報告出品/作者：信達(dá)證券、陳陸敏、曹子杰

以下為報告原文節(jié)選

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一、 汽車輕量化大勢所趨，鋁合金材料優(yōu)勢突出

1.1 政策直接推動+電動化要求，汽車輕量化大勢所趨

1.1.1 政策要求推動汽車輕量化

政策直接推動汽車輕量化發(fā)展，純電動車減重需求更為迫切。2020 年汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖 2.0》，要求燃油乘用車整車輕量化系數(shù)于 2025、2030、2035 年降低 10%、18%、25%，純電動乘用車整車輕量化系數(shù)降低 15%、25%、35%，客車整車輕量化系數(shù)降低 5%、10%、15%。汽車輕量化的公式為，其中 L 為車身輕量化系數(shù)，m 為白車身骨架重量（不包含四門兩蓋及前后擋風(fēng)玻璃），k TG 為白車身靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度，A 為白車身四輪的正投影面積（即輪距×軸距）。由于白車身靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度和白車身四輪的正投影面積 難以大幅度降低，因此整車輕量化系數(shù)的降低主要取決于白車身骨架重量的降低，其中政策對純電動乘用車的要求最高，純電動乘用車減重需求最為迫切 。

政策要求燃油車節(jié)能減排，也間接推動汽車輕量化發(fā)展 。2020 年汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖 2.0》要求貨車油耗于 2025、2030、2035 年較 2019 年降低 8%-10%、10%-15%、15%-20%，客車油耗降低 10%-15%、15%-20%、20%-25%；乘用車總體新車平均油耗在 2025、2030、2035 年分別為 4.6L/km、3.2L/km、2.0L/km，其中傳統(tǒng)乘用車新車為 5.6L/km、4.8L/km、4.0L/km，混動乘用車新車為 5.3L/km、4.5L/km、4.0L/km。 這一方面是要求節(jié)能在 與新能源汽車的占比提高，汽車工業(yè)協(xié)會的目標(biāo)是節(jié)能汽車與新能源汽車在2035 年各占 50 % ；另一方面也是要求汽車本身節(jié)能減排，由于汽車輕量化能夠顯著降低汽車油耗，因此間接推動了汽車輕量化的發(fā)展。

1.1.2 輕量化幫助燃油車節(jié)能減排，助力電動車提升續(xù)航里程

燃油車減重能夠降低油耗，電動車減重則可以增加續(xù)航里程。汽車行駛過程中會受到加速+爬坡阻力、滾動阻力和空氣阻力，分別占汽車受到阻力的 35%、40%和 25%，其中加速+爬坡阻力、滾動阻力與車身重量成正相關(guān)。對于燃油車來說，整車減重 10%可以降低 6%-8%的燃油消耗、降低 4%的排放、減少 5%的制動距離、減少 6%的轉(zhuǎn)向力、提升 8%的百公里加速度；對于電動車來說，根據(jù)《電動汽車—能量消耗率和續(xù)駛里程—試驗方法》和汽車功率平衡方程式，可知其消耗的功率 P 與汽車重量 m 正相關(guān)，而續(xù)航里程 S 則與汽車重量 m 負(fù)相關(guān)，數(shù)據(jù)表明電動車減少 2kg 可以提升 1.5%的續(xù)航里程，減重 150kg 則可以提升 12%的續(xù)航里程。

1.1.3 電動車的 “ 里程焦慮 ” 加速了輕量化進(jìn)程

電動車電池系統(tǒng)更重， “里程焦慮”推動汽車輕量化 。傳統(tǒng)的燃油車發(fā)動機(jī)的重量較輕，最常用的 4 缸發(fā)動機(jī)的重量在 90-160kg，6 缸發(fā)動機(jī)的重量在 140-200kg，8 缸發(fā)動機(jī)的重量在 180-320kg。以寶馬 3 系為例，其采用四缸發(fā)動機(jī)，整備質(zhì)量為 1587kg，發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的重量占比約為 5.7%-10.1%。根據(jù)最新的 2022 年第 8 批《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》的數(shù)據(jù)，電動車電池的重量在 209-669kg，電池重量占比在 15.1%-28.3%之間，并且隨著電動車?yán)m(xù)航里程的提高，電池重量和整備重量有提高的趨勢。 在“里程焦慮”背景下， 電動車對輕量化的需求更為迫切， 減重也是提高電動車?yán)m(xù)航里程、降低電池成本的重要途經(jīng)。

