2019年中国粉末冶金行业概览(一)

2019年中国粉末冶金行业概览(一)

扬州锻压机床有限公司
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2019年中国粉末冶金行业概览(一)

2020-12-18

报告摘要

粉末冶金是以金属粉末为原料,通过成形、烧结等加工方法,制造高精度、高强度金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。中国粉末冶金行业自1948年开始兴起,当前已进入发展快车道。凭借绿色环保、产品性能优异的特点,粉末冶金将加速替代传统铸造工艺向新能源、医疗以及航空航天等领域拓展,产品结构不断调整,市场规模进一步扩张,在高端产品市场国产化进程有望加速。

热点一:工艺优势拓展行业空间,下游应用领域逐渐扩大

粉末冶金是节能省材、绿色环保的新材料生产工艺,随着中国装备制造业产业深度升级,粉末冶金技术必将发挥不可替代的作用,有望加速取代传统铸造、切削等工艺,行业发展空间广阔。随着技术水平提升,粉末冶金产品朝着高精度、高密度、结构复杂以及致密化的方向

多样化发展,下游产业链将向新能源、医疗以及航空航天等领域拓展。

热点二:汽车行业持续驱动,高端市场国产替代加速

汽车行业是促进粉末冶金行业发展的核心动力,中国平均每辆汽车粉末冶金零部件用量在5-6kg,与发达国家存在较大差距,中国粉末冶金市场发展空间广阔。在中国企业研发能力和质量控制能力不断提高的背景下,国产粉末冶金零部件凭借价格与服务优势,在高端产品市场中,国产替代进口的趋势将愈加明显。

热点三:竞争格局趋于稳定,行业整体发展水平提升

中国粉末冶金行业低端市场竞争激烈、产品同质化严重,高端市场产品供不应求,产能结构性过剩严重影响行业经济效益。具有成本和规模优势的大型企业将抢占更多市场份额,未来行业集中度有望提高,从长远来看,粉末冶金行业市场格局将趋于稳定。随着企业不断扩充高端产品产能、升级产品以及革新技术,行业整体发展水平将持续提升。

1 方法论

1.1 研究方法

头豹研究院布局中国市场,深入研究10大行业,54个垂直行业的市场变化,已经积累了近50万行业研究样本,完成近10,000多个独立的研究咨询项目。

研究院依托中国活跃的经济环境,从材料、制造、金属等领域着手,研究内容覆盖整个行业的发展周期,伴随着行业中企业的创立,发展,扩张,到企业走向上市及上市后的成熟期,研究院的各行业研究员探索和评估行业中多变的产业模式,企业的商业模式和运营模式,以专业的视野解读行业的沿革。

研究院融合传统与新型的研究方法,采用自主研发的算法,结合行业交叉的大数据,以多元化的调研方法,挖掘定量数据背后的逻辑,分析定性内容背后的观点,客观和真实地阐述行业的现状,前瞻性地预测行业未来的发展趋势,在研究院的每一份研究报告中,完整地呈现行业的过去,现在和未来。

研究院秉承匠心研究,砥砺前行的宗旨,从战略的角度分析行业,从执行的层面阅读行业,为每一个行业的报告阅读者提供值得品鉴的研究报告。

头豹研究院本次研究于2019年07月完成。

1.2 名词解释

金属粉末:指尺寸小于1mm的金属颗粒群,包括单一金属粉末、合金粉末以及具有金属性质的某些难熔化合物粉末,是粉末冶金主要原材料。

压制成型:利用压力将置于模具内的粉料压紧至结构紧密,使胚体具有一定形状和尺寸的成型方法。

烧结:把粉状物料转变为致密体的工艺过程,用于生产陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高温材料等。

钨钼硬质合金:由钨和钼所组成的合金,常用钨钼合金中钨含量为30%~50%,生产方法为粉末冶金烧结后加工和熔炼加工,可制取棒、板、丝或其他型材。

含油轴承:用多孔材料制成、孔隙中贮有润滑油的滑动轴承,具有成本低、能吸振、噪声小、在较长工作时间内不用加润滑油等特点,特别适用于不易润滑或不允许油脏污的工作环境。

