为什么要重视高温合金这条细分赛道？.pdf

请仔细阅读本报告末页声明 证券研究报告 | 行业专题研究 2021年 03月 09日 国防军工 为什么要 重视高温合金这条细分赛道？ 1、 战略角度 ：高温合金材料是航空航天领域的战略军事物资。 提高航空发动机性 能、实现航空发动机国产化，解决我国航空产业的“心脏病”已然成为国家层面 的迫切任务。 与国外发动机对比发现，国产涡扇发动机的推重比这一最重要指标 仍然落后。 提高航空航天发动机的工作温度 ， 最核心手段是 应用 高温合金材料 。 先进航空发动机高温合金用量达到 50%以上 ，被誉为“先进航空发动机的基石材 料”。我国航空发动机仍然存在部分进口的局面， 可以这样认为 ， 高温合金是决 定航空航天发动机能否量产的核心瓶颈之一 ，高温合金材料国产化是航空发动机 国产的先决条件。 2、 产业角度 ：我国航空航天 高温合金已从研究到全面大规模国 产化的拐点 。 1） 需求端 ： 我国重点型号武器装备在“十三五”已经跨过研制定型阶段，在“十四 五”将进入批量列装阶段，随之带动高温合金材料也会从“多品种、小批量”进 入“大规模批产”阶段 ，钢企盈利的规模效应有望显现 。 2）供给端： 我国高温合 金经历从仿制到引进再到自主创新的过程 ， 目前已形成一定规模拥有较先进技术 装备的生产基地 ， ST抚钢等相关企业近期都在实施扩产计划。 3、盈利角度：下游航空航天放量，上游军工新材料盈利弹性更强。 1） 首先看量 的增速 ： 消耗属性是装备链条增速的核心影响因素之一 ，从消耗属性角度看“ 高 温合金 （如高温 合金叶片维修） 航空发动机 军机 ”，再叠加国产替代的需求， 因此高温合金产业相对于下游军机装备增速更高。 2）其次看盈利的增速： 相对于 下游总装，上游的材料受军品定价机制影响较小，更多是货架产品因此拥有相对 市场化的定价机制，重要的是材料更容易形成规模效应，因此高温合金材料企业 盈利弹性相对于下游总装有望更强。 4、需求 角度 ：军民市场共同牵引，国产替代需求强劲。 2019年 我国高温合金市 场规模达到 169.8亿元 ， 同比增长 33.52%。 国内高温合金 产能供给有限，长期存 在较大的供需缺口。 未来 10年 ， 我国军用 航空发动机用高温合金市场规模约 850 亿元 ，长期看商用航空发动机带来巨大市场空间 ，以 10年 为维度商用航发带来的 高温合金市场规模达 2378亿元 。此外，在燃气轮机、核电、 石油、汽车等领域都 有大量的高温合金市场需求。 投资建议：选择高温合金产业链条上具有核心竞争力的龙头企业 。 高温合金产业 的高壁垒铸就寡头特征的竞争格局。 高温合金的工艺为非标准化，因此对研发实 力、经验积淀要求很高；下游是航空发动机等产品也要求非常高的质量稳定性， 因此高温合金行业有着非常强的市场先入壁垒，一旦进入用户的供应链体系，一 般不会轻易更换。 我们可以按照工艺将高温合金划分变形 、 铸造 、 粉末 ，用量分 别占比 70%、 20%、 10%。 1）变形 高温合金： ST抚钢 ，市占率达到 80%，在高强钢领域也有很高市占率， 是航发、导弹 、军机 等多条高景气赛道的核心卡位企业。 2） 铸造高温合金 ： 铸造 母合金龙头主要是 钢研高纳 、 图南股份 ，二者也做精密铸 件成品；精密铸造公司重点推荐 应流股份 ，国内的两机精密铸造 叶片 龙头 ，拥有 切入全球两机巨头供应体系、国内军机型号不断拓展的双重成长逻辑，当前也 在 由精铸向上游铸造母合金研制拓展 。 风险提示： 航空航天产业链扩产低于预期，高温合金企业扩产低于预期 ，假设或 预测或与实际情况存在误差。 增持 （ 维持 ） 行业 走势 作者 分析师 余平 执业证书编号： S0680520010003 邮箱： 相关研究 1、国防军工：百页深度，军工产业缺乏长期成长逻辑 吗？ 