一、高溫合金介紹：耐高溫金屬材料，政策大力扶持

1.1 高端金屬結(jié)構(gòu)材料，耐高溫耐腐蝕特性強 

高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在 600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長期工作的一類金屬材料。高 溫合金具有較高的高溫強度，良好的抗氧化和抗腐蝕性能，良好的疲性能、斷裂韌性等綜合性能。高溫合金的 最大特點不是其絕對熔點很高，而是在高溫下仍然具有良好的特性。

高溫合金是高端金屬結(jié)構(gòu)材料，高溫合金的國產(chǎn)化長期是相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的“卡脖子”難題。2012 年發(fā)布的 《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中，就把包括高溫合金在內(nèi)的高端金屬結(jié)構(gòu)材料列為新材料產(chǎn)業(yè)六大重點發(fā) 展領(lǐng)域之一。

后續(xù)有一系列政策出臺支持高溫合金研發(fā)與生產(chǎn)，其中《中國制造 2025》提出大力推進新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展， 將包含高端金屬結(jié)構(gòu)材料在內(nèi)的六大新材料作為發(fā)展重點，明確力爭在 2025 年以前使我國新材料產(chǎn)業(yè)進入世界 一流強國行列。

高溫合金具有耐高溫、耐腐蝕的特性。在高溫環(huán)境下，材料會加速退化，使用過程中易發(fā)生組織不穩(wěn)定、 在溫度和應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形和裂紋長大、材料表面的氧化腐蝕等情況，而高溫合金所具有的耐高溫、耐腐蝕 等性能主要取決于它的化學(xué)組成和組織結(jié)構(gòu)。

以 GH4169 鎳基變形高溫合金為例，GH4169 基體為 Ni-Gr 固溶體，含 Ni 質(zhì)量分數(shù)在 50%以上，可以承受 650℃左右高溫，與美國牌號 Inconel718 相似，合金由 γ 基體相、δ 相、碳化物和強化相 γ'和 γ″相組成。GH4169 合金的化學(xué)元素與基體結(jié)構(gòu)顯示了其強大的力學(xué)性能，屈服強度與抗拉強度都優(yōu)于 45 鋼數(shù)倍，塑性也要比 45 鋼好，穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)和大量強化因子構(gòu)造了其優(yōu)良的力學(xué)性能。

除了主要金屬成分之外，高溫合金對于微量元素也有要求。同樣以 GH4169 鎳基變形高溫合金為例，要求 B、Mg、Mn、Si、P、S、Cu、Ca、Bi、Sn、Pb、Ag、Se 等雜質(zhì)元素的要求很嚴格。

高溫合金加工難度高。材料的加工表面完整性對于性能的發(fā)揮具有非常重要的作用，而高溫合金微觀強化 項硬度高，加工硬化程度嚴重，并且具有高抗剪切應(yīng)力和低導(dǎo)熱率、切削區(qū)域的切削力和切削溫度高等特點， 因此在加工過程中經(jīng)常出現(xiàn)加工表面質(zhì)量低、刀具破損嚴重等問題。

1.2 高溫合金分類 

1.2.1 按基體元素分類 

按基體元素，高溫合金可分為鐵基高溫合金（占 14.3%）、鎳基高溫合金（占 80%）和鈷基高溫合金（占 5.7%）。 

（1）鐵基高溫合金又可稱作耐熱合金鋼。鐵基高溫合金的基體是 Fe 元素，加入少量的 Ni、Cr 等合金元素， 按其正火要求可分為馬氏體、奧氏體、珠光體、鐵素體耐熱鋼等。

（2）鎳基高溫合金的含鎳量在一半以上，適用于 600℃以上的工作條件。采用固溶、時效的加工過程，可 以使抗蠕變性能和抗壓抗屈服強度大幅提升。從目前的應(yīng)用情況來看，在高溫工作條件下，使用鎳基高溫合金 的范圍超過其他兩類高溫合金，同時鎳基高溫合金也是我國產(chǎn)量最大的高溫合金，大部分渦輪發(fā)動機的渦輪葉 片及燃燒室，甚至渦輪增壓器也使用鎳基合金作為制備材料。

（3）鈷基高溫合金是以鈷為基體，鈷含量大約占 60%。同時合金需要加入 Cr、Ni 等元素來提升高溫合金 的耐熱性能，但鈷資源產(chǎn)量比較少，加工比較困難，通常只用于高溫條件( 600-1000℃) 和較長時間受極限復(fù)雜 應(yīng)力高溫零部件，例如航空發(fā)動機的工作葉片、渦輪盤、燃燒室熱端部件和航天發(fā)動機等。

1.2.2 按制備工藝分類 

按制備工藝分為變形高溫合金（占 70%）、鑄造高溫合金（包括等軸晶高溫合金、定向凝固柱晶高溫合金、單晶高溫合金，占 20%）和新型高溫合金(粉末冶金高溫合金、金屬間化合物高溫合金等)。 

變形高溫合金是航空發(fā)動機中使用最多的。以 GH4169 合金為例，是目前應(yīng)用范圍最廣的主要高溫合金品 種，在航空發(fā)動機的燃燒室、渦輪盤等部位可使用變形高溫合制備主要零件，隨著其他合金產(chǎn)品的日益成熟， 變形高溫合金的使用量可能逐漸減少，但在未來數(shù)十年中仍然會是占主導(dǎo)地位。

鑄造高溫合金根據(jù)使用溫度，可以分為以下三類。第一類：在-253-650℃使用的等軸晶鑄造高溫合金，在 很大的范圍溫度內(nèi)具有良好的綜合性能，特別是在低溫下能保持強度和塑性均不下降。第二類：在 650-950℃使 用的等軸晶鑄造高溫合金，高溫下有較高的力學(xué)性能及抗熱腐蝕性能。第三類：在 950-1100℃使用的定向凝固 柱晶和單晶高溫合金，在此溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的綜合性能和抗氧化、抗熱腐蝕性能。

粉末冶金高溫合金采用霧化高溫合金粉末，經(jīng)熱等靜壓成型或熱等靜壓后再經(jīng)鍛造成型的生產(chǎn)工藝制造出 高溫合金粉末的產(chǎn)品。由于粉末顆粒細小，冷卻速度快，因此具備成分均勻、無宏觀偏析、晶粒細小、熱加工 性能好、金屬利用率高等特點，合金的屈服強度和疲勞性能有較大提高。粉末冶金高溫合金可以滿足應(yīng)力水平 較高的發(fā)動機使用要求，是高推重比發(fā)動機渦輪盤、壓氣機盤和渦輪擋板等高溫部件的選擇材料。粉末制備是 生產(chǎn)中最重要的環(huán)節(jié)，粉末質(zhì)量直接影響零件性能，主要采用氬氣霧化（AA）、旋轉(zhuǎn)電極（PREP）和溶氫霧化 （SHA）工藝，俄羅斯和我國采用 PREP 工藝，美國等國家采用 AA 工藝。

金屬間化合物是新型的輕比重高溫材料。目前對金屬間化合物的基礎(chǔ)性研究和開發(fā)應(yīng)用研究已經(jīng)成熟，尤其在 Ti-Al、Ni-Al 和 Fe-Al 系材料的制備加工技術(shù)、韌化和強化、力學(xué)性能以及應(yīng)用研究方面取得了令人矚目的 成就。Ti3Al 基合金(TAC-1)，TiAl 基合金(TAC-2)以及 Ti2AlNb 基合金具有低密度(3.8～5.8g/cm3)、高溫高強度、高 鋼度以及優(yōu)異的抗氧化、抗蠕變等優(yōu)點，可以使結(jié)構(gòu)件減重 35～50%。Ni3Al 基合金，MX-246 具有很好的耐腐 蝕、耐磨損和耐氣蝕性能，展示出極好的應(yīng)用前景。Fe3Al 基合金具有良好的抗氧化耐磨蝕性能，在中溫(小于 600℃)有較高強度，成本低，是一種可以部分取代不銹鋼的新材料。

1.2.3 按強化方式分類 

按強化方式分為固溶強化型、時效強化型、氧化物彌散強化型和晶界強化型等。 

固溶強化高溫合金，添加一些合金元素到基高溫合金中，形成單相奧氏體組織，溶質(zhì)原子使固溶體基體點 陣發(fā)生畸變，使固溶體中滑移阻力增加而強化。溶質(zhì)原子可以降低合金系的層錯能，提高位錯分解的傾向，導(dǎo) 致交滑移難于進行，達到高溫合金強化的目的。