传统法(PM):传统粉末冶金方法(Powder Metallurgy),在模具中压实合金粉末,通过烧结或加热,在可控熔炉中粘结颗粒进行冶金。

等静压(IP):粉末冶金方法之一(Isostatic Pressure),用来生产所有方向上压力均等的粉末致密部件。

金属注射成型(MIM):一种从塑料注射成形行业中引伸出来的新型粉末冶金技术(Metal Injection Molding),结合塑料成型复杂性和金属特性,可大量生产无限形状和几何特征的零部件,生产速率高。

金属添加剂制造(MAM):即3D打印技术(Metal Additive Manufacturing),即3D打印技术,无需模具,以数字模型为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体。

磁性材料:能对磁场作出某种反应的材料,按照物质在外磁场中表现出来磁性的强弱,可将其分为抗磁性物质、顺磁性物质、铁磁性物质、反铁磁性物质和亚铁磁性物质。

铸件:将冶炼好的液态金属,用浇注、压射、吸入或其它浇铸方法注入预先准备好的铸型中,冷却后经打磨等后续加工手段后,所得到的具有一定形状、尺寸和性能的物件。

锻件:对金属坯料施加压力,使其产生变形而得到的工件或毛坯,按坯料在加工时的温度,可分为冷锻、温锻和热锻。

离合器片:以摩擦为主要功能、兼有结构性能要求的复合材料,是汽车、拖拉机等传动系离合器中重要的零件,必须具有高而稳定的摩擦系数和良好的耐磨性。

凸轮轴:活塞发动机里的一个部件,作用是控制气门开启和闭合动作,材质通常为合金钢。

永磁材料:又称“硬磁材料”,指一经磁化即能保持恒定磁性的材料,常用永磁材料分为铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料和复合永磁材料。

切削:用切削工具(包括刀具、磨具和磨料)把坯料或工件上多余的材料层切去,将工件加工为规定几何形状、尺寸和表面质量的方法。

超纯铁精粉:在铁矿石经过破碎、磨碎、选矿等加工处理形成的矿粉中,TFe≥71.5%且盐酸不溶物≤0.3%的称为超纯铁精粉,主要用于粉末冶金工业。

TFe:四氟乙烯(tetrafluoroethylene),分子式为C2F4,主要用于生产使用温度范围广、化学稳定性高的聚四氟乙烯。

成分偏析:合金中各组成元素在结晶时分布不均匀的现象称为偏析。

机加工:机械加工的简称,指通过机械精确加工去除材料的加工工艺,主要有手动加工和数控加工两大类。

易切削合金:合金中含有一定数量的硫、磷、铅、钙、硒、碲等一种或几种元素,即为易切削合金,适用于制作通过自动切削机床加工的大批量零件。

近净成形:零件成形后,仅需少量加工或不再加工,就可用作机械构件的成形技术。

金属软磁粉芯:采用特殊工艺将金属或合金软磁材料制成的粉末加工成的一种磁芯。

硅钢片:一种含碳极低的硅铁软磁合金,含硅量为0.5-4.5%,加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率,降低矫顽力、铁芯损耗和磁时效。

橡胶:一种高弹性聚合物材料,在室温下富有弹性,在很小外力作用下能产生较大形变,除去外力后能恢复原状。

VVT:可变气门正时(Variable Valve Timing),也被称为可变气门驱动(Variable Valve Actuation),用来调节气门开闭时间,调整进气量,提高发动机燃烧效率,减少排放。

2 中国粉末冶金行业市场综述

2.1 粉末冶金的定义与分类

粉末冶金是以金属粉末为原料,通过成形、烧结等加工方法,制造高精度、高强度金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金可通过较少切割工艺直接制成多孔、致密或全致密材料,能够生产难以用其他方法制造的零部件,如钨钼硬质合金、含油轴承、过滤器和多种磁性材料等,还能够生产替代铸件和锻件的零部件,如汽车离合器片、凸轮轴等。

