航空锻造高端化当前市场存在哪些认知差

1、目 录航空锻造是引领产业升级和支撑军机迭代的关键驱动因素推重比提高牵引超大尺寸、整体成型工艺和精密锻造趋势军机航发双轮驱动景气上行，军转民长赛道红利释放可期设备前置叠加工艺积累，商业模式创新加持先发优势富集典型企业证券研究报告 评级看好维持本篇报告摘要航空锻造行业比市场目前的一致认知更为高端，拥有产业升级趋势叠加商业模式创新，复盘与展望产业发展脉络，或存在以下四点认知差：中国的锻造行业大而不强，未来高端化转型的主要驱动力来自于航空航天、国防军工行业的锻造行业发展；航 空锻造行业的高端化趋势是军机换代升级列装的必要前提条件；航空锻造高端化的底层参数是军用航空器的推重比的提升，推重比提高下难变形材

2、料占比提升、结构件大型化一体化趋势显著，推动锻造向大型化、一体化、精密化工艺迭代；军机换代列装以及发动机高值消耗品的商业模式双轮驱动航空锻造行业景气上行，未来十年空间可达2500亿元。远期随着国产大飞机项目的落地，军民融合分享更广阔市场红利；航空锻造的竞争要素在于技术端和商业模式端顺应行业变化趋势持续迭代。技术端：设备前置叠加技术积累进 行工艺精进，商业模式端：创新产业链纵向一体化富集先发优势。01航空锻造简介航空锻造是引领产业升级和支撑军机迭代的关键驱动因素01金属成形工艺中，锻造和铸造是主流应用工艺资料来源：余世浩等材料成型概论（清华大学出版社2012年版），中国数控机床网等，长江证券研究

3、所液态成形塑性成形连接成形铸造锻造冲压挤压拉拔焊接其它3D打印切削粉末冶金常称铸造，指将熔炼成液态的金属浇入事 先制造好的铸型，凝固后获得一定形状和 性能铸件的成形方法；对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改 变尺寸、形状及性能，从而获得机械零件 或毛坯的成形方法，通常分为体积成形（如锻造、挤压）和板料成形（如冲压） 两大类；一般指焊接，通过加热、加压或加热加压， 并且用或不用填充材料，使焊件达到原子 结合的一种加工方法；其他金属成形工艺，如切削加工等；新兴 金属成形工艺，如3D打印、粉末冶金等。金属材料成形工艺类别包括液态成形、塑性成形和连接成形等，当前主流的加工工艺为锻造和铸造。图：金属成形

4、工艺，锻造和铸造是主流工艺02同等材料成形，锻件的力学性能一般优于铸件锻造铸造工艺原理在加压设备及工（模）具的作用下， 使坯料或铸锭产生塑性变形， 获得一 定几何形状的零件或毛坯并改善其组 织和性能的加工方法通过将金属熔化后浇入铸模待其凝 固成形以获得特定结构的零件或毛 坯的加工方法优势通过变形的均匀性控制，改善材料各 向异性；通过模具约束和变形控制， 使形成一定金属流线，提升机械性能可生产形状及内腔结构复杂的制件不足锻件的结构复杂性相对较低，锻造的 材料利用率相对较低铸造制件易产生疏松、气孔和缩孔 等缺陷，铸件力学性能较低材料性能锻造性能：金属的成型性 与变形抗力铸造性能：液态金属的流动性、

5、 填充性、收缩率、偏析倾向应用场景追求结构可靠、服役条件恶劣的重要 及关键结构件首选成形工艺可用于制造具备复杂结构 及内腔的零部件图：锻造加工可获得致密金属组织表：锻造和铸造优势与不足对比资料来源：余世浩等材料成型概论（清华大学出版社2012年版），派克新材招股书，长江证券研究所锻造和铸造因其工艺特点不同，主要的应用场景不同：锻造适用于服役条件恶劣、追求结构可靠的简单结构 件，而铸造更适合制备复杂结构和内腔的零部件。锻造的主要目的是成形和改性（机械性能和内部组织的改善），在同等材料的条件下，锻造加工可获得致密 的金属组织，因此锻件的力学性能一般优于铸件。03资料来源：派克新材招股书，木青峰精密

6、锻造设备研究现状及发展趋势，长江证券研究所锻造工艺可分为自由锻、模锻、辗环等简要介绍锻造工艺示意图工艺描述及特点使用设备自由锻利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向 自由变形以获得所需几何形状的加工方法；通用性、灵活性好，适用小批量快锻机自由锻造水压机自 由锻造油压机等模锻金属坯料在具有一定形状锻模膛内受压变形而获 得锻件；锻件复杂度高，力学性能较高， 适用大批量生产模锻液压机 螺旋压力机 多向模锻机等辗环又称环锻、环轧，是借助辗环机使环件产生连续塑性变形的加工工艺；可制作大型环类零件辗环机根据成形机理，锻造可分为自由锻、模锻、辗环、特殊锻造等。其中模锻需借助专用的模锻设备， 利用锻模模具

7、成型，操作相对简单、锻件力学性能佳，是批量生产高端、复杂锻件的主要方式。表：锻造工艺基本类型及特点04资料来源：中北大学专利半固态充填-大型塑性变形一体化模锻工艺制造技术，张方 航空钛合金锻造技术的研究进展，Open Learn Education Isothermal precision forging，长江证券研究所航空锻造业的主流应用工艺为精密模锻工艺简要介绍现代航空工业对于性能要求较高，因此航空用金属部件尺寸大，对内部微结构要求高，常规的锻造、切削、 镗铣等加工方法难以满足工艺要求，需要高端航空锻造先进技术的支撑。模锻工艺为航空锻造业的主要工艺， 当前应用于航空锻造的主要模锻技术为整体