時效沉淀強化高溫合金，是合金工件經(jīng)固溶處理、冷塑性變形后，在高溫或室溫放置保持其性能的一種熱 處理工藝。例如 GH4169 合金，在 650℃的最高屈服強度達 1000 MPa，制作葉片的合金溫度可達 950℃。

氧化物彌散強化高溫合金，采用獨特的機械合金化(MA)工藝，在高溫下具有超穩(wěn)定的氧化物彌散強化相均 勻地分散于合金基體中，形成一種特殊的高溫合金。其合金強度在接近合金本身熔點的條件下仍可維持，具有 優(yōu)良的高溫蠕變、高溫抗氧化、抗碳及硫腐蝕性能。目前已實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的主要有三種 ODS 合金包括：MA956 合金在氧化氣氛下使用溫度可達 1350℃，居高溫合金抗氧化、抗碳、硫腐蝕之首位，可用于航空發(fā)動機燃燒室 內(nèi)襯；MA754 合金在氧化氣氛下使用溫度可達 1250℃并保持高溫強度、耐中堿玻璃腐蝕性能，已用于制作航空 發(fā)動機導(dǎo)向器蓖齒環(huán)和導(dǎo)向葉片；MA6000 合金在 1100℃拉伸強度為 222MPa、屈服強度為 192MPa，1100℃、 1000 小時持久強度為 127MPa，可用于航空發(fā)動機葉片。

晶界強化高溫合金，利用晶界對位錯運動的阻礙作用，晶粒越細小、晶界越多，阻礙作用越大，強化的效 果越好。晶界可以把塑性變形限定在一定范圍內(nèi)，使塑性變形均勻化，因此細化晶粒可以提高鋼的塑性。晶界 又是裂紋擴展的阻礙，所以晶粒細化可以改善韌性，晶界強化是唯一能在提高強度的同時，不損害其韌性的方 法。

1.3 高溫合金牌號命名規(guī)則 

1.3.1 國外牌號命名規(guī)則 

國外高溫合金牌號是按照廠家注冊商標來命名，國外主要廠家高溫合金牌號如下： 

1.3.2 國內(nèi)牌號命名規(guī)則 

與國外不同，我國高溫合金牌號是國家統(tǒng)一標準，采用字母加阿拉伯數(shù)字相結(jié)合的方法表示。根據(jù)特殊需 要，可以在牌號后加英文字母表示原合金的改型合金，如表示某種特定工藝或特定化學(xué)成分。

常見牌號的高溫合金以及相關(guān)特性用途如下： 

二、國際比較：國內(nèi)研制體系日漸成熟，當前已處于創(chuàng)新發(fā)展階段

2.1 國外高溫合金材料研制起步較早 

高溫合金的研制在國際上主要在德國、英國、美國、日本、俄羅斯等國家之間展開。高溫合金國際發(fā)展體 系的呈現(xiàn)出一大特點，高溫合金適用的工作溫度范圍越來越高，從早期不到 800℃到如今工作溫度達到 1700℃， 伴隨著工作溫度的不斷提升是新技術(shù)、新工藝的不斷迭代，從變形高溫合金、鑄造高溫合金到粉末冶金高溫合 金，特別是定向凝固等技術(shù)的推廣促進了航空發(fā)動機性能的不斷提高。

1939 年，英國國際鎳公司首先研制出一種低碳含鈦的鎳基金屬 Nimonic75，而后含鋁和鈦合金元素的 Nimonic80 合金問世。1942 年，Nimonic80 合金用作渦輪動機葉片材料，是應(yīng)用最早的 Ni3(AL、Ti)強化的渦輪葉 片材料。此后，英國國際鎳公司通過將不同合金元素加入到合金材料當中，形成了 Nimonic 系列高溫合金材料， 包括 Nimonic80A（B、Zr）、 Nimonic90（鈷）、Nimonic100（鉬）等，并通過提高冶金技術(shù)等方式研制出 Nimonic93、 108/109 和 120 合金等；在單晶高溫合金方面，Rolls-Royce 研制出 SRR99、SRR2000 和 SRR2060 等合金，形成了 RR 系列。

1941 年后美國開始大力發(fā)展航空發(fā)動機，高溫合金材料的應(yīng)用隨之展開。1942 年，HastelloyB 鎳基合金先 后用于通用電氣公司的兩種噴氣發(fā)動機中，1944 年開發(fā)出鈷基合金 HS23 用于西屋公司發(fā)動機中的精密鑄造葉 片。1950 年后，由于鈷資源缺乏，美國開始發(fā)展鎳基高溫合金并應(yīng)用于制作渦輪葉片，PW 公司、GE 公司和特 殊金屬公司分別開發(fā)出 Waspalloy、M-252 和 Udimet500 等合金，在這些合金基礎(chǔ)上形成了 Inconel、Mar—M 和 Udmit 合金系列。60 年代以后，以采用定向凝固工藝制造出的單晶高溫合金葉片使航空發(fā)動機性能大幅度提高， PW 公司研制的 PWA1480 單晶合金葉片，先后在 PW2037、PW1130、F100、JT9D-7R4、T400-W 和 V-402 等發(fā)動 機上采用，單晶空心精鑄葉片于 1982 年投入使用。目前美國的單晶高溫合金葉片材料主要出自 PW 公司、GE 公司和 Monnon-Muskegon 公司，分別以 PWA 系列、Rene-N 系列和 GMSX 系列命名。

在前蘇聯(lián)（俄羅斯），高溫合金稱為耐熱合金。20 世紀 40 年代中期至 50 年代，前蘇聯(lián)在耐熱鋼的基礎(chǔ)上 開發(fā)出鐵-鎳基、鎳基和鈷基耐熱合金，如∋H415、∋H395、∋H388、∋H435、∋H602、∋H929、∋H416（鈷基）和∋H105 合金等。前蘇聯(lián)鎳基耐熱合金成分特點是添加較多的鎢和鉬元素、一定量的鐵元素以及少量的釩元素， 而美國合金常用鉬元素、少用鎢元素。60 年代后，前蘇聯(lián)又開發(fā)出∋H868、 ∋H57、 ∋ Π99、 ∋ Π220、 ∋ Π238、 ∋H618 等合金。前蘇聯(lián)（俄羅斯）的高溫合金可分為∋H 和∋ Π（變形）合金系列以及∗ 、 ∗、 ∗ Π、∋∗ C（鑄造和 單晶合金）為牌號前綴的合金系列。

美國、英國、日本的高溫合金主要生產(chǎn)企業(yè)：

美國是生產(chǎn)高溫合金的最主要國家，全年大約生產(chǎn) 5 萬噸，其中 60%用于民用。在軍用領(lǐng)域，生產(chǎn)航空發(fā) 動機廠家通用電氣（GE）、普拉特—惠拉尼（PW）也生產(chǎn)高溫合金；在民用領(lǐng)域，美國從事高溫合金材料研發(fā) 生產(chǎn)的企業(yè)有特殊金屬公司、卡博特公司、漢因斯-司泰特公司等。

英國國際鎳公司生產(chǎn)了世界上第一個鎳基金屬高溫合金，除此之外英國航空發(fā)動機公司羅爾斯羅伊斯也研 制了定向凝固合金和單晶合金。

日本主要高溫合金生產(chǎn)企業(yè)是 JFE 株式會社、新日鐵、石川島播磨重工業(yè)和神戶制鋼公司。日本公司參與 航空發(fā)動機的研制，在單晶合金方面全球領(lǐng)先，其中 NIMS 與 IHI 利用第 4 代 Ni 基單晶超合金 tms-138 進行超音 速商用客機的引擎高溫耐久測試，成功達到 1650 度渦輪進氣溫度的世界最高記錄。

2.2 我國已經(jīng)形成獨特高溫合金研制發(fā)展體系 

我國高溫合金經(jīng)歷了仿制、仿創(chuàng)結(jié)合到獨創(chuàng)的發(fā)展過程，形成為了我國獨特的高溫合金體系。我國研制的 高溫合金已達到 200 多種，在 2005 年納入國標的就有 177 中，構(gòu)成了高溫合金體系的基礎(chǔ)。在 1980 年之前，我國高溫合金就形成了自己的基礎(chǔ)體系，目前這個體系更加完整和系統(tǒng)。

