1、 证券研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款 军工民用双轮驱动，军工民用双轮驱动，高景气度有望持续高景气度有望持续 特钢行业高温合金专题报告2020.10.22 中信证券研究部中信证券研究部 核心观点核心观点 唐川林唐川林 首席钢铁分析师 S02 李超李超 首席有色钢铁 分析师 S01 敖翀敖翀 首席周期产业 分析师 S01 在 “两机专项” 推动下， 高温合金行业进入高景气周期。 预计未来在 “两机专项” 推动下， 高温合金行业进入高景气周期。 预计未来 5 年需求年需求 CAGR 约为约为 8%，2025 年有望达到年有望达
2、到 5 万吨。建议关注变形高温合金龙头万吨。建议关注变形高温合金龙头 ST 抚钢、铸抚钢、铸 造高温合金龙头钢研高纳以及造高温合金龙头钢研高纳以及量增量增明确明确的优质民企图南股份的优质民企图南股份。 军民两用尖端材料，“两机专项”带来发展军民两用尖端材料，“两机专项”带来发展新新机遇。机遇。高温合金可以分为变形高 温合金 （约占 70%） 、 铸造高温合金 （约占 20%） 及粉末高温合金 （约占 10%） ， 主要应用于航空航天、石油化工等重点领域，其中航空航天占比约为 55%。随 着“两机专项”逐步落地，进口替代进程有望明显加速。 军工需求提供增长源动力，民用需求打开增量军工需求提供增长
3、源动力，民用需求打开增量空间空间。2019 年我国高温合金需求 量约为 3 万吨，预计 2025 年有望达到 5 万吨，未来 5 年 CAGR 为 8%，行业空 间有望超过 200 亿元。1）军品：在政策推动及国产化率提升的带动下，预计 2025 年军用航发领域需求达到 1.66 万吨，未来 5 年 CAGR10% ；2）民品： 核电领域机组建设加速， 未来 5 年需求规模有望从当前 1140 吨提升至 6365 吨。 高壁垒决定宽阔护城河，高壁垒决定宽阔护城河，头部企业放量有望加速国产替代进程。头部企业放量有望加速国产替代进程。2019 年我国高 温合金供应量约为 1.5 万吨， 约 1.5
4、 万吨的供需缺口靠进口满足。 由于存在技术、 资金、质量及资质认证四大壁垒，近年来供应释放较为缓慢。随着国内头部企业 进入技术收获期，国产替代进程有望迎来加速，预计 2022 年将是相关募投项目 集中落地期，2025 年国内供应有望达到 3.68 万吨，未来 5 年 CAGR 为 15%。 良好供需格局奠定高盈利水平，龙头企业迎来黄金发展期良好供需格局奠定高盈利水平，龙头企业迎来黄金发展期。在需求持续高景气 拉动下，订单有望持续放量。预计未来 5 年供需缺口将持续在 1.3 万吨以上，良 好供需格局下行业盈利水平有望进一步提升。 从细分赛道来看， 变形高温合金是 行业占比最高的品种， 龙头企业
5、有望直接受益于航空发动机军品的放量驱动。 铸 造高温合金技术壁垒较高， 吨售价及吨毛利明显高于行业平均水平， 龙头企业产 能利用率长期较为饱满，具备明确量增逻辑的公司有望迎来业绩明显释放。 风险因素：风险因素：军工需求增长不足预期；产替代进程缓慢；行业竞争加剧。 投资策略投资策略：在“两机专项”政策推动及国产化进程加速下，军品民品的需求共振 上行有望带动订单的明显放量， 我们看好高温合金行业的投资机会， 建议布局两 条投资主线：1）变形高温合金：建议关注深耕该领域，有望充分受益量增逻辑 的龙头 ST 抚钢，沙钢入主后有望明显提升其经营管理能力。2）铸造高温合金： 建议关注国内研发能力顶尖， 且
6、在军品民品均有布局的龙头公司钢研高纳； 同时 建议关注机制更灵活，且有募投项目带来明确量增的优质民企图南股份。 简称简称 收盘价（元）收盘价（元） EPS（元）（元） PE 评级评级 2019 2020E 2021E 2019 2020E 2021E ST 抚钢 7.38 0.15 0.21 0.27 21.55 35.03 27.08 未评级 钢研高纳 23.91 0.33 0.39 0.50 48.13 60.92 48.20 未评级 图南股份 42.45 0.68 0.63 0.82 - 67.54 51.48 未评级 资料来源：Wind 一致预期，中信证券研究部 注：股价为 2020
