1、 敬请参阅末页重要声明及评级说明 证券研究报告 高温合金，金属新材料优质赛道 Table_IndNameRptType 国防军工国防军工 行业研究/深度报告 行业评级：增持行业评级：增持 报告日期： 2022-04-16 行业指数与沪深行业指数与沪深 300300 走势比较走势比较 Table_Author 分析师：郑小霞分析师：郑小霞 执业证书号：S00 电话： 邮箱： 联系人：邓承佯联系人：邓承佯 执业证书号：S00 电话： 邮箱： 相关报告相关报告 1.Q3 经营情况大幅改善，定增项目支撑未来 202

2、1-10-21 2.三驾马车齐头并进， 定增扩产直击产能瓶颈 2021-7-29 3.高端金属材料成型工艺领军者 2021-5-28 主要观点：主要观点： 高高温合金是内燃机的完美伴侣温合金是内燃机的完美伴侣 温度和压力对内燃机效率至关重要， 为提高燃机输出效率， 航空航天发动机、燃气轮机的热端部件需承受 600-1200的高温以及复杂应力的交互作用，材料要求非常苛刻。相比于常用的铝合金、钛合金及镁合金，高温合金更适应更高的温度（600）和腐蚀严重的复杂环境，其中镍基合金占据当前高温合金市场近 80%的份额。 三类高温合金三类高温合金性能各异，性能各异，无需担心相互替代无需担心相互替代 变形高

3、温合金是经过锻造、 轧制、 墩粗和冷拔等塑性变形工艺和热处理支撑的一类高温材料， 目前已是用量最大、 品种最多的一类高温材料，内燃机涡轮盘为主要应用领域。 铸造高温合金由合金锭重熔后直接浇注或定向凝固成零件的高温合金， 因其可通过精密铸造或者定向凝固工艺科直接成型， 因而无需考虑锻造变形性能， 同成分的铸造高温合金要比变形高温合金使用温度提高 10-30，内燃机叶片为主要应用领域。 粉末高温合金是利用粉末冶金工艺制备的高温合金， 相较于此前的铸-锻高温合金，粉末冶金工艺可以一定程度上解决变形高温合金成形困难及铸造高温合金存在的力学性能波动等问题， 目前航空发动机涡轮盘为主要应用领域。 经过几十

4、年的发展， 高温合金已经衍生出了上千种牌号， 各类牌号特点不一，基于内燃机构造复杂，不同部位零部件处于不同的工况，选材的出发点是整体结构各性能参数的适配性， 因而三类高温合金不存在相互替代的关系。 新新工艺、工艺、防护防护涂层涂层、新品类合金类型、新品类合金类型及返回料及返回料或或为未来发展趋势为未来发展趋势 大部分高温合金熔点在 1200左右，随着大型内燃机诸如航空发动机向高涵道比、高推重比、高涡轮进口温度方向发展，内燃机热端部件的工作温度屡创新高， 因而研发新工艺、 新合金的研制及高温防护涂层的开发对延续高温合金市场的成长十分关键。 返回料方面， 根据相关专利显示， 传统的双联工艺制备的变

5、形合金出成率不高于 60，而铸造类单晶合金最终零件的重量只有原材料的30左右，同时高温合金的利用率极低，其中精铸件的利用率约占20%30%，形状复杂的零件只占 10%左右，导致资源的巨大浪费。因此高温合金废料的回收重新利用， 既可以降低成本， 又可以降低对重要战略物资元素（如镍、钴、铬等）的依赖。 军工催生万吨需求，汽车、军工催生万吨需求，汽车、核电及核电及化工有望创化工有望创增量空间增量空间 当前最先进的战机中高温合金的用量已经超过 50%，主要用于燃烧-30%-14%2%18%33%49%4/217/2110/211/224/22国防军工沪深300Table_CompanyRptType

6、行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 2 / 94 证券研究报告 室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘四大热端部件，其未来用量占比依然呈现不断增长的趋势，价值占比有望进一步提升。根据团队测算，未来五年军用高温合金市场空间将达 1.3 万吨，存量国产商用客机发动机对高温合金的需求量突破万吨。 此外， 汽车为推升燃油效率降低排放装配涡轮增压器、 工业燃气轮机国产替代加速、 碳中和下核电站建设稳步推进及石化炼化装备升级转型，预计民用领域将成为未来高温合金应用的主战场。 中游企业技术路线不一，直接竞争小，返回料领域值得期待中游企业技术路线不一，直接竞争小，返回料领域值得期待 高温合金的市场目前主要