與國外以制造商各自形成體系標準不同，我國高溫合金形成了統(tǒng)一的國家標準，以合金成型方式、基體元 素和強化方式的順序構(gòu)建了完整體系。其中，合金成形方式有變形高溫合金、鑄造高溫合金（包括等軸晶鑄造 高溫合金、定向凝固柱晶高溫合金和單晶高溫合金）、焊接用高溫合金絲、粉末冶金高溫合金、彌散強化高溫合 金和金屬間化合物高溫材料之分；在這些不同合金系列之下，再分鐵基、鎳基、鈷基及鉻基合金；在相同基體 之下，又分固溶強化和時效強化類型等。

我國高溫合金的發(fā)展可以分為三個階段： 

從 1956 年至 20 世紀 70 年代初是我國高溫合金研制的初始階段。在蘇聯(lián)專家的指導(dǎo)下制造出 GH3030 高溫 合金，而此后為了生產(chǎn)出殲擊機發(fā)動機所需高溫合金材料，通過仿制前蘇聯(lián)高溫合金，研制生產(chǎn)出 GH4033、 GH4037、GH4049、GH2036、GH3030、GH3039、GH3044、K401、K403 和 K406 等高溫合金，同時針對我國缺少 Ni、Cr 資源的情況，研制出鐵鎳基高溫合金，代替當時用量較大的 GH4033 和 GH4037 等。

從 20 世紀 70 年代中至 90 年代中期,，是我國高溫合金制造工藝的提高階段。在前期自主研制出一系列高 溫合金材料的基礎(chǔ)上，通過增加如大型真空冶煉設(shè)備、快鍛機、精鍛機等以及先進檢測設(shè)備，進一步改進生產(chǎn) 工藝，同時建立質(zhì)量管理系統(tǒng)和更嚴格的質(zhì)量管理程序，不僅研制成功一系列新型號變形合金和鑄造合金，更 為重要的是使我國高溫合金的生產(chǎn)工藝技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量控制等方面實現(xiàn)了明顯突破。

從 20 世紀 90 年代中至今, 是我國高溫合金的創(chuàng)新發(fā)展階段。隨著新型航空發(fā)動機的研制生產(chǎn)，對于高溫 合金材料提出了進一步要求，高溫合金的生產(chǎn)工藝也實現(xiàn)重大突破。在此階段建立和完善了旋轉(zhuǎn)電極制粉工藝 粉末高溫合金生產(chǎn)線，研制出粉末渦輪盤材料 FGH4095 和 FGH4096；采用機械合金化工藝技術(shù), 研制出氧化物 彌散強化高溫合金 MGH4754 和 FGH2756；研制出第一代 、 第二代單晶高溫合金 DD402、DD408、DD406 等， 新型定向凝固柱晶合金 DZ4125，DZ4125L，DZ604M，DZ417G，低膨脹系數(shù)合金 GH2907、GH2909 以及耐熱腐蝕、 可鍛可鑄的高 Cr 合金 GH4648 等。

我國目前從事高溫合金研究生產(chǎn)的主要企業(yè)分為兩類，形成了錯位競爭的格局：第一類是特鋼企業(yè)，主要 是撫順特鋼、寶鋼特鋼、長城特鋼，主要生產(chǎn)批量較大的合金板材、棒材和鍛件，這類產(chǎn)品用量最大，結(jié)構(gòu)簡 單；另一類是科研院所轉(zhuǎn)型企業(yè)，主要是鋼研高納、中國航發(fā)北京航空研究院（北京航發(fā)院）、中科院金屬研究 所（中科三耐），主要生產(chǎn)較小批量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高端產(chǎn)品。 

2.3 國內(nèi)高溫合金產(chǎn)品仍存在較大進步空間 

從 1956 年開始，我國高溫合金研究生產(chǎn)經(jīng)歷了 60 多年的發(fā)展，目前已經(jīng)形成了比較完整的高溫合金體系。但是和美國、英國、日本等國高溫合金在很多方面依舊存在差距。主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 

第一，高溫合金產(chǎn)品成本較高，高溫合金零部件生產(chǎn)流程復(fù)雜落后，成材率低。

第二，我國的高溫合金研制一直是以軍品作為研究主導(dǎo)方向的，研發(fā)側(cè)重點在于軍用，壽命等方面不滿足 民用航空發(fā)動機所要求的維修周期長等要求。

第三，在一些高端領(lǐng)域，比如單晶葉片等領(lǐng)域，我國技術(shù)水平落后于國際先進水平，無法研制出達到國際 主流水平的成熟產(chǎn)品。

三、中國是全球高溫合金市場主要增長點，下游需求或?qū)⒓�中釋�?/h1>

3.1 全球高溫合金市場穩(wěn)步發(fā)展，中國是未來主要需求增長來源 

近年來全球高溫合金市場穩(wěn)步增長。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，2012 年至 2018 年全球高溫合金市場 規(guī)模合計 758 億美元，年均市場規(guī)模約為 108 億美元；2018 年全球高溫合金市場規(guī)模為 121.63 億美元，同比增 長 4.8%，預(yù)計 2024 年全球高溫合金市場規(guī)模將達到 173 億美元。我們認為，航空航天領(lǐng)域是高溫合金的主要 需求來源，當前我國國防建設(shè)正處于關(guān)鍵時期，高溫合金市場需求將遠超全球市場整體增速。

 

高溫合金產(chǎn)業(yè)鏈：在高溫合金產(chǎn)業(yè)鏈上游，根據(jù)材料制備工藝主要分為變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉 末高溫合金，由于不同制備工藝的高溫合金在材料特性上有所差異，其制造加工方式與工作應(yīng)用環(huán)境也有所不 同，以航空發(fā)動機使用的高溫合金為例，變形高溫合金主要采用鍛造、鑄造高溫合金主要采用鑄造、粉末高溫 合金主要采用燒結(jié)成型方式，再經(jīng)過機加、熱處理等加工手段，形成最終下游應(yīng)用所需形態(tài)產(chǎn)品。

 

從下游應(yīng)用領(lǐng)域分布來看，航空航天與能源類應(yīng)用場景是主要需求來源。目前，航空航天領(lǐng)域是高溫合金 的第一大應(yīng)用場景，需求份額占比為 55%，其次燃氣輪機和石油化工領(lǐng)域等能源類引用場景需求占比為 33%， 二者合計占到整體需求規(guī)模的 88%左右；工業(yè)和汽車領(lǐng)域需求占比分別為 7%和 3%。

高溫合金材料最初主要用于航空航天領(lǐng)域，但由于其具備良好的耐高溫、耐腐蝕等性能，被廣泛應(yīng)用于船 舶、電力、冶金、汽車、核工業(yè)等工業(yè)領(lǐng)域，同時隨著新型高溫合金材料的不斷發(fā)展，下游應(yīng)用場景和市場需 求也處于不斷擴張的趨勢。 

航空航天領(lǐng)域：在現(xiàn)代航空發(fā)動機中，高溫合金材料用量約占到發(fā)動機總質(zhì)量的 40%-60%，主要用于燃燒 室、導(dǎo)向葉片、渦輪葉片和渦輪盤四大熱端零部件，以及發(fā)動機機匣、環(huán)形件、尾噴口等工作溫度較高的部位。航天發(fā)動機與航空發(fā)動機類似，但航天發(fā)動機材料不僅對高溫高壓下的性能有較高要求，同時要求在低溫、較 高溫度梯度變化的環(huán)境下進行穩(wěn)定工作。以液體發(fā)動機為例，高溫合金材料主要用于推力室做噴注器面板、渦 輪泵彎通、石墨舵緊固件等。

 

各類燃氣輪機（船舶、電力等）：與航空發(fā)動機類似，在船舶、電力用燃氣輪機中，高溫合金也廣泛應(yīng)用于 熱端部件。

石油化工：在石油和天然氣深井開采中，鉆具處于高溫酸性環(huán)境中，同時由于二氧化碳、二氧化硫和 泥沙等存在，須采用耐腐蝕耐磨高溫合金，同時高溫合金在石化領(lǐng)域廣泛用于多種閥門、液體分流器等。

核工業(yè)：核工業(yè)中的各種金屬零部件在工作時需要承受高溫，并且需要較高的蠕變強度，高溫合金能夠滿 足其要求，主要應(yīng)用于燃料元件包殼材料、結(jié)構(gòu)材料和燃料棒定位格架，高溫氣體爐熱交換器等。

汽車領(lǐng)域：高溫合金主要用于汽車渦輪增壓器的渦輪葉輪，同時汽車內(nèi)燃機的閥座、鑲塊、進氣閥、密封 彈簧、火花塞、螺栓等部件也可以采用高溫合金材料。

