2022年航空环形锻件行业发展前景及市场规模分析

1、2022年航空环形锻件行业发展前景及市场规模分析1.航空材料升级牵引高端锻造发展，航空环锻件行业迎来高景气周期1.1.航空发动机技术发展加速，航发材料迭代升级军用航空发动机历经五代，推重比不断提升。第一代涡扇发动机出现在 20 世纪 50 年代， 以英国的康维发动机、美国的 JT3D 发动机为代表，推重比在 2 左右；第二代涡扇发动机 出现在 20 世纪 60 年代，以英国的斯贝 MK202 和美国的 TF30 发动机为代表，推重比在 5 左右；第三代涡扇发动机出现在 20 世纪 70-80 年代，以美国的 F100、欧洲的 RB199 和 苏联的 AL-31F 发动机为代表，推重比在 8 左

2、右；第四代涡扇发动机出现在 20 世纪 90 年 代，以美国的 F119 和欧洲的 EJ200 发动机为代表，推重比在 10 以上；第五代涡扇发动 机出现在 21 世纪初，以美国的 F135 和英、美联合研制的 F136 发动机为代表，推重比为 12-13。未来航空发动机推重比将不断提高，美国已经开启第 6 代航空发动机的研发，根 据发动中国航发，发动经济动力（姜疆，2017 年 3 月，新经济导刊），预计推重比将 达到 16-18。热力学第二定律指出所有热机的热效率均有一个上限值。热效率的上限和热机输入热的温 度（热源温度）及热机的环境温度（冷源温度）有关。我们可以用卡诺循环来表示理想的 热

3、机循环热效率。在卡诺循环中，当吸热量为 Q1,放热量为 Q2 时，循环所作净功为 W0=Q1-Q2，根据卡诺循环的热熵曲线可得卡诺循环的热效率为：=1-T2/T1，由此可以看 出，热机的输入热源温度 T1越高，热机工作效率越高。因此，动力领域对工作温度要求的 提升将带动相关材料的升级换代。1.2.航发材料性能提升是目的，高端锻造工艺是必要手段我们认为，材料的成分、组织、工艺与性能之间的关系是密不可分的，性能是目的，成分 是基础，组织是形态，工艺是手段，而锻造作为工艺的一种，本质上是对前沿材料深刻认 知后的加工手段。成分和工艺可以极大的影响下料的性能，换言之，材料的成分和工艺会 直接决定材料的性

4、能好坏。锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以 获得一定几何尺寸、形状的零件（或毛坯）并改善其组织和性能的加工方法。金属材料经 过锻造加工后，形状、尺寸稳定性好，组织均匀，纤维组织合理，具有较佳的综合力学性 能。机械装备中的主承力结构或次承力结构件一般都是由锻件制成的，锻件广泛地应用于 国民经济和国防工业的各个领域。根据锻件的尺寸和形状、采用的工装模具结构和锻造设 备的不同，锻造主要可分为自由锻、模锻、环锻。随着高新技术武器装备向小型化、精确化、轻量化、高可靠、低成本方向发展，对结构件 及其成形技术的要求越来越高，促使塑性成形技术向精密、整体、复杂、高性

5、能、高可靠、 低成本方向发展。2004 年美国航空工业中的精密模锻件占零件品种的 80，俄罗斯占到 70%75%，日本占到 63.9%。高温合金环锻件在航空航天、燃气轮机等领域均有广泛应用，主要用于机匣、燃烧室、密 封环、支撑环等部位。环形零件在现代航空发动机中属于一种涉及材料种类多、量大面广、 精度高和载荷大的重要零件。根据高温合金环形件环轧工艺研究进展（江河等，【稀有 金属材料与工程】，2021 年 5 月），美国普惠公司研发的涡扇发动机 F135-PW-100 中，环 形件占所有发动机锻件成本的 12%。高温合金锻件可通过自由锻扩孔成形达到最终尺寸，制备所需的环锻件。但随着碾环机的 大量

