2022年高温合金行业专题研究报告9068

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1、2022 年高温合金行业专题研究报告 1 高温合金：尖端工业材料 高温合金又称耐热合金或超合金，是指以铁、镍、钴为基，能在 600以上的高温 下抗氧化、抗腐蚀、抗蠕变，并能在较高的机械应力作用下长期工作的一种合金材料。基于以上性能特点，高温合金目前是屹立于金字塔尖的尖端工业材料，既是航空发动机 热端部件、航天火箭发动机各种高温部件的关键材料， 又广泛运用于工业燃气轮机、 能 源、化工等工业部门。 高温合金按照基体元素种类可以分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金 等，其中镍基高温合金的耐热性能相对更强一些， 因此其应用最为广泛， 在当今生产中 所占的比例高达 80%；按照制造工艺划分可以

2、分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末 高温合金。 1.1 变形高温合金 变形高温合金是指通过铸造-变形工艺生产的高温合金，可以进行冷、热变形加工， 具有良好的力学性能和较好的强韧性、较高的抗氧化性能，包括盘、板、棒、丝、带、 管等产品，是高温合金中市场应用最广的一类，需求占比达到了 70%。 目前国内主要型号有 GH4169、 GH4738、 GH128、 GH4065、GH4068 等。其中，GH4169 拥有“变形高温合金之王”的美称，对标的是美国的 BO7718，在 650以下的 屈服强度位居变形高温合金首位，是我国用量最大、应用范围最高的高温合金品种。变形高温合金主要牌号镍含量在 50

3、%-60%之间，GH4169 镍含量约为 53%， GH4065 镍含量约为 55.5%，GH4738 镍含量约为 58.7%。 国内变形高温合金领域已经形成了由研发到制品的完整产业链，生产环节涉及毛料 合金熔炼、精密锻造等。 1.2 铸造高温合金 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金。与变形高温合 金相比合金化程度高，在热加工过程中变形困难，必须采用铸造工艺。除此之外一些形 状复杂难以机械加工完成的复杂腔体、空心结构的部件，必须采用精密铸造工艺才能完 成。 铸造高温合金按照凝固结晶组织不同，可以分为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，其使用性能和制

4、备难度依次提高。从普通铸造高温合金至 单晶高温合金，承温能力提升了 500。采用定向凝固技术的镍基单晶高温合金发展尤 为迅速，成为航空发动机叶片的首选材料。 铸造高温合金主要牌号镍含量多在 60%以上，甚至超过 70%。 DD402 镍含量约为 60%， K401 镍含量约为 68.9%， K403 镍含量约为 66.1%，K418 镍含量约为 73.9%。 等轴晶铸造高温合金可在-2351050使用，具有制造成本低、中低温力学性能优异 等优点，被广泛应用于制作航空发动机扩压器和机匣等大型复杂结构件、整铸涡轮、导 向器、导向和涡轮叶片及航天火箭发动机涡轮泵等相关部件。K418 合金成分较简单，

5、密度较低，在 900以下具有良好的蠕变强度、热疲劳性能 和抗氧化性能，是航空发动机和工业燃气轮机涡轮叶片等高温部件的主要用材。 K438 是耐热腐蚀性能最好的铸造高温合金之一，成分和性能与国外广泛应用的 IN738 相当。除具有优异的耐热腐蚀性能外，还具有中等水平的高温强度和良好的组织 稳定性，广泛用于 900以下工作的长寿命的舰船和地面工业燃气轮机的涡轮工作叶片 和导向叶片，也可作航空发动机的涡轮零件。 定向凝固合金使合金的结晶方向平行于零件的主应力轴，基本消除了垂直于应力轴 的横向晶界。其不仅具有良好的中、高温蠕变断裂强度和塑性，而且具有比原合金约高 5 倍的热疲劳性能，在先进航空发动机、

6、地面燃气轮机上获得广泛应用。我国于 60 年代 中期开始研究高温合金的定向凝固技术，先后自制和仿制了近十个牌号的定向凝固合金。DZ3、DZ5 是在普通铸造高温合金的基础上采用定向凝固技术研制的，在拉伸塑形、 持久强度及热疲劳寿命上都有极大提升。 DZ22、DZ125、DZ17G 等是仿制合金，其中 DZ125 是当前性能水平最高的定向凝 固高温合金之一，具有良好的中、高综合性能、优异的热疲劳性能，其性能水平达到甚 至超过美国 PWA1422 合金。 单晶高温合金是在定向凝固合金基础上发展出来的完全消除晶界的合金类型，使合 金热强性能提高了 30，主要用于制造航空发动机、燃气轮机热端涡轮叶片。自

7、 20 世 纪 80 年代 PWA1480 单晶高温合金成功研制和应用以来，国外相继研发了不同代次的高 强单晶合金，合金承温能力以 2030 /代的速率缓慢提升，当前的承温能力达到 1100。 国内单晶合金已经自主研制至第三代单晶合金 DD33、DD9 以及第四代单晶合金 DD91、DD15 等。20 世纪 80 年代初， 航材院率先研制成功了第一代单晶高温合金 DD3， 并在航空发动机涡轮叶片上成功应用，20 世纪 90 年代又研制出第二代单晶高温合金 DD6，该合金各项性能均达到或接近国外广泛应用的第二代单晶合金，DD15 合金为航 材院研制第四代单晶高温合金，其持久性能优于美国的第四代单