7、定位于航空航天等军工领域， 而武器装备科研生产及材料配套流程时间周期较长， 定型后基本不会更换材料及设计方案， 严格的准入资质有助于加高行业壁垒。 国内现从事高温合金材料及高温合金精密铸件生产的企业数量有限， 基于航空领域零部件数量繁多， 各家企业技术路线及主打产品牌号迥异， 该领域直接竞争小，格局相对稳定。 返回料领域，从专利角度分析，当前玩家数量不多，据不完全统计，上市公司中抚顺特钢及钢研高纳已申请过相关专利， 未上市公司中航上大也有所布局，未来该领域成长性令人期待。 投资建议投资建议 基于军工行业景气度高、 高温合金技术难度大及行业准入门槛高， 我们重点推荐已覆盖的西部超导， 我们认为伴

8、随着项目建设完毕释放产能，预计公司可实现持续稳健发展。建议关注抚顺特钢、钢研高纳、图南股份、应流股份、万泽股份等。 风险提示风险提示 新型军机放量不及预期；发动机、燃气轮机等领域国产化替代进程缓慢；高温合金原材料价格上涨；高温合金技术突破不及预期；相关公司产能拓展进展不及预期。 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 3 / 94 证券研究报告 正文目录正文目录 1 1 高温合金：极端环境条件中的最佳金属新材料高温合金：极端环境条件中的最佳金属新材料 . 8 8 1.1 变形高温合金：最先用于航空发动机的高温合金类型 . 10 1.2 铸造高

9、温合金：被广泛应用于燃气轮机涡轮叶片部位 . 14 1.3 粉末高温合金：有效解决铸造高温合金力学性能波动 . 20 1.4 工艺、防护层及新组成是夯实高温合金应用三大助力 . 23 1.5 提升返回比例及降低成本是开拓高温合金市场的关键 . 28 2 2 需求端：源于内燃机，高耐温性扩展下游市场需求端：源于内燃机，高耐温性扩展下游市场 . 3333 2.1 内燃机不可或缺的伴侣 . 34 2.1.1 航空发动机：下游旺盛需求催生万吨空间 . 36 2.1.2 汽车涡轮盘：五年内复合增速将达到 16% . 42 2.1.3 工业燃气轮机：国产化替换已成为主旋律 . 44 2.2 碳中和催生核电

10、近万吨需求 . 47 2.3 化工新能源有望开辟新战场 . 49 3 3 供给端：中游寥若晨星，返回件领域格局未定供给端：中游寥若晨星，返回件领域格局未定 . 5353 3.1 国内高温合金新料各企业正独领风骚 . 55 3.2 国内高温合金返回料企业将逐鹿中原 . 59 4 4 高温合金重点关注公司高温合金重点关注公司 . 6464 4.1 抚顺特钢：老牌钢企涅槃重生 . 64 4.2 钢研高纳：铸造高温合金龙头 . 67 4.3 西部超导：高温合金新锐企业 . 70 4.4 图南股份：民营最红“中国芯” . 73 4.5 应流股份：两机业务奠定未来 . 77 4.6 万泽股份：院厂结合快速

11、突破 . 80 4.7 中航上大：守正创新强军富民 . 84 4.8 江苏奇纳：致力于特种母合金 . 90 风险提示：风险提示： . 9393 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 4 / 94 证券研究报告 图表目录图表目录 图表图表 1 1 金属零部件全寿命过程图金属零部件全寿命过程图 . 8 图表图表 2 2 钢材按化学成分分类钢材按化学成分分类 . 8 图表图表 3 3 碳钢、钛合金、铝合金、镁合金及高温合金性能对比碳钢、钛合金、铝合金、镁合金及高温合金性能对比 . 9 图表图表 4 4 高温合金分类及各类合金的特点高温合金分类及各

12、类合金的特点 . 9 图表图表 5 5 变形高温合金按应用品种分类及其主要特点变形高温合金按应用品种分类及其主要特点 . 10 图表图表 6 6 我国变形高温合金涡轮盘代次划分我国变形高温合金涡轮盘代次划分 . 10 表表 7 7 变形高温合金成分设计原则变形高温合金成分设计原则 . 11 图表图表 8 8 高温合金中的合金元素及高温合金中的合金元素及其作用其作用 . 11 图表图表 9 9 高温合金微量元素及作用高温合金微量元素及作用 . 11 图表图表 1010 高温合金主要熔炼设备性能对比高温合金主要熔炼设备性能对比 . 12 图表图表 1111 高温合金高温合金 ININ718718

