1. 汽車輕量化趨勢明確，一體壓鑄變革催生免熱合金

1.1. 雙碳背景下，汽車輕量化趨勢明確

頂層政策與車企需求共振，汽車輕量化趨勢明確。據統(tǒng)計，汽車重量每下降 10%，油耗下降 6-8%，每使用 1kg 鋁，可使轎車壽命期減少 20kg 尾氣排放。雙 碳背景下，2020 年《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖 2.0》頂層政策出臺，要求 2035 年燃油乘用車/純電動乘用車輕量化系數分別下降 25%/35%。具體材料方面，根 據《節(jié)能與新能源技術路線圖》規(guī)劃，2025 年鋁合金單車用量將達到 250kg，而 2020 年用量約為 129kg/輛，5 年車均用量增長接近 1 倍。此外，從車企角度來看， 汽車輕量化是降低傳統(tǒng)能源車油耗和提高新能源車續(xù)航里程的關鍵，車企亦紛紛 加碼輕量化布局，不斷推出含有輕量化設計的車型。

汽車關鍵結構件尺寸大、壁薄、結構復雜，對合金材料性能要求高。汽車結 構件是指在車身上起到主要支撐及承載作用的構件，作為車身關鍵部件通常具有 尺寸大、壁薄、結構復雜等特征。大型關鍵結構件在服役過程中往往承受持續(xù)、 交變的載荷，且與汽車安全性密切相關，因此在保證較高抗拉和屈服強度的同時， 還需要具備良好的韌性。

鋁合金壓鑄件在汽車用鋁合金中占據主導地位。汽車用鋁合金包括變形鋁合 金、鑄造鋁合金，其中鑄造鋁合金占據主導，占汽車用鋁量的 80%左右。細分來看，目前汽車用鋁合金材料中 55.1%的使用高壓壓鑄生產，25.7%的為普通鑄造， 8.9%的為軋制，8.6%為擠壓，1.7%為鍛造。

1.3. 高壓鑄造是鋁合金材料最高效的成型方法

真空高壓鑄造是鋁合金車身結構件生產最優(yōu)選。壓鑄是一種近凈成型的特種 鑄造方法，具有自動化程度高、生產效率高、能近凈成型復雜薄壁件的工藝特性， 成為制作鋁合金汽車結構件最為常用的一種鑄造工藝。車身結構件通常屬于碰撞 安全件，采用鉚釘連接，需要壓鑄件在保持良好的強度的同時具備良好的韌性， 因此相比傳統(tǒng)壓鑄件，此類壓鑄件一方面采用高真空的壓鑄工藝來減少壓鑄件的 氣孔缺陷，另一方面則采用高強韌的壓鑄鋁合金，來獲得優(yōu)異的綜合力學性能。 真空壓鑄技術擴展了壓鑄件的使用范圍，使其能夠運用在對力學性能要求更高的 汽車結構件上，成為制作汽車用鋁合金壓鑄件常用的一種快速成型工藝。

1.4. AlSi10MnMg 合金廣泛應用于車身壓鑄結構件，通過熱處理提高機械性能

AlSi10MnMg 合金為廣泛應用的車身真空壓鑄結構件用壓鑄鋁合金。工業(yè)應 用的壓鑄鋁合金按成分差異主要可分為 Al-Si、Al-Si-Mg、Al-Si-Cu、Al-Mg 等幾 個系列。普通壓鑄鋁合金通常易形成粗大的針狀富鐵相并誘發(fā)縮孔，導致壓鑄件 的力學性能不高。AlSi10MnMg 因其良好的鑄造性能及可通過熱處理獲得較為廣 泛的機械性能而成為汽車結構件領域運用最多的高強韌壓鑄合金。該合金的特點 是控制低的 Fe 含量，同時提升 Mn 含量以改善粘模問題，低的 Fe/Mn 比例通過 析出形成漢字狀、星狀或多面體狀的αAl(Fe,Mn)Si 相，避免析出薄片狀的β -AlFeSi 相，從而獲得良好的韌性。通過調整 Mg 元素含量和熱處理，可以獲得不 同強韌性匹配的壓鑄件材料力學性能。

1.5. 特斯拉引領一體壓鑄變革，優(yōu)勢顯著勢在必行

特斯拉引領一體壓鑄變革，優(yōu)勢明顯勢在必行。2019 年特斯拉采用一體成形 壓鑄的方式生產 Model Y 的整個后部車體，將原先由多工序所需的 70 多個零件 集成為 1 個，減少了組裝焊接等程序，減重約 30%，降低制造成本約 40%。Model Y 的一體壓鑄后車身僅重 66kg，比尺寸更小的 Model3 同樣部位輕了 10~20kg。 一體化成型壓鑄工藝具有成本低、效率高、輕量化等優(yōu)勢，替代傳統(tǒng)沖壓焊裝工 藝大勢所趨。并且,特斯拉宣布下一步計劃將應用 2-3個大型壓鑄件替換由 370 個 零件組成的整個下車體總成,重量將進一步降低 10%,對應續(xù)航里程可增加 14%。

1.6. 傳統(tǒng)壓鑄件需熱處理、矯形，一體化壓鑄下尺寸精度與成本難以兼顧

傳統(tǒng)壓鑄結構件需熱處理、矯形，一體化壓鑄下部件形變大難以應用。對于 汽車真空壓鑄結構件，AlSi10MnMg 合金的熱處理過程會導致壓鑄件出現變形與 表面起泡的問題，特別是隨著壓鑄件的不斷大型化，后續(xù)整形難度以及報廢率將 大幅提升。一體壓鑄下部件形變誤差風險進一步放大，難以滿足后續(xù)需與車體其 他部位安裝匹配精度要求，若強行通過矯正工藝可以改善一定的尺寸精度，但部 件損失大，良品率很低，而且高真空壓鑄與熱處理工藝導致整個工藝流程較長，進一步推高成本，部件最終成本無法接受。因此，傳統(tǒng)需熱處理合金材料在一體 壓鑄應用中難當大任。