8、晶高温合金 EPM-102。 1.3 粉末高温合金 粉末高温合金是 20 世纪 60 年代出现的新一代高温合金，是以金属粉末作为原材 料，经过后续热加工处理，得到具有较高抗拉强度和良好的抗疲劳性能的合金。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。 随着航空事业的飞速发展， 对粉末高温合金的 性能要求及量的需求也越来越大，当前国际粉末高温合金研发已经进入第四代。 中国粉末高温合金的研究起步相对较晚，开始于 20 世纪 70 年代后期，国内最早开 始研发粉末高温合金制品的是钢研高纳，此外还有北京科技大学、航材院等几家单

9、位， 目前主要型号有 FGH95、FGH96、FGH97、FGH98 等。（） FGH95 是我国 20 世纪 80 年代初开始定型研制的第一种粉末高温合金，是在 650 使用条件下强度水平最高的粉末冶金高温合金，可用来制造高推比新型发动机的高、低 压涡轮盘、压气机盘、涡轮挡环等高温结构件。FGH96 强度较 FGH95 降低了 10%，但抗裂纹扩展能力较 FGH95 提高了一倍之多， 使用温度为 750，是制备先进发动机涡轮盘等热端部件的关键材料。FGH97 合金具有高持久强度、高蠕变抗力、低裂纹扩展速率等优点，700是典型 的工作温度范围，是制备先进发动机涡轮盘、轴、环类件等热端部件的关键

10、材料。 粉末高温合金主要牌号镍含量多在 50%-60%之间，FGH95 镍含量为 62%，FGH96、 FGH97 镍含量为 55.7%，FGH98 镍含量为 52.4%。 2 高温合金市场需求 高温合金材料最初主要应用于航空航天领域，是航空发动机首选材料。随着技术的 发展和产量的提升，高温合金耐高温耐腐蚀的特点使其在柴油机和内燃机涡轮增压、燃 气轮机、能源动力、石油化工、玻璃建材等民用工业中逐步广泛应用。 根据中国特钢企业协会统计数据，2014-2020 年我国高温合金需求量呈现快速增长 趋势，产量与需求量的年复合增速在 17%左右。 2020 年国内高温合金产量 3.3 万吨、 需求量约为

11、 5.3 万吨，供需缺口达 2 万吨。 军、民用航空发动机为主要需求来源，其他各领域需求也均旺盛。根据图南股份招 股书对十四五期间我国军机列装与更新需求及其他应用领域综合预测，预估十四五期间 我国高温合金年平均需求量达 8.35 万吨。 2.1 高温合金是先进发动机的基石 2.1.1 四大热端部件需求各异 航空发动机被称为“工业之花”，是航空工业中技术含量最高、难度最大的部件之 一。高温合金材料是制造航空发动机热端部件的关键材料，发动机的性能水平在很大程 度上取决于高温合金材料的性能水平，因此被誉为“先进发动机基石”。 高温合金在现代航空发动机中用量占发动机总重量的 40%60%，主要用于四大

12、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。 燃烧室所采用的高温合金主要为变形高温合金。燃烧室是动力机械能源的发源地， 产生的燃气温度在 15002000C 之间，因此材料需要耐高温，还要具有抗氧化性能、 抗热腐蚀性能和良好的冷热疲劳性能。国外用作燃烧室的高温合金有 Haynes188 钴基高 温合金（三代战斗机 F100）、HastelloyX 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

13、温合金（五代战斗机），国内的主要有 GH4169 和 GH141。 导向器的主要材料为铸造高温合金。导向器是涡轮发动机上受热冲击最大的零件之 一，材料工作温度最高可达 1100C 以上，但由于它是静止的叶片承受的机械负荷不大。通常由于应力引起的扭曲、温度剧烈变化引起的裂纹以及过燃引起的烧伤，会使导向叶 片在工作中经常出现故障。根据其工作条件，要求材料具有足够的持久强度及良好的热 疲劳性能。 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。我国中科院金属研究所研制的 K417G 已成功用于制作太行发动机低 压一、二级涡轮导向器叶片。

14、粉末高温合金是现代高性能发动机涡轮盘的必选材料。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 550-750C，而轮心温度只有 300C 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。 涡轮叶片首选单晶高温合金。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。其结构与材料的不断改进成为航

15、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，我 国自主研发的第三代 DD9 主要应用于太行改进型发动机的叶片制造。 2.1.2 军机与民机需求增长 航空发动机领域对高温合金的需求分为军用市场和民用市场。随着国家对航空发动 机自主研发的力度加大以及“两机”重大专项、“飞发分离”等政策的落实，产业发展 日渐加速。航发动力作为我国航空发动机唯一总装单位，航空发动机制造业务营业收入 由 2014 年的 150 亿元增加

16、至 2020 年的 262 亿元，年复合增速在 9.7%、2020 年增速达 18.8%。以航发动力 2020 年航空发动机制造营业成本 223 亿元计算，原材料成本约占全 部营业成本的 50%、其中高温合金占原材料成本的 40%左右，推算航发产生的高温合金 需求约为 44.6 亿元。 军费持续增长推动订单放量、技术更新。根据中国财政部在全国人大会议上提交的 政府预算草案报告，中国今年的国防支出预算比 2021 年增长 7.1，增幅比去年上调 0.3 个百分点。2016 年至 2021 年，我国国防费预算增幅分别为 7.6%、7%、8.1%、7.5%、 6.6%和 6.8%。根据国防部介绍，我

