洪久精密鍛造

鍛造工藝：歷史時代的分割器，金戈鐵馬的造就者，鍛造工藝源遠流長

鍛造工藝歷史悠久，推動人類文明進入鐵器時代。人類工具的制造能力推動歷史進步， 器具和生產工藝推動著人類歷史發展。

人類歷史三期論：1836年，克里斯蒂安·于恩森·湯姆森提出了三期論，根據 人類制作工具的材料，將人類歷史分為三個時期，即石器時代、青銅時代和 鐵器時代。

陶器雖得到廣泛運用，但作為容器并非主要生產工具，未能獨立引領 一個時代，不過制陶工藝促進了冶金、鑄造、鍛造等制造工藝的發展。

石器、青銅器、陶器的應用奠定了鍛造工藝與鐵器應用的條件。石器使用過程中對原材料的挖掘促進金屬的發現。

據考古發現，約在 250 萬年前，東 非出現了最初的人類，其一大特點是開始制造并使用打制石器，人類也進入了舊石器 時代。最早約在公元前 1萬年，人類開始制造并使用磨制石器，并進入了新石器時代。

在采石過程中，人類發現了純的金屬。由于金、銀、銅具有相對惰性的化學性質，最先被人類發現并使用。

大約公元前 9000年，人類開始鍛造純銀和純銅，前期的鍛造品 主要以小型裝飾品為主，后期隨著純金屬增多，也開始鍛造一些工具，主要以純銅為主。

但在那個時代，石器依然是主導性生產工具，鍛造的純金屬工具量非常少。無論 如何，鍛造自然金屬的活動豐富了人類對金屬的認識。

陶窯的出現提供了高溫和還原性氣氛，促進冶金業發展。制陶業的發展為鍛造鋪墊了 先決條件。早在舊石器時代，人類除了打磨石器作為工具之外，還發展出了另一項技能——制陶。

伴隨陶器制造所產生的陶窯，早在公元前 6000年就可以達到 900攝氏度 以上的高溫，并提供了 CO 還原性氣氛。

人類早期使用的燃質主要是木材，在氧氣不充分的環境下，木材高溫燃燒所產生的氣態 CO 可以將黏土中紅色的氧化鐵（Fe2O3） 還原成黑色的四氧化三鐵（Fe3O4）。

冶金的發現是一個漫長的過程，人類從用石器做 飾品到提煉出第一顆純銅用了五六千年的時間。鉆井技術拓寬了金屬采集渠道。古人為了飲水的需要，發展出了鑿井技術。

礦石作為 石材，一般儲藏于石質山和地下巖，而鑿井技術賦予了人類地下采礦的能力；冶金技 術的發展也極大提高了人類上山下地找礦的熱情。

鍛造優勢明顯，順應裝備對于輕量化&高強度的要求，鍛鐵強度更高、韌性更強、更經濟，推進人類進入鐵器時代。

鍛鐵強度、韌性高于青銅，更適合冷兵器的制造。鐵本身的韌性與延展性高于銅，通過對高溫下鐵塊的反復鍛打，能增強其材料的強度。鍛造

同等強度之下，鐵器的韌性遠優于青銅，青銅時代的冷兵器多做成刺戳型的短劍，而鐵器時代的冷兵器開始流行用于 劈砍的刀。

鍛造工藝對金屬的延展性、韌性要求很高，作為鍛造的主要材料， 鐵的發現與大規模使用也促進了鍛造工藝的發展。

鐵在地殼中鐵含量相對豐度高于銅，更加經濟。地殼當中鐵元素豐度大于錫與銅，成本相對低廉。

由于銅本身成本較高，青銅時代，青銅主要用于禮器和兵器，而無法完全取代石器成為主要生產工具。鐵器因經濟性完全取代了石器成為主要生產工具，更加促進了鍛造工藝的發展。

金屬成型工藝分類：鑄造、塑性成型、機加工、焊接、粉末冶金、金屬注射成型、金屬半 固態成型、3D 打印等等。其中，鑄造和鍛造歷史最久、應用最廣。

相比鑄造和機加工，鍛造在零件的完整性、紋理流線、零件的靈活性等方面具有優勢。塑性成型通過改變金屬顯微組織優化金屬性能。

金屬材料在經過塑性變形后，不但改 變了形狀和尺寸，而且其內部組織結構和性能隨之發生了一系列的變化。

金屬材料的 顯微組織會發生明顯的改變，各個晶粒單中除了出現大量的滑移帶、孿晶帶之外其晶粒性轉給也會發生變化，即各個晶粒將沿著變形的方向被拉長或壓扁，金屬內部組織結構發生了變化，進而優化金屬的性能。

鍛造還提供其他金屬加工工藝無法比擬的結構完整性。鍛造的主要原材料為金屬棒料、 鑄錠等。這些原材料在其冶煉、澆注和結晶過程中，不可避免的會產生氣孔、縮孔和 樹枝狀晶等缺陷。

因而，鑄造工藝很難制造出能勝任需要承受沖擊或交變應力的工作 環境的零部件（例如傳動主軸、齒圈、連桿、軌道輪等）。

鍛造消除了會削弱金屬零件的內部空隙和氣穴通過分散合金或非金屬的偏析，鍛造可提供優異的化學均勻性。 可預測的結構完整性降低了零件檢查的要求，簡化了熱處理和機加工，并確保了在現 場負載條件下的最佳零件性能。

鍛造的晶粒特性決定鍛造件的方向韌性。通過在嚴格條件下使加熱的金屬機械變形， 鍛造可以使粗大晶粒細化，得到致密的金屬組織，進而得到可預測的晶粒尺寸和流動 特性。

在實際操作中，通過對鍛件進行預加工，可以改善鑄錠的樹枝狀結構并消除孔 隙，提高鍛件的力學性能。這種品質轉化為卓越的冶金和機械品質，并在最終零件中提供更好的方向韌性。

