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2020年高温合金行业深度报告

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行研君说


导语

2018 年全球高温合金市场规模为 121.63 亿美元,同比增 长 4.8%,预计 2024 年全球高温合金市场规模将达到 173 亿美元。我们认为,航空航天领域是高温合金的主要 需求来源,当前我国国防建设正处于关键时期,高温合金市场需求将远超全球市场整体增速。

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来源:中信建投


一、高温合金介绍:耐高温金属材料,政策大力扶持

1.1 高端金属结构材料,耐高温耐腐蚀特性强 

高温合金是指以铁、镍、钴为基,能在 600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。高 温合金具有较高的高温强度,良好的抗氧化和抗腐蚀性能,良好的疲性能、断裂韧性等综合性能。高温合金的 最大特点不是其绝对熔点很高,而是在高温下仍然具有良好的特性。

高温合金是高端金属结构材料,高温合金的国产化长期是相关应用领域的“卡脖子”难题。2012 年发布的 《新材料产业“十二五”发展规划》中,就把包括高温合金在内的高端金属结构材料列为新材料产业六大重点发 展领域之一。

后续有一系列政策出台支持高温合金研发与生产,其中《中国制造 2025》提出大力推进新材料产业发展, 将包含高端金属结构材料在内的六大新材料作为发展重点,明确力争在 2025 年以前使我国新材料产业进入世界 一流强国行列。

高温合金具有耐高温、耐腐蚀的特性。在高温环境下,材料会加速退化,使用过程中易发生组织不稳定、 在温度和应力作用下产生变形和裂纹长大、材料表面的氧化腐蚀等情况,而高温合金所具有的耐高温、耐腐蚀 等性能主要取决于它的化学组成和组织结构。

以 GH4169 镍基变形高温合金为例,GH4169 基体为 Ni-Gr 固溶体,含 Ni 质量分数在 50%以上,可以承受 650℃左右高温,与美国牌号 Inconel718 相似,合金由 γ 基体相、δ 相、碳化物和强化相 γ'和 γ″相组成。GH4169 合金的化学元素与基体结构显示了其强大的力学性能,屈服强度与抗拉强度都优于 45 钢数倍,塑性也要比 45 钢好,稳定的晶格结构和大量强化因子构造了其优良的力学性能。


除了主要金属成分之外,高温合金对于微量元素也有要求。同样以 GH4169 镍基变形高温合金为例,要求 B、Mg、Mn、Si、P、S、Cu、Ca、Bi、Sn、Pb、Ag、Se 等杂质元素的要求很严格。


高温合金加工难度高。材料的加工表面完整性对于性能的发挥具有非常重要的作用,而高温合金微观强化 项硬度高,加工硬化程度严重,并且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等特点, 因此在加工过程中经常出现加工表面质量低、刀具破损严重等问题。

1.2 高温合金分类 

1.2.1 按基体元素分类 

按基体元素,高温合金可分为铁基高温合金(占 14.3%)、镍基高温合金(占 80%)和钴基高温合金(占 5.7%)。 

(1)铁基高温合金又可称作耐热合金钢。铁基高温合金的基体是 Fe 元素,加入少量的 Ni、Cr 等合金元素, 按其正火要求可分为马氏体、奥氏体、珠光体、铁素体耐热钢等。

(2)镍基高温合金的含镍量在一半以上,适用于 600℃以上的工作条件。采用固溶、时效的加工过程,可 以使抗蠕变性能和抗压抗屈服强度大幅提升。从目前的应用情况来看,在高温工作条件下,使用镍基高温合金 的范围超过其他两类高温合金,同时镍基高温合金也是我国产量最大的高温合金,大部分涡轮发动机的涡轮叶 片及燃烧室,甚至涡轮增压器也使用镍基合金作为制备材料。

(3)钴基高温合金是以钴为基体,钴含量大约占 60%。同时合金需要加入 Cr、Ni 等元素来提升高温合金 的耐热性能,但钴资源产量比较少,加工比较困难,通常只用于高温条件( 600-1000℃) 和较长时间受极限复杂 应力高温零部件,例如航空发动机的工作叶片、涡轮盘、燃烧室热端部件和航天发动机等。

1.2.2 按制备工艺分类 

按制备工艺分为变形高温合金(占 70%)、铸造高温合金(包括等轴晶高温合金、定向凝固柱晶高温合金、单晶高温合金,占 20%)和新型高温合金(粉末冶金高温合金、金属间化合物高温合金等)。 

变形高温合金是航空发动机中使用最多的。以 GH4169 合金为例,是目前应用范围最广的主要高温合金品 种,在航空发动机的燃烧室、涡轮盘等部位可使用变形高温合制备主要零件,随着其他合金产品的日益成熟, 变形高温合金的使用量可能逐渐减少,但在未来数十年中仍然会是占主导地位。

铸造高温合金根据使用温度,可以分为以下三类。第一类:在-253-650℃使用的等轴晶铸造高温合金,在 很大的范围温度内具有良好的综合性能,特别是在低温下能保持强度和塑性均不下降。第二类:在 650-950℃使 用的等轴晶铸造高温合金,高温下有较高的力学性能及抗热腐蚀性能。第三类:在 950-1100℃使用的定向凝固 柱晶和单晶高温合金,在此温度范围内具有优良的综合性能和抗氧化、抗热腐蚀性能。


粉末冶金高温合金采用雾化高温合金粉末,经热等静压成型或热等静压后再经锻造成型的生产工艺制造出 高温合金粉末的产品。由于粉末颗粒细小,冷却速度快,因此具备成分均匀、无宏观偏析、晶粒细小、热加工 性能好、金属利用率高等特点,合金的屈服强度和疲劳性能有较大提高。粉末冶金高温合金可以满足应力水平 较高的发动机使用要求,是高推重比发动机涡轮盘、压气机盘和涡轮挡板等高温部件的选择材料。粉末制备是 生产中最重要的环节,粉末质量直接影响零件性能,主要采用氩气雾化(AA)、旋转电极(PREP)和溶氢雾化 (SHA)工艺,俄罗斯和我国采用 PREP 工艺,美国等国家采用 AA 工艺。

金属间化合物是新型的轻比重高温材料。目前对金属间化合物的基础性研究和开发应用研究已经成熟,尤其在 Ti-Al、Ni-Al 和 Fe-Al 系材料的制备加工技术、韧化和强化、力学性能以及应用研究方面取得了令人瞩目的 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)、高温高强度、高 钢度以及优异的抗氧化、抗蠕变等优点,可以使结构件减重 35~50%。Ni3Al 基合金,MX-246 具有很好的耐腐 蚀、耐磨损和耐气蚀性能,展示出极好的应用前景。Fe3Al 基合金具有良好的抗氧化耐磨蚀性能,在中温(小于 600℃)有较高强度,成本低,是一种可以部分取代不锈钢的新材料。


