高温合金分类、应用及需求情况如何？

航空航天领域加速发展，拉动高温合金需求。

1.优异的耐热先进材料，应用领域广泛

高温合金是以铁、镍、钴为基体元素，能在 600℃以上的高温环境下抗氧化、抗腐蚀、抗蠕变，并能在较高的机械应力作用下长期工作的合金材料，又称热强合金、耐热合金、超合金，广泛应用于航空航天领域和能源领域

按照制造工艺，高温合金可划分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末高温合金等，其中变形高温合金的热加工塑性较好，可以在锻轧机械的外力作用下塑性变形为特定形状和尺寸的锻件和型材，在固溶、时效状态下的高温强度优异，其需求量约占高温合金的 70%。 按照基体元素种类，高温合金可划分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金等，其中镍基高温合金的应用范围较广，需求量约占高温合金的80%。此外，还可以按照合金强化类型分为固溶强化高温合金和沉淀强化高温合金；可按照合金使用特性分为抗热腐蚀高温合金、低膨胀高温合金和高屈服强度高温合金；可按照合金用途分为涡轮叶片用高温合金、涡轮导向叶片用高温合金和燃烧室用高温合金等。

目前，高温合金主要应用于发动机领域，包括航空发动机、航天火箭发动机和各种工业用燃气涡轮发动机。根据 Roskill 统计数据，高温合金在航空航天领域的应用占比 55%，其次是电力领域，应用占比为 20%。作为飞机动力装置的航空发动机，是航空工业中技术含量最高、难度最大的部件之一，对结构材料的性能提出很高要求，特别是金属结构材料需要具备轻质、高强、高韧、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等性能。而高温合金作为在 600℃以上及一定应力条件下长期工作的金属材料，满足现代航空发动机对材料的苛刻要求，至今已成为航空发动机热端部件不可替代的一类关键材料。

高温合金第一大应用领域是航空航天领域，高温合金用量约占发动机总重量的40%-60%，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。随着我国发展自主航空航天产业，研制国产先进发动机不断取得突破，可预见高端和新型高温合金的市场空间广阔。

1.1 军机动力系统材料价值凸显，列装增量和维修存量市场潜力大

当今世界安全局势动荡，地区冲突频发，不确定性和不稳定性上升，根据国防需求和国民经济发展水平，近年来我国国防支出规模增速保持稳定，占财政总支出的比例有所提升。国防支出由 2012 年的 0.67 万亿元增长到2022 年的1.48万亿元，2022 年占财政总支出的 5.7%，10 年 CAGR 为 8.2%。2021 年，在财政总支出同比增速趋近于零的情况下，同年国防支出保持了适度稳定的增速。2023 年全国一般公共预算安排国防支出 1.58 万亿元，比上年执行数增长7.2%，2024 年全国一般公共预算安排国防支出 1.69 万亿元，比上年执行数增长 7.2%，保持国防支出合理稳定增长。根据《新时代的中国国防》白皮书，近年来增加的国防支出其中一个主要用途是在于加大武器装备建设投入，淘汰更新部分落后装备，升级改造部分老旧装备，研发采购航空母舰、作战飞机、导弹、主战坦克等新式武器装备，稳步提高武器装备现代化水平。

在现代战争中，空中力量是左右战局的关键因素之一。军用战斗机作为空中力量的重要组成部分，具备卓越机动性、强大的打击能力和远程作战能力，在空中作战和战略威慑中发挥着不可替代的作用。军用飞机和民用飞机由于用途不同，各组成部分价值有差异，但动力系统价值占比相对稳定。在军用飞机上，动力系统占整机价值比最高达25%，机体结构占比约为19% ；而民用飞机，机体结构最高达到36%，动力系统次之占比 22%。而航空发动机制造成本主要由原材料成本和劳动力成本组成，分别占比在 40%-60%，25%-35%。发动机使用的原材料主要是高温合金、钛合金和其他材料，高温合金价值占比约 35%，钛合金价值占比约30%，其他材料包括铝合金、钢等占剩下的 35%。

据 World Air Forces 报告，2023 年我国现役军用飞机数量达3,304 架，占全球军用飞机总数的 6%左右，数量落后于美国（25%）和俄罗斯（8%）。未来我国军用飞机的数量还有继续增长的空间，且伴随武器装备的更新换代，军用飞机的列装增量市场将带动高温合金需求增长。另据前瞻产业院数据，航空发动机全寿命周期要经历研发、采购、使用维护三个阶段，在全寿命周期费用占比分别为10%、40%、50%。使用维护阶段的费用占比最高，更新发动机零部件又占维护阶段费用的50%，发动机的维护和零部件的更新将进一步拉动高温合金在军用飞机存量市场的需求。

1.2 民航业复苏机队规模继续扩大，国产飞机研制加快抢占市场份额

2012 年-2019 年间，民航业完成旅客周转量的同比增速保持在10%-15%之间，受新冠疫情冲击，2020 年全行业完成旅客周转量同比骤降46%，并在2022年同比再次大幅下降 40%至 3914 亿人公里。与此类似，全行业完成货邮周转量在2020年和2022 年同比均下降约 9%，2022 年全行业完成货邮周转量回落至254 亿吨公里。

在旅客周转量和货邮周转量下行的背景下，民航运输机数量继续保持增长。截至 2022 年底，我国共有运输航空公司 66 家，比上年底净增1 家；境内运输机场（不含香港、澳门和台湾 地区）254 个，比上年底净增6 个；民航全行业运输飞机期末在册架数 4165 架，比上年底增加 111 架。进入 2023 年以来，民航当月旅客周转量和货邮周转量均快速持续回升，目前已恢复至疫情之前水平，伴随经济复苏，我们预计民航运输机数量规模将加快扩大，民用航空发动机以及高温合金的需求也将随之增长。

