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高溫合金的性能、應用及市場分析
發(fā)布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn
更新時間：2016-05-14
高溫合金，又稱超合金，高溫合金是一種能夠在600℃以上及一定應力條件下長期工作的金屬材料，具有優(yōu)異的高溫強度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能。高溫合金的材料特征使其成為航空發(fā)動機中不可替代的關鍵材料。在世界先進發(fā)動機研制中，高溫合金材料用量已占到發(fā)動機總量的40%~60%。所以，高溫合金材料也被譽為“先進發(fā)動機基石”。
高溫合金，又稱超合金，高溫合金是一種能夠在600℃以上及一定應力條件下長期工作的金屬材料，具有優(yōu)異的高溫強度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能。高溫合金的材料特征使其成為航空發(fā)動機中不可替代的關鍵材料。在世界先進發(fā)動機研制中，高溫合金材料用量已占到發(fā)動機總量的40%~60%。所以，高溫合金材料也被譽為“先進發(fā)動機基石”。
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航空發(fā)動機用高溫合金占高溫合金需求的一半以上。隨著國內一批新型號航空發(fā)動機進入量產，高溫合金需求有望快速增長。以殲10B、殲15、殲16為代表的多款三代半戰(zhàn)斗機陸續(xù)進入列裝，WS-10發(fā)動機需求持續(xù)增長。未來幾年，隨著國產大型運輸機運20的投產，大涵道比發(fā)動機將進入量產階段；小涵道比中推、小推航空發(fā)動機也將逐步進入量產。國產航空發(fā)動機需求的增長將驅動航空用高溫合金需求進入快速增長期。
高溫合金在民用工業(yè)中的應用也越來越廣泛。高溫合金在燃氣輪機、車用渦輪增壓器、核電、石油石化等行業(yè)有著重要的應用。工業(yè)化的推進和國內高端裝備制造業(yè)的發(fā)展將持續(xù)拉動民用工業(yè)對高溫合金的需求，目前民用高溫合金占總需求的20%，未來這一比例有望持續(xù)提升。
? ? 我們根據(jù)測算認為，到2020年，我國高溫合金需求約為4萬噸，對應市場空間90.5億元：航空發(fā)動機、汽車廢氣渦輪增壓器、核電工業(yè)用高溫合金需求的增長將驅動行業(yè)需求的爆發(fā)。而目前，我國高溫合金產能約1.26萬噸，實際產量8000-9000噸左右。高溫合金未來7年的需求復合增長率有望超過20%。
一、高溫合金概覽
（一）高溫合金簡介及分類
高溫合金是在600℃以上的高溫及一定及一定應力作用下長期工作的一類金屬。高溫合金區(qū)別于傳統(tǒng)金屬、合金的特點在于：在高溫工作環(huán)境下合金具有較高的強度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性，并在各種溫度下保持良好的組織穩(wěn)定性和使用可靠性等綜合性能，在西方也稱之為超合金（Superalloys）。
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高溫合金材料是航空發(fā)動機首選材料，在現(xiàn)代航空工業(yè)的發(fā)展中處于不可替代的位置，它的規(guī)模發(fā)展與否直接決定了航空裝備的發(fā)展水平。此外，高溫合金也廣泛應用于航天發(fā)動機的熱端部件。伴隨工業(yè)化發(fā)展，民用高端裝備工業(yè)對高溫合金材料的需求呈不斷上升趨勢，高溫合金的耐高溫耐磨耐腐蝕的特點使其在柴油機和內燃機渦輪增壓、燃氣輪機、能源動力、石油化工、玻璃建材等民用工業(yè)中的有廣泛的應用，民用工業(yè)的高溫合金使用量已經提高到20%左右。
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高溫合金可以根據(jù)材料成型方式、基體元素種類、合金強化類型等來劃分：
1）根據(jù)材料成型方式，高溫合金可以分為變形高溫合金、鑄造高溫合金（包含普通精密鑄造合金、定向凝固合金、單晶合金等）、粉末冶金高溫合金（包含普通粉末冶金高溫合金和氧化物彌散強化高溫合金ODS）；
2）根據(jù)基體元素種類，高溫合金可以分為鐵基、鎳基、鈷基等；
3）根據(jù)合金強化類型，高溫合金可以分為固溶強化型高溫合金和時效沉淀強化合金。
（二）高溫合金材料技術難點與創(chuàng)新
高溫環(huán)境下材料的各種退化速度都被加速，在使用過程中易發(fā)生組織不穩(wěn)定、在溫度和應力作用下產生變形和裂紋長大、材料表面的氧化腐蝕等。高溫合金所具有的耐高溫、耐腐蝕等性能主要取決于它的化學組成和組織結構。
高溫合金材料成分十分復雜，含有鉻、鋁等活潑元素，在氧化或熱腐蝕環(huán)境中表現(xiàn)為化學部穩(wěn)定，同時機加工制成的零件表面留下加工硬化和殘余應力等缺陷，為材料的化學性能和力學性能帶來十分不利的影響。由于合金化程度高，高溫合金材料極易產生成分偏析，這種偏析對鑄造高溫合金和變形高溫合金的組織與性能都有重大影響。高溫合金的這些特點決定了它區(qū)別于普通金屬材料的加工工藝。
高溫合金的發(fā)展是合金理論與生產工藝技術不斷改善和革新的過程，通過合金強化+工藝強化來不斷結合提高合金的材料性能。合金強化包括合金固溶強化、第二相強化劑晶界強化等；工藝強化包括改善冶煉、凝固結晶、熱加工、熱處理及表面處理等環(huán)節(jié)改善合金組織結構等。
高溫合金的生產工藝主要包含熔煉、鑄造、熱處理三個過程。生產工藝對高溫合金材料力學性能的影響重大，一項新工藝的引入，往往使高溫合金的性能獲得一個飛躍，發(fā)展處一批新型高溫合金，進而推動一代航空發(fā)動機和航空飛機的發(fā)展。老型號的合金也可以改善工藝達到材料性能的提高。
例如，單晶渦輪葉片的應用顯著地推進了航空發(fā)動機的進步。F-22用的航空發(fā)動機F119的渦輪轉子葉片選用了第三代單晶高溫合金PWA1484，該材料本身的最高工作溫度為1070℃左右，由于采用了計算流體動力學程序設計制造了超級冷卻葉片，使渦輪轉子葉片的工作溫度提高至1621～1677℃（F100發(fā)動機為1400℃），可見工藝創(chuàng)新在材料發(fā)展中的重要地位。
