航空航天材料专题研究：需求高增叠加进口替代.pdf

请务必阅读正文之后的重要声明部分 、 航空航天 材料专题研究 -需求高增 叠加 进口替代 国防军工 证券研究报告 /行业深度报告 2021 年 8 月 2 日 Table_Title 评级： 增持 （ 维持 ） 分析师： 谢鸿鹤 执业证书编号： S0740517080003 电话： 021-20315185 Email： Table_Profit 基本状况 上市公司数 92 总市值 (百万 元 ) 1921604 总 流通市值 (百万元 ) 1558552 Table_QuotePic 行业 -市场走势对比 公司持有该股票比例 Table_Report 相关报告 1 景气将持续，估值有空间，波 动给机会 中泰军工 2021 年下半 年策略报告 报告摘要 航空航天材料是指飞行器及其动力装置、附件、仪表所用的各类材料，是航空航天 工程技术发展的决定性因素之一 。 不同飞行器使用的材料有所差异， 通常 包括 高端 钢、铝、钛等金属及合金 材料 ，碳纤维等复合材料。 我们预计 国内 航空航天 行业将维持长期景气 ， 带动产业链需求 ； 同时出于 自主可控 的要求， 国内品牌有望替代进口，不断提高市场份额， 实现业绩的持续高增长。 碳纤维及碳纤维复合材料行业： 2020 年国内碳纤维市场需求达到 2.88 万吨（ +29%YoY），其中国产碳纤维的 占比由 2019 年的 31.7%提升至 37.8%，未来三年有望超过 50%。 碳纤维复合材料 中， 树脂基复合材料占 比 达 90%。 2020 年全球树脂基碳纤维 销售收入超过 150 亿美元，其中 50%用于航空航天领域。中国市场销售收入为 490 亿元人民币，其中 37%用于航空航天领域。 前瞻产业研究院预计未来 10 年，国内航空航天领域的树脂基碳纤维需求将超过 500 亿人民币，年化增速 达到 10.7%。 航空 航天 钛材行业： 2020 年我国 钛加工材产量为 9.7 万吨 (+28.8%YoY)；销量为 9.36 万吨 (+35.8% YoY)，且行业产销率达到 96.5%。 航空航天为钛材的第二大需求领域，占比达 18.4%。单机 钛用量占比 逐年提高 ， 目前欧美主流军机用钛量达到 20%以上，民机用钛占比约 8%。 随着国内航空航天领域发展及飞行器使用钛材比例的提升，前瞻产业研究院预 计未来五年国内航空钛材的复合增速将达到 16%。 高温合金行业： 高温合金是指以铁、镍、钴为基材，能在 600以上的高温及一定应力作用下 长期工作的一类金属材料。 高温合金的最主要应用领域是航空航天和能源，占比分别为 55%和 20%；根据 西部超导招股说明书数据， 在现代先进航空发动机中，高温合金材料的用量占 发动机总重量的 40% 60%。 根据前瞻产业研究院的数据， 2015-2019 年，我国高温合金市场规模逐年加速 增加， CAGR 为 21.7%，其中 2019 年市场规模 169.8 亿，增速 33.5%。我们 预计 2022 年航空航天高温合金市场规模将达到 168 亿元 。 行业投资评级与投资策略。我们看好航空航天产业链的高景气度带动相关材料的需求， 维持国防军工行业整体“增持”评级，推荐航空钛材和高温合金制造商西部超导， 建议 关注碳纤维产业链上市公司：中航高科、光威复材 、中简科技；航空钛材产业链上市公 司：宝钛股份；航空高温合金产业链上市公司 抚顺特钢（中泰钢铁组覆盖） 等 。 风险提示：公司 业绩低于预期 ；上市公司产能释放进度低于预期 ；原材料成本大幅上涨； 行业政策风险 。 -15% -10% - 5% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 国防军工 (中信 ) 沪深 300 请务必阅读正文之后的重要声明部分 - 2 - 行业深度研究 投资 主题 报告亮点 我们看好航空航天产业链为代表的国防军工行业发展，看好具备高科技含量的先进材 料研发和制造企业。 