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1、新材料在军工领域得到广泛应用

工业制品发展过程中,设计是灵魂,材料是基础,工艺是关键,测试是保证。对于国防装备,也不例外。随着国防建设对于装备作战性能要求的提升,以及国外在高精尖领域对国内封锁的现状,装备作为基础的材料,在性能提升、独立自主等方面的需求日益迫切。

新材料涉及领域广泛,一般指新出现的具有优异性能和特殊功能的材料,或是传统材料改进后性能明显提高和产生新功能的材料,主要包括无机非金属材料、先进金属材料、有机高分子材料、先进复合材料等。

部分新材料因具备良好的力学特性及耐高温、耐蚀性能或某种特定的环境适应性,成为航空航天、动力、能源、化工、机械、冶金、电子信息等国民经济关键领域发展的物质基础和国防现代化的重要支撑。

当前,随着我国材料及装备研发水平的持续提升,越来越多的新材料应用在新型的军机、火箭、卫星、导弹、舰船等军工装备中,以提升装备的性能指标。

本文主要对较为常见的碳纤维及复合材料、石英纤维、高温合金、钛合金等军工新材料及对应的主要生产供应商进行梳理和介绍。

2、碳纤维及复合材料

碳纤维增强复合材料的突出优势是其具有目前其他任何材料都无可比拟的高比强度(强度比密度)及高比刚度(模量比密度)性能。另外,碳纤维增强复合材料还具有耐腐蚀、耐疲劳等特性。因此,非常适合应用于对减重要求较高的装备、设备的生产制造中,如航空航天装备尤其是军用航空航天装备。

根据《全球碳纤维复合材料市场报告》统计,国内航空航天领域对于碳纤维的需求持续增长,2020年市场需求为1700吨,同比增长21.43%。而全球航空航天领域碳纤维市场需求为16450吨,中国市场占比较小,未来随着中国航空航天制造业的发展,国内的市场规模有望保持提升趋势。

国内军工领域碳纤维及复合材料产品的主要供应商为中航高科、光威复材、中简科技。

2.1、中航高科(600862.SH)

(1)中航航空高科技股份有限公司(“中航高科”)前身为南通纵横国际股份有限公司,由原南通机床厂改组成立,于1994年5月在上交所上市。

公司以航空新材料研发生产、高端智能装备研发制造为主业,主要业务涉及航空新材料、高端智能装备、轨道交通零部件、汽车零部件、医疗器械等领域。

目前,公司拥有航空工业复材、优材百慕等六家全资和控股子公司,划分为“航空新材料”和 “高端智能装备”两大业务板块。

子公司航空工业复材是集复合材料研发、生产、销售和服务于一体的专业化高科技公司,业务涉及材料、制件、设计、研发、制造、检测、服务为一体的多业务产业链,主要产品为复合材料原材料(预浸料、蜂窝等)及民机复合材料结构件,主要客户为航空工业主机厂和零部件生产单位,目前正大力推进航空复合材料技术在民用飞机、汽车、轨道交通和新能源等领域的应用,积极拓展国际民用航空市场。

(2)在复合材料领域,公司子公司航空工业复材继承了航空工业多年积累的航空复合材料原材料生产工艺,在复合材料原材料技术和产业规模方面均处于国内领先水平,复合材料设计技术和工程化能力在国内具有较强的竞争力。

先后承担了多种型号飞机复合材料原材料和结构件的研制和攻关研究,在高性能树脂及预浸料技术、高性能复合材料新型结构、树脂基复合材料制造技术、金属基及陶瓷基(含C/C)复合材料成型技术、材料表征与测试技术、先进无损检测技术等方面处于国内优势地位。

至2020年末,公司已在北京顺义建成面积13.5万平方米的复合材料科研生产园区,在南通建设了民用预浸料和大尺寸蜂窝生产线,具备了复合材料研制生产及配套条件。

先进的预浸料生产线、树脂生产线和国内唯一的大规格自动化芳纶纸蜂窝生产线投入使用,形成了航空复合材料原材料生产、技术开发、工程试制和综合技术服务开展所需的试验手段和条件,为航空复合材料应用水平的提升奠定了物质基础和有利条件。