7、年 10 月 19 日收盘价 特钢特钢行业行业 评级评级 强于大市强于大市（维持维持） 高温合金行业专题报告高温合金行业专题报告2020.10.22 请务必阅读正文之后的免责条款部分 目录目录 军民两用尖端工业材料，军民两用尖端工业材料，“两机专项两机专项”带来发展机遇带来发展机遇 . 5 抗疲劳耐高温为主要特色，适用高端军工领域. 5 “两机专项”加速行业发展，航发与核电领域料明显拉动需求 . 8 军工需求提供军工需求提供增长源动力，民用需求打开增量空间增长源动力，民用需求打开增量空间 . 10 “两机专项”推动下，航发及燃气轮机有望提振军品需求 . 10 下游多领域持续高景气，民品需求料贡
8、献明显增量 . 14 高壁垒决定宽阔护城河，供需格局有望持续向好高壁垒决定宽阔护城河，供需格局有望持续向好 . 18 四大核心壁垒造就行业护城河 . 18 细分领域市场集中度较高，竞争格局与海外相似 . 19 供给端未来增量有限，供需缺口有望长期存在. 20 相关标的梳理相关标的梳理 . 22 ST 抚钢：高温合金助推老牌特钢重焕活力 . 22 钢研高纳：下游需求旺盛助力行业龙头业绩持续增长 . 24 图南股份：铸造高温合金业务持续发力，成就细分市场领军企业 . 25 风险因素风险因素 . 27 行业投资建议行业投资建议 . 27 rQsPnMpPmRnMtMtRrMoOrO9P8QbRoMo
9、OmOrReRnMpPiNmOpMbRrRvMxNnMyRNZqMuN 高温合金行业专题报告高温合金行业专题报告2020.10.22 请务必阅读正文之后的免责条款部分 插图目录插图目录 图 1：高温合金工艺流程图 . 6 图 2：中国高温合金发展历程 . 7 图 3：高温合金主要应用领域 . 8 图 4：全球高温合金应用分布 . 8 图 5：高温合金在航空发动机上的应用 . 9 图 6：2019 年沈阳黎明（太行发动机主要生产厂）营收快速增长. 10 图 7：2019 年航发动力营收快速增长 . 10 图 8：2019 年中国老旧战机占比达一半 . 11 图 9：2019 年美国四代机占比达到
10、 15% . 11 图 10：我国军用飞机数量增长情况预测 . 12 图 11：我国军用航发高温合金需求预测 . 12 图 12：中国各种类舰艇往年需求增长情况 . 13 图 13：各种类舰艇燃气轮机 . 13 图 14：中国每年发射火箭数量. 13 图 15：长征七号火箭动力系统示意图 . 13 图 16：国产大飞机 C919 下线 . 15 图 17：中国 CJ1000AX 发动机. 15 图 18：乘用车油耗目标 . 16 图 19：全球主要地区涡轮增压器配置率情况 . 16 图 20：中国大陆核电装机和规划容量 . 17 图 21：中国大陆核电机组运行和在建数量 . 17 图 22：我
11、国现有核电装机量及未来预测 . 17 图 23：我国审批已通过核电项目 . 17 图 24：军工资质获取流程 . 18 图 25：我国重点特优钢企业高温合金粗钢产量 . 20 图 26：我国重点特优钢企业高温合金钢材产量 . 20 图 27：未来 5 年高温合金行业供需缺口预测 . 21 图 28：上市公司高温合金产品毛利率 . 22 图 29：2015-2019 年国内高温合金均价走势 . 22 图 30：ST 抚钢营业收入及同比增速 . 22 图 31：ST 抚钢净利润 . 22 图 32：2019 年公司各业务营收占比 . 23 图 33：2019 年公司各业务毛利率情况 . 23 图