13、三联工艺重熔锭中的夹杂物胶真空感应熔炼锭少三联工艺重熔锭中的夹杂物胶真空感应熔炼锭少 . 12 图表图表 1212 相比铸造及机加工，锻造加工出的高温合金韧性高、纤维组织合理相比铸造及机加工，锻造加工出的高温合金韧性高、纤维组织合理 . 13 图表图表 1313 变形高温热处理工艺变形高温热处理工艺 . 13 图表图表 1414 三种不同工艺下相同成三种不同工艺下相同成分合金（分合金（M M- -M200M200）的蠕变及持久性能）的蠕变及持久性能 . 14 图表图表 1515 航空发动机涡轮叶片高温合金材料及成形技术发展航空发动机涡轮叶片高温合金材料及成形技术发展 . 14 图表图表 161

14、6 我国等轴晶铸造高温合金及其发动机上的应用情况我国等轴晶铸造高温合金及其发动机上的应用情况 . 15 图表图表 1717 等轴晶铸造高温合金晶粒度与性能等轴晶铸造高温合金晶粒度与性能 . 16 图表图表 1818 铸造高温合金细晶工艺铸造高温合金细晶工艺 . 16 图表图表 1919 定向凝固柱状晶高温合定向凝固柱状晶高温合金的发展金的发展 . 17 图表图表 2020 四代定向凝固柱状晶合金蠕变性能对比四代定向凝固柱状晶合金蠕变性能对比 . 17 图表图表 2121 壳型凝固法装置壳型凝固法装置 . 18 图表图表 2222 液态金属冷却法液态金属冷却法 . 18 图表图表 2323 单晶

15、高温合金的发展单晶高温合金的发展 . 19 图表图表 2424 五代单晶合金承温能力对比五代单晶合金承温能力对比 . 19 图表图表 2525 粉末高温合金的发展粉末高温合金的发展 . 20 图表图表 2626 每代粉末合金承温能力每代粉末合金承温能力对比对比 . 21 图表图表 2727 美国和俄罗斯粉末涡轮盘制备工艺流程对比美国和俄罗斯粉末涡轮盘制备工艺流程对比 . 21 图表图表 2828 我国粉末冶金高温合金的工艺路线我国粉末冶金高温合金的工艺路线 . 22 图表图表 29AA29AA 和和 P PREPREP 制粉工艺示意图制粉工艺示意图 . 22 图表图表 3030 不同制粉工艺对

16、不同制粉工艺对 ININ 100100 高温合金持久性能的影响（高温合金持久性能的影响（752752，686MP686MPA A情况下）情况下） . 22 图表图表 3131 不同固实化工艺对不同固实化工艺对 A ASTROLOGYSTROLOGY持久性能的影响持久性能的影响 . 23 图表图表 3232 高温合金产业链高温合金产业链 . 23 图表图表 3333 高温合金新工艺高温合金新工艺 . 24 图表图表 3434 高温合金现有工艺改进的切高温合金现有工艺改进的切入点入点 . 24 图表图表 3535 高温合金用防护涂层类别及应用高温合金用防护涂层类别及应用 . 25 图表图表 363

17、6 典型热障涂层体系（左：结构示意图，右：实物图）典型热障涂层体系（左：结构示意图，右：实物图） . 25 图表图表 3737 涂覆防护层后的高温合金热腐蚀动力学曲线涂覆防护层后的高温合金热腐蚀动力学曲线 . 26 图表图表 3838 高温结构材料的发展示意图高温结构材料的发展示意图 . 26 图表图表 3939 新型高温合金简介新型高温合金简介 . 27 图表图表 4040 放电等离子烧结法制备高熵合金放电等离子烧结法制备高熵合金 . 27 图表图表 4141 返回料比例及返回料比例及次数对合金成分、组织和力学性能的影响次数对合金成分、组织和力学性能的影响 . 28 Table_Compan

18、yRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 5 / 94 证券研究报告 图表图表 4242 专利专利 CN113337742CN113337742 对对 GH141GH141 合金返回料的熔炼过程示意图合金返回料的熔炼过程示意图 . 29 图表图表 4343 专利专利 CN113249584ACN113249584A 对对 K465K465 合金返回料的熔炼流程示意图合金返回料的熔炼流程示意图 . 30 图表图表 4444 专利专利 CN112760508ACN112760508A 对对 FGH4096FGH4096 合金返回料的熔炼设备示意图合金返回料的熔炼设备示意图

19、 . 31 图表图表 4545 专利专利 CN111761007ACN111761007A 对高返回料添加对高返回料添加 GH4169GH4169 合金盘锻件制造示意图合金盘锻件制造示意图 . 31 图表图表 4646 GH4169GH4169 合金盘锻件标准热处理后室温拉伸性能（返回比合金盘锻件标准热处理后室温拉伸性能（返回比50%50%） . 32 图表图表 4747 GH4169GH4169 合金盘锻件标准热处理后合金盘锻件标准热处理后 650650拉伸性能（返回比拉伸性能（返回比50%50%） . 32 图表图表 4848GH4169H4169 合金盘锻件标合金盘锻件标 650/690

