高溫合金項(xiàng)目可行性研究報(bào)告-現(xiàn)代工業(yè)裝備領(lǐng)域的關(guān)鍵材料

高溫合金在軍民工業(yè)領(lǐng)域運(yùn)用廣泛，是制造發(fā)動(dòng)機(jī)以及燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件的關(guān)鍵材料。國(guó)防建設(shè)的需求以及國(guó)家的大力支持持續(xù)推動(dòng)著高溫合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)前景廣闊。

一、高溫合金簡(jiǎn)介

高溫合金是指一般以鐵、鎳、鈷為基，能在大約600℃以上的高溫下抗氧化或腐蝕，并能在一定應(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作的一類(lèi)合金。鐵基高溫合金使用溫度一般只能達(dá)到700℃左右，多應(yīng)用于交通運(yùn)輸、石油化工、礦山冶金等領(lǐng)域；鈷基高溫合金受限于鈷元素的開(kāi)采和使用，尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)大范圍的推廣應(yīng)用；鎳基高溫合金在整個(gè)高溫合金領(lǐng)域占有特殊重要的地位，可以在高于1000℃的惡劣環(huán)境中保持較好的力學(xué)性能，因而廣泛地用來(lái)制造高性能的航空發(fā)動(dòng)機(jī)和各種工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的最熱端部件。

在研發(fā)應(yīng)用中，一般按制備工藝劃分成鑄造高溫合金、變形高溫合金和其他幾類(lèi)新型高溫合金。其中變形高溫合金應(yīng)用最為廣泛，大致占比達(dá)70%，鑄造高溫合金和新型高溫合金分別為20%、10%。

應(yīng)用從航空航天向其他工業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)展

高溫合金材料具備優(yōu)良的耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞，最初因制造工藝復(fù)雜，量產(chǎn)困難，主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。隨著技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)量的提升，逐漸被應(yīng)用到電力、機(jī)械、工業(yè)、汽車(chē)等領(lǐng)域。據(jù)Roskill統(tǒng)計(jì)，全球每年消費(fèi)高溫合金材料約30萬(wàn)噸，其中約55%用于航空航天領(lǐng)域，其次是電力領(lǐng)域，占20%。

高溫合金應(yīng)用領(lǐng)域

在航空航天領(lǐng)域，高溫合金是制造航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的關(guān)鍵材料。在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中，高溫合金應(yīng)用比例接近總重量的一半，逐漸呈現(xiàn)出復(fù)雜化、薄壁化、復(fù)合化、多位一體、無(wú)余量的趨勢(shì)。在先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，關(guān)鍵的熱端承力部件均為高溫合金，高溫合金用量占發(fā)動(dòng)機(jī)總重量的40%－60%以上，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能水平在很大程度上取決于高溫合金材料的性能水平。

在民用工業(yè)領(lǐng)域，高溫合金應(yīng)用面不斷擴(kuò)大，特別是耐高溫耐腐蝕合金在石油化工、玻璃和玻纖以及機(jī)械制造等行業(yè)的應(yīng)用有明顯的進(jìn)展。以工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)為例，其需求快速增長(zhǎng)，除用于發(fā)電外，還用于艦船動(dòng)力、天然氣輸送的加壓站等。此外，納米材料系列、生物醫(yī)學(xué)材料系列、電子工程用靶材系列等高溫合金產(chǎn)品也在不斷發(fā)展，以滿足相關(guān)高溫的腐蝕環(huán)境要求。

2、政策支持下我國(guó)高溫合金快速發(fā)展

我國(guó)高溫合金研發(fā)起步較國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家晚，在國(guó)防建設(shè)需要以及國(guó)家的大力支持下，經(jīng)過(guò)幾代人的努力，我國(guó)高溫合金已完成了從仿制、改進(jìn)到創(chuàng)新的轉(zhuǎn)變，合金的耐溫性能從低到高，新型材料得以開(kāi)發(fā)，生產(chǎn)工藝不斷改進(jìn)且產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高，并建立和完善了我國(guó)的高溫合金體系。最新出版的《中國(guó)高溫合金手冊(cè)》已包含201個(gè)合金牌號(hào)，可供航空、航天及其他工業(yè)部門(mén)選用。