17、国军费主要用于：稳步推进武器装备现代化建设和 “十三五”规划明确的重大工程、重点项目建设，淘汰更新部分落后装备，升级改造部 分老旧装备等四个方面。随着军用飞机采购提速及航空发动机订单放量，国产高温合金 需求强劲。 我国军机数量及代次与发达国家差距较大，先进装备更新需求迫切。根据 Flight global 发布的数据，美国现役军机总数 13246 架、俄罗斯 4173 架、中国 3285 架，美军 机数量约为中国的 4 倍。从结构上看，中国老旧型号战机的占比较高，军机补短板列装 及升级换装的需求巨大。我国 2018 年军机数量 3187 架，相比 2011 年增加 589 架，年 复合年增长率

18、为 2.96%，若保持该复合年增长率，预计未来 15 年我国将新增军用飞机 数量达 1751 架。基于现有及新增军用飞机单发和双发数量比例为 1:1 的基本假设估计， 同时考虑维修、备用等因素，未来 15 年我国将新增军用航空发动机数量达 10506 台， 预计年新增高温合金原材料需求量约 26264 吨。 未来 10-20 年民航需求也将大力拉动高温合金需求。根据波音公司发布的中国市场 展望报告，中国民航机队规模在 2034 年将扩大至 7210 架。截至 2017 年底，通用航空 企业在册航空器总数达到 2297 架。未来中国将增加 4913 架民用飞机，目前主流民用飞 机配备的发动机数量

19、为 24 台，假设平均每架民航飞机配备 3 台发动机，未来将新增 14739 台发动机，平均每年新增高温合金需求 36848 吨左右。 根据西部超导招股书预测，未来十年中国军用航空发动机牵引高温合金的需求量为 6.03 亿美元，未来二十年我国在民用 （含通航） 航空发动机领域高温合金需求超 36.69 亿美元。 2.2 燃气轮机在能源领域具有战略性地位 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，其结构及原理与航 空发动机类似，同样高温合金在燃气轮机上的质量占比也为 40%60%。 燃气轮机是一个涉及国家能源的战略性产业，它不仅是国防装备中极其关键的设备， 而且在电力、能源开采和输

20、送、分布式能源系统等领域中也有着不可替代的战略地位。基于燃气轮机的重要地位，发达国家高度重视燃气轮机的发展，目前行业主要由美国 GE、日本三菱重工、德国西门子等少数几家公司垄断。 当前我国燃气轮机整体水平与国际先进水平相差很大，总体水平落后 2030 年。发展燃气轮机对我国先进制造业和先进能源技术的研究至关重要， 而其中研究单晶合金、 超级冷却叶片、热障涂层(TBC)、抗氧化和热蚀的涂层等高温合金技术是发展燃气轮机 很重要的一部分。 燃气轮机大规模应用为高温合金行业带来广阔的市场前景。燃气轮机是我国“两机” 重大专项的重点发展方向之一，我国新世纪四大工程中“西气东输”、 “西电东送”、 “南水

21、北调”等三大工程均需要大量 30 兆瓦级工业型燃气轮机，同时我国舰船制造业 的快速发展需要大量 30 兆瓦级舰船燃气轮机。 2.3 高端民用领域同样需要高温合金 随着高温合金性能的不断提升，其应用面逐渐扩大，特别是耐高温耐腐蚀合金在电 力、机械制造、石油化等行业的应用有明显的进展， 此外还延展至玻璃制造、 医疗器械 等领域，民用高温合金的市场需求同样旺盛，市场发展前景广阔。 电力领域中，煤电和核电的发展都需要高温结构材料作为支撑。煤电方面，超高压 蒸汽参数机组、过热器和再热器等部分对材料的耐高温、耐压、抗蠕变性能等要求较高， 高温合金是其关键性材料。目前，我国火电主锅炉过热器管材主要是铁基高温

22、合金 GH2948。 机械制造方面主要是汽车制造和柴油发动机，汽车涡轮增压器、发动机排气管、内 燃机的阀座、镶块、进气阀、密封弹簧、 火花塞、 螺栓以及热发生器等装置零部件需要 高的高温力学性能，这些部分是高温合金的重要应用领域，其中汽车涡轮增压器又是最 主要的车用高温合金应用领域，目前国内大量使用的增压涡轮材料是自行研制的 K213、 K418、K419 和 K4002 等铸造高温合金。 石化工业设备因操作条件苛刻， 特别是压力容器、 管线、管件、阀门等需大量使用 铁基和镍基合金材料，主要使用牌号有 IN718、GH2747 等。 3. 高温合金市场供给 我国高温合金研发起步较晚，整体技术开

23、发水平与美、俄等强国仍有较大差距，并 且国内生产能力不足，高端品种尚未实现自主可控， 供需缺口较大， 未来发展及进口替 代前景广阔。 2020 年我国高温合金需求量约 5.3 万吨，而产能仅有 3.3 万吨，供不应求问题显著。根据智研咨询数据，目前国内军用航空发动机高温合金约有 40%依赖进口，整个行业进 口依赖度将近 50%，无论是政府还是高温合金企业都迫切想要摆脱“卡脖子”问题。 高温合金广泛的应用领域使其具有重要的战略意义，国家对高温合金产业的发展极 为重视，长期以来大量政策都涉及到对高温合金的战略规划，尤其是“十三五”期间， 全面启动“两机专项”（航空发动机和燃气轮机），要求推动大型客

24、机发动机、先进直 升机发动机、重型燃气轮机等产品研制，初步建立航空发动机和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，进一步奠定了高温合金在尖端材料中的特殊地位。 “十三五”材料领域科技创新专项规划提出，加强我国材料体系的建设，大力 发展高性能碳纤维与复合材料、高温合金、军工新材料、第三代半导体材料、新型显示 技术、特种合金和稀土新材料等，满足我国重大工程与国防建设的材料需求。初步建立 我国自主的基础材料与新材料体系，关键材料的自给率超过 80%。 新进入壁垒高，行业格局较稳定，产能增速较为缓慢。高温合金行业由于涉及国家 战略，又受技术壁垒高、认证周期长、 资金需求大等因素影响，

