预应力钢材技术原理、分类、产业进展及壁垒分析

 产业步入发展成熟期，后续或重点投向铁路、桥梁、水利等领域。

预应力是指在物体的抗力之外为增大抗力另外预加的应力；预应力混凝土是一种预先施 加一定应力使其具有事先确定的抗弯能力和承载能力的混凝土结构；其中预应力混凝土 用钢材属于预应力混凝土的受力主筋，在预应力混凝土结构中起着传递预应力和增强混 凝土的作用。对预应力钢材的性能要求主要集中在强度、弹性模量、抗蠕变性能和抗氧 化性能等方面，预应力钢材的强度应满足设计要求，保证在受力状态下不出现破坏；其 弹性模量应尽可能匹配混凝土的变形特性，以确保在受力过程中混凝土和钢材的协同工 作；应具备良好的抗蠕变性能，可以在长期荷载作用下保持稳定的预应力状态；抗氧化 性能也非常重要，必须能够在恶劣环境下长期使用而不受侵蚀影响。

预应力混凝土钢材按照材质、生产工艺和几何外形不同，可分为预应力混凝土用钢丝、 预应力混凝土用钢绞线、预应力混凝土用钢棒、预应力精轧螺纹钢筋四大系列产品，其 中钢绞线、钢丝、钢棒是预应力钢材的主流品种：1）预应力钢丝是采用优质高碳钢盘条 经表面处理后冷拔而成，再经稳定化处理获得低松弛性能并明显改善钢丝的屈服强度、 延伸率和伸直性；2）预应力钢绞线是先将高碳钢盘条经表面处理后冷拔成钢丝，然后将 一定数量的钢丝按钢绞线结构绞合成股，再经过消除应力的稳定化处理过程而成，具备 抗拉强度高、松弛性能好、均匀延伸率高、展开时较挺直等特点；3）预应力钢棒是以低 合金钢热轧圆盘条经系列加工后形成的制成品，属于中间强度级别钢材，具备抗拉强度 较高、低松弛性、与混凝土握裹力强、可焊接性能良好、镦锻性、节省材料等特点。

产业上下游：预应力混凝土用钢材行业上游为盘条等钢厂生产原料，下游主要为基础设 施建设、民用建筑及工业厂房建设等诸多应用领域。

过去的二十余年内，随着国家基础设施建设的高速发展，预应力钢材产业规模实现了迅 速增长。2005 年我国预应力钢材制品总产量 212 万吨《（据朱龙等 预应力钢材回顾与展 望》），截至 2020 年底产量已超 1000 万吨《（据曹德付等 预应力制品助力国内交通行业 发展》），对应年复合增长率超 10%。2021 年开始受基建投资建设力度下降影响，预应 力钢材总产量有所下滑，该细分行业发展已步入成熟阶段，未来或呈现出总量适度收缩、 产品结构优化的产业趋势。 从品种构成来看，预应力钢绞线长期作为预应力钢材的主导品种，占比超 50%。截至目 前，我国已成为预应力钢绞线全球第一大生产、消费及出口国。1988-1998 年我国预应 力钢绞线产量年复合增长率高达 84.2%，1998-2008 年平均增速 24.5%，2008-2018 年 间平均增速 9.9%，2020 年国内钢绞线产量 620 万吨，达到历史峰值，截至 2024 年总 产量预计降至 500 万吨左右，主要系近年来下游基建、地产等投资及开工减速所致。

国内预应力混凝土用钢材行业需求主要取决于下游行业的投资增长，属于典型的投资拉 动行业。展望后续，结合基建的重点投资方向判断，预计我国预应力钢材产品在铁路、 公路、桥梁、水利等应用场景的需求依然保持一定韧性，产品结构将不断高端化。

1、铁路、公路。以预应力钢绞线为主的预应力钢材制品是铁路及公路建设必不可少的骨架材料，其作用 主要包括提高混凝土构件的承载能力和耐久性、减少混凝土构件的体积、节省材料等。 以钢绞线为例，钢绞线主要用于铁路隧道、涵洞、路基、轨道等基础设施的加固，在公 路上主要用于制备两侧的阻拦索或防护网等部件，来自铁路公路的用量占到我国钢绞线 总消费量的 70-80%，其中铁路用量占比预估在 30%上下。