1 .2 鋁合金是汽車輕量化的關(guān)鍵材料

材料輕量化的效果最顯著，是汽車輕量化的主要方法。汽車輕量化的方法分為結(jié)構(gòu)輕量化、工藝輕量化和材料輕量化。 結(jié)構(gòu)輕量化是指通過符合要求強(qiáng)度的最優(yōu)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)材料使用的最小化； 工藝輕量化是指使用比現(xiàn)有材料更精細(xì)的加工來減少材料的使用量； 材料輕量化是指用輕量化材質(zhì)來代替現(xiàn)有鋼材，或者使用部分結(jié)合的方式實現(xiàn)輕量化。一般汽車中各材料的使用比例為：鋼鐵占 64%，高分子及復(fù)合材料占 9%，鋁占 8%，彈性材料占 4%，玻璃占 3%，銅占 2%，其他材料占 10%。分結(jié)構(gòu)來看，以鋼材為主材的動力總成、車身、底盤以及懸掛部分重量占比超過整車的 70%。因此，材料輕量化是效率最高、效果最顯著的輕量化方式。

鋁合金、鎂合金、碳纖維密度遠(yuǎn)低于鋼，是常見的輕量化材料。汽車常用的材料有鋼、鋁合金、鎂合金和碳纖維，其中鋼是汽車的主要材料，但是其密度高、重量大，需要使用輕量化材料替代。鋁的密度大約為鋼的三分之一，具有導(dǎo)熱率高、耐腐蝕好、加工性能優(yōu)良等優(yōu)點，并且鋁合金比鋼更能吸收碰撞能，大約是鋼的 2 倍，能夠有效提高汽車的碰撞安全性；鎂的密度為鋁的三分之二，鋼的四分之一，是實際應(yīng)用中質(zhì)量最輕的有色金屬材料，具有很高的比強(qiáng)度和比剛度，還具有阻尼減震、散熱性好和容易回收等優(yōu)點；碳纖維材料的密度較鋁更低，具有耐腐蝕、比強(qiáng)度和比剛度高等優(yōu)點。

鋁合金密度小，價格較低，適合作為汽車輕量化的替代材料 。傳統(tǒng)汽車使用普通鋼，輕量化的替代材料主要有高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、金屬+碳纖維和碳纖維，其中碳纖維價格過高，使用量較少。價格上，2022 年 10 月 10 日我國鎂錠、鑄造鋁合金、螺紋鋼的價格分別為 27000、20300、4090 元/噸，鋁的價格約為生鐵的 5.0 倍，鎂的價格約為生鐵的 6.7 倍。
結(jié)合大眾、奧迪等歐洲品牌的輕量化技術(shù)路線來看，使用鋁合金能夠降低車身 40%的重量，鎂合金能夠降低車身 49%的重量。 我們認(rèn)為鋁、鎂均適合作為汽車輕量化的替代材料，其中鋁的價格較低，輕量化比率完全符合汽車工業(yè)協(xié)會 2 25 035 年的要求，是一種性價比較高的選擇。

參考飛機(jī)輕量化過程，飛機(jī)輕量化經(jīng)歷了鋼→ 鋁 → 復(fù)合材料的過程。在第一階段，飛機(jī)的結(jié)構(gòu)較為簡單，主要用到的材料有木材、蒙布、金屬絲、鋼索等，早期飛機(jī)用木三夾板、木條等來做飛機(jī)大梁和飛機(jī)骨架，采用亞麻布做機(jī)翼的翼面；在第二階段，許多國家逐漸用鋼管代替木材做機(jī)身骨架，用鋁板做蒙皮，制造出全金屬結(jié)構(gòu)飛機(jī)；在第三階段，美國道格拉斯公司出產(chǎn)的 DC-T 機(jī)發(fā)動機(jī)的防火壁和短艙上首次使用了鈦材，后期鈦合金開始被應(yīng)用于飛機(jī)上，主要是發(fā)展航空發(fā)動機(jī)用的高溫鈦合金和機(jī)體用的結(jié)構(gòu)鈦合金；在第四階段，機(jī)體主要是鋁、鈦、鋼、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。以鋁為主；在第五階段，機(jī)體主要是復(fù)合材料、鋁、鈦、鋼結(jié)構(gòu)，以復(fù)合材料為主。 對比飛機(jī)輕量化的發(fā)展歷程，我們認(rèn)為當(dāng)前階段汽車輕量化的核心材料為鋁。