其他領(lǐng)域：高溫合金在玻璃制造、冶金、醫(yī)療器械等領(lǐng)域也廣泛應(yīng)用，例如在生產(chǎn)玻璃棉的火焰坩堝鉗、 生產(chǎn)平板玻璃的輥拉管機零部件、玻璃窯爐的料道、閘板等；軋鋼廠加熱爐的墊塊、線材連軋導(dǎo)板等；醫(yī)療器 械領(lǐng)域的人工關(guān)節(jié)等。

3.2 高溫合金國內(nèi)需求空間廣闊，短期或?qū)⑦M入集中放量時期 

當前我國各主要領(lǐng)域?qū)τ诟邷睾辖鸩牧系男枨罅考s為 4.5 萬噸，市場規(guī)模約為 127 億元。其中軍用飛機發(fā) 動機為 6000 噸，民用航空發(fā)動機為 3800 噸，艦船用燃氣輪機為 3125 噸，發(fā)電和天然氣運輸領(lǐng)域需求合計為 25000 噸，汽車領(lǐng)域需求為 4900 噸，核電建設(shè)需求 1800 噸。根據(jù)我們對各需求領(lǐng)域未來發(fā)展的預(yù)測，未來 20 年，上述各領(lǐng)域?qū)Ω邷睾辖鸬男枨罂偭考s為 107 萬噸，市場規(guī)模約為 3030 億元。

3.2.1 軍用航空發(fā)動機將迎來換代需求 

3.2.1.1 航空發(fā)動機是高溫合金的主要應(yīng)用領(lǐng)域 

高溫合金材料最初主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，由于其有著優(yōu)良的耐高溫、耐腐蝕等性能，逐漸被應(yīng)用到電 力、船舶、汽車、冶金、玻璃制造、原子能等工業(yè)領(lǐng)域，從而大大的拓展了高溫合金材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

“兩機”需求占到高溫合金需求的 85%。目前高溫合金最主要應(yīng)用領(lǐng)域是航空航天發(fā)動機，占到整體下游 需求的55%，另有35%應(yīng)用于燃氣輪機。在現(xiàn)代航空發(fā)動機中，高溫合金材料用量占到發(fā)動機總質(zhì)量的40%-60%， 主要應(yīng)用于四大熱端部件，燃燒室、導(dǎo)向器、渦輪葉片和渦輪盤，此外還用于機匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴 口等部件。

 

根據(jù)工作溫度不同，航空發(fā)動機以燃燒室前后為界限，分為冷端和熱端兩部分。提高噴出氣體的能量是增 加發(fā)動機工作效率的最主要方式，要求發(fā)動機工作溫度提升，因此對熱端部件，尤其是渦輪部件的材料提高了較高要求。航空發(fā)動機熱端部件工作溫度超過 1000 攝氏度，同時渦輪部件在高速旋轉(zhuǎn)中承受較大機械載荷，因 此需要高溫合金材料在高溫下保持優(yōu)異機械性能。

 

3.2.1.2 國防預(yù)算持續(xù)增加，裝備建設(shè)支出占比有望提升 

我國國防預(yù)算在經(jīng)歷了近 10 年的高速增長后，在 2014 年增速開始呈現(xiàn)逐年下降趨勢，2017 年 7%的同比 增速創(chuàng)近十年新低。2018 年國防預(yù)算增速出現(xiàn)近年來首次回升，同比增速上升至 8.1%。2019 年中央一般公共 預(yù)算中央本級支出 35395 億元，增長 6.5%，國防支出預(yù)算 11899 億元（約合 1776.1 億美元） ，同比增長約 7.5%。國防預(yù)算總量保持逐年上升態(tài)勢，增速較 2018 年雖有所回落，但年增速整體變動仍保持穩(wěn)定上升態(tài)勢。

國防預(yù)算持續(xù)增加是國防工業(yè)發(fā)展的客觀需求。國防建設(shè)要與經(jīng)濟建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展，與國家安全和發(fā)展利益 相適應(yīng)，根據(jù)國防需要和國民經(jīng)濟發(fā)展水平調(diào)整國防預(yù)算規(guī)模是各國的普遍做法。無論從國防預(yù)算占國內(nèi)生產(chǎn) 總值、國家財政支出的比重看，還是從人均數(shù)額看，中國的國防投入水平都低于世界主要國家。近年來中國適 度加大國防投入，其中相當一部分是為了彌補過去投入的不足，主要用于更新武裝裝備、改善軍人的生活待遇 和基層部隊訓(xùn)練生活條件。當前裝備費占比日益提升，訓(xùn)練維持費也有望持續(xù)增加，在軍隊變得更加精悍的條 件下，與武器裝備采購相關(guān)的裝備費、訓(xùn)練維持費占比仍有提升空間。

 

我國國防開支與自身建設(shè)需求相比還有較大差距，未來仍將保持長期穩(wěn)定增長。“確保到 2020 年基本實現(xiàn) 機械化，信息化建設(shè)取得重大進展，戰(zhàn)略能力有大的提升；力爭到 2035 年基本實現(xiàn)國防和軍隊現(xiàn)代化；到本世 紀中葉把人民軍隊全面建成世界一流軍隊”是十九大報告中提出的我軍發(fā)展明確規(guī)劃�！缎聲r代的中國國防》指 出，中國是世界上唯一尚未實現(xiàn)完全統(tǒng)一的大國，是世界上周邊安全形勢最復(fù)雜的國家之一，維護國家主權(quán)、 領(lǐng)土完整、海洋權(quán)益等面臨嚴峻挑戰(zhàn)。中國軍隊處于向信息化轉(zhuǎn)型階段，順應(yīng)世界新軍事革命發(fā)展趨勢、推進 中國特色軍事變革的任務(wù)艱巨繁重。中國國防開支與維護國家主權(quán)、安全、發(fā)展利益的保障需求相比，與履行 大國國際責任義務(wù)的保障需求相比，與自身建設(shè)發(fā)展的保障需求相比，還有較大差距。

 

從近年來軍費開支結(jié)構(gòu)看，裝備費占比日益提升，訓(xùn)練維持費也有望持續(xù)增加。我們預(yù)計，在軍隊人員總 體規(guī)�？s小 30 萬至 200 萬、軍隊變得更加精悍的條件下，與武器裝備采購相關(guān)的裝備費、訓(xùn)練維持費占比仍有 提升空間。

預(yù)計 2020 年我國國防預(yù)算將實現(xiàn)穩(wěn)定較快增長。隨著實戰(zhàn)化練兵的不斷深入，軍方對于武器裝備采購與維 護的需求將不斷擴大，客觀上對于國防預(yù)算增長提出了硬性要求。國防支出作為政府財政支出的一項，其增長與國家經(jīng)濟增長率密切相關(guān)。我國經(jīng)濟在經(jīng)歷了 30 多年的高速增長期后，增速將逐步放緩，GDP 增速已開始 逐年遞減，但逐年增長態(tài)勢較為確定。我國國防預(yù)算占 GDP 比重相對固定，GDP 的穩(wěn)定增長必將帶動國防預(yù) 算絕對額保持穩(wěn)步上升趨勢。此外，美國在國防預(yù)算上持續(xù)大力投入將直接導(dǎo)致全球國防支出呈現(xiàn)快速增長態(tài) 勢。因此，我們認為在軍方需求提升的內(nèi)部因素與世界國防支出快速增長的外部因素雙方面影響下，未來幾年 我國國防預(yù)算支出或?qū)⒗^續(xù)保持穩(wěn)定較快增長，2020 年增速有望維持在 7.5%-8.0%范圍內(nèi)。

3.2.1.3 航空裝備是國防建設(shè)的重點序列 

我國空中戰(zhàn)力與世界一流水平相比仍有較為明顯的差距，新型號列裝需求強烈。根據(jù) world airforce2019 統(tǒng) 計數(shù)據(jù)顯示，目前我國空軍二代殲擊機及強擊機（J-7、J-8、Q-5）仍有 602 架，三代機（J-10、J-11、J-15）數(shù)量 僅有 564 架。從戰(zhàn)機代系結(jié)構(gòu)上看，二代與三代戰(zhàn)機數(shù)量大致相等，另有 40%左右的二代機及早期三代機已面 臨退役，急需新型戰(zhàn)機填補數(shù)量空缺。國產(chǎn)四代機殲 20 已經(jīng)正式服役并具備執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的基本條件，若仍以 原有三代機與之搭配，則無法完全將隱身戰(zhàn)機的戰(zhàn)術(shù)作用最大化；同時面對我國周邊持續(xù)緊張的國際形勢，在 執(zhí)行警戒、巡航、驅(qū)離等任務(wù)時，以三代機為主的空中力量與周邊國家相比優(yōu)勢已不明顯。