鍛造件擁有最佳的金屬紋理流線。鍛造是在加壓設備及工（模）具的作用下，使坯料 或鑄錠產生局部或全部的塑性變形，以獲得一定幾何尺寸、形狀的零件（或毛坯）并 改善其組織和性能的加工方法。鍛造

金屬材料經過鍛造加工后，形狀、尺寸穩定性好，組 織均勻，纖維組織合理，具有最佳的綜合力學性能。

開刀闊斧打造重型裝備，大國競爭的必要重器，鍛造是工業時代兵家必爭之技

近代多項理論基礎為鍛造技術奠基，而 1653 年帕斯卡原理的發現和提出，推動了人類鍛 造設備的發展與迭代。

鍛造技術以塑性成形原理、金屬學、摩擦學為理論基礎，同時涉及 傳熱學、物理化學、機械運動學等相關學科，以各種工藝學，如鍛造工藝學等，與其它學 科一起支撐著機器制造業。

帕斯卡原理的發現推開了大型鍛造設備之門。1653 年，法國物理學家帕斯卡發現不可 壓縮靜止流體中任意一點受外力產生壓強增值后，此壓強增值瞬時間傳至靜止流體各點。

并據此提出了帕斯卡原理運用這一原理，可以在同一個流體系統中連接兩個活塞， 通過對小活塞施加小推力，通過流體中的壓力傳遞，就會在大活塞中產生較大的推力。

帕斯卡原理也因此運用在水壓機之中，為液壓鍛造機的發明奠定了基礎。美國最先制造萬噸以上鍛造設備，大型鍛造設備備受美、蘇、德、法、捷克斯洛伐克等制 造業強國重視。

1893 年，美國伯利恒鋼鐵公司制造出世界首臺萬噸自由鍛造水壓機，蘇、德隨即跟上 步伐。20 世紀初，隨著重型機械設備的發展，水壓機的噸位迅速提高。

在 1905 年首 次出現以油為工作介質的油壓機，性能得到進一步改善。1934 年，前蘇聯在新克拉瑪 托爾斯克重型機械廠（N M ）建成了第一臺 10000 噸的水壓機。

同年，德國研制成 功 7000 噸模鍛液壓機。此后，德國在 1944 年前相繼制造了 30000 噸模鍛水壓機 1 臺、 15000 噸模鍛水壓機 3 臺。

二戰結束后大國爭相發展大型模鍛壓機。

1945 年二戰結束后，美、蘇兩國開始意識到大型模鍛壓機的重要性，以戰爭賠償的理 由拆走了德國的 4 臺模鍛液壓機，美國拆走 2 臺 15000 噸模鍛液壓機，前蘇聯拆走 15000 噸及 30000 噸模鍛液壓機各 1 臺。

這些設備也成為美、蘇兩國制造超大型模鍛 壓機的技術基礎。1947 年，國民黨政府也以戰爭賠償的理由從日本拆回 5 臺 1000- 3000 噸級水壓機，這些水壓機作為戰利品，后來成為新中國鍛造裝備發展的起點。

二戰結束后各國鍛造設備得到快速發展，1950 年，美國開始實施空軍重型壓機計劃 （The Air F r e e vy Press Pr gr m），決定由聯邦政府出資建造兩臺世界最大的 45000 噸和兩臺 31500 噸模鍛壓機。鍛造

1955 年，美國梅斯塔（MESTA）重型機器廠為美國鋁業（A ）建造了 1 臺 45000 噸模鍛壓機和 1 臺 31500 噸模鍛壓機。

同年， 美國勞威（LOEWY）公司也為威曼高登（Wym n-G rd n）建成了 1 臺 45000 噸模鍛壓機和 1 臺 31500 噸模鍛壓機。這 4 臺大型模鍛壓機為美國后來稱霸世界航空工業 奠定了雄厚的基礎。

這個時候捷克斯洛伐克還是以共和國的形式存在的，還沒有解體為兩個獨立的國家， 1956 年，他們成功地在 S ODA 廠投產了 1 臺 12000 噸的模鍛液壓機。

后來我國大躍 進時期，為促進重工業發展，從捷克斯洛伐克進口了 1 臺 12000 噸的自由鍛造水壓機， 安裝在當時還在籌建中的德陽第二重型機械廠。

前蘇聯為發展航空工業大力推進鍛造業發展。自 1957 年起，至 1964 年止，前蘇聯為發展航空航天工業，先后建造了 6 臺萬噸級以 上的模鍛液壓機，其中包括2臺當時世界最大的75000噸級的模鍛液壓機。

3臺30000 噸級的模鍛液壓機和 1 臺 15000 噸級的模鍛液壓機，這 6 臺的主要建造商是新克拉馬 托重型機器廠（ M3）、烏拉爾重機廠（Y3TM）和新西伯利亞重機廠。

其中新克拉馬托重型機器廠（ M3），為前蘇聯建造了兩臺世界最大的 7.5 萬噸級模 鍛液壓機，分別安裝在古比雪夫鋁廠和上薩爾達鈦廠。

這兩臺當時世界最大的巨型機 器，總高 34.7 米，長 13.6 米，寬 13.3 米，基礎深入地下 21.9 米，總重 20500 噸。

工作臺尺寸 16 米×3.5 米，采用 12 缸 8 柱上傳動，模具空間凈高 4.5 米，滑塊行程 2000mm。它們是前蘇聯航空工業體系的國寶級裝備，1991 年前蘇聯解體后，被俄羅 斯繼承。

該廠現在是俄羅斯最大的鈦合金產品制造商——上薩爾達冶金生產聯合公司 （VSMPO-AVISMA）。法國錯失鍛造發展機遇，航空制造業發展受到影響，必須向別國采購鍛壓機或者鍛壓零件。

法國于 1953 年分別在伊索公司和 Cr ut-L ire 公司，建造了兩臺 2 萬噸級模鍛水壓 機，用于制造航空鋁合金鍛件，但卻一直沒有超過 40000 噸的大型模鍛壓機。