25、近年来虽有一些厂商进 入，但是还需要通过各项认证以及质量检测，需要较长的周期才可能影响当前格局，目 前产量增长主要靠现有厂商扩展。 3.1 高温合金国产化历程 我国从 1956 年冶炼出第一炉高温合金，60 多年来，我国高温合金从无到有，从仿 制到创新，从低级到高级，形成了具有中国特色的完整的高温合金体系，保证了我国航 空航天发动机及燃气轮机所需高温合金材料完全立足于国内，也为其它工业部门的发展 提供了需要的高温材料。 根据我国高温合金的发展与创新，我国高温合金发展从仿制苏联欧美到自主创 新，可以分为三个阶段： 第一阶段从 1956 年至 1970 年，是我国高温合金的创业和起始阶段。当时的国

26、际形 势要求我国必须独立自主地研制和生产主要歼击机发动机 WP-5、 WP-6、 WP-7 和 WP8 等所需的高温合金材料。本阶段的主要成果是仿制前苏联高温合金为主体的合金系列， 例如 GH4033、GH4037、GH4049、GH2036、GH3030、K403、K406 等，同时还特别针 对我国缺少镍、铬资源的情况，研制出一批铁镍基高温合金，如 GH4033(GH2135)、 GH4037(GH2130、GH2302)等。 第二阶段从 20 世纪 70 年代到 90 年代中期，是我国高温合金的提高阶段。随着试 制和生产一些仿欧美型号的航空发动机， 引进了一系列欧美体系的合金， 特别是在

27、WS9、WZ-6、WZ-8 等发动机所需高温合金材料的研制中，全面引进欧美技术。这一阶段 不但研制成功一系列新的合金，包括高性能变形合金、铸造合金、定向凝固及单晶合金， 更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上了一个新台阶，基 本达到或接近西方工业发达国家的水平。 第三阶段从 20 世纪 90 年代中至今，是我国高温合金的新发展阶段。该阶段随着 WP-14、WS-9、WS-10 等新型先进航空发动机的设计、研制和生产，要求并成功研制出 一系列高性能的新材料，例如粉末涡轮盘材料 FGH4095 和 FGH4096，第一代、第二代 单晶高温合金 DD402、DD408、DD40

28、6 等。与此同时，我国主要生产品种 GH4169 盘件的生产有了进一步发展。 目前我国已经形成了比较完整的高温合金体系，部分产品已实现了进口替代。但由 于研究起步晚，整体技术水平还落后于国际先进水平。近年来各企业及研究单位积极进行高性能高温合金的工程化研究，并逐步突破技术 瓶颈，取得了可观的成果， 例如： 图南股份的高温合金真空浇铸技术、高温合金真空冶 炼复合脱 S 工艺技术等。以这些技术为基础的产品性能和组织已达到国内先进水平， 具备替代进口产品的基础。 由于美国禁止高级高温合金材料出口，国产航空发动机高温合金制品均为自产。21 世纪初以来，为了满足国产先进航空发动机的性能要求，我国自主研发

29、了多种新型高温 合金，包括第三代单晶高温合金 DD9、新一代 600高温钛合金 TA29、优质 GH4738 合金等。 3.2 两机专项推动行业发展加速 “两机专项”加速航空发动机和燃气轮机发展，上游高温合金受益。2016 年 11 月 24 日，全国工业和信息化创新大会上全面启动实施航空发动机和燃气轮机重大专项（“两 机专项”），国家将投入千亿资金，旨在突破“两机”关键技术。高温合金作为两机中 占比超过 50%的重要材料， 也将迎来巨大的需求增长空间和进口替代空间。 自 “两机专 项”后，大量聚焦于航空发动机和高温合金的鼓励政策集中出台，有利于技术进一步发 展，并加快产能扩张步伐。 3.2.

30、1 两机需求情况 “两机专项”属于国家科技重大专项，国家设立“两机专项”目的是通过重点型号 自主研制，建立我国两机动力行业的自主创新能力体系，把我国航空发动机和燃气轮机 行业打造成具有国际竞争力的战略性高技术产业，以满足我国航空、能源和电力工业对 高性能动力装备的需求。 航空发动机专项方面，将重点聚焦涡扇、涡喷发动机领域，同时兼顾有一定市场需 求的涡轴、涡桨和活塞发动机领域；燃气轮机专项的主要目标为 2020 年实现 F 级 300MW 燃机自主研制，2030 年实现 H 级 400MW 燃机自主研制。 从 2016-2025 年，全球市场对航空发动机需求旺盛，航空发动机方面需求总价值总 高达

31、 4530 亿美元，燃气轮机被广泛应用于电力、船舶、制造业等众多领域，同样有广 阔的前景，未来需求高达 7700 亿美元。 3.2.2 两机专项受益企业 “两机专项”的推出将从根本上解决长期困扰我国航空发动机与燃气轮机产业的投 入不足问题，在型号、装备研制经费之外提供丰裕的课题与项目研究资金，为我国两机 产业发展注入强劲动力，并给航空发动机和燃气轮机产业链带来巨大市场机遇，作为重 要原材料的高温合金行业市场前景更是巨大。 航空发动机是飞机的心脏，其产业链主要有原材料、零部件、叶片、动力控制系统 几部分，尤其在我国高端合金材料与欧美等先进国家仍有较大差距的背景下，原材料将 是“两机专项”的重要投

