热障涂层的热膨胀(高温合金产业深度报告：好风凭借力，借势当起飞)
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篇首语：没有激流就称不上勇进，没有山峰则谈不上攀登。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了热障涂层的热膨胀(高温合金产业深度报告：好风凭借力，借势当起飞)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
热障涂层的热膨胀(高温合金产业深度报告：好风凭借力，借势当起飞)
（报告出品方/作者：五矿证券，葛军）
报告要点
中国处于军工现代化加速阶段。
我们认为，军强才能国富，在国际局势日趋复杂的情况下，中国将加大国防 现代化水平的提升。“多年的技术积淀”为中国进入军工现代化加速阶段提 供了“技术层面基础”，“国 民经济 多年良 好发展 ”为 之提供 了“ 经 济 层 面 基 础”，目前中国处于军工现代化的加 速阶段 。
行业呈现强垄断性和稳定性，高壁垒有利于行业龙头长期享受红利。
具有难以替代和优异高温使用性能的高温合金“技术壁垒高、加工工艺难度大、生产控制条件多而复杂”，在航空发动机及燃气轮机应用方面无可替代 (高温合金材料占现代航空发动机总重量的 40%~60%，主要用于四大 热端 部件:燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘，此外包括机匣、环件、加力燃烧 室和尾喷口等部件。高温合金需求占比中航空航天领域约为 55%)。我 们认 为高温合金材料及制品的“质量可 靠性 、性 能稳定 性、外观尺 寸精确 性 ”等 方 面极其苛刻的要求使得行业具有较高的进入壁垒，具有强垄断性和稳定性， 行业壁垒主要体现在技术壁垒、市场准入壁垒、质量标准壁垒、经 验曲 线门 槛等方面，新进入者面临较高的进入成本和时间成本。“需求确定性”和“订 单无法外溢性”使得中国高温合金行 业龙头 将充分 享受行 业的 高速发 展。
高温合金行业迎来黄金发展期。下游需求放量，供需缺口将持续扩大。
中国航空发动机进入加速列装期，我们预计未来 10 年军用航空发动机所需高 温合金有望达 6 万吨，形成总量约 180 亿左右大额市场。其他方面，地 面和 舰船用燃气轮机的使用进一步扩张、核电建设的逐步落实、汽车增压器涡轮 的装配率进一步提高等因素，共同促进下游应用的放量，2019 年中国高 温合 金行业产量约 27600 吨，需求量约 48222 吨。总体上我们预计未来 5 年 行业 需求年均增速有望在 8%以上，供需缺口将进一步扩大。
总体观点:看好高温合金行业的发展趋势和龙头投资机会。
我们认为，中国目前处于军工现代化的加速阶段。随着国家不断加强重点关 键技术的突破和自主化，高温合金行业必将伴随着下游航空发动机和燃气轮 机的高速发展以及核电建设的逐步落实、汽车增压器涡轮的装配率进一步提 高而迎来行业未来 7-8 年的高速发展期。中国高温合金行业生产厂商主要包 括 ST 抚钢、宝钢特钢、攀钢集团等特钢企业，产品以变形高温合金为主 、产 能较大;科研单位主要包括钢研高纳、北京航材院、中科院金属所、西部超导 等，技术积淀较为深厚，产品种类覆盖较全，钢研高纳产业化能力相对较强; 民企主要以应流股份、万泽股份、图南股份等为代表，为市场新入者，但顺应 军民融合趋势逐渐占据部分市场份额 。
一 高温合金(superalloy)的超能力
高温合金在高温恶劣环境中仍能保持 较高的 力学性 能，是 现代航 空发动 机、航天 器 和 火 箭 发 动机及舰艇和工业燃气轮机的关键热 端部件 (如涡 轮叶片 、导向 器叶片 、涡轮 盘、 燃 烧 室 和 机匣等)材料，也是核反应堆、化工设备、煤转化技术等方面重要的高温结构材料。 作为航 空航天“发动机的基石”，其耐热性能 的差距 是决定 中国与 国外航 空发动 机、火箭 发 动 机 和 燃 气轮机性能差距的根本原因。
1.1 什么是高温合金
高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在 600°C以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类 金属材料，具有优异的高温强度，良 好的抗 氧化和 抗热腐 蚀性能 ，良好 的疲劳 性能 、 断 裂 韧 性等综合性能，其四大要素:耐高温 、抗较 大应力、 表面 稳定化 和高合 金化缺 一不 可 。 又 被 称为热强合金、耐热合金或“超合金 ”。