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2.2、光威复材(300699.SZ)

(1)威海光威复合材料股份有限公司(“光威复材”)前身为威海市碳素渔竿厂,2014年10月整体改制为股份有限公司,2017年9月在深圳证券交易所创业板挂牌上市。

公司业务涵盖碳纤维、经编织物和机织物、系列化的树脂体系、各种预浸料、复合材料构制件和产品的设计开发、装备设计制造等上下游,依托在碳纤维领域的全产业链布局,成为复合材料业务的系统方案提供商。

目前公司业务主要分为碳纤维、通用新材料、能源新材料、复合材料、精密机械五大板块。

(2)公司是我国最早实施碳纤维国产化事业的民营企业,也是我国碳纤维国产化事业的成功实践者,由于公司在国内率先研发成功并实施了碳纤维的产业化,打破了西方国家对我国碳纤维的垄断地位以及技术、装备的封锁,确保了我国国防军工装备发展对关键材料碳纤维的急需,带动我国碳纤维产业从无到有并不断发展,形成了公司在我国航空航天领域碳纤维主力供应商地位。

公司拥有深厚的产业发展背景和多年的树脂基复合材料加工制造经验,近二十年来,致力于 碳纤维的国产化和碳纤维产品升级和丰富,以市场需求为导向、以技术为引擎,成功研发高强、高强中模、高模、高强高模系列化产品,并在各领域得到应用。

公司是一家覆盖碳纤维全产业链的生产企业,能够为多种复合材料相关业务需求提供系统的解决方案。

2.3、中简科技(300777.SZ)

(1)中简科技股份有限公司(“中简科技”)由前身中简科技发展有限公司于2015年8月整体改制成立,2019年5月于深交所创业板上市。

公司是专业从事高性能碳纤维及相关产品研发、生产、销售和技术服务的高新技术企业,主要产品为碳纤维及其织物,公司成立以来始终聚焦主业、坚持自主创新,围绕高性能碳纤维产业化开展研发制备工作,已率先实现了ZT7系列高性能碳纤维产品在国家航空航天关键系列装备的稳定批量应用。

(2)公司主要生产ZT7及以上级高性能碳纤维系列产品,在基础研发、技术要求、工艺规范等方面与一般民用产品有所不同,是航空航天高端碳纤维应用高技术壁垒和高起点竞争的体现,公司依托深厚的技术积淀、自主设计的国产化设备、以及丰富的生产经验,能够稳定批量生产航空航天所需的高性能碳纤维及其织物。

随着公司产能进一步提升,将提高公司核心竞争力,巩固公司在国内航空航天领域及民用中高端市场的地位。

碳纤维生产技术积累层面,公司自主研发了高强型 ZT7 系列(高于 T700 级)、ZT8 系列(T800 级)、ZT9 系列(T1000/T1100 级)碳纤维和高模型 ZM40J(M40J 级)、ZM40X(M40X 级)级石墨纤维的制备工艺,并成功实现工程化,产品各项关键性能指标已达到国际同类产品的先进水平。

3、石英纤维及复合材料

石英棒可熔融制成石英纤维丝和石英棉,石英纤维丝经过后期纺织工艺可织成各种规格的石英纱、石英布、石英套管、石英绳、石英带等。

石英纤维由于具有强度高、介电常数和介电损耗小、耐高温、膨胀系数小、耐腐蚀、可设计性能好等一系列特点,是航空航天领域不可或缺的战略材料。

石英纤维在高频和 700℃以下工作区域内,保持最低而稳定的介电常数和介电损耗。

这些优异的性能使之成为多种航空、航天飞行器关键部位的结构增强、透波、隔热材料。

国内军工领域石英纤维产品的主要供应商为菲利华。

3.1、菲利华(300395.SZ)