6、投入使用，环轧技术逐渐被广泛采用，所制备的高温合金环形件表面质量好、尺寸精 度高、组织更为均匀。尤其是对于超大型环件，传统的自由锻工艺受到结构空间的限制， 不能锻造成形，因此环轧也成为制备超大型环锻件的唯一工艺方法。航空发动机环形锻件工作条件恶劣，具有高温、高压、高腐蚀等特点。发动机机匣长时间 承受 50-60 个大气压而不能变形和损坏，相当于蓄水 175 米的 2.5 个长江三峡大坝所承受 的水压。航空发动机零部件工作时间通常在 3000 小时以上，因此要求航空发动机环形锻 件在整个寿命期内要有足够的强度、刚度和稳定性。为了适应航空发动机环锻件产品的发展趋势，航空发动机环锻件产品的加工工艺也

7、在不断 改进。成形方式上，新一代航空发动机追求高推重比和低油耗，要求各零部件尽可能地轻 质。成形工艺方面，航空发动机机匣等环形锻件成型技术朝着复杂化、整体化方向发展。1.3.高壁垒下，行业迎来高景气红利期由于锻件的性能和质量在相当大的程度上决定着航空关键构件的使用性能和服役行为，因 此航空发动机对于锻件的材料、质量、性能的要求都非常高，目前国内仅有少数企业能够 进行高性能、高精度环形锻件产品的研制生产。一般企业进入该行业存在相当大的壁垒， 主要体现在技术工艺、资质、人才、质量管理等方面。进入壁垒高使得行业新进入者需要 储备技术人才和有经验的技术工人，储备充足的技术和资金，进而取得行业及客户资质

8、认 证、提升技术工艺、参与客户的新品研制及产品定型批产，从进入行业到具备一定竞争力 的周期较长。一般而言，参与航空发动机的研制是未来承担航空发动机批产任务的先决条件。根据航宇 科技招股说明书，全新研制一型跨代航空发动机比全新研制同一代飞机时间长一倍。新进 入国内航空锻造的企业从参与预研到达到批产，需要较长的周期。在国际商用航空发动机 市场，从初期接触到通过终端客户的资格认证，通常需要 3-5 年；而在通过了客户的资格 认证后，下游客户还会通过单件首件包审核等方式逐步考察供应商的持续供货能力和质量 保证能力，之后才会与供应商就部分航空发动机型号签订长期协议，长协签订后一般 1-2 年实现长协项目

9、产品的批量交付，全过程周期较长。锻造行业对设备投资要求较高。以派克新材的 7 千吨自由锻液压机为例，自由锻常用的小 吨位液压机价值 9000 万元。碾环机以派克新材的精密碾环机为例，价值 1.2 亿元。以航 宇科技为例，等温锻造和热处理需要的电加热炉价值 1846 万元，天然气加热炉价值 364 万元（派克新材为 2020 年 IPO 拟采购设备，故采购单价高于航宇科技现有生产设备，航 宇科技 IPO 拟采购设备情况未披露）。为应对下游飞机和航空发动机需求的迅速扩张，缓解产能紧张情况，从 2018 年起锻件行业 核心公司开始纷纷进行相应产能扩建，建设期一般为 2-3 年。经我们统计，2021

10、年-2024 年，有 4 家公司共 15 个锻造类项目会陆续达产，其中 2022 年为产能集中爬坡期。考虑到 军工行业计划性较强，具备“以销定产”的行业特性，产能大幅扩充反映业景气度提升。2.下游需求旺盛，航空环锻件市场有望大规模放量2.1军用航空环锻件市场：航发需求显著，环锻件市场坡长雪厚我国军机在数量上与美国存在较大差距，总量提升需求显著。据World Air Forces 2022 统计，2021 年美国现役军机总数为 13246 架，在全球现役军机中占比为 25%，而我国现 役军机总数为 3285 架，在全球现役军机中占比仅为 6%。按各个细分机型来看，战斗机是 我国军机中的主力军，总