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高溫合金材料制備技術與工藝仍處于不斷的進步和創(chuàng)新中。比如，冶煉工藝采用了真空感應+電渣重熔+真空自豪熔煉三聯(lián)工藝，真空自耗熔煉采用了先進熔煉控制方法等；通過定向凝固柱晶合金和單晶合金工藝技術提高材料的高溫強度；采用粉末冶金方法減少合金元素的偏析和提高材料強度等。此外，氧化物彌散強化高溫合金、金屬間化合物高溫材料也在不斷發(fā)展和創(chuàng)新中。
二、高溫合金的應用
有研究表明，航空發(fā)動機用高溫合金占高溫合金總需求一半以上，此外還廣泛應用于電力、汽車、機械等行業(yè)中。
（一）航空發(fā)動機
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航空發(fā)動機被稱為“工業(yè)之花”，是航空工業(yè)中技術含量最高、難度最大的部件之一。作為飛機動力裝置的航空發(fā)動機，特別重要的是金屬結構材料要具備輕質、高強、高韌、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等性能，這幾乎是結構材料中最高的性能要求。
航空發(fā)動機的技術進步與高溫合金的發(fā)展密切相關，高溫合金是推動航空發(fā)動機發(fā)展的最為關鍵的結構材料。軍用航空發(fā)動機通常可以用其推重比（推力/重量）綜合地評定發(fā)動機的水平。提高推重比最直接和最有效的技術措施是提高渦輪前的燃氣溫度。因此高溫合金材料的性能和選擇是決定航空發(fā)動機性能的關鍵因素。隨著航空裝備的不斷升級，對航空發(fā)動機推重的要求比不斷提高，發(fā)動機對高性能高溫合金材料的依賴越來越大。
在現(xiàn)代先進的航空發(fā)動機中，高溫合金材料用量占發(fā)動機總量的40%-60%。在航空發(fā)動機上，高溫合金主要用于燃燒室、導向葉片、渦輪葉片和渦輪盤四大熱段零部件；此外，還用于機匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。
軍用航空發(fā)動機通常以其推重比的大小來綜合判定發(fā)動機的水平。提高推重比最直接、最有效的技術措施是提高渦輪前的燃氣溫度。
燃燒室
燃燒室的功用是把燃油的化學能釋放變?yōu)闊崮埽莿恿C械能源的發(fā)源地。燃燒室內產生的燃氣溫度在1500~2000℃之間。其余的壓縮空氣在燃燒室周圍流動，穿過室壁的槽孔使室壁保持冷卻。燃燒筒合金材料承受溫度可達800~900℃以上，局部可達1100℃。
用于制造燃燒室的主要材料有高溫合金、不銹鋼和結構鋼；其中用量最大、最為關鍵的是變形高溫合金。由于傳統(tǒng)的高溫合金板材受限于合金的熔點的限制，現(xiàn)在基本已經達到其極限使用溫度，難以進一步發(fā)展。要使燃燒室用高溫合金材料進一步發(fā)展，必須研究全新的材料基體和材料制備工藝。目前國際在研的新材料有碳/碳復合材料、高溫陶瓷材料、氧化物彌散強化合金、金屬間化合物、高溫高強鈦合金等。
導向葉片
導向葉片是調整從燃燒室出來的燃氣流動方向的部件，是航空發(fā)動機上受熱沖擊最大的零件之一。一般來講，導向葉片的溫度比同樣條件下的渦輪葉片溫度高約100℃，但葉片承受的應力比較低。
在熔模精鑄技術突破后，鑄造高溫合金成為了導向葉片的主要制造材料。近年來，由于定向凝固工藝的發(fā)展，用定向合金制造導向葉片的工藝也在試制中；此外，F(xiàn)WS10發(fā)動機渦輪導向器后篦齒環(huán)制造采用了氧化物彌散強化高溫合金。
渦輪盤
渦輪盤在四大熱端部件中所占質量最大。渦輪盤工作時，輪緣溫度達550-750℃，而輪心溫度只有300℃左右，整個部件的溫差大；轉動時承受重大的離心力；啟動和停車過程中承受大應力低疲勞周期。
用于渦輪盤制造的主要材料是變型高溫合金，其中GH4169合金是用量最大、應用范圍最廣的一個主要品種。近年來，隨著航空發(fā)動機性能不斷提高，對渦輪盤要求也越來越高，粉末渦輪盤組織均勻、晶粒細小、強度高、塑性好等優(yōu)點使其成為航空發(fā)動機上理想的渦輪盤合金，但我國工藝生產的粉末渦輪盤夾雜物較多，正在進一步研制中。
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渦輪葉片
渦輪葉片是航空發(fā)動機上最關鍵的構件，渦輪葉片的工作環(huán)境最惡劣，渦輪葉片在承受高溫同時要承受很大的離心應力、振動應力、熱應力等。用于渦輪葉片制造的主材材料是鑄造高溫合金。近三十多年來鑄造工藝的發(fā)展，普通精鑄、定向和單晶鑄造葉片合金得到了廣泛應用。單晶合金在國際上得到了快速發(fā)展，已經發(fā)展了五代單晶合金，成為高性能現(xiàn)金航空發(fā)動機高溫渦輪工作葉片的主要材料；我國在20世紀80年代開始單晶合金研制，根據(jù)專著《中國高溫合金50年》（師昌緒），第二代單晶合金已經在先進發(fā)動機中進行使用。
（二）航天發(fā)動機
航天發(fā)動機中的特殊工作環(huán)境要求使其使用材料必須受高溫、高壓、高的溫度梯度變化、高動態(tài)載荷和特殊戒指的考驗，因此對材料的綜合性能和加工性能提出了很高的要求。高溫合金材料已經占據(jù)了航天發(fā)動機相當大的比重，在發(fā)動機中的應用比比例接近總重量的一半，高溫合金材料技術的發(fā)展直接影響航天發(fā)動機研制水平。
航天發(fā)動機用高溫合金原則上都可以采用航空發(fā)動機用高溫合金，但航天發(fā)動機材料除了承受高溫沖擊外，還有低溫（-100℃以下）環(huán)境要求。由于高溫合金精密鑄造工藝限制，過去形狀極其復雜的結構件在航天發(fā)動機上一直沒有真正加以應用。隨著工藝的進步，航天發(fā)動機上的許多關鍵熱部件都采用了無余量整體精密鑄造高溫合金精鑄件，簡化了發(fā)動機結構，降低發(fā)動機重量，減少了焊接部分，縮短研制和生產周期，降低研制和生產成本，提高發(fā)動機可靠性。隨著航天發(fā)動機技術的進步，航天發(fā)動機用高溫合金逐漸呈現(xiàn)出復雜化、薄壁化、復合化、多位一體、無余量的趨勢。典型的有渦輪轉子、導向器、泵殼體等。
我國的“長征”系列火箭以及“神舟”系列飛船，發(fā)動機的核心部分都采用了高溫合金材料。目前，航天領域使用的液氧煤油和液氧液氫航天運載發(fā)動機、小型渦噴渦扇發(fā)動機已經定型，并開始批量生產，國內對航天用高溫合金母合金和精鑄件的需求也在不斷增長，進入一個新的增長期。
（三）民用工業(yè)高溫合金的應用