(1)湖北菲利华石英玻璃股份有限公司(“菲利华”)于2006年4月由原有限责任公司变更为股份有限公司,于2014年9月在深圳证券交易所创业板上市。

公司主要从事新材料产品及装备的技术开发、技术转让、技术咨询、技术服务;石英玻璃材料、石英玻璃制品、石英玻璃纤维材料、复合材料及制品的制造与销售。

其中石英玻璃纤维和以石英玻璃纤维为基材的复合材料具有优良的耐高温、耐烧蚀、高透波与电绝缘性能,是广泛应用于航空航天与海洋装备领域的功能材料。

(2)在航空航天领域,石英玻璃纤维是不可或缺的战略材料。

公司是全球少数几家具有石英玻璃纤维批量生产能力的制造商之一,也是国内航空航天领域 用石英玻璃纤维的主导供应商。为进一步提升石英玻璃纤维性能,公司根据市场和客户需求,持续开发石英玻璃纤维系列产品,并延伸石英玻璃纤维产业链,拓展石英玻璃纤维立体编织、石英玻璃纤维增强复合材料制造领域。

公司立足于高性能石英玻璃纤维和低成本机织物的技术特点和优势,开展了先进结构与功能一体化防隔热复合材料和高绝缘石英玻璃纤维复合材料的研发工作。

目前已有三个型号的复合材料产品研发成功,通过了相关试验的考核;另有多个型号高性能复合材料项目在研发中。新研项目不论在技术的先进程度上,还是在应用的广泛程度上均有较大突破。

4、钛合金

钛具有密度小、比强度高、导热系数低、耐高温低温性能好,耐腐蚀能力强、生物相容性好等突出特点,被广泛应用于航空、航天、舰船、兵器、生物医疗、化工冶金、海洋工程、体育休闲等领域。

钛合金是以钛为基加入适量其他元素,调整基体相组成和综合物理化学性能而形成的合金。钛及钛合金对一个国家的国防、经济及科技的发展具有战略意义。

航空领域为例,钛合金是飞机和发动机的主要结构材料之一,主要用于飞机的起落架部件、机身的梁、框和紧固件等,发动机风扇、压气机、叶片、鼓筒、机匣、轴等,以及直升机桨毂、连接件等。

近年来,国内航空航天钛材销量持续上涨。随着国内军用新机型的定型批产,2020年钛材销量增速明显加快,达到15546吨,同比增长54.09%。

国内军工领域钛合金产品的主要供应商为宝钛股份、西部超导、西部材料。

4.1、宝钛股份(600456.SH)

(1)宝鸡钛业股份有限公司(“宝钛股份”)由宝钛集团有限公司作为主发起人,联合西北有色金属研究院、中国有色金属进出口陕西公司、西北工业大学、中南大学和陕西省华夏物业公司发起设立,2002年上交所上市。

公司主要从事钛及钛合金的生产、加工和销售,是中国最大的钛及钛合金生产、科研基地。 公司拥有国际先进、完善的钛材生产体系,主要产品为各种规格的钛及钛合金板、带、箔、管、棒、线、锻件、铸件等加工材料和各种金属复合材产品,主要应用于航空、航天、船舶、石油、化工、冶金工业等下游领域。

(2)公司在钛行业国内市场处于领先地位,同时是美国波音、法国空客、法国斯奈克玛、美国古德里奇、加拿大庞巴迪、英国罗尔斯-罗伊斯等公司的战略合作伙伴。

依托公司强大的研发优势,公司顺利实施完成多项国家重大科技专项、863计划项目、国家重点研发计划、国家发改委海洋工程研发及产业化项目,航空、航天、深海空间站等预研项目有序推进。

4.2、西部超导(688122.SH)

