高温合金性能、分类、下游应用与需求如何？

高温合金为两机核心原材料，下游覆盖军民多领域。

高温合金通常以铁、镍、钴为基体元素，与其他金属或非金属元素熔合而成，能在一定应 力作用下长期工作。高温合金不仅具备优良的高温强度、良好的抗氧化和耐腐蚀性能，而 且还有良好的综合性能，如蠕变性能、疲劳性能、断裂韧性、组织稳定性、工艺性能等。 基于上述性能特点，且高温合金的合金化程度较高，又被称为“超合金”，是广泛应用于 航空航天、燃气轮机、石油化工、汽车涡轮、船舶的一种重要材料，是国防建设、航天航 空、燃气轮机、能源、船舶等战略性产业的关键战略材料。

按制备工艺，高温合金可分为铸造高温合金、变形高温合金和粉末高温合金。  铸造高温合金：铸造高温合金在航空发动机上主要用于涡轮叶片、导向叶片等，在燃 气轮机上主要用于透平叶片。铸造高温合金强化相数量较多，不易变形加工，因此重 熔高温合金母合金，在铸造型腔内浇注为铸件，通常用于制造航空航天发动机和燃气 轮机等先进动力装备的关键热端部件，其需求量约 20%；按结晶方式可细分为等轴、 定向以及单晶铸造高温合金。 变形高温合金：变形高温合金在航空发动机上主要用于盘件、轴件、环形件、紧固件、 钣金件等，在燃气轮机上主要用于透平盘和燃烧室。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%。其余 10%需求量为粉末 高温合金。

按基体元素，高温合金可分为镍基高温合金、铁基高温合金和钴基高温合金。镍基高温合 金的应用范围较广，需求量约占高温合金的 80%。

高温合金下游应用覆盖军民两域。航空发动机为高温合金的核心应用领域，近年来高温合 金的应用领域在民用和军工领域的应用持续拓展，发展前景广阔： 民用：柴油机增压涡轮、烟气轮机叶片和盘、冶金轧钢加热炉垫块、内燃机排气阀座 等方面，耐高温耐腐蚀合金在石油化工、玻璃和玻纤以及机械制造等行业均有应用。 军工：目前镍基高温合金是现代航空发动机、航天器和火箭发动机以及舰船和工业燃 气轮机的关键热端部件材料（如涡轮叶片、导向器叶片、涡轮盘、燃烧室等），也是 核反应堆、化工设备、煤转化技术等方面需要的重要高温结构材料。 未来在军用和民用领域的双重拉动下，高温合金的需求量有望进一步提升。根据 QYresearch 调研显示，全球高温合金市场销售额预计 2030 年将达到 1,080 亿元，年复 合增长率（CAGR）为 6.4%（2024-2030）；根据上大股份招股说明书数据，到 2026 年 我国高温合金市场规模将增长到 342 亿元。 国内高温合金存在较大供给缺口，存在一定的进口依存度。根据上大股份招股说明书数据，目前国内高温合金的进口依存度仍有接近 50%，高温合金市场的供给缺口超 2 万吨。供 需缺口扩大主要系 1）行业壁垒高、行业产能增长以现有厂商扩产为主；2）高温合金生 产工艺复杂、下游认证周期长导致产能扩张速度较为缓慢。

航空发动机是现代工业“皇冠上的明珠”，是高温合金最重要的应用领域。航空发动机的 技术进步与高温合金的发展密切相关，高温合金是推动航空发动机发展最为关键的结构材 料。随着对新型的先进航空发动机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。 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、涡轮导向叶片、涡轮工作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。

全球民用飞机市场前景广阔，行业高景气度传递至上游高温合金厂商可期。综合考虑全球 经济的增长、航空运输业的发展、即将到来的飞机退役潮以及民众对于环保出行的重视等 因素，根据波音公司发布的《Commercial Market Outlook 2021-2040》数据，预计全球 民用飞机的数量将从 2019 年的 25,900 架增长至 2040 年的 49,405 架，期间新增交付 43,610 架。同时，波音公司预计届时中国民用飞机数量将达到 9,630 架，超过美国成为 全球民用飞机规模最大的国家。 如假设平均每架民航飞机配备 2 台发动机且每台发动机消耗高温合金 4 吨（考虑部件成材 率的影响），即使不考虑维修因素，那么2020年至2040年全球民航市场新增交付的43,610 架民用飞机对高温合金的需求量将约 35 万吨。

航发维修后市场广阔，有望带动高温合金需求向上。根据《2024—2033 年全球发动机维 修市场需求预测》，未来 10 年全球民用发动机维修市场将达到 5533 亿美元，其中宽体飞 机发动机维修市场可达 2587 亿美元，窄体飞机发动机维修市场可达 2538 亿美元，两者 总共占据维修市场 92.6%的份额。中国维修后市场也将达到 719 亿美元，宽体、窄体飞机发动机分别拥有 415 亿美元、290 亿美元的份额。

全球航空发动机市场呈现寡头垄断格局。航空发动机具有复杂性和高壁垒性，加上技术转 移的限制，目前全球能自行设计研制飞机的国家仅有几十家，能独立研制高性能航空发动 机的国家仅有美国、英国、法国、俄国、中国等少数国家，商用航空发动机主要被 GE 通 用电气航空、P&W 普拉特·惠特尼、RR 罗尔斯·罗伊斯、CFM 国际公司等公司垄断。 根据《Commercial engines 2023》数据显示，2022 年 6 月 30 日到 2023 年 6 月 30 日， CFM/P&W/GE/RR 航空发动机交货量分别为 1356/638/192/190 台，市占率分别为 57%/27%/8%/8%。