20、MP650/690MPA A组合持久性能（返回比组合持久性能（返回比50%50%） . 32 图表图表 4949 各行业对高温合金的需求各行业对高温合金的需求 . 33 图表图表 5050 高温合金可应用行业高温合金可应用行业 . 34 图表图表 5151 高温合金下游行业的应用占比高温合金下游行业的应用占比 . 34 图表图表 5252 同一温度下，压力越大发动力效率越高同一温度下，压力越大发动力效率越高 . 34 图表图表 5353 效率相同情况下，发动机温度越高，推力越大效率相同情况下，发动机温度越高，推力越大 . 34 图表图表 5454 涡轮机对材料的需求涡轮机对材料的需求 . 35

21、 图表图表 5555 液体燃料火箭发动机结构示意图液体燃料火箭发动机结构示意图 . 35 图表图表 5656 飞机飞机/ /发动机发动机性能匹配评估流程性能匹配评估流程 . 36 图表图表 5757 涡轮发动机结构模型涡轮发动机结构模型 . 37 图表图表 5858 涡轮前温度对推力和耗油率的影响涡轮前温度对推力和耗油率的影响 . 37 图表图表 5959 涵道比对推力和耗油率的影响涵道比对推力和耗油率的影响 . 38 图表图表 6060 风扇压比对推力和涵道比的影响风扇压比对推力和涵道比的影响 . 38 图表图表 6161 航空发动机材料结构的发展情况（航空发动机材料结构的发展情况（1950

22、1950 年年- -20102010 年）年） . 39 图表图表 6262 高温合金在我国军用飞机发动机的应用高温合金在我国军用飞机发动机的应用 . 40 图表图表 6363 军用飞机发动机高温合金需求军用飞机发动机高温合金需求 . 41 图表图表 6464 高温合金在民用航空发动机涡轮盘的应用高温合金在民用航空发动机涡轮盘的应用 . 41 图表图表 6565 民用航空对高温合金的需求民用航空对高温合金的需求 . 42 图表图表 6666 高温合金在汽高温合金在汽车涡轮盘中应用发展车涡轮盘中应用发展 . 42 图表图表 6767 国内外增压涡轮用高温合金的主要力学性能国内外增压涡轮用高温合金

23、的主要力学性能 . 43 图表图表 6868 汽车涡轮盘增压器高温合金需求汽车涡轮盘增压器高温合金需求 . 43 图表图表 6969 海外燃气轮机中高温合金的应用海外燃气轮机中高温合金的应用 . 44 图表图表 7070 我国燃气轮机高温合金的应用我国燃气轮机高温合金的应用 . 45 图表图表 7171 工业燃气轮机涡轮叶片合金的发展工业燃气轮机涡轮叶片合金的发展 . 45 图表图表 7272 20152015- -20202020 年全球燃气轮机行业市场规模统计及增长情况年全球燃气轮机行业市场规模统计及增长情况 . 46 图表图表 7373 我国燃气轮机高温合金的应用我国燃气轮机高温合金的应

24、用 . 46 图表图表 7474 核电设备中高核电设备中高温合金的应用温合金的应用 . 47 图表图表 7575 核电用镍基合金名义成分及标准态相组成核电用镍基合金名义成分及标准态相组成 . 47 图表图表 7676 核电用镍基合金核电用镍基合金 10001000 小时持久强度小时持久强度 . 47 图表图表 7777 第一代核电用第一代核电用 I INCONEL NCONEL 625625 浸蚀过程溶解示意图浸蚀过程溶解示意图 . 48 图表图表 7878 20212021 年我国在建核电情况年我国在建核电情况 . 49 图表图表 7979 石化石化设备中高设备中高温合金的应用温合金的应用

25、. 50 图表图表 80I80INCOLOY NCOLOY 825825（A A）和）和 I INCOLOY NCOLOY 276276 合金在二氧化碳合金在二氧化碳/ /硫化氢环境中的耐腐蚀性硫化氢环境中的耐腐蚀性 . 50 图表图表 8181 根据油气井环境选用冷加工强化的镍基高温合金根据油气井环境选用冷加工强化的镍基高温合金 . 51 图表图表 8282 根据油气井环境选用热处理强化的镍基高温合金根据油气井环境选用热处理强化的镍基高温合金 . 51 图表图表 8383 近六年我国油气开采行业营收及单位数量近六年我国油气开采行业营收及单位数量 . 52 图表图表 8484 近六年我国原油进

