钢铁行业深度报告：高温合金：军工材料独领风骚，优质龙头价值重估.pdf

证券研究报告行业研究 钢铁 钢铁 行业深度报告 1 / 32 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Main 高温合金： 军工材料 独领风骚， 优质 龙头 价值 重估 增持 （ 维持 ） 投资要点 高温合金 性能优异，广泛应用于航空航天等领域 。 高温合金又称超合金，具有优异的高温强度、抗氧化和抗腐蚀性能， 是航空航天、石油、化工领域 的 关键 材料 ， 高温合金 技术壁垒高 ， 是高端制造 上游材料的 制高点 。 高温合金长期供不应求 。 国内 高温合金 产量约 1.4 万吨 ， 近 6 年年均复合增长率约为 2%。 虽然近年有 新玩家进入 ， 但受技术瓶颈和生产壁垒制约， 实际 产量提升非常有限 。 目前 实际需求量在 3.4 万吨左右，未来十年下游需求总量预计 61.70 万吨，年均复合增长率 9.88%。 综合来看，行业明显供不应求，且该趋势将维持数年。 军机增长多点支撑航发需求，维护需求是主力 。 2020-2030 年预计我国军机航空发动机需求总量约为 73058 台，其中换装需求 957 台，扩编需求 1317 台，维护需求 70784 台。以单台航空发动机高温合金消耗量 3吨估算 ， 我国 军用航发领域 高温合金需求量为 21.92 万吨，年均复合增长率为 10.26%；军用领域整体需求为 26.35 万吨，年复合增速 9.41%。 民用高温合金 需求有望释放 ，汽车领域占比高 。 汽车领域是高温合金 需求 主力， 得益于汽车涡轮增压配置率逐年提高， 预测 其对 高温合金总需求 2025 年 达到 1.79 万吨 、 2030 年达 到 3.25 万吨，年均复合增长率12.3%。民航领域预计 2020-2030 年新增发动机 1449 台， 由此带来 15649吨 高温合金需求，年均复合增长率为 14.4%。我国核电机组建设稳步推进， 2020 年在建核电组约 18 台 ，此外仍有 30 台处于规划中， 若按 6 年建设周期和 85%的国产率估算， 平均每年高温合金需求量为 3791 吨 ，年复合增速 3.7%。 预计 石化领域 2020-2030 年 高温合金需求 为 6.13 万吨，年 复合增速 10%。 综合来看， 民用领域 2020-2030 将年产生 35.35万吨高温合金需求，年复合增速 10.24%。 投资建议： 1）中期看好高温合金行业： 下游空间广阔，技术壁垒高而扩产缓慢， 中期供不应求，景气上行 ，优质龙头企业将迎来价值重估 。 2）投资标的建议 关注： a、 ST 抚钢 ： 国内高端特钢、变形高温合金 绝对龙头 ，军工 背景 深厚 ，高温合金 产量、规模、技术、客户各方面具备全面优势 。 管理层变更后，成本改善叠加量价齐升，业绩增长可观 。 b、 久立特材 ： 江浙 高端制造企业 、高端制造标杆企业，国内领先的 高温合金、不锈钢、耐蚀合金加工 企业 。在手订单充沛，多个新项目投产在即，业绩增量可观 ， 高端特钢公司中 估值 最 低，未来成长空间 较大 。 c、钢研高纳 ： 铸造高温合金龙头、新型高温合金领先企业。公司由钢铁研究总院高温材料研究所转型而来，拥有 60 余年技术储备。 风险提示 ： 下游 不及预期； 进口替代不及预期； 产品研发 不及预期 。 Table_PicQuote 行业走势 Table_Report 相关研究 1、钢铁行业跟踪周报：持续看好特钢龙头，淡季尾声库存启动 2020-08-16 2、钢铁行业跟踪周报：看好特钢龙头以及淡季结束后基本面改善 2020-08-09 3、钢铁行业跟踪周报：估值修复一波三折，继续关注八钢、久立 2020-07-26 Table_Author 2020 年 09 月 10 日 证券分析师 杨件 执业证号： S0600520050001 13166018765 yangjiandwzq 表 1： 相关 公司估值 （ 截止 2020 年 9 月 9 日 ） 代码 公司 总市值 (亿 元 ) 收盘价（元） EPS PE 投资评级 2019A 2020E 2021E 2019A 2020E 2021E 002318 久立特材 75.49 8.97 0.59 0.74 0.85 14.46 11.63 10.08 买入 600399 ST 抚钢 140.02 7.10 0.15 0.21 0.27 46.36 34.13 26.36 - 300034 钢研高纳 111.03 23.62 0.35 0.40 0.50 71.30 59.59 47.60 - 资料来源： wind， 东吴证券研究所 （非加粗部分来自 wind 一致预期） -26%-17%-9%0%9%17%26%2019-09 2020-01 2020-05 2020-09钢铁 沪深 3002 / 32 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Yemei 行业深度报告 内容目录 1. 高温合金行业概况 . 5 1.1. 高温合金概念及应用 . 5 1.2. 生产工艺 . 5 1.3. 技术壁垒 . 6 1.4. 主要产品 . 7 2. 供不应求局面将持续较长时间 . 9 2.1. 目前产量 1.4 万吨左右 . 