1.2.3 按强化方式分类 

按强化方式分为固溶强化型、时效强化型、氧化物弥散强化型和晶界强化型等。 

固溶强化高温合金,添加一些合金元素到基高温合金中,形成单相奥氏体组织,溶质原子使固溶体基体点 阵发生畸变,使固溶体中滑移阻力增加而强化。溶质原子可以降低合金系的层错能,提高位错分解的倾向,导 致交滑移难于进行,达到高温合金强化的目的。

时效沉淀强化高温合金,是合金工件经固溶处理、冷塑性变形后,在高温或室温放置保持其性能的一种热 处理工艺。例如 GH4169 合金,在 650℃的最高屈服强度达 1000 MPa,制作叶片的合金温度可达 950℃。

氧化物弥散强化高温合金,采用独特的机械合金化(MA)工艺,在高温下具有超稳定的氧化物弥散强化相均 匀地分散于合金基体中,形成一种特殊的高温合金。其合金强度在接近合金本身熔点的条件下仍可维持,具有 优良的高温蠕变、高温抗氧化、抗碳及硫腐蚀性能。目前已实现商业化生产的主要有三种 ODS 合金包括:MA956 合金在氧化气氛下使用温度可达 1350℃,居高温合金抗氧化、抗碳、硫腐蚀之首位,可用于航空发动机燃烧室 内衬;MA754 合金在氧化气氛下使用温度可达 1250℃并保持高温强度、耐中碱玻璃腐蚀性能,已用于制作航空 发动机导向器蓖齿环和导向叶片;MA6000 合金在 1100℃拉伸强度为 222MPa、屈服强度为 192MPa,1100℃、 1000 小时持久强度为 127MPa,可用于航空发动机叶片。

晶界强化高温合金,利用晶界对位错运动的阻碍作用,晶粒越细小、晶界越多,阻碍作用越大,强化的效 果越好。晶界可以把塑性变形限定在一定范围内,使塑性变形均匀化,因此细化晶粒可以提高钢的塑性。晶界 又是裂纹扩展的阻碍,所以晶粒细化可以改善韧性,晶界强化是唯一能在提高强度的同时,不损害其韧性的方 法。


1.3 高温合金牌号命名规则 

1.3.1 国外牌号命名规则 

国外高温合金牌号是按照厂家注册商标来命名,国外主要厂家高温合金牌号如下: 

1.3.2 国内牌号命名规则 

与国外不同,我国高温合金牌号是国家统一标准,采用字母加阿拉伯数字相结合的方法表示。根据特殊需 要,可以在牌号后加英文字母表示原合金的改型合金,如表示某种特定工艺或特定化学成分。


常见牌号的高温合金以及相关特性用途如下: 

二、国际比较:国内研制体系日渐成熟,当前已处于创新发展阶段

2.1 国外高温合金材料研制起步较早 

高温合金的研制在国际上主要在德国、英国、美国、日本、俄罗斯等国家之间展开。高温合金国际发展体 系的呈现出一大特点,高温合金适用的工作温度范围越来越高,从早期不到 800℃到如今工作温度达到 1700℃, 伴随着工作温度的不断提升是新技术、新工艺的不断迭代,从变形高温合金、铸造高温合金到粉末冶金高温合 金,特别是定向凝固等技术的推广促进了航空发动机性能的不断提高。

1939 年,英国国际镍公司首先研制出一种低碳含钛的镍基金属 Nimonic75,而后含铝和钛合金元素的 Nimonic80 合金问世。1942 年,Nimonic80 合金用作涡轮动机叶片材料,是应用最早的 Ni3(AL、Ti)强化的涡轮叶 片材料。此后,英国国际镍公司通过将不同合金元素加入到合金材料当中,形成了 Nimonic 系列高温合金材料, 包括 Nimonic80A(B、Zr)、 Nimonic90(钴)、Nimonic100(钼)等,并通过提高冶金技术等方式研制出 Nimonic93、 108/109 和 120 合金等;在单晶高温合金方面,Rolls-Royce 研制出 SRR99、SRR2000 和 SRR2060 等合金,形成了 RR 系列。

1941 年后美国开始大力发展航空发动机,高温合金材料的应用随之展开。1942 年,HastelloyB 镍基合金先 后用于通用电气公司的两种喷气发动机中,1944 年开发出钴基合金 HS23 用于西屋公司发动机中的精密铸造叶 片。1950 年后,由于钴资源缺乏,美国开始发展镍基高温合金并应用于制作涡轮叶片,PW 公司、GE 公司和特 殊金属公司分别开发出 Waspalloy、M-252 和 Udimet500 等合金,在这些合金基础上形成了 Inconel、Mar—M 和 Udmit 合金系列。60 年代以后,以采用定向凝固工艺制造出的单晶高温合金叶片使航空发动机性能大幅度提高, PW 公司研制的 PWA1480 单晶合金叶片,先后在 PW2037、PW1130、F100、JT9D-7R4、T400-W 和 V-402 等发动 机上采用,单晶空心精铸叶片于 1982 年投入使用。目前美国的单晶高温合金叶片材料主要出自 PW 公司、GE 公司和 Monnon-Muskegon 公司,分别以 PWA 系列、Rene-N 系列和 GMSX 系列命名。

在前苏联(俄罗斯),高温合金称为耐热合金。20 世纪 40 年代中期至 50 年代,前苏联在耐热钢的基础上 开发出铁-镍基、镍基和钴基耐热合金,如∋H415、∋H395、∋H388、∋H435、∋H602、∋H929、∋H416(钴基)和∋H105 合金等。前苏联镍基耐热合金成分特点是添加较多的钨和钼元素、一定量的铁元素以及少量的钒元素, 而美国合金常用钼元素、少用钨元素。60 年代后,前苏联又开发出∋H868、 ∋H57、 ∋ Π99、 ∋ Π220、 ∋ Π238、 ∋H618 等合金。前苏联(俄罗斯)的高温合金可分为∋H 和∋ Π(变形)合金系列以及∗ 、 ∗、 ∗ Π、∋∗ C(铸造和 单晶合金)为牌号前缀的合金系列。


美国、英国、日本的高温合金主要生产企业:

美国是生产高温合金的最主要国家,全年大约生产 5 万吨,其中 60%用于民用。在军用领域,生产航空发 动机厂家通用电气(GE)、普拉特—惠拉尼(PW)也生产高温合金;在民用领域,美国从事高温合金材料研发 生产的企业有特殊金属公司、卡博特公司、汉因斯-司泰特公司等。