我们梳理了航空航天钛材、高温合金、碳纤维及碳纤维复合材料的行业基本状况，本 篇行业深度报告为系列报告之一，后续我们将对各行业相应的上市公司做更加深入细 致的研究分析。 投资逻辑 国内 航空航天 行业将维持长期景气 ， 带动产业链需求高增长；同时出于 自主可控 的要求， 国内品牌有望替代进口，不断提高市场份额， 实现业绩的持续高增长。 请务必阅读正文之后的重要声明部分 - 3 - 行业深度研究 内容目录 航空航天材料发展及运用 . - 4 - 什么是航空航天材料 . - 4 - 战机材料分析：以 F-22 为代表 . - 4 - 民机材料分析：以波音 787 和空客 A380 为代表 . - 5 - 航天材料分析 ：以神舟飞船为代表 . - 5 - 航空航天材料之一：碳纤维及碳纤维复合材料 . - 6 - 碳纤维及碳纤维复合材料介绍 . - 6 - 碳纤维行业需求增长，产品自给率逐 年提升 . - 7 - 碳纤维复合材料行业分析 . - 8 - 航空钛材行业 . - 9 - 国内对于钛材需求持续增长 . - 9 - 航空航天需要高端钛材 . - 10 - 航空高温合金行业 . - 11 - 投资评级说明： . - 13 - 请务必阅读正文之后的重要声明部分 - 4 - 行业深度研究 时间 事件 材料 1903 美国莱特兄弟制造出第一架装有活塞式航空发动机的飞机 木材( 占4 7 % ) , 钢（占3 5 % ） 和布（占1 8 % ） 1906 德国冶金学家发明了可以时效强化的硬铝，使制造全金属结构 的飞机成为可能 全金属结构 4 0 年代 合金强化理论的基础上发展起来的一系列高温合金使得喷气式 发动机的性能得以不断提高。 高温合金 5 0 年代 钛合金的研制成功和应用对克服机翼蒙皮的“热障”问题起了 重大作用，最大飞行速度达到了3 倍音速 钛合金 6 0 年代 飞行器部件使用了更先进的复合材料，如以减轻结构重量。 碳纤维增强树脂复合材料技术研究取得实质性突破 碳纤维或硼纤维增强的环氧 树脂基复合材料、金属基复 合材料等。抗氧化性能更好 的碳- 碳复合材料、陶瓷隔 热瓦等特殊材料 6 0 - 9 0 年代 碳碳复合材料中工业基础研究阶段发展到民用应用阶段 碳碳复合材料 航空航天 材料发展及运用 什么是航空航天材料 航空航天材料是指飞行器及其动力装置、附件、仪表所 用的各类材料， 是航空航天工程技术发展的决定性因素之一。 航空航天 材料的发展受益于三个因素： 1、 材料科学理论的新发现 ； 2、 材料加工工艺的 进步 ； 3、 材料性能测试与无损检测技术的进步 。 一种新 型航空航天材料只有在这三个方面都已经发展到成熟阶段，才有可能应 用于飞行器上。 战机材料分析：以 F-22 为代表 包括铝和钢在内的传统材料约占 F-22 战机机体的 20%重量，此外，出 于对高性能的要求， F-22 使用了大量的钛（ 42%）， 其中发动机的叶轮、 盘、叶片、机匣、燃烧室筒体和尾喷管等均为钛合金材料制造 ，其次是 复合材料（ 24%）。 图表 2： F-22 机体的主要材料占比 资料来 源： 全球安全防务，中泰 证券研究所 整理 钛 64 ( Ti - 64) 热固性复合材料 铝 其他材料 钢 钛 6222 2 ( Ti - 62222) 热塑性复合材料 图表 1： 部分航空航天材料发展历史 来源： 全球安全防务 ，中泰证券研究所 请务必阅读正文之后的重要声明部分 - 5 - 行业深度研究 民机材料分析：以波音 787 和空客 A380 为代表 波音 787在其机身和主要结构中比以往任何波音商用飞机都更多地使用 了复合材料。机身由将近一半的碳纤维增强塑料和其他复合材料组成。 根据 机身的每个区域 的特点 以确定最佳材料。例如，铝对拉伸负荷很敏 感，但对压缩负荷处理得很好。另一方面，复合材料在处理压缩载荷方 面效率不高，但在处理张力方面表现出色 。 