金属材料的耐热性包含高温抗氧化性和高温强度两个方面，因此高温合金所强调的不是耐受 温度的最高值，而是在较高温度下仍然抗氧化且具有高强度的性质。其他高温性能较好的材 料，如碳/碳复合材料，是如今在 1650°C以上应用的少数备选材料，最高理论温度更高达 2600°C，但它在温度高于 400°C的有氧环境中发生氧化反应，导致材料的性能急剧下降 ，因 此不能应用于长期高温条件的环境中。而高温合金能够在 600°C~1200°C的高温下保持极高 的强度和硬度以承受较高的载荷，因此被广泛应用于航空、航天发动机，石油钻井 零部 件， 化工裂解炉，舰船燃气轮机等领域。
1.2 高温合金技术密集度高，附加值高
高温合金行业上游为有色金属矿山企 业，下 游为航 空航天 、电力 、机械 、石油 化工 、 汽 车 等 行业，应用领域广泛。由于高温合金 技术复 杂，产 品多为 非标准 化，产品 类型随 下 游 需 求 不 同进行调整，比如军工领域通常采用 合约订 购、外 协加工 的方 式定制 产品。
高温合金产业链可细分为三个环节 :(1)母 合金制 备。高温 合金冶 炼是生 产高温 合 金 产 品 的 基础，涉及合金含量配比、冶炼过程 操控等 复杂的 工艺技 术，技 术难度 大，如果 合 金 冶 炼 出 现质量问题，则影响后端产品的质量 ;(2)精 铸件、板 材、棒材 等半成 品的制 备。采 用 锻 造 、 机加工、热处理、精铸等技术，可制 造形状 复杂、尺 寸精 度高的 板材、棒 材和精 铸 件 等 半 产 品;(3)涡轮盘、燃烧室 、压气 机、导 向器 、调节 片等产 品，高温合 金企业 需要开 发 、设 计 、 生产产品，配备完整的产品设计、质 量检测 等体系 。
( 1) 产业链中参与者“三足鼎立”
高温合金行业参与者包括特钢企业、科研单位、高温合金厂等。特钢企业主要包括 S T 抚钢、 宝钢特钢、攀钢集团等，其产能较大， 产品以 变形 高温合 金为主; 科研单 位主要 包 括 钢 研 高 纳、北京航材院、中科院金属所、西 部超导 等，技 术积淀 较为深 厚，产 品种类 覆盖 较 全 ; 民 企主要以应流股份、万泽股份、图南 股份等 为代表 ，为市 场新入 者，但顺 应军民 融 合 趋 势 逐 渐占据部分市场份额。
其中细分领域铸造高温合金的产业链 结构中 ，母合 金的制 造商主 要有钢 研高纳、 北 京 航 空 材 料研究院、中科院沈阳金属研究所和图南股份等;按照铸造工艺的不同，又可分为等 轴晶铸 件和定向凝固柱晶/单晶铸件，分别有不同的生产商，供应给下游的航空发动机主机厂。
细分领域粉末高温合金的产业链结构 中，主要 包括母 合金 -制粉 -粉末 合金盘 -主机 厂 四 个 环 节 的参与者。
细分领域新型高温合金的产业链中，Ti-Al 合金冶炼后可以分为变形路线和粉末路线;O DS 高 温合金则主要有母合金-氧化物颗 粒-挤 压-锻 造几步 生产环 节。
( 2) 熔炼与热加工为关键工艺
高温合金生产过程中涉及真空熔炼、热加工、化学检测、探伤、性能检测等诸多技 术环 节， 全部工艺过程包括温度、湿度、压力 、电流 等几千 个参数 ，产业 链长、 产品系 列多 、 生 产 技 术复杂，任一环节出现问题，都会严 重影响 高温合 金的性 能和质 量的稳 定，因此 需 要 反 复 实验、探索，技术和生产壁垒非常高。
中国外高温合金的熔炼方法中应用最广泛、最普及的为真空感应炉、真空自耗炉和 电渣 炉， 其中真空感应熔炼(VIM)是熔炼高温合金众多方法中最重要、最有效的方法。
与国外对比，俄罗斯粉末高温合金采用VIM 或VIM+VAR双联熔炼工艺;美国粉末高温合金 采用 VIM+ESR+VAR 三联熔炼工艺;而中国粉末高温合金基本采用 VIM 单炼工艺， 这是导 致中国粉末涡轮盘纯净度尚未达到国 外先进 水平的 主要原 因之 一。