英国国际镍公司生产了世界上第一个镍基金属高温合金,除此之外英国航空发动机公司罗尔斯罗伊斯也研 制了定向凝固合金和单晶合金。

日本主要高温合金生产企业是 JFE 株式会社、新日铁、石川岛播磨重工业和神户制钢公司。日本公司参与 航空发动机的研制,在单晶合金方面全球领先,其中 NIMS 与 IHI 利用第 4 代 Ni 基单晶超合金 tms-138 进行超音 速商用客机的引擎高温耐久测试,成功达到 1650 度涡轮进气温度的世界最高记录。

2.2 我国已经形成独特高温合金研制发展体系 

我国高温合金经历了仿制、仿创结合到独创的发展过程,形成为了我国独特的高温合金体系。我国研制的 高温合金已达到 200 多种,在 2005 年纳入国标的就有 177 中,构成了高温合金体系的基础。在 1980 年之前,我国高温合金就形成了自己的基础体系,目前这个体系更加完整和系统。

与国外以制造商各自形成体系标准不同,我国高温合金形成了统一的国家标准,以合金成型方式、基体元 素和强化方式的顺序构建了完整体系。其中,合金成形方式有变形高温合金、铸造高温合金(包括等轴晶铸造 高温合金、定向凝固柱晶高温合金和单晶高温合金)、焊接用高温合金丝、粉末冶金高温合金、弥散强化高温合 金和金属间化合物高温材料之分;在这些不同合金系列之下,再分铁基、镍基、钴基及铬基合金;在相同基体 之下,又分固溶强化和时效强化类型等。

我国高温合金的发展可以分为三个阶段: 

从 1956 年至 20 世纪 70 年代初是我国高温合金研制的初始阶段。在苏联专家的指导下制造出 GH3030 高温 合金,而此后为了生产出歼击机发动机所需高温合金材料,通过仿制前苏联高温合金,研制生产出 GH4033、 GH4037、GH4049、GH2036、GH3030、GH3039、GH3044、K401、K403 和 K406 等高温合金,同时针对我国缺少 Ni、Cr 资源的情况,研制出铁镍基高温合金,代替当时用量较大的 GH4033 和 GH4037 等。


从 20 世纪 70 年代中至 90 年代中期,,是我国高温合金制造工艺的提高阶段。在前期自主研制出一系列高 温合金材料的基础上,通过增加如大型真空冶炼设备、快锻机、精锻机等以及先进检测设备,进一步改进生产 工艺,同时建立质量管理系统和更严格的质量管理程序,不仅研制成功一系列新型号变形合金和铸造合金,更 为重要的是使我国高温合金的生产工艺技术和产品质量控制等方面实现了明显突破。

从 20 世纪 90 年代中至今, 是我国高温合金的创新发展阶段。随着新型航空发动机的研制生产,对于高温 合金材料提出了进一步要求,高温合金的生产工艺也实现重大突破。在此阶段建立和完善了旋转电极制粉工艺 粉末高温合金生产线,研制出粉末涡轮盘材料 FGH4095 和 FGH4096;采用机械合金化工艺技术, 研制出氧化物 弥散强化高温合金 MGH4754 和 FGH2756;研制出第一代 、 第二代单晶高温合金 DD402、DD408、DD406 等, 新型定向凝固柱晶合金 DZ4125,DZ4125L,DZ604M,DZ417G,低膨胀系数合金 GH2907、GH2909 以及耐热腐蚀、 可锻可铸的高 Cr 合金 GH4648 等。


我国目前从事高温合金研究生产的主要企业分为两类,形成了错位竞争的格局:第一类是特钢企业,主要 是抚顺特钢、宝钢特钢、长城特钢,主要生产批量较大的合金板材、棒材和锻件,这类产品用量最大,结构简 单;另一类是科研院所转型企业,主要是钢研高纳、中国航发北京航空研究院(北京航发院)、中科院金属研究 所(中科三耐),主要生产较小批量、结构复杂的高端产品。 

2.3 国内高温合金产品仍存在较大进步空间 

从 1956 年开始,我国高温合金研究生产经历了 60 多年的发展,目前已经形成了比较完整的高温合金体系。但是和美国、英国、日本等国高温合金在很多方面依旧存在差距。主要体现在以下几个方面: 

第一,高温合金产品成本较高,高温合金零部件生产流程复杂落后,成材率低。

第二,我国的高温合金研制一直是以军品作为研究主导方向的,研发侧重点在于军用,寿命等方面不满足 民用航空发动机所要求的维修周期长等要求。

第三,在一些高端领域,比如单晶叶片等领域,我国技术水平落后于国际先进水平,无法研制出达到国际 主流水平的成熟产品。

三、中国是全球高温合金市场主要增长点,下游需求或将集中释放

3.1 全球高温合金市场稳步发展,中国是未来主要需求增长来源 

近年来全球高温合金市场稳步增长。根据前瞻产业研究院数据显示,2012 年至 2018 年全球高温合金市场 规模合计 758 亿美元,年均市场规模约为 108 亿美元;2018 年全球高温合金市场规模为 121.63 亿美元,同比增 长 4.8%,预计 2024 年全球高温合金市场规模将达到 173 亿美元。我们认为,航空航天领域是高温合金的主要 需求来源,当前我国国防建设正处于关键时期,高温合金市场需求将远超全球市场整体增速。


高温合金产业链:在高温合金产业链上游,根据材料制备工艺主要分为变形高温合金、铸造高温合金和粉 末高温合金,由于不同制备工艺的高温合金在材料特性上有所差异,其制造加工方式与工作应用环境也有所不 同,以航空发动机使用的高温合金为例,变形高温合金主要采用锻造、铸造高温合金主要采用铸造、粉末高温 合金主要采用烧结成型方式,再经过机加、热处理等加工手段,形成最终下游应用所需形态产品。


从下游应用领域分布来看,航空航天与能源类应用场景是主要需求来源。目前,航空航天领域是高温合金 的第一大应用场景,需求份额占比为 55%,其次燃气轮机和石油化工领域等能源类引用场景需求占比为 33%, 二者合计占到整体需求规模的 88%左右;工业和汽车领域需求占比分别为 7%和 3%。

高温合金材料最初主要用于航空航天领域,但由于其具备良好的耐高温、耐腐蚀等性能,被广泛应用于船 舶、电力、冶金、汽车、核工业等工业领域,同时随着新型高温合金材料的不断发展,下游应用场景和市场需 求也处于不断扩张的趋势。 