8、成形技术（大型复杂结构件）和等温锻造技术（中小型复杂零件） 以及精密辗轧技术（环形件）等。整体成形技术是将多个传统构件组合于一体整体锻造成形，是航空制造技术的典型代表，其中钛合金整体结 构件对该技术的应用最广。整体成形技术需要大型模锻液压设备的支撑；等温锻造技术将模具与锻坯加热到 相同温度，使锻坯在可控应变速率条件下以超塑性蠕变方式成形的一种近净成形工艺。等温锻造也需专用的 等温模锻、等温超塑性成形设备。图：某精密一体化成形模锻工艺示意图图：某种精密等温模锻工艺示意图05资料来源：赵升吨 高端锻压制造装备及其智能化，长江证券研究所大型模锻件的底层支撑是大型模锻液压机的建设简要介绍重型液压机是大

9、型、高强度零件锻造加工的重要基础装备，尤其是航空高性能部件的制造，重型模锻液压机是核心基础装备，是衡量一个国家航空工业水平的重要标志，大型模锻件的制造能力代表国家国防工业的整体实力。重型模锻液压机的研制技术难、前期投入大，其建设需国家经济实力支撑和契合当期军事装备建设的重视程度。目 前仅有少数国家掌握重型模锻液压机研制技术，主要建设期和国家：二战时的德国，二战后的美国、苏联，20世纪70年代的法国、瑞典和2012年后的中国。我国2012年后才拥有重型模锻液压机设备，但迅速达到全球领先水平。图：德国施罗曼（Schloeman）300MN模锻水压机图：世界主要重型模锻液压机的建设历史美铝公司450

10、MN模锻压机威曼高登公司450MN模锻压机19551962上萨尔达钛厂750MN模锻压机古比雪夫铝厂750MN模锻压机AB卡鲍克斯 800MN模锻压机197220011972奥博杜瓦公司650MN模锻压机舒尔茨钢厂400MN模锻压机2005奥博杜瓦公司400MN模锻压机2012三角航空400MN模锻压机德阳二重800MN模锻压机06资料来源：吴顺达2019年模锻行业企业调研报告，喻兴娟我国大型自由锻件生产现状分析 ，长江证券研究所国内锻造行业大而不强，亟需向高端化转型。图：我国锻压行业存在“过剩”与“短缺”的双重矛盾锻压行业存在问题重复建设较严重配套水平不足项目增加（较好）2019年下半年同比

11、持平减少（较差）汽车行业33.33%16.67%50.00%轨道交通行业69.24%15.38%15.38%国防军工行业66.67%33.33%0.00%航空航天45.45%54.55%0.00%石化、海工装备20.00%80.00%0.00%农业机械行业11.11%55.56%33.33%工程机械行业29.41%47.06%23.53%其他25.00%75.00%0.00%配套生产（原材料冶炼、热处理、机加工）能力跟不上锻压机设备建设能力，软件建设（热加工技术人员队伍等）不足等表：2019年下半年模锻行业市场需求现状汽车锻造是模锻主要应用领域，2018年汽车锻件占 模锻件总数65.5%，但在

12、19年已成为需求下降最严 重的细分领域，此外轨道交通、农业机械、工程机 械等中低端锻件的需求端均呈下降趋势；国防军工、 航空航天等高端锻件需求则呈较为显著增长形势模具寿命偏低2010年前后万吨线从6条猛增至20条，千吨以上锻压机增至450 台，万吨以上大压机15-17台；设备投资过快导致产能过剩，如 苏南重工12年投资14000t钢铁锻造生产线，16年已基本停产模具寿命是影响锻件成本主要因素，而我国热锻模寿命仅为国外 模具寿命的1/3-2/3中高端锻造能力不足：以汽 车锻造为例，约70%高端汽 车锻件依赖进口；设备方面， 大型模锻液压机功能较为单 一，大型、超大型多向模锻 液压机仍处于在建阶段

13、，相关工艺亦尚未成熟航空航天和军工行业是锻造行业高端化的突围点07资料来源： 环球网，唐见茂航空航天材料发展现状及前景，邰清安航空发动机塑性成形技术的应用及展望，长江证券研究所推重比=发动机推力/发动机（或飞机）重力，是军用飞机重 要性能指标，飞机最大平飞速度、爬升率、升限等性能都与 飞机推重比有关；技术升级换代：先进航空发动机推重比的提高能在一定程度 上牵引战斗机迭代，其背后逻辑与锻造行业的高端化升级密 不可分；提升经济效益：锻造行业高端化转型促进推重比提升，飞机 结构重量降低，意味着飞行器可多带燃油或其他有效载荷， 从而提高单位结构重量效费比。推重比7-8推重比10-12推重比15-20推

14、重比12-15图：推重比的跨越往往会带来新一代战斗机的出现机种减重经济效益/（万美元/磅）推重比10推重比10小型民机50直升机300推重比7-8战斗机400商用运输机800推重比6超声速运输机3000航天飞机30000表：飞行器结构减重的直接经济效益航空锻造高端化是支撑军机迭代的重要驱动因素02行业变化推重比提高牵引超大尺寸、整体成型工艺和精密锻造趋势01资料来源： 唐见茂航空航天材料发展现状及前景，张方航空钛合金锻造技术的研究进展，吴国华镁合金在航空航天领域研究应用现状与展望等，长江证券研究所图：上游原材料、锻造工艺和锻造设备升级推动飞机推重比提升设备端飞机航程加长和速度提升的需求牵引发动

