不锈钢产业链初探（1）：基础知识与产业分布.pdf

全球商品研究不锈钢 兴证期货.研发产品系列 不锈钢产业链初探（1） 基础知识与产业分布 2019年8月12日 星期一 内容提要 不锈钢基础知识：不锈钢（Stainless Steel）是不锈耐酸钢的简称。在冶金学中，通常将按质量计算，铬含量超过12%的铁合金称为不锈钢。按照不锈钢内部金相组织和内部结构的不同，不锈钢能被分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢及马氏体不锈钢。市场主流的分类方法为：200系、300系和400系，其中市场上应用最为广泛、用量最大的是300系不锈钢。不锈钢的冶炼分为一步法、二步法及三步法，其中以EAF+AOD或EAF+VOD的两步法应用最为广泛，在生产成本构成中，金属镍占比通常超过60%，故通常将不锈钢归类为有色品种中。 不锈钢产业分布：国际不锈钢协会（ISSF）统计的2018年全球不锈钢产量为5072.9万吨，其中据我国特钢企业协会不锈钢分会统计，我国不锈钢产量为2670.68万吨，占全球总产量的52.6%。其余不锈钢主要生产过为：印度、日本、美国和韩国。值得注意的是，2018年，印尼不锈钢总产量为219.3万吨，同比增长181.15%，正逐渐成为世界第二大的不锈钢生产国。在国内，不锈钢主要产地分布在福建、山西、广东、江苏和广西，其中福建和山西分别坐拥青拓集团和太钢不锈两大不锈钢龙头企业，而广东江苏则是国内前二的不锈钢集散地，众多不锈钢企业立足于两地。兴证期货.研发中心 黑色研究团队 李文婧 从业资格编号：Z 0010649 投资咨询编号：F3024409 韩倞 从业资格编号：F3010931 投资咨询编号：Z0012908 蒋馥蔚 从业资格编号：F3048894 俞尘泯 从业资格编号：F3060627 联系人 俞尘泯 021-20370946 yucmxzfutures 专题报告 专题报告 1. 不锈钢基础知识 1.1 不锈钢的概念 不锈钢是指在大气、水、酸、碱和盐等溶液，或其他腐蚀介质中具有一定化学稳定性的钢的总称。一般来讲，耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的钢成为不锈钢，而将耐酸、碱和盐等侵蚀性强的介质腐蚀的钢称为耐蚀钢，或耐酸钢。 不锈钢能够获得“不锈”的特性，主要依靠的是在成分中添加了铬所致。虽然其他元素，如铜、铝、镍等也能提高钢的耐腐蚀性能，但没有铬的存在，这些元素的作用将受到大幅限制。因此，铬是不锈钢中最重要的元素。不同国家对不锈钢的定义虽然都有所差别，都按铬含量为标准：其中美国将4%的铬含量作为不锈钢与其他钢的分界线，日本规定铬含量超过11%的钢才能称为不锈钢，而我国对不锈钢中铬含量的要求是不小于12%。 不锈钢的耐腐蚀性能，有由于在腐蚀介质的作用下，在钢表面形成一种厚度非常薄的无色、透明且非常光滑的富铬氧化膜。这层膜的形成可以防止钢生锈，因此也被成为钝化膜。这层钝化膜的形成实际上是钢中的铬元素形成氧化物从而保护自己的特性。一般来说，铬含量越大，不锈钢的防锈性能越好。在氧化性酸中，铬含量越高，耐腐性能越高。 不锈钢中，除了金属铬，其他众多元素也都扮演着重要角色： 金属镍是不锈钢中重要性仅次于铬的元素：镍可以促进不锈钢钝化膜的稳定性，提高不锈钢的热力学稳定性。同时，镍能显著改善不锈钢的塑、韧性；金属钼可以提高不锈钢在海洋性大气中的耐蚀性；在不锈钢中添加金属铜，可以显著提高在硫酸等还原性介质中的耐蚀性；金属锰可以在一定程度上替代镍帮助形成奥氏体不锈钢，但锰对钢的耐蚀性作用基本是负面，因此无法完全替代镍；碳元素可以提高不锈钢的强度，但会显著降低钢的塑、韧性，因此在不锈钢中的含量一般会受到控制。 1.2 不锈钢的分类 不锈钢由于种类繁多，我们一般都会将之进行分类。上文中已经介绍了一种按照耐腐蚀介质不同的分类方式。这里我们再介绍2种分类方法： 按金相组织划分：奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体-铁素体双向不锈钢、马氏体不锈钢及沉淀硬化不锈钢。 