32、入方向。燃气轮机主要的研制力量分别来自中国航发、船舶、 机械等工业部门和科研院所，相关研制企业也将同时受益。 3.3 国内市场现有供给格局 国内企业间竞合为主，基本上以实现技术创新、扩大产能、满足市场需求为目标共 同发展。国内各企业业务形态不一， 且整体技术水平较国际先进水平有一定差距， 故直 接竞争较少。国内目前高温合金参与生产可分为三类： 第一类是以抚顺特钢、宝钢特钢、长城特钢为代表的特钢厂。生产设备齐全、经验 丰富，布局了多种金属材料产线，其中以变形高温合金为主。 第二类是以钢研高纳、航材院、中科院金属所为代表的科研单位。科研单位较早地 参与到了我国高温合金体系的建设当中，主要负责先进高

33、温合金材料和生产工艺的研究 与生产，掌握着行业前沿生产技术和工艺。 第三类是以图南股份、西部超导为代表的新兴企业。这类企业在“两机专项”政策 出台前后进入高温合金赛道，由于起步时间较晚，技术积累相对薄弱，但均在积极推进 “两机专项”项目建设进行产能扩张。 供需缺口进一步扩大，行业有望持续高景气。2020 年国内高温合金总产能为 3.3 万 吨，其中核心生产商产能合计 1.7 万吨，高温合金需求 5.3 万吨，供需缺口为 2 万吨。根据需求端综合测算，十四五期间我国高温合金年需求量将达到 8.3 万吨，按照 2020 年 产能估计，未来年均供需缺口为 5 万吨左右。 核心生产商中，第一梯队主要以

34、抚顺特钢、钢研高纳及图南股份为代表。其中抚顺 特钢目前的产能最高，也是国内的变形高温合金龙头；钢研高纳在新型高温合金领域拥 有较高的市场份额；图南股份铸造高温合金精铸件近年营收比重不断扩大。 面对日益增长的高温合金需求，国内主要高温合金上市公司积极布局并实施产能提 升计划，预计带来 1.2 万吨/年的供给增量。 4 主要上市企业分析 4.1 抚顺特钢：中国特殊钢的摇篮 抚顺特钢是我国军民用特殊钢材核心生产单位，公司以研发生产“高、精、尖、奇、 难、缺、特、新”产品引领我国特殊钢材料发展，被誉为“中国特殊钢的摇篮”。同时 公司也拉开了我国高温合金产业从无到有，从低级到高级，从仿制到独立创新的序幕

35、， 是目前国内高温合金的龙头企业。 公司始建于 1937 年，是我国最早的特殊钢企之一，在我国冶金史上创造了诸多的 第一：生产了新中国第一炉高速钢 、第一炉奥氏体不锈钢、第一炉超高强度钢 、第一 炉高温合金、 第一炉超低碳不锈钢等， 也为我国第一颗原子弹、第一颗氢弹、第一颗人 造卫星的研制提供了重要原材料。国庆五十周年，天安门广场大阅兵展示的新式武器上 所使用的特殊钢新材料中，80%以上由抚顺特钢提供。近年来，集团公司与航天科技集 团等多家重要军工企业在特殊钢研发生产方面展开密切合作，形成了国防工业与特钢企 业的强强联合。（） 为了迎合行业发展机遇，保持行业龙头地位，公司近年来陆续规划并落地实

36、施多项 扩产和技术改造项目，聚焦生产效率提升产品结构转型， 以更好的服务我国航空、 航天 及能源动力燃机领域对高温合金、超高强度钢等原材料需求。 4.1.1 老牌国企的“浴火重生” 抚顺特钢 2000 年于上交所上市，2003 年 1 月与大连钢铁集团组建为辽宁特钢集团， 2004 年 9 月与北满特钢集团重组为东北特钢集团，2017 年东北特钢集团实施了混合所 有制改革，江苏沙钢集团成为东北特钢集团的控股股东，2018 年因财务指标涉及退市风 险警示的情形，被实施退市风险警示，2019 年引入江苏沙钢集团，开启了相融发展、创 新发展的改革序幕。公司经营理念、薪酬分配、机构设置、人才使用、购销

37、模式、技改 建设、降本增效等方面发生前所未有的变革，经营管理水平全面提升，并且在短期内迅 速扭亏为盈，2021 年 4 月成功摘帽。 4.1.2 高温合金为公司未来重要业绩增长点 抚顺特钢始终坚持“特钢更特”的发展理念，多年生产研发形成高温合金、超高强 度钢、高档工模具钢和特冶不锈钢四大核心产品，即“三高一特”，在国内特钢行业具 有一定优势。此外还有高速工具钢、汽车钢、高档机械用钢、钛合金、轴承钢等重点产 品在内的 5400 多个牌号的特殊钢材料。公司产品面向军用、民用两大市场，广泛应用 于国防军工、航空航天、能源电力、石油化工、交通运输、机械机电、环保节能等领域。 公司的高温合金产品以变形高

38、温合金为主，涵盖锻材、锻件、轧材、冷热轧板材、 冷拔材等 800 多种规格，主要应用于我国航空航天、 核电领域， 具体用于多种型号航空 发动机的叶片、涡轮盘、机匣、燃烧室以及多种型号火箭、导弹用动力装置、发动机的 热端部件。目前，抚顺特钢的高温合金在航空航天市场占有率高达 80%以上。 高温合金作为抚顺特钢主要的盈利来源，是公司未来的重要业绩增长点。2020 年， 高温合金收入占公司主营收入的 19%，仅低于合金结构钢，但高温合金的毛利占比为 33.97%，毛利率为 40.38%，是公司毛利率最高的产品。 未来随着我国装备制造业、新能源产业、航空、航天、军工等高端制造业快速发展， 对上游的高温

