杏彩官方网址:汽车行业一体化压铸深度研究：轻量化需求高增一体化压

　　“双碳”目标下，政策对于汽车百公里油耗提出要求。2020 年 10 月，中国 汽车工程学会牵头组织编制的《节能与新能源汽车技术路线》发布，对各种 类型的汽车每百公里油耗提出了要求，预计在 2030 年，我国新能源汽车占到总销 量 40%，乘用车百公里油耗达 3.2L，响应“双碳”目标。从燃油车角度来看，汽 车的平均油耗与整车质量呈正相关，汽车轻量化对于降低传统车油耗具有积极促 进作用。据研究数据，汽车重量每减轻 10%，最多可实现节油 5-10%；汽车整备 质量每减少 100 千克，百公里油耗可降低 0.3-0.6 升。

　　新能源续航需求加速轻量化。国内汽车新能源化进程提速，据乘联会数据， 2017-2021 年，中国新能源汽车的市场渗透率从 2.7%大幅增长至 13.4%，渗透 率于 2022 年达到历史新高 27.6%。新能源渗透率持续走高，但“里程焦虑”仍限 制消费者购买新能源汽车。一般来说，传统内燃机车加满油可以行驶 500 公里以 上，而大部分电动车的续航里程在 300-500 公里左右，仍然存在差距。解决里程 焦虑包括：1）提升电池能力密度。《我国制造 2025》明确了动力锂电池的展开 规划：2020 年，电池能量密度抵达 300Wh/kg；2025 年，电池能量密度抵达 400Wh/kg；2030 年，电池能量密度抵达 500Wh/kg。电池能量密度短期内较难 提升；2）增加电池组数量并减重。与传统能源汽车相比，新能源汽车由于搭载三 电系统，往往比燃油车重 10%，增加电池组数量可提升续航里程，但是电池组总 重达 900Kg，已占总车质量的 42.7%。综上，提升续航里程应最大化进行新能源 汽车减重。 新能源汽车新增三电系统（电池、电机与电控），整车整备质量普遍高于传统 燃油车。据 DuckerFrontier 研究，由于减少了燃油车用发动机、传动系统以及其 他零部件，新能源车用铝量分别减少了 49/39/5kg；由于新增电池包、电驱动系 统等，新能源车在动力传动系统、电池包与车身结构件及其他零部件分别使单车用 铝量提高了 30/142/7kg，轻量化势在必行。

　　轻量化大势所趋，轻量化路径主要包括材料、工艺、结构三个方面，可从动力、 车身、底盘、内外饰等多个部位减重。材料方面选用铝合金、碳纤维等质地较轻的 材料进行制造可以实现降重，轻量化材料零部件除减重外还可以提升汽车性能，如 铝合金制造的各种零部件壳体的散热性能更好，镁合金制造汽车方向盘骨架柔韧 性更好，使用碳纤维材料制造刹车片可承受更高的热冲击，耐磨性好等。另外，轻 量化材料相对钢铁而言，整体而言更加美观。为此，整车厂商有动力开发包括轻量 化材料在内的新材料，提升汽车性能、美观度等，实现品牌升级，提高议价能力。 在制造工艺上，使用激光焊接或液压成形技术，可以在工艺上减少零件的使用数量， 在不同部位连接处减少材料使用，从而减轻质量，结构优化则在保证强度的情况下 进行结构设计，从而减少质量。 三电系统的轻量化是新能源汽车实现轻量化和提升续航的关键路径。三电系 统主要的减重方式有：1）电池箱体、电机壳体、结构件等采用轻量化材料；2）结 构优化：电驱系统集成化（减速器、电机和电控从各自独立的壳体设计，到电机、 减速器壳体一体化和三大件壳体一体化）。随着更多功能集成到电驱动中，壳体也 将叠加更多的功能设计，例如，电机、电控及减速器均需冷却系统，因此，壳体的 设计需要考虑冷却管路的设计和布局，对壳体供应商的产品提出了较高的要求。

　　国内外企业致力于轻量化制造。结合汽车轻量化节能、减重、降本的优势，在 中国新能源汽车快速渗透的背景下，轻量化是汽车行业的大势所趋。车企轻量化方 向包括：1）在汽车底盘、动力、车身、电池盒等部件上用铝合金代替钢；2）内外 饰件使用塑料代替钢；3）使用一体化压铸工艺。汽车零部件每个环节都能实现轻 量化制造，国内外主流零部件公司均在致力于轻量化制造。