航空航天领域:在现代航空发动机中,高温合金材料用量约占到发动机总质量的 40%-60%,主要用于燃烧 室、导向叶片、涡轮叶片和涡轮盘四大热端零部件,以及发动机机匣、环形件、尾喷口等工作温度较高的部位。航天发动机与航空发动机类似,但航天发动机材料不仅对高温高压下的性能有较高要求,同时要求在低温、较 高温度梯度变化的环境下进行稳定工作。以液体发动机为例,高温合金材料主要用于推力室做喷注器面板、涡 轮泵弯通、石墨舵紧固件等。


各类燃气轮机(船舶、电力等):与航空发动机类似,在船舶、电力用燃气轮机中,高温合金也广泛应用于 热端部件。

石油化工:在石油和天然气深井开采中,钻具处于高温酸性环境中,同时由于二氧化碳、二氧化硫和 泥沙等存在,须采用耐腐蚀耐磨高温合金,同时高温合金在石化领域广泛用于多种阀门、液体分流器等。

核工业:核工业中的各种金属零部件在工作时需要承受高温,并且需要较高的蠕变强度,高温合金能够满 足其要求,主要应用于燃料元件包壳材料、结构材料和燃料棒定位格架,高温气体炉热交换器等。

汽车领域:高温合金主要用于汽车涡轮增压器的涡轮叶轮,同时汽车内燃机的阀座、镶块、进气阀、密封 弹簧、火花塞、螺栓等部件也可以采用高温合金材料。

其他领域:高温合金在玻璃制造、冶金、医疗器械等领域也广泛应用,例如在生产玻璃棉的火焰坩埚钳、 生产平板玻璃的辊拉管机零部件、玻璃窑炉的料道、闸板等;轧钢厂加热炉的垫块、线材连轧导板等;医疗器 械领域的人工关节等。

3.2 高温合金国内需求空间广阔,短期或将进入集中放量时期 

当前我国各主要领域对于高温合金材料的需求量约为 4.5 万吨,市场规模约为 127 亿元。其中军用飞机发 动机为 6000 吨,民用航空发动机为 3800 吨,舰船用燃气轮机为 3125 吨,发电和天然气运输领域需求合计为 25000 吨,汽车领域需求为 4900 吨,核电建设需求 1800 吨。根据我们对各需求领域未来发展的预测,未来 20 年,上述各领域对高温合金的需求总量约为 107 万吨,市场规模约为 3030 亿元。

3.2.1 军用航空发动机将迎来换代需求 

3.2.1.1 航空发动机是高温合金的主要应用领域 

高温合金材料最初主要应用于航空航天领域,由于其有着优良的耐高温、耐腐蚀等性能,逐渐被应用到电 力、船舶、汽车、冶金、玻璃制造、原子能等工业领域,从而大大的拓展了高温合金材料的应用领域。

“两机”需求占到高温合金需求的 85%。目前高温合金最主要应用领域是航空航天发动机,占到整体下游 需求的55%,另有35%应用于燃气轮机。在现代航空发动机中,高温合金材料用量占到发动机总质量的40%-60%, 主要应用于四大热端部件,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。


根据工作温度不同,航空发动机以燃烧室前后为界限,分为冷端和热端两部分。提高喷出气体的能量是增 加发动机工作效率的最主要方式,要求发动机工作温度提升,因此对热端部件,尤其是涡轮部件的材料提高了较高要求。航空发动机热端部件工作温度超过 1000 摄氏度,同时涡轮部件在高速旋转中承受较大机械载荷,因 此需要高温合金材料在高温下保持优异机械性能。


3.2.1.2 国防预算持续增加,装备建设支出占比有望提升 

我国国防预算在经历了近 10 年的高速增长后,在 2014 年增速开始呈现逐年下降趋势,2017 年 7%的同比 增速创近十年新低。2018 年国防预算增速出现近年来首次回升,同比增速上升至 8.1%。2019 年中央一般公共 预算中央本级支出 35395 亿元,增长 6.5%,国防支出预算 11899 亿元(约合 1776.1 亿美元) ,同比增长约 7.5%。国防预算总量保持逐年上升态势,增速较 2018 年虽有所回落,但年增速整体变动仍保持稳定上升态势。

国防预算持续增加是国防工业发展的客观需求。国防建设要与经济建设协调发展,与国家安全和发展利益 相适应,根据国防需要和国民经济发展水平调整国防预算规模是各国的普遍做法。无论从国防预算占国内生产 总值、国家财政支出的比重看,还是从人均数额看,中国的国防投入水平都低于世界主要国家。近年来中国适 度加大国防投入,其中相当一部分是为了弥补过去投入的不足,主要用于更新武装装备、改善军人的生活待遇 和基层部队训练生活条件。当前装备费占比日益提升,训练维持费也有望持续增加,在军队变得更加精悍的条 件下,与武器装备采购相关的装备费、训练维持费占比仍有提升空间。


我国国防开支与自身建设需求相比还有较大差距,未来仍将保持长期稳定增长。“确保到 2020 年基本实现 机械化,信息化建设取得重大进展,战略能力有大的提升;力争到 2035 年基本实现国防和军队现代化;到本世 纪中叶把人民军队全面建成世界一流军队”是十九大报告中提出的我军发展明确规划。《新时代的中国国防》指 出,中国是世界上唯一尚未实现完全统一的大国,是世界上周边安全形势最复杂的国家之一,维护国家主权、 领土完整、海洋权益等面临严峻挑战。中国军队处于向信息化转型阶段,顺应世界新军事革命发展趋势、推进 中国特色军事变革的任务艰巨繁重。中国国防开支与维护国家主权、安全、发展利益的保障需求相比,与履行 大国国际责任义务的保障需求相比,与自身建设发展的保障需求相比,还有较大差距。


从近年来军费开支结构看,装备费占比日益提升,训练维持费也有望持续增加。我们预计,在军队人员总 体规模缩小 30 万至 200 万、军队变得更加精悍的条件下,与武器装备采购相关的装备费、训练维持费占比仍有 提升空间。

预计 2020 年我国国防预算将实现稳定较快增长。随着实战化练兵的不断深入,军方对于武器装备采购与维 护的需求将不断扩大,客观上对于国防预算增长提出了硬性要求。国防支出作为政府财政支出的一项,其增长与国家经济增长率密切相关。我国经济在经历了 30 多年的高速增长期后,增速将逐步放缓,GDP 增速已开始 逐年递减,但逐年增长态势较为确定。我国国防预算占 GDP 比重相对固定,GDP 的稳定增长必将带动国防预 算绝对额保持稳步上升趋势。此外,美国在国防预算上持续大力投入将直接导致全球国防支出呈现快速增长态 势。因此,我们认为在军方需求提升的内部因素与世界国防支出快速增长的外部因素双方面影响下,未来几年 我国国防预算支出或将继续保持稳定较快增长,2020 年增速有望维持在 7.5%-8.0%范围内。