因此我們認為，三代半戰(zhàn)機將成為填補我國戰(zhàn)機空缺的主力。在大型飛機方面，轟 6K 在短時間內(nèi)仍將是 我國戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)轟炸的主力機型，而運 20 將逐漸擔負起部隊大部分戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)運輸任務(wù)，同時還將作為基礎(chǔ)改 裝平臺衍生出加油機、預(yù)警機、電子戰(zhàn)飛機等多種改型。

目前陸航部隊已經(jīng)基本成型，我國自主研發(fā)的直 20 作為執(zhí)行突擊運輸、戰(zhàn)場通信等任務(wù)的主要機型，預(yù) 計將以空前規(guī)模裝備陸航部隊。參考美軍編制，我國陸航部隊未來 20 年直升機裝備空間約為 2000 架，短期來 看，未來 5 年直升機裝備缺口數(shù)量為 500 架。

3.2.1.4 航空發(fā)動機高溫合金市場需求測算 

我國各型軍機即將進入加速放量階段，對于國產(chǎn)航空發(fā)動機的需求也將迅速攀升。 

各類政策上的大力推進也促使我國航發(fā)產(chǎn)業(yè)進入快速成長期。中航發(fā)集團的成立意味著我國航發(fā)產(chǎn)業(yè)飛發(fā) 分離體系的正式確立，航空發(fā)動機發(fā)將不再以滿足戰(zhàn)機需求為最終目的。航空發(fā)動機將成為獨立軍工產(chǎn)品進行 研發(fā)生產(chǎn)，作為軍用飛機的先導(dǎo)產(chǎn)品，航空發(fā)動機當前的產(chǎn)業(yè)地位已與飛機整機齊平。航空發(fā)動機的研發(fā)將有 能力自主掌控資源投入與研發(fā)方向，各型號預(yù)研工作將大規(guī)模展開，一型航發(fā)，代系發(fā)展的預(yù)研體系有望逐步 建成，切實做到“動力先行”。同時航空發(fā)動機研發(fā)資金桎梏已經(jīng)基本消除，兩機專項落地帶來千億規(guī)模發(fā)動機 專項資金，若以 30 億美元的平均研發(fā)經(jīng)費計算，此次下?lián)艿膶ｍ椯Y金足以維持 4 至 5 款航空發(fā)動機同時研發(fā)。在高強度的資金支持下，未來幾年我國航空發(fā)動機研發(fā)有望取得突破式進展。我國當前已經(jīng)意識到航空發(fā)動機 對于裝備發(fā)展的重要性以及我國航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)相對落后的現(xiàn)狀，航空發(fā)動機已被提升至戰(zhàn)略裝備層面，后續(xù) 其他形式的資金支持政策有望持續(xù)出臺。

 

參照我們對于軍機未來需求量的預(yù)測，假設(shè)我國航空發(fā)動機的裝備比為 1.5，每 5 年存量戰(zhàn)機需更換全新 發(fā)動機次數(shù)平均為 1 次，假設(shè) 5 年內(nèi)全部老戰(zhàn)機需要進行 1 次換發(fā)。據(jù)此測算，未來 5 年戰(zhàn)斗機及教練機發(fā)動 機需求為 4374 臺，運輸機發(fā)動機需求為 1200 臺，直升機發(fā)動機需求為 3000 臺；未來 20 年戰(zhàn)斗機及教練機需 求為 30246 臺，運輸機發(fā)動機需求為 12000 臺，直升機發(fā)動機需求為 22500 臺。

 

 

以 F100 系列發(fā)動機為例，單臺發(fā)動機總質(zhì)量約為 1800kg，按照高溫合金材料質(zhì)量占比 50%、成材率 20% 計算，共需要高溫合金材料約 4.5 噸；以 D30 發(fā)動機為例，單臺發(fā)動機總質(zhì)量約為 2700kg，按照高溫合金材料 質(zhì)量占比 50%、成材率 20%計算，共需要高溫合金材料約 6.75 噸；以 T700 渦軸發(fā)動機為例，單臺發(fā)動機總質(zhì) 量約為 250kg，按照高溫合金材料質(zhì)量占比 50%、成材率 20%計算，共需要高溫合金材料約 0.625 噸。

根據(jù)我們對未來 5-20 年航空發(fā)動機需求數(shù)量的測算，未來 5 年我國航空發(fā)動機高溫合金需求總量約為 3 萬 噸，平均每年約 6000 噸；未來 20 年需求總量約為 23 萬噸，平均每年約為 1.15 萬噸。按照每噸高溫合金單價 30 萬元計算，未來 5 年航空發(fā)動機高溫合金市場規(guī)模為 88.97 億元，未來 20 年市場規(guī)模為 693.51 億元。

 

3.2.2 民用航空發(fā)動機需求將穩(wěn)步提升 

強勁經(jīng)濟和客流需求是民用航空主要驅(qū)動力。歐美屬于成熟航空市場，未來全球航空市場主要看亞太地區(qū)， 中國作為亞太地區(qū)經(jīng)濟領(lǐng)頭羊，強勁的經(jīng)濟有力推動了民用航空的發(fā)展。中國商飛《2019-2038 年民用飛機市場 預(yù)測年報》指出，未來二十年中國航空市場將接收 50 座以上客機 9205 架，市場價值約 1.4 萬億美元（以 2018 年目錄價格為基礎(chǔ)），折合人民幣約 10 萬億元。其中 50 座級以上渦扇支線客機交付 958 架；120 座級以上單通 道噴氣客機交付 6119 架；250 座級以上雙通道噴氣客機交付 2128 架。 

根據(jù)不同座級民航客機所需發(fā)動機數(shù)量、對應(yīng)發(fā)動機質(zhì)量，假設(shè)未來 20 年內(nèi)全部民航飛機平均換發(fā) 1 次， 按照高溫合金材料質(zhì)量占比 50%、成材率 20%計算，未來 20 年我國民航客機發(fā)動機所需高溫合金總量約為 22 萬噸，按照每噸高溫合金 30 萬元單價計算，未來 20 年整體市場規(guī)模為 661.45 億元。 

按照民航機隊數(shù)量年均 10%的增長速度計算，當前民航發(fā)動機高溫合金需求量約為 3800 噸，市場規(guī)模約 為 11.5 億元。 

 

3.2.3 燃氣輪機需求多維發(fā)力 

燃氣輪機裝置是一種以空氣及燃氣為介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)式熱力發(fā)動機，結(jié)構(gòu)與航空發(fā)動機一致。燃氣輪機主要由 壓氣機、燃燒室和渦輪三大部件組成，機組啟動成功后，壓氣機連續(xù)不斷從外界大氣中吸入大氣并增壓，噴入 燃燒室的燃料與空氣混合后點火燃燒，高溫高壓燃氣在渦輪中膨脹做功，2/3 左右被用來帶動壓氣機，其余通過 機組的傳輸軸帶動外界的各種負荷，如發(fā)電機、壓縮機、螺旋槳、泵等。燃氣輪機可以看作由燃氣發(fā)生器和動 力渦輪兩大部分組成，用來帶動壓氣機和附件的稱為燃氣發(fā)生器渦輪，用來帶動減速器、螺旋槳或其他外負荷 —專做功率輸出的稱為動力渦輪。

 

目前燃氣輪機廣泛應(yīng)用于發(fā)電、船舶動力、機車動力、管道增壓等領(lǐng)域，全世界 1/5 發(fā)電量來自于燃氣輪 機，燃氣輪機循環(huán)熱效率可以到達 60%，遠遠超過一般火電站使用的超臨界燃煤系統(tǒng)的 40%。在船舶動力方面， 歐美艦艇燃氣輪機裝配率在 50%以上。

目前工業(yè)燃氣輪機熱端部件燃燒室、連接導(dǎo)管、導(dǎo)向葉片、工作葉片和渦輪盤大多采用高溫材合金料制備， 這一點與航空發(fā)動機類似。

3.2.3.1 艦船燃氣輪機高溫合金市場規(guī)模測算 

船舶動力領(lǐng)域燃氣輪機優(yōu)勢顯著。在軍艦動力方案選擇上，燃氣輪機的主要競爭對手是艦用柴油機和蒸汽 輪機，由于燃氣輪機具有功率密度大、啟動速度快、噪聲低頻分量低三大先天優(yōu)勢，老牌海軍比如美國海軍、 英國海軍和日本海上自衛(wèi)隊等的主力水面戰(zhàn)艦已經(jīng)完成了燃氣輪機化。