隨著工業(yè)化的推進，工業(yè)向高端、大型化發(fā)展，高溫合金在民用工業(yè)中的需求也日益增長。高溫合金合金也是艦船、火車、汽車渦輪增壓器葉片及各類工業(yè)燃機葉片的優(yōu)選材料；鐵路運輸?shù)母咚倩?、造船業(yè)的高品質要求（特別是出口造船）、艦艇動力的高效要求、工業(yè)燃機應用的高速發(fā)展等急需高性能的高溫合金母合金。目前，國內民用工業(yè)高溫合金占高溫合金總需求的20%，而美國50%的高溫合金應用于民用工業(yè)領域。燃氣輪機
燃氣輪機是高溫合金的另一個主要用途。燃氣輪機裝置是一種以空氣及燃氣為介質的旋轉式熱力發(fā)動機，它的結構與飛機噴氣式發(fā)動機一致，也類似蒸汽輪機。燃氣輪機的基本原理與蒸汽輪機很相似，不同處在于工質不是蒸汽而是燃料燃燒后的煙氣。燃氣輪機屬于內燃機，所以也叫內燃氣輪機。構造有四大部分：空氣壓縮機，燃燒室，葉輪系統(tǒng)及回熱裝置。
燃氣輪機的需求增長迅速，除用于發(fā)電外，還用于艦船動力、天然氣疏松的加氣站等。與航空用高溫合金葉片相比，燃氣輪機用高溫合金的使用壽命長（10萬小時），耐熱腐蝕、尺寸大，質量要求很高。
汽車廢氣渦輪增壓器
汽車廢氣增壓器渦輪也是高溫合金材料的重要應用領域。目前，我國渦輪增壓器生產廠家所采用的渦輪葉輪多為鎳基高溫合金渦輪葉輪，它和渦輪軸、壓氣機葉輪共同組成一個轉子。此外內燃機的閥座、鑲塊、進氣閥、密封彈簧、火花塞、螺栓等都可以采用鐵基或鎳基高溫合金。
渦輪增壓系統(tǒng)對燃油效率和性能提升均有明顯效果。渦輪增壓是利用發(fā)動機排出的廢氣的能量來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入氣缸。當發(fā)動機轉速增快，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應增加燃料量就可以增加發(fā)動機的輸出功率。一般而言，加裝廢氣渦輪增壓器后的發(fā)動機功率及扭矩要增大20%—60%。2008年中國汽車工業(yè)僅渦輪轉子對高溫母合金的需求就在1,900噸以上。
核電與其它領域的高溫合金應用
核電工業(yè)使用的高溫合金包括：燃料元件包殼材料、結構材料和燃料棒定位格架，高溫氣體爐熱交換器等，均是其他材料難以代替的。例如，燃料元件包殼管的管壁在工作時需承受600-800℃的高溫，需要較高的蠕變強度，因此大量采用高溫合金材料。
高溫合金材料在玻璃制造、冶金、醫(yī)療器械等領域也有著廣泛的用途。在玻璃工業(yè)中應用的高溫合金零件多達十幾種，如：生產玻璃棉的離心頭和火焰噴吹坩堝，平板玻璃生產用的轉向輥拉管機大軸、端頭和通氣管、玻璃爐窯的料道、閘板、馬弗套、料碗和電極棒等。冶金工業(yè)的軋鋼廠加熱爐的墊塊、線材連軋導板和高溫爐熱電偶保護套管等。醫(yī)療器械領域的人工關節(jié)等。
三、高溫合金的市場空間測算
根據(jù)測算，我們認為到2020年，國內高溫合金需求約為39275噸，對應市場空間90.5億元。
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（一）航空發(fā)動機需求
假設1：在航空發(fā)動機中高溫合金占總重量的40%-60%，在先進發(fā)動機中這一比例超過50%甚至更多。我們判斷，隨著航空工業(yè)的繼續(xù)發(fā)展和高溫合金材料科技的進步，這一比例還將繼續(xù)提升。我們假設高溫合金占軍用航空發(fā)動機重量的60%，占民用航空發(fā)動機和其他軍機重量的40%。
假設2：通過與已有國內外相似型號飛機發(fā)動機規(guī)格對比，我們假設軍用戰(zhàn)斗機發(fā)動機重量約1.7噸，軍用運輸機、民用大飛機發(fā)動機重量約4噸，其他飛機航空發(fā)動機重量約1噸。
假設3：高溫合金的材料性能、加工難度要高于普通合金和鋼材，其材料成型率遠低于一般特鋼。我們估計，1）在鑄造和軋制過程中材料成型率70-80%左右；2）母合金進行加工時，廢品率80%左右，全流程材料利用率15%-20%，我們假設高溫合金全流程材料利用率為20%。
綜上，我們預計每臺戰(zhàn)斗機航空發(fā)動機平均使用高溫合金5.1噸，軍用運輸機航空發(fā)動機用高溫合金12噸，其他軍用航空發(fā)動機高溫合金2噸；民用大飛機航空發(fā)動機用高溫合金8噸。
根據(jù)測算，未來20年我國軍用航空發(fā)動機高溫合金需求為17.75萬噸，民用大中型飛機發(fā)動機高溫合金需求為7.36萬噸。此外，低空開放將有望打開我國通用航空發(fā)展的瓶頸，未來20年通用航空保有量超過20000架，以平均1臺發(fā)動機測算，通用航空發(fā)動機高溫合金需求為5萬噸。
綜上，我們預測未來20年航空發(fā)動機高溫合金需求為30.11萬噸，平均每年市場空間1.51萬噸。
（二）燃氣輪機需求
軍事應用占世界船用燃氣輪機市場絕大多數(shù)份額。在軍用領域，有75%以上的海軍主力艦艇采用燃機動力；在民用市場，燃機主要應用于高速客船中。
我國海軍目前船用燃機裝艦率較低。已服役主力艦艇中僅有10艘驅逐艦裝備有船用燃機。分別是2艘052型驅逐艦（裝備LM2500），2艘052B型驅逐艦、6艘052C型驅逐艦（裝備UGT-25000及QC280）。其動力配置方式均為柴燃交替動力（CODOG），每艦配備有2臺燃機和2臺柴油機。
隨著中國多型船用燃機相繼研制成功，中短期內燃機普及有望提速。我們認為，燃機普及將以30MW級船用燃機為核心，輔以4MW級小功率船用燃機。其中，30MW級燃機主要用于大型的驅逐艦、護衛(wèi)艦等；4MW級燃機主要用于氣墊登陸艇和導彈快艇。
參考LM2500燃氣輪機重量，我們假設國產燃氣輪機重20噸，高溫合金占重量30%，成材率20%，單臺國產燃氣輪機用高溫合金30噸。
未來15年，我們認為海軍將形成3大近海防御艦隊+若干支航母編隊+若干只兩棲攻擊/登陸編隊為主體的作戰(zhàn)體系?？紤]到燃機應用情況，常規(guī)/核動力航母、兩棲攻擊/船塢登陸艦將其作為主要動力源的可能性較小，應用燃機的新型艦艇很可能主要配備在航母編隊和兩棲攻擊/登陸編隊中，且以驅逐艦和護衛(wèi)艦為主，近海防御艦隊則僅配備新型隱身導彈艇。
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按照未來15年將建設5個航母編隊（2常+3核）、3個兩棲攻擊/登陸編隊和3個近海防御艦隊規(guī)模的假設，再考慮到燃機的更新與維護，我們估算未來15年30MW級燃機需求600臺，4MW級燃機需求1476臺。通過測算，未來15年燃氣輪機高溫合金需求達6.23萬噸，平均每年4152噸。