3.2.1.3 航空装备是国防建设的重点序列 

我国空中战力与世界一流水平相比仍有较为明显的差距,新型号列装需求强烈。根据 world airforce2019 统 计数据显示,目前我国空军二代歼击机及强击机(J-7、J-8、Q-5)仍有 602 架,三代机(J-10、J-11、J-15)数量 仅有 564 架。从战机代系结构上看,二代与三代战机数量大致相等,另有 40%左右的二代机及早期三代机已面 临退役,急需新型战机填补数量空缺。国产四代机歼 20 已经正式服役并具备执行作战任务的基本条件,若仍以 原有三代机与之搭配,则无法完全将隐身战机的战术作用最大化;同时面对我国周边持续紧张的国际形势,在 执行警戒、巡航、驱离等任务时,以三代机为主的空中力量与周边国家相比优势已不明显。

因此我们认为,三代半战机将成为填补我国战机空缺的主力。在大型飞机方面,轰 6K 在短时间内仍将是 我国战略战术轰炸的主力机型,而运 20 将逐渐担负起部队大部分战略、战术运输任务,同时还将作为基础改 装平台衍生出加油机、预警机、电子战飞机等多种改型。

目前陆航部队已经基本成型,我国自主研发的直 20 作为执行突击运输、战场通信等任务的主要机型,预 计将以空前规模装备陆航部队。参考美军编制,我国陆航部队未来 20 年直升机装备空间约为 2000 架,短期来 看,未来 5 年直升机装备缺口数量为 500 架。

3.2.1.4 航空发动机高温合金市场需求测算 

我国各型军机即将进入加速放量阶段,对于国产航空发动机的需求也将迅速攀升。 

各类政策上的大力推进也促使我国航发产业进入快速成长期。中航发集团的成立意味着我国航发产业飞发 分离体系的正式确立,航空发动机发将不再以满足战机需求为最终目的。航空发动机将成为独立军工产品进行 研发生产,作为军用飞机的先导产品,航空发动机当前的产业地位已与飞机整机齐平。航空发动机的研发将有 能力自主掌控资源投入与研发方向,各型号预研工作将大规模展开,一型航发,代系发展的预研体系有望逐步 建成,切实做到“动力先行”。同时航空发动机研发资金桎梏已经基本消除,两机专项落地带来千亿规模发动机 专项资金,若以 30 亿美元的平均研发经费计算,此次下拨的专项资金足以维持 4 至 5 款航空发动机同时研发。在高强度的资金支持下,未来几年我国航空发动机研发有望取得突破式进展。我国当前已经意识到航空发动机 对于装备发展的重要性以及我国航空发动机产业相对落后的现状,航空发动机已被提升至战略装备层面,后续 其他形式的资金支持政策有望持续出台。


参照我们对于军机未来需求量的预测,假设我国航空发动机的装备比为 1.5,每 5 年存量战机需更换全新 发动机次数平均为 1 次,假设 5 年内全部老战机需要进行 1 次换发。据此测算,未来 5 年战斗机及教练机发动 机需求为 4374 台,运输机发动机需求为 1200 台,直升机发动机需求为 3000 台;未来 20 年战斗机及教练机需 求为 30246 台,运输机发动机需求为 12000 台,直升机发动机需求为 22500 台。



以 F100 系列发动机为例,单台发动机总质量约为 1800kg,按照高温合金材料质量占比 50%、成材率 20% 计算,共需要高温合金材料约 4.5 吨;以 D30 发动机为例,单台发动机总质量约为 2700kg,按照高温合金材料 质量占比 50%、成材率 20%计算,共需要高温合金材料约 6.75 吨;以 T700 涡轴发动机为例,单台发动机总质 量约为 250kg,按照高温合金材料质量占比 50%、成材率 20%计算,共需要高温合金材料约 0.625 吨。

根据我们对未来 5-20 年航空发动机需求数量的测算,未来 5 年我国航空发动机高温合金需求总量约为 3 万 吨,平均每年约 6000 吨;未来 20 年需求总量约为 23 万吨,平均每年约为 1.15 万吨。按照每吨高温合金单价 30 万元计算,未来 5 年航空发动机高温合金市场规模为 88.97 亿元,未来 20 年市场规模为 693.51 亿元。


3.2.2 民用航空发动机需求将稳步提升 

强劲经济和客流需求是民用航空主要驱动力。欧美属于成熟航空市场,未来全球航空市场主要看亚太地区, 中国作为亚太地区经济领头羊,强劲的经济有力推动了民用航空的发展。中国商飞《2019-2038 年民用飞机市场 预测年报》指出,未来二十年中国航空市场将接收 50 座以上客机 9205 架,市场价值约 1.4 万亿美元(以 2018 年目录价格为基础),折合人民币约 10 万亿元。其中 50 座级以上涡扇支线客机交付 958 架;120 座级以上单通 道喷气客机交付 6119 架;250 座级以上双通道喷气客机交付 2128 架。 

根据不同座级民航客机所需发动机数量、对应发动机质量,假设未来 20 年内全部民航飞机平均换发 1 次, 按照高温合金材料质量占比 50%、成材率 20%计算,未来 20 年我国民航客机发动机所需高温合金总量约为 22 万吨,按照每吨高温合金 30 万元单价计算,未来 20 年整体市场规模为 661.45 亿元。 

按照民航机队数量年均 10%的增长速度计算,当前民航发动机高温合金需求量约为 3800 吨,市场规模约 为 11.5 亿元。 


3.2.3 燃气轮机需求多维发力 

燃气轮机装置是一种以空气及燃气为介质的旋转式热力发动机,结构与航空发动机一致。燃气轮机主要由 压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成,机组启动成功后,压气机连续不断从外界大气中吸入大气并增压,喷入 燃烧室的燃料与空气混合后点火燃烧,高温高压燃气在涡轮中膨胀做功,2/3 左右被用来带动压气机,其余通过 机组的传输轴带动外界的各种负荷,如发电机、压缩机、螺旋桨、泵等。燃气轮机可以看作由燃气发生器和动 力涡轮两大部分组成,用来带动压气机和附件的称为燃气发生器涡轮,用来带动减速器、螺旋桨或其他外负荷 —专做功率输出的称为动力涡轮。


