V "14. petletnem načrtu" je kitajska vojaška oprema pospešila gradnjo, hitra namestitev novih tipov vojaških letal in "vrsta velikosti" postopna gradnja izstrelkov so oblikovali močno povpraševanje po materialih navzgor.
Superpozicija neodvisnega nadzorovanega povečanja in povečanja deleža uporabe vrhunskih visoko zmogljivih materialov v novih modelih opreme, trenutno materiali navzgor v verigi vojaške industrije kažejo razmeroma močno "pomanjkanje" in tudi višje zmogljivost v primerjavi s spodnjim delom poveča elastičnost.
01|Ozadje industrije
Ena generacija materialov, ena generacija opreme
Vojaški materiali so materialna osnova za razvoj oborožitve in opreme. Vojaški materiali se razvijajo v smeri "lahkih, visoko zmogljivih, večnamenskih, kompozitnih, poceni in inteligentnih". Titanove zlitine, superzlitine, ogljikova vlakna "štirinajst pet" obdobje tržnega povpraševanja naj bi ohranile stabilno in hitro rast, tržni prostor se je postopoma odprl.
Pričakuje se, da bo sestavljena stopnja rasti tržnega povpraševanja po vrhunskih materialih iz titanove zlitine, ogljikovih vlaken in superzlitin v obdobju "štirinajstega petletnega načrta" 20 %, 25 % in 16 %, ob predpostavki, da so tri cene enake. 350,000 juanov/tono, 150,000 juanov/tono oziroma 300,000 juanov/tono. Do leta 2025 bo velikost trga teh treh materialov presegla 10 milijard juanov, 20 milijard juanov oziroma 30 milijard juanov.
Izboljšana je industrijska veriga vojaških materialov
02|titanove zlitine
Lastnosti materiala: odlična zmogljivost, široko uporabljena v vojski
Titan (Ti) se nahaja v periodnem sistemu elementov skupine IV B, je srebrno bela kovina, titanova zlitina temelji na titanu, da doda aluminij, kositer, vanadij, molibden, niobij in druge elemente, sestavljene iz zlitin, zaradi njegove odlične fizikalne lastnosti se pogosto uporabljajo v letalstvu, ladjah, pomorskem inženiringu, orožju, avtomobilih, medicini, kemiji, metalurgiji, športu in prostem času ter drugi vrhunski industrijski proizvodnji. Ima sloves "tretje kovine", "zračne kovine", "oceanske kovine" itd.
Industrijska veriga: Veriga je dolga in kompleksna
Titana je na Zemlji veliko, v skorji pa 0,61 %. V verigi industrije titana so surovine za industrijsko uporabo predvsem ilmenit in rutil, vmesni predelani izdelki titanova goba in titanov dioksid, od katerih se titanova goba uporablja za proizvodnjo titana, ki se uporablja v vesolju, ladijskem orožju in drugih vojaških področjih; Titanov dioksid se uporablja predvsem v industriji premazov, plastike in papirja ter drugih industrijah. Zaradi zapletenosti in težavnosti tehnologije taljenja titana so samo ZDA, Rusija, Japonska in Kitajska obvladale celotno tehnologijo industrijske proizvodnje titana.
Industrijska veriga: nabavne surovine
Rutil je kakovostna surovina za izdelke serije titan, vendar so naravne zaloge manjše. Kar zadeva zaloge, po podatkih USGS svetovne zaloge ilmenita leta 2021 znašajo 700 milijonov ton, zaloge rutila pa 49 milijonov ton. Vsebnost TiO2 v koncentratu rutila je na splošno več kot 93%-95%, z visoko stopnjo in nizko vsebnostjo nečistoč, zato je rutil visokokakovostna surovina za titanov dioksid, titanovo gobo, titanov tetraklorid in druge izdelke iz titana.
Z vidika države je distribucija titanove rude koncentrirana, čeprav so kitajske rezerve velike, vendar je visokokakovostna ruda majhna. Svetovni rutil je v glavnem koncentriran v Avstraliji, Indiji in Južni Afriki, od katerih je Avstralija na prvem mestu z 31 milijoni ton zalog, kar predstavlja 63 %; Svetovni ilmenit je v glavnem koncentriran na Kitajskem, v Avstraliji in Indiji, med katerimi je Kitajska na prvem mestu s 23 milijoni ton zalog, kar predstavlja 33 %. Čeprav so kitajski viri titana bogati z zalogami, predvsem ilmenita, je vsebnost TiO2 nizka, vsebnost nečistoč kalcija in magnezija pa visoka, zato ga je težko izbrati in topiti.