2021-02-23 2、国防军工：细数军工产业十大变化，“赛道 +卡位” 把握历史性投资机遇 2020-12-23 3、国防军工：短、中、长三维度阐述军工高景气度 2020-11-16 重点标的 股票 股票 投资 EPS （元） P E 代码 名称 评级 2019A 2020E 2021E 2022E 2019A 2020E 2021E 2022E 600399 ST抚钢 - 0.15 0.29 0.40 0.52 82.40 42.45 30.62 23.83 603308 应流股份 买入 0.27 0.41 0.61 0.83 114.47 61.87 41.67 30.55 300034 钢研高纳 - 0.35 0.42 0.56 0.75 66.75 55.05 41.34 30.67 300855 西部超导 - 0.68 0.64 0.85 1.12 49.66 52.56 39.67 30.12 688122 图南股份 - 0.38 0.84 1.26 1.75 120.16 54.49 36.26 26.14 资料来源：贝格数据，国盛证券研究所 ，除应流股份外采用 wind一致预期数据 -16% 0% 16% 32% 48% 64% 80% 2020-03 2020-07 2020-11 2021-03 国防军工 沪深 300 2021年 03月 09日 P.2 请仔细阅读本报告末页声明 内容目录 1. 为什么要重视高温合金这个细分赛道？ . 4 1.1 战略角度：高温合金材料是航空航天领域的战略军事物资 . 4 1.2 产业角度：我国航空航天高温合金已从研究到全面大规模国产化的拐点 . 5 1.3 盈利角度：下游航空航天放量，上游军工新材料盈利弹性更强 . 6 1.4 需求角度：军民市场共同牵引，国产替代需求强劲 . 7 2. 高温合金产业的高壁垒铸就寡头特征的竞争格局 . 12 2.1 壁垒足够 高：高温合金拥有非常高的行业准入与技术壁垒 . 12 2.2 格局足够稳定：高准入壁垒铸就高温合金稳定的供应体系 . 13 3. 高温合金产业链：按工艺划分为变形、铸造、粉末 . 14 3.1 变形高温合金产业链：用量占到 70%， ST抚钢是变形高温合金龙头 . 14 3.2 铸造高温合金产业链：关注母合金龙头钢研高纳和精密铸造叶片龙头应流股份 . 15 3.3 粉末高温合金产业链：细分龙头是钢研高纳 . 20 4. 高温合金产业链上市公司 . 21 4.1 ST抚钢：我国变形高温合金、高强钢核心配套公司 . 21 4.2 应流股份：两机叶片千亿美金赛道，从此有了中国制造 . 22 4.3 钢研高纳：我国高温合金龙头企业，充分受益于两机发展 . 23 4.4 图南股份：细分龙头技术积累深厚，充分绑定下游客户 . 24 4.5 西部超导： 我国钛合金核心配套公司，积极布局高温合金 . 25 5. 风险提示 . 26 图表目录 图表 1：中国军用航空发动机发展历程 . 4 图表 2：中、美、俄战斗机发动机推重比对比 . 4 图表 3：我国航空装备重点型号 进入批量列装的拐点 . 5 图表 4：高温合金上市公司扩产计划 . 6 图表 5：高温合金用作先进航空发动机关键热端承力部件（图中红色部分为高温合金） . 6 图表 6：高温合金上市公司的相关业务增速相对于航发动力发动机业务收入更高 . 6 图表 7：高温合金相关上市公司与航发动力归母净利润增速对比 . 7 图表 8：高温合金用量占比 . 7 图表 9：全球高温合金应用领域 . 7 图表 10：高温合金在不用行业的应用 . 7 图表 11：高温合金部分产品 . 7 图表 12：历年全球高温合金市场规模（亿美 元） . 8 图表 13：全球高温合金市场规模预测（亿美元） . 8 图表 14：我国高温合金行业需求情况（吨） . 8 图表 15：我国高温合金行业产量情况（吨） . 8 图表 16：高温合金在航空发动机上的应用 . 9 图表 17：未来 10年新增军用 航空发动机高温合金市场规模测算 . 9 图表 18：未来 10年存量军用航空发动机高温合金替换市场规模测算 . 10 图表 19： 未来 10年我国民航飞机发动机高温合金市场需求测算 . 10 图表 20：高温合金在各领域中的应用及特点 . 11 图表 21：我国高温合金相 比进口产品的不足之处 . 13 图表 22：我国现从事高温合金材料制造与生产的代表企业 . 13 2021年 03月 09日 P.3 请仔细阅读本报告末页声明 图表 23：高温合金按基体元素分类 . 14 图表 24：高温合金按按工艺分类 . 14 图表 25：变形高温合金产业链及相关公 司 . 15 图表 26：不同代次发动机所用的涡轮叶片材料演绎进展 . 16 图表 27：铸造高温合金三种形式：普通、定向、单晶 . 16 图表 28：燃气轮机涡轮叶片材料及成形技术发展 . 16 图表 29：铸造高温合金产业链及相关公司 . 17 图表 30：图南股份与钢研高纳 高温合金产品及相关营收对比（百万元） . 