免熱處理鋁合金材料行業專題:一體化壓鑄催生需求,再生鋁企業受益

科技 07-16

（報告出品方/作者：國信證券，劉孟巒、焦方冉）

行業分析：一體化壓鑄催生免熱處理材料

鋁的性能：輕量化、高性價比的車用材料

鋁-優良的汽車輕量化材料：鋁的密度為2.7g/cm3，僅為鋼密度的34%，銅密度的30%。純鋁硬度較軟，但添加合金元素後強度大幅提高，且塑形優良，可加工成複雜形狀，是一種優良的汽車輕量化材料。鋁的輕量化優勢使汽車用鋁需求空間廣闊。鋁的密度僅為鋼的1/3左右，汽車用鋁量提升主要是為了實現輕量化。根據2020年中國汽車工程學會牽頭編製的《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》，汽車輕量化是節能汽車、新能源汽車和智能網聯汽車的共性基礎技術，不但可以實現有效減排、還能提升車輛加速性、制動性、操穩性等諸多性能。

鋁壓鑄在車用鋁材中居主體地位

採用鋁合金代替鋼鐵來加工汽車零部件早期可以追溯到20世紀初，當時美國福特公司T型汽車和義大利法拉利公司的360賽車都採用鋁製車身；20世紀40年代，義大利菲亞特公司研製出了鋁合金氣缸蓋，並應用到部分車型上；20世紀50年代，德國的一家公司對低壓鑄造技術進行改進，生產出了複雜結構的鋁合金壓鑄件，並開始大量生產發動機後蓋、空冷缸蓋等鋁合金壓鑄件；20世紀60年代以後，由於高壓壓鑄技術的發展，壓鑄鋁合金在汽車中的應用大幅增加，鋁合金壓鑄件逐步替代鑄鐵，用量逐年增加，奠定了現代汽車工業廣泛採用鋁合金壓鑄件的基礎。

鋁壓鑄工藝簡介

鑄造是實現零部件成形的基礎工藝之一，其具有生產效率高、一次成形複雜鑄件、生產成本低等優點，被廣泛應用於航空航天、汽車等領域。鑄造按工藝可分為重力鑄造、離心鑄造、擠壓鑄造、壓力鑄造等。

鋁壓鑄的原料主要是再生鋁

鋁壓鑄對雜質允許含量較寬。鋁壓鑄的原料主要是鋁及其他合金元素，由於壓鑄鋁合金對雜質允許含量比較寬，特別是鋁合金中對力學性能影響比較敏感的鐵含量，在壓鑄鋁合金中允許含量較高，這既是壓鑄成型工藝要求的，也是壓鑄高壓充填和迅速凝固方式決定的。因此壓鑄所用的鋁合金原料絕大部分來自再生鋁。

鋁壓鑄件的合金系列

壓鑄鋁合金的成分及其含量對鑄件的力學性能影響顯著，對於不同鑄件的性能要求，應選用不同壓鑄工藝及相應的鋁合金成分。目前工業領域中壓鑄鋁合金應用廣泛的是Al-Si 二元合金系、Al-Mg二元合金系、Al-Si-Mg合金系、Al-Si-Cu合金系等。

熱處理是提高壓鑄鋁力學性能的有效方法

熱處理是提高鋁合金性能的一種有效方法：鋁合金的性能是由其顯微組織來控制的，在特定溫度下，控制鋁合金的加熱速度，在規定時間內達到一定溫度後進行快速冷卻，使鋁合金的內部組織發生改變。合理的熱處理制度對於鋁合金材料顯微組織的改善有著極為重要的作用。

行業分析：現有免熱處理材料概覽

開發免熱處理材料：調整合金成分工藝路線設計

一般傳統的壓鑄鋁合金中主要加入的合金元素有Si、Fe、Cu等，其中Si元素的加入能增強鋁合金的流動性，Fe元素的加入有利於壓鑄件脫模，Cu元素的加入能增強鑄件強度，各種不同合金元素的加入使鋁合金具有不同的性質及優缺點。壓鑄鋁合金中也常加入稀土元素，稀土元素的原子半徑大於鋁元素的原子半徑，鋁元素的晶體結構是面心立方晶格，稀土元素為密排六方晶格，因此稀土元素在鋁合金中的溶解度小，不易生成固溶體。鋁合金中加入稀土元素，會富集在固液界面的前面，出現成分過冷現象，提高鋁合金的力學性能。對於合金中的Fe元素等雜質，稀土元素可與其發生反應，凈化鋁液。

免熱處理材料分為Al-Si系和Al-Mg系

行業內領先的公司針對需求開發了一系列的免熱處理材料。目前汽車結構件非熱處理壓鑄鋁合金的研究主要集中在Al-Si系和Al-Mg系兩大類，主流的免熱處理材料都是在傳統Al-Si系合金基礎上通過添加合適的化學變質元素，並結合實際壓鑄的凝固條件，形成細小晶粒和充分彌散的細化組織，獲得以前傳統固溶時效強化才能獲得的力學性能。

美國鋁業公司：免熱處理鋁合金材料先行者

成熟的材料體系：美國鋁業公司在免熱處理鋁合金行業布局較早，形成了一系列免熱處理鋁合金牌號，其中有Al-Si系的C611，也有Al-Mg系的560合金及A152/A153合金，且美國鋁業公司的免熱處理鋁合金均已有大規模應用。美鋁僅為下游的鑄造廠提供各種鑄造鋁合金錠，並不直接參与鋁鑄件的生產。