26、口、原油加工情况近六年我国原油进口、原油加工情况 . 52 图表图表 8585 海外海外主要的高温合金企业主要的高温合金企业 . 53 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 6 / 94 证券研究报告 图表图表 8686 海外高温合金发展历程海外高温合金发展历程 . 54 图表图表 8787 国内高温合金发展历程国内高温合金发展历程 . 54 图表图表 8888 国内主要高温合金厂商国内主要高温合金厂商对比对比 . 56 图表图表 8989 武器装备科研生产及材料配套流程武器装备科研生产及材料配套流程 . 57 图表图表 9090 我国主要

27、变形高温合金上市企业技术路线对比我国主要变形高温合金上市企业技术路线对比 . 58 图表图表 9191 我国主要铸造高温合金上市企业技术路线对比我国主要铸造高温合金上市企业技术路线对比 . 59 图表图表 9292 我国主要军用粉末高温合金生产企业技术路线对比我国主要军用粉末高温合金生产企业技术路线对比 . 59 图表图表 9393 专利角度看专利角度看高温合金返回料企业专注领域（截止高温合金返回料企业专注领域（截止 20212021 年年底）年年底） . 60 图表图表 9494 高温合金返回料技术专利按专注技术种类分类（单位：件）高温合金返回料技术专利按专注技术种类分类（单位：件） . 6

28、1 图表图表 9595 高温合金返回料技术专利按时间分类（单位：件）高温合金返回料技术专利按时间分类（单位：件） . 61 图表图表 9696 高温合金返回料技术专利按合金种类分类（单位：件）高温合金返回料技术专利按合金种类分类（单位：件） . 62 图表图表 9797 高温合金返回料技术专利按公司分类（单位：件）高温合金返回料技术专利按公司分类（单位：件） . 62 图表图表 9898 抚顺特钢营收情况抚顺特钢营收情况 . 64 图表图表 9999 20212021 年抚顺特钢产品结构年抚顺特钢产品结构 . 64 图表图表 100100 抚顺特钢高抚顺特钢高温合金专利申请数量（件）温合金专利

29、申请数量（件） . 64 图表图表 101101 抚顺特钢研发费用及占比抚顺特钢研发费用及占比 . 64 图表图表 102102 抚顺特钢高温合金系列产品抚顺特钢高温合金系列产品 . 65 图表图表 103103 抚顺特钢电抚顺特钢电渣炉生产线渣炉生产线 . 65 图表图表 104104 抚顺特钢高温合金工艺路线抚顺特钢高温合金工艺路线 . 66 图表图表 105105 钢研高纳钢研高纳营收情况营收情况 . 67 图表图表 106106 20202020 年钢研高纳产品结构年钢研高纳产品结构 . 67 图表图表 107107 钢研高纳高温合金专利申请数量（件）钢研高纳高温合金专利申请数量（件）

30、 . 67 图表图表 108108 钢研高纳研发费用及占比钢研高纳研发费用及占比 . 67 图表图表 109109 钢研高纳钢研高纳高温合金系列产品高温合金系列产品 . 68 图表图表 110110 钢研高纳相关技术钢研高纳相关技术 . 69 图表图表 111111 钢研高纳高温合金组织控制实验室钢研高纳高温合金组织控制实验室 . 69 图表图表 112112 西部超西部超导营收情况导营收情况 . 70 图表图表 020 年西部超导产品结构年西部超导产品结构 . 70 图表图表 114114 西部超导高西部超导高温合金专利申请数量（件）温合金专利申请数量（件） . 70

31、图表图表 115115 西部超导研发费用及占比西部超导研发费用及占比 . 70 图表图表 116116 西部超导自主设计及改造的真空自耗电弧炉西部超导自主设计及改造的真空自耗电弧炉 . 71 图表图表 117117 西部超导熔炼及锻造车间方案总设计西部超导熔炼及锻造车间方案总设计 . 72 图表图表 118118 图南股份营收情况图南股份营收情况 . 73 图表图表 119119 20202020 年图南股份产品结构年图南股份产品结构 . 73 图表图表 120120 图南股份高温合金专利申请数量（件）图南股份高温合金专利申请数量（件） . 73 图表图表 121121 图南股份研发费用及占比