2023 年 10 月 1 日，工业和信息化部、科学技术部、财政部、中国民用航空局等4 部门联合印发《绿色航空制造业发展纲要（2023—2035 年）》，纲要提出，到2035年，建成具有完整性、先进性、安全性的绿色航空制造体系，新能源航空器成为发展主流，国产民用大飞机安全性、环保性、经济性、舒适性达到世界一流水平，以无人化、电动化、智能化为技术特征的新型通用航空装备实现商业化、规模化应用。根据中国商飞公司发布《中国商飞公司市场预测年报（2022-2041）》，未来二十年，中国航空运输市场将接收喷气客机 9,284 架，其中支线客机958 架，单通道客机6,288架，双通道客机 2,038 架。到 2041 年，中国的机队规模将达到10,007 架，占全球客机机队 21.1%。中国航空市场将成为全球最大的单一航空市场。目前国内的民航客机主要依靠进口，民航机队基本被波音与空客垄断。以我国三大国有民用航空运营集团中国国航、南方航空和中国东航的机队构成来看，截至2023 年末，三大航空公司共有飞机数量 2595 架，其中空客系列飞机1309架，占比50%；波音系列飞机 1202 架，占比 46%；中国商飞系列飞机仅74 架，占比3%。根据三大航空公司公布的年度引进计划，2024 年合计计划引进183 架飞机，其中中国商飞系列（ARJ21 和 C919）40 架，占比达到 22%。随着国产飞机的进一步成熟，国产飞机的引进占比还有巨大空间，近期三大航空公司已分别和商飞公司签订协议，分别购买 100 架C919 大飞机，计划于2024-2031年分批交付，按照南方航空最新公告，C919 飞机（基本型）单架售价高达0.99亿美元。目前中国商飞 C919 总订单数已接近 1500 架（包含确认订单和意向订单），订单数日益增长也推动 C919 产能逐步扩大，中国商飞计划在3-5 年内，投入几百亿元用于扩大产能，未来五年内，C919 年产能有望达到150 架。

国产民用航空发动机方面，以 C919 为例，当前仍采用CFM国际公司的LEAP-1C发动机，中国商飞公司在研的 CJ-1000A 发动机是我国第一款商用航空发动机产品，是目前装配国产大飞机动力的替代选项，CJ-1000A 产品研制开创中国商用航空发动机产业发展先河，“1000”代表发动机推力等级在10000~1999kgf，“A”是第一型产品代号。2023 年 3 月，CJ-1000A 发动机首次装备在运20 上，开始了最后阶段的测试飞行，标志着 C919 客机向着 100%国产化的目标更迈进一步。

1.3 高温合金是火箭发动机关键用材，商业航天将进入发展新阶段

火箭发动机就是利用冲量原理，自带推进剂、不依赖外界空气的喷气发动机。火箭发动机是喷气发动机的一种，将推进剂贮箱或运载工具内的反应物（推进剂）变成高速射流，由于牛顿第三运动定律而产生推力。火箭发动机可用于航天器推进，也可用于导弹等在大气层内飞行。大部分火箭发动机都是内燃机，也有非燃烧形式的发动机。 目前主流的火箭发动机有两种：液体火箭发动机和固体火箭发动机。固体火箭发动机由药柱、燃烧室、喷管组件和点火装置等组成。药柱是由推进剂与少量添加剂制成的中空圆柱体，置于燃烧室中。在推进剂燃烧时，燃烧室须承受3000℃左右的高温和 100bar 以上的高压。而液体火箭发动机一般由推力室、推进剂供应系统、发动机控制系统组成。推力室是将液体推进剂的化学能转变成推进力的重要组件，由推进剂喷嘴、燃烧室、喷管组件等组成。推进剂通过喷注器注入燃烧室，经雾化、蒸发、混合和燃烧等过程生成燃烧产物，以高速从喷管中冲出而产生推力。燃烧室内压力可达 200 大气压（约 202.65 bar）、温度 3000—4000℃。

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。火箭发动机燃烧室需承受高温（3000-4000℃）、高压（20MPa）和高流速（2500-5000m/s）燃气冲刷；高性能涡轮泵需承受超低温液氧和燃料的冲刷，且转速高、压力大、密封性要求高，对高温合金材料要求极高。 2023 年 4 月，航天科技集团六院发布了三款为商业航天量身定做的液体火箭发动机，YF-102、YF-102V、YF-209 液氧甲烷发动机三款发动机将有力促进我国商业航天发展，并提升我国低成本大规模进入空间的能力。10 月20 日，航天科技集团第四研究院主办的商业航天固体发动机产品推介会，推出6 款高可靠性、经济性、具备国际先进水平的固体火箭发动机，标志着中国航天固体动力将加速进入高质量发展的新时期。

2. 高温合金需求持续增长，国产替代空间仍存

近年来，伴随着我国航空航天领域的发展，军用飞机规模扩大和更新换代，国产民用飞机走向世界舞台，国产航空航天发动机不断取得技术突破，研制进度不断加快，国内高温合金需求将迎来快速增长期。按照对重点优特钢企业统计口径，2022年重点企业高温合金粗钢产量 2.62 万吨，同比增长17%；高温合金钢材产量1.16万吨，同比增长 20%。

根据观知海内咨询预计，2022 年我国高温合金的供给产量约为4.2万吨，同比增长 10.53%，而对高温合金的需求达到 7 万吨，同比增长12.9%。据此计算，国内高温合金缺口较大达 2.8 万吨，存在一定的进口依存度，且供给增速低于需求增速，缺口有进一步扩大的趋势。