12、34：公司近三年三费情况 . 23 图 35：公司近年研发费用投入. 23 图 36：钢研高纳上市以来营业收入情况 . 24 图 37：钢研高纳上市以来归母净利润情况 . 24 图 38：钢研高纳各类产品营业收入占比情况 . 25 图 39：钢研高纳各类产品毛利占比情况 . 25 图 40：营业收入稳步上升 . 26 图 41：归母净利润增长迅速 . 26 图 42：公司主营业务产品收入构成 . 26 图 43：2019 年公司分产品大类收入构成 . 26 高温合金行业专题报告高温合金行业专题报告2020.10.22 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图 44：公司整体毛利水平 . 27 图
13、45：公司各产品毛利水平 . 27 表格目录表格目录 表 1：各类高温合金特性及市场占比 . 5 表 2：国际高温合金发展历程 . 6 表 3：我国与国外高温合金领域的差距 . 7 表 4：高温合金产业相关扶持政策 . 8 表 5：各航空发动机主要牌号 . 9 表 6：不同类型高温合金应用领域 . 9 表 7：高温合金整体需求预测 . 10 表 8：军用航空发动机高温合金需求预测 . 11 表 9：我国燃气轮机发展的主要研制生产单位 . 12 表 10：舰艇燃气动力机高温合金需求预测 . 13 表 11：单枚火箭高温合金需求测算 . 14 表 12：我国主要民用客机发动机大量依赖进口 . 14
14、 表 13：我国民用航空发动机研发计划 . 15 表 14：民用航空发动机高温合金需求预测 . 15 表 15：汽车高温合金需求量预测 . 16 表 16：核电高温合金需求预测. 17 表 17：3 种常规的定向凝固技术实现方法 . 18 表 18：高温合金重点钢企市占率情况 . 19 表 19：高温合金国内外主要生产公司 . 19 表 20：2020 年高温合金在建项目 . 21 表 21：钢研高纳主要产品市占率情况 . 25 高温合金行业专题报告高温合金行业专题报告2020.10.22 请务必阅读正文之后的免责条款部分 5 军民两用尖端工业材料军民两用尖端工业材料， “两机专项”带来发展机
15、遇， “两机专项”带来发展机遇 抗疲劳耐高温为主要特色，适用高端军工领域抗疲劳耐高温为主要特色，适用高端军工领域 高温合金是能够在高温合金是能够在 600-1200高温和一定应力负荷条件下长期服役高温和一定应力负荷条件下长期服役的金属材料的金属材料。高 温合金领域经过半个多世纪的发展，已经从传统意义上的铁、镍、钴基等高温合金，融合 粉末冶金等新型工艺， 拓展到粉末高温合金、 ODS、 金属间化合物等新型的高温金属材料。 表 1：各类高温合金特性及市场占比 分类依据分类依据 名称（市场占比）名称（市场占比） 特性特性 应用应用 合金主 要元素 铁基高温合金（14.3%） 使用温度较低（75078
16、0） 主要用于发动机温度较低部位，比如使用温度较低的航 空航天发动机以及工业燃气的涡轮盘、机匣和轴等零 件、以及一些承力件和紧固件 镍基高温合金（80.0%） 使用温度为中高温（6501000） 航空航天发动机涡轮部分工作叶片、导向叶片、涡轮盘 和燃气室等（最热段零件） 钴基高温合金（5.7%） 使用温度高（7301100），具有良 好的铸造性和焊接性；钴资源较好导 致价格贵 导向叶片材料 强化方式 固溶强化高温合金 优异的抗氧化性、良好的塑性和成型 性以及一定的高温强度 主要用于环境温度较高，但承受应力较低的零件，如燃 烧室和火焰筒等部件 时效强化高温合金 具有较高的高温强度和蠕变强度以及
17、良好的综合性能 主要用于承受高负荷、环境温度为高温或者中温的零 件，如涡轮叶片和涡轮盘等结构件 氧化物弥散强化高温合金 弥散分布氧化物颗粒具有高热稳定性，在 1000以上仍能保持较高的强度 晶界强化高温合金 合金中加入微量硼、镁、锆等元素改善晶界状态以提高合金抗蠕变能力 制造工艺 变形高温合金（70%） 可以进行冷、热变形加工，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、工作 温度在-2531320 用于航空、航天发动机燃烧室、机匣、涡轮盘与叶片等 结构件 铸造高温合金（20%） 以铸造方法直接制备零部件的高温合 金材料（变形高温合金的下游），工 作温度在 1300
