高溫合金分類、各領域應用及需求情況如何？

航空航天領域加速發展，拉動高溫合金需求。

1.優異的耐熱先進材料，應用領域廣泛

高溫合金是以鐵、鎳、鈷為基體元素，能在 600℃以上的高溫環境下抗氧化、抗腐蝕、抗蠕變，并能在較高的機械應力作用下長期工作的合金材料，又稱熱強合金、耐熱合金、超合金，廣泛應用于航空航天領域和能源領域。

按照制造工藝，高溫合金可劃分為變形高溫合金、鑄造高溫合金、粉末高溫合金等，其中變形高溫合金的熱加工塑性較好，可以在鍛軋機械的外力作用下塑性變形為特定形狀和尺寸的鍛件和型材，在固溶、時效狀態下的高溫強度優異，其需求量約占高溫合金的 70%。 按照基體元素種類，高溫合金可劃分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金等，其中鎳基高溫合金的應用范圍較廣，需求量約占高溫合金的80%。此外，還可以按照合金強化類型分為固溶強化高溫合金和沉淀強化高溫合金；可按照合金使用特性分為抗熱腐蝕高溫合金、低膨脹高溫合金和高屈服強度高溫合金；可按照合金用途分為渦輪葉片用高溫合金、渦輪導向葉片用高溫合金和燃燒室用高溫合金等。

目前，高溫合金主要應用于發動機領域，包括航空發動機、航天火箭發動機和各種工業用燃氣渦輪發動機。根據 Roskill 統計數據，高溫合金在航空航天領域的應用占比 55%，其次是電力領域，應用占比為 20%。作為飛機動力裝置的航空發動機，是航空工業中技術含量最高、難度最大的部件之一，對結構材料的性能提出很高要求，特別是金屬結構材料需要具備輕質、高強、高韌、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等性能。而高溫合金作為在 600℃以上及一定應力條件下長期工作的金屬材料，滿足現代航空發動機對材料的苛刻要求，至今已成為航空發動機熱端部件不可替代的一類關鍵材料。

高溫合金第一大應用領域是航空航天領域，高溫合金用量約占發動機總重量的40%-60%，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。隨著我國發展自主航空航天產業，研制國產先進發動機不斷取得突破，可預見高端和新型高溫合金的市場空間廣闊。

1.1 軍機動力系統材料價值凸顯，列裝增量和維修存量市場潛力大

當今世界安全局勢動蕩，地區沖突頻發，不確定性和不穩定性上升，根據國防需求和國民經濟發展水平，近年來我國國防支出規模增速保持穩定，占財政總支出的比例有所提升。國防支出由 2012 年的 0.67 萬億元增長到2022 年的1.48萬億元，2022 年占財政總支出的 5.7%，10 年 CAGR 為 8.2%。2021 年，在財政總支出同比增速趨近于零的情況下，同年國防支出保持了適度穩定的增速。2023 年全國一般公共預算安排國防支出 1.58 萬億元，比上年執行數增長7.2%，2024 年全國一般公共預算安排國防支出 1.69 萬億元，比上年執行數增長 7.2%，保持國防支出合理穩定增長。根據《新時代的中國國防》白皮書，近年來增加的國防支出其中一個主要用途是在于加大武器裝備建設投入，淘汰更新部分落后裝備，升級改造部分老舊裝備，研發采購航空母艦、作戰飛機、導彈、主戰坦克等新式武器裝備，穩步提高武器裝備現代化水平。

在現代戰爭中，空中力量是左右戰局的關鍵因素之一。軍用戰斗機作為空中力量的重要組成部分，具備卓越機動性、強大的打擊能力和遠程作戰能力，在空中作戰和戰略威懾中發揮著不可替代的作用。軍用飛機和民用飛機由于用途不同，各組成部分價值有差異，但動力系統價值占比相對穩定。在軍用飛機上，動力系統占整機價值比最高達25%，機體結構占比約為19% ；而民用飛機，機體結構最高達到36%，動力系統次之占比 22%。而航空發動機制造成本主要由原材料成本和勞動力成本組成，分別占比在 40%-60%，25%-35%。發動機使用的原材料主要是高溫合金、鈦合金和其他材料，高溫合金價值占比約 35%，鈦合金價值占比約30%，其他材料包括鋁合金、鋼等占剩下的 35%。