32、图南股份研发费用及占比 . 73 图表图表 122122 图南股份产品图南股份产品 . 74 图表图表 123123 图南股份产品工艺流程图南股份产品工艺流程 . 75 图表图表 124124 图南股份图南股份 808000KG00KG 真空感应炉真空感应炉 . 75 图表图表 125125 图南股份图南股份 8T8T 装料机装料机 . 76 图表图表 126126 图南股份锻压工艺流程图南股份锻压工艺流程 . 76 图表图表 127127 应流股份营收情应流股份营收情况况 . 77 图表图表 128128 20202020 年应流股份产品结构年应流股份产品结构 . 77 图表图表 12912

33、9 应流股份高温合金专利申请数量（件）应流股份高温合金专利申请数量（件） . 77 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 7 / 94 证券研究报告 图表图表 130130 应应流股份研发费用及占比流股份研发费用及占比 . 77 图表图表 131131 应流股份铸造成形生产线应流股份铸造成形生产线 . 78 图表图表 132132 应流股份航空发动机和燃气轮机高温合金热端部件应流股份航空发动机和燃气轮机高温合金热端部件 . 79 图表图表 133133 应流股份高端装备核心零部件应用于航空、能源、油气和资源领域应流股份高端装备核心零部件应用

34、于航空、能源、油气和资源领域 . 79 图表图表 134134 万泽股份营收情况万泽股份营收情况 . 80 图表图表 135135 20212021 年万泽股份产品结构年万泽股份产品结构 . 80 图表图表 136136 万泽股万泽股份高温合金专利申请数量（件）份高温合金专利申请数量（件） . 80 图表图表 137137 万泽股份研发费用及占比万泽股份研发费用及占比 . 80 图表图表 138138 万泽股份镍基高温合金样品万泽股份镍基高温合金样品 . 81 图表图表 139139 万泽股份镍基高温合金万泽股份镍基高温合金 . 81 图表图表 140140 万泽股份铸造高温合金相关性能万泽股

35、份铸造高温合金相关性能 . 82 图表图表 141141 万泽股份涡轮盘件万泽股份涡轮盘件 . 83 图表图表 142142 万泽股份热等静压设万泽股份热等静压设备备 . 83 图表图表 143143 中航上大发展历程中航上大发展历程 . 84 图表图表 144144 中航上大高温合金应中航上大高温合金应用领域用领域 . 84 图表图表 145145 中航上大高温合金种类中航上大高温合金种类 . 85 图表图表 146146 中航上大引进德国中航上大引进德国 ALDALD 公司公司 6 6 吨真空感应炉吨真空感应炉 . 85 图表图表 147147 中航上大引进中航上大引进 6 6T T真空自

36、耗炉完成热负荷试车真空自耗炉完成热负荷试车 . 86 图表图表 148148 中航上大精炼设备中航上大精炼设备 . 87 图表图表 149149 中航上大锻造设备性能系数中航上大锻造设备性能系数 . 87 图表图表 150150 中航上大锻造设备中航上大锻造设备 . 88 图表图表 151151 中航上大轧制设备中航上大轧制设备 . 88 图表图表 152152 中航上大部分高温合金专利中航上大部分高温合金专利 . 89 图表图表 153153 公司高温合公司高温合金母合金金母合金 . 90 图表图表 154154 公司高温合金丝材公司高温合金丝材 . 90 图表图表 155155 公司产品详

37、细信息公司产品详细信息 . 90 图表图表 156156 江苏奇纳冶炼设备江苏奇纳冶炼设备 . 91 图表图表 157157 江苏奇纳相关检测设备江苏奇纳相关检测设备 . 91 图表图表 158158 江苏奇纳部分高温合金专利江苏奇纳部分高温合金专利 . 92 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 8 / 94 证券研究报告 1 1 高温合金：极端环境条件中的最佳金属新材料高温合金：极端环境条件中的最佳金属新材料 长期以来，金属材料一直是最重要的结构材料和功能材料长期以来，金属材料一直是最重要的结构材料和功能材料之一之一，其力、热、电，其力

38、、热、电磁、光、声等指标决定了应用领域。磁、光、声等指标决定了应用领域。按照化学成分，金属材料可分为纯金属材料和合金材料，前者主要由一种金属元素组成，后者由一种基体元素和一种以上的金属元素和/或非金属元素所组成。由于合金材料中其他元素的加入，基体金属的性能往往会得到大幅改善，因而金属新材料多以合金的形式应用。 结构材料：结构材料： 制造构造整体、 实现运动和传递动力的结构件， 一般以力学性能指标来评价，偶尔会提出抗腐蚀、抗氧化等物化性能等要求。 功能材料：功能材料：利用其对外部环境的敏感反应来实现信息处理和功能转换，一般以热、电磁、光、声等物理指标来评价，偶尔提出一定的力学性能要求。 从金属材