1.7. 免熱鋁合金為一體壓鑄最佳材料，并有其獨特要求

免熱鋁合金為一體壓鑄最佳材料，兼顧性能與成本優(yōu)勢。免熱鋁合金材料一 方面可以直接在鑄態(tài)下就能獲得要求的合金組織和力學性能，通過特殊的合金配 方，在完成壓鑄成型后無需熱處理即可獲得理想的機械性能，可避免在熱處理（高 溫固溶+時效處理）過程中造成的工件變形。另一方面因省去熱處理工序，具備降 低零件制造成本，提高產品的良品率，節(jié)能減排等優(yōu)點。隨著“雙碳目標”逐步 被企業(yè)提上日程，免熱處理強韌化壓鑄鋁合金將會是汽車行業(yè)的新寵。另外，隨 著輕量化設計需求和鋁合金一體壓鑄結構件的集成化程度不斷提升，新型壓鑄合 金的開發(fā)將朝著提升強度和韌性，同時具有良好的流動性和鑄造性能的方向發(fā)展。 一體化壓鑄零件通常具有尺寸大、壁厚薄、結構復雜等特點，這對鋁合金材料性能提出了更高的要求。綜合考慮使用性能、工藝特點和生產條件等因素。據 上海有色金屬行業(yè)協(xié)會介紹，一體化壓鑄鋁合金材料不僅在常規(guī)性能（圖 7）上 比普通壓鑄高，還有鑄態(tài)下具有高強韌性、具備優(yōu)異鑄造性能、高連接包容性、 具備更高的微量元素與雜質元素容忍度和需要長效且高效變質劑五點獨特的要求。

1、在不進行熱處理的條件下，需保證材料成型后依然具有良好的機械性能， 且車身結構件來講，還需兼顧碰撞、疲勞等性能要求，因此一體化壓鑄結 構件要求材料在鑄態(tài)下具有高的強度和塑性；

2、對于一體化壓鑄結構件來說，材料的充型能力很關鍵，目前最遠的流程可 以達到 2 米 7 左右，如果充型能力不足，將導致欠鑄等問題；

3、大型一體化壓鑄車身結構件在零件的不同部位無法做到性能統(tǒng)一，焊接、 SPR、膠接等連接方式可能在零件不同部位使用，而不同的連接方式對于 材料的性能要求也不一致，例如 SPR 就需要材料具有高的韌性，而焊接 則要求材料不應存在氣孔等，因此高連接包容性是必要的；

4、目前一體化鑄件大概有 40%的件需要回爐重新使用，因此難免會引入雜 質元素，在低碳背景下未來再生料將融入免熱處理錠生產的過程中，因此 材料能夠對元素及雜質擁有高的容忍度，才能確保經濟性和鑄件性能；

5、免熱處理材料通過控制凝固過程中形成的組織來實現材料的強度和塑性， 其關鍵點在于共晶組織的控制，目前依靠現有的 La、Gd 或者稀土元素作 為變質劑進行組織調控，在實際生產過程中，工藝上需要熔體有很長的時 間的保溫，如果變質劑效力下降乃至失效，將對于生產的連續(xù)性存在極 大的挑戰(zhàn)。

2. 空間測算：一體壓鑄大勢所趨，免熱合金長坡厚雪

國內免熱合金一體化壓鑄結構件市場規(guī)模有望在 2025 年超 280 億元。新能 源車銷量增長迅猛，免熱鋁合金材料一體化壓鑄市場廣闊。 2015 年至 2021 年 期間，中國新能源汽車銷量由 32.9 萬輛增長至近 351 萬輛，年復合增長率 48%， 新能源汽車滲透率由 1.3%達到了近 13.4%；根據《中國汽車工業(yè)用鋁量評估報告 (2016—2030)》，中國新能源汽車的鋁消費量從 2017 年的 7.5 萬噸增至 2018 年 的 14.6 萬噸，增加 95%。在政府制定的節(jié)能減排目標的支持下，中國新能源汽車 行業(yè)的前景廣闊，預計到 2030 年，中國新能源汽車行業(yè)使用鋁的比例將從目前 占鋁消費總量的 3.8%升至 29.4%。免熱鋁合金一體化壓鑄市場前景廣闊。根據對 一體化壓鑄滲透率的預測和對單車壓鑄零部件的估算，預計到 2025 年國內免熱 合金一體化壓鑄結構件市場空間將約達 280 億，預計 22-25 年市場規(guī)模 CAGR 將 超過 200%。

3. 競爭格局：一體化壓鑄初期免熱合金多壁壘并舉，先發(fā)優(yōu)勢 特征顯著

3.1. 成分設計為核心+工藝過程保障，構筑免熱合金技術壁壘

在免熱處理合金開發(fā)過程中，合金主要成分配比和微量特殊元素引入是核心 技術壁壘，此外凈化處理、溫度控制、澆鑄工藝也會影響合金性質。 合金材料成分設計是免熱處理合金開發(fā)的核心技術壁壘，其中又以微量元素 配比為核心。免熱合金設計思路為以合金組織控制為出發(fā)點，引入微量元素對組 織進行變質、細化，確保合金組織細小，彌散，保證合金強度與塑性。其中，成 分設計的難點在于微量元素種類選取與較窄的引入比例范圍，需考慮不同微量元 素對合金性能影響。具體來看，免熱處理鋁合金以 Al 為基礎金屬元素，為調節(jié)并改善金屬性能以達到工程適用的條件，主要方法是添加并控制硅、鎂、鐵、銅、 錳、鋅等元素的含量及相互關系，配比原則為既保證合金中能形成足夠的強化相， 又保證具有一定的流動性且雜質的含量不產生熱裂傾向。

各種不同合金元素的加入使鋁合金具有不同的性質。鋁硅系合金中硅的主要 作用是改善壓鑄鋁合金的流動性，其硅含量在 4.5%~13.5%，硅的加入可以顯著 降低鋁的熔點，當硅含量達到 12.5%時熔點降為共晶溫度，因此共晶成分附件的 鋁硅合金具有優(yōu)異的流動性。鋁鎂系合金含鎂量多在 3%~6%，最高可達 9.6%， 其結晶溫度范圍較鋁硅合金高，其逐層和糊狀兼有的混合凝固模式帶來了一定的 縮松傾向，但其收縮系數較小，不易開裂適于液鍛成型。在鋁合金中還可以存在 其他金屬元素以進一步提高延伸率和延展性，實現期望的強度和韌性：添加鈰可 以進一步提高延展性、可鑄性、強度和韌性；添加銅和鋅中的至少一種可以提高 機械性能。