高温合金由于其复杂、恶劣的工作环 境，其加 工表面 完整性 对于其 性能的 发挥具 有 非 常 重 要 的作用。但是高温合金是典型的难加 工材料 ，其微 观强化 项硬度 高，加 工硬化 程度 严 重 ， 并 且其具有高抗剪切应力和低导热率， 切削区 域的切 削力和 切削温 度高，在 加工过 程 中 经 常 出 现加工表面质量低、刀具破损非常严 重等问 题。在 一般切 削条件 下，高温 合金表 层 会 产 生 硬 化层、残余应力、白层、黑层、晶粒变 形层等 过大的 问题。 因此热 加工是 高温合 金 生 产 加 工 过程中的关键工艺。
( 3) 单晶、热障涂层、高效冷却技术为发展趋势
制备技术的升级促进产品的更新换代 ，高温 基体性 能得到 提升， 同时热 障涂层 以及 气 冷 、 水 冷等辅助技术的发展大幅提升了合金产品的耐高温性能。单晶高温合金、热障涂层与 高效冷 却技术并重为先进航空发动机涡轮叶片的三大关键科学技术。
单晶高温合金技术
航空发动机是飞机的心脏，涡轮叶片是 心脏的“ 主动脉 ”。涡 轮叶片 的材质 可以分 为 等 轴 晶 、 定向柱晶以及单晶，其中使用单晶高 温合金 制备的 叶片没 有晶界， 减少了 降低熔 点 的 晶 界 强 化元素、提高了合金的初熔温度，能够在较高温度范围进行固溶处理，相比等轴晶和 定向柱 晶高温合金强度得到大幅提高，其铸 造工艺 直接决 定航空 发动机 的性能， 是一个 国 家 航 空 工 业水平的显著标志之一。
自 20 世纪 80 年代 PWA1480 单晶高温合金成功研制，国外单晶高温合金迅猛发展，至 20 00 年已研制出第四代单晶合金。中国起 步较晚 ，起先 以仿制 为主，现 已研发 出第三 代 单 晶 高 温 合金 DD33、DD9，以及第四代单晶高温合金 DD91、DD15 等。
热障涂层(Thermal Barrier Coatings)
热障涂层是指由金属缓冲层(或称金 属粘结 层)和 陶瓷表 面涂层 组成的 双层隔 热系 统 ， 具 备 熔点高、热膨胀系数较大、热导率较 低的特 点。金 属缓冲 层减少 了界面 应力，避 免 陶 瓷 层 的 剥落。热障涂层在高温合金叶片和高 温燃气 之间提 供隔热 层和抗 氧化层， 降低金 属 部 件 的 温 度，提高高温合金的工作温度。同时 可降低 冷却空 气需求 量而显 著改善 发动机 性能 ， 或 在 当 前使用温度条件下延长部件的使用寿 命。
高效冷却技术
目前冷却技术主要围绕高新的冷却结 构和冷 却介质 开展研 究。冷却 结构方 面采用 冲 击 孔 和 气膜冷却结构为主;冷却介质方面采用 空气、 蒸汽等 。
冷却结构:现代涡轮叶片基本冷却方 式有气 膜冷却 、冲击 冷却、 强化换 热冷却 等， 基 本 原 理 是冷气从叶片根部流入，通过带肋壁 强化换 热的冷 却通道 对叶片 表面进 行冷却， 一 部 分 冷 气 通过冲击孔，以冲击冷却的方式对叶 片前缘 进行冷 却后流 出，—部 分通过 气膜孔 流 出 从 而 在 叶片表面形成气膜冷却保护，最后冷 却气体 经尾缘 扰流柱 强化 换热后 从排气 缝流出 。
冷却介质:基本冷却介质有空气、蒸 汽、汽 雾等。 空气冷 却发展 最早， 应用最 为广 泛 。 但 用 于冷却的空气使得用于燃烧的空气量 减少， 大大减 小涡轮 系统的 循环热 效率和 输出 功 率 ， 因 此产生替代空气的其他冷却介质;蒸汽 冷却技 术以水 蒸气作 为冷媒 对燃气 轮机热 端 部 件 进 行 冷却，但由于蒸汽消耗量较大，冷却 蒸汽在 流动中 将消耗 较多的 可用功 率，从而 导 致 系 统 总 效率的减少;汽雾冷却是向蒸汽中添 加水雾 形成的 汽雾两 相流来 改善蒸 汽换热 能力 ， 既 保 证 有效的冷却，又提高涡轮系统的整体 性能。 汽雾冷 却与传 统空气 冷却相 比，具备 换 热 系 数 较 高、强化冷却效果好和结构简单的优 点。
( 4) 高技术壁垒带来高附加值
高温合金材料主要应用于高温、高压 或腐蚀 性极端 恶劣条 件下，要 求材料 具备很 高 的 质 量 可 靠性、性能稳定性和尺寸精确性，材 料生产 加工的 技术含 量高，能 够进入 该领域 的 企 业 数 量 有限;高温合金产品的性能稳定性和 质量可 靠性是 用户最 先考虑 的因素， 用户一 旦 选 定 供 应 商后，不会轻易更换;而且较先进入 的企业 参与行 业标准 的制订， 对于标 准的可 行 性 和 实 施 路径有得天独厚的优势。
高温合金产品毛利率高、附加值高。2019 年中国高温合金产量不足 3 万吨，对比其他 钢材产 品:高温合金产量仅为粗钢的 0.028‰、不锈钢的 0.072‰、合金工具钢的 10.31%，但市场 规模已达百亿。