1976 年， 法國奧伯杜瓦（Aubet&Duv ）特鋼公司，向烏克蘭新克拉馬托重型機器廠（ M3）， 購買了一臺 6.5 萬噸模鍛水壓機，用于生產鈦合金模鍛件和航空鋁合金模鍛件。鍛造

2005 年，法國奧伯杜瓦公司，又從德國辛北爾康普集團（Siempe k mp，1883 年成 立），訂購了一臺 4 萬噸級模鍛液壓機。

但是受限于加工能力，歐洲空中客車公司制造 A380 大型客機時，用的起落架鈦合金構件，仍然需要送到俄羅斯的 7.5 萬噸級模鍛機 上去加工。

A380 客機的兩個六輪三軸小車式主起落架，承重超過 590 噸，要求壽命達 到 60000 個起落架次；采用 Ti-1023 鈦合金鍛造，長度達 4.255 米，重達 3210 公斤。 這是目前世界最重的航空鈦合金模鍛件。

新世紀美國仍為航空航天先進鍛造做努力。

2005 年，美國鋁業收購了俄羅斯薩馬拉冶金廠的 75000 噸級模鍛液壓機，薩馬拉冶金 廠就是前蘇聯解體前的古比雪夫鋁廠。

2001 年，美國加州舒爾茨鋼廠就成功建造了 1 臺 40000 噸級的模鍛壓機。然而這并不能滿足快速發展的美國航空工業。

投資 1.1億美元翻新 1955年在俄亥俄州克利夫蘭工廠建成的 45000噸模鍛壓機。2015 年，位于美國洛杉磯市的韋伯金屬公司(Weber Met s)向德國西馬克集團梅爾公司訂 購了 1 臺 60000 噸級 540MN 下拉式液壓模鍛機。

我國鍛造工業發展定位高，發展快

我國鍛造工業起步較晚，鍛造工藝及設備制造工藝經歷了數十年的發展。從修復安裝 日本戰后陪產 20MN 自由鍛造機，到目前在精密模鍛、等溫模鍛領域達到世界領先， 歷經艱辛。

自建國至今，我國自由錘鍛呈現從蒸汽動力向電業驅動的動力轉型，自由 鍛造液壓機逐漸快速化、聯動化；模鍛錘從氣動逐漸轉向電液驅動，螺旋壓力機日漸 離合器式電動化，模鍛液壓機得到了長足發展，為精密模鍛和等溫模鍛的發展創造了 國際競爭優勢。

1967 年，中國第一重型機器廠建成亞洲最大的 30000 噸級模鍛水壓機，裝備重慶西 南鋁加工廠（冶金部 112 廠）。該機于 1973 年 9 月投產，并服役至今，對于提高我國 特種高強度合金鍛件加工能力，做出重要貢獻，被譽為中國工業四大國寶之一。

停滯 40 年后迎來新一輪快速發展。

我國自 1973 年投產第 1 臺 30000 噸級的模鍛壓機后，停滯了將近 40 年，2003 年， 中國工程院師昌緒院士，組織了由全國 31 個企事業單位。鍛造

包括航空、機械、冶金、教 育等部門的五位院士和 17 位專家，組成了《發展我國大型鍛壓裝備研究——建設 8 萬 噸模鍛液壓機及其配套設備》咨詢組，再次向國家建議：

在十一五期間建造一臺 8 萬噸級模鍛液壓機，和一臺 1.5 萬噸難變形合金擠壓機，以使我國盡快獲得鈦合金、 高溫合金、超高強度合金鋼大型整體精化模鍛件的制造能力。

2007 年 11 月 15 日，國家發改委最終批復，同意中國二重集團，聯合中南大學、燕山 大學、西安重型機械研究院等單位，設計制造 8 萬噸級模鍛壓機，項目總投資 15.17 億元。

其中企業自籌 3.03 億元，申請國家撥款 4 億元，申請銀行貸款 8 億元。規劃年 產航空、電力、石化等鈦 鋁合金模鍛件 1.5 萬件，重約 1.34 萬噸。

2010 年前后我國爆發式地研制了多臺大型壓機，僅 2012 年建成的就有 30000 噸（昆 侖重工）、40000 噸（三角航空）、80000 噸（德陽二重）模鍛壓機各一臺。

2012 年 3 月 3 日，中國首臺 40000 噸級模鍛液壓機，在西安閻良三角航空科技有限責 任公司進行熱試車，并順利鍛造出首個大型盤類件產品。該機是目前世界最大的單缸 模鍛液壓機，采用鋼絲纏繞預應力結構。

我國鍛造設備躋身世界一流。

2013 年，德陽二重自主研制世界最大的 8 萬噸級模鍛液壓機投產，一舉打破了前蘇聯 保持了 51 年的世界紀錄，實現了我國鍛造產品從高端向頂級的跨越，關鍵大型鍛件受 制于國外的時代徹底結束。

這臺 8 萬噸級模鍛液壓機，地上高 27 米、地下 15 米，總 高 42 米，設備總重 2.2 萬噸，2018 年，C919 大飛機的最大、最復雜的關鍵承力鍛件 ——主起外筒實現國產化，就是這臺 80000 噸級的模鍛液壓機完成的。

目前世界上擁有 4 萬噸級以上模鍛壓機的國家，只有中國、美國、俄羅斯和法國。巨 型模鍛液壓機，是象征重工業實力的國寶級戰略裝備，是衡量一個國家工業實力和軍 工能力的重要標志，世界上能研制的國家屈指可數。

我國擁有超前的模鍛液壓機技術儲備。清華大學已研發出 16 萬噸模鍛液壓機，是俄 羅斯 7.5 萬噸壓機的 2 倍多、美國 4.5 萬噸的 3.5 倍多。

我國鍛造工業體系完整、發展快、壁壘高，我國現已形成較為完整的鍛造工業體系鍛造

我國鍛造工業體系較為完善。我國鍛造工業體系目前已經基本滿足國內經濟建設、國防建 設、基礎設施建設的需要，行業繼續保持全球最大的鍛造行業發展規模，并已具備支撐 走出去戰略布局的能力。