17 图表 31：图南股份与钢研高纳变形高温合金产品毛利率对比 . 17 图表 32：图南股份与钢研高纳铸造高温合金产品毛利率对比 . 17 图表 33：钢研高纳高温合金历年产量（吨） . 18 图表 34：钢研高纳高温合 金营收变动情况（百万元） . 18 图表 35：钢研高纳历年营收结构 . 18 图表 36：钢研高纳毛利率情况 . 18 图表 37：图南股份高温合金历年产量 /产能（吨） . 19 图表 38：图南股份高温合金营收变动情况（百万元） . 19 图表 39：图南股份历年营收结构 . 19 图表 40：图南股份毛利率变动情况 . 19 图表 41：应流股份航空航天新材料及零部件营收情况（百万元） . 20 图表 42：应流股份航空航天新材料及零部件毛利率情况 . 20 图表 43： 应流股份在两机高温合金领域实施 “产业链延伸、价值链延伸 ”战略 . 20 图表 44： ST抚钢历年营收情况 . 21 图表 45： ST抚钢历年归母净利润情况 . 21 图表 46：应流股份营收情况 . 22 图表 47：应流股份归母净利润情况 . 22 图表 48：钢研高纳历年营收情况 . 23 图表 49：钢研高纳历年归母净利润情况 . 23 图表 50：图南股份历年营收情况 . 24 图表 51：图南股份历年归母净利润情况 . 24 图表 52：西部超导历年营收情 况 . 25 图表 53：西部超导历年归母净利润情况 . 25 2021年 03月 09日 P.4 请仔细阅读本报告末页声明 1. 为什么要重视高温合金这个细分赛道 ？ 1.1 战略角度 ： 高温合金 材料 是航空航天领域的战略军事物资 提高航空发动机性能 、 实现航空发动机国产化 ， 解决我国 航空产业的“心脏病”已然成 为国家层面的迫切任务 。 我国从上世纪 60 年代开始发展国产航空发动机 ， 历经坎坷 ， 已经从最早的涡喷 -5、涡喷 -14发动机 ， 到目前的涡扇 10、涡扇 15发动机 ， 取得了巨大 的进步。尤其是“太行” 发 动机的定型 ， 实现了我国军用航空发动机从第二代向第三代 ， 从涡 喷向涡扇、从中等推力向大推力的跨越的“三大跨越” ， 标志着我国已具备自主研制 大推力军用发动机的能力。 但是国产航空发动机仍然存在两大问题： 1） 与国外发动机对比发现，国产涡扇发动机的推重比这一最重要指标仍然落后。 以目前 的技术而言，要提高推重比，必须提高燃气温度。 航空发动机的涡轮进口温度每提高 100，推重比就能够提高 10%左右， 或者性能提高了整整一代 。对于商用航空发动机， 推力每增加 10%， 就可以增加 10%的载客量 ； 对于军用航空发动机 ，推力增加军机的机 动性、作战性会更为突出。 提高航空航天发动机的工作温度 ， 最 核心 手段 是 应用 高温合金材料 。 先进航空发动机高 温合金用量达到 50%以上 ，被誉为“先进航空发动机的基石 材料 ”。 高温合金是指能在 6001200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 的合金材料。 未来随着航空装备的不断升级，对航空发动机推重比的要求不断提高，发 动机对高性能高温合金材料的依赖越来越大。 新材料、新工艺对推重比 12-15发动机的贡献将达 50%以上 ， 从未来发展来看，甚至可 占 67%。 因此发展高质量性能的高温合金材料、提高高温合金成品的工艺水平（比如叶 片精密铸造工艺从等轴晶、定向晶，向单晶工艺发展），是 高温合金 产业 发展 必然 趋势。 图表 1：中国军用航空发动机发展历程 图表 2：中、美、俄战斗机发动机 推重比 对比 阶段 型号 制造单位 所处时代背景 1951-1965：初创、 快速发展时期 涡喷 -7 沈阳黎明 / 贵州黎阳 苏联援建时期：从 修理到测仿；建立 发动机研究所， “厂 所结合 ” 1966-1976：波折 与缓慢发展时期 / / “十年动乱 ”：扩大 生产制造规模，继 续三线建设 1977-1999：恢复 与振兴发展时期 涡喷 -13 沈阳黎明 / 贵州黎阳 / 1999至今：崛起与 跨域式发展时期 涡扇 -10 沈阳黎明 / 西航公司 / 资料来源：中国航空工业 60年大事记，国盛证券研究所 资料来源： CNKI，国盛证券研究所 2） 我国航空发动机仍然存在部分进口的局面， 可以这样认为 ， 高温合金是决定航空航天 发动机能否量产的核心瓶颈之一 ， 高温合金材料国产化是航空发动机国产的先决条件 。 