陣列不斷擴大、性能更顯精準(zhǔn)的金屬新材料正逐步打破現(xiàn)有材料領(lǐng)域存在的諸多困局。高性能金屬新材料不斷涌現(xiàn)，成為各個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域能級提升的關(guān)鍵要素。但金屬新材料發(fā)展仍需闖過“創(chuàng)新關(guān)”“成本關(guān)”“應(yīng)用關(guān)”，才能助力相關(guān)產(chǎn)業(yè)深度拓掘出高附加值。

高端金屬新材料是全球新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向之一，是能源、海洋和交通等高端裝備不可或缺的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。然而隨著中國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，發(fā)達國家逐漸對中國的全球化進程采取了符合其國家利益的技術(shù)封鎖限制，一些高精尖科技被發(fā)達國家限制出口，例如制造業(yè)發(fā)展的核心要素——高端金屬材料，其目的就是為降低中國在相關(guān)領(lǐng)域?qū)ζ涞母偁幫{。

一、高端金屬材料分類

金屬新材料按功能和應(yīng)用領(lǐng)域可劃分為高性能金屬結(jié)構(gòu)材料和金屬功能材料。高性能金屬結(jié)構(gòu)材料指與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料相比具備更高的耐高溫性、抗腐蝕性、高延展性等特性的新型金屬材料，主要包括鈦、鎂、鋯及其合金、鉭鈮、硬質(zhì)材料等，以及高端特殊鋼、鋁新型材等。金屬功能材料指具有輔助實現(xiàn)光、電、磁或其他特殊功能的材料，包括磁性材料、金屬能源材料、催化凈化材料、信息材料、超導(dǎo)材料、功能陶瓷材料等。

與其他材料相比，稀土具有優(yōu)異的光、電、磁、催化等物理特性，近年來在新興領(lǐng)域的應(yīng)用急速增長，其中永磁材料是稀土應(yīng)用領(lǐng)域最重要的組成部分，2009年永磁材料占稀土新材料消費總量的57%。在國家新興產(chǎn)業(yè)政策的推動下，新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電、節(jié)能家電等領(lǐng)域?qū)⒗瓌酉⊥劣来挪牧镶S鐵硼磁體的需求出現(xiàn)爆發(fā)式增長。

從世界上新材料的發(fā)展趨勢看，鋼鐵材料和有色金屬材料的生產(chǎn)一直在向短流程、高效率、節(jié)能降耗、潔凈化、高性能化、多功能化的方向發(fā)展。結(jié)構(gòu)材料其主要功能是承擔(dān)負載（如火車、汽車、飛機）。汽車用鋼近年來已從一般鋼鐵發(fā)展為使用高強合金鋼、鋁合金或特殊的高強Mg基合金，高強Ti合金在高強鋼中有重要位置，不銹鋼則有取代碳鋼的趨勢。用于軍用飛機的Al合金及一般鋼材則被先進的Ti合金及高分子基復(fù)合材料所取代。進一步還需要發(fā)展碳纖維增強復(fù)合材料或Al基復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)材料的主體有：

（一）鋼鐵

鋼鐵材料，特別是具有多相結(jié)構(gòu)和復(fù)雜成分的優(yōu)質(zhì)鋼具有重要的應(yīng)用前景和潛在優(yōu)勢，需要開展相應(yīng)的基礎(chǔ)研究。聯(lián)系微米和納米技術(shù)的納米層間結(jié)構(gòu)、織構(gòu)以及晶界和界面都可視為改善鋼鐵材料的重要途徑。

（二）鋁合金

鋁基材料及相應(yīng)的沉淀硬化效應(yīng)導(dǎo)致高強鋁合金的出現(xiàn)，相關(guān)技術(shù)工藝已發(fā)展為“沉淀科學(xué)”，它涉及“相”間晶體結(jié)構(gòu)的匹配性以及合金的穩(wěn)定性，特別是時效合金的穩(wěn)定性直接影響航空或空間應(yīng)用，因此可視為Al合金基礎(chǔ)研究中的重要問題。

（三）鎂合金

鎂及鎂合金廣泛應(yīng)用于冶金、汽車、摩托車、航空航天、光學(xué)儀器、計算機、電子與通訊、電動、風(fēng)動工具和醫(yī)療器械等領(lǐng)域。鎂合金是最輕的工程結(jié)構(gòu)材料，以其優(yōu)良的導(dǎo)熱性、減振性、可回收性、抗電磁干擾及優(yōu)良的屏蔽性能等特點，被譽為新型“綠色工程材料”、21世紀(jì)的“時代金屬”。

（四）鈦合金

鈦合金在軍用或民用航空工業(yè)的發(fā)展中有重要位置，多相納米尺度層狀微結(jié)構(gòu)問題對高強Ti基合金的特性具有重要意義，它將成為設(shè)計新Ti基合金的關(guān)鍵因素。

 

二、高端金屬材料之爭

從2018年起，美國商務(wù)部就陸續(xù)將一個個中國制造公司加入無法從美國購買原材料、零部件、軟件與技術(shù)產(chǎn)品的黑名單，之后類似的科技霸凌事件依舊時有發(fā)生。面對民用市場的禁運，中國無疑會受到很大影響，因為該領(lǐng)域市場不同于特殊領(lǐng)域市場，只能依賴于進口。

因此，我們一面要尋求方式突破西方的技術(shù)封鎖，一面又要警惕西方市場競爭中的價格戰(zhàn)，其難度不容小覷。成績有目共睹，差距依舊存在。高端金屬材料是一個需要技術(shù)沉淀與持續(xù)創(chuàng)新的行業(yè)，發(fā)達國家在該領(lǐng)域技術(shù)沉淀已有上百年。小編重點整理了四項發(fā)達國家限制出口的高端金屬材料，我們可以更加了解我國高端金屬材料技術(shù)封鎖現(xiàn)狀。

