铝合金凭借着其独特性能优势不断拓展应用领域
凭借着诸多优良特性,铝材的终端应用领域加快拓展。2023 年,国内原铝终端消费结构中,建筑用铝占比 24%,交通用铝 23%,电力电子用铝21%,包装用铝11%,耐用消费品 10%,机械设备 8%。随着地产消费的降温,建筑用铝占比逐年下降,而汽车轻量化、航空器轻量化、能源转型等概念推动汽车用铝、电子电力用铝的需求快速提升。
2023 年国内原铝终端消费占比
数据来源:上海有色网,东莞证券研究所
1 汽车轻量化加速
铝合金渗透率凭借着轻质高强、耐腐蚀性强、导热散热性强、可加工性高等特点,使得汽车铝材在提升传统汽车燃油效率、提高新能源汽车续航里程、优化车辆操控性能、增强车身结构安全性、以及提升车辆美观度等方面有着显著优势。
目前,铝合金广泛应用于汽车车身框架、底盘系统、动力系统、电力系统及内饰等组成部分。
车身框架。凭借着高强度及低密度,铝材可有效降低车身结构的重量,目前,铝材已广泛使用于车身结构中的车身覆盖件及结构件。具体来看,车身覆盖件大量采用铝合金板材,包括车门、车顶、发动机罩等,车身结构件如横梁、纵梁、车架等普遍使用铝合金型材。
车身结构件位于车身覆盖件之下,对车身起到支撑和抗冲击的作用。铝合金由于优异的能量吸收和碰撞性能,广泛应用于碰撞管理系统的保险杠横梁和碰撞盒。众多品牌汽车通过采用全铝车身结构,不仅有效降低了汽车重量,更能提升整车制动性能。车身覆盖件中如车门、引擎盖等部件,通过采用铝合金型材,在保证强度的同时,减轻车身重量以提高车辆操控性能。
蔚来 ES8、奇瑞舒享家、特斯拉Model S及ModelX、沃尔沃 S60 及 V60 等品牌汽车均采用全铝车身结构,以提高刚性并减轻重量。
底盘系统。底盘悬挂系统是连结车体与车轮之间的装置,起到承载车体重量并吸收振动的作用,包含避震器、弹簧、防倾杆、连杆等机件。汽车的底盘需承受较大外力及振动,由于轻质性及高强性,铝材成为汽车底盘支架的理想材料。
奇瑞舒享家全铝一体化车身结构
动力系统。汽车中的动力系统包括发动机系统和传动系统。铝材大量的运用在汽车动力系统的发动机部件中,包括发动机缸体、缸盖等。通过铝材良好的导热性能,可有效提高发动机的散热效率,降低工作温度。目前,动力系统中铝合金的渗透率已达到90%以上。
电池系统。新能源汽车中“电池、电机、电控”三电系统是其核心部件,逐步取代了传统汽车中发动机、变速器等部件。“三电系统”中的部件大量使用镁铝合金等汽车轻量化产品,如电池托盘、电池盒、电机壳等。
从单车质量来看,车身、动力系统、底盘及内饰占据整车质量的90%以上,因此,以上四部分将是汽车轻量化的主要发力点。叠加国内一体化压铸工艺的持续提升,未来铝合金铸件的市场空间潜力巨大。
目前,在国内节能减排进程加速推进,以及新能源汽车续航能力需求提升的背景下,使用轻质合金来实现汽车轻量化的趋势日益明显,尤其以铝合金、镁合金的使用最为广泛。以铝为例,铝合金产品的性能可满足汽车材料的相关需求,而铝的密度约为钢铁的1/3,使用铝合金材料,可以大幅的降低汽车重量,减少油耗,进而达到节能减排的效果。
值得注意的是,现阶段相较于燃油车,新能源汽车的续航里程相对较短且充电时间较长,使得部分投资者的购买热情有所退却。据豪美新材公告,目前我国新能源汽车主要使用锂电池作为动力,为保证续航能力,往往需要携带数百公斤重的锂电池,导致纯电动汽车较燃油车普遍重 100-250Kg。而汽车的整备质量每减重10kg,在无制动动能回收的情况下,新能源汽车的续航里程可以提升 2.5km。