純電動車鋁材滲透率快速提高，未來十年間單車用鋁量翻倍增長。根據(jù)國際鋁業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)，純電動車整體單車鋁用量、滲透率均高于燃油車，具體而言，2018 年 純電動車單車鋁用量為 128.4kg，整體滲透率為 31%，預(yù)計 2025 年單車鋁用量為 226.8kg，整體滲透率達(dá)到 50%，2030 年單車鋁用量進(jìn)一步提升至 283.5kg，滲透率為 56%，細(xì)分來看，2018-2030 年底盤和懸架、車輪和制動器、車身封閉件絕對鋁用量提升較大；2018 年 燃油車單車鋁用量為 118.7kg，滲透率為 24%，預(yù)計 2025 年單車鋁用量為 179.8kg，滲透率達(dá)到 38%，2030 年進(jìn)一步提升至222.8kg，滲透率為 44%，細(xì)分來看，2018-2030 年車身結(jié)構(gòu)、底盤和懸架絕對用鋁量提升較大。

汽車鋁材市場廣闊，2030 年有望達(dá)到 3292億元。市場規(guī)模的測算基于以下假設(shè)：1）2021年我國新能源汽車的銷量為 352 萬輛，我們預(yù)計 2030 年達(dá)到 1909 萬輛，年復(fù)合增速為 21%，其中混動約為純電動汽車銷量的四分之一，燃油車銷量隨新能源汽車的滲透率提高而下滑，2030 年銷量為 748 萬輛；2）根據(jù)國際鋁業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021 年純電動、混動、燃油車的單車鋁用量分別為 173、207、145 千克，預(yù)計 2030 年分別達(dá)到 284、265、223 千克；3）我們預(yù)計 2022 年汽車鋁材價格為 44 元/千克，整體呈波動上行的態(tài)勢。波動上行是因為鋁一般由電解制成，電解是高耗能工藝，能耗雙控大背景下鋁產(chǎn)能受限，需求不斷提升，因此未來鋁價中樞有望提升。綜上所述可得 2021 年純電動、混動、燃油車汽車鋁材的市場規(guī)模為 232、69、1569 億元，2030 年分別為 2033、476、783 億元，年復(fù)合增速分別為 27%、23%、-7%，汽車鋁材總規(guī)模從 2021 年的 1870 億元增長至 2030 年的 3292 億元，年復(fù)合增速為 6%。
我們認(rèn)為汽車鋁材市場處于藍(lán)海市場，整個市場空間有望達(dá)到 3000多億元，在汽車電動化， 的大背景下，純電動車、混動車的鋁材的成長性更好，22021-2030 年 年復(fù)合增速有望超 22%

二、 一體化壓鑄新趨勢，汽車車身制造迎來大變革

2.1 傳統(tǒng)車身制造工藝難以適應(yīng)鋁合金用量提高的趨勢

傳統(tǒng)汽車主要使用鋼材， 車身制造主要由沖壓、焊裝、涂裝以及總裝四大工藝構(gòu)成。沖壓：利用壓機(jī)對鋼板施加壓力，使其模具中成型。主機(jī)廠的沖壓車間主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)高質(zhì)量要求的大型外覆蓋件(側(cè)圍、發(fā)動機(jī)蓋、翼子板、門外板等)；內(nèi)部的結(jié)構(gòu)件由各零部件供應(yīng)商負(fù)責(zé)制造，主機(jī)廠采購。 焊裝：沖壓好的車身板件局部加熱或同時加熱、加壓而接合在一起形成車身總成。 涂裝：對焊接完成后的車身總成進(jìn)行防腐和噴漆處理，起到保護(hù)和裝飾作用。 總裝：將車身、發(fā)動機(jī)、變速器、儀表板、車燈、車門等構(gòu)成整輛車的各零件裝配起來生產(chǎn)出整車。