9 2.2. 需求量 3.4 万吨左右 . 10 2.3. 下游需求旺盛，未来供不应求 . 11 2.4. 供给格局平稳 . 12 2.5. 扩产缓慢 . 13 3. 军用航发多点支持高温合金需求 . 14 3.1. 军用航发需求量预测 . 15 3.1.1. 换装需求 . 15 3.1.2. 扩编需求 . 16 3.1.3. 维护需求 . 17 3.1.4. 总计 . 17 3.2. 军用航发高温合金需求量预测 . 18 4. 民用高温合金增长空间大 . 19 4.1. 民航高温合金需求预测 . 19 4.2. 燃气轮机需求预测 . 21 4.3. 汽车需求预测 . 23 4.4. 核电需求预测 . 24 5. 相关标的 . 26 5.1. 抚顺特钢：老牌特钢企业，变形高温合金龙头 . 26 5.2. 钢研高纳：铸造高温合金龙头企业 . 27 5.3. 久立特材：深耕高端制造，产能持续扩张 . 29 6. 投资建议 . 30 7. 风险提示 . 31 3 / 32 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Yemei 行业深度报告 图表目录 图 1：高温合金制品 . 5 图 2：高温合金工艺流程 . 6 图 3： 12t 真空感应炉 . 7 图 4： 12t 真空自耗炉 . 7 图 5：高温合金产品分类 . 7 图 6： 2010-2019 年我国高温合金钢材产量（吨） . 9 图 7：我国高温合金使用分布 . 10 图 8： 2020-2030 年中国军用航空发动机需求预测（单位：台） . 17 图 9：高温合金在航空发动机中的应用 (红色部分 ) . 18 图 10：航空发动机主 要部件 . 18 图 11： 2020-2030 年国内军用航空发动机高温合金需求量及其增速 . 19 图 12：我国民航机队规模及同比增速（右轴） . 19 图 13：废气涡轮增压器涡轮转子结构图 . 23 图 14： 2016-2025 年 汽车涡轮增压器配置率（ %） . 23 图 15：我国在建核电机组分布图（截至 2019 年底） . 25 图 16：我国历年核电机组数和发电装机规模 . 25 图 17： 2013 年 -2019 年研发支出（万元） . 28 图 18： 2015 年 -2019 年新增专利数量 . 28 表 1：相关公司估值（截止 2020 年 9 月 9 日） . 1 表 2：高温合金熔炼方法 . 6 表 3：变形高温合金分类 . 8 表 4：铸造高温合金分类 . 9 表 5：不同机构对高温合金需求的表述 . 10 表 6： 2020-2030 年国内高 温合金需求量预测 . 11 表 7： 2019 年高温合金主要公司产能、产量情况 . 12 表 8：高温合金主要公司产量及收入变化情况 . 13 表 9： 2019 年高温合金公司在建项目情况 . 13 表 10： 2019 年中国兵种军机型号及数量一览 . 15 表 11：我国空军主要 机型及其发动机配置一览 . 16 表 12： 2020-2030 年国内军用发动机高温合金需求量预测 . 18 表 13：东方航空、中国国航和南方航空 2020-2023 年飞机引进与退出规划 . 20 表 14： 2020-2030 年国内民用发动机高温合金需求量预测 . 21 表 15：燃气轮机主要应用 . 22 表 16：第一批燃气轮机创新发展示范项目发展现况 . 22 表 17： 2020-2030 年汽车领域高温合金需求及增速预测 . 24 表 18：截至 2020 年底主要核电厂开工情况 . 25 表 19： 2020-2030 年核电领域高温合金需求及增速预测 . 26 表 20： 抚顺特钢核心产品市占率 . 27 表 21：抚顺特钢在建项目 . 27 表 22：主要控股参股公司营业情况 . 28 4 / 32 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Yemei 行业深度报告 表 23：久立特材新项目投产 . 29 5 / 32 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Yemei 行业深度报告 1. 高温合金行业概况 1.1. 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。 图 1： 高温合金制品 数据来源：百度图片，东吴证券研究所 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 。 6 / 32 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Yemei 行业深度报告 图 2： 高温合金工艺流程 数据来源： 高温合金简介 ， 东吴证券研究所 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。 