師昌緒院士將我國(guó)高溫合金的發(fā)展分為三個(gè)階段。第一階段從1956年至20世紀(jì)70年代初，是我國(guó)高溫合金的創(chuàng)業(yè)和起始階段，由蘇聯(lián)專(zhuān)家指導(dǎo)下煉出的第一爐高溫合金GH3030拉開(kāi)序幕。1960年后，國(guó)際形勢(shì)要求我國(guó)必須獨(dú)立自主的研制和生產(chǎn)主要?dú)灀魴C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)所需的各種高溫合金材料，該階段主要成果是仿制前蘇聯(lián)高溫合金為主體的合金體系。

第二階段從20世紀(jì)70年代中到90年代中期，這是我國(guó)高溫合金的提高階段。材料研制全面引入歐美技術(shù)，參照國(guó)外的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在生產(chǎn)過(guò)程中建立嚴(yán)格的質(zhì)量管理體系，學(xué)習(xí)規(guī)范質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。這一階段，研制成功了多種新型的高溫合金，生產(chǎn)工藝技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量控制達(dá)到了一個(gè)新的高度。

第三階段是從20世紀(jì)90年代中至今這段時(shí)間,這是我國(guó)高溫合金發(fā)展的新階段。該階段，我國(guó)應(yīng)用和開(kāi)發(fā)出一批新工藝,研制和生產(chǎn)了一系列高性能、高檔次的新合金。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已形成了一批具有一定規(guī)模的母合金生產(chǎn)廠、鍛件熱加工廠、精密鑄件廠和研究機(jī)構(gòu)。

高溫合金的升級(jí)對(duì)于航空航天及其他工業(yè)部分的發(fā)展都有著重要的意義。特別是在航空航天領(lǐng)域，可以說(shuō)一代材料一代新型發(fā)動(dòng)機(jī)，材料是產(chǎn)業(yè)升級(jí)的基礎(chǔ)。高溫合金新材料及先進(jìn)制備技術(shù)的研究，助力航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)向更高承溫、更高性能、更低重量、更高可靠性、更低成本、更易維護(hù)等方向發(fā)展。為了促進(jìn)高溫合金行業(yè)的發(fā)展，近年來(lái)國(guó)家也出臺(tái)了一系列支持政策。

二、供給不足，行業(yè)生態(tài)健康

我國(guó)高溫合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，但技術(shù)與世界先進(jìn)水平仍存在差距，并且國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力不足，高端品種尚未實(shí)現(xiàn)自主可控，供需缺口較大。高溫合金新進(jìn)入壁壘高，產(chǎn)能增長(zhǎng)以現(xiàn)有廠商擴(kuò)產(chǎn)為主，增速較為緩慢。業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)格局良好，主要廠商形成競(jìng)合關(guān)系。行業(yè)特性促使高溫合金成為單價(jià)高、毛利高品種。

1、國(guó)內(nèi)供應(yīng)存缺口，單價(jià)高、毛利高

自1956年第一爐高溫合金GH3030試煉成功，迄今為止，我國(guó)高溫合金的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)經(jīng)歷了60多年的發(fā)展。60年的時(shí)間里，我國(guó)高溫合金從無(wú)到有，從仿制到自主創(chuàng)新，取得了不凡的成績(jī)。但目前來(lái)看，我國(guó)高溫合金仍存在供應(yīng)缺口，且高端品種尚未實(shí)現(xiàn)自主可控。關(guān)于高溫合金的產(chǎn)銷(xiāo)量，市場(chǎng)沒(méi)有統(tǒng)一計(jì)算口徑。特鋼協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示2019年會(huì)員企業(yè)高溫合金鋼產(chǎn)量為8499噸。2018年我國(guó)高溫合金材料年生產(chǎn)量約3.5萬(wàn)噸左右，消費(fèi)量達(dá)5.9萬(wàn)噸。2018年我國(guó)高溫合金產(chǎn)量約2.2萬(wàn)噸，市場(chǎng)需求量約3.7萬(wàn)噸。總體反映出高溫合金市場(chǎng)存在40%左右的供給缺口。因高溫合金產(chǎn)品具有很高技術(shù)含量，要求一定的技術(shù)儲(chǔ)備和研發(fā)實(shí)力，進(jìn)入壁壘相對(duì)較高。高端產(chǎn)品產(chǎn)能增長(zhǎng)將主要依靠現(xiàn)有企業(yè)產(chǎn)能的擴(kuò)張，但實(shí)際有效產(chǎn)量增長(zhǎng)較小，市場(chǎng)缺口短期較難填補(bǔ)。

