高温合金各领域应用情况如何？

下游需求旺盛，细分赛道持续增长。

1、航空发动机领域

航空发动机是高温合金最重要的应用领域，其技术进步与高温合金的发展密 切相关。随着新型航空发动机对推重比的要求不断提高，对高性能高温合金材料 的依赖越来越大。航空发动机材料进入冷端以钛为主、热端以镍为主的镍、钛、 钢“三足鼎立”的时代。

新型的先进航空发动机中，高温合金用量占发动机总重量的 40-60%以上， 主要用于燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘四大热端部件，此外还用于机匣、 环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。

军用航发市场增长空间广阔

根据 World Air Forces 2022，至 2021 年末，中国军队共有 3285 架军用飞 机，低于美国的 13246 架和俄罗斯的 4173 架，仅占全球的 6%，居全球第三位。 而2021年中国GDP占全球经济比重超18%，军用飞机数量的全球占比仅为GDP 占比的 1/3，与我国经济实力严重不符，未来有着较大的增长空间。 在细分种类上，我国在除战斗机之外的各类军机数量上都落后于美国和俄罗 斯，且战斗机中有一部分为正在退役中的老旧二、三代（按五代机方法换分）战 机。随着战斗机的升级换装和其他类型军机的补短板列装，军用发动机市场将有 着广阔的市场空间。

结合高温合金的使用情况，我们将对发动机需求分为三个板块——新增飞机 发动机装机需求、现役飞机发动机换装需求、发动机维修需求。 发动机换装需求方面：当前军用航空发动机寿命大多数为 1000-2000h，我 们取发动机平均寿命 1500h，假设军用飞机每年训练时长约 300h，则军用航空 发动机每 5 年需要更换一次。 发动机维修需求方面：民用发动机全寿命期的维修成本约占 50%，与发动 机本身的价值相当。一般而言，航空发动机在选材时会参考其全寿命期的维修成 本，当维修成本高于采购成本 2 倍时，则会选择其他替代材料，因此我们假设维 修成本与发动机采购成本相同。 新增飞机发动机需求方面：主要考虑未来军用飞机的增量。 综合以上假设，我们测算出 2025 年我国军用航空发动机需求总计 6055 台。

民用航发市场发展未来可期

根据 BOEING 公司发布的《Commercial Market Outlook 2022-2041》， 未来 20 年全球民用航空领域预计将新增 21,180 架，其中窄体客机数量预计将 从 2021 年的 16,520 架增加到 2041 年的 32,770 架，增量贡献最大。我们假设 未来 20 年，全球商用飞机数量匀速增长。

在发动机方面，参考军用发动机的测算模式，应当将航空发动机需求同样拆 分为三个板块——新增飞机发动机需求、现有发动机换装需求、发动机维修需求。 新增飞机发动机需求方面：由于民用发动机市场主要由海外航发巨头垄断， 我国参与国际转包业务而承担部分零件供应业务，因此新增发动机需求高温合金 需求采用全球发动机市场需求为基础进行测算。 现有发动机换装需求方面：一台民用大涵道发动机使用寿命约 20 年，与民 用飞机运营寿命接近，因此正常使用情况下，新增飞机不考虑发动机换装需求， 仅考虑当前存量飞机的发动机换装需求。 参考 LEAP 发动机（1A 2368kg）和 CFM56 发动机（1945kg），我们假设 单台民用航空发动机平均重量为 2 吨，可以计算出 2025 年我国民用新增飞机发 动机+现有发动机换装共计需求高温合金零部件 1012 吨。

发动机维修需求方面：我们认为发动机维修市场主要由国内自行完成。民用 航空发动机在全寿命周期中维修费用约占 50%（即维修费用与发动机本身价值 量接近），我们假设民用航空发动机全寿命维修高温合金需求也与发动机初始高 温合金用量接近。 我们结合中国商飞发布《中国商飞公司市场预测年报（2022-2041）》对未 来中国市场商用飞机数量的展望，假设商用飞机总数未来 20 年匀速增长，可以 测算出 2025 年发动机维修用高温合金零部件质量约 534 吨。