（三）汽車廢氣增壓渦輪
高溫合金在汽車中主要應用于渦輪增壓器的制造，其次包括排氣閥、燒嘴、熱發(fā)生器等零件也會用到高溫合金。
渦輪增壓系統(tǒng)對燃油效率和性能提升均有明顯效果。渦輪增壓是利用發(fā)動機排出的廢氣的能量來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入氣缸。當發(fā)動機轉速增快，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應增加燃料量就可以增加發(fā)動機的輸出功率。一般而言，加裝廢氣渦輪增壓器后的發(fā)動機功率及扭矩要增大20%—60%。
廢氣增壓器渦輪生產在國外已有60多年的歷史。目前，國外的重型柴油機增壓器配置率100%，中小型柴油機也在不斷地增大其配置比例，如英、美、法等國家已達80%左右。
國內渦輪增壓器配置率將持續(xù)提升，尤其是汽油機渦輪增壓器配置率提升空間巨大。面對與日俱增的環(huán)保和能源壓力，內燃機節(jié)能減排是大勢所趨。渦輪增壓是內燃機節(jié)能減排的有效手段，其中汽油機節(jié)油效果5-10%，柴油機節(jié)油效果10-20%左右。2012年我國內燃機渦輪增壓器綜合配置率為6.7%；其中車用柴油機配置率為62%，未來的增長點主要來自于輕卡裝配率提升；而車用汽油機配置率僅5%左右，未來提升空間巨大。
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依據(jù)鋼研高納招股說明書推算出我國目前每萬輛汽車對高溫合金的需求為2.04噸，隨著渦輪增壓器配置率的提升，每萬量汽車的高溫合金使用量將持續(xù)提高。
我們假設2013年每萬輛汽車高溫合金2噸，今后20年每年復合增長5%；到2020年汽車產量復合增速5%，2020年-2030年汽車產量復合增速3%。依據(jù)測算，2020年汽車用高溫合金需求為8715噸，2030年為1.9萬噸。
（四）核工業(yè)
核電中應用高溫合金的主要部分包括燃料元件包殼管、燃料元件定位架、高溫氣體爐熱交換器等。每座60萬千瓦的核電站需用蒸發(fā)器“U”形傳熱管100噸。此外，還有大量的反應堆內構件用不銹鋼精密管和控制棒、核燃料包套管等。這樣僅一座60萬千瓦的核電站堆芯約需要各類核級用管600多噸。
國產核電裝備的應用，也將帶動核電裝備零部件供應市場。依據(jù)媒體報道的中廣核集團董事長賀禹的講話，我國目前在運和在建核電規(guī)模總計4875萬千瓦，在建核電機組數(shù)量位居世界第一。
根據(jù)我國修改后的核電發(fā)展目標，2015年核電機組裝機規(guī)模達到40GW建成，2020年核電裝機目標為58GW運營+30GW在建，那么未來7年國內必須新開工40GW，對應35-40座100萬千瓦機組。
我們假設1座100萬千瓦機組需要各類高溫合金1000噸，則未來7年核電工業(yè)對高溫合金總需求約35000噸-40000噸，平均每年5000噸-5700噸。
（五）航天、核工業(yè)及其他行業(yè)
考慮到航天發(fā)動機每年發(fā)射次數(shù)較少且需求穩(wěn)定，我們估計每年航天發(fā)動機對高溫合金需求量在400-600噸左右。
此外，假設航空發(fā)動機、航天、燃氣輪機、汽車、核工業(yè)占高溫合金總需求的85%，則其他行業(yè)每年對高溫合金需求約為5900噸。
四、國內外高溫合金市場情況
（一）國外高溫合金行業(yè)發(fā)展
目前，全球每年消費高溫合金材料近28萬噸，市場規(guī)模達100億美元。全球范圍內能夠生產航空航天用高溫合金的企業(yè)不超過50家，主要集中在美國、俄羅斯、英國、法國、德國、日本和中國。發(fā)達國家一般將涉及航空航天應用領域的高溫合金產品作為戰(zhàn)略軍事物資，很少出口。
美國在高溫合金研發(fā)以及應用方面一直處于世界領先地位，年產量約為5萬噸，其中近50%用于民用工業(yè)。美國有很多獨立的高溫合金公司，能夠生產航空發(fā)動機所用高溫合金的公司有通用電氣公司，普特拉—惠特尼公司，還有其他的生產特鋼和高溫合金的公司如漢因斯-斯泰特公司，佳能—穆斯克貢公司，因科國際公司等。這些公司都先后發(fā)展了公司自己的高溫合金牌號。
歐盟國家中英、德、法是世界上主要的高溫合金生產和研發(fā)代表。英國是世界上最早研究和開發(fā)高溫合金的國家之一。英國的鑄造合金技術世界領先，代表性的是國際鎳公司的Nimocast合金，后來該國的飛機發(fā)動機制造商羅爾斯羅伊斯控股公司又研制了定向凝固和單晶合金SRR99、SRR2000和SRR2060等，其研制的高溫合金主要用在航空發(fā)動機制造方面。
日本在鎳基單晶高溫合金、鎳基超塑性高溫合金和氧化物晶粒彌散強化高溫合金方面取得較大的成功。近年來，致力于開發(fā)新型的耐高溫合金，并成功開發(fā)出在1200℃高溫下依然能保持足夠強度的新合金。日本主要的高溫合金生產企業(yè)是IHIcorporation，JFE、新日鐵和神戶制鋼公司。
（二）國內高溫合金行業(yè)格局
經過50多年發(fā)展，我國已經形成了比較先進，具有一定規(guī)模的生產基地。我們把國內從事高溫合金的廠家分為四類：
1、特鋼生產廠：東北特殊鋼鐵接團撫順特殊鋼公司（簡稱撫順特鋼），寶鋼股份公司特殊鋼事業(yè)部（簡稱寶鋼特鋼）和攀鋼集團長城特殊鋼公司（簡稱攀長鋼）；
2、研究單位：鋼鐵研究總院，北京航空材料研究院，中國科學院金屬研究所，東北大學，北京科技大學等。
3、發(fā)動機公司精密鑄件廠：中航工業(yè)旗下各航空發(fā)動機公司的精密鑄造廠：黎明、西航、黎陽、南方、貴航等。
4、鍛件熱加工廠：西南鋁業(yè)公司，第二重型機械集團萬航模鍛廠，中航重機股份有限公司宏遠航空鍛鑄公司和安大航空鍛造公司。
目前，國內規(guī)模較大的高溫合金生產企業(yè)有撫順特鋼和鋼研高納。此外，寶鋼特鋼、攀長鋼、中科院金屬所、北京航材院也具備一定的產能。
在航空航天產業(yè)中，用量最大的變型高溫合金，主要由撫順特鋼、寶鋼特鋼、攀長鋼等公司完成。特鋼企業(yè)生產的變型高溫合金，適用于大批量、通用性、結構較為簡單的產品。鋼研高納在上市后也擴大了變形高溫合金產能，募投項目達產后也具備了相當?shù)淖冃透邷睾辖甬a能。