（一）鎢合金

鎢合金是以鎢為基加入其他元素組成的合金。在金屬中，鎢呈銀白色，熔點3400℃，是熔點最高的金屬，密度與黃金相當(dāng)，為鋼的2.5倍，除大量用于制造硬質(zhì)合金和作合金添加劑外，鎢及其合金廣泛用于電子、電光源工業(yè)，也在航天、鑄造、武器等部門中用于制作火箭噴管、壓鑄模具、穿甲彈芯、觸點、發(fā)熱體和隔熱屏等。

事件：稀土、鉬鎢等稀有資源均涉及武器、高科技制造，中國對那些以關(guān)系國家安全為由禁止向中國出口武器、高科技的國家，禁止出口稀土、鉬鎢等稀有資源。

應(yīng)用：在工業(yè)上，鎢主要用于硬質(zhì)合金、鎢材、鎢化工和鎢鋼，被譽為“工業(yè)的牙齒”；而在國防領(lǐng)域，鎢主要應(yīng)用于制造鎢合金鋼，其為制作現(xiàn)代兵器的主要鋼種，由于密度較高，即使在惡劣的環(huán)境條件下也能夠很好的保持其形狀，備用做槍彈中集束箭彈的小箭，聚能彈中的“火藥性罩”，例如散彈、子母彈、穿甲彈，具有很大的殺傷威力；在環(huán)保性上，在使用和生產(chǎn)加工過程中不會產(chǎn)生有毒物質(zhì)，因此鎢合金的環(huán)保性使得它在軍事上是個不二選擇。

現(xiàn)狀：中國鎢儲量豐富，國內(nèi)已探明儲量占比達到60%以上，全球大部分鎢供應(yīng)來自中國；但是中國鎢企業(yè)深加工產(chǎn)品與技術(shù)創(chuàng)新能力與國外大型鎢企業(yè)相比差距還是很大，硬質(zhì)合金產(chǎn)品以中低檔為主，且多數(shù)還是燒結(jié)態(tài)產(chǎn)品，高性能、高精度的高檔硬質(zhì)合金數(shù)控刀片等高技術(shù)含量、高附加值的鎢制品仍需依賴國外進口。

（二）超高純鈦

超高純鈦被廣泛應(yīng)用于超大規(guī)模集成電路制造、高端新型鈦合金等產(chǎn)業(yè)，對航空航天、國防建設(shè)起著至關(guān)重要的作用，市場價高達100萬元/噸。

事件：之前，由于中國沒有自己的超高純鈦，受原材料源限制，一直采用其他替代金屬，綜合性能一直未能達到最佳狀態(tài)。隨著國產(chǎn)超高純鈦的誕生，這一關(guān)鍵零部件可望在不久的將來實現(xiàn)巨大的技術(shù)突破。

應(yīng)用：超高純鈦是配制生產(chǎn)高端鈦合金材料的重要基礎(chǔ)材料，而鈦合金是飛機制造的關(guān)鍵材料之一，因此，超高純鈦對于生產(chǎn)制造性能穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)高端鈦合金至關(guān)重要。超高純鈦自身極高的純凈度，大大降低了由于微量成分波動而導(dǎo)致的高端鈦合金機械性能不穩(wěn)定。這對于從根本上提高飛機零部件的整體性能穩(wěn)定性，在確保安全的前提下，最大化延長零部件的使用壽命意義重大。

現(xiàn)狀：超高純鈦屬于國家戰(zhàn)略性新材料，之前很長一段時間都由美國霍尼韋爾、日本東邦和大阪鈦業(yè)3家公司壟斷，并對我國嚴(yán)格出口。不過該局面在2014年由寧波創(chuàng)潤新材料所打破，其“年產(chǎn)250噸電子級低氧超高純鈦項目”的正式投產(chǎn)標(biāo)志著我國成為繼美日后第三個可自主生產(chǎn)超高純鈦材料的國家。

（三）馬氏體時效鋼

馬氏體時效鋼是一種以無碳（或微碳）馬氏體為基體的，時效時能產(chǎn)生金屬間化合物沉淀硬化的超高強度鋼。與傳統(tǒng)高強度鋼不同，它不用碳而靠金屬間化合物的彌散析出來強化。這使其具有一些獨特的性能：高強韌性，低硬化指數(shù)，良好成形性，簡單的熱處理工藝，時效時幾乎不變形，以及很好的焊接性能。因而馬氏體時效鋼已在需要此種特性的部門獲得廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)狀：中國從20世紀(jì)60年代中期就開始研制馬氏體時效鋼。最初以仿制18Ni（250）和18Ni（300）為主。到70年代中期又開始研究強度級別更高的鋼種和無鈷或節(jié)鎳鈷馬氏體時效鋼，還開發(fā)出用于高速旋轉(zhuǎn)體的超高純、高強高韌的馬氏體時效鋼，研制出高彈性的馬氏體時效鋼和低鎳無鈷馬氏體時效鋼。

（四）金屬磁性材料

磁性材料是金屬功能材料的重要分支，具有轉(zhuǎn)換、傳遞、處理、存儲信息和能量等功能，是重要的基礎(chǔ)功能材料，應(yīng)用范圍廣泛，如電聲、選礦、能源、家用電器、醫(yī)療衛(wèi)生、汽車、自動控制、信息技術(shù)等領(lǐng)域?qū)饘俅判圆牧隙加兄豢商娲男枨蟆?/span>

現(xiàn)狀：在軍工上，美國磁性材料公司占有60%的市場；而在工業(yè)上，韓國企業(yè)占據(jù)70%。

 

三、主要國家金屬材料及技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

（一）國外金屬材料及技術(shù)發(fā)展概況

目前世界上已有50萬種材料，而新材料正以每年大約5%的速度增長，現(xiàn)今全世界已有800多萬種人工合成的化合物，而且每年還以25萬種的速度遞增，其中有相當(dāng)一部分將成為新材料。新材料在新興技術(shù)中的產(chǎn)值居于首位，2000年全世界12項新興技術(shù)的市場總營業(yè)額達到10000億美元，其中新材料占40%。鋼鐵業(yè)是全球最大金屬產(chǎn)業(yè)和第二大人造材料產(chǎn)業(yè)，其年產(chǎn)量達7.5億噸，位居水泥的11億噸之后。