相比于传统熔铸技术,粉末冶金工艺在材料利用率、能源消耗量、生产产品形状复杂性等方面更具优势,被公认为最具发展活力的绿色技术,已被广泛应用于交通、机械、电子等领域。

(1)根据工艺方法不同,粉末冶金工艺可分为传统法(PM)、等静压(IP)、金属注射成型(MIM)、金属添加剂制造(MAM);

(2)根据制品不同,粉末冶金工艺可分为铁基结构件、铜基结构件、难熔金属材料、硬质合金、摩擦材料、减摩材料(见图2-1)。

(1)根据粉末冶金工艺分类:

①传统法(PM):在模具中压实合金粉末,通过烧结或加热,在可控熔炉中粘结颗粒进行冶金的方法。传统法应用广泛,采用的金属粉末大于50μm,生产零件重量在1g-2kg之间,相对密度可达86%,致密性高,适用于生产硬质金属、合金材料结构件等;

②等静压(IP):将被加工物体放置于盛满液体的密闭容器中,通过增压系统对物体各个表面施加相等压力,使其在不改变外观形状的情况下缩小分子间距离,从而增大密度,用来生产所有方向上压力均等的粉末致密部件。等静压生产工艺对生产条件要求高,采用球形干净粉末,产品重量在几千克到10吨以上不等;

③金属注射成型(MIM):结合塑料成型复杂性和金属特性,可大量生产无限形状和几何特征的零部件,生产速率高。金属注射成型工艺采用5μm-30μm微细粉末,产品密度高、形状小、品种多,重量在1g-200g之间,可快速、大批量、低成本制造复杂形状零件;

④金属添加剂制造(MAM):即3D打印技术,无需模具,以数字模型为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体,可充分利用废弃材料,大幅度缩减制造时间和费用。采用的粉末在5μm-60μm之间,适用于生产单个小尺寸组件。

(2)根据粉末冶金制品分类:

①铁基结构件:以铁粉或合金钢粉为主要原料,采用粉末冶金工艺制造的结构零件,包括碳钢和低合金粉末、铁-铬-硅系合金粉末、铁-铬-硼-硅系合金粉末,具有高致密性、耐磨性和结合强度,可取代镍基合金粉末,广泛应用于汽车行业;

②铜基结构件:采用铜基材料烧结后的冶金品,由烧结的黄铜、铜镍合金、青铜材质构成,具有抗腐蚀性、无磁性干扰等特征,适用于电工器件、机械零件制造等领域;

③难熔金属材料:包括合金复合式材料、难熔性金属等,其熔点、强度与硬度高,采用粉末冶金制法制成的合金材料成分均匀、能耗低且晶粒尺寸小,主要用于航空航天、能源、国防等领域;

④硬质合金:由难熔金属硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料,强度高,具有耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性,适用于砂轮磨削、电加工等工业切削领域;

⑤摩擦材料:具有摩擦磨损性的材料,适用于摩擦离合器制作以及制动器摩擦部分,以实现元件动力阻断、传递。摩擦材料由基本、辅助单元组成,基本组元主要保证耐磨性、热稳定性及承载能力,辅助组元主要完善基本性能;

⑥减摩材料:由金属或非金属材质与金属基体、减摩润滑剂制成,是制动或传动装置上关键性部件,主要功能是通过摩擦来吸收或传递动力,粉末冶金技术可改善材料基体,调整减摩成分,以达到自润滑性能等方面的要求,适用于塑料减摩材料、铸造金属等领域。

2.2 中国粉末冶金行业发展历程

1890年,美国人Coolidge用粉末冶金方法制成一种灯泡用钨丝,标志近代粉末冶金的诞生,经过一百多年的发展,粉末冶金逐渐运用到各类学科领域,成为公认的生产各种高质量零件优质技术。由于中国工业基础薄弱,粉末冶金行业起步较晚,自1948年诞生至今,中国粉末冶金行业经历了起步、探索发展和高速发展三个阶段(见图2-2)。