工藝控制需合金化、除渣、除氣、預熱和鑄造等多環(huán)節(jié)協(xié)同把握，保證制件 最終性能體現。從熔煉的環(huán)節(jié)來看，需要從合金的成分、合金的純凈度、合金生 產過程中的溫度控制三個關鍵維度來保證材料性能。首先，免熱合金的元素控制 范圍更窄，控制難度更高，需保證雜質元素盡可能少的帶入，特別是回爐料的添 加使用會帶來雜質元素超標問題，需要企業(yè)做好合金成分控制。在凈化處理方面， 采用將鋁液中非金屬夾雜物、氧化物及含氣量的雜質高效去除的技術，保證鋁液 具有較高的純凈度，從而避免因鋁液中含氣量影響，提高產品良率。免熱合金生 產過程中溫度變化的控制較為嚴格，以避免產生預結晶組織，影響產品質量。從 鑄造的環(huán)節(jié)來看，免熱合金材料還需與后道鑄造工藝參數相匹配，保證合金材料 具有均勻、致密的晶粒組織及較好的力學性能。

3.2. 國外美鋁、萊茵為主流高品質免熱處理鋁合金材料開發(fā)者

國外具有代表性的免熱合金材料企業(yè)為美國鋁業(yè)、麥格納和德國萊茵菲爾德， 近些年特斯拉也加入開發(fā)新型免熱合金的行列。 免熱處理合金采用的技術路線主要為鋁硅及鋁鎂兩大系列，鋁硅系列為主流。 Al-Mg 系免熱處理壓鑄鋁合金壓鑄控制難度要比 Al-Si 系合金大，主要用于有特殊 外觀和防腐要求、對力學性能要求不高的壓鑄件，常通過添加 Mn 代替 Fe 以利于 脫模。高強韌 Al-Si 系免熱處理壓鑄鋁合金含 Mg 量較低，具備高強韌性壓鑄合金 的共性特征（低 Fe 高 Mn），添加 Sr 元素對共晶硅進行變質處理等，為目前主流 的免熱合金材料體系。

3.2.1. 國外鋁硅系列主要免熱合金介紹

目前國外的用于免熱處理壓鑄結構件的 Al-Si 系合金主要有：Castasil 37 合 金（萊茵菲爾德公司開發(fā)）；Aural 6 合金、Aural 5S 合金（麥格納公司開發(fā)）； C611 合金（美鋁公司開發(fā)）；以及 Tesla Alloy 系列合金。

德國萊茵的 Castasil-37 為高強韌 Al-Si 系免熱處理合金典型代表材料。根據 上海有色金屬行業(yè)協(xié)會輕量化聯(lián)盟介紹，Castasil-37 合金不添加具有時效強化作 用的 Mg 元素，主要通過添加 Mo、Zr 等元素在壓鑄過程中形成細小彌散相來提 高合金的強度，不必進行固溶處理以提高合金性能。壓鑄件的壁厚越薄、冷卻速 度越快，晶粒尺寸越小，最終壓鑄件的合金強度越高，同時鑄件不會發(fā)生自然強化，性能穩(wěn)定性也較好。此合金適用于車身輕量化的薄壁化高強度高韌性需求， 可應用汽車車門、減震塔等零部件。

C611 為一體壓鑄而生，穩(wěn)定性與認可度高。C611 合金是美鋁公司為大型壓 鑄件開發(fā)的一款非熱處理壓鑄合金，固溶熱處理改善共晶硅的形貌使得其不需較 高的 Si 含量。合金內含一定的 Mg 元素導致其并非嚴格意義上的非熱處理材料， 其屈服強度可通過進行 T5 熱處理或 T85（涂裝烘烤處理）提升2。C611 系列具 有極佳的流動性，可制造形狀復雜且要求高性能的結構部件，如減震塔、橫梁、 電池托盤、框架、電動機外殼等，已經被歐美許多壓鑄廠家廣泛地應用于薄壁結 構件（例如減震塔）的生產許多年。國內蔚來汽車宣布成功將 C611 EZCast?合 金運用于一體化壓鑄件，帥翼馳國內獨家代理美國鋁業(yè)的 C611 合金，為該項目的 聯(lián)合合作伙伴。

麥格納公司開發(fā)兩款非熱處理壓鑄合金，Aural 6 合金（即 375，類似 Castasil 37）與 Aural 5 合金（即 374，類似 C611）。Aural 6 合金與 Castasil 37 相比以 少量的 Mg 替代 Mo 和 Zr 從而獲得一定的強化效果。Aural 5 合金與 C611 基本一 致，在鑄造后和涂裝烘烤前良好的塑性與自然時效穩(wěn)定性可以滿足車身結構件的 SPR 連接要求，涂裝烘烤后強度會進一步提升，此外還可以滿足 205℃下 1h 的 短周期熱穩(wěn)定性以及 150℃下 1000h 的長周期熱穩(wěn)定性要求。3 特斯拉在其 Model Y 車型上首次使用 6000 t 大型壓鑄單元制造鋁合金一體 化壓鑄后部下車身，目標合金在鑄造態(tài)的屈服強度和極限尖冷彎角應分別大于135MPa和24°，由于鑄件的巨大尺寸還要求合金具有極好的流動性能。Tesla Alloy 合金通過控制 Cu/Mg 比例以利于析出 AlCuMgSi 相取代 Mg2Si 和 Al2Cu 相來實 現強度提升的同時不會引起塑韌性的明顯下降。此外，該合金中添加了 Sr 元素對 Si 相進行變質處理，添加 V 元素析出球狀的 AlFeSi(Mn+V)相，減少了片狀的富 鐵相，有利于材料韌性的提升，也能夠容忍更高的 Fe 雜質含量。