同時(shí)，我國(guó)高溫合金材料對(duì)進(jìn)口的依賴(lài)度依舊較高。一是因技術(shù)相對(duì)落后，高端產(chǎn)品未完全國(guó)產(chǎn)化。在技術(shù)水平上，我國(guó)與美國(guó)、俄羅斯等國(guó)仍有著較大差距。比如在重型燃?xì)廨啓C(jī)、深海石油等應(yīng)用量大的產(chǎn)業(yè)，以及更高性能航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域，相關(guān)高溫合金材料產(chǎn)品還沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，產(chǎn)品依賴(lài)進(jìn)口。

高溫合金的特性及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)促使其價(jià)格及毛利始終保持較高水平。以撫順特鋼、鋼研高納、圖南股份為例，近三年其高溫合金產(chǎn)品均價(jià)在12-22萬(wàn)元/噸水平，毛利率保持在30%左右，具體因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品附加值高低、下游屬于軍品或民品客戶，原材料價(jià)格變動(dòng)、成材率情況而不同。

2、業(yè)內(nèi)競(jìng)合關(guān)系為主，進(jìn)入壁壘高

高溫合金行業(yè)生態(tài)健康，企業(yè)間主要為競(jìng)合關(guān)系。一方面因?yàn)樾袠I(yè)總供給尚不能滿足國(guó)內(nèi)需求，企業(yè)均以努力實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新、擴(kuò)大產(chǎn)能、滿足市場(chǎng)需求為目標(biāo)共同發(fā)展。另一方面因?yàn)楦邷睾辖饛V泛應(yīng)用于軍工領(lǐng)域，自主可控要求下很多對(duì)供應(yīng)商設(shè)置了雙流水制度。

高溫合金進(jìn)入壁壘高，體現(xiàn)在技術(shù)壁壘、銷(xiāo)售渠道、資金實(shí)力等方面。且新進(jìn)入者往往面臨產(chǎn)品成材率低的問(wèn)題，需要經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)間探索，進(jìn)行工藝改良，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，提升產(chǎn)品成材率。高進(jìn)入壁壘將使行業(yè)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)格局仍有望保持良好狀態(tài)。

高溫合金材料具有很高的技術(shù)含量，特種冶煉、精密鑄造等工序均需要技術(shù)沉淀，尤其是航空航天類(lèi)應(yīng)用產(chǎn)品對(duì)質(zhì)量可靠性、性能穩(wěn)定性、產(chǎn)品外觀尺寸精確性等方面都有著非常苛刻的指標(biāo)要求，加之后續(xù)工藝改良及成材率提升的行業(yè)發(fā)展要求，都需要長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)積累，高溫合金對(duì)企業(yè)技術(shù)儲(chǔ)備、研發(fā)實(shí)力和人才培養(yǎng)要求很高。

在銷(xiāo)售渠道方面，一是行業(yè)存在準(zhǔn)入壁壘，高溫合金應(yīng)用于軍品相關(guān)生產(chǎn)活動(dòng)必須通過(guò)嚴(yán)格審查并取得軍工資質(zhì)；在民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)、核電裝備等領(lǐng)域，也存在相應(yīng)的資質(zhì)認(rèn)證管理體系，生產(chǎn)廠家需要通過(guò)獲得相關(guān)行業(yè)準(zhǔn)入資質(zhì)和認(rèn)證，才能進(jìn)入市場(chǎng)。二是市場(chǎng)先入優(yōu)勢(shì)明顯，高溫合金主要應(yīng)用于各種極端惡劣環(huán)境下，故對(duì)下游客戶而言，性能穩(wěn)定性和質(zhì)量可靠性是其最重要的考慮因素，高溫合金產(chǎn)品通過(guò)下游客戶系統(tǒng)認(rèn)證所需時(shí)間周期可長(zhǎng)達(dá)3-5年，因此用戶在經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的試用程序而選定供應(yīng)商后，一般不會(huì)再輕易更換，后入者打通銷(xiāo)售渠道難度大幅增加。

在資金方面，高溫合金企業(yè)前期需投入大量資金購(gòu)置先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，且產(chǎn)品研發(fā)周期較長(zhǎng)，公司需持續(xù)投入支持新產(chǎn)品的迭代更新。