航空发动机使用的原材料主要是高温合金、钛合金和铝合金、钢等，价值占比分别为 35%、30%和 30%左右，高温合金为价值占比最高的原材料。
1.3 航空发动机技术的加速发展对高温合金材料提出更高的性能要求
高温合金的发展史同步于航空发动机 的发展 史，作 为难以 取代的 热端材 料，高温 合 金 耐 热 性 的提高带来更高的涡轮前温度，涡前温度每提高 100°C，推力至少增大 10%，因此对 于更高 推力航空发动机的需求驱使高温合金 材料的 升级换 代。
以美国为例，其始终坚持“一代新材 料，一 代新型 发动机 ”的理 念，航空 发动机 的 换 代 需 求倒逼材料性能的提升，相关政策法规 也促使 其相辅 相成、 共同 发展。
从二战结束到 21 世纪初，军用喷气战斗机及其动力的发展大致经历四次更新换代，当前， 列装推重比 10—级先进涡扇发动机的第四代战斗机(如美国的 F/A-22 和 F-35)，成为美国 和部分西方国家，甚至中国部分周边国家和地区 21 世纪上半叶的主战机种。民用运输机和 旅客机的动力也大致经历了四个阶段 。
航空发动机性能指标的提高推动着新 型高温 合金的 发展，代 表航空 发动机 关键技 术 的 涡 轮 叶 片所用的高温合金材料从第一代更新 至第三 代。
中国从 20 世纪 60 年代开始研发 WP-5、WP-6 等发动机起，开始自主研制配套高温合金材 料。最初为仿制苏联的 GH4033、GH4037 等牌号，而后新型航空发动机的开发都拉 动新牌 号高温合金材料的预研工作，发展至今，为 WS-15、WS-18、WS-20 等发动机已研发 出第三 代单晶高温合金 DD9、DD10 等。
二 好风凭借力
2.1 军工现代化加速之风
据 SIPRI 统计，全球国防支出总额自 2014 年起稳步增长。美洲一直为国防支出最多的 地区， 美国《2020 财年国防授权法案》通过的国防支出高达 7380 亿美元(增速约 2.8%);面对复 杂多变的国际局势和摩擦升级的外围 环境， 中国国 防支出 也逐年 创新高。 根据财 政 部 发 布 的 《关于 2019 年中央和地方预算执行情况与 2020 年中央和地方预算草案的报告》，2020 年 中国国防预算 12680 亿元(增速约 6.6%)，2011 至 2017 年间，国防费中装备费占比 已提升 至 41%，大力拉动先进装备的列装和旧装备的更新换代。
2.2 “飞发分离”与“两机”专项之风
材 料 性 能 是 决定飞 机性 能的 关 键 因 素 。 现代大飞机原材料的选取是安全性、经济性、技术水 平综合评估的结果。一架飞机的性能改进有 2/3 来自于材料性能的改进，材料的先进 性在相 当程度上决定整架飞机的性能。因此 高温合 金的自 主可控 和加 大研发 是大势 所趋。
“两机”计划开启及航发集团成立开启中国航空发动机产业“飞发分离”新局面。当前，世 界上能够独立研制载人飞机的国家有 15 个，但是能够独立研制先进航空发动机、建立完整 产业链的国家只有美国、英国、法国、俄罗斯和中国。为了加快中国航空发动机产 业发 展， 2016 年，中国开启“两机”专项政 策，同时 成立中 国航空 发动机 集团公 司，将航 空 发 动 机 与 整机剥离开，使其不再受制于整 机的研 制工作 。为 国产航 空发动 机发展 提供体 制和 资 金 保 障 ， 注入强劲动力。
军用航空发动机已由仿制走向自主研发:
航发集团下属航空发动机生产厂商主要有西安航发、沈阳黎明、株洲南方、贵州黎阳 等，主 要生产配备于军用飞机的涡扇、涡轴、涡桨发动机。其中，供歼-10、歼-20、运-20 等 主力战 机、主力运输机使用的 WS-10、WS-15、WS-20 发动机主要由西安航空和沈阳黎明负责研 发、生产。
民用航空发动机从零起步，任重道远
不同于军用航空发动机自 1960s 起步，自 2009 年中国航发商发成立才正式开启了中 国民用 航空发动机自主研发的进程。中国目前主要有两款大飞机在研:C919 和 CR929，其中 C9 19 对标的是欧洲空客A320neo系列，波音737MAX系列等;CR929对标的是波音787 飞机和 空客 A350 系列飞机。
由于民用领域对发动机的安全可靠性 、经济 性、续 航性要 求更高， 且中国 民用航 空 发 动 机 技 术积淀薄弱，因此前期国产民航大多 选配国 外发动 机。