3.2.2. 國外鋁鎂系列主要免熱處理合金介紹

關 于 Al-Mg 系免 熱處理 新型 壓鑄合 金主要可 以細 分為 Al-Mg-Mn 、 Al-Mg-Si-Mn、Al-Mg-Fe、Al-Mg-Mn-Cu 等幾種類型。

美鋁 560 免熱合金開發(fā)時間早，不適用于復雜零件。560 是美鋁公司 2008 年開發(fā)的一種非熱處理 Al-Mg 系壓鑄合金。該合金曾用于日產GT-R 的車門內板， 零件壁厚約 2~3mm，實現單個車門減重 5.5kg。雖然該合金的力學性能優(yōu)異，但 其過寬的凝固溫度范圍導致壓鑄過程中的熱裂傾向非常高，因此難以作為料厚變 化明顯的復雜零部件原料。為改善熱裂性能，美鋁在 560 合金基礎上開發(fā)出 A152 （低 Mg）/A153(高 Mg)合金，添加了適當比例 Si 元素，以顯著縮短合金的凝固 溫度范圍，從而明顯降低熱裂敏感性。

3.3. 國內免熱處理鋁合金已實現自主研發(fā)，鋁硅系列為絕對主流

國內免熱處理鋁合金材料已實現自主研發(fā)，性能指標能滿足汽車結構件要求。 代表公司如立中集團，其研發(fā)的 LDHM-02 免熱處理合金取得專利證書。拓普集 團與華人運通及上海交通大學合作，全球首家成功應用了其聯(lián)合發(fā)布的 Tech Cast 高強韌性免熱處理鋁合金材料，該材料流動性高于同級別材料 15%以上、強塑積 高出 30%以上，保證了整車碰撞等性能達到更高維度。此外、永茂泰、廣東鴻圖 等公司均取得免熱處理合金專利。目前，國內主要廠家所研發(fā)生產及應用的免熱 合金主要為鋁硅系列。 上交 Al-Mg 系免熱處理合金開發(fā)走在國內前列，一體化壓鑄應用前景可期。 上海交通大學開發(fā)的 SJTU-Al-Mg-Si-Mn 免熱處理合金，該合金在增加 Mg、Si 元素含量并調控相對比例的同時，添加了 Ti、Zr、V 合金改善組織，并引入 Re/Ca 復合變質對共晶硅進行細化，獲得了屈服強度＞180 MPa，伸長率＞10%的力學 性能。類似地，SJTU-Al-Mg-Cu-Mn 合金則引入 Cu 元素進行強化，同時引入 Y、 Er、Ce 稀土元素來細化 Al2CuMg 相，獲得屈服強度＞180 MPa，抗拉強度＞320 MPa，伸長率＞8%的高強高韌的綜合力學性能。該體系合金（JDA2 體系）存在 典型的薄壁效應，在大型薄壁車身結構件領域應用前景廣泛。

Al-Si 體系免熱合金細分為 Al-7Si、Al-9Si 兩大類，各有優(yōu)劣。Al-Si 系從 Si 含量來看可以分為高硅含量和低硅含量兩大類，分別為 Al-7Si、Al-9Si 兩大類。 Al-7Si 偏向于延伸率，Al-9Si 偏向于強度和塑造性，兩種方案根據不同主機廠提 出的零部件設計要求適配使用。目前已經經過量產驗證的是特斯拉的 Al-7Si 體系 免熱合金，國內免熱合金材料廠商主要以 Al-9Si 為主。相較于 Al-7Si，Al-9Si 免 熱合金含有較高的 Si 含量，使得材料具有較高的屈服強度和鑄造性能，但延伸率 較低。因特斯拉率先利用 Al-7Si 系列免熱合金大規(guī)模批量生產，目前國內各大車 廠基于其生產經驗，生產線基本遵循 Al-Si 體系布置搭配，材料體系的切換會導致 后端處理相應發(fā)生變化，因此我們認為 Al-Si 體系免熱合金在未來一段時間內仍將 占據主流。在既有產線成熟、批量穩(wěn)定應用一段時間之后，預計才可能發(fā)生 Al-Mg 體系合金的切換。

3.4. 專利壁壘有先發(fā)優(yōu)勢，后來者專利突破難度較大

專利壁壘：對合金材料配方成分進行鎖定，多為下游客戶合作前置條件。免 熱鋁合金材料的主成分、核心成分、微量元素種類及含量含量對材料的抗拉強度、 屈服強度、延伸率、流動性等性能會產生重大影響，而合金材料專利的核心即為 重要元素的種類與含量，因此已授權專利對后來者突破專利形成較大阻礙，而且 專利保護范圍較為寬泛，后發(fā)者在現有材料專利基礎上進行元素微調研發(fā)免熱合 金，此方法仍屬于專利侵權。同時，隨著存量專利的增多，新專利申請的邊際難 度持續(xù)加大。整車廠為避免專利糾紛，對材料的資格審查也較為嚴格，傾向于選 擇獲得專利保護的廠商材料。新玩家則需開發(fā)新的鋁合金配方，并獲得專利，此 為進行整車前期試驗和認證的門檻，具備顯著的先進性。

3.5. 一體化壓鑄產業(yè)鏈高度協(xié)同，免熱合金起到“穿針引線”的作用

一體化壓鑄產業(yè)鏈清晰，材料端格局尚未穩(wěn)固。整體來看，一體壓鑄產業(yè)鏈 上游主要為材料端免熱合金生產廠家、壓鑄機制造廠商與模具設計制造商；產業(yè) 鏈中游為壓鑄廠商；產業(yè)鏈下游為整機廠。目前國內一體壓鑄模式主要有車企自 供、第三方壓鑄廠合作兩種模式。目前除特斯拉采取自供外，其他主機廠大多采 取與壓鑄廠合作供應方案如蔚來汽車，亦有主機廠采取外購與自供兩條腿走路方 式如小鵬汽車。材料端免熱合金廠商不受一體壓鑄合作模式影響，可充分享受一 體壓鑄持續(xù)滲透的高景氣紅利。格局維度來看，免熱合金市場格局尚未穩(wěn)固，目 前一體化壓鑄行業(yè)在國內還處在早期發(fā)展階段，業(yè)務體量上沒有出現明顯的龍頭 公司。