18、1500 主要应用在航空发动机、涡轮叶片（包括成材率较低的 单晶叶片）、导向叶片、整铸涡轮、增压器、涡轮机匣、 尾喷管调节器等 粉末高温合金（10%） 晶粒细小、成分和组织均匀、基本消 除了偏析，显著改善了热加工性能， 能把难于变形的铸造高温合金通过粉 末法改善热塑性而成为变形高温合金 航空发动机的涡轮盘、压气机盘、导流盘、涡轮工作叶 片前后挡板、弹性环、鼓筒轴和承力环等部件 资料来源：金智创新，中信证券研究部 熔炼、铸锭、热加工熔炼、铸锭、热加工是高温合金的主要工艺流程。是高温合金的主要工艺流程。高温合金的工艺流程与铸造方法、 产品种类等有密切关系，铸造方法和种类不同其工艺也不尽相同，但总的
19、工艺分为三个部 分：熔炼、铸锭、热加工。不同的工艺将对合金的成分和组织结构产生很大的影响，从而 影响合金的综合性能。新工艺的发展往往会使合金性能达到一个新的高度。 高温合金行业专题报告高温合金行业专题报告2020.10.22 请务必阅读正文之后的免责条款部分 6 图 1：高温合金工艺流程图 资料来源：高温合金材料学制备工艺郭建亭著，中信证券研究部 国际高温合金国际高温合金发展历程发展历程：技术创新推动技术创新推动合金合金性能性能多元化发展多元化发展。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。高温合金的适用工作温度越 来越高是其国际发展的重要特征，从早期不到 8
20、00到如今工作温度达到 1700。 从变形 高温合金、铸造高温合金到新型高温合金 ODS 等，特别对于航空发动机而言，定向凝固 等技术的发展使其性能不断提高。 表 2：国际高温合金发展历程 历史时期历史时期 发展历程发展历程 1930s 1940s 起步时代 1939 年，英国 Mond 镍公司首先研制出一种低碳含钛的镍基合金 Nimonic75。40 年代初 Nimonic80 问世，成功用作涡轮发动机叶片。 1941 年后美国开始发展航空燃气涡轮， 1942 年将 HastelloyB 镍基金属先后用于通用电气两款喷 气发动机。1944 年开发出钴基合金用于涡轮发动机叶片材料。后在此基础上
21、研制出 Inconel、 Mar-M 等系列。 1950s 铸造时代 1950 年后由于缺乏钴，美国发放发展镍基合金并广泛应用于涡轮叶片。在此期间研发出 Waspalloy 等合金，后在此基础上研制出 Inconel、Mar-M、Udmit 等系列。 真空冶炼技术出现， 人们研制出一大批高性能铸造高温合金， 如 MarM200、 In100 和 B1900 等 1960s 至今多元发展阶段 陶瓷过滤、等温铸造、定向凝固、粉末冶金、机械合金化等新工艺成功应用，其中定向凝固技术 制造出的单晶高温合金叶片使得航空发动机性能大幅提升。 资料来源：中国产业信息网，中信证券研究部 中国高温合金中国高温合金
22、发展历程发展历程：从仿制苏联欧美再到中国自主创新。从仿制苏联欧美再到中国自主创新。我国的高温合金发展可 分为三个阶段： 第一阶段第一阶段是指从1956年至1970年， 这是我国高温合金的开始和起步阶段， 在苏联专家的指导下研制出第一种高温合金（GH3030） ，拉开了我国研制和生产的序幕。 这个阶段主要仿制前苏联高温合金，例如 GH4033、GH4037 系列的和 K403、K406 等， 与此同时还自主开发了一批新合金；第二阶段第二阶段是指 20 世纪 70 年代到 90 年代中期这段时 间，这是我国高温合金的提高阶段。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。这一
23、阶段将传统的工艺同西方的先进工艺相融合； 第三阶段第三阶段是从 20 世纪 90 年代中至今，这是我国高温合金快速发展的阶段。该阶段我国自主开发出一系列 新工艺，研制出一批具有高性能、高档次的新型高温合金。 高温合金行业专题报告高温合金行业专题报告2020.10.22 请务必阅读正文之后的免责条款部分 7 图 2：中国高温合金发展历程 资料来源：我国高温合金的发展与创新（师昌绪），中信证券研究部 国产国产技术方面技术方面高速发展但离国际水平仍存高速发展但离国际水平仍存在一定在一定差距差距。我国高温合金经历了仿制、仿 创结合和独创的发展过程，国外以制造商各自形成标准体系，而我国则以合金成型方式、
