2022年高温合金行业市场规模及应用前景分析

1、2022年高温合金行业市场规模及应用前景分析1. 高温合金下游应用前景广泛，国内需求缺口较大高温合金全球市场持续成长，中国将成为主要增量市场。据最新发布的全球航空航 天材料工业市场分析报告，2020 年全球高温合金市场规模达 573 亿元，预计到 2025 年，全球航空航天材料的市场规模将达到 265 亿美元。而根据数据显示，2019 年我 国高温合金市场规模达 169.8 亿元，2020 年我国高温合金市场规模达 187 亿元，同 比增长 10.18%，预计 2025 年我国高温合金市场规模将达到 856 亿元。高温合金第一大应用场景是航空航天领域，需求份额占比为 55%。高温合金材料是 航

2、天航空发动机的重要制造原材料，主要应用于发动机的燃烧室、导向器、涡轮叶 片、涡轮盘、尾喷口及机匣等部件。其次，高温合金具备耐高温、耐腐蚀等优良性能，也被广泛应用于燃气轮机和石油化工领域等能源类领域、工业和汽车领域等场 景。我国高温合金市场中，变形高温合金和镍基高温合金占比最大。根据制造工艺， 变形高温合金约占整个高温合金市场 70%左右，其次是铸造高温合金（20%）和粉 末高温合金（10%）；根据合金基体元素，镍基高温合金占比达 80%左右，镍-铁高 温合金和钴基高温合金占比分别约为 14%和 6%。1.1. 国内航空发动机快速发展，显著刺激高温合金需求高温合金材料的诞生与使用主要源于航空发动

3、机材料的不断探索。航空发动机作为 现代工业行业的明珠，代表着世界制造行业的最高水平，而高温合金则是航空发动 机最重要的制造原材料。在现代先进的航空航空发动机中，高温合金材料使用量占 发动机总量的 40%-60%。在航空发动机上，高温合金主要用于燃烧室、导向叶片、 涡轮叶片和涡轮盘四大热段零部件；此外，还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷 口等部件。军用航空燃气涡轮发动机通常可以用其推重比（推重比=发动机推力/ 发动机自重） 来综合评定发动机的性能，而涡轮前燃气涡温度对发动机推重比有最直接、最显著 的影响，也成为发动机代际最突出的判别依据之一。我国军用航空发动机内生需求规模巨大，将带动高温合金需求

4、快速增长。空军建设 和发展对保护国家安全具有举足轻重的战略意义，同时也强有力地刺激了我国高端 军事装备尤其是高性能军用飞机的需求。但是长期以来，我国空军先进战机的涡轮 风扇发动机和海军大型舰艇燃气轮机大量依赖进口，其中生产原材料高温合金是制 约国内军用航空发动机发展的重要因素。在下游军机需求带动下，军用航空发动机 需求将持续高增长，对上游高温合金材料的需求也将实现高速增长。我国我国军机航空发动机需求主要由换装需求、扩编需求和维护需求构成。2020 年， 中国军队现役装备的飞机总量为 3425 架，其中包括战斗机 2380 架，运输机 123 架 次，战斗直升机 496 架，训练机和直升共计约

5、400 架。预计每年换装发动机需求为 约 101 台，到 2030 年发动机换装需求为 1008 台。预计 2020-2030 年，我国战机扩 编数量总计 819 架，新增发动机需求为 1474 台。预计到 2030 年中国军用航发年维 护需求将达到 9910 台/年。最终可以预测得出 2021-2030 年我国军机航空发动机需 求总量为 79006 台。高温合金材料在不同机型发动机中的占比略有区别，平均占发动机总质量的 40%- 60%（在先进发动机中占比高于 50%），我们假设在军用航空发动机中高温合金重量 平均占比为 50%，高温合金部件加工成材率为 30%，同时按照 WS-10 发动机

6、质量 1.7 吨测算，预计制造一台军用航空发动机的高温合金用量约为 2.83 吨。据此粗略 估计得到，我国军用航空发动机高温合金需求将在 2025 年达到 1.94 万吨/年，在 2030 年达到 2.83 万吨/年，预计 2021-2030 年之间我国将产生总计 24.1 万吨军用航 发高温合金需求。1.2. 其他领域对高温合金的需求（1）民航换发需求及国产大飞机发动机量产，带来高温合金需求。国内民航客机、 民航运输机及其配装的发动机主要依赖国外进口，但在国际关系逐渐紧张、国外技 术封锁、进口替代的大背景下，我国自主研发的商用飞机及配套发动机正逐步试飞 安装。尤其是随着我国自主研制的 C91

