高溫合金分類及市場空間如何？

高溫合金主要按基體元素種類以及制造工藝方式進行分類。

按基體元素劃分：根據《高 溫合金材料學》（郭建亭，【科學】，2008 年 4 月 1 日出版），高溫合金按合金的主要元素分 為鐵基、鎳基、鈷基高溫合金。2）按制造工藝方式劃分：高溫合金可分為變形高溫合金、 鑄造高溫合金和新型高溫合金，其中變形高溫合金合金化程度較低，強化相數量較少，因 而熱加工塑性較好，可連續生產，根據中研網，2024 年變形高溫市場占比達 70%。鑄造高 溫合金是通過真空重熔直接澆鑄成型的高溫合金，其特點可以通過鑄造工藝直接成型，主 要用于制造形狀比較復雜的產品，缺點是不適合進行熱加工。此外，高溫合金不斷發展和 演變，已發展出粉末高溫合金、金屬間化合物等新型高溫合金。

航空發動機工作過程中的熱力學循環為布雷頓循環。就噴氣式發動機而言，初始狀態 1 表 示大氣氣體狀態，氣體經由進氣道被吸入壓氣機壓縮的過程是 1-2 的等熵壓縮過程，理想 情況下在這個階段，空氣的總熵不變，氣體受壓縮作用使得溫度上升。氣體從點 2 到點 3 是在燃燒室中進行等壓加熱。經過燃燒室加熱后高溫氣體經過渦輪等熵膨脹（對應 3-4 的 循環階段），在這個過程中推動渦輪做功，自身內能下降溫度降低。分析布雷頓熱力學循環 可以看出，3 點的溫度越高，氣體在渦輪前內能越高，在經過渦輪時膨脹做功也越多，進 而推動發動機產生更大的推力。這一點的溫度也叫渦輪前溫度，是航空發動機的重要設計 參數，目前噴氣發動機普遍能到 1400K 以上，一些戰斗機搭載的發動機渦輪前溫度能到 2000K 左右，對發動機熱端材料及冷卻系統設計提出了巨大挑戰。因此，動力領域對工作 溫度要求的提升將帶動相關材料的升級換代。

軍機的換代伴隨著高溫合金的升級。第一代渦噴發動機的核心材料是變形高溫合金，核心 材料工作溫度 650°C，到第四代的渦扇發動機，核心材料工作溫度已經達到了 1200°C， 采用了單晶高溫合金。歷代軍機的換代一直伴隨著發動機核心材料——高溫合金的升級。 高溫合金的升級需要研發的支持。在航空工業的發展需求牽引下，中國高溫合金先后研制 出了變形、鑄造、等軸晶、定向凝固柱晶和單晶合金體系。上述高溫合金的相繼問世，不 斷地推動航空工業向前發展。

我國空軍目前正在向戰略空軍轉型，2021-2030 年帶來軍機需求規模約 1.95 萬億元。當前 我國軍用飛機正處于更新換代的關鍵時期，未來 10 年現有絕大部分老舊機型將退役，殲-10、 殲-11、殲-15、殲-16 和殲-20 等將成為空中裝備主力，新一代先進機型也將有一定規模列 裝，運輸機、轟炸機、預警機及無人機等軍機也將有較大幅度的數量增長及更新換代需要。 假設 2021-2030 年二代機全部替換為三代機，且戰斗規模按機種結構達到美國的 1/2，我們 預計未來十年中國軍機將有 1.95 萬億元的市場空間。結合前瞻產業研究院對 2021-2030 年 中國軍機需求規模及市場空間預測情況，2030 年市場規模將達到 19508 億元。

據前瞻產業研究院發布的研究數據，發動機占軍用飛機成本的 25%，綜合以上數據，我們 預測 2021-2030 年新裝發動機市場規模達到 4877 億元，年均 487.7 億元。

按發動機生命周期費用拆分：研發、整機制造、運營維修分別占 10%、40%和 50%。航空 發動機全壽命周期要經歷研發制造、采購、使用維護三個階段。研發階段分為設計、試驗、 發動機制造、管理等環節。在全壽命周期中，研發制造、采購、維護的比例分別為 10%、 40%、50%左右。一臺民用大涵道發動機使用壽命約 25 年，平均每 5 年進行一次大修，發 動機維修即對發動機部件進行檢測、修理、排故、翻修及改裝等，在全壽命周期中維修費 用約占 50%，與發動機本身的價值相當。考慮到“全面聚焦備戰打仗”背景下訓練量所增加， 以及軍用航空發動機本身性能要求較高，工作環境較惡劣，因此我們預估軍用航發使用壽 命約 4~5 年，使用壽命內維修 2 次。