Industrijska veriga: strukturno neravnovesje med ponudbo in povpraševanjem iz gobastega titana srednjega toka
Osnovna surovina vrhunskega titana je predvsem gobasti titan razreda 0. Osnovna surovina titana je gobasti titan. V skladu z nacionalnim enotnim izvedbenim standardom gobastega titana lahko gobasti titan razdelimo na razred 0A, razred 0, razred 1, razred 2, razred 3, razred 4 in razred 5, ki se nanaša predvsem na kemična sestava in Brinellova trdota. Surovina vrhunske titanove zlitine je predvsem gobasti titan stopnje 0, surovina civilne titanove zlitine pa je predvsem gobast titan stopnje 1.
Globalna presežna zmogljivost gobastega titana, kitajska proizvodna zmogljivost gobastega titana višjega razreda je nezadostna. Trenutno ima samo osem držav - ZDA, Rusija, Kitajska, Japonska, Ukrajina, Kazahstan, Savdska Arabija in Indija - proizvodne zmogljivosti titanove gobe. Po podatkih USGS je svetovna proizvodna zmogljivost titanove gobe leta 2021 350,000 ton, vendar je stopnja izkoriščenosti zmogljivosti le 60,0 %, od tega je zmogljivost Kitajske približno 177,{{9 }} ton, stopnja izkoriščenosti zmogljivosti pa je 67,8 %. Celotna ponudba gobastega titana na Kitajskem je zadostna, vendar je vrzel visokokakovostnega gobastega titana z majhno velikostjo delcev velika.
Trenutno rast proizvodnje visokokakovostnega gobastega titana na Kitajskem ne more zadovoljiti eksplozivne rasti povpraševanja na nižji stopnji, vrzel med ponudbo in povpraševanjem pa se iz leta v leto povečuje, predvsem zaradi uvoza iz Ukrajine in Kazahstana.
Industrijska veriga: Nadaljnja proizvodna zmogljivost titana višjega cenovnega razreda je nezadostna (težave pri taljenju in litju)
Porozno titanovo gobo je treba zliti v goste titanove ingote, ki se uporabljajo pri izdelavi titana, titan ima visoko kemično aktivnost, taljenje in ulivanje pa morata potekati v vakuumu ali inertni atmosferi. Trenutno sta na svetu dva glavna postopka taljenja in litja: vakuumsko obločno taljenje potrošnega materiala (VAR) in taljenje v peči s hladnim ognjiščem (CHM).
Trenutno se na Kitajskem najpogosteje uporablja metoda VAR (Western Superconductor sprejema to tehnologijo), prednosti so zrel postopek, hitra hitrost taljenja, slabosti pa so enostavna segregacija, slaba enotnost sestave in enostavna proizvodnja napak, tako za visoko kakovost zahteve za ingot iz titanove zlitine, na splošno s trikratnim taljenjem VAR za zmanjšanje napak. Metoda CHM lahko bolje reši probleme vključkov z nizko in visoko gostoto ter enakomernost sestave. V zadnjih letih so nekatera podjetja za titan na Kitajskem uvedla peči za taljenje s hladnim ognjiščem z elektronskim žarkom in peči za taljenje in litje s plazemskim hladnim ognjiščem iz Združenih držav in Nemčije. Hitro se razvija tudi metoda CHM.
Industrijska veriga: proizvodna zmogljivost titana višjega cenovnega razreda je nezadostna (težka za obdelavo)
Tehnologija obdelave titanove zlitine je težka. Toplotna prevodnost in specifična toplota titanove zlitine sta majhni, toplota, ki nastane med obdelavo, se težko sprosti skozi obdelovanec, lokalna temperatura hitro narašča, pri visokih temperaturah na eni strani povzroči močno obrabo orodja, na po drugi strani pa bo uničil površinsko celovitost delov, kar bo povzročilo geometrijsko natančnost delov in pojav utrjevanja. Zato je obdelava titanovih zlitin zelo težka in le šest držav na svetu, ZDA, Rusija, Japonska, Kitajska, Ukrajina in Kazahstan, je obvladalo celoten postopek predelave in izdelave titana. Dobava vrhunskih titanovih materialov je koncentrirana v tujini, proizvodnja Kitajske pa je velika, vendar predvsem v srednjem in nizkem razredu. Dobavitelji vrhunskega titana so večinoma skoncentrirani v Rusiji, ZDA in na Japonskem.
