高溫合金定位高端，使用工況惡劣，性能要求較高

高溫合金是指以鐵、鈷、鎳為基體，能在600°C以上溫度和一定應力條件下適 應不同環境短時或長時使用的金屬材料，具有較高的高溫強度、塑性，良好的抗氧 化、抗熱腐蝕和熱疲勞性能。

高溫合金分類方式有三種:按基體元素種類可分為鐵 基、鎳基和鈷基高溫合金三類;按合金強化類型可分為時效沉淀強化、纖維強化和 固溶強化三類;按高溫合金成型工藝可分為變形高溫合金、鑄造高溫合金以及粉末 冶金高溫合金三類。

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應用領域: 航空、航天、航海發動機主力用材，我國用于軍工占比高達 80%

高溫合金應用廣泛，全球高溫合金航空航天需求超 55%，我國軍用高溫合金占 比達 80%。高溫合金材料最初主要應用于航空航天領域，之后逐漸應用到電力工業、 汽車工業、石油石化、玻璃建材等諸多工業領域。

根據 Roskill 統計數據，全球每年 消費高溫合金材料約 28 萬噸，其中航空航天等軍工領域需求占 55%，民用領域如 電力、機械、汽車、石油石化等領域占 45%左右;而根據文棟等 2016 年發表在《工 程技術》雜志的《高溫合金材料特性及加工技術進展》一文，我國軍用高溫合金需 求占比高達 80%，而民用高溫合金需求僅占 20%。民用高溫合金占比水平相比全球 水平仍有提升空間。

航空、航天、航海發動機是航空航天高溫合金主要應用領域。高溫合金主要用于航空發動機燃燒室、壓氣機、渦輪盤、葉片和機匣等高溫部件，而火箭發動機核心部件燃燒室和渦輪泵也采用高溫合金制造。

航空發動機:高溫合金占先進航空發動機總重達40~60%

(1)高溫合金是先進航空發動機主體材料

根據德國MTU公司官網，美國第三代戰斗機典型發動機F110-GE-129重量為3980磅(即1805.29Kg);根據師昌緒2006年主編的《中國高溫合金50年》，先進 發動機中高溫合金用量占發動機總重50%以上;因此可估算出單臺先進航空發動機 中高溫合金用量可達902.65Kg以上。目前主流航空發動機中高壓壓氣機葉片、高壓 渦輪葉片、低壓渦輪葉片和尾噴口收斂調節片基本由高溫合金制造。

(2)高溫合金的性能決定航空發動機的性能

根據江和甫2002年發表于《燃氣渦輪試驗與研究》雜志上的《對渦輪盤材料的 需求及展望》一文，軍用航空燃氣渦輪發動機通常可以用其推重比(推重比=發動機 推力/發動機自重)綜合地評定發動機的水平，而渦輪前燃氣渦溫度對發動機推重比 有最直接、最顯著的影響，也成為發動機劃代最突出的判別依據之一。

(3)發動機性能制約著我國武器裝備發展，高溫合金性能差距較大是主因

航空發動機是保證國家安全、彰顯強國地位的航空武器裝備的“心臟”。長期 以來我國空軍先進戰機渦輪風扇發動機和海軍大型艦艇燃氣輪機大量依賴于進口， 國產發動機與美國等發動機強國存在代差。如目前我國主力三代戰機J-11B/D采用的 國產“太行”渦輪風扇發動機推重比為7~8，僅相當于美國20世紀80年代用于FA18戰機上的F110發動機。目前美國第四代戰機F35主要采用F135型發動機，其推重比 已達10~12，而我國推重比10的WS15發動機尚未完成定型。

高溫合金性能差距較大是我國發動機與美、英存在代差的主要原因。我國在普 通鑄造鎳基高溫合金(CC alloy)、定向凝固高溫合金(DS alloy)、單晶高溫合金 (SC alloy)承溫性能上與美國、英國差距明顯。如目前廣泛應用于先進發動機渦輪 葉片的單晶高溫合金，我國DD3、DD6型均為第二代單晶高溫合金，在承溫性能上 較美國CMSX-10第三代單晶高溫合金和英國用于Trent發動機上的第四代單晶高溫 合金RR3000仍有30~50K的差距。

我國高溫合金研制自1956年開始。根據師昌緒《中國高溫合金五十年》一文， 我國自1956年研制鎳基高溫合金GH3030以來，共研制或仿制變形高溫合金50多個 牌號，鑄造高溫合金40多個牌號，并在我國各型航空發動機上得以應用。

(4)預計未來15年我國新增航空用高溫合金原材料需求量達22215噸，40%仍依賴進口

我們對軍用航空發動機對高溫合金的需求進行了測算。測算的基本假設有:先 進航空發動機平均壽命約3000小時;我國空軍平均每年訓練時長約200小時以上， 且每臺發動機均配一臺備份發動機;現有及新增軍用飛機雙發和單發飛機數量比例 為1:1;單臺發動機重量為1.5噸，高溫合金用量占比為50%，高溫合金部件平均成 材率30%。

