高溫合金各領域應用情況如何？

下游需求旺盛，細分賽道持續增長。

1、航空發動機領域

航空發動機是高溫合金最重要的應用領域，其技術進步與高溫合金的發展密 切相關。隨著新型航空發動機對推重比的要求不斷提高，對高性能高溫合金材料 的依賴越來越大。航空發動機材料進入冷端以鈦為主、熱端以鎳為主的鎳、鈦、 鋼“三足鼎立”的時代。

新型的先進航空發動機中，高溫合金用量占發動機總重量的 40-60%以上， 主要用于燃燒室、導向器、渦輪葉片和渦輪盤四大熱端部件，此外還用于機匣、 環件、加力燃燒室和尾噴口等部件。

軍用航發市場增長空間廣闊

根據 World Air Forces 2022，至 2021 年末，中國軍隊共有 3285 架軍用飛 機，低于美國的 13246 架和俄羅斯的 4173 架，僅占全球的 6%，居全球第三位。 而2021年中國GDP占全球經濟比重超18%，軍用飛機數量的全球占比僅為GDP 占比的 1/3，與我國經濟實力嚴重不符，未來有著較大的增長空間。 在細分種類上，我國在除戰斗機之外的各類軍機數量上都落后于美國和俄羅 斯，且戰斗機中有一部分為正在退役中的老舊二、三代（按五代機方法換分）戰 機。隨著戰斗機的升級換裝和其他類型軍機的補短板列裝，軍用發動機市場將有 著廣闊的市場空間。

結合高溫合金的使用情況，我們將對發動機需求分為三個板塊——新增飛機 發動機裝機需求、現役飛機發動機換裝需求、發動機維修需求。 發動機換裝需求方面：當前軍用航空發動機壽命大多數為 1000-2000h，我 們取發動機平均壽命 1500h，假設軍用飛機每年訓練時長約 300h，則軍用航空 發動機每 5 年需要更換一次。 發動機維修需求方面：民用發動機全壽命期的維修成本約占 50%，與發動 機本身的價值相當。一般而言，航空發動機在選材時會參考其全壽命期的維修成 本，當維修成本高于采購成本 2 倍時，則會選擇其他替代材料，因此我們假設維 修成本與發動機采購成本相同。 新增飛機發動機需求方面：主要考慮未來軍用飛機的增量。 綜合以上假設，我們測算出 2025 年我國軍用航空發動機需求總計 6055 臺。

民用航發市場發展未來可期

根據 BOEING 公司發布的《Commercial Market Outlook 2022-2041》， 未來 20 年全球民用航空領域預計將新增 21,180 架，其中窄體客機數量預計將 從 2021 年的 16,520 架增加到 2041 年的 32,770 架，增量貢獻最大。我們假設 未來 20 年，全球商用飛機數量勻速增長。

在發動機方面，參考軍用發動機的測算模式，應當將航空發動機需求同樣拆 分為三個板塊——新增飛機發動機需求、現有發動機換裝需求、發動機維修需求。 新增飛機發動機需求方面：由于民用發動機市場主要由海外航發巨頭壟斷， 我國參與國際轉包業務而承擔部分零件供應業務，因此新增發動機需求高溫合金 需求采用全球發動機市場需求為基礎進行測算。 現有發動機換裝需求方面：一臺民用大涵道發動機使用壽命約 20 年，與民 用飛機運營壽命接近，因此正常使用情況下，新增飛機不考慮發動機換裝需求， 僅考慮當前存量飛機的發動機換裝需求。 參考 LEAP 發動機（1A 2368kg）和 CFM56 發動機（1945kg），我們假設 單臺民用航空發動機平均重量為 2 噸，可以計算出 2025 年我國民用新增飛機發 動機+現有發動機換裝共計需求高溫合金零部件 1012 噸。