15、机推重比提升（推重比=发动机推力/发动机（或飞行器）重力）增大发动机推力减轻飞机自重提升发动机涡轮前进口温度，要求关键部位具有更突出的耐高温性能材料端高温钛合金、金属硅化 物等高温合金应用需求 增大降低航空结构部件重量，要求结构材料具有更高比强度和比刚度，结构件大型化、一体化材料端高比强度、比刚度金 属基复合材料、钛合 金等需求上升工艺端整体锻造工艺、等温 锻造工艺可有效降低 结构重量工艺端钛合金等新型材料加 工温度窗口窄、变形 抗力大，锻造技术相 应换代升级设备端发展大吨位模锻设备， 以及专用的等温模锻、 等温超塑性成形设备 是未来趋势工艺端高温合金压气机盘、 涡轮盘锻造技术，压 气机动叶片

16、及静叶片 精锻技术等发展多向锻造设备 以适应新型材料的 制备与新型锻造工 艺的应用“推重比” 提高牵引高端精密锻造工艺的持续进步推重比增加包含2个方面：1、 发动机推力提升；2、飞机自重 减轻。机体结构减重 金属材料材料 具更高的比刚度、比强度 且 结构件大型化、一体化 驱动 锻造技术向整体成形模锻技术 衍进。动力系统推力增加 提升发动 机涡轮前进口温度 关键部位 金属耐高温要求提升 难变形 金属材料应用提升 驱使等温 锻造技术的发展。02资料来源：三角防务招股书，长江证券研究所航空锻造处产业链中游，三大要素影响成品质量材料设备工艺应用领域图：锻造行业处于产业链中游地位图：制约锻件成品质量的核

17、心要素上游原材料下游产业 钛合金 高温合金高强度钢 模块锻件结构件 航空锻造行业处于航空制造产业链的中游，上游原材料企业，提供钛合金、高温合金等金属原材 料，经过锻造企业的制坯、锻压后形成粗锻件，经精加工成结构件后交由主机厂进行装配。锻件的最终成品质量受诸多因素影响，我们分析判断，原材料的质量、锻造工艺的水平和锻造设备的先进程度影响较大，三大因素相互制约，较为考验单因素的先进水平和相互的协同性。飞机主机厂航发主机厂03新一代飞机机体结构件大型化、一体化趋势显著资料来源：张方航空钛合金锻造技术的研究进展，郭会光 国内外大锻件制造的发展与对比，Rick Martin and Daniel Evan

18、s Reducing Costs in Aircraft: The Metals Affordability Initiative Consortium ，长江证券研究所图：F-15新机型采用超塑成形技术后减少了大量零部件的使用飞机的主承力结构件和航空发动机中的主要组成部分均为模锻件，而未来航空锻造技术的重要发展方向是模 锻件的大型化和一体化，基于此实现主承力结构的整体化，从而减少零部件数量和装配步骤，达到减少制造 成本、减轻结构重量、提升飞行可靠性的目的。军机、民机的结构件大型化、一体化趋势均较为显著。军机方面，F/A-18 歼击机采用钛合金整体隔框锻件， 减少368种零件，减重 350 k

19、g，机械加工工时减少50%；俄罗斯安22运输机采用整体锻造技术减少了 800个零件，使飞机减重1000kg，节约机械加工工时20%；民机方面，A-380、B747、B-777等客机制造均 大规模使用大型模锻一体化锻件。超塑成形减少了F15战 机726个部件，10,000 多个紧固件原设计新设计图：典型民用客机的大型一体化结构件示意图A380起落架A380起落架B747起落支撑梁B777起落架梁04钛合金结构件的大型一体化需辅以锻造工艺的升级以F-22飞机机体结构为例，据美国BLATS计划研 究， 对于飞行速度2Ma 的飞机其结构用钛量为 45%时，飞机最轻，为最大程度追求飞机整体性 能的提升，

20、在量产的F-22战斗机上，钛合金材料 比重高达41% ， 单架飞机整机使用钛合金超过 2721.55kg；钛合金的广泛应用需锻造工艺与设备配合提升：为 配合具有良好的抗裂问扩展性能和断裂韧性的钛合 金，F-22在制造过程中采用了大量一体化锻造技 术，其中机身的4个整体隔框锻件是目前世界大型 钛合金模锻件的代表；相应的大型钛合金锻件由美 国怀曼戈登公司在45,000t的大型模锻压力机上研 制生产；当前我国钛合金原材料研发进展顺利，亟需先进锻 造技术配合应用落地。我国研制出的TC4-DT、 TC21钛合金等具有中高强度、高韧性、高损伤容 限性特点，可适应先进飞机长寿面和耐久性发展需 要，但仍需配合

21、整体锻造技术才能应用于制造机身 街头、机翼梁、发动机框架等关键承力结构。资料来源：刘志成关于先进战斗机结构制造用钛概述，郭会光国内外大锻件制造的发展与对比，长江证券研究所图：F-22飞机机体构件用钛合金情况以及典型的大型一体化结构F-22钛合金尾部发动机机架F-22机身钛合金隔框( 美国，450MN 水压机模锻)05性能提升驱使机体材料“难变形金属” 占比提升资料来源：维基百科，金和喜航空用钛合金研究进展，J.D. Cotton Titanium Alloy Development Needs for Commercial Airframes ，长江证券研究所飞机迭代，推重比提升使得飞机的飞行