目前具備鑄造高溫合金精鑄件的廠家分為兩類，一類是鋼研高納、中科院金屬所和北京航材院三家公司；另一類是黎明、西航、南方、成發(fā)等專業(yè)發(fā)動機廠自行生產精鑄件。三家單位主要承接航天航空發(fā)動機廠對外委托的精鑄件業(yè)務。目前三家單位在鑄造高溫合金的材料制備、生產技術上均有各自特點，其中鋼研高納產能大于其余兩家。
根據(jù)鋼研高納、撫順特鋼年報及相關公司網站信息，我們估算目前我國高溫合金總產能約為1.26萬噸，實際產量約8000-9000噸左右。
五、高溫合金涉及的A股相關上市公司
主要涉及的A股上市公司包括：鋼研高納、撫順特鋼、寶鋼股份、煉石有色、航空動力以及新三板上市公司中科三耐。
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?航空發(fā)動機用高溫合金占高溫合金需求的一半以上。隨著國內一批新型號航空發(fā)動機進入量產，高溫合金需求有望快速增長。以殲10B、殲15、殲16為代表的多款三代半戰(zhàn)斗機陸續(xù)進入列裝，WS-10發(fā)動機需求持續(xù)增長。未來幾年，隨著國產大型運輸機運20的投產，大涵道比發(fā)動機將進入量產階段；小涵道比中推、小推航空發(fā)動機也將逐步進入量產。國產航空發(fā)動機需求的增長將驅動航空用高溫合金需求進入快速增長期。
高溫合金在民用工業(yè)中的應用也越來越廣泛。高溫合金在燃氣輪機、車用渦輪增壓器、核電、石油石化等行業(yè)有著重要的應用。工業(yè)化的推進和國內高端裝備制造業(yè)的發(fā)展將持續(xù)拉動民用工業(yè)對高溫合金的需求，目前民用高溫合金占總需求的20%，未來這一比例有望持續(xù)提升。
? ? 我們根據(jù)測算認為，到2020年，我國高溫合金需求約為4萬噸，對應市場空間90.5億元：航空發(fā)動機、汽車廢氣渦輪增壓器、核電工業(yè)用高溫合金需求的增長將驅動行業(yè)需求的爆發(fā)。而目前，我國高溫合金產能約1.26萬噸，實際產量8000-9000噸左右。高溫合金未來7年的需求復合增長率有望超過20%。
一、高溫合金概覽
（一）高溫合金簡介及分類
高溫合金是在600℃以上的高溫及一定及一定應力作用下長期工作的一類金屬。高溫合金區(qū)別于傳統(tǒng)金屬、合金的特點在于：在高溫工作環(huán)境下合金具有較高的強度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性，并在各種溫度下保持良好的組織穩(wěn)定性和使用可靠性等綜合性能，在西方也稱之為超合金（Superalloys）。
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??高溫合金材料是航空發(fā)動機首選材料，在現(xiàn)代航空工業(yè)的發(fā)展中處于不可替代的位置，它的規(guī)模發(fā)展與否直接決定了航空裝備的發(fā)展水平。此外，高溫合金也廣泛應用于航天發(fā)動機的熱端部件。伴隨工業(yè)化發(fā)展，民用高端裝備工業(yè)對高溫合金材料的需求呈不斷上升趨勢，高溫合金的耐高溫耐磨耐腐蝕的特點使其在柴油機和內燃機渦輪增壓、燃氣輪機、能源動力、石油化工、玻璃建材等民用工業(yè)中的有廣泛的應用，民用工業(yè)的高溫合金使用量已經提高到20%左右。
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?高溫合金可以根據(jù)材料成型方式、基體元素種類、合金強化類型等來劃分：
1）根據(jù)材料成型方式，高溫合金可以分為變形高溫合金、鑄造高溫合金（包含普通精密鑄造合金、定向凝固合金、單晶合金等）、粉末冶金高溫合金（包含普通粉末冶金高溫合金和氧化物彌散強化高溫合金ODS）；
2）根據(jù)基體元素種類，高溫合金可以分為鐵基、鎳基、鈷基等；
3）根據(jù)合金強化類型，高溫合金可以分為固溶強化型高溫合金和時效沉淀強化合金。
（二）高溫合金材料技術難點與創(chuàng)新
高溫環(huán)境下材料的各種退化速度都被加速，在使用過程中易發(fā)生組織不穩(wěn)定、在溫度和應力作用下產生變形和裂紋長大、材料表面的氧化腐蝕等。高溫合金所具有的耐高溫、耐腐蝕等性能主要取決于它的化學組成和組織結構。
高溫合金材料成分十分復雜，含有鉻、鋁等活潑元素，在氧化或熱腐蝕環(huán)境中表現(xiàn)為化學部穩(wěn)定，同時機加工制成的零件表面留下加工硬化和殘余應力等缺陷，為材料的化學性能和力學性能帶來十分不利的影響。由于合金化程度高，高溫合金材料極易產生成分偏析，這種偏析對鑄造高溫合金和變形高溫合金的組織與性能都有重大影響。高溫合金的這些特點決定了它區(qū)別于普通金屬材料的加工工藝。
高溫合金的發(fā)展是合金理論與生產工藝技術不斷改善和革新的過程，通過合金強化+工藝強化來不斷結合提高合金的材料性能。合金強化包括合金固溶強化、第二相強化劑晶界強化等；工藝強化包括改善冶煉、凝固結晶、熱加工、熱處理及表面處理等環(huán)節(jié)改善合金組織結構等。
高溫合金的生產工藝主要包含熔煉、鑄造、熱處理三個過程。生產工藝對高溫合金材料力學性能的影響重大，一項新工藝的引入，往往使高溫合金的性能獲得一個飛躍，發(fā)展處一批新型高溫合金，進而推動一代航空發(fā)動機和航空飛機的發(fā)展。老型號的合金也可以改善工藝達到材料性能的提高。
例如，單晶渦輪葉片的應用顯著地推進了航空發(fā)動機的進步。F-22用的航空發(fā)動機F119的渦輪轉子葉片選用了第三代單晶高溫合金PWA1484，該材料本身的最高工作溫度為1070℃左右，由于采用了計算流體動力學程序設計制造了超級冷卻葉片，使渦輪轉子葉片的工作溫度提高至1621～1677℃（F100發(fā)動機為1400℃），可見工藝創(chuàng)新在材料發(fā)展中的重要地位。
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?高溫合金材料制備技術與工藝仍處于不斷的進步和創(chuàng)新中。比如，冶煉工藝采用了真空感應+電渣重熔+真空自豪熔煉三聯(lián)工藝，真空自耗熔煉采用了先進熔煉控制方法等；通過定向凝固柱晶合金和單晶合金工藝技術提高材料的高溫強度；采用粉末冶金方法減少合金元素的偏析和提高材料強度等。此外，氧化物彌散強化高溫合金、金屬間化合物高溫材料也在不斷發(fā)展和創(chuàng)新中。
二、高溫合金的應用
有研究表明，航空發(fā)動機用高溫合金占高溫合金總需求一半以上，此外還廣泛應用于電力、汽車、機械等行業(yè)中。
（一）航空發(fā)動機