39、料被制成零部件服役的流程来看， 主要分为采矿、 冶炼、 加工等环节。从金属材料被制成零部件服役的流程来看， 主要分为采矿、 冶炼、 加工等环节。零部件的全寿命过程较长，任何一个流程都不能作为金属零部件的绝对主导因素，上游的流程势必会对下游流程产生一定的影响，因而对于金属材料而言，产业链联动效果较强，每一环节都可能诞生一批极具实力的优质公司。 图表图表 2 2 钢材按化学成分分类钢材按化学成分分类 类别 说明 非合金钢 Si、Mn 和其他元素含量均在 GB/T13304 相应规定范围界限以内的钢。 碳素钢 C 含量一般为 0.02%-2%的铁碳合金。 低碳钢 C 含量小于 0.25%的碳素钢。

40、中碳钢 C 含量为 0.25%0.60%的碳素钢。 高碳钢 C 含量大于 0.60%的碳素钢。 微合金化钢 低碳钢或低合金高强度钢中加入一种或多种能形成碳化物、氮化物或碳氮化物的微量合金元素钢。 低合金钢 至少有一种合金元素含量在 GB/T13304 相应规定范围界限内，合金元素总含量大于 5%的钢。 合金钢 至少有一种合金元素含量在 GB/T13304 相应规定范围界限内的钢。 高合金钢 合金元素含量大于 10%的合金钢。 资料来源：金属材料速查手册，华安证券研究所 图表图表 1 1 金属零部件全寿命过程图金属零部件全寿命过程图 资料来源：金属材料学，华安证券研究所 Table_Compan

41、yRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 9 / 94 证券研究报告 相比于常用的铝合金、钛合金及镁合金，高温合金更适应更高的温度（相比于常用的铝合金、钛合金及镁合金，高温合金更适应更高的温度（600600）和腐蚀严重的和腐蚀严重的服役服役环境。环境。高温合金种类繁多，不同类型的合金特点各异，应用领域也大相径庭。按核心基体元素的划分标准，高温合金可分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金等。我国由于镍、钴等资源相对贫乏，50 年代便开始铁基合金的研究，但铁基合金使用温度较低，应用领域受到限制。钴基合金具有优异的抗热腐蚀性、抗热疲劳性，以及良好的铸造和焊接性，适合作

42、为导向器的材料，但钴资源被刚果（金）垄断，资源的稀缺造成其价格昂贵，钴基合金生产和使用受成本限制。相较而言，镍基合金使用温度较高、价格相对较低，具有显著的性价比优势，目前镍基合金占据高温合金市场近 80%的份额。 图表图表 3 3 碳钢、钛合金、铝合金、镁合金及高温合金性能对比碳钢、钛合金、铝合金、镁合金及高温合金性能对比 类别 耐温情况 密度（g/cm3) 熔点（） 抗拉强度（MPa） 比强度（MPa.cm3/g） 导热系数（W/mK） 耐腐蚀性能 镁合金 150 1.82 596 290 154 54 表面有氧化层，但不致密 铝合金 200 2.7 595 315 177 100 对 cl

43、-极度敏感， 不耐酸碱盐环境 碳钢 350 7.86 1520 517 66 42 弱酸及碱液中容易脆裂 钛合金 500 4.51 1668 539 120 15.24 1：表面有致密氧化层 2：防中子辐射 高温合金 1200 7.7-9.0 1320-1450 900-1300 160 11 合金化增强抗氧化及抗燃气腐蚀 资料来源：材料技术，华安证券研究所 图表图表 4 4 高温合金分类及各类合金的特点高温合金分类及各类合金的特点 分类标准 高温合金种类 主要特点 制造工艺 变形高温合金 合金化程度和高温强度较低。 铸造高温合金 采用精密铸造工艺制成零件，零件强度较高，缺点是不适合进行热加工

44、。 粉末高温合金 采用液态金属雾化或高能球磨机制粉，晶粒细小、成分和组织均匀，显著改善了热加工性能，难于变形的铸造高温合金可以通过粉末冶金工艺改善其热塑性而成为变形高温合金。 基体元素 铁基高温合金 使用温度较低（600-850），一般用于发动机中工作温度较低的部件。 镍基高温合金 使用温度最高（约 1000），广泛用于制造涡轮喷气式航空动机、各种工业燃气轮机的最热端零件，如涡轮部分工作叶片、导向叶片、涡轮等。 钴基高温合金 使用温度约 950，具有良好的铸造性和焊接性，主要用于导向叶片材料，该合金由于钴资源较少价格昂贵。 资料来源：西部超导招股说明书，华安证券研究所 Table_Compan