24、 基体元素和强化方式的顺序构建了完整体系，形成了国家统一标准。虽然我国经过 60 多 年的发展，高温合金领域已有完整体系，但与美国、英国等国仍然在多方面存在差距。 表 3：我国与国外高温合金领域的差距 领域领域 差距的具体内容差距的具体内容 杂质控制水平 合金杂质元素对高温合金持久、蠕变等性能会产生严重的影响，相比于 GE 公司的标准，目前国产的铸造高温合金在杂 质元素的控制数量及含量上都还有较大差距。以我国研制的第二代定向凝固单晶高温合金 DD6 为例，其生产采用国产 原材料的杂质元素控制数目仅为 19 个。虽然其部分有害元素的最低控制含量已达到了 AMS 2280 标准，但在其他杂质 元素
25、的数量和含量控制上较对标产品 Ren N5 相比还相去甚远。 变形高温合金 国内缺乏长期服役温度 800以上的新型合金，至少在三个方面与国外存在一定差距，第一对材料的奥氏体晶粒尺寸的 优化，从而实现持久蠕变性能与疲劳性能之间的平衡；第二对合金的 C 元素含量的限制；第三平衡材料服役性能与制备 工艺性能之间的关系。 粉末高温合金 目前欧美国家已经研制出第四代粉末高温合金，而我国目前正在研制高强损伤容限第三代粉末高温合金，并对第四代粉 末高温合金进行了初步探索研究，中间有两代的差距。 等轴晶镍基铸造 高温合金 在良好充型的前提下实现凝固过程和组织的协同控制，在铸件不同部位同时实现晶粒的细化和均匀化
26、，成为高温合金复 杂薄壁铸件精密铸造的技术瓶颈，是我国高性能航空发动机研制的 “卡脖子”技术。 资料来源：中国产业信息网，中信证券研究部 国内企业突破技术瓶颈，为国产化替代奠定坚实基础。国内企业突破技术瓶颈，为国产化替代奠定坚实基础。为了打破国外对我国高温合金 产业的技术封锁和垄断，我国多家公司着手于高性能高温合金的工程化研究，并在近几年 取得可观成果。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。 高温合金行业专题报告高温合金行业专题报告2020.10.22 请务必阅读正文之后的免
27、责条款部分 8 “两机专项”加速行业发展“两机专项”加速行业发展，航发与核电领域航发与核电领域料明显拉动需求料明显拉动需求 当前高温合金进口占比约当前高温合金进口占比约 50%， 国产替代进口为大势所趋国产替代进口为大势所趋。 根据中投顾问 2018-2022 中国高温合金产业投资分析及前景预测报告 ，目前国内军用航空发动机高温合金约有 40% 依赖进口，全行业进口依赖度将近 50%，而受瓦森纳协定制约，我国无法实现高温合 金材料的直接进口， 只能进口相关产品， 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。“十三五”期间，我国全面启动实施航空发动机和燃气轮机重大专项（“两机专
28、项”） ，突破“两机”关键技术，推动大型客机发动机、先进直升机发动机、重型燃气轮机等 产品研制。随着我国未来航空航天国产化趋势加速，高温合金未来存在巨大的替代空间。 表 4：高温合金产业相关扶持政策 时间时间 文件名称文件名称 内容内容 2012 年 1 月 新材料产业“十二五”发展规划 重大装备关键配套金属结构材料提到燃机用高温合金叶片、 高温合金轮 盘锻件航空航天用高温合金 2015 年 5 月 中国制造 2025 十大领域中航空航天、电力等领域涉及高温合金 2016 年 1 月 产业技术创新能力发展规划 （2016-2020 年） 加快高温合金等关键战略材料的研发 2016年12月 “十三五”国家战略性新兴产业发展规
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