按化学成分划分：铬锰氮不锈钢（200系）、铬镍&铬镍钼不锈钢（300系）和铬系不锈钢（400系）等。 在不锈钢产业链的研究中，主要按照不锈钢的化学成分进行分类，故我们延续传统，在后文遵循200系、300系、400系的分类方法进一步探讨。 200系不锈钢是在铬镍系奥氏体不锈钢基础上，往钢中加入锰和（或）氮代替贵重金属镍元素而发展起来的。它的奥氏体元素，除锰之外还有氮，一般还有适量的镍（4%6%）。钢中的锰起稳定奥氏体的作用。由于氮强烈的形成并稳定奥氏体且起很好的固溶强化作用，提高了奥氏体不锈钢的强度，因此这个系列的不锈钢，适宜在承受较重负荷而耐蚀性要求不太高的设备专题报告 和部件上使用。 200系不锈钢的优点是： 1、200系不锈钢的最大长处是相对于300系不锈钢价钱廉价。 2、弱腐化前提下，ASTM202不锈钢几乎可以完整取代304不锈钢； 3、利用比拟普遍，在建筑装潢、餐厨具、卫生装备和器具、家用电器、交通运输以及产业部分的装备和部件方面有很普遍的利用。 但其也存在较明显的劣势： 1、比拟与304，200系不锈钢耐腐化机能更差； 2、200系不锈钢的加工性远远比不上304不锈钢； 3、废物收受接管艰难，假如不阐明是200系废物，它们就会成为一种高危险的废钢混合原料，导致铸件的锰含量远远超标，同时造成钢厂入炉料成分不稳固； 4、报酬身分：200系不锈钢无磁性，外观与304相似，导致 “犯警市侩”以次冲好，假充“304”进行发卖，给用户带来宏大的丧失。 常见型号为：201、202等。201不锈钢具有一定的耐酸、耐碱性能，密度高、抛光无气泡、无针孔等特点，主要用于做装饰管、工业管、一些浅拉伸的制品；202不锈钢广泛应用于建筑装饰，市政工程、公路护栏、宾馆设施、商场、玻璃扶手、公共设施等场所。 300系不锈钢是奥氏体不锈钢，是市场上运用最为广泛的不锈钢钢种。300系不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化，如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。 常见型号为：304、316、321等。304不锈钢 是一种通用性的不锈钢，广泛地用于制作要求良好综合性能（耐腐蚀和成型性）的设备和机件。多用在医疗器具，建材，化学，船舶部件、汽车配件食品工业、家庭用品（餐具、橱柜、室内管线、热水器、浴缸等），农业方面；316不锈钢含有铝，因而在海洋和化学工业环境中的抗点腐蚀能力大大地优于304不锈钢。其中，316型不锈钢由变种包括低碳不锈钢316L、含氮的高强度不锈钢316N以及合硫量较高的易切削不锈钢316F。适用于海洋相关工业产品；321不锈钢是以钛，稳定化的不锈钢，适宜作高温下使用的焊接构件，还可以用在航空器、排气管、锅炉汽包。 400系不锈钢是马氏体和铁素体不锈钢。通常具有磁性，一般都具有很强的抗高温氧化能力，且同普碳钢相比，其无性能和机械特性都有进一步的改善。 常见型号为：410、430、440等。410不锈钢具有良好的耐蚀性、机械加工性，但不适合恶劣的腐蚀环境。一般用途为刃类， 阀门类。430不锈钢价格便宜、热膨胀系数小、耐氯化物应力腐蚀性优于300系不锈钢品种，但耐温性和抗腐蚀性要差，常用于建筑装饰用、燃油烧嘴部件、家庭用器具、家电部件等；440不锈钢含碳稍高，经过适当的热处理后可以获得较高屈服强度，属于最硬的不锈钢之列。最长运用的例子是剃须刀刀片。 此外，一些不锈钢牌号后会加上“L”、“S”或“ N”等字母，分别表示碳含量较低从而提高焊接性能和抗腐蚀能力；添加氮从而提高不锈钢强度、添加少量硫从而提高切割性能。 为了适应不同领域的需求，针对不锈钢板材还有专门的表面处理工艺。其中，针对热轧板，主要表面工艺为：No.1，1U，1C等。冷轧板的主要表面工艺为：2H，2C，2B，No.3，No.4等。 不锈钢黑皮、白皮。不锈钢的黑皮是指不锈钢固溶处理后没有酸洗钝化，发黑的； 不锈钢的白皮是指不锈钢固溶处理后酸洗钝化过，发的白的。 