我國鍛造工業現已覆蓋航空、航天、航海、風電、石化、汽 車、醫療、重型設備等等多個領域。鍛造行業的上游行業主要為各類金屬材料冶煉企業，如碳鋼、不銹鋼、合金鋼、高溫 合金、鈦合金、鋁合金等，上游原材料的供應能力和技術水平直接影響鍛造行業的發 展水平。

鍛造行業的下游行業為各類裝備制造企業，應用領域非常廣泛。如航空、航天、船舶、 電力（風電、核電、水電、火電）、石化、鐵路及其他機械行業。

我國鍛造企業數量眾多，中低端競爭激烈而高端鍛造一片藍海。大部分鍛造企業主要 從事普通碳鋼、合金鋼、不銹鋼材料等鍛件的生產，對高溫合金、鈦合金、鋁合金、 鎂合金等特種合金材料的加工能力整體不足、產品技術含量及附加值相對較低、工藝 水平相對落后。

我國鍛造十三五期間發展迅速

我國鍛造工業在十三五期間的迅速發展得益于全球經濟與技術的發展。全球經濟的發 展，尤其是互聯網、數字化和信息化技術的發展，帶來了鍛造行業格局的大變化；

我國節 能環保要求的日益深入，航空航天、高端裝備、新能源汽車、軌道交通等領域輕量化高效 化發展日新月異，鍛造原材料從普通鋼材向高強度鋼材發展，從黑色金屬向有色金屬發展，鍛造工藝取得很大進步。

十三五期間我國鍛造產量逐年增長。自2015年后，我國鍛件產量整體呈現持續增 長趨勢，到 2019 年達到 1198.4 萬噸，同比增長 5.04%；

2020 年中國鍛件產量達到 1349.2 萬噸，同比增長 12.58%。從鍛件產量看，目前我國已經成為全球第一的鍛造 大國并持續領先。

十三五期間我國模鍛件產量年復合增長率達 8.08%。我國模鍛件產量自 2017 年 起增速開始下滑，2019 年我國模鍛件產量出現下降，而 2020 年模鍛件產量又以 14% 的增速一路飆升至 885 萬噸。

十三五期間我國汽車模鍛件產量年復合增長率達 6.78%。汽車模鍛件是我國模鍛 行業主要生產產品，2017-2019 年我國汽車模鍛件產量與汽車產量走勢保持一致，均 呈下降態勢

2020 年開始回升，并創下 2015 年以來新高，2020 年汽車模鍛件產量為 584 萬噸，較 2019 年的 489 萬噸同比增長 19.4%，占模鍛件總產量的 66.0%。鍛造

相比于 2016 年及以前，汽車模鍛件在模鍛件中的占比有所下降。由 2016 年的 72%降 至 2020 年的 66%，相應的結構空間被航空、航天等大型部件的高端模鍛所替代。

我國自由鍛產量于 2016 年顯著下降，2017-2020 年間年復合增長率 8.7%。2020 年我 國自由鍛件產量達到 464.2 萬噸，較 2019 年同比增長 10%。

隨著國防軍工與航空航天事業的發展，我國環鍛件的市場需求持續增加，2017-2020 年間年復合增長率 14.4%。2020 年實現 124.7 萬噸產量，較 2019 年同比增長 62%， 占自由鍛件產量比例為 27%。

環鍛屬于高端鍛造工藝，主要應用于航空發動機、航天 裝備，隨著我國軍用飛機和發動機的列裝、民用航空發動機國產化以及航天事業的快 速發展，未來我國環鍛件市場有望提速發展。

我國鍛造產品登入國際一流。如民用核電大型鍛件、大飛機的起落架、承力框、燃氣 輪機渦輪盤鍛件、快堆支撐環鍛件、核電鍛造泵殼的國產化等等，展示了十三五 期間鍛造行業發展的實際水平。

鍛造設備大型化、自動化、數字化和信息化充分得到發展。如大型電動螺旋壓力機、 大型熱模鍛壓機、大型模鍛液壓機、大型摩擦壓力機及大型輾環機、大型自由鍛液壓 機數量不斷增加，生產線周邊配套裝備的自動化程度明顯上升。

十三五期間，鍛造在工藝技術及裝備技術方面取得了較大的突破。面對激烈的全 球化市場競爭，企業管理的內涵已從生產能力的提升轉向以提質、增效、降本為主的 內生動力變革。

產品、工藝技術、模具和裝備技術都產生了較大的突破。鍛造產品實 現多元化、復合化，產品結構實現整體化、模塊化；

工藝技術上實現了材料高強化、 輕量化、多樣化，正在向控形、控性、沖鍛結合等復合化工藝發展；模具和裝備 技術正朝著自動化、數字化、信息化方向發展。

政策紅利賦予鍛造工業超高定位

基于鍛造行業在國民經濟中的基礎地位，改革開放以來，政府和行業主管部門在政策上均 給予了大力支持。

由于鍛造工業介于產業鏈的中間位置，面向的是高端裝備制造業，其上 游的高端材料行業和下游的高端裝備制造業均享受多項國家政策支持，這些政策促進了整 個行業多向、協同發展。

2006 年，國務院發布《國家中長期科學和技術發展綱要（2006 年-2020 年）》，提出 開發大型及特殊零部件成形及加工技術。鍛造

2011 年，國務院發布《工業轉型升級十二五規劃》明確加強鑄、鍛、焊、熱處理 和表面處理等基礎工藝研究、推進精密工模具的創新發展；

國家發改委、科技部、 工信部、商務部、國家知識產權局聯合發布《當前優先發展的高技術產業化重點領域 指南（2011 年度）》，將大型構建的鍛造列為需要優先發展的高技術產業重點領域。

2015 年，中國鍛壓協會發布《鍛造行業十三五發展綱要》，提出配合航空發動機 和燃氣輪機等下游產業發展的規劃，聚焦提升基礎材料、核心基礎零部件（元器件）、 先進基礎工藝、產業基礎基礎的四基提升計劃。

