1、2022 年深度行业分析研究报告 目目 录录 1 高温合金：尖端工业材料高温合金：尖端工业材料 . 1 1.1 变形高温合金 . 2 1.2 铸造高温合金 . 3 1.3 粉末高温合金 . 5 2 高温合金市场需求高温合金市场需求 . 6 2.1 高温合金是先进发动机的基石 . 7 2.1.1 四大热端部件需求各异 . 7 2.1.2 军机与民机需求增长 . 8 2.2 燃气轮机在能源领域具有战略性地位 . 10 2.3 高端民用领域同样需要高温合金 . 11 3. 高温合金市场供给高温合金市场供给 . 12 3.1 高温合金国产化历程 . 12 3.2 两机专项推动行业发展加速 . 13 3

2、.2.1 两机需求情况 . 14 3.2.2 两机专项受益企业 . 15 3.3 国内市场现有供给格局 . 15 4 主要上市企业主要上市企业 . 18 4.1 抚顺特钢：中国特殊钢的摇篮 . 18 4.1.1 老牌国企的“浴火重生” . 18 4.1.2 高温合金为公司未来重要业绩增长点 . 18 4.1.3 业绩稳步增长，降本提效成果显著 . 19 4.2 西部超导：超导材料排头兵，高温合金后发力 . 21 4.2.1 钛合金占领市场，高温合金成长迅速 . 21 4.2.2 规模效益显著，利润率水平不断提升 . 23 4.3 钢研高纳：品类齐全，打造世界一流平台 . 24 4.3.1 深耕

3、六十载，产品涵盖各细分领域 . 24 4.3.2 民品子公司带来增长新动力 . 25 4.4 图南股份：母合金与精铸件核心供应商 . 27 4.4.1 军民融合，把握市场机遇 . 27 4.4.2 扩展高附加值业务，盈利能力日益提升 . 28 TXmVqUeVkZvV9Y3WeXaQaO7NoMoOsQoMlOoOsReRpMoO7NmMvMMYtRqQNZtPnQ 插图目录 图 1：高温合金应用领域占比情况 . 1 图 2：高温合金应用领域图示 . 1 图 3：国内变形高温合金主要参与者 . 2 图 4：不同铸造合金的承温能力 . 3 图 5：各型号粉末高温合金的室温拉伸性能 . 5 图 6

4、：各型号粉末高温合金的持久性能 . 5 图 7：2014-2020 年中国高温合金产量和需求量情况 . 6 图 8：先进航空发动机中关键的热端承力部件（图中红色部分）全部为高温合金 . 7 图 9：2014-2020 年航发动力航空发动机业务收入与成本（亿元） . 8 图 10：2010-2021 年中国国防支出预算与增长率 . 8 图 11：全球军机数量前十国家 . 9 图 12：西门子公司燃气轮机 . 10 图 13：我国 2012-2020 年燃气轮机产量与需求量对比 . 10 图 14：高温合金国产化历程 . 13 图 15：两机专项受益行业及企业 . 15 图 16：高温合金核心生产

5、商 2020 年产能 . 16 图 17：抚顺特钢发展历程 . 18 图 18：2020 年各产品营收占比 . 19 图 19：2020 年各产品毛利收占比 . 19 图 20：抚顺特钢 2017-2021Q3 营收及增速 . 20 图 21：抚顺特钢 2017-2021Q3 归母净利润及增速 . 20 图 22：抚顺特钢 2017-2021Q3 毛利率与净利率 . 20 图 23：抚顺特钢 2017-2021Q3 期间费用率 . 20 图 24：西部超导发展历程 . 21 图 25：2018-2020 高温合金营收情况 . 22 图 26：西部超导 2017-2021Q3 营收及增速 . 2

6、3 图 27：西部超导 2017-2021Q3 归母净利润及增速 . 23 图 28：西部超导 2017-2021Q3 毛利率与净利率 . 23 图 29：西部超导 2017-2021Q3 期间费用率 . 23 图 30：钢研高纳发展历程 . 24 图 31：钢研高纳 2020 年各产品营收占比 . 25 图 32：钢研高纳 2020 年各产品毛利率情况 . 25 图 33：钢研高纳 2017-2021Q3 营收及增速 . 26 图 34：钢研高纳 2017-2021Q3 归母净利润及增速 . 26 图 35：钢研高纳 2017-2021Q3 毛利率与净利率 . 26 图 36：钢研高纳 20

7、17-2021Q3 期间费用率 . 26 图 37：图南股份发展历程 . 27 图 38：图南股份 2021 上半年各产品营收占比 . 28 图 39：图南股份铸造高温合金各部分收入占比 . 28 图 40：图南股份 2017-2021Q3 营收及增速 . 29 图 41：图南股份 2017-2021Q3 归母净利润及增速 . 29 图 42：图南股份 2017-2021Q3 毛利率与净利率 . 29 图 43：图南股份 2017-2021Q3 期间费用率 . 29 表格目录 表 1：高温合金分类及占比 . 1 表 2：变形高温合金代表型号及应用 . 2 表 3：铸造高温合金代表型号及应用 .