(1)西部超导材料科技股份有限公司(“西部超导”)系由西部超导材料科技有限公司整体变更设立的股份有限公司,2019年7月于上海证券交易所科创板上市。

公司主要从事高端钛合金材料、超导产品和高性能高温合金材料的研发、生产和销售。

主要产品有三类,第一类是高端钛合金材料,包括棒材、丝材和锻坯等;第二类是超导产品,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;第三类是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。

(2)公司是我国高端钛合金棒丝材、锻坯主要研发生产基地之一;是目前国内唯一的低温超导线材生产企业,是目前全球唯一的铌钛锭棒、超导线材、超导磁体的全流程生产企业;也是我国高性能高温合金材料重点研发生产企业之一。

公司产品以“国际先进、国内空白、解决急需”为定位,始终服务国家战略,补上了我国新型战机、大飞机、直升机、航空发动机、舰船制造所需关键材料的“短板”。

4.3、西部材料(002149.SZ)

(1)西部金属材料股份有限公司(“西部材料”)是2000年12月由西北有色金属研究院联合株洲硬质合金集团有限公司等发起人共同发起设立的股份有限公司,于2007年8月在深圳证券交易所上市。

公司是主要从事稀有金属材料的研发、生产和销售的新材料行业的领军企业,拥有钛及钛合金加工材、层状金属复合材料等八大业务板块,产品主要应用于航空航天、核电、环保、海洋工程、石化、化工、冶金、电力等行业和众多国家大型项目。

(2)公司是我国稀有金属新材料行业的领先者,是由重点科研院所转制设立并上市的高新技术企业。

公司钛加工产业采取“高端发展”和“低成本制造”策略,提高中高端产品市场份额、扩大销售领域及规模。

为满足我国航空航天、舰船、海洋工程、兵器等行业对高性能低成本钛合金板材的迫切需求,公司积极推动募投项目《高性能低成本钛合金生产线技改项目》建设。

同时,西部材料联合技术中心建设项目也同步展开。

公司推动西部钛业股权收购工作,持股比例从2020年初的66%增加至2021年6月底的88.3%,未来随着西部钛业的业绩持续提升,可进一步增厚公司的归母利润。

2020年投资参股朝阳金达钛业,持股比例8%,实现公司与上游原材料供应商的战略合作,为公司军工用钛材的原材料供应提供了有力的保障。

5、高温合金

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在军工领域,镍基高温合金是现代航空发动机、航天器和火箭发动机以及舰船和工业燃气轮机的关键热端部件材料(如涡轮叶片、导向器叶片、涡轮盘、燃烧室等),也是核反应堆、化工设备、煤转化技术等方面需要的重要高温结构材料。

以航空领域为例,随着对新型的先进航空发动机推重比的要求不断提高,对高性能高温合金材料的依赖也越来越大。

新型的先进航空发动机中,高温合金用量占发动机总重量的40%-60%以上,主要用于燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘四大热端部件,此外还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。

国内军工领域高温合金产品的主要供应商为抚顺特钢、钢研高纳、西部超导、图南股份。

5.1、抚顺特钢(600399.SH)

(1)抚顺特殊钢股份有限公司(“抚顺特钢”)系由抚顺特殊钢(集团)有限责任公司、冶金部北京钢铁设计研究总院等共同发起设立的股份有限公司,于2000年12月在上交所上市。

公司以特殊钢和合金材料的研发制造为主营业务,主要产品为高温合金、不锈钢、工模具钢、合金结构钢等。

公司是我国最早的特殊钢企业之一,具备较好的技术基础,拥有先进的冶金装备,长期承担国家大量特殊钢新材料的研发任务。

公司的四大主打产品高温合金、超高强度钢、特冶不锈钢、高档工模具钢在国内特钢行业具有一定的优势,产品广泛服务于航空航天、国防军工、能源电力、石油化工、交通运输、机械机电、环保节能等六大领域,是国内重要的特殊钢新材料供应商之一。