根據英國《飛行國際》雜志發布的《世界空軍》報告，我國2016年軍用飛機數 量達2955架，總量落后于美國和俄羅斯，居全球第三位;我國2016年軍用飛機數量 相比2011年增加357架，計算可得復合年增長率為2.75%。若保持該復合年增長率， 預計未來15年我國將新增軍用飛機數量達1484架。基于現有及新增軍用飛機單發和 雙發數量比例為1:1的基本假設估計，未來15年我國將新增軍用航空發動機數量達8886臺，新增高溫合金原材料需求量達22215噸。

軍用先進航空發動機為先進戰機的“心臟”，而高溫合金又是先進航空發動機的關鍵原材料。由于英、美能發動機和高溫合金強國對我國實行武器禁運和出口管制，我國只能從俄羅斯、烏克蘭等國家進口發動機整機，國產航空發動機高溫合金制品均為自產。

因此，我們可以通過估算國產和進口航空發動機的比例來測算我國軍用航空發 動機高溫合金進口比例。我國需從俄羅斯進口發動機的機型主要為第三代戰斗機J-10和H-6K為主。J-10戰機為單發中型戰斗機，發動機為俄制AL-31F發動機;H-6K為雙發戰術轟炸機，發動機為俄制D-30KP-2發動機。

根據飛行國際雜志《世界空軍 報告2012》和《世界空軍報告2017》統計，2011~2016年我國J-10戰機由200架增 至273架，H-6K轟炸機由120架增至190架，因此2011~2016年我國需外購發動機數 量為213臺。根據之前的測算，2011~2016年我國軍用飛機數量增加357架，按單發: 雙發為1:1計算，共增加軍用發動機數量為537臺，因此計算得到進口發動機數量占 發動機總數量的39.66%，即我國軍用航空發動機高溫合金約有40%依賴進口，進口 替代市場前景廣闊。

2、火箭發動機:高溫合金為火箭發動機燃燒室和渦輪泵主材

(1)火箭發動機燃燒室和渦輪泵關鍵用材

高溫合金是火箭發動機核心部件燃燒室和渦輪泵的關鍵用材。液體火箭發動機 主要由燃燒室和噴管、渦輪泵和活門自動器等三大部分組成。其中燃燒室和噴管容 納推進劑燃燒，產生3000°C以上的高溫和30~200個大氣壓的高壓氣體并高速從噴管 噴出，形成強大的推力;渦輪泵的作用是對氧化劑和燃燒劑提高壓力，以便注入燃 燒室。燃燒室和渦輪泵兩大核心部件均采用高溫合金材料。

根據師昌緒《中國高溫合金五十年》一文，我國火箭發動機使用的傳統高溫合 金有GH4169、GH4141、GH1131、GH3600等牌號，這些材料均無法同時滿足新 一代大推力液體火箭發動機的要求。經過多年努力，我國已研制出GH4586、K4169及可鍛可焊的GH4202(K4202)合金，用于生產我國新一代液氫-液氧火箭發動機YF-77和液氧-煤油高壓補燃火箭發動機YF-100的關鍵部件。其中，GH4202是目前 我國火箭發動機用高溫合金品種最全的合金之一，占火箭發動機高溫合金總用量的40%以上。

(2)我國大推力液體火箭發動機性能落后于美、俄、日、歐，高溫合金性能差 距是關鍵我國火箭發動機機同俄羅斯、美國和日本差距仍很明顯。推力和比沖是衡量火箭發動機性能最重要的兩項數據。其中，火箭發動機推力定義是發動機由向飛行反方向直接噴射高速氣流而產生的反作用力;火箭發動機比沖的定義為單位推進劑的量所產生的沖量，可用于衡量火箭發動機效率;在相同的發射重量下，火箭發動機的比沖越高，火箭的運載能力就越強;火箭發動機推力越大，所需發動機數量就越少。從這兩項數據看，在關鍵的火箭發動機領域我國同俄羅斯、美國和日本差距仍很明顯。我國于2016年11月3日首飛的新一代運載火箭長征5號助推器采用8臺液氧-煤油火箭發動機YF-100，其真空推力僅為美國宇宙神V型火箭引進的俄羅斯RD-180型火箭發動機推力的1/3，是俄羅斯質子號RD-253火箭發動機推力的70%;長征5號 芯一級采用2臺液氫-液氧火箭發動機YF-77，其真空推力僅為歐洲阿麗亞娜V火箭Vulcain 2發動機推力的50%，也落后于日本LE-7A火箭發動機。