2016 年，質檢總局、國家標準委、工信部聯合發布《裝備制造業標準化和質量提升規 劃》，強調研究制定金屬成型、金屬加工、熱處理、鍛壓、鑄造、焊接、表面工程等基 礎工藝標準，提升可靠性和壽命指標。

同年國務院發布《十三五國家戰略性新興產 業發展規劃》，提出掌握鋁鋰合金、復合材料等加工制造核心技術。

2021 年，中國鍛壓協會發布《中國鍛造行業十四五發展綱要》，提出重點發展基 礎核心技術，如基礎材料、基礎核心零部件、核心軟件等，解決制約行業發展的瓶頸 問題，增強板、補短板。

上下游政策傳導效應顯著。作為高端制造工藝，鍛造行業處于高端原材料與高端裝備制造 業的中游，上游的原材料發展政策、下游國防軍工、航空、航天、船舶、電力（風電、核 電、火電）、石化、汽車等制造業均為決定國民經濟發展水平的重點高端制造行業。

相關政 策均認可和強調了鍛造行業的基礎和決定性地位。 國防軍工行業推出政策鼓勵民間資本進入國防軍工行業。隨著軍民結合、寓軍于民的武器 裝備科研生產體系建設進一步推進，鍛造行業市場空間進一步打開。

鍛造行業具有高壁壘，強者恒強，鍛造行業高壁壘一：市場壁壘

高端裝備制造業長周期呈現定制化色彩，成就鍛造行業的市場壁壘。鍛件產品有多規格、 多品種、定制化的特點，鍛件行業的發展與下游客戶的定制需求密不可分，因此，需要與 主要客戶建立相對穩定的合作伙伴關系。

民用領域壁壘在于進入下游主機廠合格供應商目錄。一方面，在與客戶確立合作關系 前，客戶對供應商考核程序復雜，考察周期較長，對產品品質、產品規格、供應時間 等均有特定要求；

另一方面，雙方一旦確立合作關系，則該合作關系一般會相對穩定， 其它同類廠商進入存在一定難度。軍工領域壁壘受技術、型號、質控、穩定性等諸多方面影響。

一種新裝備的推出需要 經過鍛件產品制造商、部件制造商、研究院所、主機廠等長時間的設計、研究、試驗、 驗證、改型等程序，并經軍方檢驗后方能最終定型生產；鍛造

同時，軍工客戶對各供應商 提供的產品的質量、技術等要求極高，為保證產品的一致性和穩定性，一旦確認一種裝備的供應關系，通常該裝備的供應關系會長期且穩定。因此，本行業的后進入者將 面臨著一定的品牌和市場壁壘。

預研機制促成長期定制化上下游模式。航空裝備研制周期長，為了保證產品的穩定性 和一致性，以及控制研制周期，主機廠通常與供應商緊密合作，一般自項目預研起， 就展開了同供應商長達數十年的合作。

待項目進入批產階段后，供應商的銷售模式會 保持訂單→生產的模式，通常會獲得主機廠的預付款，呈現定制化色彩。鍛造企業一般側重某一領域，同時向其他領域延伸。

國內不同的鍛造企業在主要方向 上術業有專攻。如三角防務偏重于航空航天鍛件，技術上偏向于模鍛和自由鍛；

派克 新材和航宇科技則在技術上偏向于輾環，業務范圍包括船舶鍛件、電力鍛件、航空鍛 件、航天鍛件、石化鍛件；通裕重工則主營電力鍛件，包括風電、火電和核電。

鍛造行業高壁壘二：設備和資金壁壘

先進鍛造設備建設周期長，建設成本高昂。我國歷史上曾依賴進口，現已具備自主研發大 型模鍛液壓機的能力，代表設備有三角防務的 400MN 大型模鍛液壓機、300MN 等溫模鍛 液壓機。

輾制環形鍛件、大型自由鍛件對設備要求較高，如鍛壓機、輾環機等大型設備， 進口設備單位價值往往過億，對資金要求較高。

原材料成本占比高，材料周轉占用大量資金。原材料采購及生產經營周轉需占用大量流動 資金，因此，涉足本行業的企業必須具備強大的資金實力或籌資能力，對新進入者形成較 高的資金壁壘。

2016-2020 年間，三角防務、派克新材、航宇科技三家鍛造企業直接材料 占主營業務成本 70%-80%；而從事機械加工，包含鍛造業務的中國一重，其直接材料成本 也占據了主營業務成本的 65%左右。

鍛造行業高壁壘三：生產技術壁壘

鍛造行業生產技術壁壘高。鍛件產品有多規格、多品種、定制化的特點，先進的生產設備、 精細的質量管理、生產經驗的長期積累是鍛件制造商得以長期發展的重要保障。

為保證產 品的一致性、穩定性、可靠性及先進性，企業需要大量專業研發人員及熟練技術員工，而 這些專業技術人才的培養及其技術的掌握需要企業長時間的積累。因而，鍛造行業具有一 定的生產經驗及人才壁壘。鍛造

原材料必須選擇難變形材料。高性能、長壽命、高可靠性，是航空航天等領域高端裝 備鍛件制造追求的永恒目標，以滿足高溫、高壓、高轉速、交變負載等極端服役條件。

采用輕質、高強度、耐高溫等航空難變形金屬材料，比如高溫合金、鈦合金、鋁合金、 高強度鋼等，是實現這一目標的重要途徑。

材料的特殊性為鍛造帶來諸多難點。由于高溫合金、鈦合金、鋁合金、高強度鋼等材 料合金化程度高、成分復雜，在實際加工當中存在諸多難點：

塑性差，鍛造過程容 易開裂，需要嚴格控制變形程度；變形抗力高、流動性差，需要大載荷設備；鍛造溫度范圍窄，易產生混晶、組織不均勻問題，增加鍛造火次和操作難度；

形程度、變形速率和應力應變狀態等較為敏感，鍛造過程難以控制；組織狀態復雜多樣， 且對工藝條件較為敏感，組織性能難以控制。

難變形材料鍛造難度大，對鍛造工藝和熱處理工藝都有非常嚴格的要求。生產過程必 須嚴格控制各項工藝參數，形成配套完整的控制體系和控制規范，才能使產品的性能 指標達到使用要求。