全球航空供应链进入瓶颈期，主要航发主机厂开始尝试自建产能及新扩供应链。法国赛峰 一再下调 2024 年 Leap 发动机的出货量，供应链脆弱不稳定，作为应对，法国赛峰在比 利时新建了一座压气机叶片工厂预计 2025-2026 年会陆续释放产能。同时，赛峰展现出 与国内供应商合作的明显倾向。2024 年 7 月，赛峰集团总负责人一行 7 人造访宝钛股份， 并为其颁授认证批准供应商奖杯；2025 年 4 月，赛峰先后交流访问应流股份、航亚科技， 意在进一步展开深入合作交流。

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。按其输出功率，燃气轮机可以分为微型、 轻型和重型，前两者通常由航空发动机改装，功率通常在 50MW 以内，可用于工业发电、 船舶动力、分布式发电等；后者功率通常在 50MW 以上，主要用于陆地上固定的发电机 组。按燃烧室温度，燃气轮机可以分为 E 级、F 级、G 级和 H 级等多个等级。 燃气轮机的核心部件是压气机、燃烧室和燃气透平。受工作环境的限制，燃烧室和燃气透 平的主要使用镍基高温合金和钴基高温合金制造。工业燃气轮机与航空发动机存在差异， 对高温合金应用提出不同要求： 1) 工业燃气轮机通常要求在 5×104h 的寿命周期内不需进行大修，而航空发动机的寿命 远低于 5×104h； 2) 工业燃气轮机部件的尺寸和重量都远大于航空发动机，尤其是发电用重型燃气机。长 寿命、大尺寸和大重量的特点要求工业燃气轮机用高温合金必须具有更好的高温长时 组织稳定性、耐热腐蚀性能、铸造工艺性能，以及更低的制造成本。

高温合金主要应用于燃气轮机燃气透平叶片、燃气轮机透平轮盘、燃气室等部件。目前， 已经投入商业运行的 H 级重型燃气轮机的工作温度已经超过 1430℃，已经得到实机运行 验证的 J 级燃气轮机的工作温度达到 1600℃。随着燃气轮机参数的不断提高，工业燃气 轮机透平叶片进气温度也越来越高，结构比较复杂，只能采用铸造高温合金制造。目前， 西门子公司和 GE 公司出产的 H 级重型燃气轮机透平 1 级叶片已经分别采用第一代单晶 1483 和第二代单晶材料 Rene N5 制造，F 级重型燃气轮机透平 1 级叶片早已采用定向凝 固合金 DS GTD111 合金制造。

受益于技术发展、电力需求扩大及环保要求提高，全球燃气轮机市场规模不断增长。根据 Fortune Business Insights 预测，全球燃气轮机市场规模在 2024 年的价值为 239.6 亿美 元，预计将从 2025 年的 252.6 亿美元增长到 2032 年的 347.5 亿美元，在预测期内的复 合年增长率为 4.66％。北美为主要燃气轮机市场，2024 年占据全球市场份额 35.68％。

AI 需求增长推动全球数据中心电力需求激增。AI 是能源密集型产业。全球范围内，数据 中心在 2024 年消耗了大约 1.5%的电力。目前对 AI 相关服务的需求日益增加，驱动数据 中心的投资快速增长，数据中心规模持续扩大。在电力消耗方面，一个常规的数据中心可 能在 10-25 兆瓦（MW）左右，一个超大规模的、以 AI 为重点的数据中心可以拥有 100 MW 或更多的容量，每年消耗的电力相当于 10 万户家庭。以 AI 为重点的数据中心正在扩大规 模，以适应越来越大的模型和对 AI 服务日益增长的需求。 根据 IEA 基础模型预测，2030 年全球数据中心电量需求将达 945TWh，相比 2024 年（数 据中心电量需求 415TWh）增长一倍以上。其中，AI 发展为核心驱动力，到 2030 年，AI 数据中心的电力需求将实现翻两番以上的增长。

自备电源或成为大型数据中心电力需求补充方案的发展趋势。数据中心在空间上高度集中， 且距离城区较近，巨大的电力消耗对当地电网构成了重大压力。在美国，有 6 个州的数据 中心已经消耗了超过 10%的电力供应，其中弗吉尼亚州以 25%的比例领先。在此前提下， 目前众多地区存在电网拥堵和连接排队的情况，增加自备电源或可缓解大型数据中心建设 运行面临的能源紧张问题。

燃气轮机具备建设周期短、燃料成本低、性能突出等优势，AI 发展趋势下持续增长可期。 燃气轮机建设周期在 1-3 年，与目前数据中心快速建设的时间线吻合。同时，燃气轮机低 燃料成本、高可靠性以及在高负荷下运行的能力使得天然气发电成为在天然气价格较低的 地区（如美国和中东）数据中心运营的一个有吸引力的选择（特别是针对数据中心市场的 新容量）。此外，相比于燃煤发电和燃油发电，天然气发电的排放量大约是其一半，具备 一定的环保属性。天然气发电有望在 2020-2035 的全球数据中心电力来源中占据主导地位。