火箭發動機性能落后的根本原因在于高溫合金材料的差距。火箭發動機燃燒室 需承受高溫(3000~4000°C)、高壓(20MPa)和高流速(2500~5000 m/s)燃氣 沖刷，對高溫合金材料要求極高;高性能渦輪泵需承受超低溫液氧和燃料的沖刷， 且轉速高，壓力大，密封性要求高，是液體火箭發動機最核心的部件，對高溫合金 原材料及制造工業提出了很高的要求。

(3)預計未來15年我國火箭發動機用高溫合金需求達2880噸，已實現完全國產化

我們對航天火箭發動機對高溫合金的需求進行了測算。根據顧明初1998年在中 國航空學會重量工程專業學術會發表的《液體火箭發動機的結構質量》一文，火箭 發動機核心部件渦輪泵質量占發動機質量的20~26%(下文測算時取平均值23%)， 燃燒室質量占發動機質量的1.2~3.3%(下文測算時取平均值2.3%)。我國未來主力 運載火箭長征七號采用的YF-100液氧-煤油火箭發動機單臺質量為1.9噸，每枚火箭 采用6臺YF-100火箭發動機，則每枚火箭渦輪泵及燃燒室總質量，即每枚長征七號 火箭所用高溫合金部件質量約為2.88噸。若假設高溫合金部件成材率為30%，則每 枚長征七號所需高溫合金質量為9.6噸。

我國航天火箭發動機用高溫合金完全國產，但水平與國外先進水平差距較大。

根據人民網2016年10月8日《中國航天力爭“十三五”期間實現100%國產化》一文， 目前我國火箭的國產化率已達99%到100%，基本實現完全國產化。我國航天火箭發 動機用高溫合金已經形成了較為完善的材料體系和產品系列，但相較于歐美及俄羅 斯等航天強國的先進水平還有較大差距。

3、艦船燃氣輪機:核心機源于航空發動機，QC280結束我國艦用燃氣輪機進 口歷史，燃氣輪機用高溫合金迎來需求藍海

(1)燃氣輪機為為現代大型水面艦艇的主流動力裝置

燃氣輪機相比傳統蒸汽和柴油機動力優勢明顯。與傳統艦船用動力設備——蒸 汽輪機和柴油機相比，燃氣輪機主要具有三大優勢:(1)功率密度大。同等功率的 燃機體積是柴油機的三分之一到五分之一，是蒸汽輪機的五分之一到十分之一左右， 非常適合軍艦分艙小、航速要求高的特點;(2)啟動速度快。燃氣輪機可以在啟動 機幫助下在1~2分鐘就可以達到最高轉速，有利于軍艦快速達到高速航行狀態;(3) 低頻噪聲低。燃氣輪機本身處于高速穩定轉動當中，產生的噪聲更多是高頻噪聲， 而柴油機低頻振動和噪聲較大，不利于軍艦反潛作戰和聲隱身。

(2)艦船燃氣輪機源于航空發動機，高溫合金種類與應用類似

艦船燃氣輪機源于航空發動機，原理與結構基本一致。根據航空工業出版社出 版的《航空發動機--飛機的心臟》中“航空發動機在非航空領域及武器中的應用”章 節，多數軍艦用的燃氣輪機屬于“航改燃機”，國內外的航空發動機廠商均設有燃 氣輪機分部，專門從事把航空發動機改型為地面或船用燃氣輪機的工作。

市場格局:定位高端形成高壁壘，細分龍頭尤為受益

1、行業壁壘:技術、資質、資金、渠道四大壁壘高筑

(1)技術壁壘:高溫合金生產難度較大

高溫合金主要應用于航空發動機、火箭發動機、艦船燃氣輪機等軍用飛機、導彈、運載火箭、水面艦船等武器裝備的“心臟”，其性能和可靠性關系到武器裝備的戰力和安全，因此對高溫合金材料及制品的質量可靠性、性能穩定性、產品外觀尺寸精確性等方面都有著非常苛刻的要求;同時，為保證航空發動機和火箭發動機性能，其部件制造多采用非常規、高難度工藝(如定向凝固、攪拌摩擦焊等)和特殊加工設備。綜上所述，軍工用高溫合金生產難度較大，技術壁壘較高。

(2)資質壁壘:軍工特鋼質量要求較嚴，資質壁壘較高

高溫合金廣泛應用于航空、航天、航海及陸軍裝備的發動機關鍵結構中，其產 品的性能穩定性和質量可靠性是用戶最先考慮的因素。用戶經過嚴格的試用程序而 選定供應商后，一般不會輕易更換;另外，從事武器裝備科研生產需要取得相應的 軍工生產資質，即所謂“軍工四證”，包括《國軍標質量管理體系認證》、《武器 裝備科研生產單位保密資質認證》、《武器裝備科研生產許可證認證》和《裝備承 制單位資格目錄認證》，取證一般至少需要6~12個月，程序繁瑣，時間較長。因此， 高溫合金領域準入及資質壁壘較高。