7、9、CR929 大飞机项目的持续推进，对国产民 航发动机需求进一步提升，中国商飞研发的长江 2000 发动机及长江 1000 发动机已 经逐步实现整机装配及试飞。未来 10 年我国将成为世界上商业飞机落地最多的国家。根据中国民航局历年公报， 截至 2020 年底，我国各航空公司运输飞机共计 3903 架，其中客运飞机 3717 架，货 运飞机 186 架。而根据波音公司预测，2020-2032 年我国将新增民用飞机达 5580 架， 其中支线客机 240 架、单通道飞机 3900 架、宽体客机 1470 架。目前国内自主研发 的 ARJ 支线客机已经进入市场运营，而首款单通道大型干线客机 C9

8、19 正在逐步落 地量产。假设支线客机国产替代率达到 30%，单通道飞机国产替代率达到 10%，宽 体客机国产替代率为 5%。假设支线客机配备 2 台发动机，单通道飞机和宽体客机 分别配备 4 台发动机。支线客机发动机平均总量为 1.8t，单通道飞机发动机平均重 量为 2.5t，高温合金占比达 50%，成材率 30%。预计到 2030 年新增商业飞机发动机 将带动高温合金需求 8847 吨。（2）高温合金为火箭发动机燃烧室和涡轮泵主材。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 自动器等三大部分组成。其中燃烧室和喷管容纳推进剂燃烧，产

9、生 3000以上的高 温和 30200 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。燃烧室和涡轮泵两大核心部 件均采用高温合金材料。预计未来 10 年我国火箭发动机对高温合金的需求达 3840 吨。根据顾明初 1998 年 在中国航空学会重量工程专业学术会发表的液体火箭发动机的结构质量一文， 火箭发动机核心部件涡轮泵质量占发动机质量的 2026%（下文测算时取平均值 23%），燃烧室质量占发动机质量的 1.23.3%（下文测算时取平均值 2.3%）。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

10、为 1.9 吨， 每枚火箭采用 6 台 YF-100 火箭发动机，则每枚火箭涡轮泵及燃烧室总质量，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。目前我国每年航天发射次数在 40 次左右。假设未来 10 年我国将保持年均 40 次的火箭发射频率，且均采用主力运 载火箭长征七号，则预计未来 10 年内我国火箭发动机用高温合金需求量达 3840 吨。（3）燃气轮机国产化带来高温合金材料需求的大幅增长。燃气轮机与航空发动机同 属与高端技术核心装备，在国防安全、能源安全及工业应用等方面具有重要地位， 国家高度

11、重视燃气轮机的发展，目前主流燃机轮机技术被发达国家垄断，国内在引进乌克兰 UGT-25000 燃气轮机的基础上，研制除了国内首台中等功率的燃气轮机 QC280，目前已经进入第二阶段国产化批产阶段，后续将广泛引用于大型护卫舰、 大型驱逐舰和新型两栖登陆舰等水面舰艇。由于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

12、。舰船用燃气轮机带动高温合金需求。根据凤凰网统计，我国 2021 年服役军舰共计 27 艘，包括 1 艘 094 型弹道导弹核潜艇、2 艘 075 级两栖攻击舰、2 艘 055 型大型 导弹导弹驱逐舰、7 艘 052D 型导弹驱逐舰，6 艘 056A 型轻型护卫舰和 8 艘辅助舰 艇。预计到 2030 年我国将形成 3 大近海舰队和若干航母编队的作战体系，预计将 新增驱逐舰及护卫舰 97 艘左右，中小型舰艇 200 艘左右。鉴于国产 QC-280 燃气轮 机仿制于乌克兰 UGT-2500 燃气轮机，单台重量约 14 吨，且大型军舰普遍装备四台 发动机，中小型舰艇装备 2 台燃气轮机。假设高温合

13、金占每台燃气轮机重量比例的 40%，成材率为 30%，可估计得到 2021-2030 年我国军舰燃气轮机建设与维护共需 高温合金材料为 14710 吨。（4）我国未来核电装机容量增长空间大，建设需要大量高温合金。“碳中和”推动 核能发展，未来高温合金需求增量空间巨大。我国设立了“碳达峰”到“碳中和”目标， 而发展核电是改善我国能源结构的重要途径。世界核能协会发布的核燃料报告预测， 全球核电装机容量预计将以每年 2.6%的速度增长，到 2040 年全球核电装机容量将 达到 61500 万千瓦，且装机容量增长将主要来自中国、俄罗斯等国家。2022 年 1 月1 日，随着福清核电站 6 号机组并网发