但是航空发动机经济回报较高:民用航空发动机大多使用时间较长，可达 30~50年;据日本 通产省测算，按照产品单位质量创造的价值计算如果轮船为 1、则汽车为 9、计算机为 300、 飞机为 800，航空发动机高达 1400。
而目前民用航发市场主要由几家全球 头部企 业分割 ，中国 尚未有 一席之 地。目前 几 乎 所 有 窄 体客机都选配 CFM 国际的 CFM56 或 LEAP 系列发动机;宽体客机则主要选配 GE 公司的 GE90、GE9X和 GEnx 发动机及 RR 的 Trent 系列发动机。
中国商发成立后，拉开了中国民用航空发动机自主研发的序幕。国产民用飞机 C919、CR929、 ARJ21 等都有望配备国产发动机。在中美贸易摩擦不断、2020 年 2 月传出断供 LEAP-1C 发 动机的背景下，应着力突围发动机“ 卡脖子 ”问题， 重视 供应链 风险。民 用航空 发 动 机 的 自 主可控势在必行。
三 供需缺口不断扩大，高温合金企业亟待扩产
3.1 下游应用领域广阔，市场空间利润巨大
全球高温合金市场规模不断扩大，且增速加快，根据前瞻产业研究院统计数据，全球 每年消 费高温合金材料约 30 万吨，2018 年市场规模达到 121.63 亿美元，之后增速突破 5% 。就消 费区域来看，美国高温合金消耗量占比 48%，为高温合金最大、最成熟市场;欧洲消 费量占 25%，为第二大消费区域;亚洲占 22%，随着下游关联行业的扩容，各国都将增加对高温合 金的需求量，且最大的增量来自中国。我们预测中国高温合金行业未来 5 年的 CAG R 达 8% 以上，至 2024 年市场规模接近 150 亿元。
从下游应用来看，高温合金主要应用 于航空 航天领 域，且 由于其 优良的 耐高温 、耐 腐 蚀 、 抗 疲劳等性能，逐步拓展到电力、原子 能、汽 车、冶 金、玻 璃制造 等工业 领域，广 泛 的 应 用 领 域大大扩展了对高温合金的需求。
航空航天领域对高温合金的需求占比约为 55%，其次为电力和机械，需求占比分别为 20%、 10%，另外工业领域占比 7%，汽车、石油和其他领域占比分别为 3%、3%和 2%。
中国高温合金军用占比高达 80%，主要供应于航空航天领域。伴随着航空航天产业的发展， 中国已经建立起自己的高温合金体系 ，从而 形成一 定的产 业规 模。
( 1) 高温合金——航空航天发动机的应用
高温合金从诞生起就用于航空发动机 ，在现 代航空 发动机 中，高温 合金材 料的用 量 占 发 动 机 总重量的 40%~60%，主要用于四大热端部件:燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘，此外， 还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾 喷口等 部件。
燃烧室:燃烧室内产生的燃气温度在 1500~2000°C之间，燃烧筒合金材料承受温度达 800~900°C以上，局部可达 1100°C。除耐高温外，还要求材料具有抗氧化性能、抗热 腐蚀性 能和良好的冷热疲劳性能。燃烧室使用的材料以镍基或钴基高温合金为主，常用 Haynes188 钴基高温合金(三代战斗机 F100)、Hastelloy X镍基高温合金(三代战斗机 F110、F404 和 F414)、新的燃烧室结构(四代战斗机 F119 和 F135 采用浮动壁结构、F136 发动机采用 Lamilloy 结构)和涂敷热障涂层的高温合金(五代战斗机)。
导 向 器 : 导向器是调整从燃烧室出来的燃气流动方向的部件，是航 空发动 机上承 受 热 冲 击 最 大的零件，材料工作温度最高可达 1100°C以上，但叶片承受的机械负荷不大。根据导 向器工 作条件，要求材料具有较好的持久强 度及热 疲劳性 能、较 高的抗 氧化和 抗腐蚀 的能 力 。 导 向 器的主要材料为铸造高温合金，常用 IN718C、PWA1472、Rene220、R55 等型号高温合金; 此外，WS10 发动机涡轮导向器后篦齿环制造采用氧化物弥散强化高温合金。
涡轮盘:涡轮盘在四大热端部件中所占质量最大。工作中受热不均，轮缘温度达 550-750°C， 而轮心温度只有 300°C左右。榫齿部位承受最大的离心力，所受的应力更为复杂。为此要求 涡轮盘材料具有高屈服强度和蠕变强 度、良 好的抗 机械疲 劳性能 和较小 的线膨 胀系 数 等 。 用 于涡轮盘制造的材料主要是粉末冶金高温合金，例如 IN100 粉末高温合金(F100 发动机) 和中国常用的 FGH95、GFH96、FGH97、FGH98、FGH91 合金。