3.5.1. 材料端免熱合金在一體化壓鑄整體技術中起到“穿針引線”的作用

免熱處理合金作為一體壓鑄成型技術的基礎，起到“穿針引線”的作用。在 一體化鑄件設計與制備過程中，需要綜合考慮零件特性，免熱處理材料特性，零 件模具結構，壓鑄工藝及機臺能力等。根據壓鑄周刊介紹，免熱處理高強高韌壓 鑄鋁合金材料作為一體化鑄件的關鍵一環(huán)，必須融入零件設計（大鑄件區(qū)域化性 能差異），模具設計（材料流動性與零件局部特征精細化設計）以及后續(xù)工藝優(yōu)化 （仿真模擬與工藝過程控制系統(tǒng)）等環(huán)節(jié)，才能實現高品質一體化鑄件的連續(xù)、 穩(wěn)定生產。

免熱處理合金服役性能數據庫為零件設計提供安全保障。大鑄件無法做到所 有位置性能一致，不同位置由于結構或充型的差異會產生不同的力學性能，零件 設計時在進澆口、遠澆口、合流或者填充流向改變的位置等這些本體性能較差的 區(qū)域賦予對應的服役性能數據庫，旨在仿真中得到零件真實受力，區(qū)分出大鑄件 不同區(qū)域的性能差異，零件設計時使某些成型之后性能偏弱的區(qū)域承受較小載荷， 性能較好區(qū)域作為關鍵的受力位置進行布置，為零件設計在仿真方面提供安全保 證。

材料性能品質影響鑄件產品良率，鑄件工藝成熟優(yōu)化提高材料容忍度。前期 鑄造過程模擬與工藝過程控制系統(tǒng)并舉護航鑄件連續(xù)穩(wěn)定生產。在前期的零件設 計階段，需要把準確的材料物性參數帶入到高精度的鑄造模擬過程中，可以識別 出哪些區(qū)域是薄弱點，在進行鑄造工藝的澆口布置、模流分析時，重點對薄弱且 關鍵的區(qū)域進行加強，提高鑄件的質量控制水平和良率。其次，需要有適合于免 熱處理合金特性的工藝控制系統(tǒng)，免熱合金工藝敏感性較高，需要材料廠商充分 了解免熱合金材料特性包括熔點、固相限等，并將特性充分反饋壓鑄工藝環(huán)節(jié)， 通過工藝的配合實現鑄件的連續(xù)穩(wěn)定生產。如免熱合金液相線較高，需較高澆筑 溫度或使用加熱料桶適當降低澆筑溫度，解決合金生產過程中熔體進入到料桶之 后由于溫降帶來的冷料預結晶缺陷問題，避免鑄件力學性能下降。此外，還需認 識到后端鑄件生產工藝的持續(xù)成熟可以提高免熱合金材料的性能及品質容忍度。 模具設計與免熱合金特性充分結合保障鑄件質量。因免熱處理液相線比較高 更容易形成預結晶缺陷，在模具設計時需有對應免熱處理合金特性的控制系統(tǒng)， 在流道附近及通過模擬找到在充型過程中的薄弱位置去設置集渣包收集冷料減少 預結晶組織，也可以改變澆道的形狀以及內澆口的厚度等盡可能阻擋冷料進入鑄 件，從而保證鑄件的質量，提高產品良率。同時，一體化大型壓鑄模具制作成本 高、試模費用高，利用模具設計控制系統(tǒng)，可以降低模具廠商開發(fā)風險與成本。

3.6. 一體化壓鑄發(fā)展初期，客戶資源壁壘高且為下一階段搶占市場關鍵

一體壓鑄處于發(fā)展初期，基于安全性考慮，主機廠嚴格選定材料廠商并限制 數目。一體化壓鑄行業(yè)剛剛興起，除特斯拉外，國內廠商處于摸索階段均沒有量 產經驗。汽車結構件對整車的安全、性能等優(yōu)重大影響，出于對汽車安全性與生 產經濟性考慮，新能源主機廠對一體化壓鑄技術應用的成功要求較高，對于材料 種類的選用較為謹慎，傾向于選擇具備應用與生產經驗的材料廠商，為保證質量 一致性與穩(wěn)定性，對于最終材料供應商的數目限制亦較為嚴格。主機廠試驗初期 可能選擇幾款材料，需依次通過本體測試、臺架測試、碰撞測試等一系列的驗證， 但到驗證后期只鎖定有限的幾款材料進行裝車、碰撞試驗。因此對于材料廠商來 說，初期能夠成為主機廠材料供應商，成為后續(xù)可以充分分享搭載車型放量紅利 的關鍵要素。

一體壓鑄材料認證流程復雜疊加需優(yōu)化匹配客戶零件特性，客戶粘性壁壘高 企。對于超大一體化壓鑄件，對應免熱合金材料應用驗證流程長，過程復雜，同 時合金的特性需不斷優(yōu)化與主機廠的零件特點相匹配。據中華壓鑄網的介紹， TechCastTM 正是結合 JDA1b 合金特性與華人運通一體化超大鑄件特點優(yōu)化獲得 的免熱處理壓鑄鋁合金。上海交大與合作方經過多輪研發(fā)攻關和零件驗證，在材 料開發(fā)、性能優(yōu)化、制造工藝和系統(tǒng)集成驗證等方面實現了 100%全流程正向開 發(fā)，保證材料壓鑄、力學等性能指標表現優(yōu)異。材料供應商轉換成本高，即使不 涉及設計變更，也需先確認產品材質、力學性能，再到系統(tǒng)供應商進行多種系統(tǒng) 臺架的試驗驗證，最終由主機廠進行多輪路試才能實施，面臨較大時間與費用成 本，因此，一體壓鑄前期主機廠一旦選定材料供應商，不會輕易更換，利好技術 強合作多的龍頭企業(yè)。