目前燃气轮机广泛应用于发电、船舶动力、机车动力、管道增压等领域,全世界 1/5 发电量来自于燃气轮 机,燃气轮机循环热效率可以到达 60%,远远超过一般火电站使用的超临界燃煤系统的 40%。在船舶动力方面, 欧美舰艇燃气轮机装配率在 50%以上。

目前工业燃气轮机热端部件燃烧室、连接导管、导向叶片、工作叶片和涡轮盘大多采用高温材合金料制备, 这一点与航空发动机类似。

3.2.3.1 舰船燃气轮机高温合金市场规模测算 

船舶动力领域燃气轮机优势显著。在军舰动力方案选择上,燃气轮机的主要竞争对手是舰用柴油机和蒸汽 轮机,由于燃气轮机具有功率密度大、启动速度快、噪声低频分量低三大先天优势,老牌海军比如美国海军、 英国海军和日本海上自卫队等的主力水面战舰已经完成了燃气轮机化。

我国海军经历了近 20 年的现代化进程,现已经初步形成了现代化海上力量,海上舰船数量已达到世界一流 水平。海军装备正遵循由量到质、由近及远两大趋势发展,即淘汰落后舰艇,批量装备现代化大吨位驱逐、护 卫舰,同时迅速建立现代化远洋海军作战力量。目前我国海军已经处于建国以来的第四次造舰高峰,近年 056 系列轻型护卫舰与 052 系列驱逐舰批量下水入役,大量替代原有 053 型护卫舰与导弹艇负责近海防御作战及近 海巡逻等任务。而随着辽宁舰航母编队远海训练次数的不断增多,航母舰队中各型配套军舰也已开始逐步服役, 负责航母补给的 901 型大型综合补给舰已正式服役,055 型大型导弹驱逐舰也于 18 年 9 月开始海试并已在舰体粉刷舷号,于 2019 年 4 月参加了海军成立 70 周年阅兵。

我们预计,未来 20 年我国海军将围绕 10 艘航空母舰打造远洋海军力量,建造舰船预计总数量为 360 艘, 暂不考虑燃气轮机更新需求,仅新下水舰船装备燃气轮机数量为 780 台,参考 LM2500 与 GT25000 燃气轮机约 25 吨重量,假设 50%重量使用高温合金材料,成材率为 20%,共需高温合金材料 4.9 万吨,按照每吨 30 万元 计算,市场空间总计约为 146.25 亿元。 

2019 年,我国新下水军舰共 20 万吨,包括 7 艘 052D 型驱逐舰、2 艘 055 型驱逐舰、1 艘 071 型综合登陆 舰、1 艘 075 型两栖攻击舰、12 艘 056A 型轻型护卫舰、1 艘 901 型综合补给舰,燃气轮机共需高温合金材料为 3125 吨,市场规模约为 9.38 亿元。


3.2.3.2 发电及管道用燃气轮机高温合金市场规模测算 

天然气发电成本高,在我国占比低。全球生产的天然气中,燃气发电消费独占半壁江山,每年约 50%的天 然气被用于发电。与此相对应的各主要国家天然气发电装机也在总装机容量中占据较大比例,其中美国为 39.3%、 日本为 29%、英国为 34.1%、韩国为 26.6%,而我国仅在 3%左右。天然气发电比起煤炭发电来说更加清洁环保, 但是天然气发电成本较高。

天然气价格中枢中长期下降,天然气发电最大劣势有望逐步消除。随着进口和国产天然气供应逐步增加, 国内燃气价格贵的问题正在逐渐改善。以中俄东线天然气管道为例,该条线于 2019 年 12 月初通气投产,根据 规划,该项目在国内的管道全长 5111 公里,途径黑龙江、吉林、内蒙古、辽宁、河北、天津、山东、江苏、上 海等 9 省市,是中国东北方向首条陆上天然气跨境战略通道。管道满负荷运行后,每年供气能力将高达 380 亿 立方米。国产气方面,我国国产气增量连续两年超百亿立方米。根据《中国天然气发展报告》显示,我国未来 通过加大四川盆地天然气、鄂尔多斯盆地致密气开发和突破陆相页岩气开发技术瓶颈,以及海上天然气和非常 规天然气开发,天然气价格中枢有望进一步下降。

中国电力企业联合会数据显示,截至 2019 年底,全国全口径发电装机容量 20.1 亿千瓦,同比增长 5.8%。 其中,气电 9022 万千瓦,占比为 4.49%。2019 年,全国新增气电装机容量为 629 万千瓦。按照单台燃气轮机 30 兆瓦计算,2019 年气电燃气轮机共需 210 台,高温合金材料用量约为 1.3 万吨,市场规模约为 40 亿元。按 此计算,假设未来 20 年每年新增气电装机容量 600 万千瓦,未来 20 年气电燃气轮机共需 4000 台,高温合金材料用量约为 25 万吨,市场规模约为 750 亿元。

管道用燃气轮机受益于国家管网大建设。2009 年-2018 年我国天然气消费量年均复合增速达 13.95%,而油 气管道里程数年均复合增速仅为 6.55%,管道运输能力陷入瓶颈一定程度上限制了天然气行业发展。据此国家 提出:分步推进国有大型油气企业干线管网独立,实现管输和销售分开,2019 年 12 月国家管网公司成立,未 来我国管网将迎来一段时间的大建设期。

根据国家发改委和能源局印发的《中长期油气管网规划》,到 2020 年全国油气管网规模要达到 16.9 万公里, 其中天然气管道 10.4 万公里;到 2025 年,油气管网规模达到 24 万公里,其中天然气管道里程 16.3 公里。截至 2018 年底,中国建成运行的长输天然气管线总里程 7.6 万公里,2019-2020 年仍需建设 2.8 万公里;我们预计, 未来 20 年我国天然气管道建设将达到 15 万公里。 

通常情况下,天然气管线每 100-200 公司里设有一个压气站,每个压气站平均装备 2 台燃气轮机。据此计 算,天然气管线所用燃气轮机市场在 2019-2020 年平均每年需用高温合金材料约 1.2 万吨,市场规模约为 35 亿 元;未来 20 年共需高温合金材料 12.5 万吨,市场规模约为 375 亿元。 

4.2.4 汽车、核电领域潜在需求旺盛 

4.2.4.1 汽车领域高温合金市场空间测算 

在汽车领域,高温合金材料主要用于汽车废气涡轮增压器。涡轮增压器的工作原理是通过发动机排出的废 气冲击涡轮运转,带动同轴的叶轮高速转动以将空气压缩后传递到气缸中,通常加装废气涡轮增压器后的发动 机功率及扭矩要增大 20%-60%。随着中国汽车保有量不断增大,严格的排放限制,带有涡轮增压汽车发动机逐 渐成为市场主流。目前,我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,此外内燃机 的阀座、镶块、进气阀、密封弹簧、火花塞、螺栓等都可以采用铁基或镍基高温合金。