8、 4 表 4：十四五期间各领域高温合金需求量测算 . 6 表 5：未来我国航空发动机高温合金市场需求测算 . 9 表 6：高温合金相关政策梳理 . 13 表 7：2016-2025 全球航空发动机、燃气轮机需求情况 . 14 表 8：高温合金核心生产商及主要产品 . 16 表 9：高温合金核心生产商扩产计划 . 17 表 10：抚顺特钢主要产品 . 19 表 11：西部超导主要产品 . 22 表 12：钢研高纳主要产品 . 25 表 13：图南股份主要产品 . 27 表 14：抚顺特钢、西部超导、钢研高纳、图南股份与中证军工指数表现 . 30 表 15：高温合金覆盖股票池盈利预测与估值 . 3

9、0 1 1 高温合金：尖端工业材料高温合金：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。 图 1：高温合金应用领域占比情况 图 2：高温合金应用领域图示 资料来源：前瞻产业研究院，首创证券 资料来源：钢研高纳招股说明书，首创证券 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，

10、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所占的比例高达 80%；按照制造工艺划分可以分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末高温合金。 表 1：高温合金分类及占比 分类方法分类方法 类别类别 比重比重 图示图示 按制造（成型）工按制造（成型）工艺艺 变形高温合金 70.0% 铸造高温合金 20.0% 粉末高温合金 10.0% 按合金的主要元素按合金的主要元素 铁基高温合金 14.3% 镍基高温合金 80.0% 钴基高温合金 5.7% 资料来源：高温合金的分类，首创证券 2 1.1

11、变形高温合金变形高温合金 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，对标的是美国的拥有“变形高温合金之王”的美称，对标的是美国的 BO7718，在，在 650以下的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。屈服强度位居变形高温合金首位，是

12、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变形高温合金主要牌号镍含量在 50%-60%之间，之间，GH4169 镍含镍含量约为量约为 53%，GH4065 镍含量约为镍含量约为 55.5%，GH4738 镍含量约为镍含量约为 58.7%。 表 2：变形高温合金代表型号及应用 种类种类 代表型号代表型号 使用温度使用温度 性能性能 应用领域应用领域 固溶强化型合固溶强化型合金金 GH128 900-1300 室温拉伸强度为 850MPa、屈服强度为350MPa；1000拉伸强度为 140MPa、延伸率为 85%,1000、30MPa 应力的持久寿命为 200 小时、

13、延伸率 40%。 一般用于制作航空、航天发动机燃烧室、机匣等部件 时效强化型合时效强化型合金金 GH4169、GH220 -253-950 制作涡轮盘的合金工作温度为-253700，制作叶片的合金温度可达950，要求具有良好的高低温强度和抗疲劳性能。 一般用于制作航空、航天发动机的涡轮盘与叶片等结构件 资料来源：高温合金概述，首创证券 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。 图 3：国内变形高温合金主要参与者 资料来源：公开资料整理，首创证券 3 1.2 铸造高温合金铸造高温合金 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

14、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。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铸造高温合金主要牌号镍含量多在 60%以上，甚至超

15、过以上，甚至超过 70%。DD402 镍含量约为镍含量约为60%，K401 镍含量约为镍含量约为 68.9%，K403 镍含量约为镍含量约为 66.1%，K418 镍含量约为镍含量约为 73.9%。 图 4：不同铸造合金的承温能力 资料来源：航空发动机高温材料的研究现状及展望，首创证券 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，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

16、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。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。的横向晶界。其不仅具有良好的中、高温蠕变

17、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、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。 4 DZ22、DZ125、DZ17G 等是仿制合金，其中其中 DZ125 是当前性能水平最高的定向凝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

18、甚至超过美国至超过美国 PWA1422 合金。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。，主要用于制造航空发动机、燃气轮机热端涡轮叶片。自 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国内单晶合金已经自主研制至第三代