11、数为 1571 架，但数量不到美国同期的 60%，且其他机型的数量 都远落后于美国。美国现役歼击机以三代机和四代机相结合，而我国现役歼击机依然以二 代机和三代机为主，预计两国军机质和量的差异将驱动军机规模扩张和产品升级。当前我国军用飞机正处于更新换代的关键时期，新一代先进机型也将有一定规模列装，结 合前瞻产业研究院对 2021-2030 年中国军机需求规模及市场空间预测情况，2021-2030 年 我国军机增量市场规模将达到 19508 亿元。据前瞻产业研究院发布的研究数据，发动机占 军用飞机成本的 25%，综合以上数据，我们预测 2021-2030 年新装发动机市场规模达到 4877 亿元，

12、年均 487.7 亿元。航空发动机全寿命周期要经历研发制造、采购、使用维护三个阶段。研发阶段分为设计、 试验、发动机制造、管理等环节。在全寿命周期中，研发、制造、维护的比例分别为 10%、 40%、50%左右。根据华泰军工组 2022.3.18 报告西部超导：航空钛材龙头，多极发力驱动高成长，我 们预计从 20212030 中国军用航空发动机维修市场总规模为 9662.16 亿元人民币，结合 上文对 2021-2030 年新装发动机市场规模 4877 亿元的预测，2021-2030 年我国军用航发 市场达 14539.16 亿元。根据航宇科技招股说明书，按照航空发动机环形锻件占航空发动 机价值

13、的 6%计算，2021-2030 我国军用航空发动机环形锻件市场总规模为 872.35 亿元， 平均每年约为 87.23 亿元。根据航发动力（我国军用航空发动机总装上市平台）年报，2020 年公司航空发动机制造 及衍生产品收入 261.63 亿元，考虑到航发集团部分主机厂仍在上市公司体外，而航发集 团发动机制造业务收入可近似于我国军用航空发动机市场需求情况，我们预计 2020 年我 国军用航空发动机市场约 320 亿元。则 2020 年我国军用航空发动机环形锻件市场规模约 19.2 亿元，2021-2030 年我国军用航发环锻件市场规模 CAGR 约为 26.55%。2.2民用航空：商用航发未

14、来增长潜力可期，国产商发打开远期空间根据波音公司发布的Commercial Market Outlook 2021-2040，2040 年全球商用飞机数 量为 49,405 架，未来 20 年将新增商用飞机 43,610 架，市场价值约为 7.2 万亿美元；根 据空客公司发布的AirbusGlobal Market Forecast 2021-2040，2040 年全球商用飞机数 量为 46720 架，未来 20 年将新增商用飞机约 39020 架，市场价值约为 6.1 万亿美元。按照两家预测市场价值的平均值计算，按照航空发动机占飞机整机价值 22%的比例估计， 2021-2040 年航空发动

15、机新装市场价值约为 1.46 万亿美元，我们假设发动机厂商需按照 10%的比例备件，则备用航发市场价值约为 1463.00 亿美元，则新增航发市场总计约为 1.609 万亿美元。根据航宇科技招股说明书，按照航空发动机环形锻件占航空发动机价值 的 6%计算，未来 20 年全球航空发动机环形锻件市场价值约为 965.58 亿美元，平均每年 约为 48.28 亿美元。根据中国航空新闻网，2020 年全球大型商用飞机交付数量和订单数量双双大幅下滑。从 交付数量来看，2020 年波音、空客商用飞机总交付量仅 723 架，比 2019 年下降近 42%， 2020 年交付飞机总价值约为 882 亿美元，根据中商产业研究院数据，2020 年全球民机市 场中波音、空客市占率为 85.5%，我们预计 2020 年全球民机交付价值约 1031.58 亿元。 按照上文价值量比例计