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1、高温合金行业的市场规模与下游行业的市场需求目录1、高温合金行业概况21.1. 高温合金概念及应用21.2. 生产工艺高温合金的生产工艺因产品种类繁多而各不相同，但总体来看，其主要生产环节为 熔炼、铸锭、热加工。31.3. 技术壁垒高温合金生产的技术壁垒主要体现在三个方面，成分、设备与工艺。31.4. 主要产品42. 供不应求局面将持续较长时间52.1. 目前产量 1.4 万吨左右52.2. 需求量 3.4 万吨左右62.3. 下游需求旺盛，未来供不应求62.4. 供给格局平稳72.5. 扩产缓慢73. 军用航发多点支持高温合金需求 73.1. 军用航发需求量预测73.2. 军用航发高温合金需求
2、量预测104. 民用高温合金增长空间大114.1. 民航高温合金需求预测114.2. 燃气轮机需求预测124.3. 汽车需求预测134.4. 核电需求预测145. 相关企业分析155.1. 抚顺特钢：老牌特钢企业，变形高温合金龙头155.2. 钢研高纳：铸造高温合金龙头企业175.3. 久立特材：深耕高端制造，产能持续扩张18近年来，我国高温合金总体产量维持震荡，并未出现明显上升趋势。根据特钢协会 统计，2019 年特钢会员企业高温合金钢材产量 8499 吨。2018、2019 年产量均较 2017 年 产量大幅提升，但并未达到 2014、2015 年的接近一万吨的水平。1、高温合金行业概况1
3、.1. 高温合金概念及应用高温合金是指以铁、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；并具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，良好的疲劳 性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下具有良好的组 织稳定性和使用可靠性。基于上述性能特点，且高温合金的合金化程度较高，又被称为“超合金”，是广泛应 用于航空、航天、石油、化工、舰船的一种重要材料。按基体元素来分，高温合金又分 为铁基、镍基、钴基等高温合金。铁基高温合金使用温度一般只能达到 750780，对 于在更高温度下使用的耐热部件，则采用镍基和难熔金属为基的合金。镍基高温合金 在整个高
4、温合金领域占有特殊重要的地位，它广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工 业燃气轮机最热端部件。1.2. 生产工艺高温合金的生产工艺因产品种类繁多而各不相同，但总体来看，其主要生产环节为 熔炼、铸锭、热加工。生产工艺对高温合金材料力学性能影响重大，一项新工艺的引入， 往往使高温合金的性能获得一个飞跃。一批新型高温合金的发展，往往推动一代航空发 动机和航空飞机的发展，此外老型号的合金也可以通过改善工艺达到材料性能的提高。熔炼是高温合金生产过程中的重要一步。其技术方法与设备也在不断地创新和进步 中。目前，国内外的熔炼方式有三种，包括单联、双联和三联工艺。熔炼的设备包括真 空感应炉、电渣炉、电子束炉、真
5、空自耗炉以及等离子电弧炉等，使用比较广泛的为真 空感应炉、真空自耗炉和电渣炉。1.3. 技术壁垒高温合金生产的技术壁垒主要体现在三个方面，成分、设备与工艺。首先，成分直接决定熔炼结果及后续工序，这也是开发新产品的重要性所在。高温合金一般会含有多 种稀有金属，这对后续产品加工的方法工艺提出了不同要求。可通过定向凝固柱晶合金 和单晶合金工艺技术提高材料的高温强度，可采用粉末冶金方法减少合金元素的偏析和提高材料强度。总的来说，高温合金的成分要求主要有三点：材料纯净度、晶粒细化和 均匀化、防止宏观偏析。第二，生产设备在高温合金的生产工艺中也十分重要，设备对应的加工条件影响最 终材料的微观结构，越是尖端