电动汽车较传统燃油车的铝合金使用量更高,通常在 30%-40%之间,使用更为轻质的铝合金材料可使电动汽车提升续航能力。根据中国汽车工程学会编制的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》,2025年、2030年,我国乘用车新车百公里油耗将分别降至 4.6L、3.2L,而基于轻质合金的汽车轻量化改造是实现油耗降低的重要途径。
据中国汽车工业协会实验统计,空载情况下,汽车整车重量降低 10%,燃油效率可提高 6%-8%;整车重量每减少100kg,其百公里油耗可减低0.4-1.0L。因此,减轻汽车重量从而提升续航能力成为众多车企研发的重要目标。
整体而言,双碳进程的推进加速了新能源汽车产业蓬勃发展,而现阶段在锂电池轻量化技术未有重大突破的背景下,汽车轻量化成为提升新能源汽车续航能力的关键。受益于汽车轻量化趋势的普及,纯电车及燃油车各类汽车零部件的轻质合金用量持续提升,叠加一体化压铸产业的助推下,铝合金产业正迎来快速发展时期。
2 航空航天及军工领域
轻质合金因其轻量化、高强度、加工性强等特点,对于航空工业及军工产业的轻量化进程具有重要意义。铝合金加工性能强,适用于焊接、压制等多种加工方式,航空航天领域中,铝合金已广泛应用于运载火箭和宇宙飞船结构件,以及飞机中隔框、长梁等关键部件,提升了飞行器的载荷能力。此外,铝合金可应用于步兵战车及装甲运输车以实现兵器轻量化。
航空航天铝材是一种超高强度变形铝合金,具有较好的力学和加工性能,经固溶处理后塑性及韧性提升,热处理强化效果好,是理想的结构材料。在航空工业中,航空航天铝材已取代钢材占据航空材料的主导地位。
据思瀚产业研究院,CNKI 数据显示,航空器消耗铝材的占比中,铝轧材料约60%,挤压材约 28%,锻件约 7%,铸件约 5%。据明泰铝业披露,民用客机中以2 系及7系铝合金材料的使用量最为广泛。航空装备对铝材的要求较高,是铝材的重要高端应用市场。据亚太科技公告,7050铝合金是目前综合性能最好的航空铝合金结构材料。为尽可能降低起飞质量,铝合金材料广泛运用在科技机身的座位轨道、主舱地板梁、机翼桁条、翼梁等部位。目前国内外主要大型客机的铝化率约 70-75%,其中挤压型材约占 28%。随着国产飞机的发展提速,必将提升铝合金材料在航空领域需求,未来进口替代前景广阔。目前航空用铝已发展至以铝锂合金为代表的第三代铝合金材料。
3 新能源用铝需求稳中有升
电力工程中,与铜电缆相比,铝制电缆的成本更低、重量更轻,有利于提升输电效率并降低输电成本。“十四五”规划明确提到,要推进能源革命,建设清洁低碳、安全高效的能源体系,提高能源供给保障能力。随着光伏、风电等领域需求激增,智能电网设备不断完善,新能源用铝需求将快速上涨。
新增装机容量方面,2024 年 1-9 月,全国风电新增装机容量3912 万千瓦,较去年同期增长 16.85%;光伏新增装机容量达到 16088 万千瓦,同比增长24.77%。光伏用铝品质工艺要求较高,主要应用包括光伏组件边框、光伏支架及散热部件等。
采用铝材作为光伏组件边框及支架,可有效增加组件的强度及承载能力,同时提升散热性及稳定性。全球范围内,各国对绿色发展的重视将推动光伏产业的发展,继而拉动铝材需求增长,而随着光伏技术的持续创新和市场规模的不断壮大,铝材在光伏组件中的应用将加速拓展。
