温合金棒材1吨,粉末高温合金母合金吨,预计年1月投产;(2)公司募资建设航空航天用高性能金属材料产业化项目,预计新增高温合金产能1吨,单价约30-50万元/吨,项目建设期3年,预计年12月投产,运营期9年,运营期第一年达产60%,第二年达产80%,第三年达产%。
5.盈利预测
钛材业务:根据公司年3月投资者关系活动记录表,公司预计年具备-吨钛合金产能。同时根据年7月投资者关系活动记录表,公司21年半年报在建工程中三台电弧炉将在21年下半年投产。为满足下游需求,公司持续进行扩产,新增真空感应炉熔炼、快锻及和真空自耗电弧炉等设备,提高熔炼、锻造等环节产能。假设-年,公司产能逐步提升至1万吨以上,且由于高端产品供不应求,盈利水平向好,假设-年销量分别为//吨,价格分别为36.5/37.0/37.5万元/吨,毛利率为45.81%/46.31%/46.81%。
超导业务:我国MRI设备和MCZ设备放量,带动超导材料市场需求。此外,年西部超导承担CRAFT项目用高性能NbTi和Nb3Sn超导线材制造任务,我们预计公司CRAFT项目的相关制造任务有望在22-24年持续交付,带来可观的业绩增量。同时,公司承接的CFETR、兰州重离子加速器等国家重点工程项目所需的低温超导线材均是高价格、高毛利产品,利于改善毛利率。我们预计-年超导业务营收分别为5/6/7亿元,毛利率分别为16.83%/17.33%/17.83%。
高温合金业务:公司为高温合金新兴供应商上,随多个型号小批量交付,市场将逐步打开,产品放量下业绩与盈利能力将得到较大提升。公司现有产能吨,“发动机用高性能高温合金材料及粉末盘项目”将新增产能2吨产能,于年1月投产,假设达产期三年,-年公司高温合金销量分别为//吨,均价20万元/吨,毛利率分别为15.00%/22.50%/30.00%。
其他业务:假设-年年均增速为15%,毛利率为29.77%。综上,我们预计-年公司营收为40.92/52.47/65.09亿元,同比增长39.8%/28.2%/24.1%,平均毛利率为40.03%/40.38%/41.34%。
(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)
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