作為結(jié)構(gòu)材料，鋼鐵產(chǎn)品在社會生活中應(yīng)用非常廣泛，無論是當(dāng)前還是今后較長時間內(nèi)鋼鐵材料都將占主導(dǎo)地位。世界鋼鐵工業(yè)技術(shù)進步的主流是縮短流程、減少工序、降低能耗降低成本、提高質(zhì)量、提高效率，使鋼鐵工業(yè)從粗放式向集約化方向發(fā)展。目前鋼鐵技術(shù)的發(fā)展主要涉及到鋼鐵冶煉新技術(shù)，鋼鐵生產(chǎn)新工藝流程的開發(fā)，鋼鐵材料的連鑄連軋技術(shù)、鋼鐵用能新技術(shù)、軋鋼技術(shù)、冷軋產(chǎn)品的高質(zhì)和高功能化以及計算機系統(tǒng)在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用等幾個方面。現(xiàn)代科技發(fā)展表明，每一項重大的新技術(shù)產(chǎn)生，往往都依賴于新材料的發(fā)展，由于新材料在發(fā)展高技術(shù)、改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、增強綜合國力和國防實力方面起著重要的作用，世界各發(fā)達國家都非常重視它的研究開發(fā)工作，并制定了相關(guān)發(fā)展計劃，例如美國、日本、歐盟、俄羅斯、韓國等。

美國材料科技的戰(zhàn)略目標(biāo)是保持本領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)地位，支撐信息技術(shù)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和納米技術(shù)等的發(fā)展，滿足國防、能源、電子信息等重要部門和領(lǐng)域的需求。美國把生物材料、信息材料、納米材料、極端環(huán)境材料及材料計算科學(xué)列為主要前沿研究領(lǐng)域。美國正在執(zhí)行的材料相關(guān)規(guī)劃比較多，分為國家層次及部門層次兩種。這些規(guī)劃主要包括：未來工業(yè)材料計劃、國家納米技術(shù)計劃（NNI）、21世紀(jì)納米技術(shù)研究開發(fā)法案、美國氫燃料電池研究計劃、光電子計劃、光伏計劃、下一代照明光源計劃、先進汽車材料計劃、建筑材料計劃。其中與金屬新材料有關(guān)的有：納米材料、極端環(huán)境材料、先進汽車材料計劃、建筑材料計劃。

日本材料科技戰(zhàn)略目標(biāo)是保持產(chǎn)品的國際競爭力，注重實用性，在尖端領(lǐng)域趕超歐美。日本科學(xué)技術(shù)基本計劃重點是生命科學(xué)、信息通信、環(huán)境、納米技術(shù)與材料等四大領(lǐng)域。日本注重于已有材料的性能提高、合理利用及回收再生，并在這些方面領(lǐng)先于世界。日本對新材料的研發(fā)與傳統(tǒng)材料的改進采取了引進的策略，在結(jié)構(gòu)材料的研究主要集中在超級鋼、高性能鋁合金、鈦合金、鎂合金、銅合金、鋅合金、高性能陶瓷、超細陶瓷粉體、高性能高分子材料、復(fù)合材料方面；材料技術(shù)上的發(fā)展重點為高純度化、薄膜化、纖維化、微粒化、氣孔化、致密化、復(fù)合化、非晶化、梯度功能化、精密成形化等技術(shù)。主要規(guī)劃有：科學(xué)技術(shù)基本計劃；納米材料計劃；21世紀(jì)之光計劃；超級鋼鐵材料開發(fā)計劃等。

歐盟材料科技戰(zhàn)略目標(biāo)是保持在航空航天材料等某些領(lǐng)域的競爭領(lǐng)先優(yōu)勢。2003年歐盟科研部門指出歐盟準(zhǔn)備大力發(fā)展的十大材料領(lǐng)域是催化劑、光學(xué)材料和光電材料、有機電子學(xué)和光電學(xué)、磁性材料、仿生學(xué)、納米生物技術(shù)、超導(dǎo)體、復(fù)合材料、生物醫(yī)學(xué)材料以及智能紡織原料，并認為未來新材料學(xué)的研究將體現(xiàn)三大技術(shù)特征：①制作技術(shù)，新的加工工藝和制造方法將使材料的生產(chǎn)實現(xiàn)從實驗室走向工業(yè)化；②模仿技術(shù)，從材料的自然特性仿制到材料混合特性的研究；③預(yù)測技術(shù)，開發(fā)新的模型和試驗方法，從而縮短材料的試驗周期。

俄羅斯發(fā)展新材料的戰(zhàn)略目標(biāo)是：一方面力求繼續(xù)保持某些材料領(lǐng)域在世界上的領(lǐng)先地位，如航空航天材料、能源材料、化工材料、金屬材料、聚合材料等；另一方面大力發(fā)展促進國民經(jīng)濟發(fā)展和提高國防實力有影響的領(lǐng)域，如電子信息工業(yè)、通訊設(shè)施、計算機產(chǎn)業(yè)等所用的關(guān)鍵新材料。俄羅斯在新材料發(fā)展中采取的基本策略是：在處理發(fā)展高新技術(shù)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)關(guān)系的同時，做到研發(fā)新材料與有效使用傳統(tǒng)材為有機結(jié)合，在注重研發(fā)高新技術(shù)所需新材料的同時，對于現(xiàn)有的一般技術(shù)所需要的材料進行優(yōu)選和更新，進而提高利用率。使研發(fā)新材料有的放矢、重點突出、周期縮短、效果顯著。俄羅斯新材料的主要研發(fā)方向是結(jié)構(gòu)材料和功能材料，具體為金屬材料、陶瓷材料、復(fù)合材料、高分子材料、高純度材料以及生物材料、超導(dǎo)材料和納米材料等。俄羅斯在航空航天以及與國防有關(guān)的材料方面投入很大，以期保持在國防與空間技術(shù)方面與美國抗衡的實力。