(2)近年来,公司高端产品的产能利用率始终保持较高水平,为了进一步推动公司业务发展,打破公司重点产品产能瓶颈,进一步巩固公司行业地位,公司正在建设重要生产项目及技术改造项目,包括均质高强度大规格高温合金、超高强度钢工程化建设项目,高温合金、高强钢产业化技术改造项目等。

其中均质高强度大规格高温合金、超高强度钢工程化建设项目预计2022年6月左右投产;锻造厂新建70MN快锻机技术改造工程预计2022年初投入生产;高温合金、高强钢产业化技术改造项目(1 期)预计2022年下半年陆续投入生产。

随着我国航空、航天及能源动力燃机领域快速发展,未来几年对军民用飞机发展过程中的高温合金、超高强度钢等原材料市场需求预计将持续增长,公司作为国内高温合金重要供应商,及时布局产能和技术积累,有望实现收入、利润较快增长。

5.2、钢研高纳(300034.SZ)

(1)北京钢研高纳科技股份有限公司(“钢研高纳”)前身为北京钢研高纳科技有限责任公司,由中国钢研科技集团有限公司、新冶高科技集团有限公司出资,于2002年11月成立,于2009年12月在深圳证券交易所上市。

公司主要产品高温合金、铝合金、镁合金和钛合金是制造航空航天发动机用核心部件的关键材料,也是大型发电设备,如工业燃气轮机、氦气轮机、烟气轮机、火力发电机组等动力装置的核心材料。

(2)公司掌握了高温合金、钛铝合金、轻质合金等材料的熔炼、铸造、粉末、变形等工艺及特种检测技术。

公司是我国高温合金及轻质合金领域技术水平最为先进、生产种类最为齐全的企业之一,是国内航空、航天、兵器、舰船和核电等行业重要的研发生产基地。

自1958年以来,公司共研制各类高温合金120余种。其中,变形高温合金90余种,粉末高温合金10余种,均占全国该类型合金80%以上。

5.3、图南股份(300855.SZ)

(1)前身是成立于1991年的丹阳市精密合金厂,后改制为丹阳市精密合金厂有限公司,2015年整体变更为江苏图南合金股份有限公司,2020年7月在深交所创业板上市。

公司的主要产品包括铸造高温合金、变形高温合金、特种不锈钢等高性能合金材料及其制品,主要应用在包含航空发动机、燃气轮机、核电装备等军用及高端民用领域。

(2)高温合金行业具有技术含量高、制备工艺相对复杂和加工难度高的特点,我国高温合金行业从业企业数量少,高端航空用高温合金的有效产能远远不能满足日益增长的市场需求,具有较大的市场空间。

公司是国内高温合金生产企业中少数同时具备生产铸造高温合金母合金、精密铸件、变形高温合金产品的全产业链工业化生产能力的企业。

公司针对军品的多品种、小批量采购特性,有效的发挥了全产业链的优势,形成了具有高品质、高精度和专业化产线等特点的生产方式,拥有产品差异化优势。

经过多年发展,公司已成为国内航空发动机用大型复杂薄壁高温合金结构件的重要供应商,国内飞机、航空发动机用高温合金和不锈钢无缝管的主要供应商,承担了我国多款重点型号航空发动机材料、关键部件的配套科研和生产任务。

风险提示

(1)技术创新速度不及预期的风险

军工产品技术复杂、涉及知识技术领域广,研发进展存在不及预期的可能。

(2)市场竞争导致优势地位下降的风险

国内军工市场逐步降低准入资质要求,使得竞争愈发激烈。从业企业有可能因缺乏竞争力导致市场份额降低,营收及利润下降。

(3)国际业务受中美贸易摩擦、新冠疫情影响的风险

部分企业涉及配套产品、技术需要引进的情况,若中美贸易摩擦加剧,有可能引进渠道受到限制从而影响生产顺利进行。新冠疫情在全球范围内仍未得到有效控制,对于下游需求的恢复,以及企业的正常生产,有带来影响的风险。

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