涉及航天航空应用领域的高温合金产品，发达国家将其作为战略军事物资，技术垄断程 度高，严格禁止产品出口；而目前我国仍然有大量的高温合金需求缺口需要从海外进口 ， 这足以说明我国当前国产高温合金尚不能满足航空航天领域需求，其紧缺程度或已成为 制约我国航空航天发动机量产的核心因素之一。 而且 在国内，国产高温合金材料在纯净度、均匀性、批次稳定性及生产成本等方面较国 外高温合金存在一定差距，尚不能完全满足高端装备尤其是航空发动机对材料的要求。 2021年 03月 09日 P.5 请仔细阅读本报告末页声明 因此实现高质量性能高温合金材料的国产化也是 国产航空发动机产业的重要一环 。 1.2 产业角度 ：我国航空航天 高温合金已从研究到全面大规模国产化的拐点 1） 需求端 ：我国重点型号武器装备在“十三五”已经跨过研制定型阶段，在“十四五” 将进入批量列装阶段，随之带动高温合金材料也会从“多品种、小批量”进入“大规模 批产”阶段。 “百年未有之大变局加速演进”的国际秩序下，我国军事装 备发展进入加速 追赶期， 核心 导向是 围绕打赢一场常规战争的能力 建设 ， 因此备战能力建设背景下导弹、 军机等战术性装备是补缺口、强训练的重点装备采购方向；这些装备在“十三五”完成 研制定型也为“十四五”期间 从装备到上游原材料的 放量采购奠定了产业基础。 总体来看 ， 国内高温合金的发展基本和国内航空航天发动机的发展水平相一致的。 因此 ， 随着未来国内新军机、新舰艇的逐步入列 ， 国产发动机 逐步走向前台 ， 国产高温合金材 料的发展正迎来重要的机遇和转折点。 图表 3：我国航空 装备 重点 型号 进入批量列装的拐点 型号 首飞时间 列装时间 介绍 图示 相关公司 歼 -16 2011年首飞成功 2016年 11月正式批量部署在空军基地 自主研发的新一代歼击轰炸机，空军攻防兼备转型重要装备之一 中航沈飞 歼 -20 2011年首飞验证机，2014年首飞原型机 2018 年正式列装作战部队 中国现代空中力量的代表作，世界最先进的第五代战斗机行列 成飞 直 -20 2013年首飞成功 2018 年开始装备解放军陆航兵 对标美国黑鹰直升机，解决中国缺乏10吨级通用战术直升机的问题 中直股份 运 -20 2013年首飞成功 2016 年正式列装空军航空兵部队 大型多用途运输机，标志中国跻身世界少数自主研制大型机的国家之列 中航西飞 资料来源： 集团官网，国盛证券研究所 2）供给端： 我国高温合金经历从仿制到引进再到自主创新的过程 ， 目前我国 已形成一定 规模拥有较先进技术装备的生产基地 ， 而且 也看到很多高温合金相关企业近期在实施扩 产计划。 自 1956 年第一炉高温合金 GH3030 试炼成功，迄今为止，我国高温合金的研 究、生产和应用已经历 60多年的发展历程 。回顾 60多年的历史，我国的高温合金从无 到有，从仿制到自主创新，合金的耐温性能从低到高，先进工艺得到应用，新型材料得 以开发，生产工艺不断改进且产品质量不断提高，并建立和完善了我国的高温合金体系， 使我国航空、航天工业生产和发展所需的高温合金材料立足国内，也为其它 工业部门的 发展提供了需要的高 温材料。我国成为继美、英、俄以外，世界上第四个具有自己高温 合金体系的国家。 国内从事高温合金生产的单位分为三类，一类是特钢企业，如抚顺特钢、长城特钢、 宝 钢特钢等；另一类则是研究院所，如航空材料研究院、中科院沈阳金属研究所，还有钢 铁研究总院系统的专业生产厂家钢研高纳等，还有如图南股份、江苏隆达等民企 ，我们 已看到很多高温合金相关企业近期都在实施扩产计划。 2021年 03月 09日 P.6 请仔细阅读本报告末页声明 图表 4： 高温合金 上市公司扩产计划 上市公司 公告时间 扩产计划 扩产背景 ST抚钢 2020年 3月 31日 拟 2020-2022年建设三项生产项目，总 投资 7.9亿 元 ： 其中 2.8亿用于高温合金、超高强度钢工程化 建设； 2.6亿用于高温合金 产业化 技术改造 随着我国航空、航天及能源动力燃机领域快速发展， 未来 几年对大型运输机及大型客机发展过程中的高温合金、 超高强度钢等原材料市场需求将持续增长 。 西部超导 2020年 12月 19 日 拟投资 50800万元建设 “发动机用镍基高温合金棒 材项目 ”和 “粉末高温合金母合金生产线项目 ”， 建 成后 产能 达 2600吨 随着我国某军用航空发动机型号快速量产，以及商用航 空发动机国产化速度加快，进口替代任务紧迫 。 