图表 3： 波音 787 机体的主要材料占比 资料来 源： 全球安全防务，中泰 证券研究所 整理 空客 A380 同样使用了大量的钛材和复合材料。 图表 3： 空客 A380 机体的主要材料占比 资料来 源： 全球安全防务，中泰 证券研究所 整理 航天材料分析：以神舟飞船为代表 除去共性要求之外，航天飞机及高超飞行器对于热防护有更多的要求。 目前，国外长时间飞行器主要采用高温合金、柔性隔热毡或者轻质烧蚀 泡沫防热。 低密度烧蚀材料 ( 1.0 g/cm3)应用于运载火箭主动段防热、 星际探测器和返回式航天器等高焓、低热流密度和较长时间烧蚀环境下 , 碳纤维增强塑料和其他 复合材料 铝 钛 钢（主要用于起落架） 其他 铝合金 复合材料 钛合金和钢 GLARE复合材料 表面防护材料 其他材料 请务必阅读正文之后的重要声明部分 - 6 - 行业深度研究 具有不可替代的重要作用 。 根据 中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院科学传播局联合主办 的科学文化讲坛 “ SELF 格致论道 ”公开发布的信息， 飞船防热材料占 整个系统结构重量的占比是 45%，神舟飞船最终使用的是 H88、 H96 材 料 。虽然有很多的理论与研究基础 ，但是这个材料的配方依旧是需要大 量的试验才能得出来的。我们科研人员对这些材料进行编号，横坐标是 ABCD 这样的字母，纵坐标是 1 到 99 这样的数字。一个正交矩阵，差 不多也有八九百个配方。在这么多配方里， H88 和 H96 满足了所有性能 的要求。 图表 4： 神州飞船隔热材料 资料来 源： “ SELF 格致论道 ”讲坛 ，中泰 证券研究所 整理 航空航天材料之一：碳纤维及碳纤维复合材料 碳纤维及碳纤维复合材料介绍 碳纤维（ Carbon Fiber，简称 CF）是由聚丙烯腈（ PAN）（或沥青、粘 胶）等有机母体纤维采用高温分解法在 1,000 摄氏度以上高温的惰性气 体下碳化（其结果是去除 碳以外绝大多数元素）制成的，是一种含碳量 在 90%以上的无机高分子纤维。 碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性，是发展国防军工与国民经济 的重要战略物资，广泛应用于军工、航空航天、体育用品、汽车工业、 能源装备、医疗器械、工程机械、交通运输、建筑及其结构补强等领域。 纤维复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的 方法，在宏观上组成具有新性能的材料。纤维复合材料由基体材料和增 强纤维材料组成 ： 1） 基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用 的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶 瓷、石墨、碳等 。 2） 增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶 纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝等。 请务必阅读正文之后的重要声明部分 - 7 - 行业深度研究 根据 赛奥碳纤维数据， 目前碳纤维复合材料以树脂基复合材料（ CFRP） 为主，占全部碳纤维复合材料市场份额的 90%。 图表 5： 碳 纤维复合材料分类 资料来 源： 光威复材招股说明书，中泰 证券研究所 整理 碳纤维行业需求增长，产品自给率逐年提升 国内市场对于碳纤维行业需求持续快速增长。 根据前瞻产业研究院数据， 2020 年 国内 市场 总 需求达到 4.89 万吨，同比增长 29%。 其中对国产碳 纤维需求为 18450 吨。 