6、、先进材料越是如此，对设备的操作熟练度也十分关键；高温合金的生产设备众多，如真空感应炉、真空电弧炉、真空自耗炉、电渣炉、水压机、 精锻机等，国内外设备先进程度存在不小差距。最后，工艺对高温合金的性能影响逐渐加大。特别是在新兴工艺方面，定向凝固、 单晶合金、粉末冶金、机械合金化、陶瓷过滤、等温锻造等新兴工艺的研发对高温合金 性能产生了深远的影响。变形高温合金主要通过真空冶炼、均匀化处理等工序制成涡轮盘和叶片毛坯。该种 高温合金生产工艺的核心在于以下两点，第一，提高纯净度，降低高温合金中气体、陶 瓷夹杂物及有害元素的含量；第二，获得均匀致密的内部组织，消除或降低合金凝固时 产生的疏松、孔洞、成分偏
7、析等。能否达到上述两点要求将成为变形高温合金产品的竞 争关键。1.4. 主要产品高温合金可以按基体组织材料划分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。研发应用中，现在一般按制备工艺划分成铸造高温合金、变形高温合金和其他几类新型 高温合金，例如，粉末冶金高温合金、弥散强化高温合金 ODS 等。变形高温合金是指可以进行冷、热变形加工，工作温度范围-2531320C，具有良 好的力学性能和综合的强韧性指标，具有较高的抗氧化、抗腐蚀性能的一类合金，主要 为航天、航空、核能、石油民用工业提供结构锻件、饼材、环件、棒材、板材、管材、 带材和丝材。铸造高温合金是指可以或只能用铸造方法成型零件的一类高温合
8、金，其具有更宽的 成分范围，由于可不必兼顾其变形加工性能，合金的设计可以集中考虑优化其使用性能。此外，相比变形高温合金，它有更广阔的应用领域。由于铸造方法具有的特殊优点，可 根据零件的使用需要，设计、制造出具有任意复杂结构和形状的高温合金铸件。根据铸 造合金的使用温度，可以分为三类。2. 供不应求局面将持续较长时间2.1. 目前产量 1.4 万吨左右近年来，我国高温合金总体产量维持震荡，并未出现明显上升趋势。根据特钢协会 统计，2019 年特钢会员企业高温合金钢材产量 8499 吨。2018、2019 年产量均较 2017 年 产量大幅提升，但并未达到 2014、2015 年的接近一万吨的水平
9、。除上述企业外，未纳入协会统计的企业还包括：科研院所类的钢研高纳（估算 3000 吨左右）、航材院（621 所）（不到 500 吨）、民营企业类图南股份（1400 吨）、广大特材 （500 吨左右）、西部超导（不到 500 吨），因此估计国内高温合金产量实际上在 1.4 万 吨左右。综合来看，自 2014 年至今，国内高温合金产量处于震荡阶段，部分增长主要 来自于民营企业图南股份、广大特材等。我们认为总体上还是因为高温合金的高壁垒、 高技术要求，一方面新进入者难以规模化，另一方面老企业扩产的难度也较大，比如宝 钢特钢、长城特钢等企业产量基本上十年无增长。2.2. 需求量 3.4 万吨左右目前对
10、于高温合金的消费数据和需求分布，国内尚无权威的统计机构和口径。不同机构对于国内高温合金需求各有不同表述。根据估算，2019 年纳入特钢协会统计的产量有 8499 吨，未纳入的大概 5500 吨，因此国内高温合金产量实际在 1.4 万吨左右。考虑到国内高温合金国内自给率 40-42%的历史经验数据（过去几年国内高温合金产量增长缓慢，上面经验数据可靠）， 我们估算国内高温合金实际需求量在 3.4 万吨左右。2.3. 下游需求旺盛，未来供不应求通过对下游行业细分需求的增长预测与统计，我们预计高温合金行业 2020-2030 年 下游需求总量 61.70 万吨，年均复合增长率 9.88%。其中，202
11、5 年和 2030 年高温合金 用量分别为 54433 吨和 86097 吨。我国未来 10 年高温合金下游需求增量主要来自军用 航空发动机，约占总需求的 35.5%；此外，民用领域中汽车和石化的需求用量贡献率较高。2.4. 供给格局平稳从目前来看，由于高温合金行业技术门槛较高，我国生产高温合金材料的企业数量 有限。产量最高的为抚顺特钢，其次为钢研高纳、广大特材等。图南股份、西部超导等 公司由于涉及高温合金业务时间相对更短，产能、产量相对较低。从主要生产企业的历 年产量和收入情况来看，高温合金产量在 2015-2017 年有所下降，2018 年开始反弹，营 收同样从 2017 年开始有较大提升