美鋁免熱處理鋁合金牌號：560合金

美鋁560材料是一款2008年開發的成熟免熱處理材料。早於一體化壓鑄技術興起之前，2008年，美鋁所開發的560免熱處理鑄造鋁合金已用於日產 GT-R的大尺寸車門零部件。尼桑這款車門零部件在德國索斯特（Soest）生產，是當時最大尺寸的真空壓鑄汽車零部件，投影面積0.5m2，壁厚僅僅 2mm-3mm，重量僅5.5kg，實現減重35%。

美鋁免熱處理鋁合金牌號：C611

C611鋁合金材料是美國鋁業公司為大型壓鑄件開發的一款免熱處理材料，是美國鋁業公司EZCastTM系列當中的一個牌號。使用C611材料生產的壓鑄件單件重量可達100kg。C611材料在汽車工業當中已經廣泛應用，該材料成功應用於Audi A8以及Ferrari 360 Modena的全鋁車身。鑄態的C611鋁合金材料屈服強度123MPa，屈服強度268MPa，延伸率達16.2%，折彎角達45°。（報告來源：未來智庫）

行業趨勢：頭部再生鋁企業迎來發展契機

頭部再生鋁企業具備多點布局優勢

多點布局覆蓋更多客戶，節約運費。大型一體化壓鑄件不便於長距離運輸，且運費昂貴，壓鑄機往往布局在整車周邊。鋁合金材料企業只有多點布局，才能更加靠近下遊客戶，實現多客戶覆蓋，同時節省材料的運輸費用。而中小型再生鋁企業往往只有單一廠區，無法做到覆蓋更多客戶。

鋁液直供模式互利共贏：鋁液直供指生產鋁液並以液態鋁的形式直接銷售給客戶使用。鋁液直供省去了客戶二次重熔鋁合金錠的熔煉工序，可以減少客戶對熔煉設備和工人的投入，避免鋁合金錠重熔造成的材料和能源損耗，並能有效防止由於鋁合金錠重熔所造成的質量波動，為鑄造工序提供更可靠的原料，同時可以減少客戶鋁合金錠的採購庫存及對客戶流動資金的佔用，是較為先進的鑄造行業鋁原料的供應方式。立中集團、順博合金、永茂泰等行業頭部企業均在不同生產基地向客戶直供鋁液。如永茂泰等在客戶鑄造車間的同一廠區內就地供應液態的鋁合金。

免熱材料終將使用再生鋁

再生鋁碳排放遠低於原生鋁。鋁產業高排放環節主要在電解過程，再生鋁只需將廢鋁熔融除雜添加合金元素，因此碳排放遠小於原鋁。根據歐洲鋁業協會的數據，生產1噸再生鋁能耗僅為原鋁5%，僅產生0.5噸二氧化碳排放。根據國內的數據，與生產等量的原鋁相比，生產1噸再生鋁相當於節約3.4噸標準煤，節水14立方米，減少固體廢物排放20噸。

當前免熱處理鋁合金使用的是原生鋁。由前面章節介紹可知，用於大型薄壁一體化壓鑄件的免熱處理鋁合金材料處於大規模推廣初期，企業對該材料的認識還處於摸索階段，因此免熱處理鋁合金對各合金成分控制嚴格，需使用電解鋁，精確添加各類合金元素製造。而一體化壓鑄所取代的原有小型壓鑄件，則大部分由再生鋁製造。由此帶來一體化壓鑄件的碳排放遠高於原有小壓鑄件。

免熱處理鋁合金終將使用再生鋁作為原料。一體化壓鑄大量使用原生鋁，將顯著提高材料的碳排放量，是長期隱憂。只有通過進一步研究，探索使用再生鋁生產免熱處理材料，才能解決碳排放問題。另外如果全球鋁行業要在2050年實現碳中和目標，必須加強廢鋁循環使用，廢鋁在鋁供應結構當中佔比會進一步提高。再生鋁企業具備廢鋁採購渠道及經驗優勢，且對再生鋁的性能理解更加深刻，未來有望主導材料端。

再生鋁行業競爭格局改善

再生鋁行業市場競爭充分。2021年再生鋁產量為830萬噸，同比增長12.16%，實現產品產值約1800億元，同比增長38.5%。截至2021年年底，國內再生鋁建成產能 1579.5萬噸。全國再生鋁企業約1000餘家，行業集中度極低，大部分為規模較小的小型企業，根據中國有色金屬工業協會再生金屬分會的數據，目前行業單廠最大產能為38萬噸/年，產能達到10萬噸/年的企業僅30家。行業龍頭立中集團2021年鑄造鋁合金產量83.2萬噸，市佔率10%；順博合金2021年產銷量約60萬噸，市佔率7.2%。

頭部再生鋁企業在免熱處理材料研發、生產、銷售環節均具備明顯優勢：壓鑄廠往往選擇與大型再生鋁企業合作研發生產免熱處理鋁合金，材料認證通過後會形成穩定的合作關係。壓鑄廠試驗初期可能選擇幾款材料，但到驗證後期只鎖定1-2款材料進行裝車、碰撞試驗，因此先發優勢明顯。未來可能由少數行業頭部企業主導免熱處理材料研發、生產和銷售，具備先發優勢，競爭格局明顯改善，產品毛利潤有望遠高於當前水平。