19、单晶合金 DD33、DD9 以及第四代单晶合金以及第四代单晶合金DD91、 DD15 等。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晶高温合金 EPM-102。 表 3：铸造高温合金代表型号及应用 类型类型 合金牌号合金牌号 研制单位研制单位 特点及应用特点及应用 等轴晶合金等轴晶合金 K401、K403、K405、K406、K419、K

20、825、K477、K4022 北京航空材料研究院 可在-2351050使用，常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、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、K418B、K423、K424、K480、K213、K4169 钢铁研究总院 K417、K417G、K438、K441、K491、K417L 中国科学院金属研究所 K409、K640 上海钢铁研究所 定向凝固合金定向凝固合金 DZ4、DZ5、DZ22、DZ22B、DZ125 北京航空材料研究院 通过定向凝固技术制备出晶界平行于主应力轴从而消除有害横向晶界的柱状晶高温合金，多用于生产镍基合金柱晶涡

21、轮叶片。 DZ17G、DZ40M、DZ38C、DZ125L 中国科学院金属研究所 单晶合金单晶合金 DD3、DD4、DD6 北京航空材料研究院 采用定向凝固和选晶(籽晶)技术制造的具有单一柱状晶组织的铸造高温合金。生产难度大，但可有效提升发动机叶片的服役性能。目前先进发动机涡轮叶片均采用单晶高温合金。 DD402 钢铁研究总院 DD8 中国科学院金属研究所 资料来源：航空发动机高温材料的研究现状及展望、不锈钢及特种合金联盟，首创证券 5 1.3 粉末高温合金粉末高温合金 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

22、和良好的抗疲劳性能的合金。粉末冶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。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、航材院等几家单位，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、

23、航材院等几家单位，目前主要型号有目前主要型号有 FGH95、FGH96、FGH97、FGH98 等等。 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

24、、环类件等热端部件的关键材料。 粉末高温合金主要牌号镍含量多在粉末高温合金主要牌号镍含量多在50%-60%之间，之间， FGH95镍含量为镍含量为62%， FGH96、FGH97 镍含量为镍含量为 55.7%，FGH98 镍含量为镍含量为 52.4%。 图 5：各型号粉末高温合金的室温拉伸性能 图 6：各型号粉末高温合金的持久性能 资料来源：粉末高温合金研究进展，首创证券 资料来源：粉末高温合金研究进展，首创证券 6 2 高温合金市场需求高温合金市场需求 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

25、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，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趋势，产量与需求量的年复合增速在 17%左右。左右。2020 年国内高温合金产量年国内高温合金产量 3.3 万吨、万吨、需求量约为需求量约为 5.3 万吨，供需缺口达万吨，供需缺口达 2 万吨。万吨。 图 7：2014-2020 年中国高温合金产量和需求量情况 资料来源：中国特钢企业协会，首创证券 军、民用航空发动机为主要需求来源，其他各领域需求也均

26、旺盛。根据根据图南股份招图南股份招股股书书对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我国高温合金年平均需求量达 8.35 万吨。万吨。 表 4：十四五期间各领域高温合金需求量测算 领域领域 新增量新增量 单位用量单位用量 年需求量（吨）年需求量（吨） 军用航空发动机军用航空发动机 未来 15 年增加 1751 架军用飞机 26264 燃气轮机燃气轮机 未来 5 年舰船燃气轮机需求量 616 台 单台燃气轮机需要 33吨 4,107 民用航空发动机民用航空发动机 未

27、来 15 年增加 4913 架民用飞机 36848 核电建设核电建设 平均每年建成 6000 兆瓦核电机组 一座 100 万千瓦的核电机组消耗 500 吨 3,000 汽车制造领域汽车制造领域 2020 年新增 3126 万辆 每万辆汽车需要 4.2 吨 13,129 航天发动机航天发动机 每年发射 20 次 每枚火箭需要 9.6 万吨 192 总计总计 83,540 83,540 资料来源：图南股份招股说明书，中国商飞公司市场预测年报 2020-2039，首创证券 7 2.1 高温合金是先进发动机的基石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四大热端部件需求各异 航空发动

28、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%40%60%，主要用于四大热端，主要用于四大热端部件：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。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。燃烧室所采用的高

29、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 （四代战斗机新的燃烧室结构 （四代战斗机 F119 和和 F135 采用浮动壁结构、采用浮动壁结构、 F136 发动机采用发动机采用 Lamilloy结构）和涂敷热障涂层的高温合金（五代战斗机），国内的主要有结构）和涂敷热障涂层的