我國海軍經(jīng)歷了近 20 年的現(xiàn)代化進程，現(xiàn)已經(jīng)初步形成了現(xiàn)代化海上力量，海上艦船數(shù)量已達到世界一流 水平。海軍裝備正遵循由量到質(zhì)、由近及遠兩大趨勢發(fā)展，即淘汰落后艦艇，批量裝備現(xiàn)代化大噸位驅(qū)逐、護 衛(wèi)艦，同時迅速建立現(xiàn)代化遠洋海軍作戰(zhàn)力量。目前我國海軍已經(jīng)處于建國以來的第四次造艦高峰，近年 056 系列輕型護衛(wèi)艦與 052 系列驅(qū)逐艦批量下水入役，大量替代原有 053 型護衛(wèi)艦與導(dǎo)彈艇負責近海防御作戰(zhàn)及近 海巡邏等任務(wù)。而隨著遼寧艦航母編隊遠海訓(xùn)練次數(shù)的不斷增多，航母艦隊中各型配套軍艦也已開始逐步服役， 負責航母補給的 901 型大型綜合補給艦已正式服役，055 型大型導(dǎo)彈驅(qū)逐艦也于 18 年 9 月開始海試并已在艦體粉刷舷號，于 2019 年 4 月參加了海軍成立 70 周年閱兵。

我們預(yù)計，未來 20 年我國海軍將圍繞 10 艘航空母艦打造遠洋海軍力量，建造艦船預(yù)計總數(shù)量為 360 艘， 暫不考慮燃氣輪機更新需求，僅新下水艦船裝備燃氣輪機數(shù)量為 780 臺，參考 LM2500 與 GT25000 燃氣輪機約 25 噸重量，假設(shè) 50%重量使用高溫合金材料，成材率為 20%，共需高溫合金材料 4.9 萬噸，按照每噸 30 萬元 計算，市場空間總計約為 146.25 億元。 

2019 年，我國新下水軍艦共 20 萬噸，包括 7 艘 052D 型驅(qū)逐艦、2 艘 055 型驅(qū)逐艦、1 艘 071 型綜合登陸 艦、1 艘 075 型兩棲攻擊艦、12 艘 056A 型輕型護衛(wèi)艦、1 艘 901 型綜合補給艦，燃氣輪機共需高溫合金材料為 3125 噸，市場規(guī)模約為 9.38 億元。

 

3.2.3.2 發(fā)電及管道用燃氣輪機高溫合金市場規(guī)模測算 

天然氣發(fā)電成本高，在我國占比低。全球生產(chǎn)的天然氣中，燃氣發(fā)電消費獨占半壁江山，每年約 50%的天 然氣被用于發(fā)電。與此相對應(yīng)的各主要國家天然氣發(fā)電裝機也在總裝機容量中占據(jù)較大比例，其中美國為 39.3%、 日本為 29%、英國為 34.1%、韓國為 26.6%，而我國僅在 3%左右。天然氣發(fā)電比起煤炭發(fā)電來說更加清潔環(huán)保， 但是天然氣發(fā)電成本較高。

天然氣價格中樞中長期下降，天然氣發(fā)電最大劣勢有望逐步消除。隨著進口和國產(chǎn)天然氣供應(yīng)逐步增加， 國內(nèi)燃氣價格貴的問題正在逐漸改善。以中俄東線天然氣管道為例，該條線于 2019 年 12 月初通氣投產(chǎn)，根據(jù) 規(guī)劃，該項目在國內(nèi)的管道全長 5111 公里，途徑黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古、遼寧、河北、天津、山東、江蘇、上 海等 9 省市，是中國東北方向首條陸上天然氣跨境戰(zhàn)略通道。管道滿負荷運行后，每年供氣能力將高達 380 億 立方米。國產(chǎn)氣方面，我國國產(chǎn)氣增量連續(xù)兩年超百億立方米。根據(jù)《中國天然氣發(fā)展報告》顯示，我國未來 通過加大四川盆地天然氣、鄂爾多斯盆地致密氣開發(fā)和突破陸相頁巖氣開發(fā)技術(shù)瓶頸，以及海上天然氣和非常 規(guī)天然氣開發(fā)，天然氣價格中樞有望進一步下降。

中國電力企業(yè)聯(lián)合會數(shù)據(jù)顯示，截至 2019 年底，全國全口徑發(fā)電裝機容量 20.1 億千瓦，同比增長 5.8%。 其中，氣電 9022 萬千瓦，占比為 4.49%。2019 年，全國新增氣電裝機容量為 629 萬千瓦。按照單臺燃氣輪機 30 兆瓦計算，2019 年氣電燃氣輪機共需 210 臺，高溫合金材料用量約為 1.3 萬噸，市場規(guī)模約為 40 億元。按 此計算，假設(shè)未來 20 年每年新增氣電裝機容量 600 萬千瓦，未來 20 年氣電燃氣輪機共需 4000 臺，高溫合金材料用量約為 25 萬噸，市場規(guī)模約為 750 億元。

管道用燃氣輪機受益于國家管網(wǎng)大建設(shè)。2009 年-2018 年我國天然氣消費量年均復(fù)合增速達 13.95%，而油 氣管道里程數(shù)年均復(fù)合增速僅為 6.55%，管道運輸能力陷入瓶頸一定程度上限制了天然氣行業(yè)發(fā)展。據(jù)此國家 提出：分步推進國有大型油氣企業(yè)干線管網(wǎng)獨立，實現(xiàn)管輸和銷售分開，2019 年 12 月國家管網(wǎng)公司成立，未 來我國管網(wǎng)將迎來一段時間的大建設(shè)期。

根據(jù)國家發(fā)改委和能源局印發(fā)的《中長期油氣管網(wǎng)規(guī)劃》，到 2020 年全國油氣管網(wǎng)規(guī)模要達到 16.9 萬公里， 其中天然氣管道 10.4 萬公里；到 2025 年，油氣管網(wǎng)規(guī)模達到 24 萬公里，其中天然氣管道里程 16.3 公里。截至 2018 年底，中國建成運行的長輸天然氣管線總里程 7.6 萬公里，2019-2020 年仍需建設(shè) 2.8 萬公里；我們預(yù)計， 未來 20 年我國天然氣管道建設(shè)將達到 15 萬公里。 

通常情況下，天然氣管線每 100-200 公司里設(shè)有一個壓氣站，每個壓氣站平均裝備 2 臺燃氣輪機。據(jù)此計 算，天然氣管線所用燃氣輪機市場在 2019-2020 年平均每年需用高溫合金材料約 1.2 萬噸，市場規(guī)模約為 35 億 元；未來 20 年共需高溫合金材料 12.5 萬噸，市場規(guī)模約為 375 億元。 

4.2.4 汽車、核電領(lǐng)域潛在需求旺盛 

4.2.4.1 汽車領(lǐng)域高溫合金市場空間測算 

在汽車領(lǐng)域，高溫合金材料主要用于汽車廢氣渦輪增壓器。渦輪增壓器的工作原理是通過發(fā)動機排出的廢 氣沖擊渦輪運轉(zhuǎn)，帶動同軸的葉輪高速轉(zhuǎn)動以將空氣壓縮后傳遞到氣缸中，通常加裝廢氣渦輪增壓器后的發(fā)動 機功率及扭矩要增大 20%-60%。隨著中國汽車保有量不斷增大，嚴格的排放限制，帶有渦輪增壓汽車發(fā)動機逐 漸成為市場主流。目前，我國渦輪增壓器生產(chǎn)廠家所采用的渦輪葉輪多為鎳基高溫合金渦輪葉輪，此外內(nèi)燃機 的閥座、鑲塊、進氣閥、密封彈簧、火花塞、螺栓等都可以采用鐵基或鎳基高溫合金。

汽車渦輪增壓器具有降低噪聲、減少有害氣體排放、提高功率等優(yōu)點，國外的重型柴油機增壓器裝配率 100%，中小型柴油機也在不斷地增大其裝配比例，英、美、法等國家裝配比例已達 80%左右，相較之下，我國 50%的裝配率仍有一定提升的空間。

 