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?航空發(fā)動機被稱為“工業(yè)之花”，是航空工業(yè)中技術含量最高、難度最大的部件之一。作為飛機動力裝置的航空發(fā)動機，特別重要的是金屬結構材料要具備輕質、高強、高韌、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等性能，這幾乎是結構材料中最高的性能要求。
航空發(fā)動機的技術進步與高溫合金的發(fā)展密切相關，高溫合金是推動航空發(fā)動機發(fā)展的最為關鍵的結構材料。軍用航空發(fā)動機通常可以用其推重比（推力/重量）綜合地評定發(fā)動機的水平。提高推重比最直接和最有效的技術措施是提高渦輪前的燃氣溫度。因此高溫合金材料的性能和選擇是決定航空發(fā)動機性能的關鍵因素。隨著航空裝備的不斷升級，對航空發(fā)動機推重的要求比不斷提高，發(fā)動機對高性能高溫合金材料的依賴越來越大。
在現(xiàn)代先進的航空發(fā)動機中，高溫合金材料用量占發(fā)動機總量的40%-60%。在航空發(fā)動機上，高溫合金主要用于燃燒室、導向葉片、渦輪葉片和渦輪盤四大熱段零部件；此外，還用于機匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。
軍用航空發(fā)動機通常以其推重比的大小來綜合判定發(fā)動機的水平。提高推重比最直接、最有效的技術措施是提高渦輪前的燃氣溫度。
燃燒室
燃燒室的功用是把燃油的化學能釋放變?yōu)闊崮埽莿恿C械能源的發(fā)源地。燃燒室內產生的燃氣溫度在1500~2000℃之間。其余的壓縮空氣在燃燒室周圍流動，穿過室壁的槽孔使室壁保持冷卻。燃燒筒合金材料承受溫度可達800~900℃以上，局部可達1100℃。
用于制造燃燒室的主要材料有高溫合金、不銹鋼和結構鋼；其中用量最大、最為關鍵的是變形高溫合金。由于傳統(tǒng)的高溫合金板材受限于合金的熔點的限制，現(xiàn)在基本已經達到其極限使用溫度，難以進一步發(fā)展。要使燃燒室用高溫合金材料進一步發(fā)展，必須研究全新的材料基體和材料制備工藝。目前國際在研的新材料有碳/碳復合材料、高溫陶瓷材料、氧化物彌散強化合金、金屬間化合物、高溫高強鈦合金等。
導向葉片
導向葉片是調整從燃燒室出來的燃氣流動方向的部件，是航空發(fā)動機上受熱沖擊最大的零件之一。一般來講，導向葉片的溫度比同樣條件下的渦輪葉片溫度高約100℃，但葉片承受的應力比較低。
在熔模精鑄技術突破后，鑄造高溫合金成為了導向葉片的主要制造材料。近年來，由于定向凝固工藝的發(fā)展，用定向合金制造導向葉片的工藝也在試制中；此外，F(xiàn)WS10發(fā)動機渦輪導向器后篦齒環(huán)制造采用了氧化物彌散強化高溫合金。
渦輪盤
渦輪盤在四大熱端部件中所占質量最大。渦輪盤工作時，輪緣溫度達550-750℃，而輪心溫度只有300℃左右，整個部件的溫差大；轉動時承受重大的離心力；啟動和停車過程中承受大應力低疲勞周期。
用于渦輪盤制造的主要材料是變型高溫合金，其中GH4169合金是用量最大、應用范圍最廣的一個主要品種。近年來，隨著航空發(fā)動機性能不斷提高，對渦輪盤要求也越來越高，粉末渦輪盤組織均勻、晶粒細小、強度高、塑性好等優(yōu)點使其成為航空發(fā)動機上理想的渦輪盤合金，但我國工藝生產的粉末渦輪盤夾雜物較多，正在進一步研制中。
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?渦輪葉片
渦輪葉片是航空發(fā)動機上最關鍵的構件，渦輪葉片的工作環(huán)境最惡劣，渦輪葉片在承受高溫同時要承受很大的離心應力、振動應力、熱應力等。用于渦輪葉片制造的主材材料是鑄造高溫合金。近三十多年來鑄造工藝的發(fā)展，普通精鑄、定向和單晶鑄造葉片合金得到了廣泛應用。單晶合金在國際上得到了快速發(fā)展，已經發(fā)展了五代單晶合金，成為高性能現(xiàn)金航空發(fā)動機高溫渦輪工作葉片的主要材料；我國在20世紀80年代開始單晶合金研制，根據(jù)專著《中國高溫合金50年》（師昌緒），第二代單晶合金已經在先進發(fā)動機中進行使用。
（二）航天發(fā)動機
航天發(fā)動機中的特殊工作環(huán)境要求使其使用材料必須受高溫、高壓、高的溫度梯度變化、高動態(tài)載荷和特殊戒指的考驗，因此對材料的綜合性能和加工性能提出了很高的要求。高溫合金材料已經占據(jù)了航天發(fā)動機相當大的比重，在發(fā)動機中的應用比比例接近總重量的一半，高溫合金材料技術的發(fā)展直接影響航天發(fā)動機研制水平。
航天發(fā)動機用高溫合金原則上都可以采用航空發(fā)動機用高溫合金，但航天發(fā)動機材料除了承受高溫沖擊外，還有低溫（-100℃以下）環(huán)境要求。由于高溫合金精密鑄造工藝限制，過去形狀極其復雜的結構件在航天發(fā)動機上一直沒有真正加以應用。隨著工藝的進步，航天發(fā)動機上的許多關鍵熱部件都采用了無余量整體精密鑄造高溫合金精鑄件，簡化了發(fā)動機結構，降低發(fā)動機重量，減少了焊接部分，縮短研制和生產周期，降低研制和生產成本，提高發(fā)動機可靠性。隨著航天發(fā)動機技術的進步，航天發(fā)動機用高溫合金逐漸呈現(xiàn)出復雜化、薄壁化、復合化、多位一體、無余量的趨勢。典型的有渦輪轉子、導向器、泵殼體等。
我國的“長征”系列火箭以及“神舟”系列飛船，發(fā)動機的核心部分都采用了高溫合金材料。目前，航天領域使用的液氧煤油和液氧液氫航天運載發(fā)動機、小型渦噴渦扇發(fā)動機已經定型，并開始批量生產，國內對航天用高溫合金母合金和精鑄件的需求也在不斷增長，進入一個新的增長期。
（三）民用工業(yè)高溫合金的應用
隨著工業(yè)化的推進，工業(yè)向高端、大型化發(fā)展，高溫合金在民用工業(yè)中的需求也日益增長。高溫合金合金也是艦船、火車、汽車渦輪增壓器葉片及各類工業(yè)燃機葉片的優(yōu)選材料；鐵路運輸?shù)母咚倩?、造船業(yè)的高品質要求（特別是出口造船）、艦艇動力的高效要求、工業(yè)燃機應用的高速發(fā)展等急需高性能的高溫合金母合金。目前，國內民用工業(yè)高溫合金占高溫合金總需求的20%，而美國50%的高溫合金應用于民用工業(yè)領域。燃氣輪機
