科技工業(yè)基礎材料行業(yè)：商業(yè)航天拉動不銹鋼及高溫合金需求.pdf

科技工業(yè)基礎材料行業(yè)：商業(yè)航天拉動不銹鋼及高溫合金需求。

歷史：鋁合金占據主導地位，不銹鋼與高溫合金應用有限

過去，在“固體/一次性液體火箭”的傳統(tǒng)范式下，鋁合金是火箭材料的絕 對主角，不銹鋼和高溫合金長期處于配角。在箭體材料方面，鋁合金長期占 據絕對主導地位，經歷鋁鎂、鋁銅、鋁鋰的三代發(fā)展，廣泛應用于箭體蒙皮、 貯箱、級間段等大部分結構，而不銹鋼材料的應用極為有限。在動力系統(tǒng)方 面，固體火箭發(fā)動機燃燒室殼體材料大多采用超高強度鋼，噴管采用碳/碳 復合材料；在液體火箭時代的早期，由于對燃燒室室壓、比沖和重復啟停次 數要求不高，高溫合金僅應用于少量閥門、渦輪轉子等部件。

現(xiàn)狀：材料體系在以鋁為主的基礎上向“不銹鋼+高溫合金”滲透

目前火箭材料處于“傳統(tǒng)鋁合金為主體、新材料加速滲透”的過渡期。一方 面，鋁合金仍是現(xiàn)役火箭主要方案；另一方面，在可復用技術帶動下，結構 與動力系統(tǒng)的新材料滲透已經開始顯現(xiàn)。在結構端，不銹鋼箭體開始在少數 可復用火箭型號上試點應用，例如 SpaceX 星艦、藍箭航天朱雀三號等， 相較傳統(tǒng)鋁合金方案，不銹鋼箭體結構生產周期能夠縮短約 40%。在動力 系統(tǒng)端，液體火箭發(fā)動機成為發(fā)射主力，高溫合金是其熱端部件的關鍵材料， 我們測算液體火箭發(fā)動機中高溫合金平均用量為 28%。

未來：航天不銹鋼與高溫合金是火箭技術演進的大勢所趨

展望未來：1）箭體結構方面，航天不銹鋼具有適應極端高低溫環(huán)境、焊接 性能優(yōu)、加工制造速度快、材料成本較低等優(yōu)勢，為二子級再入回收、大直 徑火箭結構以及低溫燃料貯箱提供材料與工程基礎。2）動力系統(tǒng)方面，火 箭發(fā)動機迭代的背后是燃燒室室壓、熱流密度與啟停次數的階躍上升，對材 料的耐溫、導熱與疲勞壽命等要求不斷提升。在可復用場景下，單臺發(fā)動機 設計壽命和單箭發(fā)動機配置數量同步上行，高溫合金用量有望呈現(xiàn)“單機放 量+多機并聯(lián)”的疊加效應。隨著火箭發(fā)射進入規(guī)?；c可回收時代，我們 認為“箭體不銹鋼材料+發(fā)動機高溫合金”正在成為火箭新材料體系。