據 World Air Forces 報告，2023 年我國現役軍用飛機數量達3,304 架，占全球軍用飛機總數的 6%左右，數量落后于美國（25%）和俄羅斯（8%）。未來我國軍用飛機的數量還有繼續增長的空間，且伴隨武器裝備的更新換代，軍用飛機的列裝增量市場將帶動高溫合金需求增長。另據前瞻產業院數據，航空發動機全壽命周期要經歷研發、采購、使用維護三個階段，在全壽命周期費用占比分別為10%、40%、50%。使用維護階段的費用占比最高，更新發動機零部件又占維護階段費用的50%，發動機的維護和零部件的更新將進一步拉動高溫合金在軍用飛機存量市場的需求。

1.2 民航業復蘇機隊規模繼續擴大，國產飛機研制加快搶占市場份額

2012 年-2019 年間，民航業完成旅客周轉量的同比增速保持在10%-15%之間，受新冠疫情沖擊，2020 年全行業完成旅客周轉量同比驟降46%，并在2022年同比再次大幅下降 40%至 3914 億人公里。與此類似，全行業完成貨郵周轉量在2020年和2022 年同比均下降約 9%，2022 年全行業完成貨郵周轉量回落至254 億噸公里。

在旅客周轉量和貨郵周轉量下行的背景下，民航運輸機數量繼續保持增長。截至 2022 年底，我國共有運輸航空公司 66 家，比上年底凈增1 家；境內運輸機場（不含香港、澳門和臺灣 地區）254 個，比上年底凈增6 個；民航全行業運輸飛機期末在冊架數 4165 架，比上年底增加 111 架。進入 2023 年以來，民航當月旅客周轉量和貨郵周轉量均快速持續回升，目前已恢復至疫情之前水平，伴隨經濟復蘇，我們預計民航運輸機數量規模將加快擴大，民用航空發動機以及高溫合金的需求也將隨之增長。

2023 年 10 月 1 日，工業和信息化部、科學技術部、財政部、中國民用航空局等4 部門聯合印發《綠色航空制造業發展綱要（2023—2035 年）》，綱要提出，到2035年，建成具有完整性、先進性、安全性的綠色航空制造體系，新能源航空器成為發展主流，國產民用大飛機安全性、環保性、經濟性、舒適性達到世界一流水平，以無人化、電動化、智能化為技術特征的新型通用航空裝備實現商業化、規模化應用。根據中國商飛公司發布《中國商飛公司市場預測年報（2022-2041）》，未來二十年，中國航空運輸市場將接收噴氣客機 9,284 架，其中支線客機958 架，單通道客機6,288架，雙通道客機 2,038 架。到 2041 年，中國的機隊規模將達到10,007 架，占全球客機機隊 21.1%。中國航空市場將成為全球最大的單一航空市場。目前國內的民航客機主要依靠進口，民航機隊基本被波音與空客壟斷。以我國三大國有民用航空運營集團中國國航、南方航空和中國東航的機隊構成來看，截至2023 年末，三大航空公司共有飛機數量 2595 架，其中空客系列飛機1309架，占比50%；波音系列飛機 1202 架，占比 46%；中國商飛系列飛機僅74 架，占比3%。根據三大航空公司公布的年度引進計劃，2024 年合計計劃引進183 架飛機，其中中國商飛系列（ARJ21 和 C919）40 架，占比達到 22%。隨著國產飛機的進一步成熟，國產飛機的引進占比還有巨大空間，近期三大航空公司已分別和商飛公司簽訂協議，分別購買 100 架C919 大飛機，計劃于2024-2031年分批交付，按照南方航空最新公告，C919 飛機（基本型）單架售價高達0.99億美元。目前中國商飛 C919 總訂單數已接近 1500 架（包含確認訂單和意向訂單），訂單數日益增長也推動 C919 產能逐步擴大，中國商飛計劃在3-5 年內，投入幾百億元用于擴大產能，未來五年內，C919 年產能有望達到150 架。