燃氣輪機是高溫合金的另一個主要用途。燃氣輪機裝置是一種以空氣及燃氣為介質的旋轉式熱力發(fā)動機，它的結構與飛機噴氣式發(fā)動機一致，也類似蒸汽輪機。燃氣輪機的基本原理與蒸汽輪機很相似，不同處在于工質不是蒸汽而是燃料燃燒后的煙氣。燃氣輪機屬于內燃機，所以也叫內燃氣輪機。構造有四大部分：空氣壓縮機，燃燒室，葉輪系統(tǒng)及回熱裝置。
燃氣輪機的需求增長迅速，除用于發(fā)電外，還用于艦船動力、天然氣疏松的加氣站等。與航空用高溫合金葉片相比，燃氣輪機用高溫合金的使用壽命長（10萬小時），耐熱腐蝕、尺寸大，質量要求很高。
汽車廢氣渦輪增壓器
汽車廢氣增壓器渦輪也是高溫合金材料的重要應用領域。目前，我國渦輪增壓器生產廠家所采用的渦輪葉輪多為鎳基高溫合金渦輪葉輪，它和渦輪軸、壓氣機葉輪共同組成一個轉子。此外內燃機的閥座、鑲塊、進氣閥、密封彈簧、火花塞、螺栓等都可以采用鐵基或鎳基高溫合金。
渦輪增壓系統(tǒng)對燃油效率和性能提升均有明顯效果。渦輪增壓是利用發(fā)動機排出的廢氣的能量來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入氣缸。當發(fā)動機轉速增快，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應增加燃料量就可以增加發(fā)動機的輸出功率。一般而言，加裝廢氣渦輪增壓器后的發(fā)動機功率及扭矩要增大20%—60%。2008年中國汽車工業(yè)僅渦輪轉子對高溫母合金的需求就在1,900噸以上。
核電與其它領域的高溫合金應用
核電工業(yè)使用的高溫合金包括：燃料元件包殼材料、結構材料和燃料棒定位格架，高溫氣體爐熱交換器等，均是其他材料難以代替的。例如，燃料元件包殼管的管壁在工作時需承受600-800℃的高溫，需要較高的蠕變強度，因此大量采用高溫合金材料。
高溫合金材料在玻璃制造、冶金、醫(yī)療器械等領域也有著廣泛的用途。在玻璃工業(yè)中應用的高溫合金零件多達十幾種，如：生產玻璃棉的離心頭和火焰噴吹坩堝，平板玻璃生產用的轉向輥拉管機大軸、端頭和通氣管、玻璃爐窯的料道、閘板、馬弗套、料碗和電極棒等。冶金工業(yè)的軋鋼廠加熱爐的墊塊、線材連軋導板和高溫爐熱電偶保護套管等。醫(yī)療器械領域的人工關節(jié)等。
三、高溫合金的市場空間測算
根據(jù)測算，我們認為到2020年，國內高溫合金需求約為39275噸，對應市場空間90.5億元。
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?（一）航空發(fā)動機需求
假設1：在航空發(fā)動機中高溫合金占總重量的40%-60%，在先進發(fā)動機中這一比例超過50%甚至更多。我們判斷，隨著航空工業(yè)的繼續(xù)發(fā)展和高溫合金材料科技的進步，這一比例還將繼續(xù)提升。我們假設高溫合金占軍用航空發(fā)動機重量的60%，占民用航空發(fā)動機和其他軍機重量的40%。
假設2：通過與已有國內外相似型號飛機發(fā)動機規(guī)格對比，我們假設軍用戰(zhàn)斗機發(fā)動機重量約1.7噸，軍用運輸機、民用大飛機發(fā)動機重量約4噸，其他飛機航空發(fā)動機重量約1噸。
假設3：高溫合金的材料性能、加工難度要高于普通合金和鋼材，其材料成型率遠低于一般特鋼。我們估計，1）在鑄造和軋制過程中材料成型率70-80%左右；2）母合金進行加工時，廢品率80%左右，全流程材料利用率15%-20%，我們假設高溫合金全流程材料利用率為20%。
綜上，我們預計每臺戰(zhàn)斗機航空發(fā)動機平均使用高溫合金5.1噸，軍用運輸機航空發(fā)動機用高溫合金12噸，其他軍用航空發(fā)動機高溫合金2噸；民用大飛機航空發(fā)動機用高溫合金8噸。
根據(jù)測算，未來20年我國軍用航空發(fā)動機高溫合金需求為17.75萬噸，民用大中型飛機發(fā)動機高溫合金需求為7.36萬噸。此外，低空開放將有望打開我國通用航空發(fā)展的瓶頸，未來20年通用航空保有量超過20000架，以平均1臺發(fā)動機測算，通用航空發(fā)動機高溫合金需求為5萬噸。
綜上，我們預測未來20年航空發(fā)動機高溫合金需求為30.11萬噸，平均每年市場空間1.51萬噸。
（二）燃氣輪機需求
軍事應用占世界船用燃氣輪機市場絕大多數(shù)份額。在軍用領域，有75%以上的海軍主力艦艇采用燃機動力；在民用市場，燃機主要應用于高速客船中。
我國海軍目前船用燃機裝艦率較低。已服役主力艦艇中僅有10艘驅逐艦裝備有船用燃機。分別是2艘052型驅逐艦（裝備LM2500），2艘052B型驅逐艦、6艘052C型驅逐艦（裝備UGT-25000及QC280）。其動力配置方式均為柴燃交替動力（CODOG），每艦配備有2臺燃機和2臺柴油機。
隨著中國多型船用燃機相繼研制成功，中短期內燃機普及有望提速。我們認為，燃機普及將以30MW級船用燃機為核心，輔以4MW級小功率船用燃機。其中，30MW級燃機主要用于大型的驅逐艦、護衛(wèi)艦等；4MW級燃機主要用于氣墊登陸艇和導彈快艇。
參考LM2500燃氣輪機重量，我們假設國產燃氣輪機重20噸，高溫合金占重量30%，成材率20%，單臺國產燃氣輪機用高溫合金30噸。
未來15年，我們認為海軍將形成3大近海防御艦隊+若干支航母編隊+若干只兩棲攻擊/登陸編隊為主體的作戰(zhàn)體系?？紤]到燃機應用情況，常規(guī)/核動力航母、兩棲攻擊/船塢登陸艦將其作為主要動力源的可能性較小，應用燃機的新型艦艇很可能主要配備在航母編隊和兩棲攻擊/登陸編隊中，且以驅逐艦和護衛(wèi)艦為主，近海防御艦隊則僅配備新型隱身導彈艇。
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?按照未來15年將建設5個航母編隊（2常+3核）、3個兩棲攻擊/登陸編隊和3個近海防御艦隊規(guī)模的假設，再考慮到燃機的更新與維護，我們估算未來15年30MW級燃機需求600臺，4MW級燃機需求1476臺。通過測算，未來15年燃氣輪機高溫合金需求達6.23萬噸，平均每年4152噸。
（三）汽車廢氣增壓渦輪
高溫合金在汽車中主要應用于渦輪增壓器的制造，其次包括排氣閥、燒嘴、熱發(fā)生器等零件也會用到高溫合金。
渦輪增壓系統(tǒng)對燃油效率和性能提升均有明顯效果。渦輪增壓是利用發(fā)動機排出的廢氣的能量來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入氣缸。當發(fā)動機轉速增快，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應增加燃料量就可以增加發(fā)動機的輸出功率。一般而言，加裝廢氣渦輪增壓器后的發(fā)動機功率及扭矩要增大20%—60%。