钢研高纳 2021年 1月 15日 向大股东中国钢研募资不超过 3亿元 ， 主要用于满 足业务 扩张 的资金需求，并 在 产品研发、 多种潜力 生产线改造及投入方面保持持续 的 投入 。 未来三到五年，国内航空、航天市场及相关产业链将处于 较为快速的发展阶段，上市公司预计市场空间将会有更 进一步增长，并需做好规划准备 。 资料来源： 公司公告， 国盛证券研究所 1.3 盈利 角度 ： 下游航空航天放量，上游军工 新 材料 盈利 弹性更强 首先看量的增速 ： 消耗属性是装备链条增速的核心 影响因素之一 ，从消耗属性角度看“ 高 温合金 航空发动机 军机 ”， 再叠加国产替代的需求， 因此高温合金 产业 相对于下游 军 机 装备增速更高 。 相对于军机，航空发动机的需求来自于军机放量增长，以及实战化训 练强度加大会拉动消耗；而相对于航空发动机，高温合金制成的高温件 维修更换频率更 高，此外还有海外进口替代逻辑， 因此高温合金产业相对于军机行业发展增速会更高。 图表 5： 高温合金用作 先进航空发动机关键热端承力部件 （图中红色部分 为高温合金 ） 资料来源： Wind，国盛证券研究所 高温合金的上市公司 如 ST抚钢 、 钢研高纳 、 图南股份等 ， 其 高温合金产品 收入增速会显 著高于下游发动机总装即航发动力业务的增速 。 如 钢研高纳 2014-2019年 高温合金 业务 相关收入 CAGR 为 18.4%，图南股份 2016-2019 年高温合金 业务 相关收 入 CAGR 为 24.6%， 而 2014-2019年 航发动力发动机业务收入 CAGR仅为 8.0%。 图表 6： 高温合金上市公司 的相关 业务 增速相对于航发动力 发动机业务收入 更高 资料来源： Wind，国盛证券研究所 27.6% -7.1% -5.9% -28.4% 46.8% 33.4% 22.4% 34.2% 17.8% 18.6% 15.1% -4.1% -1.2% 31.7% 61.9% -2.0% 8.2% 8.8% 7.5% 4.0% 11.7% -40% -20% 0% 20% 40% 60% 80% 2014 2015 2016 2017 2018 2019 ST抚钢（高温合金业务收入）增速 图南股份（高温合金业务收入）增速 钢研高纳（高温合金业务收入）增速 航发动力（发动机业务收入）增速 2021年 03月 09日 P.7 请仔细阅读本报告末页声明 其次看 盈利的增速： 相对于下游总装 ， 上游的材料受军品定价机制影响较小，更多是货 架产品因此拥有相对市场化的定价机制 ， 重要的是材料更容易形成规模效应， 因此高温 合金材料企业盈利弹性相对于下游总装有望更强。 如 图南股份、钢研高纳 2014-2019年 归母净利润 CAGR分别为 74.90%、 7.16%， 而 航发动力 2014-2019年归母净利润 CAGR 仅 2.84%，突显出上游原材料的盈利弹性强于下游总装厂。 图表 7： 高温合金相关上市公司与航发动力归母净利润增速对比 资料来源： Wind， 国盛证券研究所 1.4 需求 角度 ： 军民市场共同牵引，国产替代 需求强劲 不止于航空航天领域 ，高温合金 在 工业领域也有广泛应用 。 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、汽车、 冶金、玻璃制造、原子能等工业领域，从而大大 地 拓展了高温合金材料的应用领域。 按 下游 需求量划分，航空航天领域高温合金需求量占 55%左右，其次是能源电力 占 20%，机械制造 占 10%。 目前 按 军 、 民用划分，高温合金需求呈 二八分布。随着工业 现代化的加速 ， 高温合金在工业领域会有很多 增长点，民用占比会提升 ，市场空间巨大。 