3、未來(lái)三年有萬(wàn)噸產(chǎn)能增量

因?yàn)楦邷睾辖痤I(lǐng)域新進(jìn)入者壁壘較高，行業(yè)產(chǎn)能增量主要來(lái)源于現(xiàn)有企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)。近年來(lái)，隨著下游需求的快速增長(zhǎng)，高溫合金供不應(yīng)求，主流廠商紛紛擴(kuò)建以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)、石化等領(lǐng)域的新增需求，在國(guó)家政策導(dǎo)向下國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程加速。但因生產(chǎn)工藝復(fù)雜，產(chǎn)品牌號(hào)眾多，且存在下游認(rèn)證周期長(zhǎng)等問(wèn)題，實(shí)際產(chǎn)量增速或小于產(chǎn)能增速。

三、需求放量，市場(chǎng)增長(zhǎng)可期

我國(guó)高溫合金需求增長(zhǎng)迅速，供需缺口短期難以彌補(bǔ)。發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，軍用飛機(jī)數(shù)量增加，發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)以及發(fā)動(dòng)機(jī)國(guó)產(chǎn)替代工作的推進(jìn)，高溫合金需求量增長(zhǎng)明確。燃?xì)廨啓C(jī)國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程不斷加速，在海軍艦艇建設(shè)以及燃?xì)廨啓C(jī)裝配比例提升，天然氣管網(wǎng)大規(guī)模建設(shè)以及燃?xì)獍l(fā)電項(xiàng)目增長(zhǎng)下相關(guān)領(lǐng)域高溫合金需求前景巨大。汽車(chē)方面，國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)量的提升以及國(guó)內(nèi)渦輪增壓車(chē)型占比持續(xù)提升，高溫合金消費(fèi)量將持續(xù)上漲。此外，在航天、核電、石化冶金等領(lǐng)域，高溫合金需求也在不斷增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2020-2025年間，需求復(fù)合增速達(dá)7.5%。

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求增長(zhǎng)明確

在先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，高溫合金用量占發(fā)動(dòng)機(jī)總重量的40%－60%以上，主要用于燃燒室、導(dǎo)向器、渦輪葉片和渦輪盤(pán)四大熱端部件，此外還用于機(jī)匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。發(fā)動(dòng)機(jī)的性能水平在很大程度上取決于高溫合金材料的性能水平。高推重比、低油耗和高可靠性是航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的主要目標(biāo)，為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推力和效率，要求盡可能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪進(jìn)口溫度，數(shù)據(jù)顯示，推重比為10的發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪進(jìn)口溫度已達(dá)1580-1650℃。

燃燒室是發(fā)動(dòng)機(jī)各部件中溫度最高的區(qū)域，燃燒室內(nèi)燃?xì)鉁囟瓤蛇_(dá)1500-2000℃，作為燃燒室壁的高溫合金材料需承受800-900℃的高溫，局部甚至高達(dá)1100℃以上。除需承受高溫外，燃燒室材料還應(yīng)能承受周期性點(diǎn)火啟動(dòng)導(dǎo)致的急劇熱疲勞應(yīng)力和燃?xì)獾臎_擊力。用于制造燃燒室的主要材料有高溫合金、不銹鋼和結(jié)構(gòu)鋼，其中用量最大、最為關(guān)鍵的是變形高溫合金。

導(dǎo)向器也稱(chēng)為渦輪導(dǎo)向葉片，用來(lái)調(diào)整燃燒室出來(lái)的燃?xì)饬飨颍菧u輪發(fā)動(dòng)機(jī)上承受溫度最高、熱沖擊最大的零部件，材料工作溫度最高可達(dá)1100℃以上，但渦輪導(dǎo)向葉片承受的應(yīng)力比較低，一般低于70MPa。該零件往往由于受到較大熱應(yīng)力而引起扭曲，溫度劇變產(chǎn)生熱疲勞裂紋以及局部溫度過(guò)高導(dǎo)致燒傷而報(bào)廢，因此導(dǎo)向器材料大多采用精密鑄造鎳基高溫合金。