汽车涡轮增压器具有降低噪声、减少有害气体排放、提高功率等优点,国外的重型柴油机增压器装配率 100%,中小型柴油机也在不断地增大其装配比例,英、美、法等国家装配比例已达 80%左右,相较之下,我国 50%的装配率仍有一定提升的空间。


根据钢研高纳招股说明书数据,每万辆汽车至少需要高温合金材料 2 吨,2019 年我国汽车产量为 2572.1 万辆(含新能源汽车 124.2 万辆),需要高温合金材料约 4900 吨,按照每吨 20 万元计算,市场规模约为 10 亿 元。考虑到未来汽车数量和我国装配率的提高,假设未来年均增长率为 5%,未来 20 年我国汽车市场对高温合 金材料的需求总计约为 16 万吨,市场规模约为 324 亿元。 

4.2.4.2 核电领域高温合金市场空间测算 

核电工业使用的高温合金主要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。2011 年受福岛核事故影响,全球核电在运装机容量出现下滑,2013 年后恢复增长。当前中国是全球核电在 建机组容量第一、在运机组容量第三,根据国际原子能机构估计,未来 20 年核电使用将维持增长,装机容量增 长将主要来自中国、俄罗斯等国家。


根据《中国核电中长期发展规划》,到 2020 年,全国在运核电规划装机容量达到 5800 万千瓦,在建 3000 万千瓦。截至 2019 年末,我国共有 47 台运行核电机组,总装机容量为 4875.12 万千瓦,2020 年需投入运行 925 万千瓦。根据钢研高纳招股说明书,每座 60 万千瓦核电站约需高温合金材料 600 吨,以此计算,需在 2020 年 建设完成的 925 万千瓦的核电机组,共需高温合金材料 9200 吨,考虑到核电站建设周期约为 5 年,平均每年 高温合金需求量约为 1800 吨,按照每吨 20 万元计算,市场规模约为 3.7 亿元。假设未来 20 年核电在建机组数 量维持在 10 座,每座装机容量为 100 万千瓦,平均每年需求量约为 2000 吨,市场规模总计约为 80 亿元。 

四、“进口替代”论:高温合金国产厂商三维度分享行业红利

4.1 国内高温合金行业现状:供不应求,竞争格局良好 

我国高温合金市场供不应求。2019 年,我国重点优特钢企业高温合金铸锭产量约为 1.91 万吨,同比增长 32.95%,钢材产量约为 0.85 万吨,同比增长 50.13%,我国高温合金业务供给出现快速增长的情况。但目前我国 高温合金整体市场需求约为 4 万吨,供不应求的问题依然显著。由于技术壁垒高、认证周期长、资金需求大等 因素,我国高温合金的产量增长缓慢,成材率较低。


高温合金行业门槛高,行业龙头优势明显。高温合金材料领域技术含量很高,目前具有完整高温合金体系 的国家只有美、英、俄、中四国,能够生产航空航天用高温合金的企业全世界也不超过 50 家。不仅仅是生产工 艺要求高,长期资金投入、认证时间长和客户黏性也是该行业门槛高的体现之一。高温合金行业无论是军品还 是民品,审核严格、时间跨度长、耗时费力,为该行业构筑了天然的进入壁垒。高温合金有一半是用在航空航 天领域,特别是军用品方面,由于处于战略安全和保密性的要求,国产龙头厂商的领先优势有望得到保持。


高温合金材料目前仍然依赖进口,国产替代需求迫在眉睫。目前我国高温合金从业企业数量少,整体技术 水平较国外龙头企业仍有较大差距,整体产能和实际有效产能较小,尤其在高端航空航天领域高温合金的产能与实际需求存在较大缺口。根据我们对行业主要企业产能情况的数据汇总,12 家企业高温合金理论产能共计约 2 万吨,根据广大特材招股说明书数据预计,目前高温合金 50%的市场需求依赖进口,考虑到目前我国高温合 金有效产能与需求之间的缺口,预计实际对进口的依赖程度更大。


我国高温合金行业形成错位竞争。我国目前从事高温合金研究生产的主要企业分为两类,第一类是特钢企 业,主要是抚顺特钢、宝钢特钢、长城特钢,主要生产批量较大的合金板材、棒材和锻件,这类产品用量最大, 结构简单;另一类是科研院所转型企业,主要是钢研高纳、航材院、中科院金属研究所,主要生产较小批量、 结构复杂的高端产品,这两类厂家之间形成了错位竞争的格局。目前国内企业间属于竞争合作关系,直接竞争 较少,同时存在上下游合作,以实现技术创新、扩大产能以满足市场需求为主要发展目标。


我国高温合金下游需求以军品为主。高温合金行业主要应用于航空航天领域。我国在军用航空发动机领域 虽然整体滞后于飞机的发展,部分仍依赖从俄罗斯进口,但是随着一些重点型号航空发动机的逐渐批量交付,我国军用航空发动机的可靠性等问题逐步得到解决,军用领域逐步摆脱依赖进口的局面。相对于此,我国在民 用航空发动机领域起步很晚,目前还没有比较成熟的产品。

供需缺口长期存在,企业高毛利长期维持。根据中国产业信息网数据,2018 年我国高温合金市场需求量约 3.74 万吨,产量约 2.18 万吨,供需缺口在 15000 吨以上。由于高温合金高门槛特性,未来行业供需缺口主要是 依靠现有企业产能扩张实现,行业竞争格局稳定。得益于良好的竞争格局,企业高毛利长期保持。以抚顺特钢 为例,高温合金板块长期保持在 40%以上。


4.2 两机国产化进度加速,上游高温合金供应商直接受益 

我国航空发动机长期存在两大难题。第一个问题是研发体制约束,在 2016 年之前航空发动机的研制工作主 要由中航集团负责,发动机研制长期依附于战机的发展,研制一代战机需要 10 年左右,研制一代航空发动机需 要 15-20 年时间,研发周期存在错配,导致发动机滞后于战机的研制进度。第二个问题是资金约束,国外研制 一代航空发动机的研制经费通常为 30 亿美元以上,以美国在 1988-2005 年实施的“综合高性能发动机技术计 划”和 2002-2017 年实施的“多用途、经济可承受的先进涡轮发动机计划”为例,两者共花费 87 亿美元,而在 两机专项实施前,20 年间我国航发预研投入不到 10 亿美元。