图表 6： 碳 纤维行业需求持续增加 （万吨） 资料来 源： 前瞻产业研究院，中泰 证券研究所 整理 碳纤维行业自主化率快速提升 。 2010-2020 年，我国碳纤维需求总量中 ， 国产碳纤维的占比从 4.8%提高到当前的 37.8%，而此前 2019 年为 31.7%，预计未来 3 年左右，碳纤维及下游复合材料国产量将超过进口。 分类 子分类 特点 应用领域 热固性树脂（T S ） 强度、刚度高；酚醛树脂基 耐热性好 宇宙飞行器外表面防热层及火箭喷嘴 （酚醛树脂基）、航空航热塑性树脂 （T P ） 耐湿热、强韧、优良的天结构 材料（环氧树脂基）、钓渔竿、建筑 补强等 热塑性树脂（T P ） 耐湿热、强韧、优良的 碳/ 碳复合材料 （C / C ） 由碳纤维及其制品（碳 布等）增强的复合材料 低密度、耐烧蚀抗热 低密 度、耐烧蚀、抗热震、高导 热低膨胀、摩擦磨损性能优 异 导弹头、固体火箭发动机喷管、航天 飞机刹车盘、人工骨骼等 金属基复合材料 （C F R M ） 锕、铝、镍、铜 高比强度、 模量高比强度 、优异的疲劳强度 宇航结构材料、 汽车铁道机械等 陶瓷基复合材料 （C F R C ） 改善韧性、提高机械冲击/ 热冲击性 发动机高温部件等 橡胶基复合材料 （C F R R ） 改善热疲劳性、提高使用寿命 管材、耐磨衬轮特殊密封件等 树脂基复合材料 （C F R P ） 0 50 00 10 000 15 000 20 000 25 000 30 000 35 000 20 15 20 16 20 17 20 18 20 19 20 20 国产 进口 请务必阅读正文之后的重要声明部分 - 8 - 行业深度研究 图表 7： 碳 纤维行业自给率快速提升 资料来 源： 前瞻产业研究院，中泰 证券研究所 整理 行业产能利用率有较大的提升空间 。 2020 年，国内实际碳纤维供应量约 为 1.85 万吨，行业产能利用率约为 51%，相比海外 65%-85%的普遍水 平。仍有较大提升空间。 图表 8： 2020 年中国碳纤维原丝及碳纤维生产企业运行产能（ 吨） 资料来 源： 前瞻产业研究院，中泰 证券研究所 整理 碳纤维复合材料行业分析 树脂基碳纤维 复合材料 行业有望持续快速增长。 根据前瞻产业研究院数 据， 2020 年全球树脂基碳纤维需求为 164.4 千吨 ，预计在 2025 年达到 305.8 千吨，年化增速超过 13%。中国市场整体增速有望超过全球水平， 且其中航空航天领域的需求将更快释放。 行业下游最大的运用市场是航空航天领域。 根据赛奥碳纤维数据， 2020 年全球树脂基碳纤维销售收入超过 150 亿美元，其中 50%用于航空航天 领域。中国市场销售收入为 490 亿元人民币，其中 37%用于航空航天领 域 ； 预计未来 10 年，中国国内航空航天领域的树脂基碳纤维需求将超 过 500 亿人民币，行业年化增速超过 10%。 0% 5% 10 % 15 % 20 % 25 % 30 % 35 % 40 % 45 % 50 % 20 10 20 11 20 12 20 13 20 14 20 15 20 16 20 17 20 18 20 19 20 20 0 5 00 0 1 0 0 0 0 1 5 0 0 0 2 0 0 0 0 2 5 0 0 0 3 0 0 0 0 3 5 0 0 0 4 0 0 0 0 4 5 0 0 0 原丝 碳纤维 请务必阅读正文之后的重要声明部分 - 9 - 行业深度研究 航空钛材行业 国内对于钛材需求持续增长 国内 钛材需求 旺盛 。 我国钛资源丰富，目前已经成为世界上继美国、俄 罗斯、日本之后，具有完整工业体系和生产能力的世界第四大钛工业国。 根据 中国有色金属工业协会 统计数据， 2020 年我国 钛加工材产量为 9.7 万吨，较 2019 年同比增长 28.8%；销量为 9.36 万吨，较 2019 年同比 增长 35.8%，且行业产销率达到 96.5%。 