渦輪葉片是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中工作條件最?lèi)毫右彩亲铌P(guān)鍵的部件，由于其處于溫度最高、應(yīng)力最復(fù)雜、環(huán)境最?lèi)毫拥牟课欢涣袨榈谝魂P(guān)鍵件。渦輪葉片在承受高溫的同時(shí)要承受很大的離心應(yīng)力、振動(dòng)應(yīng)力、熱應(yīng)力等。其所承受溫度低于相應(yīng)導(dǎo)向葉片50-100℃，但在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于受到氣動(dòng)力和離心力的作用，葉身部分所受應(yīng)力高達(dá)140MPa，葉根部分達(dá)280-560MPa，渦輪葉片材料大多也是精密鑄造鎳基高溫合金。渦輪葉片其結(jié)構(gòu)與材料的不斷改進(jìn)已成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能提升的關(guān)鍵因素之一。

渦輪盤(pán)在四大熱端部件中所占質(zhì)量最大。渦輪盤(pán)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的重要轉(zhuǎn)動(dòng)部件，工作溫度不高，一般輪緣為550-750℃，輪心為300℃左右，因此盤(pán)件徑向的熱應(yīng)力大，特別是盤(pán)件在正常高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于盤(pán)件質(zhì)量重達(dá)幾十至幾百千克，且?guī)е~片旋轉(zhuǎn)，要承受極大的離心力作用，在啟動(dòng)與停車(chē)過(guò)程中又構(gòu)成周期性的大應(yīng)力低周疲勞。用作渦輪盤(pán)的高溫合金為屈服強(qiáng)度很高、細(xì)晶粒的變形高溫合金和粉末高溫合金。

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，隨著軍機(jī)數(shù)量增加，發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)以及發(fā)動(dòng)機(jī)國(guó)產(chǎn)替代工作的推進(jìn)，高溫合金需求量有望迎來(lái)較快增長(zhǎng)。

裝備費(fèi)占比持續(xù)提升，軍機(jī)數(shù)量穩(wěn)步上漲。2019年7月國(guó)務(wù)院新聞辦公室發(fā)表《新時(shí)代的中國(guó)國(guó)防》白皮書(shū)，內(nèi)容顯示我國(guó)軍費(fèi)中裝備費(fèi)的占比持續(xù)提升，自2012年的36%提升至2017年的41%，軍費(fèi)增加用于加大武器裝備建設(shè)投入，淘汰更新部分落后裝備，升級(jí)改造部分老舊裝備，研發(fā)采購(gòu)航空母艦、作戰(zhàn)飛機(jī)、導(dǎo)彈、主戰(zhàn)坦克等新式武器裝備，穩(wěn)步提高武器裝備現(xiàn)代化水平。2017年裝備費(fèi)增速有所放緩，后期隨著軍改基本完成，裝備采購(gòu)明顯加速，軍品訂單恢復(fù)正常狀態(tài)。《World Air Forces 2021》數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)軍機(jī)數(shù)量為3260架，占世界軍機(jī)總量的6%，2011年來(lái)，軍機(jī)數(shù)量復(fù)合增長(zhǎng)率約為2.6%。

《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》在談到軍隊(duì)建設(shè)目標(biāo)時(shí)，首次提出"確保二〇二七年實(shí)現(xiàn)建軍百年奮斗目標(biāo)"，這是對(duì)既往建軍目標(biāo)與時(shí)俱進(jìn)的充實(shí)和具體化，充分體現(xiàn)了黨中央立足國(guó)家發(fā)展和安全戰(zhàn)略全局，奮力推進(jìn)強(qiáng)軍事業(yè)的戰(zhàn)略意志和堅(jiān)定決心。隨著軍用飛機(jī)數(shù)量的增長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用高溫合金也有望迎來(lái)較快增長(zhǎng)。此外，考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)、備貨需求以及高溫端使用壽命有限，存量發(fā)動(dòng)機(jī)因飛行訓(xùn)練帶來(lái)更換和大修需求，預(yù)期2020-2025年間，軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域高溫合金需求復(fù)合增速有望達(dá)到6.5%。

在民用航空領(lǐng)域，市場(chǎng)空間巨大，但全球市場(chǎng)已發(fā)展較為成熟，生產(chǎn)公司主要包括CFM、RR、GE、P&W等歐美企業(yè)，競(jìng)爭(zhēng)格局相對(duì)穩(wěn)定。

國(guó)內(nèi)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)起步較晚，隨著CJ1000商用大涵道比航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件的不斷攻克，作為C919的國(guó)產(chǎn)替代發(fā)動(dòng)機(jī)，未來(lái)有望成為國(guó)內(nèi)民用航發(fā)批量應(yīng)用的起點(diǎn)，形成高溫合金新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展前景巨大