多壁壘依次突破周期較長，行業(yè)先發(fā)優(yōu)勢特征顯著。免熱合金行業(yè)需要依次 經歷研發(fā)轉換周期、配方專利保護周期、產品驗證及客戶導入周期，以立中集團 為例，從 2016 年開始研發(fā)免熱處理合金材料，并于 2020 年獲得發(fā)明專利授權。 此外，材料開發(fā)之后到最終零件的使用依然是較長的過程，材料廠商免熱合金產 品需要通過主機廠試制、驗證合格等流程，客戶驗證周期較長。時間為免熱合金 行業(yè)的天然壁壘，先發(fā)優(yōu)勢特征顯著。

3.7. 先發(fā)者材料體系不斷迭代豐富，有望拉大競爭優(yōu)勢

材料體系需不斷迭代豐富，以滿足未來汽車不同應用場景需求。材料為一體 壓鑄技術基礎，隨著未來一體壓鑄覆蓋中地板、電池箱體、電機殼體等部件，應 用場景不斷延展，技術上，鑄件大型化演繹、結構趨于復雜化，需要材料不斷迭 代更新，以適應汽車不同部件的性能需求。而且，材料迭代與客戶需求高度關聯(lián)， 客戶定制化屬性強。免熱合金材料的迭代升級趨勢順應客戶需求，產品開發(fā)環(huán)節(jié) 是客戶與材料廠商共同參與的過程以滿足主機廠定制化需求，進一步強化客戶粘 性。

據中華壓鑄網介紹，上海交大輕合金團隊材料體系不斷迭代豐富，目前已成 功開發(fā) 2 種合金體系 5 個亞型的免熱處理壓鑄鋁合金材料，其中 JDA1x 是 Al-Si-X 系、JDA2x 是 Al-Mg-X 體系，滿足不同應用場景下零部件的性能要求。 1. JDA1 體系合金已成功應用于乘用車、商用車領域十幾款支架類受力結 構件。其中，JDA1b 合金由于其優(yōu)異的鑄態(tài)強塑性主要批量應用于一體 化車身結構件，同時大量覆蓋原有材料熱處理型壓鑄鋁合金生產的車身 結構件。JDA1c 合金由于其較高的鑄態(tài)強度，特別是屈服強度，主要應 用于電機殼體等高強要求鑄件，從而增加零件設計過程中的結構優(yōu)化可 能性，改善零件在實際生產過程中出現尺寸變形，合格率低等問題。 2. JDA2 體系合金由于高強高韌特性主要應用于底盤類零件，滿足鑄件較 高沖擊、疲勞耐久要求。另外 JDA2 體系合金存在典型的薄壁效應，合 金在大型薄壁車身結構件領域應用前景廣泛。

行業(yè)前期競爭核心在于：材料廠商基于產品優(yōu)勢建立客戶資源壁壘，占據先發(fā)優(yōu)勢。當前一體化壓鑄技術尚處于發(fā)展初期，產業(yè)鏈尚不完善，技術能力強、 具備自主知識產權與可量產能力的免熱合金材料廠商，憑借產品優(yōu)勢通過主機廠 驗證，能夠在第一階段進入小批量或是未來進入批量化應用，建立客戶資源壁壘， 為下一階段搶占市場奠定堅實基礎，預計具有先發(fā)布局優(yōu)勢的材料廠商將持續(xù)進 行產品迭代升級和提效降本，強化產品性價比優(yōu)勢，并與產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)持續(xù)加強 合作，逐步搭建起穩(wěn)定生態(tài)，建立深厚行業(yè)護城河。未來隨著一體化壓鑄市場快 速擴容，先發(fā)布局的材料廠商有望獲得份額保障，充分分享市場紅利。

4.重點公司分析

4.1. 立中集團：免熱合金先行者，攜手文燦劍指一體壓鑄廣闊藍海

鋁材全產業(yè)鏈龍頭，加碼鋰電新材料實現多元業(yè)務協(xié)同閉環(huán)。立中集團是一 家輕合金新材料和汽車輕量化零部件全球供應商，主營中間合金、再生鑄造鋁合 金材料和鋁合金車輪產品三大業(yè)務，各業(yè)務板塊均為細分行業(yè)龍頭，也是行業(yè)內 唯一一家擁有熔煉設備研發(fā)制造、再生鑄造鋁合金研發(fā)制造、功能中間合金研發(fā) 制造、車輪模具研發(fā)制造、車輪產品設計和生產工藝技術研究制造完整產業(yè)鏈的 公司。此外公司持續(xù)多元布局鋰電新材料領域，為公司的功能合金新材料產品提供穩(wěn)定的原材料質量和供應保障；同時，立中集團已建成的危廢處理產能，將有 效解決公司三大板塊的鋁灰處理問題，形成產業(yè)鏈閉環(huán)。

鑄造合金產能多元布局，具備規(guī)模與區(qū)域優(yōu)勢。截至 2022 年中報，公司擁 有再生鋁鑄造鋁合金產能 130 萬噸，功能合金總產能 11 萬噸，鋁合金車輪產能 2000 萬只，車輪模具產能 1200 套，車輪組裝能力 300 萬套。其中，公司在天津、 河北保定、吉林長春等地區(qū)建有鑄造鋁合金材料生產基地，產品銷售覆蓋國內主 要汽車產業(yè)生產集群地，規(guī)模和區(qū)域優(yōu)勢明顯。

免熱處理合金性能優(yōu)異，專利奠基未來大規(guī)模應用。立中集團 2016 年開始 立項免熱處理合金項目的研發(fā)，通過材料成分配比、工藝路線設計、性能指標設 定、過程能力保障等方面進行了設計和研究，于 2020 年申請并相繼獲得了國家 發(fā)明專利證書，并榮獲鈴軒獎的“前瞻類新材料優(yōu)秀獎”。除此之外，為保證公司 免熱合金材料在下全球市場的順利應用，公司已完成了《鋁合金機構件專利風險檢索分析（FTO）報告》，公司的免熱合金專利通過篩選、比對、分析國內外相關 領域專利 448 件，確定公司技術方案均未落入上述專利的保護范圍，進一步保證 了公司免熱處理合金技術在全球范圍內的自由使用和開發(fā)，并使通過該技術生產 的產品投入市場時能夠受到保護，為未來大規(guī)模的應用打下堅實基礎。