發動機維修需求方面：我們認為發動機維修市場主要由國內自行完成。民用 航空發動機在全壽命周期中維修費用約占 50%（即維修費用與發動機本身價值 量接近），我們假設民用航空發動機全壽命維修高溫合金需求也與發動機初始高 溫合金用量接近。 我們結合中國商飛發布《中國商飛公司市場預測年報（2022-2041）》對未 來中國市場商用飛機數量的展望，假設商用飛機總數未來 20 年勻速增長，可以 測算出 2025 年發動機維修用高溫合金零部件質量約 534 噸。

雖然目前國產 C919 飛機仍采用進口航空發動機，但國產商用航空發動機 CJ-1000A 正在研制中，未來將運用在 C919 大飛機之上。隨著商用航發國產替 代的推進，包括高溫合金供應商在內的國內配套制造企業也將大大受益，充分享 受到國內民用航空的市場紅利。

2、航天發動機領域

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三大部分組成。其中燃燒室和噴管 容納推進劑燃燒，產生 3000℃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。

我國航天產業的發展對高溫合金提出了持續的需求。目前，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 高溫合金用量占火箭發動機高溫合金總用量的 40%以上。

2021 年我國航天共實施宇航發射任務 55 次，居世界第一。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，而每枚火箭渦輪泵及燃燒室總質量占比約 25.3%，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。假設未 來每年航空發射次數保持在 50 次左右，則預計每年航天發射所需高溫合金重量 約 480 噸。 此外，各類型導彈武器在發動機中也會使用到高溫合金。高溫合金無余量整 體精密鑄造渦輪轉子、導向器等部件是小型渦輪發動機的關鍵核心部件，可用于 先進中遠程反艦導彈、空地導彈、巡航導彈等。美國空軍也曾在“阿薩姆”計劃 （ASALM，先進戰略空射導彈）中為應對 ASALM 速度高、射程遠的要求以及表 面溫度超過 593℃的特點，將燃料箱、亞聲速進氣道包括前框架、后隔框、進氣 道、下后整流罩、鞍形零件、前后蒙皮、鞍形零件延伸板、隔板 9 種零件全部選 用 Inconel718 高溫合金（國內牌號 GH4169）制造。目前我國應用到導彈發動 機的高溫合金母合金材料有 K41、K487 等，隨著實戰化軍事訓練的不斷推進， 演習用導彈也會為高溫合金需求帶來新的增長點。

3、其他應用領域

燃氣輪機

燃氣輪機是以連續流動的氣體為介質帶動葉輪高速旋轉，將燃料的能量轉變 為有用功的內燃式動力機械，是一種旋轉葉輪式熱力發動機。它的結構與飛機噴 氣式發動機一致，構造有四大部分：空氣壓縮機，燃燒室，葉輪系統及回熱裝置。

燃氣輪機主要用于地面發電機組和船舶動力領域，工作環境需要承受高硫燃 氣和海水鹽分的腐蝕，工作壽命要求達到 50,000-100,000 小時。渦輪盤在工作 時轉數接近 10,000 轉/分鐘，要求材料耐用溫度達到 600℃以上，因此設備部件 材料必須使用具有耐高溫、較高蠕變強度的高溫合金材料，目前國內外主要采用 鎳基高溫合金進行制造。 目前重型燃氣輪機主要由三菱重工、通用電氣、西門子、阿爾斯通等公司開 發，輕型燃氣輪機方面，世界主要航空發動機公司羅爾斯·羅伊斯、通用電氣、 普拉特·惠特尼等由航空發動機改型研制了 3 代輕型燃氣輪機。 我國上海電氣、東方電氣、哈爾濱汽輪機廠等大型發電設備制造集團在生產 規模和生產技術等方面近年來有了較大提高，拉動了對發電設備用的渦輪盤的需求。隨著我國燃氣輪機自主化能力的逐步，后續實現量產將帶動對高溫合金的需 求，國產燃氣輪機的大規模應用將為國內高溫合金行業帶來廣闊的市場前景。