涡 轮 叶 片 : 涡轮叶片是航空发动机中工作条件最恶劣也是最关键的部件， 由于其 处 于 温 度 最 高、应力最复杂、环境最恶劣的部位 而被列 为第一 关键件。 涡轮叶 片材料 大多也 是 精 密 铸 造 镍基高温合金，目前已经发展了五代 单晶合 金。涡轮 叶片其 结构与 材料的 不断改 进 成 为 航 空 发动机性能提升的关键因素之一。常用第三代单晶高温合金 CMSX-10，第四代单晶高温合 金 EPM-102，近年来日本又相继成功的研制出承温能力更高的第四、五、六代单晶合金 TMS- 138,TMS-162,TMS-238 等。
军机高温合金需求测算——结合中美战机现状实力对比，以及国家对军用飞机发展的政 策支持，我们做出以下预测:
民机高温合金需求测算——基于中国民用航空发动机自主可控战略的驱动
空客公司预测 2019-2038 年间客运和货运飞机的需求量可达 39210 架，其中旧机替换量占36%，新机增长量占 64%，总价值约 4.9 万亿。亚太地区需求占比为 42%，达 16540 架。 波音公司预测，近年来中国的航空运输量增长率(RPK)可达 5.5%。受疫情影响，波音下调了全球市场预测，但仍然预测未来 20 年中国将成为飞机交付量最多的国家，达到 8600 架; 中国商飞预测未来二十年将有 8725 架飞机交付中国市场，届时中国航空市场将拥有 9641 架客机，其中单通道喷气客机 6521 架，双通道喷气客机 2174 架，喷气支线客机 946 架。
我们预测 2020-2039 年间中国新增民机数量约 8500 架，目前主流民用飞机配备的发 动机数 量为 2-4 台，基于平均每架民航飞机配备 3 台发动机的假设估计，未来二十年将新增约 2. 5w 台发动机，预计民机发动机所需高温合金共计约 16~18 万吨。
高温合金——航天发动机的应用
液体火箭发动机中涡轮泵和燃烧室是液体火箭发动机的关键部件，主要使用高温合 金材 料，如 GH1040、GH2028A、GH4196、GH4141、GH4586 等。
2020 年，美国为火箭发射次数最多的国家，共计发射 44 次，其中成功 40 次。中国 发射次 数居第二位，共计 39 次，且自 2018 年以来，中国火箭年发射次数均超过 30 次，我 们预测 中国今后数年将进入太空探索、火箭 发射的 高峰时 期。
如今中国航天产业的发展对高温合金 提出了 持续的 需求。中 国未来 主力运 载火箭 长 征 七 号 芯 一级采用 2 台YF-100 发动机，芯二级采用 4 台 YF-115 发动机，助推器配置 4 台 YF-100 发 动机;长征八号芯一级采用 2台YF-100 发动机，芯二级采用 2台YF-75发动机，助推器配 置 2 台 YF-100 发动机。YF-100 发动机自重 1.9 吨，YF-115 发动机自重约 0.23 吨，YF-75 发动机自重 0.245 吨。火箭推力室质量占发动机质量的 24~40%、涡轮泵占 20~26% 、燃烧 室占 1.2~3.3%，共计约 60%，即每枚长征七号运载火箭所用高温合金部件质量约为 3. 42 吨， 每枚长征八号运载火箭所用高温合金部件质量约为 2.85 吨。假设平均每年航天发射长征七 号 25 次、长征八号 10 次，预计未来 10 年中国火箭发动机用高温合金需求达 1200 吨。
( 2) 高温合金——舰船燃气轮机的应用
舰船燃气轮机是高温合金的另一个主 要用途 ，包括 四大部 分:空 气压缩 机、燃 烧室 、 叶 轮 系统及齿轮减速器。喷射到叶轮上的气体温度高达 1300°C，因此叶轮系统需要选用高温合金材料。
自 1954 年 10 月从苏联获得第一批两艘 6607 型(鞍山级)驱逐舰至今，中国海军共 计入役 装备过 10 型 54 艘驱逐舰，其中现役 8 型 33 艘，为中国人民解放军海军主要水面作战 力量; 此外，截至 2019 年 3 月，中国在 役 64 艘护卫 舰。我 们认为 借势航 母舰队 构建及 舰 船 更 新 换 代的势头，我军舰艇未来或仍将继续处于快速建造期，预计到 2035 年将部署 3 个航母 编队、 3 个两栖攻击/登陆编队和 3 个近海防御舰队，2050 年将部署成 4 个航母编队、4 个 两栖攻 击/登陆编队和 4 个近海防御舰队的作战体系，预计至 2035 年对高温合金的需求量约为 6.2 万吨、2050 年对高温合金的需求量约为 8.3 万吨。