客戶資源協(xié)同優(yōu)勢：其他業(yè)務積累豐富優(yōu)質新能源客戶。公司的鑄造鋁合金 材料是蔚來、小鵬等造車新勢力的二級供應商。鋁合金車輪亦為蔚來、理想、小 鵬、威馬、華人運通及牛創(chuàng)等多家新能源車企配套服務，并完成了比亞迪某新能 源車型的項目定點和某國際頭部新能源車企的工廠認證。良好的新能源客戶資源 為公司的免熱處理合金市場推廣奠定了堅實的基礎。公司的免熱處理材料已于 2020 年 12 月小批量生產，用于生產某國際高端品牌新能源汽車電池包上的電池 支架結構件。2022 年 2 月，公司被國內某新能源車企選定為 150KWh 免熱電池 包下箱體（低壓鑄造）材料唯一供應商，后期同步驗證 100KWh 真空壓鑄免熱電 池包下箱體。 強強聯(lián)合，攜手文燦劍指一體壓鑄廣闊藍海。2022 年 6 月，公司與文燦集團 簽署《戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》，在新能源汽車的大型一體化車身結構件、一體化鑄造 電池盒箱體等產品的材料開發(fā)和工藝應用領域建立了戰(zhàn)略合作關系。其中立中負 責材料配方的研發(fā)，文燦股份負責研發(fā)應用工藝條件。雙方合作互為獨家，在立 中集團能滿足文燦股份產能需求的前提下，文燦將優(yōu)先向客戶推薦用立中集團材 料生產文燦集團產品。文燦是特斯拉之后第一個研發(fā)和即將量產一體化大型鑄件 的行業(yè)領軍企業(yè)，客戶資源優(yōu)質涵蓋國內外知名整車廠商及零部件廠商，如奔馳、 特斯拉、新勢力等。借力文燦優(yōu)質客戶資源、設備優(yōu)勢及行業(yè)地位推動立中集團 免熱材料加速量產與應用推廣。

15.8 億可轉債募集為業(yè)務擴張保駕護航。2022 年 8 月公司擬發(fā)行可轉債募 集資金總額不超過 15.8 億元。山東立中新能源鋰電新材料項目（一期）將進一步 完善公司上游氟硼酸鉀、氟鈦酸鉀、氟鋯酸鉀等氟化鹽的產業(yè)鏈建設，六氟磷酸 鋰、雙氟磺酰亞胺鋰和電子級氟化鈉產品將推動在新能源汽車鋰離子和鈉離子電 池材料方面的市場布局，據公司公開投資者關系活動記錄，該項目已于 2021 年 7月注冊成立，能評、安評和環(huán)評均已獲得正式批復，并已成功申請了省重點項目， 目前項目已開始施工建設，主要生產設備已簽訂采購合同，訂單業(yè)務已開始洽談； 墨西哥立中年產 360 萬只超輕量化鋁合金車輪項目已取得項目用地土地使用權證 以及墨西哥當地項目建設所需相關審批文件；免熱處理、高導熱、高導電材料研 發(fā)中心項目。其中，公司免熱處理等材料研發(fā)中心項目建成后將以鋁合金鑄造工 藝為基礎，推動免熱鋁合金、高硅鋁彌散復合新材料、高導熱及高導電鋁合金技 術的不斷創(chuàng)新，打破國外在該領域的產品壟斷和技術封鎖，實現新型鋁合金材料 的國產化，為公司業(yè)務的進一步發(fā)展提供新的突破口。

4.2. 永茂泰：潛龍在淵，一體化壓鑄材料龍頭

公司“鋁合金+汽車零部件”為主業(yè)、上下游一體化發(fā)展。公司主要從事汽車 用鋁合金和汽車用鋁合金零部件的研發(fā)、生產和銷售。公司 2002 年 8 月成立時 主要從事鋁合金業(yè)務，并于 2003 年開始進入下游汽車零部件行業(yè)，逐步加大對 汽車用鋁合金零部件業(yè)務的投入，形成了以“鋁合金+汽車零部件”為主業(yè)、上下 游一體化發(fā)展的業(yè)務格局。公司以純鋁、廢鋁、硅、銅等為主要原材料，通過熔 煉、成份調整、精煉等生產工序，生產各種牌號的鋁合金錠和鋁合金液；主要通 過壓鑄、澆鑄和機加工等工藝生產汽車用鋁合金零部件。

公司短期擴 36 萬噸產能，迎接行業(yè)上行周期。公司積極布局免熱材料產能， 迎接行業(yè)景氣周期。為充分利用和發(fā)揮公司在鋁合金深加工產業(yè)已有優(yōu)勢，延伸 鋁合金深加工產業(yè)鏈，推動綠色鋁材一體化產業(yè)快速發(fā)展，迎接行業(yè)景氣周期， 公司和云南省文山壯族苗族自治州硯山縣人民政府就公司在硯山縣投資建設年產20 萬噸硅鋁合金及深加工項目達成合作協(xié)議。預計總投資約 5 億元左右，項目分 四期建設，每期建設 5 萬噸硅鋁合金項目，產品主要為多種中高端應用領域高性 能鋁合金，包括免熱處理高延伸率鋁合金、高屈服高延伸鋁合金、高熱導率鋁合 金等。2022 年 7 月，公司子公司安徽永茂泰投資高性能鋁合金材料項目（再生鋁 新材料 10 萬噸/年、鋁合金液 6 萬噸/年），投資金額 5.7 億元，項目建設期 2 年。

目前到 2025 年公司產能規(guī)劃為 60 萬噸左右，迎接行業(yè)景氣釋放。公司計劃 到 2025 年合計建成約 60 萬噸高性能鋁合金材料產能，長期盈利能力有望進一步 增厚。預測到 2025 年，鋁合金錠和鋁合金液的產能分別為 40 萬噸/19 萬噸。