(1) 起步阶段(1948-1978年)

1948年,大连钢厂开始生产硬质合金,标志着中国粉末冶金行业诞生。1953年,中国纺织机械行业首先开始生产含油轴承材料。1958年,中国最大的苏州硬质合金厂建成。1961年,中国开始自主生产机械零部件,主要为性能要求不高的一般结构件。

随着以含油轴承、硬质合金、汽车维修用板钢销衬等为代表的粉末冶金零部件不断投产,中国粉末冶金行业初步发展,但受社会经济、技术发展水平低下的影响,中国粉末冶金行业从1948年到改革开放之前这一阶段均处于起步阶段,行业发展缓慢。在这一阶段,中国粉末冶金技术水平低,产品种类少、形状简单、精度差,不具备设计和自主创新能力。

(2) 探索发展阶段(1979-2000年)

受益于改革开放政策,中国经济快速发展,通过不断吸引外资、引进先进技术和设备工艺,中国工业化水平大幅度提升。中国粉末冶金制造企业开始引进国际先进技术,例如引进德国钨化铁粉技术,促使中国铁基粉末冶金零部件档次提升。

在学习西方先进国家粉末冶金技术的基础上,伴随中国家电、摩托车、汽车行业相继兴起与发展,中国粉末冶金行业取得了较大发展。2000年,中国粉末冶金制造企业已有30家以上,粉末冶金零部件产量已达到2.4万吨,由于不断引进国外先进技术和自主开发创新,行业开始进入规模化、产业化发展阶段。

(3) 快速发展阶段(2001年至今)

2001年以后,在下游消费需求快速增长的强力拉动下,中国粉末冶金行业迅速崛起。2009年,中国粉末冶金零部件产量达11.3万吨,超越日本跃居亚洲首位。全球范围内,粉末冶金技术不断升级换代,金属注射成形、金属添加剂制造等生产工艺开始应用推广,中国粉末冶金制造企业也通过自主研发创新和引进国外先进技术,不断提高生产工艺水平,行业呈现高速发展态势。

2001年,金属注射成型生产工艺开始形成规模化发展,目前生产规模在全球占有率达30%以上。2010年,金属粉末3D打印技术兴起,逐渐在少数领域如航空领域有小批量应用。此外,下游市场需求多样化,产品从简单、低密度、低精度逐渐向结构复杂、高密度、高精度转变,中国粉末冶金行业进入发展的快车道。

2.3 中国粉末冶金行业市场规模

粉末冶金零部件下游应用领域广泛,是市场规模增长的主要动力来源。近年来,随着新技术、新工艺不断涌现,粉末冶金零部件应用领域迅速扩大,汽车行业、机械制造、电子家电及高科技行业飞速发展,为粉末冶金行业提供了强劲的发展动力。

中国机协粉末冶金协会统计数据显示,按销售收入计算,中国粉末冶金行业市场规模从2014年的125.0亿元增加到2018年的143.2亿元,年复合增长率为3.5%(见图2-3),呈现出稳定增长趋势。未来五年,随着粉末冶金零部件在新兴领域的运用,如5G通讯、新能源等,中国粉末冶金行业市场规模有望保持5.0%的年复合增长率继续稳定增长,并于2023年达到182.8亿元。

受如下三方面原因驱动,中国粉末冶金行业市场规模将持续增长:

(1)行业集中度提高,有助于提升行业整体盈利水平,促进产品结构调整和产业升级;

(2)粉末冶金相比于传统铸造、锻造、切削等生产工艺,具备节能省材、产品精度和

一致性高、结构复杂、成分均匀等特点,将逐渐取代传统工艺,行业发展空间广阔;

(3)下游汽车行业发展潜力大,是促进粉末冶金行业发展的核心动力,粉末冶金零部

件在汽车零部件中用量占比提升有助于促进行业市场规模扩张。

2.4 中国粉末冶金行业产业链分析

中国粉末冶金行业产业链分为三部分:产业链上游参与者为铁粉及铜粉原材料供应商,产业链中游主体为粉末冶金零部件生产商,产业链下游应用领域为运输机械(汽车、摩托车)、电工机械(家电、电动工具)、工业机械(农机)及其他(工程机械、其他)等行业(见图2-4)。