Letalstvo: Izmerite napredno raven letal
Zaradi nizke gostote, visoke specifične trdnosti, dobre korozijske odpornosti in nizke toplotne prevodnosti se titanova zlitina pogosto uporablja v konstrukcijskih delih in motorjih letal.
Trenutno je najvišja hitrost nove generacije letal več kot 3-krat večja od hitrosti zvoka, povzročila bo trenje letala in zraka ter proizvedla veliko toplote, na splošno pod hitrostjo zvoka 2-krat, ko lahko telo uporabi aluminij zlitine, ko hitrost leta doseže več kot 2-krat, mora uporabiti visoko temperaturno odpornost in boljše delovanje titanove zlitine; ko hitrost leta preseže 3-kratno hitrost zvoka, bo trup uporabil več titanove zlitine.
Vesolje: veliki projekti in zaloge raket
Namesto tradicionalnih jeklenih materialov lahko material iz titanove zlitine močno zmanjša strukturno težo vesoljskega letala in izboljša odpornost konstrukcije vesoljskega letala proti koroziji, kar je zelo pomembno za povečanje obsega letenja vesoljskega letala, zmanjšanje porabe goriva, podaljšanje življenjske dobe in izboljšati zanesljivost storitev.
Polje vojne ladje: naravno prileganje
Zaradi svoje visoke specifične trdnosti in odlične odpornosti proti koroziji v morski vodi in oceanski atmosferi se titanova zlitina pogosto uporablja tudi na področju ladij. Večinoma se uporablja v ohišju tlačnega čolna, strukturnih delih, krogli sistema plovnosti, ohišju črpalke vodne ladje, dodatkih za cevovode in krove, propelerju gliserja, pogonski gredi, hidrogliserju, bični anteni itd. Trenutno je uporaba titanove zlitine na ladjah v glavnem koncentrirana na nekaterih ključnih delih, vendar se bo z nenehno zrelostjo industrije titanovih zlitin in zmanjševanjem stroškov delež uporabe titanove zlitine na prihodnjih ladjah še povečeval.
Velikost trga: prostor za rast vrhunskega materiala iz titana je velik, velikost trga naj bi dosegla 10 milijard
V kitajski porabi prevladuje kemična industrija, prostor za vrhunske materiale iz titana pa je širok. Poraba titana na Kitajskem je leta 2021 znašala 127,000 ton, kar je povečanje za 35,7 %, količina titana pa se je hitro povečala.
V primerjavi s strukturo povpraševanja po titanovih materialih je Kitajska v glavnem v kemični industriji, največje povpraševanje po titanovih materialih na svetu pa je vesoljsko področje, kar odraža nizko uporabo vrhunskih titanovih materialov na Kitajskem in povečan prostor za vrhunski titanovi materiali, kot je vesoljska industrija, so v prihodnosti še vedno široki.
Ocenjuje se, da bo skupno povpraševanje po titanovi zlitini za kitajska vojaška letala v 2022-2026 27.234 ton, s povprečnim letnim povprečjem 5.447 ton. Skupno povpraševanje po titanovih zlitinah za civilna letala je 197.097 ton, letno povprečje pa 39.419 ton. Po izračunu 350000 vrhunskih titanovih materialov/tono je letna velikost trga vojaških letal in motorjev približno 2 milijardi, letna velikost trga vojaških letal in motorjev pa približno 10 milijard.
Konkurenčno okolje: "Veleblagovnice" in "specializirane prodajalne"
Vojaške vrhunske titanove zlitine ne tekmujejo neposredno s tujino, vendar še vedno obstaja določena vrzel: kot so ekstrudirani profili iz titanove zlitine, odkovki, velike široke in debele plošče iz titanove zlitine, veliki ulitki iz titanove zlitine, palice in žice iz titanove zlitine za letalske pritrdilne elemente itd., morajo nujno izboljšati kakovost izdelkov v kitajski industriji titana, da bi v celoti izpolnili razvojne potrebe nacionalne obrambne vojaške industrije za titanove zlitine.