22、速度更极限，飞行条件更严苛。这一方面要求飞机材料的耐高温、耐腐蚀、高 温下抗氧化、抗蠕变性能提升，另一方面要求其比强度更高，在一定质量下拥有更好的承力承压性能。这一变化驱使机体结构的材料端的钛合金等占比逐步提升，铝合金向铝锂合金、镍铝合金等方向升级，而这些材料均 具有加工难度高、变形温度窄、变形抗力大的特点。从美国军、民机中的金属材料占比分析，铝合金的质量占比不断下降，钛合金等难变形金属的质量占比提升较大，即 使近年来有复合材料的竞争冲击，仍维持占比高位。表：美国主要战斗机钛合金用量占比可观图：美国波音、空客主要客机的钛合金用量趋势机种起始服役年份铝合金/%钛合金/%复合材料/%钢/%F-14

23、197439.424.41.017.4F-15197634.426.11.63.3F-15E198849.032.02.08.5F-16197883.25.22.71.3F/A-18198049.013.010.015.0F/A- 18E/F200231.021.019.014.0F-22200515.041.024.05.0F-35201519.020.031.07.006难变形金属占比提升牵引锻造技术应用场景拓展资料来源：邰清安航空发动机塑性成形技术的应用及展望，黄旭航空发动机用新型高温钛合金研究进展，航亚科技招股说明书，维基百科等，长江证券研究所材料种类关键结构材料钛合金550阻燃钛合金

24、机匣600高温钛合金双性能整体叶盘650高温钛合金整体叶盘Ti3Al及Ti2AlNb集合金环件高温合金第三代单晶高温合金DD9 IC9单晶Ni3Ai金属间化合物材料第三代粉末高温合金双性能粉末涡轮盘 粉末高温合金双辐板结构涡轮盘双合金整体结构涡轮叶盘Nb-Si系超高温燃烧室用结构材料 IN718plus、720Ll等系列改进盘合金 800低膨胀合金环件表：使用锻造工艺的涡扇发动机叶片材料名称工作环境温度叶片类型主要锻造技术发动机前端 温度较低钛合金空心叶片 钛基复合材料叶片超塑成形/扩散连接技术风扇叶片 低压压气机叶片钛合金空心叶片 钛基复合材料叶片精密锻造技术超塑成形/扩散连接技术高压靠近燃

25、烧室压气机叶片温度相对较高钛合金实心叶片高温合金实心叶片精密锻造技术等图：我国航空发动机用高温钛合金的发展历程航空发动机：钛合金、高温合金、金属基复合材料等轻量化、一体化、高温性能较优异；F-119发动机中采 用的高温合金和钛合金约占发动机重量的80%左右，锻 造技术应用场景广泛，包括机匣、叶盘、涡轮盘、风扇 叶片、压气机叶片、环件等；锻造技术应用于合金研制：我国发动机中应用的钛合金 以提高工作温度为发展方向，三代钛铝合金主要应用锻 造变形，大幅度提高其塑性、强度和疲劳性能。表：F-119发动机中应用塑性成形技术的关键结构材料部分明细07资料来源：航宇科技招股书，张方 航空钛合金锻造技术的研究

26、进展，维基百科，长江证券研究所锻造技术的精密化发展不断提升产品质量和生产效率改善前改善后改善前改善后改善金属表面开裂，提升金属流线性改善前改善后改善前改善后提升金属组织均匀性，解决合金混晶问题实现大型化、整体化、轻量化锻造新型号飞机研制和试制初期，结构件规格更改较为频繁，此时多以传统锻造为主。随着逐步完善定型，为提高锻件 组织性能和生产效率，会改为由整体、精密锻造（模锻和环锻）进行批量化生产。相比于传统锻造，整体精密锻造 的材料利用率高，生产效率提升，形成的产成品质量明显占优。锻造整体成形技术的应用，使得F/A-18的机械加工工时减少50%，安-22运输机机械加工工时减少20%，俄罗斯某 飞机

27、的材料利用率高达70%-80%；而精密等温锻件的机加工量和自由锻件、普通锻件相比会减少 90%以上，材料 利用率提升70%左右，且显微组织结构明显优于传统的锻造件。图：高端锻造（大型一体化锻造和等温锻造）对于产品质量和生产效率的提升03市场空间军机航发双轮驱动景气上行，军转民长赛道红利释放可期01资料来源：Grand View Research，长江证券研究所航空航天业是当前驱动锻造市场增长的主要动力根据Grand View Research，2019年全球金属锻造市场总价值量约为83.85亿美元，预计在2020-2027年间复合年均增长率（CAGR）将达到5%；其中，市场增长的动力主要来自于

28、全球范围内航空航天及车辆领域需求的上涨，航天航空行业预计将 为增长最快的细分行业；2019年，全球航天航空锻造行业市场规模约为29.10亿美元，约占全球锻造市场总价值量的33.5%，预计在2020-2027年间 CAGR将达到7.3%，领先锻造市场整体增速约46%。AutomotiveAerospace Oil & GasConstruction Agriculture Others图：2019年全球金属锻造行业各细分领域市场份额图：2016-2027年美国航空航天锻造行业市场规模增长情况预测02资料来源： Wind，长江证券研究所高端航空锻造难度较大，产业具有明显高附加值锻件的精度要求高、加

29、工难度大，不断发展新工艺、新技术的趋势下工艺复杂程度提升，对设备的能力要求较高， 属于航空制造领域的高端制造。因此航空锻造产品具有较高的平均毛利率，体现出高附加值的特点。表：中航重机历年各类产品毛利率表：三角防务历年各类产品毛利率表：航亚科技历年各类产品毛利率毛利率2017201820192020液压产品11.07%18.77%20.14%15.98%散热器32.11%34.75%25.28%29.05%航空锻造28.51%27.31%27.25%28.05%高端智能装备-0.71%3.89%2.11%毛利率2017201820192020模锻件产品49.40%46.07%47.57%46.0