14、电，我国大陆并网核电机组达到 53 台，总装 机容量 5463.695 万千瓦，仅次于美国与法国，继续位居世界第三位。国家能源局曾 经预计，我国核电装机规模将在 2030 年达到 1.2 亿1.5 亿千瓦，因此估计截至 2030 年我国还将新建设完成约 8000 万千瓦的核电机组。核电工业使用的高温合金主要 包括燃料元件包壳材料、结构材料和燃料棒定位格架，高温气体炉热交换器等。每 座 60 万千瓦核电站约需高温合金材料 600 吨，以此计算，共需高温合金材料约为 80000 吨，考虑到核电站建设国产率约为 80%，预计未来平均每年高温合金国内需 求量约为 7111 吨。（5）中国汽车保有量不断

15、扩大，限排政策逐年趋严，涡轮增压汽车发动机成为市场 主流。目前，我国涡轮增压器生产厂家大多采用镍基高温合金涡轮叶轮，同时内燃 机的阀座、镶块、进气阀、密封弹簧、火花塞、螺栓等都可以采用铁基或镍基高温 合金。中国汽车工业协会公布的最新数据显示，2021 年我国汽车产销量将达到 2610 万辆，同比增长 3.1%，结束了连续三年的负增长，且预计中国汽车产销量在 2020 年将达到 2750 万辆。高温合金材料在汽车领域主要被运用于汽车废气涡轮增压器， 其具有降低噪声、减少有害气体排放、提高功率等优点。国外重型柴油机增压器装 配率接近 100%，中小型柴油机也在不断地增大汽车涡轮增压器的装配比例，英

16、美 国家的装配比例已达 80%左右，相较之下，我国目前 50%的装配率仍具有提升空间。 根据每万辆汽车涡轮增压器高温合金用量约为 3.5 吨，2021 年汽车生产行业需要高 温合金材料约 9128.7 吨，市场规模约为 18.3 亿元。考虑到未来汽车数量和我国装 配率的提高，假设未来年均增长率为 5%，截至 2030 年，我国汽车市场对高温合金 材料的需求总计约为 10.6 万吨。2.高温合金行业壁垒较高，国内需求缺口较大，赛道优质在下游需求拉动下，我国高温合金行业在飞速发展中，但由于高温合金行业具有技 术含量高、制备工艺复杂、加工难度大等特点，制备技术需要长期积累与发展，因 此具有较高的技术

17、壁垒。同时由于高温合金产品主要应用于军工领域，须取得相应 资质才能进入下游采购体系，而资质的取得与认证周期较长，因此高温合金行业的 投资回报周期较长。此外，由于高温合金材料的产能稀缺性及品质的高要求，下游 客户选定高温合金供应商后，会进行长期合作，通常不会更换，也会对新进入者形 成壁垒。具体来看，高温合金行业在技术、市场先入、行业准入、生产组织能力、 资金要求上都具有很高的行业壁垒。从发展历程及技术背景来看，当前我国从事高温合金研究生产的企业主要分为四类： 第一类是依托科研院所技术转型企业，主要是钢研高纳、中国航发北京航空研究院 (北京航发院)、中科院金属研究所(中科三耐)等企业，他们长期承担

18、国内合金技术研 发任务，具备深厚的技术积累，与下游需求单位紧密合作，具备生产较小批量、结 构复杂的特定型号高端产品能力；第二类是中国航发下属发动机主机厂和中航工业、 中航科技等集团内部从事精密铸造或锻造业务的相关企业，主要为各大主机厂和其 他集团单位提供配套服务。第三类是特钢企业，他们在冶金方面具备较强技术实力， 通常具备大规模生产能力，主要是抚顺特钢、宝钢特钢等，能够生产批量较大的合 金板材、棒材和锻件；第四类是以图南股份、万泽股份等为代表的新兴冶金企业， 近年开始涉及高温合金领域，主要是在特定型号高温合金材料或某一产品领域具备 技术优势。产需缺口持续扩大，供不应求局面将持续。从产需缺口来看，近年我国高温合金行 业在下游需求的带动下高速发展，市场面临着巨