( 3) 高温合金——汽车废气增压器涡轮的应用
汽车废气增压器涡轮也是高温合金材 料的重 要应用 领域。废 气涡轮 增压器 主要由 涡 轮 机 和 压 气机等构成。将发动机排出的废气引 入涡轮 机，利 用废气 的能量 推动涡 轮机旋 转， 由 此 驱 动 与涡轮同轴的压气机实现增压。目前，国外的重型柴油机增压器配置率 100%，中小型柴油 机也在不断地增大其配置比例，如英、美、法等国家已达 80%左右。目前，中国涡轮增压器 生产厂家所采用的涡轮叶轮多为镍基 高温合 金涡轮 叶轮。
根据霍尼韦尔发布的《全球涡轮增压市场预测》报告，预计到 2021 年，装配有涡轮增压器 的汽车的市占率将增至 48%。我们预测涡轮增压器汽车市占率 CAGR 为 8.4%，涡轮 增压汽 车将自 2015 年 762 万辆增至 2021 年约 1200 万辆，根据每万辆汽车涡轮增压器高温 合金用 量约为 2w 吨，高温合金需求量约为 2400 吨。
( 4) 高温合金——原子能工业的应用
2019 年全球核电消费量(按投入当量计算)增长 3.2%，是 2004 年以来增速最快的 一年， 远高于过去十年的平均水平(-0.7%)。与 2018 年一样，中国的增幅居世界首位，且 0.5EJ 的增幅也是中国有史以来最大的一年 。
原子能工业使用的高温合金包括:燃 料元件 包壳材 料、结 构材料 和燃料 棒定位 格架 ， 高 温 气体炉热交换器等，均是其他材料难以 代替的 。
2019 全年中国新投产 2 台核电机组，在运机组达到 47 台，装机容量达 4874 万千瓦，核电 发电设备容量占中国总发电量的 2.42%。按照每年核电设备容量新增约 600 千瓦计算 ，大约 需建设 10 座 60 万千瓦级核电站。正常一座 60 万千瓦的核电站需用蒸发器“U”形传热管 100 吨，加上大量的堆内构件用不锈钢精密管和控制棒、核燃料包套管等，共计需要各类核 级用管 600 多吨，则每年核电领域高温合金需求总量约 6000 吨。
( 5) 高温合金——石油化工的应用
美国从 70 年代开始，逐渐将航空领域的高温合金转移到油气开采领域中应用。苏伦贝谢、 哈里伯顿等大公司，每年采购高温合 金的量 非常高 。在石 油和天 然气开 采，特别 是 深 井 开 采 中，钻具处于 4~150°C的酸性环境中，加之二氧化硫、硫化氢和泥沙等存在，必须使 用耐腐 蚀耐磨高温合金。中国中石油、中石 化大多 采用不 锈钢等 材料， 高温合 金的普 及度 较 低 ， 高 温合金具有仍有较大替代空间。如下 图所示 ，所有 标注部 分美 国用的 都是高 温合金 。
石油化工产品的生产加工过程中，会 用到加 热炉、 煤气( 油)发 生炉、 干馏炉 、裂 解 炉 、 转 化炉、脱氢炉、制氢炉等，内部结构 包括辐 射室、 对流室 、余热 回收系 统、燃烧 器 和 通 风 系 统等多个组分。比如乙烯制备过程中使用的裂解炉管使用温度达 1000~1100°C，大量应用高 温合金材料，随着乙烯等化工产品产 量的逐 步增加 ，高温 合金 的需求 量也水 涨船高 。
3.2 中国高温合金起步较晚 产量为明显短板
回顾中国外高温合金生产商的发展历 史，国际 著名高 温合金 生产商 均有着 悠久历 史 的 技 术 积 淀，且与下游产业合作密切。中国高 温合金 虽起步 较晚， 但是生 产商不 断提高 研发 投 入 、 扩 大产能，在政策护航、投入加大、技 术突破 的关键 时期， 当实 现借势 爆发。
早在 20 世纪 30 年代，英国、德国、美国就开始研究高温合金。二战时期，高温合金 的研制 进入高速发展时期，镍基、钴基、铁基高温合金纷纷研制成功并大量应用;中国自 1956 年 第一炉高温合金 GH3030 试炼成功起，其研究、生产和应用已历经 60 年，根据 2012 年出 版的《中国高温合金手册》，列入高温合金牌号 205 个，中国成为继美、英、俄后第四 个拥有 自主高温合金体系的国家，使中国航空发动机的生产和发展逐渐突破高温合金材料的瓶颈。