专题报告 表1：不锈钢中合金元素作用 元素 作用 铬（Cr） 形成耐蚀的钝化膜 镍（Ni） 促进钝化膜稳定，提高不锈钢塑、韧性 钼（Mo） 提高在海洋性大气中耐蚀性 铜（Cu） 提高在还原性介质中耐蚀性 锰（Mn） 部分替代镍，降低耐蚀性 碳（C） 提高强度，降低塑、韧性 数据来源：不锈钢概论，兴证期货研发部 表2：不锈钢分类 分类方式 类别 特性 耐腐蚀介质 不锈钢 耐大气、蒸汽和水等弱介质 耐蚀钢 耐酸、碱和盐等侵蚀性强的介质 金相组织 奥氏体不锈钢 高温与室温下晶体结构均为面心立方 铁素体不锈钢 高低温度下晶体结构均为体心立方 奥氏体-铁素体 双向不锈钢 基体组织为铁素体和奥氏体具有一定比例的双向结构 马氏体不锈钢 晶体结构在高温下为奥氏体，室温及低温下组织为马氏体 沉淀硬化不锈钢 是在马氏体、奥氏体、双相钢的组织上经热处理沉淀出硬化相，使合金硬化或强化 化学成分 200系不锈钢 主要成分为：铬、锰、氮 300系不锈钢 主要成分为：铬、镍 400系不锈钢 主要成分为：铬 数据来源：不锈钢概论，兴证期货研发部 表3：主要不锈钢品种元素组分 组分 200系 300系 400系 铬（Cr） 1320% 1626% 10.525% 镍（Ni） 14% 628% 最多0.5% 铜（Cu） 13% 0% 0% 锰（Mn） 611% 最多2% 最多1% 铁（Fe） 剩余 剩余 剩余 数据来源：Jindal Stainless，兴证期货研发部 专题报告 表4：主要不锈钢品种应用领域 组分 200系 300系 400系 食品餐具、家用品、厨房设备 管材 建筑装潢 汽车/铁路/交通 油气领域 核设备 制药、乳制品领域 铸币 电厂 耐用品消费 刀片、刀刃 数据来源：Jindal Stainless，兴证期货研发部 表5：不锈钢热、冷轧表面特性 表面加工等级 表面加工要求 No.1 热轧后，经热处理、酸洗与此类似的处理后加工而成 1U 热轧、不热处理、不除氧化皮 1C 热轧、热处理、不除氧化皮 1E 热轧、热处理、机械除氧化皮 1D 热轧、热处理、酸洗 2H 加工硬化 2C 冷轧、热处理、不除氧化皮 2D 冷轧后进行热处理、酸洗或类似处理、最后经毛面辊进行轻度冷平整 2B 冷轧后进行热处理、酸洗或类似处理、最后经平整获得适当的光洁度 No.3 用GB2477所规定的粒度为100-120号研磨材料进行抛光精整 No.4 用GB2477所规定的粒度为150-180号研磨材料进行抛光精整 数据来源：兴证期货研发部 专题报告 1.3 不锈钢的冶炼 不锈钢冶炼所用的装备分为初炼设备和精炼设备两大类。 初炼设备包括：电弧炉(EAF)、非真空感应炉(一般用于小规模生产 )、矿热炉、转炉。 精炼设备主要包括钢包型精炼设备(VOD、SSVOD、VOD PB等 )、 转炉型精炼设备 (AOD、VODC、VCR、CLU、KCBS、KOBMS、KBOP、MRPL、GOR等)及RH功能扩展型精炼设备(RH OB、RHKTB、RH KPB等 )三大类。 不锈钢主要冶炼方法为一步法、二步法和三步法。其中：一步法为直接使用EAF的电炉直接生产工艺法；二步法为EAF+AOD，EAF+VOD，EAF+CLU，LD-OB+VOD等；三步法是EAF+K_OBM_S+VOD或AOD+（LF）；EAF+AOD+VOD；EAF+LD -OB+VOD。目前不锈钢冶炼领域，以AOD法、VOD法占主导地位。分别采用二步法和三步法工艺冶炼不锈钢，可以大量生产低碳、超低碳不锈钢，Cr的回收率也达到较高的水平。 ADO冶炼具有投资成本低、脱碳速度快、生产效率高；热效率高、冶炼成本低；钢水搅拌效果好，有利于脱S、O；设备比较简单、工艺容易掌握等。目前世界上月70%左右不锈钢采用AOD生产。缺点是生产低C、N钢种困难。 VOD冶炼脱C、保Cr效果好，脱氧效果好；适于生产低C、N钢种等。缺点是投资成本较高，设备维护困难等。 中国大型不锈钢生产企业大部分都是联合型钢铁企业，例如太钢、酒钢等企业，均是既生产不锈钢同时也生产碳钢。 