因此鍛造企業取得這些工藝參數和形成有效的控制體系，不但需 要具備深厚的材料和鍛造理論知識，而且需要進行大量的反復計算分析、工程試驗驗 證和長期的工程實踐。經過驗證的成熟生產工藝是該行業的主要技術壁壘之一。

鍛造行業高壁壘四：軍工配套企業資質壁壘

軍工配套企業具有較高的資質要求，對新進者形成較高的壁壘。國家對于民營企業參與軍 工產品供應有更加嚴格的資質要求，需要取得《武器裝備科研生產許可證》、《保密資格單 位證書》、《裝備承制單位資格證書》等資質

且民營企業需經過軍方對其產品性能、質量 控制、技術水平、研發能力等進行一系列綜合評估且達到要求后，才能與軍工企業進行合 作為其提供產品。

從取得資質到業績起量，一般需要經過 4-6 年的周期。因軍工行業存在預研機制，鍛造企 業需要參與裝備研制的全周期，經歷漫長的試制或小批量生產階段，從取得資質、參與預 研到批產交付、業績起量，一般需要經過 4-6 年的周期。

我國鍛造行業市場廣闊，航空航天鍛造將帶來千億級市場，我國航空鍛造迎來最佳放量時期，催生千億市場

飛機被稱為工業之花和技術發展的火車頭，產業鏈長，覆蓋面廣。為保持國家經濟 活力、提高公眾生活質量和國家安全水平、帶動相關行業發展具有重要作用。

鍛件是飛機的關鍵部件。鍛件制成的零件重量約占飛機機體結構重量的 20%~35%和 發動機結構重量的 30%~45%，是決定飛機和發動機的可靠性、壽命和經濟性的重要 因素之一。鍛造

航空發動機的渦輪盤、后軸頸（空心軸）、葉片，機身的肋筋板、支架、機 翼梁、吊掛，起落架的活塞桿、外筒等都是涉及飛機安全的重要鍛件。

由于航空鍛件 所用材料以及零件工作環境的特殊性，航空鍛造成為技術含量最高、質量控制要求最 嚴的行業。在裝備的特殊部位應用不可取代。

飛機機身中的鍛件主要集中在主結構承力件上。包括承力框、梁框架、起落架、機翼、 垂尾等主結構件；風擋、艙門邊緣、機載武器吊掛等等需要長期承受交變應力的部件。 航空發動機價值約占軍用飛機的 25%、民用飛機的 22%。

立鼎產業研究《飛機機體材料結構發展階段及航空零部件制造價值占比分析》一文指 出：軍用飛機和民用飛機因為用途的顯著不同，各組成部分價值占比差別較大。

對于 軍用飛機，動力系統占整機價值比最高，達 25%，航電系統次之，機體結構占比約為 20%；對于民機，機體結構占整機比超過 1 3，達到 36%，動力系統次之，航電和機 電系統合計占 30%。

證券導報在《中航重機：華麗轉身整機制造商 鋼筋鐵骨鍛造者》一文中指出：按價值 計算，鍛件在飛機構件中價值占比約 6%~9%，在飛機發動機中價值占比約 15%-20%。

航空鍛造驅動因素一：軍用飛機進入放量生產列裝階段，航空鍛造市場迎來黃金時期。

從數量上看，我國軍機總量與美俄存在較大差距，軍機增補空間很大。截至2021年， 美國擁有軍機數量為 13246 架，占比 25%，數量位居世界第一；

其次是俄羅斯，數量 達到 4173 架，占比 8%。我國擁有軍機數量為 3285 架，占比為 6%。橫向對標美、 俄，我國軍機總數占比分別為：24.80%、78.72%。未來為應對日益白熱化的國際競 爭，軍機增補空間很大。

從代際上看，我國軍機亟需迭代升級。美國和俄羅斯均已淘汰第二代戰斗機，完成了 向第三代、第四代戰斗機的轉型。而中國目前正在逐步淘汰二代機、向三代機轉型的 過程當中，仍有大量二代機在服役。

航空發動機作為飛機的心臟，對材料具有超高要求，成為航空鍛造新增長極

航空發動機對制造工藝要求很高。高性能航空發動機追求的是在極有限的自身重量與 工作空間、極惡劣的工作條件下保證長期穩定的服役性能，其制造技術要求極高，是 一種極端制造情形。

輕量化結構、難變形原材料、復雜型面薄壁零件對航空發動機制造工藝提出高要求。 為達到高的推重比性能要求，航空發動機大量采用復雜的整體輕量結構，如空心葉片、 寬弦葉片、整體葉盤等，以做到最大程度的減重；鍛造

同時高性能的鈦合金、高溫合金以 及復合材料也大量應用，而這些材料都屬于典型的難加工材料；另外航空發動機關重 件多屬于復雜型面薄壁零件，對加工精度和表面質量的要求極高。

精密鍛造在航空發動機制造中至關重要。賈麗等在《航空發動機零部件精密制造技術》 一文中指出：目前航空發動機的零部件鍛件毛坯占毛坯總重量的 50%以上，精密鍛造 技術在航空發動機制造企業獲得了重視并被廣泛采用。

精密鍛壓技術制造的發動機零 部件的毛坯，具有精確的毛坯外形，可以實現小切削余量甚至無切削余量的空心渦輪 葉片、整體渦輪以及其他部件的加工制造。

隨著等溫模鍛、超塑性等溫模鍛等先進的 鍛造技術的發展應用，航空發動機制造企業已經可以制造無偏析超細晶粒毛坯，并批 量生產無余量精鍛葉片。

航空發動機環鍛件主要包括航空發動機環鍛件和航空發動機機匣。其中，航空發動機 環鍛件包括除機匣外的其他環形鍛件，主要包括封嚴環、支承環、風扇法蘭環、固定 環、壓縮機級間擋圈、燃燒室噴管外壁環件、渦輪導向環、整流環等；