据 SMC 统计，2009 年世界高温合金总产量约 25 万吨/年，其中 SMC 公司长材产量世界第 一，占比 18%;板材产量世界第三，占比 11%。而中国的高温合金生产商起步较晚，产能较 低，排名靠后。
国外生产高温合金的企业大致分为两 类:以 通用电 气、罗 罗、普惠 等为代 表的同 时 生 产 航 空 发动机的企业，产业链长，高温合金是其产业链的一个环节;以阿勒格尼技术(ATI)、精密 铸件公司(PCC)、日本制铁等为代表的特钢企业，产品为特种不锈钢、钛合金等多种 特钢产 品，高温合金是其产品的一个组分。
( 1) 通用电气(GE):掌握核心技术，与下游联系紧密
( 2) 阿勒格尼技术(ATI):特钢资质，专注航空领域
( 3) 精密铸件公司(PCC):铸造业的巅峰
( 4) ST 抚钢:特钢行业先驱，军工辐射民用
( 5) 钢研高纳:技术积淀深厚，高温合金专精
( 6) 应流股份:中国精铸龙头，立足核电航空
( 7) 万泽股份:转型新入者，产研相结合
3.3 质和量均存在缺口 产量难追需求
“质”:国产高温合金在合金纯净 度、组织 均匀度 、加工 工艺控 制和产 品合格 率等方 面 与 美 国 、 俄罗斯等国的产品仍存在差距，这些 差距使 得中国 厂商主 要集中 在中低 端产品 的制 造 上 ， 高 端产品产能不足，仍然依赖于进口。 随着中 国研制 更高性 能的航 空航天 发动机， 需 要 研 发 耐 热性能更好的高温合金与之配套。中 国高温 合金企 业一方 面需要 加大研 发投入、 提 高 研 发 能 力，另一方面还需要升级生产装备，为生产更高品质高温合金材料打下基础。以 ST 抚钢、 钢研高纳为代表的部分企业，持续在 科研创 新和生 产工艺 上取得 突破，已 有部分 产 品 可 以 替 代进口，预期整个行业也会向高端化 的方向 发展。
“量”:目前中国高温合金生产企 业产能 有限，供 给与 需求之 间存在 较大缺 口，燃气 轮 机 与 核 电 等高端民用领域的高温合金仍主要依 赖进口 。
2019 年，中国高温合金产量为 27600 吨，但需求量达 48222 吨，产量远不及需求。 我们认 为，基于军工现代化加速推进、“十 四五”期间 对于国 防建设 的更高 要求，中国高 温 合 金 的 消 费量将快速提升。又由于高温合金的 技术门 槛较高 ，增产 扩能的 周期长 、难度 大， 短 期 内 产 量的增速难及需求，供需缺口或将进 一步扩 大。
中国高温合金生产厂商中，据 2019 年营收情况来看，钢研高纳、ST 抚钢、图南股份分居前 三，亦有西部超导、应流股份等公司 正积极 建设募 投项目 ，新增 高温合 金产品 产能 ， 助 推 业 绩释放。
四 展望:行业寡头垄断属性将延续
高 温 合 金 立 足航空 ，短期 军 工 长 期 民 用 。高温合金当前最重要的应用市场为航空发动机领域， 短期内适逢中国军用新型号航空发动机批量列装期，新机型牵引高温合金需求量增 速提 升， 未来 5-10 年内基于存量发动机数量的增加，还会迎来后续的换发和维修高峰期，高温 合金需 求的稳定性得到双重保障;长期来看 ，中国 民用航 空发动 机自主 可控为 大势所 趋， 民 用 航 空 业市场空间巨大。
航空发动机领域多使用高端高温合金 ，对高 温合金 生产商 的技术 水平、 加工设 备、 资 质 认 证 及资金储备等都提出较高的要求。
高温合金行业具有强垄断性和稳定性，行业龙头将长期享受行业壁垒带来的红利。其行业壁 垒主要体现在技术壁垒、市场准入壁 垒、质 量标准 壁垒、 累验曲 线门槛 等方面， 新 进 入 者 面 临较高的进入成本和时间成本。由于 行业特 殊属性 的存在， 无论从 国外经 验还是 中 国 高 温 合 金细分市场和主要参与者上，可以看出该行业呈现寡头垄断属性，每个国家仅有 1-2 家寡头 厂商。并且先进入者已经具有较为成熟的生产技术和工艺，多已与军工企业签订合约 、成为稳定供应商，并且参与行业标准的制定，为自身平稳发展创造良好的条件。因此高温 合金行 业龙头或将率先且长期享受行业壁垒 带来的 红利。
风险提示
军品、民品订单不及预期; 公司募投项目受阻，订单交付能力不 足。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
精选报告来源：【未来智库官网】。
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