汽車零部件客戶資源穩(wěn)定，新能源零部件業(yè)務持續(xù)拓展。公司主要通過壓鑄、 澆鑄和機加工等工藝生產汽車用鋁合金零部件，主要產品包括汽車發(fā)動機下缸體、 汽車發(fā)動機油底殼等。汽車零部件供應商須通過整車廠商嚴格的合格供應商體系認證，才能與整車廠商建立正式合作關系。經過多年的發(fā)展，公司已與一汽大眾、 上汽集團、上汽通用、上汽大眾等主要整車廠商建立了穩(wěn)定的戰(zhàn)略合作關系，具 備了與大眾、通用等知名整車廠的同步開發(fā)能力，承接了多項為整車廠商配套的 汽車零部件開發(fā)項目。

公司早在 2012 年就與上海交大共同研發(fā)高強韌壓鑄鋁合金材料。在壓鑄非 熱處理狀態(tài)下可獲得屈服強度達 160MPa、抗拉強度達270MPa、延伸率達 7％ 的高強度與高韌性兼顧壓鑄鋁合金，并且具有良好的壓鑄性能，極大地滿足了汽 車行業(yè)零部件的應用需求，于 2019 年申請了發(fā)明專利“一種高強韌壓鑄鋁合金 及其制備方法”，2020 年授權（專利號 ZL201910228703.2）。產品用于大眾汽車 發(fā)動機油底殼，2013 年開始已連續(xù)多年大批量供貨。此外，公司正在自主研發(fā)或 與高校、下游汽車零部件客戶合作研發(fā)的高熱導率鋁合金材料、免熱處理高強高 韌鋁合金材料、免熱處理高延伸率鋁合金材料、高強度一體化壓鑄鋁合金材料， 產品具有更高的延伸率，抗拉強度、屈服強度等綜合性能良好，部分材料處于向 汽車零部件客戶送樣、試制階段，最終應用包括新能源汽車、傳統(tǒng)燃油車、5G 通 訊等。

2022 年 9 月 13 日，永茂泰發(fā)布公告，公司與鳳陽愛爾思輕合金精密成型有 限公司就愛爾思授權永茂泰對“非熱處理自強化鋁硅合金及其制備工藝（簡稱 “JDA 系列”）”的加工和銷售及使用簽訂《合作協(xié)議》。該 JDA 系列的專利權人 為愛爾思和上海交通大學。永茂泰表示，本次協(xié)議的簽訂有利于加快公司在大型 一體化壓鑄免熱處理鋁合金材料領域的布局，把握市場機遇，提升公司的市場占有率和盈利能力。

4.3. 廣東鴻圖：業(yè)務聚焦為鋁壓鑄龍頭賦能

公司深耕汽車精密零部件領域 20 余年，壓鑄板塊是國內汽車精密鋁合金零部 件細分領域的龍頭企業(yè)，業(yè)務規(guī)模、技術工藝和產能裝備水平等綜合實力均位居 國內行業(yè)前列。公司協(xié)同原材料、關鍵設備、模具工裝、零件制造、部件集成等 產業(yè)鏈各價值環(huán)節(jié)創(chuàng)新要素，積極探索汽車全產業(yè)鏈布局，提供汽車輕量化整體 解決方案。在處置轉讓競爭優(yōu)勢不明顯或協(xié)同效應較弱的業(yè)務后，公司集中聚焦 于精密輕合金零部件成型制造和汽車內外飾產品制造兩大主要業(yè)務板塊。 公司在保證傳統(tǒng)汽車生產能力的同時新增蔚來汽車、寧德時代、小鵬汽車、 廣東和勝等重要客戶，積極開拓新能源汽車市場并加快產品轉型升級。2021 年新 能源汽車總成件銷售收入 38,787 萬元，占壓鑄板塊產品營收比例 9.92%；內外飾 板塊成功進入上汽通用出風口供應鏈體系，實現新能源汽車產品銷售收入 8,631 萬元，占內外飾產品營收比例為 5%。

2022 年 8 月董事會審議通過《關于與奧興投資成立合資公司的議案》，同意 公司出資 8600 萬與成都奧興投資有限公司成立合資公司開展汽車壓鑄業(yè)務和機 加工業(yè)務，公司持有合資公司奧興科技 66%股份，并通過合資公司持有柳州奧興 （含其全資子公司成都奧興汽配制造有限公司、四川省西冶奧興鑄造有限公司） 51%股權、德潤匯創(chuàng)（含其控股子公司成都德潤鴻創(chuàng)科技有限公司）85%股權。 本次交易將獲得子公司在成都和柳州的產能基地及所擁有的熔煉、能耗指標，快 速實現公司在西南區(qū)域產能布局，進一步提升市場占有率和盈利能力。

2022 年 1 月，公司新增的 6800T 壓鑄單元正式投產，1 月 22 日，廣東鴻圖、 力勁科技集團、廣州型腔及鴻勁金屬鋁業(yè)四家企業(yè)就全球最大 12000T 超級智能 壓鑄單元研發(fā)合作項目簽約，這意味著廣東鴻圖將可實現更大體積一體化壓鑄產品的研發(fā)與制造，進一步鞏固廣東鴻圖在一體化壓鑄技術方向的領先優(yōu)勢，同時 廣東鴻圖將向力勁科技集團采購包括 2 套 12000T 壓鑄單元在內的 8 套大型及超 大型智能壓鑄單元。9 月 19 日，廣東鴻圖聯(lián)合力勁集團成功舉行了 12000T 超大 型智能壓鑄單元發(fā)布儀式，在同時舉辦的中國國際鑄造博覽會中，廣東鴻圖與客 戶同步設計開發(fā)生產的新能源汽車電池托盤憑借 6800 噸超大型一體化精密壓鑄 工藝、多通道高真空壓鑄技術與模溫精確控制技術等多方面優(yōu)點獲得了評委專家 的高度認可，自 140 余家企業(yè)的近 200 件參評展品中脫穎而出獲得了“優(yōu)質鑄件 金獎特別獎”榮譽稱號。