韓國材料科技的戰(zhàn)略目標(biāo)是繼美國、日本、德國之后，成為世界產(chǎn)業(yè)第四強國，材料科技被認為是確保2025年國家競爭力的6項核心技術(shù)之一，也是為其他領(lǐng)域技術(shù)實現(xiàn)突的破鋪路技術(shù)。與材料相關(guān)的主要規(guī)劃為：韓國科技發(fā)展長遠規(guī)劃--2025年構(gòu)想；新產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略；納米科技推廣計劃；NT（納米技術(shù)）綜合發(fā)展計劃（2001-2010年）；韓國的G7計劃及2025構(gòu)想提出了針對高新材料的發(fā)展方向，在新材料產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略中對鋼鐵、化工材料的發(fā)展制定了明確目標(biāo)；生物工程科學(xué)發(fā)展計劃；原子能技術(shù)開發(fā)計劃等。

（二）國內(nèi)金屬新材料及技術(shù)發(fā)展概況

國家高度重視金屬新材料的發(fā)展

高性能金屬材料產(chǎn)業(yè)是高新技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)和先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，前沿技術(shù)不斷突破，新產(chǎn)品開發(fā)不斷加快，在新材料領(lǐng)域中占有重要的戰(zhàn)略地位。目前，高性能金屬材料技術(shù)正處于加快發(fā)展的關(guān)鍵時期，作為當(dāng)今科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化的重要前沿領(lǐng)域，高性能金屬材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平成為一個國家和地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展、科技進步和綜合實力的重要標(biāo)志之一。

據(jù)科技部火炬中心統(tǒng)計，2000年全國高新區(qū)的新材料產(chǎn)品有2661種，年銷售收入達到676.79億元，占主要技術(shù)領(lǐng)域合計的12%。到2000年底，省級認定的以新材料為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)、銷售收入過億元的高新技術(shù)企業(yè)有661家，占銷售收入過億元的高新技術(shù)企業(yè)總數(shù)的25.9%。到2001年止，科技部認定的以新材料為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的重點高新技術(shù)企業(yè)221家，占重點高新技術(shù)企業(yè)總數(shù)的28.3%。國家“十五”規(guī)劃中明確地指出要有選擇加快信息技術(shù)、生物工程和新材料等三個高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，新材料列為最重要的發(fā)展領(lǐng)域之一。根據(jù)有關(guān)機構(gòu)預(yù)測，近幾年內(nèi)，新材料產(chǎn)業(yè)市場需求平均年增長約在10%以上，我國新材料產(chǎn)業(yè)正處于強勁的發(fā)展態(tài)勢。

“863”計劃，是國家的中長期高技術(shù)研究與發(fā)展計劃，其中的7個高技術(shù)研究領(lǐng)域中，新材料研發(fā)被作為重點之一。一是光電子材料及器件主題：二是特種功能材料技術(shù)主題；三是高性能結(jié)構(gòu)材料技術(shù)主題：以國民經(jīng)濟建設(shè)中的重大需求為導(dǎo)向，發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能結(jié)構(gòu)材料及其先進制備、成形與加工技術(shù)，重點開發(fā)輕質(zhì)、高強度的結(jié)構(gòu)材料，第一批課題安排了45個項目。

“973計劃，是國家重點基礎(chǔ)研究計劃，選擇的30個重大課題中有7個與材料有直接關(guān)系，包括改造傳統(tǒng)材料產(chǎn)業(yè)涉及的基礎(chǔ)問題；發(fā)展高技術(shù)新材料涉及的基礎(chǔ)問題；材料設(shè)計、制備、成型、改性及使用中的基礎(chǔ)問題。

國家自然科學(xué)基金，是國家為支持自然科學(xué)基礎(chǔ)性研究而設(shè)立的專項基金，它大力支持具有重要應(yīng)用前景，特別是具有新思想，新方法以及可能產(chǎn)生新成果的材料方面的基礎(chǔ)性研究。國家自然科學(xué)基金委員會資助的研究課題，與材料有關(guān)的約占四分之一。目前，已建和在建的150個重點實驗室中，有關(guān)材料工藝、組織、結(jié)構(gòu)、表征與測試的達35個，超過總數(shù)的1／5。

高端金屬新材料：“需求高增速”+“產(chǎn)業(yè)升級”

目前金屬材料的發(fā)展已從純金屬、純合金向更復(fù)雜的加工及材料體系發(fā)展。隨著材料設(shè)計、工藝技術(shù)及使用性能試驗的進步，傳統(tǒng)的金屬材料得到快速發(fā)展，新的高性能金屬材料開始被市場認可，如快速冷凝非晶和微晶材料、高比強和高比模的鋁鋰合金、有序金屬間化合物及機械合金化合金、氧化物彌散強化合金、定向凝固柱晶和單晶合金等高溫結(jié)構(gòu)材料、金屬基復(fù)合材料以及形狀記憶合金、釹鐵硼永磁合金、貯氫合金等新型功能金屬材料，已分別在航空航天、能源、機電等各個領(lǐng)域獲得了應(yīng)用，并產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟效益。

高端制造將帶來關(guān)鍵材料和高端產(chǎn)品發(fā)展機遇。金屬材料在國民經(jīng)濟中占據(jù)重要地位，2021年億元以上商品交易市場金屬材料類成交額超過2萬億元，根據(jù)中國工程院《面向2035的新材料強國戰(zhàn)略研究》數(shù)據(jù)，2021年中國鋼鐵、有色金屬、稀土金屬、特種不銹鋼等百余種材料產(chǎn)量位居世界第一。但目前高端金屬材料技術(shù)壁壘凸顯，大型跨國公司以技術(shù)、專利等作為壁壘，在大多數(shù)高技術(shù)含量、高附加值的新材料產(chǎn)品中占據(jù)主導(dǎo)地位。制造業(yè)要邁向全球價值鏈高端，從制造大國轉(zhuǎn)向制造強國，離不開高端關(guān)鍵材料技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的突破，這給中國新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了新的歷史機遇。隨著高端制造領(lǐng)域不斷發(fā)展，在國產(chǎn)高端金屬材料有效產(chǎn)能尚未能滿足下游應(yīng)用市場需求的情況下，掌握關(guān)鍵材料技術(shù)和高端產(chǎn)品者將具備較強競爭力。