S trenutnega vidika je Baoti zaradi obstoja zgodovinskega statusa najdaljše, največje in najpopolnejše podjetje za proizvodnjo titanovih zlitin, ki ga lahko razumemo kot "veleblagovnico" titanovih zlitin. Dva resnična nadzornika Western Materials in Western Superconductor sta Northwest Non-ferrous Metals Research Institute, zato obstajajo omejitve glede konkurence v industriji, zaradi česar so zahodni materiali v glavnem plošče in cevi iz titanove zlitine, Western Superconductor pa je v glavnem palična žica iz titanove zlitine. Oba imata močno konkurenčnost na svojih področjih, ki jih lahko razumemo kot "specializirano trgovino" določenega razreda titanovih zlitin.
03|Superzlitina
Lastnosti materiala: Še vedno ima dobre lastnosti pri visoki temperaturi
Superzlitina je nekakšen napreden strukturni material z nikljem, železom in kobaltom kot matriko, ki lahko dolgo časa vzdrži določeno obremenitev pri visoki temperaturi nad 600 stopinj in ima odlično odpornost proti oksidaciji in koroziji. V primerjavi z običajnimi kovinami imajo superzlitine odlično zmogljivost v zapletenih delovnih okoljih: ① trdnost pri visokih temperaturah; ② odpornost proti oksidaciji; ③ toplotna odpornost proti koroziji; ④ odpornost proti utrujenosti; ⑤ lomna žilavost; ⑥ Stabilna notranja organizacija, zanesljiva uporaba. Čeprav je zmogljivost odlična, je priprava superzlitine težka, Evropa in Združene države pa jo imenujejo tudi super zlitina.
Industrijska veriga: oblikovana je načeloma zaključena industrijska veriga
Trenutno je na Kitajskem več kot deset podjetij in raziskovalnih inštitutov, ki se ukvarjajo z raziskavami in razvojem ter pripravo superzlitin, in oblikovan je bil razmeroma popoln sistem proizvodnje superzlitin. Industrijsko verigo superzlitin sestavljajo dobavitelji surovin in opreme na zgornjem delu verige, proizvajalci materialov in izdelkov na srednji stopnji iz superzlitin ter terminali za nadaljnjo uporabo.
Letalstvo: največje področje uporabe
Trenutno se superzlitine uporabljajo predvsem na področju motorjev, vključno z letalskimi motorji, vesoljskimi raketnimi motorji in različnimi industrijskimi plinskoturbinskimi motorji. Po statističnih podatkih podjetja Roskill, v nadaljnjih aplikacijah superzlitin, glede na vrednost, letalsko in vesoljsko področje predstavlja 55 %, sledi mu področje energije, ki predstavlja 20 %.
Superzlitina je pomemben material letalskega motorja, ki je jamstvo za učinkovitost številnih ključnih komponent. V skladu z razvojem materialne strukture letalskega motorja v novem letalskem motorju količina superzlitine predstavlja več kot 40 % do 60 % skupne teže motorja, ki se večinoma uporablja v zgorevalni komori, vodilni lopatici turbine ( znan tudi kot vodilo), delovno rezilo turbine, turbinski disk in druge komponente vročega konca, poleg ohišja, obroča, repne šobe in drugih komponent.
Ladje in vojne ladje: koncentrirane v elektrarni ladij
Uporaba superzlitin na ladjah in vojnih ladjah je prav tako osredotočena predvsem na strukturne dele elektrarne in veliko število visokotemperaturnih vijakov, ki se uporabljajo v elektrarni. Ladijska energetska oprema v svetu je razdeljena na glavno moč (predvsem veliki dizelski motorji ali jedrski reaktorji) in pomožno moč (predvsem plinske turbine), obe pa zahtevata uporabo velikega števila visokotemperaturnih zlitin.
Dizelski motor ima prednosti visoke toplotne učinkovitosti in širokega razpona moči, kar predstavlja velik delež v ladijski elektrarni. Superzlitina se uporablja predvsem v šobi predzgorevalne komore velikih dizelskih motorjev, elastičnih delih in pritrdilnih elementih, odpornih na visoko temperaturno korozijo, zlitini zračnega ventila in plinskega sedeža, turbini polnilnika, polnilniku in izpušnem sistemu. Deli, ki morajo uporabljati superzlitine v plinskih turbinah, vključujejo zračne kompresorje, zgorevalne komore, sisteme tekačev in reduktorje. Temperatura plina, razpršenega na propeler, je celo do 1300 stopinj C, zato mora sistem propelerja izbrati superzlitine.