30、3%自由锻件产品24.26%17.13%22.17%26.47% 其他主营业务27.12%58.46%59.48%61.74%航空涡扇发动机压气机叶片3.93%27.60%40.83%41.91%转动件及结构件21.06%40.78%34.30%32.30%医疗骨科锻件39.46%40.08%26.96%24.74%毛利率2017201820192020航天锻件51.74%51.39%47.03%船舶锻件46.20%35.58%56.39%-电力锻件39.54%47.82%32.26%29.51%石化锻件10.53%19.69%19.94%19.57%毛利率2017201820192020航空

31、锻件45.13%55.56%46.13%42.34%表：派克新材历年各类产品毛利率01,0002,0003,0004,0005,0006,000战斗机武装直升机教练机运输机特殊任务机加油机中国美国俄罗斯基于空中力量的竞争，多军种军机现代化建设提速中、美、俄横向比较，中国军机总量在各个主力类型上都存在数量差距。当前我国军机从总体数量和结构上都与 军事强国美国、俄罗斯存在一定差距，未来增长空间较大。从绝对数量上来看，美国目前拥有的军机数量约为我 国的4倍，差距较大。从结构上来看，中国与美、俄军机细分种类的数量差距同样较大，且技术存在代差。以战斗机为例，目前我国主 力机型仍以二代机和三代机为主，而美

32、国主力机型目前以三代机和四代机为主，且四代机的列装量仍在持续加速。图：当前美国拥有军机数量约为我国的4倍资料来源：World Air Force 2021，长江证券研究所，单位：架03图：结构上看，中国与美俄军机细分种类的差距同样较大25%8%6%4%3%3%3%2%2%2%0%5%10%15%20%25%30%02,0004,0006,0008,00010,00012,00014,000军机数量（架）占比军机、航发各构件的锻件价值量占比假设根据立鼎产业网的研究，以战斗机为例，机体结构约占总军机价值量的19%，动力系统（航空发动机）约占总军 机价值量的25%；以民机为例，机体结构约占总民机价值

33、量的36%，动力系统（航空发动机）约占总民机价值量 的12%。根据证券导报的中航重机：华丽转身整机制造商钢筋铁骨锻造者一文。锻件在整机价值占比约为12%左右： 其中，锻件在飞机构件中价值占比约6%9%，在航空发动机部件中价值占比15%20%，假设航空发动机在战斗机的价值量占比为25%，则剩余机体构件价值量占比75%，假设其中锻件占比6%。资料来源：立鼎产业研究网，证券导报：中航重机：华丽转身整机制造商钢筋铁骨锻造者，长江证券研究所0419%25%23%19%36%12%17%14% 13%12% 0%10%20%30%40%机体结构动力系统航电系统机电系统其它系统军机价值占比（以战斗机为例）民

34、机价值占比图：军机和民机各组成部分价值占比部件具体产品类别价值占比锻件叶片风扇叶片、压气机叶片、涡轮叶片35%燃烧室扩压器、燃烧室壳体（燃烧室机匣）、火焰筒、燃料喷嘴、点火装置等10%控制系统电子式控制系统、液压式控制系统18%附件及转动转动件结构件、轴件、导向附件等9%其他其它部分的机匣、盘件、环件、 钣金件、小零件等28%表：典型涡扇发动机大致价值占比未来十年军用机体结构锻造市场空间可达1600亿元资料来源：World Air Force 2021，维基百科，搜狐网，百度百科，长江证券研究所，单位：百万美元05我国未来10年有望更新换代列装各类军用飞机5000余架。中国军机装备建设需要向军

35、事强国美国看齐，未来十年 参照美国将各类军机扩编、等比例换代以及更新换代至美国的约60%水平（不同类型的飞机参考我国现状、技术实 力和与美军的不同需求有不同程度的修正）。根据前文价值量假设，我们分析测算得未来十年军用机体结构锻造市场空间可达267亿美元，约合1600亿元人民 币。表：未来十年军用机体结构锻造市场空间可达267亿美元，约合1600亿元人民币军机类型预测交付总量/架国外代表机型单架飞机价值单架飞机机体构件价值单架飞机机体构件锻件价值军用飞机机体构件锻件市场空间三代战斗机747F/A-18E/F94.070.54.23,160四代战斗机546F-22350.0262.515.88,6

36、00其他625CH-47D28.621.51.3804教练直升机129Bell-20628.621.51.3804合计26,707固定翼飞 机战斗机作战飞机战术攻击飞机27A-1011.78.80.514轰炸机45B-22400.01800.0108.04,860作战支援飞 机运输机298A400M146.0109.56.61,958加油机125A400M146.2109.76.6822特种作战飞机526E/A-18G102.076.54.62,414教练机502F/A-18E/F94.070.54.22,123旋翼直升 战斗直升机 机武装直升机346AH-6463.047.32.8981通用

37、直升机 NH-9010吨级109618.513.90.8912未来十年军用航发锻造市场空间可达916亿元资料来源：World Air Force 2021，维基百科，搜狐网，百度百科，长江证券研究所，单位：亿元人民币06航空发动机的市场空间分为新机牵引，维修和换发，三大市场空间测算过程可参考长江军工组如何看待航空发动 机的投资机会一文。根据前文价值量假设，假设新机牵引和换发的航空发动机中锻件价值量占比15%，由于锻件属于静态部件，维修中 更换的频率较低，假设占比1%。综上，我们分析测算得未来十年军用航发锻造市场空间可达916亿元人民币。表：未来十年军用航发锻造市场空间可达916亿元人民币固定翼