光伏、新能源車、儲能、風(fēng)電等高增速領(lǐng)域，以及火箭噴管、CT球管、工業(yè)母機等高端制造領(lǐng)域的金屬新材料具備長期發(fā)展空間。主要的金屬材料包含永磁材料（釹鐵硼永磁等）、軟磁材料（合金軟磁粉芯、非晶帶材、納米晶等）以及光伏鎢絲、銀包銅等其他金屬材料。

金屬新材料多以金屬粉末為基礎(chǔ)制備，金屬粉末通常為小于1mm的金屬顆粒的集合體。金屬粉末制備工藝主要有霧化法、機械粉碎法、還原法、電解法、羰基法等。其中，電解法和還原法在工業(yè)上通常用于單質(zhì)金屬粉末的生產(chǎn)，對于合金粉末生產(chǎn)較少使用；羰基法通常用于高純度金屬粉末的生產(chǎn)；霧化法是目前粉末冶金工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的工藝之一，也是金屬增材制造合金粉末最主要的制備方法。

從主要企業(yè)的基本情況及業(yè)務(wù)布局來看，主要企業(yè)重視研發(fā)投入及股權(quán)激勵，并且積極擴充產(chǎn)能，拓展新業(yè)務(wù)布局，在高端金屬材料需求快速增長的情況下，未來增量空間可觀。

磁材：汝鐵硼需求具備成長性，稀土價格企穩(wěn)利好經(jīng)營利潤釋放

圖：磁性材料分類

永磁材料又稱硬磁材料，其特點是各向異性場高，矯頑力高，磁滯回線面積大，磁化到飽和需要的磁化場大，去掉外磁場后它仍能長期保持很強的磁性，常見的永磁材料包括金屬永磁、鐵氧體永磁以及釹鐵硼永磁。

釹鐵硼需求仍有持續(xù)釋放的動力：稀土永磁在變頻空調(diào)、節(jié)能電梯等領(lǐng)域已形成穩(wěn)定的供應(yīng)基數(shù)，在新能源汽車確定性較高及消費電子邊際改善的情況下，以及風(fēng)電、工業(yè)電機、工業(yè)機器人等前景可期的領(lǐng)域加持下，釹鐵硼需求有望持續(xù)釋放，我們預(yù)計2025年全球高性能釹鐵硼磁材需求量將達到22.4萬噸。

稀土價格有望維持較高景氣度，利好中游利潤釋放：我國在稀土資源儲備及產(chǎn)能供給上具備優(yōu)勢，特別是工信部多次強調(diào)“稀土要賣出稀的價格”，以及政策層面持續(xù)的整合預(yù)期下，鐠釹產(chǎn)能的釋放或趨于有序，預(yù)計2023-2025年國內(nèi)配額年度同比增速維持15%。另外海外由于建設(shè)周期、開采成本及冶煉分離產(chǎn)能不足等因素影響，預(yù)計短期供給釋放或有限。基于對于釹鐵硼需求的預(yù)期，鐠釹系供需有望長期維持緊平衡，鐠釹價格有望維持較高景氣度，而磁材企業(yè)一方面可以合理轉(zhuǎn)移成本至下游，也可以通過技術(shù)的優(yōu)化降低稀土用量從而賺取更多的差價。

軟磁材料：電子電路核心材料，光儲車催生可觀需求

軟磁材料是磁性元件的重要原材料，磁性元件在電子電路起著變壓、隔離、整流、變頻、倒相、阻抗匹配、逆變、儲能、濾波等作用，為各類電子、電氣設(shè)備所必需，也是電源裝置的核心元件之一。

軟磁材料發(fā)展經(jīng)歷了四個發(fā)展階段，依次為金屬軟磁、鐵氧體軟磁、非晶及納米晶、金屬軟磁粉芯。由于軟磁材料的作用趨同，主要作用均為控制和轉(zhuǎn)換電能，而目前磁性元器件的發(fā)展趨勢為高頻化、小型化、高可靠性及磁集成，軟磁材料或需滿足在一定功率及電流頻率下，達到磁損耗和成本的最優(yōu)解。

合金軟磁粉芯：磁芯是電感元件的核心部件之一，合金軟磁粉芯是指將符合性能指標(biāo)的合金軟磁粉采用絕緣包覆、壓制、退火、浸潤、噴涂等工藝技術(shù)所制成的磁芯。金屬合金軟磁粉是指含有鐵、硅及其他多種金屬或非金屬元素的粉末，其成分、純度、形貌等關(guān)鍵特性決定了磁芯的性能。

光伏逆變器：逆變器為光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心設(shè)備，其中逆變電感及升壓電感將帶來軟磁需求。光伏逆變器中Boost升壓電感及濾波電感需要使用軟磁材料。光伏逆變器的市場規(guī)模隨著光伏市場的強勁增長而不斷擴大，而光伏逆變器中，將光伏電池板發(fā)出的不穩(wěn)定的直流電升壓成穩(wěn)定的直流電壓的電路中Boost升壓電感是其關(guān)鍵核心磁元件，其后將穩(wěn)定的直流電壓通過逆變電路轉(zhuǎn)換成50Hz正弦波交流電，輸入電網(wǎng)時，需要使用重要的大交流輸出濾波電感。合金軟磁粉芯是組串式逆變器的標(biāo)配。傳統(tǒng)集中式逆變器所處環(huán)境為低頻、高功率應(yīng)用場景，因此采用硅鋼材料；而組串式逆變器相對高頻、高功率應(yīng)用場景，硅鋼片難以滿足頻率需求，金屬軟磁粉芯是更好的選擇，而微型逆變器功率較低，適合使用磁通密度偏低的鐵氧體軟磁材料。

