科技工业基础材料行业:商业航天拉动不锈钢及高温合金需求.pdf

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  • 时间:2026/01/22
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科技工业基础材料行业:商业航天拉动不锈钢及高温合金需求。

历史:铝合金占据主导地位,不锈钢与高温合金应用有限

过去,在“固体/一次性液体火箭”的传统范式下,铝合金是火箭材料的绝 对主角,不锈钢和高温合金长期处于配角。在箭体材料方面,铝合金长期占 据绝对主导地位,经历铝镁、铝铜、铝锂的三代发展,广泛应用于箭体蒙皮、 贮箱、级间段等大部分结构,而不锈钢材料的应用极为有限。在动力系统方 面,固体火箭发动机燃烧室壳体材料大多采用超高强度钢,喷管采用碳/碳 复合材料;在液体火箭时代的早期,由于对燃烧室室压、比冲和重复启停次 数要求不高,高温合金仅应用于少量阀门、涡轮转子等部件。

现状:材料体系在以铝为主的基础上向“不锈钢+高温合金”渗透

目前火箭材料处于“传统铝合金为主体、新材料加速渗透”的过渡期。一方 面,铝合金仍是现役火箭主要方案;另一方面,在可复用技术带动下,结构 与动力系统的新材料渗透已经开始显现。在结构端,不锈钢箭体开始在少数 可复用火箭型号上试点应用,例如 SpaceX 星舰、蓝箭航天朱雀三号等, 相较传统铝合金方案,不锈钢箭体结构生产周期能够缩短约 40%。在动力 系统端,液体火箭发动机成为发射主力,高温合金是其热端部件的关键材料, 我们测算液体火箭发动机中高温合金平均用量为 28%。

未来:航天不锈钢与高温合金是火箭技术演进的大势所趋

展望未来:1)箭体结构方面,航天不锈钢具有适应极端高低温环境、焊接 性能优、加工制造速度快、材料成本较低等优势,为二子级再入回收、大直 径火箭结构以及低温燃料贮箱提供材料与工程基础。2)动力系统方面,火 箭发动机迭代的背后是燃烧室室压、热流密度与启停次数的阶跃上升,对材 料的耐温、导热与疲劳寿命等要求不断提升。在可复用场景下,单台发动机 设计寿命和单箭发动机配置数量同步上行,高温合金用量有望呈现“单机放 量+多机并联”的叠加效应。随着火箭发射进入规模化与可回收时代,我们 认为“箭体不锈钢材料+发动机高温合金”正在成为火箭新材料体系。

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