图表 8：高温合金 用量占比 图表 9：全球高温合金应用领域 资料来源： Roskill、新材料在线 ，国盛证券研究所 资料来源： Roskill、新材料在线 ，国盛证券研究所 图表 10： 高温合金在不用行业的应用 图表 11：高温合金 部分产品 资料来源：钢研高纳招股书，国盛证券研究所 资料来源： 钢研高纳官网 ，国盛证券研究所 27.2% 12.8% -22.8% -39.4% 83.5% 45.8% -42.8% 32.6% 85.4% 174.9% 76.4% 37.4%14.6% 10.3% -13.8% 7.8% 10.8% 1.3% -100% -50% 0% 50% 100% 150% 200% 2014 2015 2016 2017 2018 2019 钢研高纳（归母净利润）增速 图南股份（归母净利润）增速 航发动力（归母净利润）增速 55% 20% 10% 7% 3% 3% 2% 航空航天 能源电力 机械制造 工业 汽车 石油 其他 2021年 03月 09日 P.8 请仔细阅读本报告末页声明 全球维度 ： 高温合金 国外市场基本成熟，全球市场规模年增速有望保持在 10%左右。 随着 全球范围内对高温合金材料的需求，全球对高温合金的需求持续上升。据前瞻产业 研究院数据， 2018 年全球高温合金市场规模达到 122 亿美元， YoY+4.8%，且自 2012 年以来，全球高温合金产业增速稳步增加 ， 预计 2024年将达到 173亿美元。 图表 12：历年全球高温合金市场规模 （亿美元） 图表 13：全球高温合金市场规模预测 （亿美元） 资料来源： 前瞻产业研究院 ， 国盛证券研究所 资料来源： 前瞻产业研究院 ， 国盛证券研究所 2019年 我国高温合金 市场规模达到 169.8亿元 ， 同比增长 33.52%。 国内高温合金 产 能供给 有限， 长期 存在较大的供需缺口。 根据 20202026年中国高温合金行业市场专 项调查及投资前景规划分析报告 ， 2019年我国高温合金产量约 2.76万 吨，但高温合金 整体市场需求约为 4.82万吨，供需缺口达 2.06万吨。 按 2019年我国高温合金均价 35.22 万元 /吨计算，我国高温合金行业市场规模 169.8亿元 ， 同比增长 33.52%。 图表 14：我国高温合金行业需求情况（吨） 图表 15：我国高温合金行业产量情况（吨） 资料来源： 20202026年中国高温合金行业市场专项调查及投资前景 规划分析报告 ， 国盛证券研究所 资料来源： 20202026年中国高温合金行业市场专项调查及投资前 景规划分析报告 ， 国盛证券研究所 我们重点计算下国内航空航天发动机领域用高温合金的需求 ， 长期来看国内商用航空发 动机国产化后也将带来巨大的高温合金市场需求空间。 1、军用航空发动机 高温合金从诞生起就用于航空发动机，主要用于 航空发动机 四大热端部件：燃烧室、导 向 叶片 、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。 1）涡轮盘 ： 以变形高温合金和粉末冶金高温合金为主。 涡轮盘在四大热端部件中所占质 量最大。 2）涡轮工作叶片 ： 以单晶高温合金为主。 涡轮叶片是航空发动机上工作条件最恶劣也是 最为关键的构件 。 3）涡轮导向器叶片 ： 以铸造高温合金为主。 导向叶片是航空发动机上承受温度最高、热 冲击最大的零件之一，目前国际先进发动机主要使用单晶叶片。 4）燃烧室主要零部件：用量最大、最为关键的是变形高温合金。 燃烧室的作用在于把燃 油的化学能释放变为热能，是动力机械能源的发源地。 97.54 100.36 103.58 107.2 111.28 116.06 121.63 2.9% 3.2% 3.5% 3.8% 4.3% 4.8% 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 0 20 40 60 80 100 120 140 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 全球高温合金市场规模（亿美元） 同比（ %） 129 137 145 154 163 173 6.2% 5.8% 6.2% 5.8% 6.1% 6% 6% 6% 6% 6% 6% 6% 6% 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 2019 2020 2021 2022 2023 2024 全球高温合金市场规模预测（亿美元） 同比（ %） 10,000 11,550 14,240 16,200 18,100 20,000 22,200 25,100 30,000 37,400 48,222 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 高温合金需求量（吨） 