根據(jù)鋼研高納招股說明書數(shù)據(jù)，每萬輛汽車至少需要高溫合金材料 2 噸，2019 年我國汽車產(chǎn)量為 2572.1 萬輛（含新能源汽車 124.2 萬輛），需要高溫合金材料約 4900 噸，按照每噸 20 萬元計算，市場規(guī)模約為 10 億 元�？紤]到未來汽車數(shù)量和我國裝配率的提高，假設(shè)未來年均增長率為 5%，未來 20 年我國汽車市場對高溫合 金材料的需求總計約為 16 萬噸，市場規(guī)模約為 324 億元。 

4.2.4.2 核電領(lǐng)域高溫合金市場空間測算 

核電工業(yè)使用的高溫合金主要包括燃料元件包殼材料、結(jié)構(gòu)材料和燃料棒定位格架，高溫氣體爐熱交換器 等。2011 年受福島核事故影響，全球核電在運裝機容量出現(xiàn)下滑，2013 年后恢復(fù)增長。當前中國是全球核電在 建機組容量第一、在運機組容量第三，根據(jù)國際原子能機構(gòu)估計，未來 20 年核電使用將維持增長，裝機容量增 長將主要來自中國、俄羅斯等國家。

 

根據(jù)《中國核電中長期發(fā)展規(guī)劃》，到 2020 年，全國在運核電規(guī)劃裝機容量達到 5800 萬千瓦，在建 3000 萬千瓦。截至 2019 年末，我國共有 47 臺運行核電機組，總裝機容量為 4875.12 萬千瓦，2020 年需投入運行 925 萬千瓦。根據(jù)鋼研高納招股說明書，每座 60 萬千瓦核電站約需高溫合金材料 600 噸，以此計算，需在 2020 年 建設(shè)完成的 925 萬千瓦的核電機組，共需高溫合金材料 9200 噸，考慮到核電站建設(shè)周期約為 5 年，平均每年 高溫合金需求量約為 1800 噸，按照每噸 20 萬元計算，市場規(guī)模約為 3.7 億元。假設(shè)未來 20 年核電在建機組數(shù) 量維持在 10 座，每座裝機容量為 100 萬千瓦，平均每年需求量約為 2000 噸，市場規(guī)�？傆嫾s為 80 億元。 

四、“進口替代”論：高溫合金國產(chǎn)廠商三維度分享行業(yè)紅利

4.1 國內(nèi)高溫合金行業(yè)現(xiàn)狀：供不應(yīng)求，競爭格局良好 

我國高溫合金市場供不應(yīng)求。2019 年，我國重點優(yōu)特鋼企業(yè)高溫合金鑄錠產(chǎn)量約為 1.91 萬噸，同比增長 32.95%，鋼材產(chǎn)量約為 0.85 萬噸，同比增長 50.13%，我國高溫合金業(yè)務(wù)供給出現(xiàn)快速增長的情況。但目前我國 高溫合金整體市場需求約為 4 萬噸，供不應(yīng)求的問題依然顯著。由于技術(shù)壁壘高、認證周期長、資金需求大等 因素，我國高溫合金的產(chǎn)量增長緩慢，成材率較低。

高溫合金行業(yè)門檻高，行業(yè)龍頭優(yōu)勢明顯。高溫合金材料領(lǐng)域技術(shù)含量很高，目前具有完整高溫合金體系 的國家只有美、英、俄、中四國，能夠生產(chǎn)航空航天用高溫合金的企業(yè)全世界也不超過 50 家。不僅僅是生產(chǎn)工 藝要求高，長期資金投入、認證時間長和客戶黏性也是該行業(yè)門檻高的體現(xiàn)之一。高溫合金行業(yè)無論是軍品還 是民品，審核嚴格、時間跨度長、耗時費力，為該行業(yè)構(gòu)筑了天然的進入壁壘。高溫合金有一半是用在航空航 天領(lǐng)域，特別是軍用品方面，由于處于戰(zhàn)略安全和保密性的要求，國產(chǎn)龍頭廠商的領(lǐng)先優(yōu)勢有望得到保持。

高溫合金材料目前仍然依賴進口，國產(chǎn)替代需求迫在眉睫。目前我國高溫合金從業(yè)企業(yè)數(shù)量少，整體技術(shù) 水平較國外龍頭企業(yè)仍有較大差距，整體產(chǎn)能和實際有效產(chǎn)能較小，尤其在高端航空航天領(lǐng)域高溫合金的產(chǎn)能與實際需求存在較大缺口。根據(jù)我們對行業(yè)主要企業(yè)產(chǎn)能情況的數(shù)據(jù)匯總，12 家企業(yè)高溫合金理論產(chǎn)能共計約 2 萬噸，根據(jù)廣大特材招股說明書數(shù)據(jù)預(yù)計，目前高溫合金 50%的市場需求依賴進口，考慮到目前我國高溫合 金有效產(chǎn)能與需求之間的缺口，預(yù)計實際對進口的依賴程度更大。

我國高溫合金行業(yè)形成錯位競爭。我國目前從事高溫合金研究生產(chǎn)的主要企業(yè)分為兩類，第一類是特鋼企 業(yè)，主要是撫順特鋼、寶鋼特鋼、長城特鋼，主要生產(chǎn)批量較大的合金板材、棒材和鍛件，這類產(chǎn)品用量最大， 結(jié)構(gòu)簡單；另一類是科研院所轉(zhuǎn)型企業(yè)，主要是鋼研高納、航材院、中科院金屬研究所，主要生產(chǎn)較小批量、 結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高端產(chǎn)品，這兩類廠家之間形成了錯位競爭的格局。目前國內(nèi)企業(yè)間屬于競爭合作關(guān)系，直接競爭 較少，同時存在上下游合作，以實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新、擴大產(chǎn)能以滿足市場需求為主要發(fā)展目標。

我國高溫合金下游需求以軍品為主。高溫合金行業(yè)主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。我國在軍用航空發(fā)動機領(lǐng)域 雖然整體滯后于飛機的發(fā)展，部分仍依賴從俄羅斯進口，但是隨著一些重點型號航空發(fā)動機的逐漸批量交付，我國軍用航空發(fā)動機的可靠性等問題逐步得到解決，軍用領(lǐng)域逐步擺脫依賴進口的局面。相對于此，我國在民 用航空發(fā)動機領(lǐng)域起步很晚，目前還沒有比較成熟的產(chǎn)品。

供需缺口長期存在，企業(yè)高毛利長期維持。根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù)，2018 年我國高溫合金市場需求量約 3.74 萬噸，產(chǎn)量約 2.18 萬噸，供需缺口在 15000 噸以上。由于高溫合金高門檻特性，未來行業(yè)供需缺口主要是 依靠現(xiàn)有企業(yè)產(chǎn)能擴張實現(xiàn)，行業(yè)競爭格局穩(wěn)定。得益于良好的競爭格局，企業(yè)高毛利長期保持。以撫順特鋼 為例，高溫合金板塊長期保持在 40%以上。

4.2 兩機國產(chǎn)化進度加速，上游高溫合金供應(yīng)商直接受益 

我國航空發(fā)動機長期存在兩大難題。第一個問題是研發(fā)體制約束，在 2016 年之前航空發(fā)動機的研制工作主 要由中航集團負責，發(fā)動機研制長期依附于戰(zhàn)機的發(fā)展，研制一代戰(zhàn)機需要 10 年左右，研制一代航空發(fā)動機需 要 15-20 年時間，研發(fā)周期存在錯配，導(dǎo)致發(fā)動機滯后于戰(zhàn)機的研制進度。第二個問題是資金約束，國外研制 一代航空發(fā)動機的研制經(jīng)費通常為 30 億美元以上，以美國在 1988-2005 年實施的“綜合高性能發(fā)動機技術(shù)計 劃”和 2002-2017 年實施的“多用途、經(jīng)濟可承受的先進渦輪發(fā)動機計劃”為例，兩者共花費 87 億美元，而在 兩機專項實施前，20 年間我國航發(fā)預(yù)研投入不到 10 億美元。

從 2015 年開始，我國出臺一系列專項政策，航空發(fā)動機和燃氣輪機發(fā)展滯后的難題逐步解決，尤其是航 空發(fā)動機的國產(chǎn)化難題有望逐步破解。而隨著航空發(fā)動機和燃氣輪機國產(chǎn)化程度進一步提高，成熟型號產(chǎn)品將 逐步放量，作為兩機產(chǎn)業(yè)鏈上游的高溫合金制造商將直接受益。 