　　据星源卓镁招股说明书，从应用上来看，钢铁、铝合金和塑料是汽车上使用最 多的三大类材料，按重量计算，2022 年三类材料占整车的比例合计约为 80%， 其中钢铁占 62%，铝合金和塑料占比均为 8%至 10%，镁合金在汽车上的应用比 例仅约为 0.3%。 轻量化材料势在必行，轻金属用量持续提升，均衡成本与收益是关键。轻金属 及复合材料价格相对钢铁更加昂贵，大量使用会带来成本的上升，以白车身为例， 钢车身重量在 375kg 左右，假设钢价为 5 元/kg（参考爱采购钢价），白车身材 料价格约为 1875 元；如果使用铝合金代替钢，其重量为 230kg，减重比例接近 40%，以 20 元/kg（参考爱采购铝合金价）的价格计算，白车身材料价格约为 4600 元。因此，厂商需综合考虑使用轻量化材料带来的成本上升，以及由于重量下降带 来的收益。

　　铝合金是现阶段较好的轻量化材料之一。铝合金的性能、密度、成本和可加工 性等综合优势突出：1）密度上，高强度钢的密度是 7.87g/cm³，而铝合金的密度 是 2.7g/cm³，传统汽车中车身约占整车重量的 30%-40%，用高强度钢替代普通 钢材能减重约 11%，而如果采用铝合金，减重效果约为高强度钢的 2.25 倍，镁合 金减重效果优于铝，但受限于镁自身化学性质活跃、不如铝合金耐腐蚀，加工生产 成本高昂，目前在汽车行业应用较少；2）性能上，铝合金塑性优良，工业生产中 的铸、锻、冲工艺均能适用，适于广泛应用于压力铸造工艺，其余材料如镁合金面 临价格较高及高温抗蠕变问题，碳纤维是脆性材料，具备高昂成本，难以普及，高 强钢凭借其高强度应用于车身关键部位，但减重效果有限；3）性价比方面，铝合 金的价格约为高强度钢的 6.7 倍，镁的价格约为高强度钢的 16.7 倍。因此在综合 性能、成本、制造技术和机械性能等方面都表现出色。铝合金加速代替汽车钢材零 部件，例如气缸体、变速器壳、转向机壳、发动机罩等等，绝对减重均可达 70kg。当前众多主流车型均采用全铝车身，前后悬架大部分材料也采用铝合金，用铝化程 度越来越高，最大程度实现轻量化制造。

　　铝压铸件广泛分布在汽车的动力、传动、三电、底盘等系统。铝合金压铸件主 要应用在动力系统、底盘系统和车身领域，与燃油车相比，电动车在动力系统、车 身、底盘结构件上更加积极采用铝合金压铸件。其中车身结构件是车身构造的框架， 涉及产品主要包括后纵梁，A、B、C、D 柱，前、后减震器，左、右底大边梁和防 火墙、后备箱底板等。

　　2030 年单车铝合金用量有望翻倍增长。目前底盘、车身、刹车系统等用铝转 化比率较低，未来十年内汽车的多个主要部件用铝渗透率都将明显提高。根据 CM GROUP 分析，2021 年燃油车与新能源车的单车用铝量分别为 145kg 和 173kg， 工信部《节能与新能源技术路线 年单车用铝量目标为 250kg/辆和 350kg/辆，2030 年单车铝合金用量相较于 2021 年有望翻倍增长。

　　新能源车市场高速发展，拉动车用铝合金市场规模快速增长，公司作为领先企 业将充分受益。假设用铝单价不变，结合我们的汽车销量测算，得到 2025 年国内 汽车用铝量有望达 653 万吨，汽车铝合金市场规模有望达 2610 亿元，较 2021 年 增长 67%，公司作为铝压铸企业，将充分受益。

　　镁合金减重优势明显，单车用量有望持续提升。据《节能与新能源汽车技术路 线 年汽车轻量化发展趋势不变，铝、镁等轻量化材料在车 身的应用比例有望不断上升。2020 年、2025 年、2030 年，单车用镁量计划达到 15kg、25kg、45kg，镁合金整车占比分别为 1.2%、2%、4%，发展空间广阔。