从 2015 年开始,我国出台一系列专项政策,航空发动机和燃气轮机发展滞后的难题逐步解决,尤其是航 空发动机的国产化难题有望逐步破解。而随着航空发动机和燃气轮机国产化程度进一步提高,成熟型号产品将 逐步放量,作为两机产业链上游的高温合金制造商将直接受益。 

两机专项破解资金约束。在 2015 年政府工作报告中将 “航空发动机、燃气轮机”替换“节能环保、电动 汽车”,首次作为独立的方向列入七大新兴产业,并在“十三五”期间全面启动实施航空发动机及燃气轮机重大 专项,突破两机关键技术,初步建立航空发动机及燃气轮机自主创新的基础研究、技术与产品研发和产业体系。两机专项落地预计带来千亿规模发动机专项资金。

航发集团成立破解体制约束。2016 年 8 月,中国航空发动机集团成立,中航工业所属从事航空发动机及相 关业务的企事业单位共计 46 家并入航发集团,包含 22 个发动机厂所、621 所(北京航空材料研究院)、3 个修理厂等,总资产 1100 亿。“飞发分离”能够扫除体制制约因素,首先将发动机独立于整机制造之外,具有更大 的灵活性,其次可以全面整合航发资源,加强交流互助,减少重复建设的成本,最后可以仿效海外巨头实现多 业经营,不仅可以研制航空发动机,还可以应用航空发动机技术研制和生产船舶用的了燃气轮机,形成产业协 同效用。


“美国禁运事件”呼吁一颗“中国心”。2020 年 2 月 16 日,《华尔街日报》报道称,美国政府正考虑取消 CFM (GE 子公司)向中国出口 LEAP-1C 发动机的许可。而 LEAP-1C 发动机正是我国 C919 选用航空发动机。如果美 国取消了 LEAP-1C 发动机的出口,中国 C919 短期内将面临无发动机可用的窘境,并且短时间内很难找到替代方 案,必将极大影响飞机的交付进度。虽然出于技术和商业因素,禁运可能性不大,但这件事引起了国内很大的 震动,使得民众和政府对于航空发动机领域更加重视,呼吁一个成熟可用的民用航空发动机。


燃气轮机国产化起步晚、限制多。重型燃机轮机依据涡轮前温度和压比可分为不同级别,目前广泛使用的 是 E 级, F 级和 H/J 级。此前我国通过市场换技术,以三大电气为承接单位,分别引进了德日美的燃机轮机技术, 实现了 F 级燃机在国内的组装,但仅局限在整机组装能力,没有掌握研制设计和生产核心技术,无法自主生产 压气机、燃烧室和透平三大部件,维护维修环节也被外方控制。 

海外并购+自主研制,国产化提速。2010 年以后,国内企业通过海外并购和自主研制的方式提升国产化水 平。上海电气入股国际燃气轮机巨头安萨尔多,获得 E、F 和 H 级燃机的专利在中国的使用权,实现了压气机、 燃烧室和透平的国产化,通过和安萨尔多设立合资公司,逐步掌握后续维护环节和设计环节;“两机”专项成立 以后,国家依托三大燃机厂和国家电投成立了联合重燃,选择自主研制和设计路线发展。

燃气轮机国产化进入冲刺期。根据发改委和能源局联合发布的《依托能源工程推进燃气轮机创新发展的若 干意见》,要求到 2020 年,结合引进技术消化吸收,突破重型燃气轮机设计技术、高温部件制造技术和运行维 护技术,解决燃气发电项目设备瓶颈,国内基本形成完整的重型燃气轮机产业体系。2019 年 7 月份,华能南通 电厂燃气轮机发电项目等 24 个项目列入第一批燃气轮机创新发展示范项目,预计在 2022 年前完成技术装备攻 关和项目建设,依托本批示范项目,我国燃气轮机产业长期以来依赖进口的关键核心技术将逐步实现国产化。


4.3 航空发动机核心零部件实现进口替代 

除了国内企业在产业链上游进行高温合金材料的国产替代,部分国内企业开始进军产业链中游制造环节。 产业链中游环节主要包括两机高温合金零部件加工制造,其中以涡轮叶片和涡轮盘为主,国内企业通过自主研 发,在铸造等轴晶叶片和定向单晶叶片、粉末冶金涡轮盘等领域实现国产替代,并进入国外产业链。

产业链中游环节国产化将大幅降低成本。以燃气轮机单晶叶片为例,进口产品价格约为每片 40 万元,实现 国产化后产品价格仅为 10 万元左右,而一级涡轮叶片数量为 96 片,对于燃气轮机制造成本下降将产生重大影 响,考虑到燃气轮机后期维护更换叶片费用,成本下降作用将十分明显。


应流股份于 2018 年底发布非公开发行股票预案,计划募集资金 9.5 亿元,其中 6.65 亿元用于高温合金紧密 铸造项目,增强与国内外客户的持续合作,预计达产后每年可生产叶片 20 万片,预计产值可达 12 亿元。目前 应流股份已经完成定向高温合金叶片研发和制造,承担某型号航空发动机高温合金叶片研制生产任务,并向 GE 进行单晶叶片供货。


万泽股份于 2014 年成立万泽中南研究院,引进国内外高温合金领域人才,开始进行高温合金产品研究工 作。2016 年公司通过非公开发行募资新建年产超纯高温母合金 250 吨、先进发动机叶片 3.96 万片、高温合金粉 末 60 吨生产线,并于今年年初再次通过非公开发行募资新建年产超纯高温母合金 478 吨、航空发动机叶片 4,500 片、涡轮盘 200 对、地面燃气轮机叶片 2000 片、汽车涡轮增加器部件 70 万个、高温合金粉末 50 吨生产线。本 次募投项目完成后,公司将拥有高温合金母合金和粉末产能超过 800 吨,具备航空发动机和地面燃气轮机叶片、 发动机涡轮盘等发动机主要高温合金部件生产能力。

炼石航空构建完整航空产业链。自 2013 年开始陆续投资设立成都航宇超合金技术有限公司、成都中科航空 发动机有限公司、朗星无人机系统有限公司和成都航旭涂层技术有限公司,构建了从“铼元素→高温合金→单 晶叶片→航空零部件→航空发动机→大型无人机整机”的完整产业链。目前成都航宇拥有年产 80 吨高温合金生 产线和 5.5 万片单晶叶片生产线,研制出多款高温合金母材,目前已具备单晶叶片、等轴晶叶片,成功研制多 款单晶涡轮叶片,包括具有复杂气冷通道的空心单晶叶片的生产能力,承接预研、在研、在役重点机型复杂单 晶叶片的研发任务并进行小批量供货。


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