國產民用航空發動機方面，以 C919 為例，當前仍采用CFM國際公司的LEAP-1C發動機，中國商飛公司在研的 CJ-1000A 發動機是我國第一款商用航空發動機產品，是目前裝配國產大飛機動力的替代選項，CJ-1000A 產品研制開創中國商用航空發動機產業發展先河，“1000”代表發動機推力等級在10000~1999kgf，“A”是第一型產品代號。2023 年 3 月，CJ-1000A 發動機首次裝備在運20 上，開始了最后階段的測試飛行，標志著 C919 客機向著 100%國產化的目標更邁進一步。

1.3 高溫合金是火箭發動機關鍵用材，商業航天將進入發展新階段

火箭發動機就是利用沖量原理，自帶推進劑、不依賴外界空氣的噴氣發動機。火箭發動機是噴氣發動機的一種，將推進劑貯箱或運載工具內的反應物（推進劑）變成高速射流，由于牛頓第三運動定律而產生推力。火箭發動機可用于航天器推進，也可用于導彈等在大氣層內飛行。大部分火箭發動機都是內燃機，也有非燃燒形式的發動機。 目前主流的火箭發動機有兩種：液體火箭發動機和固體火箭發動機。固體火箭發動機由藥柱、燃燒室、噴管組件和點火裝置等組成。藥柱是由推進劑與少量添加劑制成的中空圓柱體，置于燃燒室中。在推進劑燃燒時，燃燒室須承受3000℃左右的高溫和 100bar 以上的高壓。而液體火箭發動機一般由推力室、推進劑供應系統、發動機控制系統組成。推力室是將液體推進劑的化學能轉變成推進力的重要組件，由推進劑噴嘴、燃燒室、噴管組件等組成。推進劑通過噴注器注入燃燒室，經霧化、蒸發、混合和燃燒等過程生成燃燒產物，以高速從噴管中沖出而產生推力。燃燒室內壓力可達 200 大氣壓（約 202.65 bar）、溫度 3000—4000℃。

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。火箭發動機燃燒室需承受高溫（3000-4000℃）、高壓（20MPa）和高流速（2500-5000m/s）燃氣沖刷；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，對高溫合金材料要求極高。 2023 年 4 月，航天科技集團六院發布了三款為商業航天量身定做的液體火箭發動機，YF-102、YF-102V、YF-209 液氧甲烷發動機三款發動機將有力促進我國商業航天發展，并提升我國低成本大規模進入空間的能力。10 月20 日，航天科技集團第四研究院主辦的商業航天固體發動機產品推介會，推出6 款高可靠性、經濟性、具備國際先進水平的固體火箭發動機，標志著中國航天固體動力將加速進入高質量發展的新時期。

2.高溫合金需求持續增長，國產替代空間仍存

近年來，伴隨著我國航空航天領域的發展，軍用飛機規模擴大和更新換代，國產民用飛機走向世界舞臺，國產航空航天發動機不斷取得技術突破，研制進度不斷加快，國內高溫合金需求將迎來快速增長期。按照對重點優特鋼企業統計口徑，2022年重點企業高溫合金粗鋼產量 2.62 萬噸，同比增長17%；高溫合金鋼材產量1.16萬噸，同比增長 20%。

根據觀知海內咨詢預計，2022 年我國高溫合金的供給產量約為4.2萬噸，同比增長 10.53%，而對高溫合金的需求達到 7 萬噸，同比增長12.9%。據此計算，國內高溫合金缺口較大達 2.8 萬噸，存在一定的進口依存度，且供給增速低于需求增速，缺口有進一步擴大的趨勢。