铁路：从投资方面来看，2014-2019 年我国铁路固定资产投资总额均保持在 8000 亿元 以上，2020 年开始投资增速转负，直到 2023 年增速再次回正，全年增长 7.5%，2024 年全国铁路完成固定资产投资 8506 亿元，同比增长 11.3%，投资规模重回 8000 亿元以 上。随着投资向实物工作量的转换，铁路新建或保有一定规模，从而支撑预应力钢材产 品的使用量。从施工方面来看，2024 年全国铁路营业里程约 16.2 万公里，其中高铁约 4.8 万公里；全年铁路投产新线 3113 公里，其中高铁 2457 公里；根据国铁集团印发的 现代化铁路基础设施体系建设方案》，到 2025 年底全国铁路运营里程计划达到 16.5 万 公里，其中高铁达到 5 万公里，对应 2025 年铁路投产新线约 3000 公里，其中高铁约 2000 公里；到 2035 年底全国铁路运营里程计划达到 20 万公里，其中高铁达到 7 万公 里，对应 2026-2035 年均铁路/高铁投产新线分别达 3500 公里/2000 公里。新增铁路中 高铁占比持续上升，意味着预应力材料的需求持续高端化。

公路：从投资维度来看，近两年公路基建投资开始降温，2023 年全国公路/高速公路分 别完成固定资产投资额 2.82 万亿/1.6 万亿，分别同比下滑 1%/1.9%，2024 年 1-11 月 全国公路完成固定资产投资 2.36 万亿，同比下滑 10.8%，整体投资节奏有放缓但仍处 于相对高位。从施工角度来看，现阶段每年公路新增里程保持较低速增长，根据 国家 公路网规划（2022-2035）》，规划 2022 至 2035 年国家公路网总规模达到 46.1 万公里， 对应 2024-2035 年均新增公路里程 6417 公里（国家部分）。

2、桥梁。预应力钢丝、钢绞线等产品在铁路桥梁、公路桥梁、城市轨道交通等桥梁工程的梁、板、 柱等结构中应用广泛，主要起到提高桥梁的承载能力、耐久性、控制变形、防止开裂等 作用。随着我国公铁里程的不断攀升，作为其重要组成部分的桥梁工程建设持续活跃， 截至 2023 年末，我国已建成公路桥梁 107.93 万座，总长约 9528.82 万延米，近几年桥 梁新增数量及规模明显高于以往水平，这主要得益于高铁、跨海大桥、城市高架桥等领 域对桥梁工程的特殊需求。展望未来，桥梁工程项目在交通基础设施建设中的重要性将 日益凸显，中长期来看或将保持高于行业平均的增长态势。

3、水利。预应力混凝土钢材在水利行业的应用主要集中在预应力混凝土管道以及船闸边坡加固、 码头客运中心等建筑工程，其中预应力混凝土管道系预应力钢材的重要应用领域之一， 主要包括预应力钢筒混凝土管（PCCP 管）和预应力钢筋混凝土管（PCP 管）。PCCP 管是 由预应力钢丝、钢筒、高强混凝土以及外保护层、防腐层等复合而成的新型管材，具体 制造方法是先将预应力钢丝按设计要求缠绕在带有钢筒的混凝土管芯上、再在外部喷涂 水泥砂浆保护层，具有高抗内压、大直径、抗地震、抗不均匀沉陷、寿命长、经济性好 等优点，PCCP 管广泛用于长距离输水干线、城市供水工程、工业高压输水管线等水利工 程项目，尤其适用于大口径、高工压和深覆土的工程环境。

近年来 PCCP 管已发展成为混凝土压力管市场的主流产品，截至 2023 年，全国 PCCP 管 道总产量 1438 千米，其中前十企业累计产量达 1194 千米，CR10 占比超 80%。结合下 游水利行业来看，2000 年以来我国水利建设投资规模稳步扩大，特别是近三年水利建设 投资完成额均突破万亿、接连创下新高，其中水资源优化配置长期作为水利投资重点。 结合 国家水网建设规划纲要》、 10 万公里地下水网改造等战略目标，叠加万亿国债、 超长期特别国债、地方政府专项债等政策手段支持，涉水领域建设产业链有望持续保持 良好态势，带动 PCCP 管、预应力钢丝等上游关键原材料订单需求陆续释放。

预应力钢材行业壁垒主要体现在行政和资金两方面。1）行政壁垒：预应力钢材的使用关 系到建筑工程的质量和安全，对经济和民生影响重大，因此我国预应力混凝土用钢材行 业遵循严格的生产许可证制度，国家质量监督检验检疫总局及各地质量技术监督局协调 管理本行政区域的工业产品生产许可证授权发证。2）资金壁垒：一方面，预应力钢材生 产的主要原材料盘条成本占产品生产成本的 85%左右，盘条采购通常采取预付货款的方 式，企业生产时需要预先投入大量流动资金用于购买盘条，且盘条价格存在大幅向上波 动预期时还需超计划采购和囤货；另一方面，预应力钢材下游直接客户为大型建设施工单位，客户话语权相对较重，预应力厂家在业务招投标环节需要存入合同金额一定比例 的投标保证金，中标后到签订合同前需再存入一定比例的履约保证金，最后工程项目一 般需要预留一定比例的质量保证金，考虑到大型基建项目周期较长，保证金和质保金被 长期占用。