图表 11： 国内钛材产销数据 （万吨） 资料来 源： 中国有色金属工业协会 ，中泰 证券研究所 整理 化工和航空航天是主要的需求领域。 2020 年化工行业消耗钛加工材 47513 吨；其次为航空航天领域， 2020 年航空航天领域消耗钛加工材 17228 吨 。两者占比分别达到 50.7%和 18.4%。 84 % 86 % 88 % 90 % 92 % 94 % 96 % 98 % 10 0% 10 2% 0 2 4 6 8 10 12 20 15 20 16 20 17 20 18 20 19 20 20 产量 销量 产销率（右轴） 图表 9： 2020 年全球 树脂基碳纤维复合材料销售 图表 10： 2020 年中国 树脂基碳纤维复合材料销售 资料来源：广州赛奥，中泰证券研究所整理 资料来源：广州赛奥，中泰证券研究所整理 航空航天 体育休闲 碳碳复材 汽车 风电叶片 压力容器 混配模成型 建筑 电子电气 船舶 航空航天 体育休闲 风电叶片 碳碳复材 建筑 压力容器 电子电气 混配模成型 汽车 电缆芯 船舶 请务必阅读正文之后的重要声明部分 - 10 - 行业深度研究 图表 12： 国内钛材需求行业分布 资料来 源： 中国有色金属工业协会 ，中泰 证券研究所 整理 航空航天需要高端钛材 钛材在航空航天领域优点突出 。 由于 钛材 具备 密度低、比强度高、耐腐 蚀、组织性能稳定性好 等特点 ， 对于减轻结构重量、提高结构效率、改 善结构可靠性、提高机体寿命、满足高温及腐蚀环境等方面具有其他金 属不可替代的作用 。 军用飞机大量使用钛材。 自 20 世纪 60 年代末以来，军用飞机的用钛量 逐年增长，当前欧美设计的各种先进战斗机和轰炸机中钛合金用量已经 稳定在 20%以上。 F-22 的钛材使用比例更是超过了 40%。 图表 13： 国外 主要 军机使用钛材占比 资料来 源： 前瞻产业研究院，中泰 证券研究所 整理 在民用机领域，钛合金同样因其减重减耗的特点受到青睐。 从历史上的 民用飞机发展来看，钛用量占比在过去半个多世纪里逐步提高 。 化工 航空航天 船舶 冶金 电力 医药 制盐 海洋工程 体育休闲 其他 0% 5% 10 % 15 % 20 % 25 % 30 % 35 % 40 % 45 % F- 1 4 SU - 2 7 F- 1 5 F- 1 8 F- 1 17 F- 2 2 F- 3 5 请务必阅读正文之后的重要声明部分 - 11 - 行业深度研究 图表 14： 主要 民用客机使用钛材占比 资料来 源： 前瞻产业研究院，中泰 证券研究所 整理 随着下游航空航天领域总量增长及飞行器使用钛材比例的提升，根据前 瞻产业研究院的预计，未来五年国内航空钛材的复合增速将达到 16%。 航空高温合金行业 高温合金是指以铁、镍、钴为基 材 ，能在 600 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 。 ” 在全球范围内， 高温合金主要应用于航空航天领域和能源领域，应用比 例分别为 55%与 20%。 航空发动机是高温合金最重要的应用领域 ， 在现 代先进航空发动机中，高温合金材料的用量占发动机总重量的 40% 60%。 图表 14： 全球高温合金应用领域 资料来 源： 前瞻产业研究院，中泰 证券研究所 整理 根据前瞻产业研究院 的数据 ， 2015-2019 年，我国高温合金市场规模逐 年加速增加， CAGR 为 21.66%，其中 2019 年市场规模 169.8 亿，增速 33.5%。保守假定按 21.66%增速和 55%的航空航天占比， 2022 年航空 航天高温合金市场规模将达到 168 亿元。 