8,000 8,550 8,820 9,240 11,800 13,000 15,200 16,500 18,820 21,750 27,600 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 高温合金产量（吨） 2021年 03月 09日 P.9 请仔细阅读本报告末页声明 图表 16：高温合金在航空发动机上的应用 应用领域 特点及工作环境 应用材料 燃烧室 发动机各部件中温度最高的区域，温度可高达 1500-2000，作为燃烧室壁的高温合 金材料需承受 800-900的高温，局部甚至高达 1100以上。除需承受高温外，还 应能承受周期性点火启动导致的急剧热疲劳应力和燃气的冲击力。 用量最大、最为关键的是变形高 温合金。 导 向 器 （涡轮导 向叶片） 用来调整燃烧室出来的燃气流向，是涡轮发动机上承受温度最高、热冲击最大的零部 件，材料工作温度最高可达 1100以上，但涡轮导向叶片承受的应力比较低，一般 低于 70MPa。该零件往往由于受到较大热应力而引起扭曲，温度剧变产生热疲劳裂纹 以及局部温度过高导致烧伤而报废。 大多采用精密铸造镍基高温合 金。 涡轮叶片 涡轮发动机中工作条件最恶劣也是最关键的部件， 其处于温度最高、应力最复杂、环 境最恶劣的部位而被列为第一关键件。涡轮 叶片在承受高温的同时要承受很大的离心 应力、振动应力、热应力等。 所承受温度低于相应导向叶片 50-100，但在高速转 动时，受气动力和离心力的作用，叶身部分应力 达 140MPa，叶根部分达 280-560Mpa。 涡轮叶片材料大多也是精密铸造 镍基高温合金。国内常用牌号： DD6等。 涡轮盘 涡轮盘是航空发动机上的重要转动部件，工作温度不高，一般轮缘为 550-750，轮 心为 300左右，因此盘件径向的热应力大，特别是盘件在正常高速转动时，由于盘 件质量重达几十至几百千克，且带着叶片旋转，要承受极大的离心力作用，在启动与 停车过程中又构成周期性的大应力低周疲劳。 用作涡轮盘的高温合金为屈服强 度很高、细晶粒的变形高温合金 和粉末高温合金。我国涡轮盘中 变形高温合金 GH4169合金用量 最大、应用范围最广。 资料来源： Wind， 国盛证券研究所 军用航空发动机领域： 我们 预计 未来 10 年高温合金 市场规模 达 849.75 亿元 。 根据 World Air Forces 2020 数据，目前我国军用 军 机数量 为 3210架，美国为 13266架， 全球占比分别为 6%、 25%， 我国与 美国 相比 仍 存在较大差距 。 随着建军百年奋斗目标 的 推进 ， 我们预计 未来 10年我国国防装备 将 进入批量建设时期。 考虑到 新增 及 存量 发动 机 替换市场， 我们 预计未来 10年 我国军用 航空发动机高温合金市场规模约 849.75亿元。 假设 1： 根据 World Air Forces 2020数据 及中美两国军机的差距，我们认为未来 10 年国内军机数量较当年会 有大幅提升。我们 假设 未来 10 年我国军机合计新增 3913 架， 其中 战斗机、特种飞机、加油机、运输机、直升机、教练机 分别新增 1097架、 249架 、 159架、 316架、 1497架 、 594架 ； 发动机配备比分别为 1.5、 1.5、 1.5、 3、 2、 1.5； 假设 2： 考虑到目前实战 化 训练较多， 我们 假设 增量飞机未来 10年内换发 0/1次， 存量 飞机未来 10年内换发 1/2次 ； 其中 增量飞机 10年内更换 1次的数量少于更换 0次的数 量， 存量飞机 10年内更换 2次的数量少于更换 1次的数量 ； 假设 3： 我们 假设 高温合金价值占整个 航空 发动机价值量的 30%； 根据上述假设 经测算 得知 ， 我们 预计 未来 10 年我国 军用 航空发动机 用高温合金市场规 模 达 849.75亿元 。其中新增军用航空发动机高温合金市场 494.99亿元，存量 替换 市 场 规模 354.76亿元 。 