12、。2.5. 扩产缓慢近年来许多公司募集资金建设高温合金扩产项目进入高温合金行业，项目建成后我 国高温合金行业产能、产量得到大幅度提升，预计年产高温合金产能增加 8528 吨，市场 供给能力将大大提高，缓解供不应求的局面，且加速国产替代进程；与此同时，行业竞 争也加大。3. 军用航发多点支持高温合金需求 空军作为战略性兵种，对保卫国家安全、支撑国家军事战略意义重大，来自内外部 的双重动力大大刺激了我国高端军事装备尤其是空军高性能军机的需求。为尽早完成 “空天一体、攻防兼备”体系的建设，迅速提升装备质量和作战能力，我国空军未来将 加速淘汰老旧机型，从而催生大量三代/四代战斗机、大型运输机以及特种作
13、战飞机订单。3.1. 军用航发需求量预测据英国权威媒体WorldAirforces2019数据，2019 年人民解放军现役军机 3187 架， 其中战斗机 1624 架，包括二代战机 561 架、三代战机 651 架、四代机 10 架、战斗轰炸 机/轰炸机 254 架，强击机 148 架。二代机占比达 34.5%。3.1.1. 换装需求对标亚洲地区重要空军力量驻日韩美军战机序列中三/四代及以上战斗机100%换装 率，二代战斗机显然不能满足我国空军所承担的在西太平洋地区压制潜在战争威胁，进 行区域介止/反制的作战任务的作战需求。假设到 2030 年，我国空军将会完全退役 561 架歼 7、歼-8
14、 战机换装成更加先进的第三/四代战斗机甚至第五代战斗机，考虑到我国空 军的作战任务由国土防空转向攻防兼备，需要更多大载荷的双发重型战斗机，假定用于 替换老旧战机的新机型中有 70%为双发动机配置的重型战斗机、30%为单发动机配置的 轻型战斗机，则制造这批战机将产生约 957 台发动机需求，假设每年换装数量相等，则 每年产生约 87 台发动机需求。3.1.2. 扩编需求根据WorldAirforces2019统计数据，被部署在亚太地区的各国战斗机总量已达到 5097 架，占全球所有已部署战斗机的 34.38%，其中，部署的四代机更是占全部四代机 总量的 14.3%，随着美国持续向亚太地区国家交付
15、第四代战斗机 F-35A/B，中国空军将 面对更大的挑战。从长线来看，我国空军战机需要量质同升。鉴于国产航空发动机陆续取得重大技术 突破，我们预测未来我国新机型扩编速度将高速增长，参照过去五年军机 2%左右的年 平均增长率，我们预测 2020-2030 年增速为 3.6%，则 2025 年我国主力战机数量预计增 至 2009 架，新增战斗机 385 架。若 385 架战斗机中双发重型战斗机占比 70%，单发轻 型战斗机占比 30%，则新增战机出厂时可产生 655 台发动机需求。在此基础上，假设战 机扩编速度维持不变，从 2026-2030 年间，我国将继续扩编更加先进的机型以替代相对 老旧的
16、J-11B/Su-27/30/33/35，主力战斗机规模将达到 2399 架，由此产生 662 台发动机 需求。因此 2020-2030 年，我们预测战机扩编数量为 775 架，发动机需求为 1317 台。3.1.3. 维护需求以目前广泛列装空军的国产发动机 WS-10、WS-10B 为例，前者工作寿命 1200 小 时，后者工作寿命达 2000 小时以上，假设我国战斗机日常训练升空时长 5 小时，且不 考虑过载使用以及工况，估算每一架换装 WS-10 的单发战机歼-10B/C 一年将要消耗 1.52 台 WS-10 发动机，或 0.9 台 WS-10B 发动机；双发重型战机歼-11BH、歼-15 一年要消 耗约 3 台 WS-10 发动机；换装 WS-10B 的