中国不锈钢废钢资源缺乏，以废钢为主原料的不锈钢冶炼过程配料成本高，加上全废钢冶炼能耗高，以及废钢品质不好带入钢水有害元素多等原因，中国越来越多的不锈钢生产企业倾向于利用经脱磷的高炉铁水冶炼不锈钢。特别是钢铁联合型企业，利用碳钢系统的高炉供部分铁水给不锈钢冶炼系统，可有效降低吨钢原材料成本。 脱磷处理设施被普遍应用于不锈钢生产工艺。脱磷处理设施的应用既可降低不锈钢生产对原材料的要求，也可降低生产成本，从而使高炉铁水、普通废钢、高磷生铁和高磷合金能被大量用于不锈钢的生产。 酒钢集团不锈钢冶炼以传统方法为主，辅以新型一步法工艺： 传统工艺是铁水罐顶喷脱磷EAFAODLF，为两步法生产工艺，主要用于生产200系和300系不锈钢；新型工艺为脱磷转炉AODLF，为新型一步法生产工艺，主要用于生产400系列的部分钢种。 青拓集团于2010年率先在福建鼎信建设并投产了国内第一条RKEF生产线。以RKEF（回转窑+电炉）工艺，利用含镍富铁的氧化镍矿生产含镍生铁（镍铁），比一般的传统工艺（烧结+电炉）具有显著的优势。整个生产工艺是全封闭式的，其能量损耗和粉尘排放是最低的。每吨铁在生产过程中的电能消耗降低了1500度，粉尘排放降低80%。 专题报告 图1：二步法不锈钢冶炼流程 数据来源：兴证期货研发部 图2：传统不锈钢冶炼二步法工艺 数据来源：青山集团，兴证期货研发部 图3：新型RKEF不锈钢冶炼工艺 数据来源：青山集团，兴证期货研发部 专题报告 1.4 不锈钢冶炼的成本组成 在不锈钢的冶炼中，其镍金属的来源，目前主要有三种渠道获得：镍铁，纯镍，以及废不锈钢。钢厂根据在不同时期，各生产原料的价格波动情况，采取不同的配比方式来进行生产，以获得最大利润。 根据不同的不锈钢冶炼工艺，目前市场上主流存在4种不同的不锈钢冶炼成本核算法，分别是：标准模式法、完全镍铁法、低镍铁+镍板法和完全纯镍法。 标准模式法是钢厂采用10%高镍铁、电解等金属镍、304废钢、63基的铬铁和铁水或普通废钢按一定配比生产不锈钢，具体配比如图4。 图5：标准模式法配比 数据来源：51bxg，兴证期货研发部 完全镍铁法生产模式是不使用不锈钢废料而全部使用10%高镍铁、63基的铬铁、铁水或普通废钢的配料方式，所需要的镍元素全部使用10%的镍铁的配料方式，具体配比如图5。 专题报告 图6：标准模式法配比 数据来源：51bxg，兴证期货研发部 低镍铁+镍板法生产模式采用1.6%低镍铁、电解等金属镍、63基的铬铁、铁水或普通废钢的配料方式，具体配比如图6。 图7：标准模式法配比 数据来源：51bxg，兴证期货研发部 完全纯镍法生产模式是不使用304废钢，也不使用镍铁而全部使用电解等金属镍、63基的铬铁、铁水或普通废钢的配料方式，所需要的镍元素全部来源于电解等金属镍的配料方式，具体配比如图7。 专题报告 图8：标准模式法配比 数据来源：51bxg，兴证期货研发部 此外，生产中的成本还包括炼钢费用、热轧费用、酸洗费用、冷轧费用等。原料成本外的成本一般为吨钢3000至4000元左右。具体核算成本时，还需要按照实际采购原料的地点以及钢厂具体情况进行分析。 2. 不锈钢产业分布 2.1全球主要不锈钢生产国 截止2018年，根据国际不锈钢协会（ISSF）统计，全球不锈钢产量为5072.9万吨。其中，中国产量占比达到52.64%，超过全球一半产量。其余主要不锈钢生产国家为印度、日本、美国、印尼和韩国，加上中国的前6大不锈钢生产国产量占比超过70%。其中，日本、美国和韩国作为老牌工业强国，2000年以来的不锈钢产量增长缓慢。而以我国为代表的新兴不锈钢市场，快速释放不锈钢产能，并逐渐成为不锈钢产业的主流产地。我国不锈钢产量从2001年的73万吨，快速增长到2018年的2670.6万吨，年化增长率达到23.6%；印度地区产量从2009年至今也有年化8.1%的增长率；此外，由于印尼拥有大量镍铁产能，当地的不锈钢有巨大的成本优势，因此近年来产量增长迅速：2018年产量同比2017年增长141.3万吨，增幅达到181.15%。印尼德龙不锈钢预计在2019会有350万吨不锈钢产能投产，届时印尼不锈钢产量占比将进一步上升，印尼正逐渐取代我国成为世界不锈钢的最大增长点。