兩機專項破解資金約束。在 2015 年政府工作報告中將 “航空發(fā)動機、燃氣輪機”替換“節(jié)能環(huán)保、電動 汽車”，首次作為獨立的方向列入七大新興產(chǎn)業(yè)，并在“十三五”期間全面啟動實施航空發(fā)動機及燃氣輪機重大 專項，突破兩機關(guān)鍵技術(shù)，初步建立航空發(fā)動機及燃氣輪機自主創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究、技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)業(yè)體系。兩機專項落地預(yù)計帶來千億規(guī)模發(fā)動機專項資金。

航發(fā)集團成立破解體制約束。2016 年 8 月，中國航空發(fā)動機集團成立，中航工業(yè)所屬從事航空發(fā)動機及相 關(guān)業(yè)務(wù)的企事業(yè)單位共計 46 家并入航發(fā)集團，包含 22 個發(fā)動機廠所、621 所（北京航空材料研究院）、3 個修理廠等，總資產(chǎn) 1100 億。“飛發(fā)分離”能夠掃除體制制約因素，首先將發(fā)動機獨立于整機制造之外，具有更大 的靈活性，其次可以全面整合航發(fā)資源，加強交流互助，減少重復(fù)建設(shè)的成本，最后可以仿效海外巨頭實現(xiàn)多 業(yè)經(jīng)營，不僅可以研制航空發(fā)動機，還可以應(yīng)用航空發(fā)動機技術(shù)研制和生產(chǎn)船舶用的了燃氣輪機，形成產(chǎn)業(yè)協(xié) 同效用。

“美國禁運事件”呼吁一顆“中國心”。2020 年 2 月 16 日，《華爾街日報》報道稱，美國政府正考慮取消 CFM （GE 子公司）向中國出口 LEAP-1C 發(fā)動機的許可。而 LEAP-1C 發(fā)動機正是我國 C919 選用航空發(fā)動機。如果美 國取消了 LEAP-1C 發(fā)動機的出口，中國 C919 短期內(nèi)將面臨無發(fā)動機可用的窘境，并且短時間內(nèi)很難找到替代方 案，必將極大影響飛機的交付進度。雖然出于技術(shù)和商業(yè)因素，禁運可能性不大，但這件事引起了國內(nèi)很大的 震動，使得民眾和政府對于航空發(fā)動機領(lǐng)域更加重視，呼吁一個成熟可用的民用航空發(fā)動機。

燃氣輪機國產(chǎn)化起步晚、限制多。重型燃機輪機依據(jù)渦輪前溫度和壓比可分為不同級別，目前廣泛使用的 是 E 級， F 級和 H/J 級。此前我國通過市場換技術(shù)，以三大電氣為承接單位，分別引進了德日美的燃機輪機技術(shù)， 實現(xiàn)了 F 級燃機在國內(nèi)的組裝，但僅局限在整機組裝能力，沒有掌握研制設(shè)計和生產(chǎn)核心技術(shù)，無法自主生產(chǎn) 壓氣機、燃燒室和透平三大部件，維護維修環(huán)節(jié)也被外方控制。 

海外并購+自主研制，國產(chǎn)化提速。2010 年以后，國內(nèi)企業(yè)通過海外并購和自主研制的方式提升國產(chǎn)化水 平。上海電氣入股國際燃氣輪機巨頭安薩爾多，獲得 E、F 和 H 級燃機的專利在中國的使用權(quán)，實現(xiàn)了壓氣機、 燃燒室和透平的國產(chǎn)化，通過和安薩爾多設(shè)立合資公司，逐步掌握后續(xù)維護環(huán)節(jié)和設(shè)計環(huán)節(jié)；“兩機”專項成立 以后，國家依托三大燃機廠和國家電投成立了聯(lián)合重燃，選擇自主研制和設(shè)計路線發(fā)展。

燃氣輪機國產(chǎn)化進入沖刺期。根據(jù)發(fā)改委和能源局聯(lián)合發(fā)布的《依托能源工程推進燃氣輪機創(chuàng)新發(fā)展的若 干意見》，要求到 2020 年，結(jié)合引進技術(shù)消化吸收，突破重型燃氣輪機設(shè)計技術(shù)、高溫部件制造技術(shù)和運行維 護技術(shù)，解決燃氣發(fā)電項目設(shè)備瓶頸，國內(nèi)基本形成完整的重型燃氣輪機產(chǎn)業(yè)體系。2019 年 7 月份，華能南通 電廠燃氣輪機發(fā)電項目等 24 個項目列入第一批燃氣輪機創(chuàng)新發(fā)展示范項目，預(yù)計在 2022 年前完成技術(shù)裝備攻 關(guān)和項目建設(shè)，依托本批示范項目，我國燃氣輪機產(chǎn)業(yè)長期以來依賴進口的關(guān)鍵核心技術(shù)將逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化。

4.3 航空發(fā)動機核心零部件實現(xiàn)進口替代 

除了國內(nèi)企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈上游進行高溫合金材料的國產(chǎn)替代，部分國內(nèi)企業(yè)開始進軍產(chǎn)業(yè)鏈中游制造環(huán)節(jié)。 產(chǎn)業(yè)鏈中游環(huán)節(jié)主要包括兩機高溫合金零部件加工制造，其中以渦輪葉片和渦輪盤為主，國內(nèi)企業(yè)通過自主研 發(fā)，在鑄造等軸晶葉片和定向單晶葉片、粉末冶金渦輪盤等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)替代，并進入國外產(chǎn)業(yè)鏈。

產(chǎn)業(yè)鏈中游環(huán)節(jié)國產(chǎn)化將大幅降低成本。以燃氣輪機單晶葉片為例，進口產(chǎn)品價格約為每片 40 萬元，實現(xiàn) 國產(chǎn)化后產(chǎn)品價格僅為 10 萬元左右，而一級渦輪葉片數(shù)量為 96 片，對于燃氣輪機制造成本下降將產(chǎn)生重大影 響，考慮到燃氣輪機后期維護更換葉片費用，成本下降作用將十分明顯。

應(yīng)流股份于 2018 年底發(fā)布非公開發(fā)行股票預(yù)案，計劃募集資金 9.5 億元，其中 6.65 億元用于高溫合金緊密 鑄造項目，增強與國內(nèi)外客戶的持續(xù)合作，預(yù)計達產(chǎn)后每年可生產(chǎn)葉片 20 萬片，預(yù)計產(chǎn)值可達 12 億元。目前 應(yīng)流股份已經(jīng)完成定向高溫合金葉片研發(fā)和制造，承擔某型號航空發(fā)動機高溫合金葉片研制生產(chǎn)任務(wù)，并向 GE 進行單晶葉片供貨。

萬澤股份于 2014 年成立萬澤中南研究院，引進國內(nèi)外高溫合金領(lǐng)域人才，開始進行高溫合金產(chǎn)品研究工 作。2016 年公司通過非公開發(fā)行募資新建年產(chǎn)超純高溫母合金 250 噸、先進發(fā)動機葉片 3.96 萬片、高溫合金粉 末 60 噸生產(chǎn)線，并于今年年初再次通過非公開發(fā)行募資新建年產(chǎn)超純高溫母合金 478 噸、航空發(fā)動機葉片 4,500 片、渦輪盤 200 對、地面燃氣輪機葉片 2000 片、汽車渦輪增加器部件 70 萬個、高溫合金粉末 50 噸生產(chǎn)線。本 次募投項目完成后，公司將擁有高溫合金母合金和粉末產(chǎn)能超過 800 噸，具備航空發(fā)動機和地面燃氣輪機葉片、 發(fā)動機渦輪盤等發(fā)動機主要高溫合金部件生產(chǎn)能力。

煉石航空構(gòu)建完整航空產(chǎn)業(yè)鏈。自 2013 年開始陸續(xù)投資設(shè)立成都航宇超合金技術(shù)有限公司、成都中科航空 發(fā)動機有限公司、朗星無人機系統(tǒng)有限公司和成都航旭涂層技術(shù)有限公司，構(gòu)建了從“錸元素→高溫合金→單 晶葉片→航空零部件→航空發(fā)動機→大型無人機整機”的完整產(chǎn)業(yè)鏈。目前成都航宇擁有年產(chǎn) 80 噸高溫合金生 產(chǎn)線和 5.5 萬片單晶葉片生產(chǎn)線，研制出多款高溫合金母材，目前已具備單晶葉片、等軸晶葉片，成功研制多 款單晶渦輪葉片，包括具有復(fù)雜氣冷通道的空心單晶葉片的生產(chǎn)能力，承接預(yù)研、在研、在役重點機型復(fù)雜單 晶葉片的研發(fā)任務(wù)并進行小批量供貨。