美國軍用飛機保有量是我國的 4 倍以上，我國軍用飛機總量提升空間大。結合《World Airforces 2021》，按照目前我國軍用飛機構成測算，截至 2020 年航空發動機保有量為 9600 臺，對標美國的軍用飛機 1.3 萬臺保有量水平，航空發動機保有量須達到 3.8 萬臺。

我國戰斗機實際數量或略高于《World Airforces 2021》保有量數據，結合華泰軍工組已發 布報告《航空發動機：國之重器，萬里鵬程》（2022.9.15 發布），我們預計到 2030 年，三 代機與四代機的保有量預計在 3000 架左右，其中單發三代半機約 2000 架，雙發四代機約 1000 架。根據中國產業信息網預測，2019 年軍用飛機整機采購成本和生命周期內維修成 本的比例接近 1:1，我們假設：①目前存量飛機截止 2030 年平均換發 2 次且每次換發周期 中經歷 2 次維修，共 4 次大修；②考慮到存量飛機舊機型占比較高，多數戰機服役期滿后 直接報廢無須換發維修，我們假設存量飛機僅 30%需要大修；③至 2030 年增量飛機平均 換發 0.5 次：以 5 年換發 1 次計算，2025 年及之前列裝的飛機到 2030 年需換發 1 次， 2025-2030 年列裝的飛機到 2030 年無需換發，假設新增飛機按勻速增加，則平均換發次數 為 1/2*1+1/2*0=0.5 次, 每次換發周期中經歷 2 次維修，平均約 1 次大修；④各類型飛機單 價參考國外同類型單價，發動機占軍用飛機成本的 25%；⑤發動機采購費和維護保養費按 照 1:1 預估；⑥考慮換發發動機來自于備發，因此不再單獨考慮備發數。

據此測算，從 2021~2030 中國軍用航空發動機維修市場總規模為 7307.64 億元，結合上文 對 2021-2030 年新裝發動機市場規模 4877 億元的預測，2021-2030 年我國軍用航發市場 合計約 12184.64 億元。 2021 年，我國主要航空主機廠中，沈飛、西飛、陜飛、洪都、中航直升機、成飛、貴飛也 總收入在 1469.50 億元左右，考慮到西飛、沈飛、成飛之間有一定的互相配套關系，此外 各主機廠還有一部分維修業務，故在總收入的基礎上乘以 80%，則航空裝備采購費用在 1175.60 億左右。根據前瞻產業研究院發布的研究數據，發動機占軍用飛機成本的 25%， 則對應我國 2021 年航空發動機的市場達到 293.90 億元。根據上文預測 2021-2030 年中國 軍用航空發動機維修市場總規模為 12184.64 億元，則對應 2022-2030 年我國軍用航發市 場規模復合增速約為 29.45%。

據前瞻產業研究院發布的研究數據，發動機占軍用飛機成本的 25%，材料成本占發動機成 本的 50%，而高溫合金占材料成本約 35%。據此測算，從 2021~2030 年我國軍用航發用 高溫合金年均市場達 213.23 億元。

高溫合金整個行業具有較為明顯的寡頭特征，復雜的工藝決定了其成材率低、生產周期長， 具有較高的技術壁壘。同時，該行業無論是軍品還是民品均涉及到產品認證問題，為該行 業構筑了天然的進入壁壘。通常研究所以及各高校的研究團隊在研發出新的高溫合金后， 研究團隊會偕同冶金廠熔煉合金錠試驗件，合金錠經鍛造廠檢驗合格后，將被制成鍛件， 鍛件由零部件廠檢驗合格后，將進行加工變成零部件去檢驗。以上各檢驗環節由研究所主 導，待各環節檢驗合格后，該牌號的高溫合金才可以納入軍品體系。

高溫合金產業鏈呈現上游母合金供給以撫順特鋼為主、下游零部件需求以航發應用為主的 兩端集中的格局。國內高溫合金產業鏈包括上游母合金冶煉、中游零部件毛坯件成形（包 括重熔鑄造、鍛造、粉末冶金等工藝）以及下游成品零部件加工、零部件組裝和設備總裝。 產業鏈中游，根據毛坯件成形工藝不同，分為鑄造、鍛造、粉末冶金以及其他高溫合金熱 加工。產業鏈下游企業從事成品零部件加工、零部件組裝和設備總裝業務。國內航發高溫 合金成品零部件加工市場壁壘高，以中國航發集團下屬主機廠為主。