39、合金需求将会持续增多，作为龙头的抚顺特钢也会迎来更大机遇，并且在 技术项目改造过程中在实现材料升级、产能增加以及进口替代上也是指日可待。 4.1.3 业绩稳步增长，降本提效成果显著 2017 年沙钢入主公司后，业务持续好转，营收利润双修复。2018 年实现营收 58.5 亿元，同比增加 17.3%，之后保持稳中有升的态势，2020 年在疫情影响下依然有 9.3% 的增长率。 2021Q3 营收 55.7 亿元， 同比大幅增长 18.1%。 2018 年归母净利润也大幅提升，主要是重整收益影响，公司因实施重整豁免的债务 及产生的净收益 28.26 亿元计入 2018 年度相关财务数据，2019

40、年之后恢复常态且快 速增长，据公司公告预计 2021 年归母净利润为 7.288.25 亿元，同比去年增长 31.98%47.74%。 全力推进生产组织调整及工艺优化，降本增效成果显著，盈利能力不断提升。公司 2019 年销售毛利率为 16.6%，较 2018 年提升 2.1%，主要源于当年公司重点围绕改善盈 利能力开展技术和市场开发，将高毛利产品开发销售放在首位。2020 年毛利率更是增加 了近 6%至 22%。销售净利率在从 2019 年的 5.3%提升至 2021Q3 的 12.3%。 新管理层以技术研发、成本控制为支撑开展经营工作，期间费用逐年降低，研发支 出呈增长态势。2019 年，

41、公司引入沙钢集团先进高效管理机制，经营管理水平的全面提 升。 一方面， 管理费用、 销售费用得到控制， 财务费用在 2019 年得益于债务调整，大幅 下降 2.3 亿；另一方面从 2018 年起加大研发投入， 专注于航空、 航天、 核能、 模具、 机 械、汽车等行业用高端合金和特殊钢新材料研发与创新。2018 年研发支出 2.88 亿， 同 比增加 57.40%， 2020 年 4.07 亿，研发费用率高达 6.5%。近年来新能源汽车、风电、光 电等新兴领域也是公司重点开发对象。 抚顺特钢作为老牌钢企，经过八十多年来的艰辛探索所形成的的高技术壁垒、强规 模效应以及紧密的客户粘性几乎无可替代。公

42、司积极进行的技术改造、产品转型，也是 强化公司在特钢行业的领先地位的有效手段。“十四五期间”也正是我国军备大量列装 和换代的红利期，对高温合金等材料的需求更为迫切，作为重要供应商的抚顺特钢，将 拥有更大的增长空间和更强议价能力。 4.2 西部超导：超导材料排头兵，高温合金后发力 西部超导是我国高端钛材及超导材料研制生产龙头企业，也是高性能高温合金的新 兴供应商。公司作为我国航空用钛合金棒材的主要研发生产基地， 创造了两个 “唯一” ：目前国内唯一的低温超导线材商业化生产企业，目前全球唯一的铌钛锭棒、超导线材、 超导磁体的全流程生产企业，同时也是我国高性能高温合金材料重点研发生产企业之一。 公司

43、的成立和发展始终以国家及行业需求为驱动，2003 年源于国际热核聚变实验 反应堆（ITER）用低温超导线材的产业化需求，由西北有色金属研究院设立，2005 年随 着我国新型战机对航空用钛合金的要求提高，公司开展了新型战机用高性能结构钛合金 的研制并取得突破，2014 年为了实现航空发动机、燃气轮机等高端领域中高温合金材料 的国产化，公司展开了高性能高温合金的工程化研究，并与 2018 年投产。经过多年的发展，公司逐渐形成高端钛合金材料、超导产品和高性能高温合金材料 并存的产品格局。 4.2.1 钛合金占领市场，高温合金成长迅速 公司产品以 “国际先进、 国内空白、 解决急需” 为定位，填补了国

44、内空白，实现了 进口替代，解决了飞机制造的“卡脖子”问题，补齐了我国新型战机、舰船制造所需关 键材料的“短板”，广泛应用于国家军工重大装备、大型科学工程等。 公司主营高端钛合金材料、超导产品和高性能高温合金材料三大业务。第一类高端 钛合金材料，主要应用于军用航空、舰船、兵器等领域，主要客户为中航工业、中国航 发等大型集团；第二类是超导产品，主要用于医用核磁共振成像、国防军工、磁悬浮等 领域，公司是 ITER 用低温超导线材在中国的唯一供应商，在国内尚无竞争对手；第三 类是高性能高温合金材料，供给军用航空发动机、燃气轮机部件及核电设备。 钛合金和高温合金是军用航空发动机制造的两大主干材料，公司向

45、我国航空事业提 供了大量的高品质钛合金材料，在业内积累了良好的口碑，与中航工业、中国航发等客 户建立了长期合作关系，为后续高性能高温合金材料批量生产后的市场销售奠定了坚实 基础。 高温合金新兴供应商，放量快速成长。公司是国内高性能高温合金材料的新兴供应 商之一，产品主要包括变形高温合金、铸造和粉末高温合金母合金等，变形高温合金以 GH4169、GH738、GH907、GH4698、GH4720Li 等为代表，主要用于航空发动机、燃气 轮机的涡轮盘、机匣、叶片等热端部位。 公司于 2014 年投资建设了“两机”专项用高性能高温合金棒材项目，开始了高性 能高温合金工程化研究的历程，2018 年投产