機匣包括風扇 機匣、壓氣機機匣、燃燒室外機匣、高壓渦輪機匣、低壓渦輪機匣等。鍛件在航空發動機中具有核心地位。

前瞻產業研究院發布的《2013-2017 年中國航空發動 機行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》一文中分析了軍用飛機航空發動機中各部位的 價值占比。

其中，大量使用鍛件的盤軸件、葉片、框架、機匣、燃燒室、傳動裝置等占據了整個發動機價值的 70%以上，由此可見，鍛件在航空發動機中具有核心地位。

發動機屬于消耗品，在全生命周期內大約翻修 4 次。其性能、耗油量與翻修次數有關，航 空發動機翻修次數影響翻修成本。

推力的衰減和油耗的增加是發動機翻修的主要原因。航空發動機翻修令航空發動機的 零部件因長期處于高溫、高壓的工作環境當中，隨著使用時間的增長，部分零件會出 現疲勞破裂失效，發動機的性能也因此衰減，發動機耗油量也因此提升。

壽命期內， 發動機性能衰減應滿足 GJB241A-2010《航空渦輪噴氣和渦輪風扇發動機通用規范》 相關要求，推力衰減量不超過 5%，耗油率增加量不超過 5%。當發動機性能衰減到此 紅線時，應返廠進行翻修，一般發動機翻修可以使其性能得到恢復。鍛造

發動機翻修可以使性能恢復，但翻修次數越多，可靠性恢復越有限。在首個翻修期內， 早期故障多，平均故障發生時間（MTBF）較短，每個翻修期內，大修后可靠性恢得 到恢復（MTBF 增加），但隨著使用時間的增加 MTBF 又逐步下降。

在全生命周期中， 每次大修的間隔時間逐漸縮短，大修逐漸頻繁，每次大修后 MTBF 逐漸縮短。航空發動機一般最多可以翻修 4 次。

董紅聯等在《航空發動機壽命控制體系和壽命評定方法》一文中描述了研究發動機性能、耗油量與翻修次數關系的試驗。

試驗選取 35 臺不同翻修次數的發動機進行性能復驗，發現隨著修理次數的增加，發動機性能衰減 速率逐漸加快，并預測發動機使用至第五次大修時，其性能和耗油量已不滿足 GJB 241-2020 的要求。

即發動機在全生命周期中最多只能翻修 4 次。而在航空發動機實際 運行當中，更要參考翻修成本增加帶來的經濟性問題，原則上發動機大修成本不應超 過新機采購費用的 50%。

大修換件率隨大修次數逐漸增加，具體情況為：首次大修為 9.8%，二次大修為 11.91%，三次大修為 12.38%，四次大修為 14.74%。

換件率、試車合格率是評估修理 損傷和修理經濟性的重要指標。發動機盤、軸、葉片、機匣等鍛造件均為影響使用安 全且價值量較高的重要零件。

根據現有的空軍值班和訓練計劃，假設我國軍機平均每年執飛 240-300 小時，以 240 小時 年計算戰斗機的執飛時間，以 120 小時估計其他機型的執飛時間，可以估計航空 發動機的日歷壽命。

航空鍛造驅動因素二：國產大飛機牽引民機零部件鍛造行業騰飛。

截至 2020 年底， 民航全行業運輸飛機期末在冊數為 3903 架，其中：客運飛機 3717 架，分別是寬體 458 架、窄體 3058 架、支線 201 架；貨運飛機 186 架。

截至目前，我國自主研制的 90 座級支線客機——ARJ21-700 已經交付運營 66 架；190 座級干線客機 C919 訂單已 達 815 架；280 座級遠程干線客機 CR929 已經完成項目研制 G3 轉階段。

根據中國 GDP 年均 增長速度預測，中國的旅客周轉量年均增長率為 5.7%，機隊年均增長率為 5.2%。未 來二十年，中國航空市場將接收 50 座級以上客機 9,084 架，價值約 1.4 萬億美元（以2020 年目錄價格為基礎）。鍛造

其中 50 座級以上渦扇支線客機 953 架，120 座級以上單通 道噴氣客機 6,295 架，250 座級以上雙通道噴氣客機 1,836 架。到 2040 年，中國的機 隊規模將達到 9,957 架，占全球客機機隊比例 22%，成為全球最大的單一航空市場。

民用航空發動機壽命一般長于軍用航空發動機。計量民用航發一般有兩種方法，其一 是發動機循環次數，其二是發動機小時壽命。本文以發動機小時壽命作為測算依據。

未來窄體干線客機將是飛機增長的主力，新一代航空發動機的首次翻修間隔時間可以 達到 15000-20000 小時，遠長于軍用航空發動機。

主流航空公司，如國航、東航、 南航，其飛機日利用率可以達到約 10 小時，平均每架機每年執飛約 3650 小時。我們 據此估計民航發動機的日歷翻修間隔為 4.11 年-5.48 年，航發 OEM 一般規定大修間隔 為 5 年。

航空鍛造驅動因素三：我國民用航空轉包業務步入快速發展期，正在向第一梯隊拔升。

航空轉包生產是全球航空飛機及發動機制造商普遍采用的一種基于主制造商-供應商 的供應鏈合作模式。

隨著我國技術和工藝水平的提升，疊加國際航空制造巨頭降本的需要， 我國民用航空轉包業務步入快速發展期。 國際航空工業轉包大體分三大梯隊，我國尚處第二梯隊，正在向第一梯隊拔升。

我國的航空工業外貿轉包生產始于 1980年，先后與美國波音、歐洲空客、加拿大龐巴 迪、巴西航空工業等世界先進飛機制造公司以及美國 GE 公司、英國羅羅公司、美國 普惠公司等發動機制造公司簡歷了工業合作關系。