圖：金屬磁粉芯在光伏逆變器的主要應(yīng)用場合

據(jù)TrendForce預(yù)計，2023、2025年國內(nèi)光伏新增裝機量依次達到130GW、237GW，2022-2025年復(fù)合增速達39.7%，同時預(yù)計2023、2025年全球光伏新增裝機量依次達到351GW、593GW，2022-2025年復(fù)合增速達43.7%。在此假設(shè)下，預(yù)計2023、2025年國內(nèi)光伏領(lǐng)域合金軟磁粉芯依次達到32604、63022噸，2022-2025年復(fù)合增速達43.7%；2023、2025年全球光伏領(lǐng)域合金軟磁粉芯依次達到87981、157699噸，2022-2025年復(fù)合增速達41.1%。

非晶帶材：配電變壓器提效，非晶帶材需求可觀

非晶合金主要制品非晶合金薄帶是采用急速冷卻技術(shù)將合金熔液以每秒百萬度的速度快速冷卻，得到厚度約0.03mm的非晶合金薄帶，其物理狀態(tài)表現(xiàn)為金屬原子呈長程無序的非晶體排列。得益于上述極端生產(chǎn)工藝形成的特殊原子結(jié)構(gòu)，使得非晶合金具有低矯頑力、高磁導(dǎo)率、高電阻率等良好的性能。

政策支持節(jié)能變壓器，非晶滲透率有望提升：國內(nèi)配電變壓器市場格局中呈現(xiàn)以硅鋼變壓器為主、非晶合金變壓器為輔的結(jié)構(gòu)。綜合國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)的招標(biāo)數(shù)據(jù)情況，2021年國內(nèi)非晶合金變壓器的市場份額占比約為25%。其中，南方電網(wǎng)的非晶變壓器招標(biāo)采購占比更高，主要是由于南方電網(wǎng)主要覆蓋廣東、廣西、貴州、海南、云南等地區(qū)，其所覆蓋區(qū)域用電負荷和集中度相對偏低，非晶變壓器節(jié)能降耗的作用更為明顯。工信部、市場監(jiān)管總局和國家能源局2020年12月聯(lián)合印發(fā)的《配電變壓器能效提升計劃（2021-2023）》要求加快高效節(jié)能變壓器推廣應(yīng)用，明確要求禁止未達標(biāo)變壓器接入電網(wǎng)，“自2021年6月起，新采購變壓器應(yīng)為高效節(jié)能變壓器。到2023年，高效節(jié)能變壓器在網(wǎng)運行比例提高10%，當(dāng)年新增高效節(jié)能變壓器占比達到75%以上；開展非晶合金等高效節(jié)能變壓器用材料創(chuàng)新和技術(shù)升級，加強立體卷鐵芯結(jié)構(gòu)等高效節(jié)能變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計與加工工藝技術(shù)創(chuàng)新”。

非晶降低空載損耗，運營成本優(yōu)勢明顯：非晶合金薄帶的低矯頑力、高磁導(dǎo)率、高電阻率等特性使得材料更易于磁化和退磁，可顯著降低電磁轉(zhuǎn)換損耗，據(jù)云路股份公告，非晶變壓器空載損耗較硅鋼變壓器降幅約為60%-80%，在軌道交通、數(shù)據(jù)中心等高可靠性用電、低負載率的運行場景下，節(jié)能優(yōu)勢更為顯著。

需求快速提升，非晶帶材放量可期：我們預(yù)計2025年非晶帶材需求將達到17.42萬噸，2022-2025年年均復(fù)合增速為23.2%。其中2025年配電變壓器帶來的非晶帶材需求將達到13.37萬噸，由于政策層面節(jié)能變壓器的要求以及非晶變壓器在運營成本上的優(yōu)勢，我們預(yù)計配電變壓器中非晶變壓器的滲透率呈現(xiàn)快速提升的趨勢，預(yù)計2025年國網(wǎng)、南網(wǎng)招標(biāo)中非晶變壓器的占比分別達到45%、65%。

納米晶：性能優(yōu)良，或替代部分鐵氧體市場

納米晶材料的主要成分是鐵、銅、硅、硼等，這些特定成分的合金，先利用急冷技術(shù)制造成為非晶態(tài)材料，再經(jīng)過熱處理使其產(chǎn)生晶粒尺寸為納米級的結(jié)晶。納米晶材料具有優(yōu)異的磁性能，及優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性，特別是在20kHz-50kHz等頻率使用時，可以取代鐵氧體。我們假設(shè)納米晶可以一定比例替代鐵氧體，假設(shè)2022-2025年替代比例依次為1%、1.5%、2%、2.5%，預(yù)計2023年、2025年全球納米晶需求依次可以達到0.6、1.1萬噸。

鎢絲&銀包銅：光伏降本疊加技術(shù)升級，上游原料有望快速放量

鎢絲：替代碳鋼金剛線趨勢確定性高，市場空間可觀。金剛線主要用于硅片切割，鎢絲金剛線指的是母線基體為鎢絲的金剛線，被認為是碳鋼金剛線的替代品。鎢絲作為一種新型材質(zhì)，在強度方面具有天然優(yōu)勢，目前國內(nèi)量產(chǎn)的光伏用切割鎢絲已做到35μm以下，并逐步向30μm研發(fā)。中短期來看，鎢絲金剛線在替代碳鋼金剛線上存在一定的成本優(yōu)勢。成本對比方面，由于出片量=硅棒長度/槽距（硅片厚度+金剛線線徑+砂徑），因此金剛線線徑下降及硅片厚度減小將使得出片量增加，從而降低硅料損耗。

長期來看，由于光伏鎢絲對前代碳鋼絲產(chǎn)品具有顯著性能優(yōu)勢，符合下游硅片加工薄片化、大片化的發(fā)展趨勢。薄片化意味著碎片率上升，而相同切割工藝下，線徑更細的鎢絲在切割加工時對硅片的表面損傷更小，能夠帶來良品率上升。大尺寸化則對金剛線的切割能力、抗拉強度有更高要求，鎢絲抗拉強度高、斷線率低，能夠跟隨硅片大尺寸化的發(fā)展趨勢。