傳統(tǒng)車身制造工藝有車身重、靈活度低、成本高、 效率低 、 零件強(qiáng)度 低等痛點 ，難以適應(yīng)鋁合金用量提高的趨勢。車身結(jié)構(gòu)件較多，傳統(tǒng)車身制造工序較為復(fù)雜，具體包括了發(fā)動機(jī)蓋、翼子板、車門、側(cè)圍等大型外覆蓋件的沖壓，并將覆蓋件與結(jié)構(gòu)件焊接形成白車身總成，共計由 300-500 個零部件構(gòu)成，焊接點位高達(dá) 4000-6000 個。傳統(tǒng)車身制造工藝存在以下痛點：1）車身重：傳統(tǒng)工藝加工鋁合金難度高，全鋁車身普及受限；2）靈活度低：造型靈活度低，難以進(jìn)行多零件一體成型；3）成本高：數(shù)百個零部件+數(shù)千個焊點導(dǎo)致設(shè)備成本（主要指模具）、制造成本、人力成本較高；4）效率低：眾多零件生產(chǎn)和焊接工序耗費(fèi)大量時間，生產(chǎn)效率低；5) 零件強(qiáng)度低：材料本身強(qiáng)度低以及多零件安裝焊接強(qiáng)度更低。

鋁合金焊接復(fù)雜，現(xiàn)有工藝難度大，成本高。鋁合金具有表面的氧化層熔點較高等特性，采用傳統(tǒng)熔化焊存在熱輸入過大引起的變形、氣孔、焊接接頭系數(shù)低等問題，同時由于型材的厚度、斷面都各不相同，在焊接時就產(chǎn)生了很多種組合，尤其在厚度差異很大時，熱輸入非常難以控制，因此傳統(tǒng)焊接工藝無法滿足鋁合金材料的連接要求。目前采用的解決方法一類是發(fā)展先進(jìn)焊接技術(shù)，包括主流的摩擦攪拌焊以及更加先進(jìn)的激光焊，另一類是發(fā)展新型連接技術(shù)包括沖鉚技術(shù)、螺栓自擰緊技術(shù)和膠接技術(shù)，但采用新型焊接和連接技術(shù)的方案在提高工藝難度的同時還會增加設(shè)備和時間成本。以奧迪 A8 為例，其車身結(jié)構(gòu)材料中 70%為鋁合金，20%為熱成型鋼，鎂合金和其他材料的比例不超過 2%；為使鋁合金和熱成型鋼材等材料實現(xiàn)鏈接，其采用了 16 種連接技術(shù)，復(fù)雜的連接工藝增加了制造難度，提高了制造成本。

2.2 一體化壓鑄重塑車身制造工藝

汽車鋁合金加工工藝分為鑄造和形變，其中鋁鑄件的用量最高。鑄造鋁合金是指將鋁合金加熱至熔融狀態(tài)，流入模具中冷卻成型后加工成汽車零部件； 形變鋁合金是指通過沖壓、彎曲、軋制、擠壓(非擠壓鑄造)等工藝使其組織、形狀發(fā)生變化的鋁合金。實際應(yīng)用中鑄造鋁合金一般用于結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的部件，例如發(fā)動機(jī)氣缸、汽車搖臂、輪轂、變速箱殼體等耐久性要求高、結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的位置，形變鋁合金則適用于結(jié)構(gòu)較為簡單、對機(jī)械性能要求更高的汽車部位。根據(jù)《鋁合金在新能源汽車工業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望》的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2017 年我國鑄造鋁合金約占汽車鋁合金市場份額的 77%，形變鋁合金的市場份額則為 23%。

鋁合金壓鑄具有產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效果優(yōu)良的優(yōu)勢。壓鑄是鑄造工藝中最成熟、效率最高的制造技術(shù)之一，目前在汽車鑄件中占比超 70%。 產(chǎn)品質(zhì)量好：鋁鑄件尺寸精度高，表面光潔度好，強(qiáng)度和硬度較高，強(qiáng)度一般比砂型鑄造提高 25-30%，但延伸率降低約 70%，尺寸穩(wěn)定，互換性好，并且可壓鑄鋁薄壁復(fù)雜的鑄件。 生產(chǎn)效率高：鋁鑄件的壓鑄模使用次數(shù)多且適用于大批量生產(chǎn)，例如國產(chǎn) JⅢ3 型臥式冷空壓鑄鋁機(jī)平均八小時可壓鑄鋁 600-700 次，小型熱室壓鑄鋁機(jī)平均每八小時可壓鑄鋁 3000-7000 次。 經(jīng)濟(jì)效果優(yōu)良：由于壓鑄鋁件尺寸精確，表泛光潔等優(yōu)點，一般不再進(jìn)行機(jī)械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金屬利用率，又降低了加工設(shè)備的用量和人員工時。