燃?xì)廨啓C(jī)作為動(dòng)力裝置具有體積小、效率高、污染低、功率范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于工業(yè)發(fā)電、艦船、石油及天然氣管路輸送、供熱、礦井通風(fēng)等領(lǐng)域。工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)按功率等級(jí)劃分大體分為微型、輕型、中型、重型4個(gè)等級(jí)。

燃?xì)廨啓C(jī)的效率和可靠性很大程度上取決于熱端部件的技術(shù)水平，高溫合金主要用于渦輪葉片、燃燒室和渦輪輪盤(pán)三大核心部件。以重型燃?xì)廨啓C(jī)為例，目前形成了以美國(guó)GE、德國(guó)西門(mén)子、日本三菱重工為主的三大巨頭高度壟斷的局面，主流機(jī)型渦輪進(jìn)口溫度均在1350℃以上，熱端部件的材料幾乎均選用高溫合金。

燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作在高溫、易腐蝕和復(fù)雜應(yīng)力下，與航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片相比，對(duì)耐久性、抗腐蝕性要求更高。由于高度的合金化使得高溫合金塑性降低難于鍛壓加工，同時(shí)，氣冷技術(shù)需要的內(nèi)腔形狀復(fù)雜的葉片只有采用鑄造技術(shù)才能做到，渦輪葉片材料由鍛造合金向鑄造合金發(fā)展。

燃燒室是燃?xì)廨啓C(jī)承受溫度最高的部件，燃燒室材料應(yīng)具有足夠的高溫機(jī)械強(qiáng)度、良好的抗熱疲勞和抗氧化性、較高的高溫高周疲勞強(qiáng)度及蠕變強(qiáng)度。從工藝看，燃燒室材料還需具有非常好的成形性能及焊接性能，焊后熱處理開(kāi)裂的傾向性要小。為了滿足以上工況和工藝要求，燃燒室材料通常采用鎳基高溫合金。

燃?xì)廨啓C(jī)渦輪輪盤(pán)直徑是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的3-6倍。渦輪輪盤(pán)輪緣長(zhǎng)期工作在550-600℃，而輪盤(pán)中心工作溫度則降至450℃以下。不同部位的溫差造成了輪盤(pán)的徑向熱應(yīng)力非常大，輪盤(pán)外緣榫齒在燃?xì)廨啓C(jī)起停過(guò)程中會(huì)承受較高的低周疲勞載荷作用。故渦輪輪盤(pán)的材料在使用溫度下應(yīng)具有更高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，為此，除了合金鋼和耐熱鋼，渦輪輪盤(pán)在選材上也應(yīng)考慮選擇具有良好綜合性能的變形高溫合金。

在軍用領(lǐng)域，海軍艦艇建設(shè)以及燃?xì)廨啓C(jī)裝配比例的提升將帶來(lái)高溫合金的增量。美、英、蘇、德、日等國(guó)在20世紀(jì)70年代以后建造的水面艦艇的主動(dòng)力絕大部分采用全燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置或柴油機(jī)-燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合動(dòng)力裝置。40MW級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)用于萬(wàn)噸級(jí)驅(qū)逐艦、兩棲攻擊艦后續(xù)艦的綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)原動(dòng)機(jī)；20MW級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)用于萬(wàn)噸級(jí)驅(qū)逐艦及其后續(xù)艦、6000噸級(jí)驅(qū)逐艦、3000噸級(jí)護(hù)衛(wèi)艦的機(jī)械推進(jìn)主機(jī)或綜合電力系統(tǒng)電站原動(dòng)機(jī)；10MW級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)用于氣墊登陸艇等特種和小型水面艦艇的綜合電力系統(tǒng)電站原動(dòng)機(jī)。我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)相對(duì)落后。當(dāng)前，我國(guó)國(guó)產(chǎn)艦船用燃?xì)廨啓C(jī)已經(jīng)完成國(guó)產(chǎn)化批產(chǎn)階段，有