廢氣增壓器渦輪生產在國外已有60多年的歷史。目前，國外的重型柴油機增壓器配置率100%，中小型柴油機也在不斷地增大其配置比例，如英、美、法等國家已達80%左右。
國內渦輪增壓器配置率將持續(xù)提升，尤其是汽油機渦輪增壓器配置率提升空間巨大。面對與日俱增的環(huán)保和能源壓力，內燃機節(jié)能減排是大勢所趨。渦輪增壓是內燃機節(jié)能減排的有效手段，其中汽油機節(jié)油效果5-10%，柴油機節(jié)油效果10-20%左右。2012年我國內燃機渦輪增壓器綜合配置率為6.7%；其中車用柴油機配置率為62%，未來的增長點主要來自于輕卡裝配率提升；而車用汽油機配置率僅5%左右，未來提升空間巨大。
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?依據(jù)鋼研高納招股說明書推算出我國目前每萬輛汽車對高溫合金的需求為2.04噸，隨著渦輪增壓器配置率的提升，每萬量汽車的高溫合金使用量將持續(xù)提高。
我們假設2013年每萬輛汽車高溫合金2噸，今后20年每年復合增長5%；到2020年汽車產量復合增速5%，2020年-2030年汽車產量復合增速3%。依據(jù)測算，2020年汽車用高溫合金需求為8715噸，2030年為1.9萬噸。
（四）核工業(yè)
核電中應用高溫合金的主要部分包括燃料元件包殼管、燃料元件定位架、高溫氣體爐熱交換器等。每座60萬千瓦的核電站需用蒸發(fā)器“U”形傳熱管100噸。此外，還有大量的反應堆內構件用不銹鋼精密管和控制棒、核燃料包套管等。這樣僅一座60萬千瓦的核電站堆芯約需要各類核級用管600多噸。
國產核電裝備的應用，也將帶動核電裝備零部件供應市場。依據(jù)媒體報道的中廣核集團董事長賀禹的講話，我國目前在運和在建核電規(guī)模總計4875萬千瓦，在建核電機組數(shù)量位居世界第一。
根據(jù)我國修改后的核電發(fā)展目標，2015年核電機組裝機規(guī)模達到40GW建成，2020年核電裝機目標為58GW運營+30GW在建，那么未來7年國內必須新開工40GW，對應35-40座100萬千瓦機組。
我們假設1座100萬千瓦機組需要各類高溫合金1000噸，則未來7年核電工業(yè)對高溫合金總需求約35000噸-40000噸，平均每年5000噸-5700噸。
（五）航天、核工業(yè)及其他行業(yè)
考慮到航天發(fā)動機每年發(fā)射次數(shù)較少且需求穩(wěn)定，我們估計每年航天發(fā)動機對高溫合金需求量在400-600噸左右。
此外，假設航空發(fā)動機、航天、燃氣輪機、汽車、核工業(yè)占高溫合金總需求的85%，則其他行業(yè)每年對高溫合金需求約為5900噸。
四、國內外高溫合金市場情況
（一）國外高溫合金行業(yè)發(fā)展
目前，全球每年消費高溫合金材料近28萬噸，市場規(guī)模達100億美元。全球范圍內能夠生產航空航天用高溫合金的企業(yè)不超過50家，主要集中在美國、俄羅斯、英國、法國、德國、日本和中國。發(fā)達國家一般將涉及航空航天應用領域的高溫合金產品作為戰(zhàn)略軍事物資，很少出口。
美國在高溫合金研發(fā)以及應用方面一直處于世界領先地位，年產量約為5萬噸，其中近50%用于民用工業(yè)。美國有很多獨立的高溫合金公司，能夠生產航空發(fā)動機所用高溫合金的公司有通用電氣公司，普特拉—惠特尼公司，還有其他的生產特鋼和高溫合金的公司如漢因斯-斯泰特公司，佳能—穆斯克貢公司，因科國際公司等。這些公司都先后發(fā)展了公司自己的高溫合金牌號。
歐盟國家中英、德、法是世界上主要的高溫合金生產和研發(fā)代表。英國是世界上最早研究和開發(fā)高溫合金的國家之一。英國的鑄造合金技術世界領先，代表性的是國際鎳公司的Nimocast合金，后來該國的飛機發(fā)動機制造商羅爾斯羅伊斯控股公司又研制了定向凝固和單晶合金SRR99、SRR2000和SRR2060等，其研制的高溫合金主要用在航空發(fā)動機制造方面。
日本在鎳基單晶高溫合金、鎳基超塑性高溫合金和氧化物晶粒彌散強化高溫合金方面取得較大的成功。近年來，致力于開發(fā)新型的耐高溫合金，并成功開發(fā)出在1200℃高溫下依然能保持足夠強度的新合金。日本主要的高溫合金生產企業(yè)是IHIcorporation，JFE、新日鐵和神戶制鋼公司。
（二）國內高溫合金行業(yè)格局
經過50多年發(fā)展，我國已經形成了比較先進，具有一定規(guī)模的生產基地。我們把國內從事高溫合金的廠家分為四類：
1、特鋼生產廠：東北特殊鋼鐵接團撫順特殊鋼公司（簡稱撫順特鋼），寶鋼股份公司特殊鋼事業(yè)部（簡稱寶鋼特鋼）和攀鋼集團長城特殊鋼公司（簡稱攀長鋼）；
2、研究單位：鋼鐵研究總院，北京航空材料研究院，中國科學院金屬研究所，東北大學，北京科技大學等。
3、發(fā)動機公司精密鑄件廠：中航工業(yè)旗下各航空發(fā)動機公司的精密鑄造廠：黎明、西航、黎陽、南方、貴航等。
4、鍛件熱加工廠：西南鋁業(yè)公司，第二重型機械集團萬航模鍛廠，中航重機股份有限公司宏遠航空鍛鑄公司和安大航空鍛造公司。
目前，國內規(guī)模較大的高溫合金生產企業(yè)有撫順特鋼和鋼研高納。此外，寶鋼特鋼、攀長鋼、中科院金屬所、北京航材院也具備一定的產能。
在航空航天產業(yè)中，用量最大的變型高溫合金，主要由撫順特鋼、寶鋼特鋼、攀長鋼等公司完成。特鋼企業(yè)生產的變型高溫合金，適用于大批量、通用性、結構較為簡單的產品。鋼研高納在上市后也擴大了變形高溫合金產能，募投項目達產后也具備了相當?shù)淖冃透邷睾辖甬a能。
目前具備鑄造高溫合金精鑄件的廠家分為兩類，一類是鋼研高納、中科院金屬所和北京航材院三家公司；另一類是黎明、西航、南方、成發(fā)等專業(yè)發(fā)動機廠自行生產精鑄件。三家單位主要承接航天航空發(fā)動機廠對外委托的精鑄件業(yè)務。目前三家單位在鑄造高溫合金的材料制備、生產技術上均有各自特點，其中鋼研高納產能大于其余兩家。
根據(jù)鋼研高納、撫順特鋼年報及相關公司網站信息，我們估算目前我國高溫合金總產能約為1.26萬噸，實際產量約8000-9000噸左右。
五、高溫合金涉及的A股相關上市公司
主要涉及的A股上市公司包括：鋼研高納、撫順特鋼、寶鋼股份、煉石有色、航空動力以及新三板上市公司中科三耐。
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