46、并在取得少量收入，近几年依托在高端航空 钛合金产业化过程中形成的生产体系和客户关系，市场得到了进一步开拓，2021 年上半 年高温合金材料实现收入 5165 万元、同比增加 515.2%。公司 2019 年、2022 年先后募 资建设高性能高温合金材料及粉末盘和航空航天用高性能金属材料产业化项目，预计达 产后新增产能 4000 吨/年。 4.2.2 规模效益显著，利润率水平不断提升 公司 2017 至 2020 年营收由 9.7 亿元增长至 21.1 亿元， CAGR 达 29.8%； 归母净利 润由 1.4 亿元增长至 3.7 亿元，CAGR 达 37.7%。2021 年度受益于销售体量扩大

47、、产能 利用率提高，带动规模效益以及期间费用未大幅增长等因素，营收与归母净利润进一步 提高，公司预计 2021 年营收 29.3 亿元， 同比增加 38.9%， 归母净利润 7.4 亿元，同比增 长 100.4%。 2021 前三季度销售毛利率为 43.3%、同比提升 6.8 个百分点；销售净利率为 25.8%、 同比提升 8.1 个百分点。两项指标均表明公司盈利能力逐步提升。三费稳中有降，研发投入持续高水平。2018 年至 2021 年管理费用率呈下降趋势， 公司管理效率逐步提升；销售费用率与财务费用率基本稳定，2021 前三季度有所下降。2019 年研发费用率高达 9.8%， 主要投入在飞

48、机结构件、 发动机用钛合金、 80MN 锻造 工艺研究、超导线材制备以及高温合金熔炼工艺研究与飞机发动机应用方面，2021 年前 三季度也加大了研发投入，研发费用 1.26 亿元， 公司背靠西北有色金属研究院，以董事长、中国工程院院士张平祥为技术领衔，形 成了以多位院士为顾问，数十位稀有金属材料加工资深专家为核心的创新技术团队，具 有雄厚的国企背景与丰富的技术积累。公司目前是国内航空用高端钛合金材料龙头供应商，近年来发力高温合金业务。未 来受益于先进发动机、核电、燃气轮机等产业的发展以及我国军备需求放量，西部超导 作为同时提供军用航空发动机制造的两大主干材料的企业受益可期。 4.3 钢研高纳：

49、品类齐全，打造世界一流平台 钢研高纳是我国高温合金领域技术水平最先进、生产种类最齐全的企业之一，具有 生产国内 80%以上牌号高温合金的技术和能力， 产品涵盖所有高温合金的细分领域， 且 多个细分产品占据市场主导地位， 也是国内航空、 航天、 兵器、舰船和核电等行业重要 的研发生产基地。 4.3.1 深耕六十载，产品涵盖各细分领域 公司是在原钢研院高温所基础上设立的，该所创建于 1958 年，是我国最早从事高 温合金研究的单位之一。2002 年设立为企业，设立时承继了钢研院的资产、人员和技术， 并在其研发基础上进行了产业化，已经开发出适用于各个领域需求的高温合金系列产品。2004 年由有限责任

50、公司整体改制为股份有限公司， 2009 年 12 月登陆深交所， 2018 年， 公司收购了化工领域高温合金龙头青岛新力通公司，新力通的加入为公司进入石化领域 广阔的市场打开了通道，提升了公司的盈利水平。 公司产品定位在高端和新型高温合金领域，面向的客户也是以航空航天发动机装备 制造企业和大型的发电设备企业集团为主，同时也向冶金、化工、玻璃制造等领域的企 业销售用于高温环境下的热端部件。 主要业务范围涵盖铸造高温合金及制品、变形高温合金及制品、新型高温合金材料 系列产品三个细分领域。自成立以来共研制各类高温合金 120 余种。其中，变形高温合 金 90 余种，粉末高温合金 10 余种，均占全国

51、该类型合金 80%以上。最新出版中国高 温合金手册收录的 201 个牌号中，公司及其前身牵头研发 114 种，占总牌号数量的 56%。 公司铸造高温合金具有量产优势，变形高温合金、新型高温合金具有技术优势。公 司铸造高温合金主要用于制造航空航天发动机热端部件的高温合金精密铸件等，在核心 竞争领域具备批量交付生产能力，营收占比自 2019 年以来维持在 62%左右。变形高温 合金盘锻件和汽轮机叶片防护片等方面具有先进的生产技术，并具有制造先进航空发动 机亟需的粉末高温合金和 ODS 合金的能力，研制成功的 FGH4091、FGH4097、FGH4098 等粉末高温合金盘锻件满足了国家多个重点型号

52、航空发动机的设计和应用需求。 4.3.2 民品子公司带来增长新动力 受益于收购带来的协同效应，近年来公司业绩高速增长。2017-2020 年营收与归母 净利润 CAGR 分别为为 32.5%和 49.4%，2018 年底收购新力通为公司带来新的利润增长 点，2019 年营收增速高达 62.1%。2020 年受新冠影响增速短暂下降，2021 年又恢复高 速增长趋势，前三季度实现营收 14.3 亿元，同比增长 33.4%；实现归母净利润 2.5 亿元， 同比增长 94.8%。 为了更好地满足未来民品领域高温合金的增长需求，公司在新力通新建设 4.5 万平 方米厂房，以进一步提升新力通的生产效率，公