38、飞机作战飞机机战术攻击飞机272239411191822轰炸机4537653159915运输机29859790356429644138作战支援加油机1252503877128442飞机特种作战飞机526789118289314922144教练机50218828951701040武装直升机346861350040619旋翼直战斗直升机10吨级1,09632949101136556升机通用直升机其他625188281801001543教练直升机1293251,737171,315197219合计916军机类型预测交付总量/架 新机装配市场 新机牵引锻件空间 维修牵引市场 维修牵引锻件空间空间空间换

39、发牵引市场空间换发牵引锻件空间军用航发锻件市场空间战斗机三代战斗74746269323329244116 机 四代战斗5463585411314476107资料来源：2010年-2019年民航行业发展统计公报，中国商飞，波音公司Commercial Market Outlook (2018-2037)，长江证券研究所，单位：架根据商飞预测，2018-2037年我国新交付客机将达9008架，包括5964架单通道客机，2102架双通道客机及942架支线客 机，价值约1.3万亿美元（约9万亿人民币）；据波音公司Commercial Market Outlook (2018-2037)，2018-20

40、37 年间我国新交付客机数量将达7490架。至2037年，中国占全球客机机队比例约将达18%-21%；国产飞机：由支线客机ARJ21，单通道客机C919及双通道客机C929初步构建国产民机谱系，随着国产大飞机配套的高涵 道比涡扇喷气式发动机逐步实现国产化及整机的研制、批产与交付，我国航空锻造企业将充分受益于民机市场的发展。民机景气度叠加国产化趋势锚定锻造行业远期空间图：2017-2038年主要机构预测中国新交付客机数量0200040006000800010000总数支线客机单通道客机中国商飞波音公司双通道客机平均值交付类型国产研发情况相关国产发动机单通道喷 气客机商飞C919进入局方审定试飞阶

41、段，2020年件开始生产，当前订单总数已超过千架高涵道比涡扇喷气式发9月起首批150架量产机机身、复合物料零 动机CJ-1000A，当前处于试制和测试阶段，将 来用于商飞C919气客机飞，2028-2029年正式服役高涵道比涡扇发动机CJ-双通道喷 商飞C929在研，预计2025-2028年实现首 2000（又称AEF-3500）在研，最大推力在35吨 左右，将用于商飞C929商飞ARJ21在运营，截至2020年10月已累支线客机 计交客户38架，开通航线86条，载客逾130发动机未实现国产化 万人次表：中国国产飞机主要机型及其发动机研制情况我们分析测算得，我国未来十年军用航 空发动机总市场空

42、间约为 6300 亿元； 未来十年民航发动机总市场空间约为 35000 亿元。08图：民航发动机市场是军用航空发动机市场的5.5倍以航发为例，远期民用市场空间可达军用的数倍表：新机装配、维修牵引与换发牵引未来十年军用航发市场总空间约 6,391亿元表：新机装配、维修牵引与换发牵引的未来十年民用航发市场总空间约 35,395 亿元战术攻击飞机413221270272294119235固定翼轰炸机15215004545375359149运输机604264219792985973562961,249作战支加油机159312411252507728355援飞机特种作战飞机749105494325267

43、892891491,227教练机1,784303411915021889570352武装直升机90428126184346865040176战斗直通用直旋翼机升机升其他1,751608443182625188118100406教练直升机334102983112932181565合计3,3381,7371,3156,391占比52.62%27.07%20.31%100%军机数量/架数量/架增量/架量/架量/架新机装配市美国现存 中国现存 扩编补装 更新换代增 预测交付总 场空间/亿元总市场空间/亿 元维修牵引换发牵引 市场空间/亿元市场空间/亿元机 二代机056100005067118战斗机 三

44、代机2,27862074707474623232921,077作战飞 四代机521192942525463581134451610吨2,781231,08971,09632910136466增量增量合计间牵引市场 的市场空 的市场空占比空间间间支线客机509040206070160452750.78%单通道客机3,0504,8051,7551,2252,9805,43110,2674,04319,74155.77%宽体客机5901,2306402508904,7766,2592,57713,61238.46%运输机20023535801154817435431,7674.99%合计10,758

45、17,4287,20835,395100.00%占比30.40%49.24%20.37%100.00%机型中国现有数量10年后总数机队补充 更新替换 10年交付 新机装配 维修牵引 换发牵引 总市场空6,391 ,15%35,395 ,85%军用航空发动机民用航空发动机资料来源：World Air Forces 2021，长江证券研究所，单位：架，亿元人民币04竞争要素设备前置叠加工艺积累，商业模式创新加持先发优势富集01资料来源：三角防务招股书，三角防务可转债说明书，长江证券研究所航空锻造行业的竞争要素主要逻辑建设期运营期设备购建投资大、周期长积累装备制造技术核心技术应用效果 超大型钛合金整

46、体框制坯技术和模锻技术某新型战斗机钛合金超大型整体框锻件，批量某钛合金锻造及热处理技术某新型运输机和某新型预警机等型号机身和起落架钛合金锻件，批量某超高强度钢细晶化锻造技术某新机战斗机和某新型预警机等型号起落架锻件，批量 某钛合金整体叶盘锻造技术多个在研、预研新型号航空发动机整体叶盘锻件，小批量生产或试制阶段 某高温合金大型涡轮盘锻造技术多个船舶用燃气轮机型号高温合金涡轮盘锻件，批量大型模锻液压机模座设计、模具设计4 万吨设备模座的设计、制造，模具设计技术应用在所有模锻件用模具的设计、制造中积累先进锻造工艺和技术技 术 工 艺商 业 模 式主机厂聚焦主业 配套外溢零部件厂一站式解决专业化整合牵