表 2： 高温合金熔炼方法 熔炼工艺 熔炼方法 单 联 AAM（电弧炉熔炼）、 AIM（感应炉熔炼）、 VIM（真空感应炉熔炼）、 VAR（真空电弧熔炼）、 ESR(电渣熔炼）、EBM（电子束熔炼）、 EBCHR（电子束冷室炉床熔炼）、 PAF（等离子电弧炉熔炼）、 PIF（等离子感应炉熔炼）等 双联 VAR（真空电弧熔炼）、 VADER（真空电弧双电极重熔）、 VIR（双真空熔炼）、 NAV（非自耗）、 PMV（等离子）、 ESR(电渣熔炼）、 EVR（真空感应加电渣重熔）、 NER（非自耗）、 PAR（等离子重熔）、 EBM（电子束重熔）、 VEB 或 VIM+EBCFM（真空感应加电子束）、 NEB（非自耗电极加电子束） 三联 三次熔炼有 VIM+VAR+ESR、 VIM+ESR+VAR、 NAV+EBM+VAR，采用电渣重炉金属作为第三次真空电弧重炉的自耗电极，主要是为保证合金具有很低的气体含量 数据来源： 高温合金熔炼工艺讨论， 东吴证券研究所 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变形高温合金：熔炼（电弧炉、感应炉、真空炉、电渣炉、等离子电弧炉）铸锭压力加工（轧制、锻造）热处理（固溶处理、时效处理）焊接（熔焊、压焊）铸造高温合金：熔炼（电弧炉、感应炉、真空炉、电渣炉、等离子电弧炉）铸锭重熔、铸造（熔模精密铸造、定向铸造、单晶、细晶铸造）热处理（固溶处理、时效处理）焊接（熔焊、压焊）粉末冶金高温合金：制粉（气体物雾化法、旋转电极法）压实（真空热压、热等静压）热挤压 热锻造制粉（内氧化法、化学共沉淀法、机械合金化（ MA ）弥散强化高温合金压实（热挤压）7 / 32 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Yemei 行业深度报告 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、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。 图 3： 12t 真空感应炉 图 4： 12t 真空自耗炉 数据来源： 抚顺特钢集团网站， 东吴证券研究所 数据来源： 抚顺特钢集团网站， 东吴证券研究所 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。 图 5： 高温合金产品分类 8 / 32 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Yemei 行业深度报告 数据来源： 高温合金简介 ， 东吴证券研究所 变形高温合金是指可以进行冷、热变形加工，工作温度范围 -2531320 C，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 。 表 3： 变形高温合金分类 种类 使用温度 性能 应用领域 固溶强化型合金 900-1300 GH128 合金，室温拉伸强度为 850MPa、屈服强度为 350MPa；1000 C 拉伸强度为 140MPa、延伸率为 85%， 1000 C、30MPa 应力的持久寿命为 200 小时、延伸率 40%。 制作航空、航天发动机燃烧室、机匣等部件 时效强化型合金 -253-950 制作涡轮盘的合金工作温度为 -253700 C,要求具有良好的高低温强度和抗疲劳性能。 制作航空、航天发动机的涡轮盘与叶片等结构件 数据来源： 高温合金概述 ， 东吴证券研究所 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 ， 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 。 高温合金传统高温合金变形高温合金铸造高温合金新型高温合金粉末高温合金金属间化合物ODS 合金高温金属基自润滑材料9 / 32 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Yemei 行业深度报告 表 4： 铸造高温合金分类 种类 使用温度 性能 应用领域 等轴晶铸造高温合金 -253-650 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 。 制作航空发动机中的扩压器机匣及航天发动机中各种泵用复杂结构等 等轴晶铸造高温合金 650-950 在高温下有较高的力学性能及抗热腐蚀性能。 用做航空发动机涡轮叶片、导向叶片及整铸涡轮 定向凝固柱晶和单晶高温合金 950-1100 在 使用 温度范围内具有优良的综合性能和抗氧化、抗热腐蚀性能。 制作新型高性能发动机的一级涡轮叶 片 数据来源： 高温合金概述 ， 东吴证券研究所 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。 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 。 图 6： 2010-2019 年 我国高温合金钢材产量（吨） 数据来源： 中国特钢 企 业协会 ， 东吴证券研究所 - 8 0 %- 6 0 %- 4 0 %- 2 0 %0%2 0 %4 0 %6 0 %8 0 %1 0 0 %4 0 0 06 0 0 08 0 0 01 0 0 0 01 2 0 0 01 4 0 0 01 6 0 0 01 8 0 0 02 0 0 0 02 0 1 0 2 0 1 1 2 0 1 2 2 0 1 3 2 0 1 4 2 0 1 5 2 0 1