Velikost trga: Letna velikost trga več kot 10 milijard
Domača proizvodna zmogljivost superzlitin je omejena, med ponudbo in povpraševanjem pa že dolgo obstaja velika vrzel. Po statističnih podatkih je leta 2019 kitajski trg superzlitin z zlatom dosegel 16,98 milijarde juanov s proizvodnjo približno 27.600 ton, vendar je bilo skupno tržno povpraševanje po superzlitinah približno 48.200 ton, vrzel med ponudbo in povpraševanjem pa je dosegla 20.600 ton. Pričakuje se, da bo letno povpraševanje po superzlitini na Kitajskem v prihodnosti približno 58.200 ton, tržni prostor pa je širok.
Konkurenčni vzorec: značilnosti globalne oligarhije
Zaradi velikih tehničnih težav, dolgega časa kopičenja procesa, dolgega cikla preverjanja izdelka, velike začetne naložbe in drugih pragovnih dejavnikov ima samo največ 50 podjetij na svetu sposobnost proizvodnje letalskih superzlitin, večinoma skoncentriranih v Združenih državah, Veliki Britaniji, Francija, Nemčija in druge države, industrija pa kaže oligarhične značilnosti.
04|aluminijeve zlitine
Nizki stroški, visok modul: najbolj razširjeni strukturni materiali
Aluminij je najpogostejši kovinski element v zemeljski skorji in je barvna kovina, takoj za jeklom, v smislu proizvodnje in porabe, z gostoto le 2,7 g/cm, približno 1/3 jekla. Ker je čisti aluminij mehkejši in ima nizko trdnost, so boljše aluminijeve zlitine izdelane z dodajanjem majhne količine elementov (kot so magnezij, baker, cink, silicij, litij itd.) aluminiju.
Ker ima aluminijeva zlitina odlične mehanske lastnosti in odpornost proti koroziji, je najpogosteje uporabljen razred strukturnih materialov iz barvnih kovin v industriji in se pogosto uporablja v gradbeništvu, vesoljski industriji, avtomobilski industriji, proizvodnji strojev, ladjedelništvu in kemični industriji. Aluminijeve zlitine, ki se uporabljajo v vojaški industriji, so predvsem aluminij-litijeve zlitine, serije 2XXX (A1-Cu-Mg) in aluminijeve zlitine serije 7XXX.
Industrijska veriga: do vrhunskega razvoja aluminija
V zgornjem delu verige industrije aluminija je industrija rudarjenja in taljenja kovin, ki je v glavnem sestavljena iz treh členov: rudarjenja boksita, rafiniranja glinice in elektrolitske proizvodnje aluminija. Po elektrolitski obdelavi aluminija (predvsem litje in valjanje) se pridobivajo ulitki iz aluminijevih zlitin, aluminijasti trakovi in aluminijasti profili. Nadaljnja podjetja industrijske verige z nakupom materialov za predelavo aluminija se pogosto uporabljajo v gradbeništvu, avtomobilih, vesolju, ladjah, embalaži in na drugih področjih.
Konkurenčni vzorec: nizka homogenizacija, visoka odvisnost od uvoza
Raven opremljenosti domačih podjetij za predelavo aluminija kaže pojav diferenciacije na dveh ravneh in obstaja resen presežek zmogljivosti izdelkov nižjega cenovnega razreda, vendar se mora aluminij višjega cenovnega razreda še vedno zanašati na uvoz. Trenutno je status quo domače industrije predelave aluminija tak, da je število podjetij veliko, več kot 1500, vendar je velikost neenakomerna, proizvodna zmogljivost dosega več kot 200,000 ton približno 25, aluminijevega oksida , primarna proizvodnja aluminija na Kitajskem predstavlja več kot polovico deleža.
Po vsem svetu so glavni proizvajalci aluminija za civilno letalstvo American aluminium Company (Alcoa), Aleris Aluminium Company (Aleris), Kaiser Aluminium and Chemical Company (Kaiser) in Canadian Aluminium Group (Alcan). Tehnološki razkorak med temi podjetji na Kitajskem in v tujini je še vedno velik, zlasti pri raziskavah in razvoju zlitin ter osnovnih teoretičnih raziskavah.