高壓壓鑄是生產(chǎn)鋁鑄件的常用工藝，流程可分為合模、配湯、 射出、開模、產(chǎn)品頂出等，是指將液態(tài)或半固態(tài)金屬或合金，或含有增強(qiáng)物相的液態(tài)金屬或合金，在高壓下以較高的速度填充入壓鑄型的型腔內(nèi)，并使金屬或合金在壓力下凝固形成鑄件的鑄造方法。壓鑄時常用的壓力為 4～500MPa，金屬充填速度為 0.5—120m/s。金屬液的充型時間極短，約0.01—0.2 秒（須視鑄件的大小而不同）內(nèi)即可填滿型腔，高壓、高速是壓鑄法與其他鑄造方法的根本區(qū)別，也是重要特點。

高壓壓鑄鋁鑄件力學(xué)性能較弱 ， 業(yè)內(nèi)有降低壓力、降低速度、減少空氣含量 三種技術(shù)升級路線 。高壓壓鑄工藝具有成型精密、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，但由于高速壓射時模具型腔中的氣體不能被有效排除，會形成氣孔缺陷，導(dǎo)致鑄件力學(xué)性能相對較弱。為了滿足汽車零部件的性能與質(zhì)量要求，業(yè)內(nèi)產(chǎn)生了降低壓力、降低速度或者減少空氣含量三種主要技術(shù)升級路徑，其中低壓/差壓壓鑄通過降低填充壓力以提高鑄件內(nèi)部質(zhì)量，設(shè)備操作難度增加，工藝效率有待提升；超低速壓鑄可降低工藝壓射速度，但生產(chǎn)效率大幅降低，且會對后續(xù)清理工作帶來困難；真空壓鑄減少型腔中空氣含量，設(shè)備成本較高，對工藝技術(shù)要求高。

一體化壓鑄 采用超高 真空高壓壓鑄工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)多個鋁合金零件的一體化成型。 一體化壓鑄是指采用特大噸位壓鑄機(jī)，將多個單獨(dú)、分散的零部件高度集成，壓鑄一次成型為幾個大型鋁鑄件，從而替代多個零部件先沖壓再焊接或鉚接組合的方式。 一體化壓鑄是對傳統(tǒng)壓鑄工藝的全方位升級：1）生產(chǎn)效率高：大型壓鑄機(jī)一次壓鑄加工時間通常在 80-90 秒，每小時能夠完成 40-45 個鑄件生產(chǎn)，每天生產(chǎn)鑄件數(shù)接近 1000 個，而傳統(tǒng)加工流程需要 1-2 小時，優(yōu)勢明顯；2）材料回收利用率高：廢料回收可直接融化，重新鑄造，回收利用率約 95%；3）維護(hù)成本較低：無需排查每個零部件的制造狀態(tài)，節(jié)約大量人力和時間；4）品控進(jìn)一步提升：零部件數(shù)量減少使得誤差累計大幅減少。

一體化壓鑄能夠顯著降低傳統(tǒng)鋁合金加工工藝的連接成本。根據(jù)信公咨詢數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)鋼制車身的重量約為 350-350kg，當(dāng)前鋼材價格約為 8 元/kg，預(yù)計全鋼車身材料成本為 2800-3600元，白車身焊接點以 3000 個進(jìn)行計算，每個焊接點焊接成本 0.2 元，連接成本 600 元，合計成本在 3400-4200 元；以鋁合金用料多的奧迪 A8 做測算，假設(shè)鋼鋁混合車身、全鋁車身的重量分別為 280、200-250kg，當(dāng)前鋁合金的單價為 20 元/kg，每個焊接點焊接成本為 0.65元，以此推算出鋼鋁混合沖焊車身、全鋁沖焊車身、一體化壓鑄鋁合金車身的綜合成本分別為 5666、5950-6950、4195-5195 元， 一體化壓鑄鋁合金車身工藝 通過減少焊接點顯著降低了加工成本。

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