45、yRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 10 / 94 证券研究报告 1 1. .1 1 变形高温合金：最先用于航空发动机的高温合金类型变形高温合金：最先用于航空发动机的高温合金类型 变形高温合金是最先用于航空发动机的高温合金，目前已是用量最大、品种最变形高温合金是最先用于航空发动机的高温合金，目前已是用量最大、品种最多的一类高温材料。多的一类高温材料。变形高温合金是经过锻造、轧制、墩粗和冷拔等塑性变形工艺和热处理支撑的一类高温材料，以涡轮盘为主要应用领域，按照涡轮盘使用温度，变形高温合金大致可划分为五代。 图表图表 5 5 变形高温合金按应用品种分类及其主要特点变

46、形高温合金按应用品种分类及其主要特点 资料来源：航空材料技术，华安证券研究所 图表图表 6 6 我国变形高温合金涡轮盘代次划分我国变形高温合金涡轮盘代次划分 变形涡轮盘代次 第一代 第二代 第三代 第四代 第五代 涡轮盘工作温度/ 550 600 650 700 750-900 推重比 3-4 5-6 7-8 9-10 15-20 涡轮前温度/ 877 977-1127 1327-1477 1577-1677 1977-2077 材料 耐热钢、 耐热不锈钢 耐热钢、 碳化物强化的耐热合金 镍基高温合金 高合金化镍基难变形合金 难变形高温合金 典型牌号 H146 G188 GH4169 GH47

47、42 K151 资料来源：航空材料技术，华安证券研究所 合金成分设计、熔炼、加工及热处理等工艺成为提升变形高温合金性能的核心合金成分设计、熔炼、加工及热处理等工艺成为提升变形高温合金性能的核心战场。战场。 合金成分方面，传统“试验合金成分方面，传统“试验- -修正”实验方式已不合适，数值模拟修正”实验方式已不合适，数值模拟快速发展快速发展 变形高温合金合金化程度较低，因而发展初期合金成分设计十分关键，目前高温合金中的元素共有十多种，可分为三类：第一类，优先形成塑性性能好的奥氏体的元素，包括 Ni、Co、Fe、Cr、Mo、W、V 等；第二类，进入基体形成相强化相的元素，包括 Al、Ti、Nb、T

48、a 等；第三类，原子直径大小不固定，常偏聚在晶界导致晶界偏析的元素，有 Pb、Sn 等。合金成分设计的原则主要在于控制有害相析出、促进有利相生成，以保证高温合金的高温强度。随着高温合金的发展，各元素优化性能的理论及数据库都日趋完善，相关模型相继建立，如电子空穴理论与相计算、d 电子合金理论与新相机算、多元线性回归及人工神经网络等，为计算机辅助设计变形高温合金成分打下了坚实的基础，同时减少了实际实验次数以降低合金成本。 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 11 / 94 证券研究报告 表表 7 7 变形高温合金成分设计原则变形高温合金成分设

49、计原则 性能类别 性能改进工艺方向 低温强度 1、溶质原子：高晶格匹配度和模量错配度，降低层错能； 2、沉淀相：共格、大尺寸、高反相畴界能，高错配度 3、晶粒尺寸：小 高温强度 1、溶质原子：高晶格匹配度和模量错配度，低层错能； 2、沉淀相：共格、细小和超细小、高反相畴界能，高错配度 3、晶粒尺寸：当小于 0.5 倍合金绝对温度熔点时，小；当大于 0.5 倍合金绝对温度熔点时，大； 蠕变抗力 1、晶体结构：密排结构 2、溶质原子：高模量、基体中扩散系数低 3、沉淀相：非共格、细小和超细小、高体积分数、高层错能、低错配度 4、弥散相：高体积分数、稳定、高晶粒形状比 5、晶粒尺寸：大，柱状晶或单晶

50、 6、纤维相：高体积分数、稳定 资料来源：航空材料技术，华安证券研究所 图表图表 8 8 高温合金中的合金元素及其作用高温合金中的合金元素及其作用 作用 铁基 钴基 镍基 固溶强化 Cr、Mo Nb、Cr、Mo、Ni、W、Ta Co、Fe、Cr、Mo、Ti、W、Ta、V 形成相强化相 Al、Ni、Ti - Al、Ni、Ta、Nb 提高抗氧化性能 Cr Al、Cr Cr、Al 提高抗硫化性 Cr Cr Cr 提高耐腐蚀性 La、Y La、Y、Th La、Th、Al、Cr 提高蠕变性能 B - B 改善加工性能 - Ni、Ti - 导致晶界偏析 - B、Zr B 资料来源：航空航天用先进材料，华安