30、高温合金（五代战斗机），国内的主要有 GH4169 和和 GH141。 图 8：先进航空发动机中关键的热端承力部件（图中红色部分）全部为高温合金 资料来源：图南合金招股说明书，首创证券 导向器的主要材料为铸造高温合金。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、

31、PWA1472、 Rene220、 R55等型号高温合金。我国中科院金属研究所研制的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已成功用于制作太行发动机低压一、二级涡轮导向器叶片。压一、二级涡轮导向器叶片。 粉末高温合金是现代高性能发动机涡轮盘的必选材料。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

32、用于涡轮盘制造的材料主要是粉末冶金高温合金，例如主要是粉末冶金高温合金，例如 IN100 粉末高温合金（粉末高温合金（F100 发动机）和中国常用的发动机）和中国常用的FGH95、GFH96、FGH97、FGH98、FGH91 合金。合金。 涡轮叶片首选单晶高温合金。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

33、等，我我国自主研发的第三代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。主要应用于太行改进型发动机的叶片制造。 8 2.1.2 军机与民机需求增长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

34、，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。 图 9：2014-2020 年航发动力航空发动机业务收入与成本（亿元） 资料来源：Wind，首创证券 军费持续增长推动订单放量、技术更新。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，我国军费主要用于：稳步推

35、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。 图 10：2010-2021 年中国国防支出预算与增长率 资料来源：财政部，首创证券 9 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。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

36、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。 图 11：全球军机数量前十国家 资料来源：WorldAirForces2022，首创证券 未来未来 10-20 年民航需求也将大力拉动高温合金需求。年民航需求也将大力拉动高温合金

37、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，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亿美元

38、，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。亿美元。 表 5：未来我国航空发动机高温合金市场需求测算 交付总数交付总数（架）（架） 总价值总价值（亿美（亿美元）元） 发动机价值发动机价值占比占比 发动机总价发动机总价值值( (亿美亿美元）元） 年限年限 发动机年均发动机年均价值（亿美价值（亿美元）元） 高温合金价高温合金价值占比值占比 高温合金年高温合金年均需求（亿均需求（亿美元）美元） 军用航空发动机军用航空发动机 335 10 33.5 18% 6.03 民用航空发动机民用航空发动机 9008 13000 27% 3510 20 175.5 36.69

39、通用航空飞行架通用航空飞行架 60000 2100 567 28.35 资料来源：西部超导招股说明书，首创证券 10 2.2 燃气轮机燃气轮机在能源领域具有战略性地位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

40、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。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。 图 12：西门子公司燃气轮机 资料来源：西门子公司官网，首创证券 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

41、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。 图 13：我国 2012-2020 年燃气轮机产量与需求量对比 资料来源：中国机械工业联合会，首创证券 11 2.3 高端高端民用领域同样需要高温合金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

42、展都需要高温结构材料作为支撑。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主要的车用

43、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 和和 K4002 等铸造高温合金。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，主要使用牌号有铁基和镍基合金材料，主要使用牌号有 IN718、GH2747 等。等。 12 3. 高温合金市场供给高温合金市场供给 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

44、。 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，

45、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。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，近年来虽有一些厂商进入，但是还需要

46、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： 第一阶段从第一阶段从 1956 年至年至 1970 年，是我国高温合金的创业和起始阶段。年，是我国高温合金的

47、创业和起始阶段。当时的国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 WP-8等所需的高温合金材料。 本阶段的主要成果是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。 第二阶段从第二阶段从 20 世纪世纪 70 年代到年代到 90 年代中期，是我国高温合金的提高阶段。

48、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， 特别是在引进了一系列欧美体系的合金， 特别是在 WS-9、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。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。 第三阶段从第三阶段从 20 世纪世纪 90 年代中至今，是我国高温合金的新发展阶段。年代中至今，是我

49、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、DD406 等。与此同时，我国主要生产品种 GH4169 盘件 13 的生产有了进一步发展。 图 14：高温合金国产化历程 资料来源：我国高温合金的发展与创新，首创证券 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

50、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，我国自主研发了多种新型高温世纪初以来，为了满足国产先进航空发动机的性能要求，我国自主研发了多种新型高温合金，包括第三代单晶高温合金合金，包括第三代单晶高温合金 DD9、新一代、新一代 600高温钛合金高温钛合金 TA29、优质、优质 GH4738合金等。合金等。 3.2 两