53、司业务有望持续快速成长态势。2017 年以来销售毛利率、净利率稳步增长，盈利能力持续改善。新型高温合金尤其 是粉末合金技术愈发成熟，粉末收得率提升，部分型号逐步实现量产，规模效益开始显 现。 公司围绕产业链布局，持续加大研发力度。2020 年研发投入达 1.15 亿元，同比增 长 66.1%。销售费用率与财务费用率相对平稳，管理费用率 2021 年前三季度管理费用 率同比下降 1.57%。 公司在国内航空、航天、燃机用高温合金多个细分领域具有龙头和技术领先地位， 且经过长期合作建立了稳定的客户关系， 为公司可持续发展奠定了坚实的基础。 且公司 以“成为世界一流的高端装备制造业所需金属新材料与制

54、品供应商”为发展愿景，近年 来积极布局产业链上下游延伸及横向扩展。 未来随着两机领域高温合金需求的增长，以及民品领域的进一步扩展，公司可以保 持并提升其领先地位，并有望打造成同美国精密铸件公司（PCC）具有同等竞争力的平 台型企业。 4.4 图南股份：母合金与精铸件核心供应商 图南股份目前是国内少数几家同时拥有军民资质认证，且同时具备生产铸造高温合 金母合金、精密铸件、变形高温合金产品的全产业链工业化生产能力的企业。公司拥有先进的特种冶炼、精密铸造、制管等装备，建立了特种熔炼、锻造、热轧、 轧拔、铸造的全产业链生产流程，自主生产高温合金、 精密合金、 特种不锈钢等高性能 特种合金材料，并通过冷

55、、热加工工艺，形成了棒材、丝材、管材、铸件等较完整的产 品结构，产品要应用在包含航空发动机、燃气轮机、核电装备等军用及高端民用领域。 4.4.1 军民融合，把握市场机遇 公司前身精密合金厂于 1991 年 5 月设立，2007 年 12 月精密合金厂集体改制为精 密合金厂有限公司，2015 年 1 月整体变更为江苏图南合金股份有限公司，2020 年 7 月 23 日于深交所创业板挂牌上市。 从技术和产品的发展历程来看，公司的业务成长从初步探索到实现批量化生产共分 为四个阶段，在成立后不久关注到高温合金的技术含量和产品附加值，于 1994 年开始 高温合金的研发和试生产，经过多年的艰苦经营及深厚

56、的技术积累沉淀，多个型号产品 已成功通过用户验证，进入批量化采购、生产阶段。 公司以 “专、 精、 特” 的产品特性适应市场和开拓市场，主营产品为铸造高温合金、 变形高温合金、特种不锈钢等高性能合金材料。其中，航空用高品质高温合金、特种不 锈钢无缝管材已占据一定市场份额，同时，随着先进技术的产业化， 制备的高温合金品 种逐步增加， 已经形成了 K4648、K424、K4169、K403 等铸造高温合金系列及 GH4080A、 GH4169（IN718）、GH2132（A286）、GH3625 等变形高温合金系列共 30 多个品种合 金材料及多规格铸件制品的完整产品结构，在航空、核电等行业实现了

57、批量生产供货。 公司是国内少数既生产铸造高温合金母合金又生产大型高温合金复杂薄壁精密铸 件的企业之一。近年来公司铸造高温合金 （母合金、 精密铸件） 营收比重快速增加， 从 2017 年的 25.3%提升至 2021 上半年的 45.4%。（） 4.4.2 扩展高附加值业务，盈利能力日益提升 随着多种型号产品进入批量化生产阶段，公司迎来较大幅度的增长。公司自 2015 年起参与研制的精密铸件多个型号产品成功通过用户验证， 进入批量化生产阶段， 2017- 2020 年营收从 3.5 亿增长至 5.5 亿元，CAGR 为 16.3%；归母净利润从 4208 万元增长至 1.1 亿元，CAGR 为

58、 37.4%。根据 2021 业绩预告，预计实现归母净利润 1.69-1.85 亿元， 同比增增 54.9%-69.6%。未来随着相关产品型号武器装备的逐步更迭，公司的业务将持 续稳定的增长态势。 产品结构改善，公司盈利能力不断提高。公司不断提升铸造高温合金、特种不锈钢 等高技术含量、高附加值产品的销售收入和比重， 利润水平随之提升。 2021 上半年， 公 司铸造高温合金销售收入占比由 2017 年的 25.3%提升至 45.4%，毛利率达 50.7%；变形 高温合金销售收入占比为 26.9%， 毛利率为 30.8%， 特种不锈钢毛利率也高达 44.1%。公司在机匣类复杂薄壁结构件领域拥有领

59、先的技术优势，将持续受益于新型号技术迭代 和国产替代。 2017 年以来期间费用率逐年下降，精益管理卓有成效。2021 上半年主要由于实施 股权激励计划，确认股份支付费用，管理费用率有所上升。财务费用率下降尤为显著， 从 2017 年 4%下滑至 2020 年的 0.45%。公司从 2019 年起再次加大研发投入，至 2020 年研发费用率高达 6.2%。公司同时 开展近 20 项研发项目，涉及铸造高温合金母合金、精密铸件、变形高温合金、管材等 技术和产品的研发，有利于不断拓宽产品链，提升产品质量，实现进口替代等。 公司产业链完整，下游客户稳定性高，军民业务同时发展，受益确定性大。经过多 年的稳健经营，公司凭借可靠的产品品质和领先的技术实力，在军用和高端民用领域都 积累了丰富的客户资源，且客户在其所处行业均占据市场优势地位，稳定可预期的产品 需求为公司后续业务发展提供了可靠保障。同时，全产业链生产能力的建设，军民融合 的“一种资源投入，两种效益产出”，更有效的保证了产品的高质量和生产效率并实现 双赢式发展。随着我国航空航天领域需求快速增长、国产化替代加速，公司能更好地受 益于高温合金市场广阔的增长空间。