開展了廣泛的航空零部件外貿轉包 生產，項目涉及機頭、機翼、機身、尾段、艙門、發動機環鍛件、機匣、葉片等等多 種產品。而目前，中國航空轉包業務處于高速發展時期。

國際航空工業轉包業務大體分為三大梯隊，我國處于第二梯隊，主要面向機體結構件 和航發零件的制造、部件的裝配。

第一梯隊主要面向設計開發、工程制造和大部件集 成，技術難度復雜，附加值高，參與者以美國、歐洲、日本為代表；

第二梯隊主要面 向機體結構件制造、航發零件的制造及部件的裝配，技術難度和附加值居中，參與者 以我國、韓國、墨西哥、突尼斯為代表；

第三梯隊主要面向零件組件供應，技術難度 和附加值低，參與者以俄羅斯、印度、馬來西亞為代表。我國航空工業外貿轉包正在向第一梯隊拔升。

隨著2017年空客（天津）總裝有限公司 的成立和 2018年波音鍛造（舟山）交付中心的落成，我國航空工業外貿轉包正式吹響了向 全球第一梯隊拔升的號角，開始由零部件轉包邁向總裝、交付的新臺階。

我國航空工業轉包業務交付金額逐年上升。據《中國民用航空工業年鑒 2020》統計， 2019 年我國民用航空產品轉包生產交付金額 25.6 億美元，同比增加 40.5%，其中飛機零 部件 14.4 億美元，同比增長 36.0%；

發動機零部件 7.0 億美元，同比增長 2.5%；民用航 空機載系統和設備零部件 1.0 億美元，同比增長 11.2 倍；其他民用航空產品及零部件 3.2 億美元，同比增長 3.4倍。

轉包生產新增訂單 22.3億美元，同比增長 1.1%；儲備訂單 46.8 億美元，同比減少 13.5%。

中航工業和中國航發為承接航空國際轉包業務主力，民營企業參與廣泛，發展勢頭迅猛， 相關參與方均取得國際航空/航發巨頭合格供應商資質。

機體結構件的轉包業務主要集中于機體結構零件和部件的生產。參與方式逐步由提供 零件分包生產向部組件和大部段集中交付演進，空客（天津）總裝基地的落成更是將 我國對航空轉包項目推向了總裝的環節。

參與廠商有中航工業旗下的西飛、沈飛、成 飛、哈飛、昌飛、洪都和中國商飛旗下的上飛公司等。

航空發動機轉包業務主要集中于軸、環件、機匣、葉片的制造。參與廠商主要是中國 航發旗下的黎陽、黎明，中航重機旗下的宏遠、安大，以及民營企業航宇科技等。

航空轉包承接商均取得了國際航空巨頭的相關資質。機體業務參與商取得了波音、空 客、巴航工業、龐巴迪等飛機著制造商的合格供應商資質；

航發業務轉包參與者包括中航重機旗下的安大鍛造、宏遠鍛造，航宇科技，派克新材等，相關參與廠商已全部 或部分取得 GE、羅羅、賽峰、美捷特、普惠、柯林斯、霍尼韋爾、MTU 等航發巨頭 的合格供應商資質。

技術內功提升+降本外需擴大，未來航空鍛造轉包業務將更上新臺階

我國航空鍛造技術和工藝水平的提升拉動國際航空轉包業務向國內轉移。隨著中國航 空零部件制造商的涌現，生產工藝和技術水平不斷提高，產品質量和穩定性能夠滿足 國際航空發動機制造商的高品質要求。

降本的需要推動國際航空巨頭擴大對我國的航空鍛造業務外包。出于降低成本、提高 盈利能力的考慮，國際航空零部件轉包業務仍將繼續向我國轉移，為我國航空鍛造、 航發環鍛件研制、生產企業帶來更多的發展機遇。鍛造

衛星發射刺激運載火箭對航天鍛件的需求

航天工業是國家戰略性產業，是維護國家主權領土完整和政治安全的重要保障。航天裝備 水平是代表一國航天能力的核心標志，也是衡量國家綜合國力的重要標志之一。

經過建國 以來幾十年的努力，我國航天工業已經由最初的單純仿制逐步發展到目前自行研制為主， 而且正向低成本、快速反應制造的方向發展，在一些領域實現了相當數量關鍵工藝技術的 突破，有些已接近國際先進水平。

航天產業是我國少數幾個水平先進、可在國際市場上與 發達國家競爭的產業之一。運載火箭是航天發展關鍵裝備。

運載火箭作為將衛星、飛船、空間站、深空探測器等推入 預定軌道的載體，其發展與后者的發展狀況緊密相關，為保證我國衛星、空間站、載人航 天與探月工程等重大航天工程的順利推進，我國運載火箭的發展也十分迅速。

截至目前， 具有自主知識產權和較強國際競爭力的長征系列運載火箭已成為我國運載火箭的主力， 長征系列運載火箭具備發射低、中、高不同軌道、不同類型衛星的能力，截至 2021 年 12 月 30 日，我國長征系列運載火箭已經發射 405 次。

我國目前主要的運載火箭是長征系列火箭，它的技術發展起步于 20 世紀 50 年代。在國家 大力支持下，經過幾代航天人的不懈努力，先后研制了長征一號、長征二號、長征三號、 長征四號等 15 個型號的長征系列運載火箭，已經初步具備了較為完整的運載能力。

實現了 從常溫推進劑到低溫推進劑、從串聯到捆綁、從一箭單星到一箭多星、從發射衛星到發射 載人飛船、從發射地球軌道衛星到發射深空探測器的跨越式發展。

具備了將航天器送入任 何空間軌道的能力，在國際衛星發射服務市場中占據了一席之地，構建了具有我國獨立知 識產權的長征系列運載火箭型譜。

我國運載火箭發射次數不斷攀升。自2018年起，我國運載火箭軌道發射次數長期處于 世界第一，尤其在 2021 年，我國運載火箭次數呈現井噴式增長。

截至 2021 年 12 月 30 日，我國已經發射火箭 55 次，比美國多 10 次，較 2020 年全年增長 41%，發射次 數占全球發射次數的 38%。