　　镁合金有着减震等独特的优势：1）密度较低但强度高，在主要金属中，镁的 密度相较于铝降低 35%，是目前商用最轻的金属结构材料；2）韧性好、阻尼衰减 能力强，可以有效减少振动和噪声；3）热容量低、凝固速度快，压铸性能好；4） 具有优异的切削加工性能；5）资源丰富且易于回收再生。综上，镁合金可满足军 民多领域对轻质、高强、抗冲击、防辐射等要求，目前镁合金压铸工艺处于高速成 长阶段。

　　镁合金在汽车零部件上的应用主要为壳体类和支架类，主要系：1）轻：采用 镁合金一般可在铝轻量的基础上再减轻 30%～40%。根据工信部发布的《有色金 属工业发展规划》，轮毂成为车用镁合金的重点推进领域，较铝合金轮毂轻 38%， 国内各企业与研发机构正不断加大对镁汽车轮毂项目的投资与技术研究；2）减震： 在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金高 50%，减振量大 于铝合金和钢铁，可以降低汽车运行时的噪声，因此用于制造支架类零部件可以提 高汽车的平衡性、安全性和舒适性；3）散热：镁合金导热系数约为铝合金导热系 数的 1/2，多应用于汽车车灯散热架、仪表盘骨架等对散热性能要求较高的零部件。

　　我国是镁资源大国，镁储量丰富。据美国地质局数据，2022 年我国金属镁产 量为 90 万吨，占全球金属镁产量的 88%；2022 年中国共出口各类金属镁产品 49.8 万吨，同比+4.3%。

　　目前镁合金压铸件产量占总体压铸件产量的比例仍然较低，但随着镁合金压 铸工艺的逐步成熟，汽车轻量化趋势的不断推动，我国汽车用镁需求量快速增长。 镁合金汽车压铸件市场容量=单车用镁合金量*汽车销量，以《中国轻量化技术发 展路线 年单车用镁量计划值（单车平均镁合金用量 15 公斤）、2022 年汽车销量 2686 万辆计算，2022 年镁合金汽车用量为 40 万吨。据星源卓镁测 算，在实现《技术路线图》目标的情况下，即单车用镁合金量分别达 25kg/45kg， 2025/2030 年国内汽车镁合金用量将有望达到 68.94/124.09 万吨，市场空间广 阔。

　　镁价下跌使得镁性价比大幅提升，镁合金上车有望加速。镁合金由于耐腐蚀性 较差，且价格高昂，经济性较低等因素，应用受限。国内外厂商逐步通过降低镁合 金的杂质含量（特别是铜、镍、铁的含量）及表面钝化处理等方式来提高镁合金压 铸件耐腐蚀性，并在熔炼工艺中采用混合气体保护以解决专用溶剂腐蚀建筑物的 问题，使得镁合金压铸生产再度活跃。2021 年我国镁均价暴涨主要是由于受到环 保政策的影响，镁生产企业被限产，使得市场供应减少，推动价格飞速上涨。截至 2023 年 6 月 8 日，镁价已回落至 2.25 万元/吨。据星源卓镁招股说明书显示，当 镁合金价格与铝合金价格比等于 1.29 时，生产相同产品所耗用的原材料及加工成 本基本一致，镁铝价格比在 1.2-1.3 时镁具有更高的性价比，足以取代铝合金并大 规模用于工业生产。结合长江有色市场镁/铝均价来看，镁铝价格比在 2022 年 11 月以后开始稳步下降，2023 年 3 月下旬甚至跌至 1.2 以下，镁铝价格比的下降使 得镁性价比大幅提升，镁合金应用空间打开。

　　金属材料成型工艺包括铸造、轧制、锻造、挤压和冲压等，钢板多用冲压工艺， 铝合金以铸造工艺为主，压铸工艺效率高且适用于复杂结构零件，应用较为广泛。

　　白车身由多种工艺构成的车身结构件和冲压的覆盖件（前翼子板、四门两盖等） 焊接而成，通常包含 400~600 个具有复杂型面的冲压件、4500~5500 个焊点。

　　冲压件及压铸件在汽车车身中应用分布广泛，冲压件约占汽车制造总零部件 的 70%，可通过热成形/一体式冲压等方式实现轻量化；压铸件工艺趋势为一体化 压铸，对冲压焊接件存在一定的替代。

　　车用铝合金中铸造工艺占比较高，铸造工艺中高压压铸生产效率较高，有利于 降本增效。从铸造的各种工艺来看，高压压铸生产效率相对高，且可用于生产薄壁 产。