近期,光伏行业协会组织反内卷座谈会,参会企业就防止内卷式恶行竞争达成共识。光伏协会发文表示,低于 0.68 元/W 的光伏组件投标中标涉嫌违法。协会的表态或能一定程度上扭转市场对组件的价格预期,进而促进光伏行业良性发展。
风电行业中,铝合金凭借着轻质化且高强度的特点,广泛应用于风电设施中风力发电机桨叶、塔架、连接座及其他零部件。风力发电机的叶片需要承受风力同时对轻量化要求较高,塔架需要承受发电机重量以及风力等外部因素,因此轻质高强、耐腐蚀性强的铝合金成为制造桨叶的理想材料。
着眼健全绿色低碳循环发展经济体系,全面推进美丽中国建设。当下,水、风、光等可再生能源正加快进入我国能源体系转变的进程。光伏、风电、水电等行业随着新型国家电力系统的大力推进,正处于蓬勃发展态势。作为清洁高效的能源代表,风电及光伏的新增装机容量快速增长,未来投向太阳能及风电的投资有望持续加大,预计将拉动相应铝材需求。
4 建筑装饰、电子产品、家电消费及其他
建筑领域仍是铝消费占比最高的场景。相较传统的建筑钢材,铝合金型材具有易加工、易着色、耐腐蚀、外观时尚等一系列优点。随着建筑及工业领域对材料的强度、加工性、轻量化等需求的提升,轻质合金在建筑领域的使用正加速普及。
建筑中的型材应用包括门窗、幕墙、支架、建筑室内装饰等方面,据豪美新材招股说明书,建筑领域中的能耗占到我国社会总能耗的 30%左右,而通过门窗损失的能量约占建筑物外围护结构能量损失的 50%。铝合金门窗是重要的建筑物外围护结构之一,通过采用隔热断桥铝合金制造的门窗,在保持外表美观的同时,兼具隔热效果优异及节能降耗效果明显等特点,当下铝合金门窗替代木门窗、塑料门窗的趋势正在加快。
幕墙是现代高层建筑具有装饰效果的轻质墙体,是一种带有装饰效果的不承重外围防护结构,铝合金型材的应用集中在现代化写字楼、酒店、城市商业综合体等商业地产及综合场馆。随着超高层建筑数量的不断增加,对轻量化及高强度的需求愈发提升,轻质合金型材正能较好的满足此类需求,铝型材在幕墙领域的应用持续增加。
9 月底以来,房地产行业重磅政策密集出台,力度之大超出预期,极大提振了市场情绪,彰显中央促进房地产市场止跌回稳的决心。政策的出台,促进居民购房意愿提升,看房量、到访量大幅上升;国庆期间多地销量出现不同程度增长,市场信心有所恢复。后续,政策催化有望带动地产行业基本面修复,房企资金链及业绩或将逐步改善,有望重振建筑铝材需求。
其他用铝领域包括电子产品、家用电器、日常包装消费等众多场景。电子产品对于材料的重量、强度及导热性有着较高要求,因而轻质合金成为制造手机、平板、笔记本电脑等产品的理想材料。众多电子产品采用铝合金作为外部装饰件和内部结构件,因其坚固而轻巧,同时兼具散热性强的特点。
此外,铝合金可加工性强,在保证硬度、轻质的前提下,提升了电子产品的美观性及质感。家电用铝材主要用于各种母线、架线、导体、电气元件、冰箱、空调、电缆等领域,在家电出口向好的支撑下,预计家电用铝需求将延续增长。
此外,食品、药品、化妆品普遍采用铝制包装,包装用铝在日常生活中得到广泛的应用,其消耗铝材用量随着社会消费品零售总额的变化而变化。
铝合金凭借着其独特的性能优势及不断拓展的应用领域,市场前景依然巨大。随着我国内外双循环加快推进,高质量发展成为我国首要任务,作为工业金属领域重要的支柱成分,铝合金在汽车轻量化、一体化压铸、航空器减重、建筑建材轻质高强化等领域发挥着不可或缺的作用。
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