望在我國(guó)未來(lái)大型護(hù)衛(wèi)艦、大型驅(qū)逐艦和新型兩棲登陸艦等水面艦艇上廣泛引用。

在民用領(lǐng)域，由于我國(guó)"西氣東輸"、"北氣南下"和沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，以及分布式能源發(fā)展的需要，國(guó)內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)作為中大功率天然氣管道增壓中途中最廣泛的驅(qū)動(dòng)機(jī)，市場(chǎng)需求旺盛，隨著國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程的加速，高溫合金需求有望迎來(lái)快速爆發(fā)。2017年國(guó)家發(fā)改委及國(guó)家能源局印發(fā)《中長(zhǎng)期油氣管網(wǎng)規(guī)劃》提出到2020年全國(guó)油氣管網(wǎng)規(guī)模達(dá)到16.9萬(wàn)公里，其中天然氣管道10.4萬(wàn)公里；到2025年規(guī)模達(dá)到24萬(wàn)公里，其中天然氣管道16.3萬(wàn)公里的發(fā)展目標(biāo)，則未來(lái)5年復(fù)合增速達(dá)到9.4%。2015年底，全國(guó)天然氣管網(wǎng)為6.4萬(wàn)公里，2018年底，干線管道總里程達(dá)7.6萬(wàn)公里，復(fù)合增速5.9%，慢于規(guī)劃目標(biāo)。2019年底，國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)正式成立，從事油氣干線管網(wǎng)及儲(chǔ)氣調(diào)峰等基礎(chǔ)設(shè)施的投資建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，預(yù)期隨著我國(guó)天然氣用量的快速攀升，天然氣管網(wǎng)建設(shè)速度將穩(wěn)步提升。

我們假設(shè)未來(lái)五年我國(guó)天然氣主干管網(wǎng)建設(shè)速度每年提高1.4%，在2025年實(shí)現(xiàn)天然氣管道16.3萬(wàn)公里的發(fā)展目標(biāo)。從新疆輪南氣田到上海市區(qū)，全長(zhǎng)4000km，沿線約40個(gè)增壓站。假設(shè)平均每100公里需要1個(gè)增壓站，每個(gè)增壓站平均裝備1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)單體重量25噸，其中高溫合金用量占比40%，成材率30%，則對(duì)應(yīng)2025年高溫合金需求達(dá)7333噸，復(fù)合增速達(dá)25.7%。

重型燃?xì)廨啓C(jī)市場(chǎng)的增量來(lái)源于天然氣供應(yīng)的增長(zhǎng)，燃?xì)獍l(fā)電項(xiàng)目增長(zhǎng)帶動(dòng)高溫合金需求。燃?xì)獍l(fā)電具有能源轉(zhuǎn)換效率高、污染物排放少、啟停迅速、運(yùn)行靈活等特點(diǎn)。2019年9月，國(guó)家能源局印發(fā)《國(guó)家能源局關(guān)于將華能南通電廠燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電項(xiàng)目等24個(gè)項(xiàng)目列入第一批燃?xì)廨啓C(jī)創(chuàng)新發(fā)展示范項(xiàng)目的復(fù)函》，明確就22個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)和2個(gè)運(yùn)維服務(wù)項(xiàng)目開(kāi)展示范，示范項(xiàng)目聚焦長(zhǎng)期制約我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱部件等關(guān)鍵核心技術(shù)裝備，預(yù)期隨著各項(xiàng)技術(shù)的突破，我國(guó)重型燃?xì)廨啓C(jī)國(guó)產(chǎn)化率有望穩(wěn)步提高。據(jù)東方電氣集團(tuán)募集說(shuō)明書(shū)，近幾年，我國(guó)市場(chǎng)每年將新增15個(gè)大型天然氣發(fā)電項(xiàng)目，相當(dāng)于新增30臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)。三菱重工M701F燃?xì)廨啓C(jī)主體重415噸，假設(shè)大型燃?xì)廨啓C(jī)單機(jī)重量400噸，其中高溫合金用量占比20%，則重型燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)應(yīng)年高溫合金用量約2400噸。

汽車(chē)用高溫合金持續(xù)上漲

車(chē)用高溫合金主要應(yīng)用于汽車(chē)渦輪增壓器。渦輪增壓技術(shù)是提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率、降低油耗、減少?gòu)U氣排放的重要手段。增壓渦輪是增壓器的核心部件，其耐受溫度和使用壽命決定了整個(gè)增壓器的工作溫度和穩(wěn)定性。隨著增壓器的轉(zhuǎn)速提高、體積減小，其使用溫度逐漸升高，目前排氣溫度已達(dá)1000℃以上，世界各國(guó)普遍將增壓渦輪材料由耐熱鋼升級(jí)為鑄造鎳基高溫合金，國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用K213、K418、K419、K4002等牌號(hào)合金。