2.4.1 上游分析

粉末冶金行业产业链上游参与者主要为铁粉和铜粉原材料供应商。

(1)铁粉:铁粉为机械制造工业不可缺少的金属原料,用于生产粉末冶金零部件,具有流动性、成形性、颗粒形状等物理特性。采用铁粉制造的粉末冶金零部件应用广泛,具有良好经济效益。中国铁粉制造企业具有生产规模小、集中度低的特点,与发达国家在技术水平和设备工艺方面存在差距,国产铁粉主要为一般性铁粉,在质量和性能上表现较差,高端铁粉如超纯铁精粉、特殊用途铁粉等产品则需要进口。

(2)铜粉:在粉末冶金原材料中,铜粉用量仅次于铁粉,主要用于生产粉末冶金零部件、金刚石工具、合金工具等,在工业生产中发挥重要作用。中国铜粉制造企业与国外优秀企业相比,在规模、产能、技术工艺及产品质量等方面存在很大差距,产品主要集中在低端领域,盈利能力受限,高端铜粉多来自进口。 由于中国粉末冶金原材料供应商规模小、技术水平低,产品多应用于低端领域,高端粉末冶金零部件所用的原材料仍然由国外企业提供,高端产品原材料进口依赖程度高。

2.4.2 中游分析

粉末冶金行业产业链中游参与者主要为粉末冶金零部件生产商,其中大部分为中小规模企业,市场集中度较低。东睦股份是中国最大的粉末冶金制造企业,在技术、规模、以及市场影响力上具有综合性优势,市场份额占比约为25%。 中国粉末冶金行业呈现中国内外厂商并存以及两极分化明显的市场格局:

(1)低端粉末冶金市场进入壁垒较低,产品同质化严重,市场参与者主要为中国中小企业;

(2)高端粉末冶金市场具有产品质量要求高、技术壁垒高的特点,产品供不应求,市场参与者主要为国外先进企业及中国少数领先企业。 中国粉末冶金行业产能结构性过剩明显,低端市场竞争激烈、市场趋于饱和,不具备自主研发能力的企业竞争力会逐渐下降、发展空间不断缩小。

掌握先进技术、产品质量高的企业市场占有率将逐步提升。落后企业退出,行业集中度提高,龙头企业强者恒强的局面会趋向稳定,未来中国粉末冶金行业将迎来产业结构优化调整、产品转型升级的重要优化发展期。 配套设备更新及时、生产工艺完善、技术研发实力强的粉末冶金制造企业在产业链中具有更高的议价能力。

2.4.3 下游分析

下游需求是促进粉末冶金行业发展的核心动力,中国下游整体需求旺盛,将促进粉末冶金市场规模进一步提升。粉末冶金行业下游应用领域主要为运输机械、电工机械、工业机械及其他工程机械等。中国机协粉末冶金协会统计数据显示,2018年,在粉末冶金零部件产量的组成中,运输机械(汽车、摩托车)占比为59%,电工机械(家电、电动工具)占比为25%、工业机械(农机)占比为2%,其他(工程机械、其他)占比为14%(见图2-5)。

汽车行业是粉末冶金零部件最主要应用领域,中国汽车工业协会数据显示,中国汽车产量从2014年的2,372.3万辆增长至2018年的2,780.9万辆,年复合增长率为4.1%,由于汽车中60%以上零部件都要使用粉末冶金零部件,因此汽车行业的需求增长大幅度加快了粉末冶金行业的发展。

粉末冶金技术具有节能省材、绿色环保的特点,对传统工艺具有很强的替代性,随着技术不断进步,粉末冶金下游应用领域将拓展至新能源、医疗、航空航天等行业,应用领域扩展将为粉末冶金行业带来新的发展机遇。

来源:网络 侵删


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