47、引锻造企业由粗加工 转向锻造+精密加工一体 化服务产业链延伸竞争要素1：基于稀缺大型设备，持续积累工艺和技术，掌握自主先进设备制造工艺和锻造工艺。竞争要素2：基于主机厂聚焦核心装配业务的需求变化，进行商业模式的产业链纵向一体化延伸。竞争要素3：基于军品资质审核的进入性壁垒，持续工艺积累和商业模式创新实现先发优势富集。军品资质进入壁垒02资料来源：三角防务招股书，航宇科技招股书，新华社，木青峰精密锻造设备研究及发展趋势，长江证券研究所自主设备投资大、建设周期长，进入壁垒较强环锻 / 精密数控辗环机模锻 / 大型模锻液压机新材料变形抗力大、部件尺寸大、对内部微结构要求高大型模锻液压机是制约一国航

48、空工业能力的瓶颈国内具备自主制造能力，代表 设备：三角防务400MN大型 模锻液压机模锻 / 螺旋压力机锻件整体精度高，广泛用于精 密锻造，尤其是发动机叶片减少机加工余量可高达90%代表设备：中航重机200MN电动螺旋压力机、无锡透平35500T离合器式螺旋压力机精锻 / 等温锻液压机等温锻造工艺专用设备，主要 应用于发动机盘轴件可显著改善锻件微观组织和使用性能，提升零部件可靠性代表设备：天锻160MN等温 锻液压机、中航重机120MN 等温锻液压机环锻专用设备，能够和数字模 拟实验室进行数据联通，实现 辗环过程智能化控制、在线监 测等功能，极大提升生产效率代表设备：航宇科技4.5M口 径精密

49、数控辗环机、派克新材 精密数控辗环机先进锻造设备自主建设投入成本高、建设周期长，进口设备采购成本昂贵，且设备运行须配备相应先进工艺与技术人员，仅有 极少数企业配置，目前我国拥有自主大型模锻液压机制造能力的代表设备是三角防务的400MN大型模锻液压机。03资料来源：曾攀登 钢丝缠绕砍合原理与4万吨航空模锻液压机的应用，田慧然 800MN多向模锻液压机本体结构设计及分析，赵升吨 高端锻压制造装备及其智能化，长江证券研究所掌握核心技术保障快速响应模锻机建设需求图：模锻液压机的结构路线变化模锻液压机大型化趋势提升工艺效率和工艺质量，以应对新材料新技术的冲击。近年来航空金属锻造受非金属复合 材料和增材制

50、造等技术的冲击较大，应对挑战的一大发展需求就是模锻液压机大型化，向更大吨位的锻造能力发展。 原因在于当锻造压力较高时，锻造工序次数、锻造的时间和期间加热次数会显著减少，提高了生产率和锻件质量。我国已掌握模锻机制造核心技术，可随时根据需求制造大吨位模锻液压机。模锻液压机制造的最新核心技术为预应 力钢丝缠绕和剖分-砍合结构技术，该技术的掌握和应用使得1GN级别的超重型模锻液压机成为可能。本世纪初，清 华大学与三角防务合作，在2007年成功在钢丝缠绕预应力技术上基础上运用坎合技术成功研制4万吨航空模锻机。该400MN航空模锻液压机的主缸使用钢丝缠绕和剖分-砍合结构技术，从而成为全球最大的模锻液压缸。

51、该技术的 国产自主化应用落地，大大提升了液压机的可制造性，提出并推动了一条新的重型装备设计制造技术路线。非预应力结构粗螺栓预应力结构预应力钢丝缠绕结构三梁四柱结构整体框架结构叠板框架结构钢丝缠绕框架图：三角航空400MN主缸钢丝缠绕现场04资料来源：意真 30000吨单缸模锻液压机，赵升吨 高端锻压制造装备及其智能化，长江证券研究所掌握核心技术保障快速响应模锻机建设需求图：多向模锻技术的工艺示意图模锻液压机的单缸化趋势和多向模锻结构趋势均基于钢丝缠绕技术的应用和发展。根据意真的30000吨单缸模锻液压机一文，大吨位的液压机采用单缸的结构比多缸的结构优势明显，单缸结构 可以将高比压传到小面积的锻

52、件。而单缸的主缸制造难度较大，基于预应力钢丝缠绕坎合技术可大大降低制造难度。多向模锻技术结合了模锻和挤压两种工艺，锻件性能好，并可提高材料利用率一倍以上，减少后续切削加工量。但 重型多向模锻液压机的承载机架设计存在受力合理性和结构合理性的矛盾，解决的方法主要是预应力钢丝缠绕预警 正交机架。图：普通钢丝缠绕机架与正交预应力钢丝缠绕技术05飞机部位应用场景工艺工艺介绍国内实际应用举例机身结构件 以大型整体隔框锻件为代表大型复杂构件整体一体化锻造提高零件使用可靠性，降低结构重量、降低 三角防务超大型钛合金整体框制模锻技术应 精密锻造技术制作成本，从而增加武器挂载量，提升作战半径用于新一代战斗机各类环

53、件、发动 机机匣等精密环轧技术派克新材异形薄壁高温合金机匣环锻件整体 精密环轧技术，可实现单件产品节约材料异形截面环锻作用界面复杂、控制材料流动难度大，精 600kg以上密环锻可提升组织均匀程度与性能，实现整体环件制造 航宇科技大型发动机匣整体精密成形技术使其成为亚太地区唯一受权制造LEAP发动机风 扇机匣锻件的企业叶盘、涡轮盘、 轴件等复杂构件整体 等温锻造技术保护下进行防止工件氧化航空发动机 压气机盘、整体将模锻温度控制在和毛坯加热温度大致相同范围内，解 钛合金压气机盘、钛合金发动机机匣、钛合决了温差带来的急剧塑性变化，同时在真空或惰性气体 金发动机轴颈、高温合金压气机盘等压气机盘、涡轮

