2022年高温合金产业分析 航发动力是军用高温合金最主要的用户

1 、航发动力是军用高温合金最主要的用户

1.1 航发动力拥有四家主机厂，是我国航发制造龙头企业

我国航空发动机生产制造商主要为中国航空发动机集团有限公司。中国航发于2016年成立，下属从事航空发动机整机生产业务的企业包括航发动力、中国航发成都发动机有限公司、中国航发哈尔滨东安发动机有限公司、中国航发常州兰翔机械有限责任公司及中国航发商用航空发动机有限责任公司。 

由于不同机种对发动机的性能要求不同，各航发厂商对于对应型号发动机生产具有唯一性。不同航发企业生产的产品形成了我国航空发动机产业的动力谱系。相较于航发动力，航发成都、航发东安、航发兰翔生产的航空发动机产品的年产量很小且主要为历史型号。航发商发主要承担民用大型客机发动机的设计、试验、总装集成，其发动机的主要零部件生产委托航发动力承制。

图：中国航发集团下属航发主机厂基本情况 

航发动力拥有4家航发制造主机厂，是我国航发制造龙头企业。航发动力的4家航发制造主机厂包括：航发动力本部、黎明公司、南方公司和黎阳动力。 

近几年，航发动力的航空发动机业务营收持续增长。2020年，航发动力航空发动机业务营收达261.63亿元，同比增长18.79%。盈利能力方面，航发动力的航空发动机业务毛利率近几年持续降低，2020年，航发动力航空发动机业务毛利率同比减少1.99个百分点至14.81%。

1.2 航发主机厂业务类型包括零部件加工、组装和整机总装 

航发动力下属子公司除3家主机厂外，还包括莱特公司、商泰叶片、机电设备、西罗公司和晋航公司。航发动力业务涵盖发动机全寿命周期的设计、制造、总装、试车、维修整套技术。在叶轮、盘、轴、机匣加工、整体结构件、精密铸造、精密锻造等关键点上具备了国内一流的制造能力。 

航空发动机主机厂业务包括零部件加工、零部件组装、设备总装、试车等业务。例如，航发动力下属主机厂黎明公司和黎阳动力，从其航空发动机及零部件生产工艺流程中可以看出，公司零部件加工业务包括叶片加工、盘/轴类加工、机匣加工和燃烧部件加工。主机厂自己加工的零部件及外购成附件进行零部件组装和整机总装、试车后交付用户。

从主机厂原材料采购可大致推测主机厂业务占比。例如，黎明公司采购主要材料为成附件。2019年，黎明公司成附件采购金额占营业成本比重达到69.45%，成本率达到61.76%，金属原材料采购金额占营业成本比重为3.86%，成本率为3.43%。根据其航空发动机及零部件生产工艺流程，推测黎明公司零部件加工业务较少而零部件组装/总装业务较多。

2019年，黎阳动力成附件采购金额占营业收入比重为7.09%，成本率为5.96%，金属原材料采购金额占营业成本比重为52.18%，成本率为43.90%，推测黎阳动力有较多的零部件加工业务。

1.3 高温合金成品零部件市场壁垒高，除主机厂外其他参与者较少

高温合金成品零部件加工主要对产业链中游企业供给的叶片、盘/轴类、机匣等零部件毛坯件进行机械切削加工，对于航空发动机涡轮叶片等热端部件的冷却孔道进行超快激光加工。

高温合金切削加工性能极差，加工效率低、加工成本高。高温合金在切削过程中微观组织强化相硬度高、抗剪切应力大、导热率低，易导致切削力大、切削温度高、刀具磨损严重等问题。以Inconel 718为例，其难切削性能为铝合金的16倍、中碳钢的6倍和不锈钢的4倍。 

1. 切削力大 高温合金在塑性变形时抗力较大，使得切削力变大。在切削过程中，高温合金切削力的大小为一般钢材的2~3倍。
2. 切削温度高 镍基高温合金的导热系数较小，仅为一般钢材的30%，因此在切削过程中，大量的切削热聚集在刀尖处，其温度可达1000℃左右，易导致刀具破损，影响已加工表面质量和加工效率。
3. 刀具磨损破损严重 一方面是由于镍基高温合金组织内含有一些高硬度化合物，另一方面是因为在切削过程中，刀具与工件中的元素在高温高压下发生化学反应，导致刀具的强度下降。
4. 切屑折断困难 在切削过程中，由于切屑不易折断，锯齿形切屑容易擦伤已加工表面，并且对刀具前刀面产生划伤，降低刀具使用寿命及工件的加工精度。 高温合金的难加工属性对于切削加工工艺要求高。高温合金零部件加工一般经过多次切削，并间隔热处理消除内应力。以航发零部件涡轮盘的切削加工为例，毛坯盘入场后经粗车、精细车、半精车、精密车削、高速铣等切削流程。 

国内航发高温合金成品零部件加工市场壁垒高，以中国航发集团下属主机厂为主。此外，航亚科技也有少量相关业务。 

2、 高温合金助力燃气轮机国产化 

我国燃气轮机产业发展始于20世纪50年代末，分散在航空、航天、机械、船舶等多个工业系统。目前，国内燃气轮机市场基本被国外燃气轮机产品垄断：重型燃气轮机主要为GE、西门子和三菱重工等公司的产品；中小型工业用燃气轮机主要为GE、罗罗、索拉等公司的产品；船用燃气轮机通过技术引进和自主研制，取得一定进展。

图：国产燃气轮机发展历史 

航改型燃气轮机生产制造单位主要是中国航空发动机集团有限公司下属中国航发燃气轮机有限公司。中国航发燃机整合了中国航发集团现有燃气轮机产业资源，重点发展AGT-7、AGT-15、AGT-25、AGT-110“三轻一重”燃气轮机产品，设计生产的各型燃机可满足石油天然气行业、工矿行业、电力行业、分布式能源与备用应急等多层次应用需求，具有燃料灵活性和低排放性，可兼容多种气、液清洁燃料。 

在重型燃气轮机发展路线上，我国采取引进国外先进机组和自主研发两种方式并行发展。在引进国外先进机组方面，通过“打捆招标”，哈气与GE合作生产9FA燃机，东气和日本MHI合作生产M701F燃机，上气和德国SIEMENS合作生产V94.3燃机。此外，上海电气通过国际并购意大利安萨尔多能源能源公司，突破国外OEM长期以来对燃气轮机研发、服务的壁垒，逐渐建立起完整的重型燃气轮机开发设计平台。

在自主研发路线上，除中国航发燃机公司的AGT-110外，中国联合重型燃气轮机技术有限公司团结国内相关企业、科研院校等各方力量形成产学研用深度融合的联合研发团队，力主研制具有完全自主知识产权的300MW级F级重型燃气轮机产品。 

国家对于我国燃气轮机技术和产业自主化发展高度重视。2012年启动了“航空发动机与燃气轮机国家科技重大专项”（简称“两机”专项）论证工作。2015年国务院政府工作报告明确提出实施燃气轮机重大专项（简称“重燃专项”）。2016年，国家“十三五”规划将“两机”专项列为百项重大工程之首。我国自主燃气轮机研发制造承担企业包括中国航发燃机公司、中国联合重燃公司等的未来高速发展可期。 

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