0% 2% 4% 6% 8% 10 % 12 % 14 % 16 % A3 0 0 A3 2 0 A3 4 0 A3 8 0 A35 0 B 7 47 B 7 67 B 7 57 B 7 77 B 7 87 C 9 19 航空航天 , 55% 能源动力 , 20% 机械制造 , 10% 工业 , 7% 汽车 , 3% 石油 , 3% 其他 , 2% 请务必阅读正文之后的重要声明部分 - 12 - 行业深度研究 图表 14： 中国高温合金市场规模（亿元） 资料来 源： 前瞻产业研究院，中泰 证券研究所 整理 风险因素 行业上市公司业绩低于预期 。 上市公司产能释放进度低于预期。 行业政策变化风险 。 原材料价格波动过大导致毛利率降低的风险。 行业评级与投资建议 我们看好航空航天产业链的高景气度带动相关材料的需求，维持国防军工 行业整体“增持”评级，推荐航空钛材和高温合金制造商西部超导， 详见 相关深度报告。 建议关注碳纤维产业链上市公司：中航高科、光威复材、中 简科技；航空钛材产业链上市公司：宝钛股份；航空高温合金产业链上市公 司 抚顺特钢（中泰钢铁组覆盖） 等 。 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2015 2016 2017 2018 2019 高温合金市场规模（亿元） 增速（ %） 请务必阅读正文之后的重要声明部分 - 13 - 行业深度研究 投资评级说明 ： 评级 说明 股票评级 买入 预期未来 612 个月内 相对同期基准指数 涨幅在 15%以上 增持 预期未来 612 个月内 相对同期基准指数 涨幅在 5%15%之间 持有 预期未来 612 个月内 相对同期基准指数 涨幅在 -10%+5%之间 减持 预期未来 612 个月内 相对同期基准指数 跌幅在 10%以上 行业评级 增持 预期未来 612 个月内 对同期基准指数 涨幅在 10%以上 中性 预期未来 612 个月内 对同期基准指数 涨幅在 -10%+10%之间 减持 预期未来 612 个月内 对同期基准指数 跌幅在 10%以上 备注：评级标准为报告发布日后的 612 个月内公司股价（或行业指数）相对同期基准指数的相对市场表现。其 中 A 股市场以沪深 300 指数为基准；新三板市场以三板成指（针对协议转让标的）或三板做市指数（针对做市 转让标的）为基准；香港市场以摩根士丹利中国指数为基准，美股市场以标普 500 指数或纳斯达克综合指数为 基准（另有说明的除外）。 重要声明： 中泰证券股份有限公司（以下简称“本公司”）具有中国证券监督管理委员会许可的证券投资咨询业务资格。 本报告基于本公司及其研究人员认为可信的公开资料或实地调研资料，反映了作者的研究观点，力求独立、 客观和公正，结论不受任何第三方的授意或影响。但本公司及其研究人员对这些信息的准确性和完整性不作 任何保证，且本报告中的资料、意见、预测均反映报告初次公开发布时的判断，可能会随时调整。本公司对 本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改，投资者应当自行关注相应的更新或修改。本报告所载的 资料、工具、意见、信息及推测只提供给客户作参考之用，不构成任何投资、法律、会计或税务的最终操作 建议，本公司不就报告中的内容对最终操作建议 做出任何担保。本报告中所指的投资及服务可能不适合个别 客户，不构成客户私人咨询建议。 市场有风险，投资需谨慎。在任何情况下，本公司不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失 负任何责任。 投资者应注意，在法律允许的情况下，本公司及其本公司的关联机构可能会持有报告中涉及的公司所发行的 证券并进行交易，并可能为这些公司正在提供或争取提供投资银行、财务顾问和金融产品等各种金融服务。 本公司及其本公司的关联机构或个人可能在本报告公开发布之前已经使用或了解其中的信息。 本报告版权归“中泰证券 股份 有限公司”所有。 未经事先本公司书面授权，任何人不得对本报告进行任何形 式的发布、复制。如引用、刊发，需注明出处为“中泰证券研究所”，且不得对本报告进行有悖原意的删节 或修改。