54、盘等粉末锻造技术压气机叶片、风超塑成形/扩散连接扇叶片叶片精锻技术 持叶片金属流线完整，增强叶片性能资料来源：三角防务、派克新材、航亚科技、航宇科技、图南股份、应流股份招股说明书等，长江证券研究所结合精锻与粉末合金，将粉末烧结的预成形坯经加热后，中航重机是高温粉末合金压气机盘、涡轮盘 在闭式模中锻造成零件的成形工艺国内唯一生产厂家叶片前后缘厚度薄、曲率变化大，叶片前后缘精密抛磨 航亚科技航空叶片精锻近净成形技术，与中加工和控制难度极高，叶片精锻可实现表面无余量，保 国航发某项目展开深度合作对于我国重型模锻行业来说，今后行业的竞争重点在于提升锻造工艺、降低模具成本、挖掘设备潜力。只有基于先进锻造

55、设备的建设，才能完成核心工艺技术的自主化。我国重型模锻液压机在2012年自主建设完成，在建设过程中 的不断试车积累了大量的经验和自主技术，而在建成后，我国的锻造工艺技术水平突飞猛进，大型航空模锻达到世界领先。而精密锻造例如多向模锻技术由于我国缺少重型多向模锻液压机，技术发展相对落后，因此设备的建设是工艺发展的前提。表：相比国外，我国的重型模锻机设备建设较晚，目前仅有少数企业掌握核心精密锻造技术基于先进锻造设备的建设下，不断提升工艺水平06资料来源：ZIPPIA PCC STRUCTURALS COMPANY HISTORY TIMELINE ，长江证券研究所复盘美国航空锻铸造龙头PCC 公 司

56、 （ Precision Castparts Corp.）的收并购历史可分析 其基于锻造主业的商业模式衍 变，指导我国企业未来商业模 式变革的发展中心。从历史来看，在发展早期（2009年前）除收并购自身业务公司，提升主业份额外，其主要收并购的方向是下游精 密加工和零部件的企业；发展 后期（2009年后）的主要产 业链延伸方向为下游的零部件 精密加工领域。锻造产业链纵向一体化商业模式是未来的发展重心图：美国航空锻铸造龙头PCC的收并购历史复盘资料来源：段志钢航空供应链管理路在何方？，陈红启全球大型商用飞机制造业供应链管理，长江证券研究所复盘航空全球主机厂龙头波音公司和空客公司，其供应链管理的趋势

57、是将自身的业务外延，建立良好的一级供应 商体系，自身只担任系统集成者的角色。供应链外包模式下，可以与供应商共同承担研发、制造的成本和风险，大幅度节约经济成本，扩大市场份额，提 升主机厂自身的核心业务竞争力水平。供应链外包的前提有二：一是主机厂拥有一流的供应商管理能力和整合能力，国内主机厂经过多年的发展，管理和整合能力有大幅度的提升，或已具备高度外协的条件。二是供应商能力的提升，产业链中许多供应商都有独到的技术和生产工艺，但单一化业务会使供应链拉长，配合 难度较大，因此高度外协需有提供配件一体化解决方案的供应商。图：国外航空主机厂的供应链体系变化过程07产业链一体化的底层需求来自主机厂的系统集成

58、角色转变低频次采购阶段长期采购合作模式主要部件外包阶段风险合作研发外包国际供应链阶段三级：供应商三级：供应商三级：供应商三级：供应商三级：供应商三级：供应商二级：系波音：总装客户统合伙商一级：预集成二级：结构合伙商图：波音公司的供应链结构示意图08资料来源：Wind，国务院，科技部，长江证券研究所从政策端，国家近年来推出较多政策，鼓励主机厂聚焦核心能力，放开一般配套能力。从上市公司的公开披露表述可知，主机厂已有意愿和能力聚焦核心业务，将社会化配套提升；而产业链上游的 企业开始做好布局，进行适当的产业链延伸，提升自身的零部件一体化解决方案能力。表：航空零部件供应产业链纵向一体化趋势相关政策和上市

59、公司表述梳理国内主机厂已有意愿和能力提升精密加工的外协2015年2016年2017年科技部、军委科技委联合印发“十三五”科技军民融合发展专项规划中央军民融合发展委员会第二次全体会议审议通过关于推动国防科技工业军民融合深度发展的意见国务院印发中国制造2025改变航天设备、通信装备等行业受制于人的局面 2020年，40%核心基础零部件、关键基础材料实现 自主保障2025年，70%核心基础零部件、关进基础材料实现自主保障规划要求到2020年，基本形成军民科技协同创新体系， 在意见中第二部分“进一步扩大军工开放”中提出推动形成全要素、多领域、高效益的军民科技深度融合发展 “核心能力由国家主导；重要能力

60、发挥国家主导和市场机格局。实现科技军民融合体制机制取得突破、科技军民融合 制作用，促进竞争，择优扶强；一般能力完全放开，充分的引领作用提升显著、军民科技基础资源实现双向开放共享竞争。”和“扩大军工单位外部协作”2017年2020年2021年中航工业出台关于深入贯彻落实国家军民融合发展战略的决定中直股份2020年年度报告、爱乐达2020年年度报 三角防务西安三角防务股份有限公司创业板向不特定对象发行可转换公司债券募集说明书构建强核心、大协作的军民融合发展新模式”告、恒锋工具关于公司申请向特定对象发行股票的审 核问询函的回复中直股份2020年报中首次提出，聚焦发展核心专业，充分利用外部资源，一般能