(3)資金壁壘:高溫合金研發周期較長，資金壁壘較高

高溫合金性能優異，成分復雜，產品研發周期長、投入大、批量小、品種全， 對高溫合金企業研發實力和資金投入要求較高;另外，由于高溫合金主要應用于航 空、航天、航海發動機等特殊產品，其交貨和回款周期較長，根據鋼研高納2016年 年報，其高溫合金鑄件類產品交貨周期達3~6個月，因此高溫合金研發和供貨過程可 能會對相關企業資金產生壓力，資金壁壘較高。

(4)渠道壁壘:高溫合金產品與發動機主機廠聯系緊密，渠道壁壘較高 高溫合金主要應用于航空、航天、航海發動機，高溫合金生產企業直接向發動 機主機廠供貨。由于高溫合金部件一般為發動機核心部件，因此主機廠在確定合格供應商之后一般不會輕易更換，渠道壁壘較高。

競爭格局:鋼研高納、撫順特鋼維持雙寡頭市場格局，應流股份、萬澤股份 參與市場競爭

(1)國內高溫合金行業長期供不應求，高行業壁壘保持行業競爭有序

行業現狀:高溫合金行業處于供不應求局面。根據Roskill統計數據，全球每年 消費高溫合金材料約28萬噸;根據鋼研高納2016年年報，我國目前高溫合金材料年 生產量約1萬噸左右，每年需求可達2萬噸以上，市場容量超過80億元，行業處于供 不應求狀態。

產業格局:各有所長，競爭有序。根據師昌緒《中國高溫合金五十年》一文， 我國高溫合金產業經過近60年的發展，已經形成了生產裝備比較先進、具有一定規 模的生產基地。其中:(a)變形高溫合金生產廠有:撫順特鋼、寶鋼特鋼、長城特 鋼等;(b)高溫合金鍛件加工廠有:西南鋁業、中國二重、紅原航空鍛鑄公司和安 大航空鍛造公司等;(c)精密鑄件生產廠有:鋼研高納、北京航空材料研究院、中 國科學院金屬所、東北大學、北京科技大學等。另外，應流股份、萬澤股份等上市 公司也相繼進入高溫合金研發和生產細分領域。

(2)行業壁壘決定不同企業高溫合金定位領域分化

從研發技術角度來分析:高溫合金技術含量高、制造難度大、研發時間長，必 須通過申請專利的形式來保護公司知識產權，避免技術泄漏。從公司專利的布局可 以看出公司重點發展領域，而從專利數量可以看出公司研發實力和技術儲備。我們 通過國家知識產權局專利局網站查閱了鋼研高納、應流股份、撫順特鋼和萬澤股份 在高溫合金領域專業申請和授權情況，且僅考慮有權、公開和實審狀態的中國專利。

從高溫合金專利數量上看，截止到2017年4月，鋼研高納、應流股份、撫順特 鋼和萬澤股份在高溫合金領域的專利數量分別為9項、7項、6項和3項，鋼研高納專 利數量最多，公司目前在高溫合金領域研發實力和技術儲備較強;而萬澤股份專利 數最少，顯示公司目前在高溫合金領域技術相對較為薄弱。

從高溫合金專利布局來看，截止到2017年4月，鋼研高納、應流股份的高溫合 金專利主要涉及鑄造高溫合金，而撫順特鋼和萬澤股份高溫合金專利主要涉及變形 高溫合金。

小結:

高溫合金是航空發動機、火箭發動機和船用燃氣輪機核心部件的關鍵 原材料。高溫合金性能差距也是造成我國與國外航空發動機、火箭發動機 和燃氣輪機性能差距的根本原因。隨著“兩機”重大專項的逐步啟動，我 國航空發動機、火箭發動機和燃氣輪機將迎來快速發展期，從而帶動高溫 合金需求快速增長。根據測算，未來 15 年我國航空發動機高溫合金需求 預計將達 2.2 萬噸，約 40%仍依賴進口;火箭發動機高溫合金需求預計 將達 2880 噸，軍艦用燃氣輪機高溫合金需求將達 3795 噸，有望逐步實 現國產化。

高溫合金定位高端，行業存在技術、資質、資金和渠道四大壁壘，市 場門檻較高;我國高溫合金行業長期處于供不應求的狀態，年市場缺口近1 萬噸;撫順特鋼、鋼研高納在高溫合金領域擁有明顯的技術和背景優勢，而萬澤股份、應流股份目前高溫合金產品尚在開拓期;目前，撫順特鋼變 形高溫合金市場和技術優勢明顯，而鋼研高納鑄造高溫合金國內領先，兩家公司憑借各自傳統技術優勢占領高溫合金細分市場，業務競爭關系不大。