銀包銅粉：HJT放量在即，銀包銅粉需求空間可觀。HJT具備良好的發(fā)展前景。HJT技術(shù)則是通過增加一層非晶硅異質(zhì)結(jié)來提高VOC開路電壓，從而提高電池片的轉(zhuǎn)換效率。HJT理論極限效率可高達27.5%，既可以最大程度簡化工藝，而且降本方向明確（硅片切薄、降低銀漿耗量），效率提升空間又較大。

光伏銀漿是光伏電池最重要的輔料，直接影響光伏電池光電轉(zhuǎn)換效率。另外據(jù)2022年11月潤元集團官方公眾號披露，作為光伏電池的核心輔料，光伏銀漿成本占比在10%-11%，在新一代HJT電池中，光伏銀漿成本占比達到24%，光伏銀漿的重要性逐步提升。根據(jù)技術(shù)路線及工藝流程分類，光伏銀漿可分為高溫銀漿及低溫銀漿。由于HJT電池非晶硅薄膜含氫量較高等特有屬性，要求生產(chǎn)環(huán)節(jié)溫度不得超過250℃，助推低溫銀漿技術(shù)研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化。銀包銅一般用于低溫銀漿，可以大幅度降低光伏銀漿含銀量，從而降低漿料成本。據(jù)晶銀新材公開信息，HJT低溫銀漿降本主要有三個途徑：（1）降低漿料耗量，一是通過主柵采用高拉力漿料，二是通過細柵采用高性能漿料。（2）導(dǎo)入國產(chǎn)銀粉進行降本，最終實現(xiàn)100%的進口粉替代。（3）導(dǎo)入賤金屬，即使用銀包銅粉部分替代銀粉。據(jù)晶銀新材公開信息，銀包銅方案降本效果最佳。據(jù)聚和材料公告，以正面銀漿為例，成本構(gòu)成中 98.25%為銀粉，有機原料及包裝材料等合計占比不足1%。

增材制造上游原材料：前景廣闊，高性能對應(yīng)高利潤

增材制造應(yīng)用廣泛，相對傳統(tǒng)制造具備成本低的優(yōu)勢。增材制造行業(yè)上游為原材料及零件，包括增材制造原材料、核心硬件和軟件等，中游為設(shè)備制造和打印服務(wù)，下游則包括航空航天、汽車、醫(yī)療、消費及電子產(chǎn)品等應(yīng)用領(lǐng)域。增材制造作突破了傳統(tǒng)制造業(yè)技術(shù)的幾個復(fù)雜性難題：形狀復(fù)雜性、材料復(fù)雜性、層次復(fù)雜性和功能復(fù)雜性，與此同時也能減少成本，加速由設(shè)計到實現(xiàn)的過程。

全球增材制造市場規(guī)模可觀，我國增材制造市場方興未艾。從下游需求上看，據(jù)HUBS，2026年全球增材制造市場規(guī)模將達到372億美元，2022-2026年復(fù)合增速預(yù)計為20.92%，另據(jù)賽迪顧問，2022年國內(nèi)增材制造市場規(guī)模將達到348.5 億元。從需求結(jié)構(gòu)上來看，2019年全球增材制造中汽車、消費、航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域占比靠前，而國內(nèi)64%的需求都來自于工業(yè)領(lǐng)域。

金屬材料在增材制造原材料中占比最大。從增材制造原材料上看，據(jù)HUBS，以及RolandBerger報告中測算增材制造原材料占行業(yè)價值量約為25%，預(yù)計2026 年全球增材制造原材料市場規(guī)模將達到93億美元，2022-2026年復(fù)合增速預(yù)計為20.92%，另據(jù)賽迪顧問，2022年國內(nèi)增材制造原材料市場規(guī)模將達到73.5億元。從材料分類上來看，2019年全球增材制造中金屬材料占比最大約為18.2%，國內(nèi)增材制造中金屬材料則高達38%。以上述全球增材制造原材料市場規(guī)模測算，以其中20%價值量為金屬粉末，則2023年、2025年全球增材制造金屬粉末市場規(guī)模預(yù)計將依次達到40.4億美元、61.8億美元。

圖：全球增材制造原料市場空間預(yù)測（億美元）

增材制造金屬原材料性能高，單位利潤可觀。增材制造要求金屬滿足純度高、球形度好、粒徑分布窄、含氧量低、流動性好等性能，目前增材制造用金屬粉末材料主要集中在鐵、鈦、鈷、銅、鎳等金屬及其合金方面，廣泛用于汽車、航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域。

高端銅合金材料：醫(yī)療設(shè)備高景氣賽道，關(guān)鍵零部件國產(chǎn)替代方興未艾。

CT設(shè)備及重要組件CT球管市場或存在較大的國產(chǎn)替代空間：CT設(shè)備銷售金額口徑，國產(chǎn)品牌占26.52%，進口品牌占72.5%，其原因是在價格上國產(chǎn)CT相比進口品牌偏低。TOP10依次是GE占比27.46%、西門子23.85%、飛利浦16.18%、聯(lián)影15.14%、東軟7.91%、Canon（佳能）5.01%、安科1.49%、明峰 1.01%、賽諾威盛0.58%以及康達0.39%。斯瑞新材主營CT和DR球管零組件，具體產(chǎn)品包括管殼組件、轉(zhuǎn)子組件、軸承套、陰極零件等。管殼組件用于支撐陰、陽極并形成真空，為產(chǎn)生X射線提供條件，因此對無磁性和氣密性要求極高；轉(zhuǎn)子組件用于承載陽極靶材并使其高速旋轉(zhuǎn)，防止電子聚集轟擊陽極靶材造成局部融化而失效，因此要求材料具有極低的含氣量、極低的微觀組織缺陷，以及可靠的焊縫質(zhì)量和機加工精度；軸承套用于支撐軸承，并對高速運轉(zhuǎn)的軸承起到保護作用，因此軸承套需要具備較高的機械性能。