虽然目前国产 C919 飞机仍采用进口航空发动机，但国产商用航空发动机 CJ-1000A 正在研制中，未来将运用在 C919 大飞机之上。随着商用航发国产替 代的推进，包括高温合金供应商在内的国内配套制造企业也将大大受益，充分享 受到国内民用航空的市场红利。

2、航天发动机领域

高温合金是火箭发动机核心部件燃烧室和涡轮泵的关键用材。液体火箭发动 机主要由燃烧室和喷管、涡轮泵和活门自动器三大部分组成。其中燃烧室和喷管 容纳推进剂燃烧，产生 3000℃以上的高温和 30-200 个大气压的高压气体并高 速从喷管喷出，形成强大的推力；涡轮泵的作用是对氧化剂和燃烧剂提高压力， 以便注入燃烧室。

我国航天产业的发展对高温合金提出了持续的需求。目前，我国已研制出 GH4586、K4169 及可锻可焊的 GH4202（K4202）合金，用于生产我国新一代 液氢-液氧火箭发动机 YF-77 和液氧-煤油高压补燃火箭发动机 YF-100 的关键部 件。其中，GH4202 高温合金用量占火箭发动机高温合金总用量的 40%以上。

2021 年我国航天共实施宇航发射任务 55 次，居世界第一。我国未来主力运 载火箭长征七号采用的 YF-100 液氧-煤油火箭发动机单台质量为 1.9 吨，每枚火 箭采用 6 台 YF-100 火箭发动机，而每枚火箭涡轮泵及燃烧室总质量占比约 25.3%，即每枚长征七号火箭所用高温合金部件质量约为 2.88 吨。若假设高温 合金部件成材率为 30%，则每枚长征七号所需高温合金质量为 9.6 吨。假设未 来每年航空发射次数保持在 50 次左右，则预计每年航天发射所需高温合金重量 约 480 吨。 此外，各类型导弹武器在发动机中也会使用到高温合金。高温合金无余量整 体精密铸造涡轮转子、导向器等部件是小型涡轮发动机的关键核心部件，可用于 先进中远程反舰导弹、空地导弹、巡航导弹等。美国空军也曾在“阿萨姆”计划 （ASALM，先进战略空射导弹）中为应对 ASALM 速度高、射程远的要求以及表 面温度超过 593℃的特点，将燃料箱、亚声速进气道包括前框架、后隔框、进气 道、下后整流罩、鞍形零件、前后蒙皮、鞍形零件延伸板、隔板 9 种零件全部选 用 Inconel718 高温合金（国内牌号 GH4169）制造。目前我国应用到导弹发动 机的高温合金母合金材料有 K41、K487 等，随着实战化军事训练的不断推进， 演习用导弹也会为高温合金需求带来新的增长点。

3、其他应用领域

燃气轮机

燃气轮机是以连续流动的气体为介质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变 为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。它的结构与飞机喷 气式发动机一致，构造有四大部分：空气压缩机，燃烧室，叶轮系统及回热装置。

燃气轮机主要用于地面发电机组和船舶动力领域，工作环境需要承受高硫燃 气和海水盐分的腐蚀，工作寿命要求达到 50,000-100,000 小时。涡轮盘在工作 时转数接近 10,000 转/分钟，要求材料耐用温度达到 600℃以上，因此设备部件 材料必须使用具有耐高温、较高蠕变强度的高温合金材料，目前国内外主要采用 镍基高温合金进行制造。 目前重型燃气轮机主要由三菱重工、通用电气、西门子、阿尔斯通等公司开 发，轻型燃气轮机方面，世界主要航空发动机公司罗尔斯·罗伊斯、通用电气、 普拉特·惠特尼等由航空发动机改型研制了 3 代轻型燃气轮机。 我国上海电气、东方电气、哈尔滨汽轮机厂等大型发电设备制造集团在生产 规模和生产技术等方面近年来有了较大提高，拉动了对发电设备用的涡轮盘的需求。随着我国燃气轮机自主化能力的逐步，后续实现量产将带动对高温合金的需 求，国产燃气轮机的大规模应用将为国内高温合金行业带来广阔的市场前景。