隨著國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)量的提升以及國(guó)內(nèi)渦輪增壓車(chē)型占比持續(xù)提升，高溫合金消費(fèi)量將持續(xù)上漲。汽車(chē)產(chǎn)量方面，2020年，疫情的爆發(fā)加速了汽車(chē)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)銷(xiāo)量觸底的過(guò)程。隨著相關(guān)刺激政策的推出，行業(yè)消費(fèi)情緒回暖，汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量穩(wěn)步提升。4月，在2019年相對(duì)低基數(shù)作用下，汽車(chē)單月產(chǎn)銷(xiāo)量恢復(fù)正增長(zhǎng)，并保持

較快增速。1-11月，汽車(chē)?yán)鄯e產(chǎn)量2237.2萬(wàn)輛，同比小幅下降3%。從長(zhǎng)期來(lái)看，我國(guó)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展空間巨大，從千人擁有量數(shù)據(jù)來(lái)看，2019年我國(guó)汽車(chē)千人擁有量為173，在世界銀行發(fā)布的全球20個(gè)主要國(guó)家千人汽車(chē)擁有量中排名第17位，數(shù)量遠(yuǎn)低于美國(guó)的837、澳大利亞的747、意大利的695等。渦輪增壓車(chē)型滲透率方面，據(jù)蓋世汽車(chē)研究院，隨著近年市場(chǎng)規(guī)模的增長(zhǎng)，中國(guó)乘用車(chē)渦輪增壓器滲透率不斷提高，2016年到達(dá)32%，預(yù)計(jì)2020年滲透率將達(dá)到48%。在節(jié)能減排的發(fā)展趨勢(shì)下，未來(lái)滲透率有望繼續(xù)提升。

我們假設(shè)未來(lái)五年我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量年增速為2%，渦輪增壓器滲透率每年提升1%。據(jù)圖南股份招股說(shuō)明書(shū)，每萬(wàn)輛汽車(chē)渦輪增壓器高溫合金用量約為3.5噸，則對(duì)應(yīng)2025年高溫合金需求量達(dá)5182噸，復(fù)合增速達(dá)4.0%。

核電建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)

在核電裝備制造業(yè)中，高溫合金材料主要應(yīng)用于承擔(dān)核反應(yīng)工作的核島內(nèi)。核電裝備中主要使用高溫合金的部件包括燃料機(jī)組、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、壓力容器、蒸發(fā)器以及堆內(nèi)構(gòu)件、燃料棒定位格架、高溫氣體爐熱交換器等。

核電核準(zhǔn)穩(wěn)步推進(jìn)，有望帶動(dòng)核電電源建設(shè)投資增長(zhǎng)，進(jìn)而拉動(dòng)高溫合金消費(fèi)。日本福島核事故發(fā)生后，2016-2018年我國(guó)核電核準(zhǔn)進(jìn)入停滯狀態(tài)，直到2019年7月山東榮成、福建漳州和廣東太平嶺核電項(xiàng)目核準(zhǔn)開(kāi)工，標(biāo)志著核電審批正式重啟。2020年9月國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議核準(zhǔn)海南昌江核電二期工程和浙江三澳核電一期工程，并指出積極穩(wěn)妥推進(jìn)核電項(xiàng)目建設(shè)，是擴(kuò)大有效投資、增強(qiáng)能源支撐、減少溫室氣體排放的重要舉措。

據(jù)圖南股份招股說(shuō)明書(shū)，一座100萬(wàn)千瓦的核電機(jī)組消耗500噸高溫合金。2020年6月，中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布《中國(guó)核能發(fā)展報(bào)告（2020）》提出，"十四五"及中長(zhǎng)期，核電建設(shè)有望按照每年6-8臺(tái)持續(xù)穩(wěn)步推進(jìn)，預(yù)計(jì)2020年底，我國(guó)在運(yùn)核電機(jī)組總裝機(jī)容量達(dá)5200萬(wàn)千瓦，在建核電機(jī)組裝機(jī)容量1900萬(wàn)千瓦以上；到2025年，在運(yùn)核電裝機(jī)達(dá)到7000萬(wàn)千瓦，在建3000萬(wàn)千瓦。假設(shè)未來(lái)每年新增500萬(wàn)千瓦核電機(jī)組，則預(yù)計(jì)帶來(lái)的年高溫合金需求量為2500噸。