图表 17： 未来 10年新增军用航空发动机高温合金市场规模 测算 军机数量（架） 发动机比例 增量发动机数量（台） 发动机总价 （亿元） 高温合金价值 占比 高温合金市场规模（亿元） 战斗机 1097 1.5 2194 548.5 30% 164.55 特种飞机 249 1.5 498 124.5 30% 37.35 加油机 159.5 1.5 319 79.8 30% 23.93 运输机 316 3 1264 379.2 30% 113.76 武装直升机 1497 2 3992 399.2 30% 119.76 教练机 594 1.5 1188 118.8 30% 35.64 小计 3913 494.99 资料来源： World Air Forces， 国盛证券研究所 2021年 03月 09日 P.10 请仔细阅读本报告末页声明 图表 18：未来 10年 存量 军用航空发动机高温合金 替换 市场规模 测算 军机数量（架） 发动机比例 更换 发动机数量（台） 发动机总价（亿元） 高温合金价值 占比 高温合金市场规模（亿元） 战斗机 1603 1.5 3156 631 30% 189.36 特种飞机 111 1.5 240 48 30% 14.40 加油机 3 1.5 6 1 30% 0.36 运输机 224 3 918 230 30% 68.85 武装直升机 903 2 2688 215 30% 64.51 教练机 366 1.5 720 58 30% 17.28 小计 3210 354.76 资料来源： World Air Forces， 国盛证券研究所 民用航空发动机领域： 我们 预计未来 10年高温合金市场规模 达 2378.07亿元。 根据中 国商飞发布的 2019-2038 年民用飞机市场预测年报数据，未来二十年中国航空市场 将接收 50 座以上客机 9205架 。 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。 假设 1： 根据中国商飞预测年报数据 ，我们假设未来 10中国航空市场接收 50座以上客 机为全部预测数据的一半，即 4603架，其中支线飞机、单通道飞机、双通道飞机分别为 479架、 3060架、 1064架 ； 假设 2： 根据中国商飞预测年报数据，支线飞机、单通道飞机、双通道飞机价值分别为 0.49 亿美元、 1.13 亿美元、 3.19亿美元 ， 以 2019年年平均汇率 6.8965 折合为人民币 计价 ， 我们 假设 发动机占整架飞机价值的比例约 27%； 假设 3： 根据 中国产业信息网发布的研究数据 ， 我们 假设高温合金 占 发动机价值量的 18%； 根据上述假设经测算得知 ， 我们预计 未来 10 年我国 民 用 航空发动机 用高温合金市场规 模约 2378.07 亿元。 考虑到目前国内商用航空发动机尚未国产化，这块市场主要由海 外厂商占领； 但 随着国内商用 航空 发动机研制进程加快， 长期来看国内商用航空发动机 国产化后也将带来巨大的高温合金市场需求空间。 图表 19： 未来 10年我国民航 飞机 发动机高温合金市场需求 测算 飞机种类 交付总数（架） 飞机总价值 （亿元） 发动机价值量占比 （ %） 发动机需求价值 （亿元） 高温合金价值量 占比（ %） 高温合金市场空间（亿元） 支线气机 479 1604.95 27.00% 433 18.00% 78.00 单通道飞机 3060 23900.99 27.00% 6453 18.00% 1161.59 宽体飞机 1064 23425.54 27.00% 6325 18.00% 1138.48 合计 4603 - 2378.07 资料来源： Wind， 中国商飞， 国盛证券研究所 其他如燃气轮机 、 核电 、 汽车 、 航天等领域 ， 对高温合金都有较大的需求。 在燃气轮机 领域主要用于 燃烧室、过渡导管、导向叶片、涡轮工作叶片以及涡轮盘等 ；在核电领域 高温合金是核岛关键热交换器件核电蒸发器的重要基础原料 ；此外汽车 废气增压器涡轮 是高温合金材料的重要应用领域 ； 高温合金 也 是火箭发动机核心部件燃烧室和涡轮泵的 关键用材 。 2021年 03月 09日 P.11 请仔细阅读本报告末页声明 图表 20：高温合金在 各领域中 的应用 及特点 应用领域 特点及工作环境 应用材料 燃气轮机 高温合金在燃气轮机中主要应用于燃烧室、过渡导管、导向叶片、涡轮工作叶片以及涡轮盘等五大部件上。 和国外相比，我国天然气发电占全国总装机比重较低。 随着舰船用燃气轮机国产化批产阶段完成，舰船高温合 金需求大幅增长。 核电 高温合金是核岛关键热交换器件核电蒸发器的重要基础原料。 高温合金在核电领域多有应用，根据钢研高纳公告信息，核电 站堆芯对蒸发器 U 形传热管