CT設(shè)備市場規(guī)模有望穩(wěn)步增長。據(jù)灼熾咨詢，2030年全球CT設(shè)備市場規(guī)模為242.3億美元，2021-2030復(fù)合增速5.8%；2030年中國CT設(shè)備市場規(guī)模為331.4億元，2021-2030復(fù)合增速8.5%。

另外隨著國內(nèi)CT設(shè)備及關(guān)鍵零組件自供比例增加，斯瑞新材的銅合金產(chǎn)品銷售規(guī)模有望持續(xù)提升。據(jù)我們測算，預(yù)計2023、2025年，國內(nèi)CT設(shè)備保有量依次達到51120臺、61855臺，2022-2025年復(fù)合增速為10.0%。在此假設(shè)下，國內(nèi) 2023、2025年CT球管零組件市場規(guī)模依次達到8.9、10.8億元，2022-2025年復(fù)合增速為9.3%，未來隨著CT球管國內(nèi)產(chǎn)能供給釋放，相關(guān)銅合金零組件國產(chǎn)替代規(guī)模可觀。

航空航天市場穩(wěn)步發(fā)展，火箭噴管用銅合金材料需求升級：2022年我國航天發(fā)射次數(shù)達到64次，位居世界第二位，未來發(fā)射次數(shù)預(yù)期可觀。在航天發(fā)射數(shù)量再次刷新歷史紀(jì)錄的這一年中，我國航天事業(yè)取得令人矚目的成就，一批航天重大計劃達成或逐步接近設(shè)定目標(biāo)，更長遠的探索計劃則蓄勢待發(fā)。

2022年海外火箭入軌發(fā)射共計122次。美國以87次發(fā)射位居第一，占全球的46.8%，主要得益于SpaceX獵鷹系列全年發(fā)射61次。同時通過增加發(fā)動機推力，減少一子級發(fā)動機數(shù)量對于增加發(fā)射可靠性、降低發(fā)射費用都有非常積極的意義，大推力火箭趨勢明確，也將帶動火箭噴管需求。

火箭噴管用銅合金材料市場空間廣闊，高端制造產(chǎn)品附加值高。CuCrZr、CuCrNb等高溫銅合金霧化粉末，可用于制備火箭噴管和燃燒室等，隨著商業(yè)航天市場逐步發(fā)展，國外以SpaceX，Blue Origin 為首的公司已經(jīng)布局了銅合金增材制造火箭噴管和燃燒室。據(jù)我們測算，2025年全球、國內(nèi)火箭噴管用銅合金材料價值依次合計約10.39、3.89億元，2022-2025年復(fù)合增速依次為12%、15%。

四、結(jié)語

近年來，國內(nèi)供給側(cè)改革和能耗管控、疫情影響和貿(mào)易摩擦等外生擾動、新老產(chǎn)業(yè)加快替代等因素，致使新材料領(lǐng)域加速變革。對于工業(yè)金屬領(lǐng)域來說，行業(yè)發(fā)展邏輯已經(jīng)從需求端轉(zhuǎn)向供給端。產(chǎn)業(yè)升級進程中，衍生出了眾多材料方面供給需求的短期錯配和長期矛盾，這在很大程度上決定了金屬新材料領(lǐng)域的發(fā)展走向。綜合市場需求和技術(shù)演進程度，業(yè)界提出，在產(chǎn)業(yè)鏈前端，可面向關(guān)鍵金屬資源需求，提升冶金產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新效率。在產(chǎn)業(yè)鏈中端，可將制造過程中的工藝難題轉(zhuǎn)移到材料上，通過材料與結(jié)構(gòu)方面的創(chuàng)新解決產(chǎn)品制造過程中的問題，突破成型工藝、應(yīng)力匹配等技術(shù)環(huán)節(jié)。在產(chǎn)業(yè)鏈終端，根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈延伸需要定制符合相關(guān)指標(biāo)的產(chǎn)品，最終應(yīng)用于大功率微波通信、工業(yè)控制功率電子模塊、5G/6G基站電子模塊、高速列車控制器、電力系統(tǒng)功率模塊等高精尖產(chǎn)品。

新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可賦能其他產(chǎn)業(yè)的快速躍進，按此思路，跨行業(yè)協(xié)同式創(chuàng)新將為金屬新材料領(lǐng)域的發(fā)展指明路徑。金屬新材料領(lǐng)域的行業(yè)壁壘呈日漸加深的態(tài)勢，高端金屬材料迭代升級加速，中低端金屬材料在成本線上反復(fù)，對不具備資源優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢的我國企業(yè)影響較大。在高溫合金、高性能合金、高品質(zhì)特殊鋼、高純稀有金屬材料、高端稀土功能材料等高端金屬新材料方面，我國尚處于不斷追趕國際水平的過程中，隨著產(chǎn)業(yè)升級和戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，國產(chǎn)化和進口替代的需求迅速放大因而壓力較大；中低端金屬材料則以價格戰(zhàn)的形式掩蓋了行業(yè)壁壘的本質(zhì)，對下游終端應(yīng)用的相關(guān)產(chǎn)業(yè)造成困擾。

節(jié)約化、增值化和循環(huán)利用等實現(xiàn)稀貴金屬高效利用的關(guān)鍵方向?qū)τ诮饘傩虏牧贤瑯舆m用，可通過精細化制備技術(shù)創(chuàng)新，大力發(fā)展高分散、高致密、高純化、高取向等精細化制備技術(shù)，在保證金屬新材料的功能屬性前提下，最大程度地節(jié)約原料，獲取更高、更穩(wěn)定的產(chǎn)品性能。此外，金屬新材料的研發(fā)存在研發(fā)周期過長、研發(fā)投入過大的問題，使用AI賦能金屬新材料的研發(fā)被視為目前的最優(yōu)解，但我國相當(dāng)部分的AI產(chǎn)業(yè)資源偏向消費類，專研制造類的不多。