军工行业新材料系列之二：高温合金，最是春好处，布局正当时

最是春好处，布局正当时 ——新材料系列之二：高温合金 军工行业 推荐(维持评级) 核心观点： 高温合金进口替代需求迫切，变形高温合金需求占比达70%。高温合金作为军民领域重要材料，性能优越，应用场景广泛，具有重要经济和战 略意义。在中美关系日益紧张的国际背景下，尽早实现高温合金的全自主研发和进口替代，是我国近年来的重点发展方向。国内高温合金普遍分为铸造高温合金、变形高温合金和粉末高温合金，其中变形高温合金占下游应用的70%，其次是铸造高温合金，占比20%。 海阔凭鱼跃，高温合金下游市场空间广阔。根据公开数据，我们对高 温合金主要应用领域的未来需求进行梳理和统计，预计未来我国高温合金 的年均需求约为5.82万吨，市场空间广阔。其中工业发电用燃气轮机领 域需求占比最高（41%），年均需求约2.4万吨；其次为航空航天发动机领 域需求占比（20%），年均需求约1.18万吨；管道增压用燃机需求占比排 第三（14%），年需求约0.84万吨。从价值量维度来看，航空航天领域占比55%，居于首位，电力领域占比则下滑至20%。 需求大于供给，国内企业间竞合成主流。由于技术和资质壁垒较高，国 内从事高温合金材料生产的企业较少，主要是基于国家在计划经济时期规 划的高温合金生产基地和研发基地以及一些原航空工业配套高温合金铸件的专业铸造单位，整体技术水平与国际先进水平有较大差距。从供给端来看，我国整体产能和实际有效产能较小，尤其在航空航天领域高温合金的产能与实际需求存在较大缺口。2018年国内高温合金产能约2.2万吨，远低于高温合金5.9万吨的需求量，超过60%的市场需求依赖进口。目前 国内高温合金的进口依存度仍接近50%，市场供给缺口超2万吨。随着诸多上市公司陆续扩产，预计行业产能有望快速提升，供给能力将明显改善。我们认为目前国内高温合金企业多属于竞合关系，竞争偏良性，行 业以技术创新、扩大产能、实现进口替代为目标共同发展。 投资观点：需求放量叠加国产替代，首选高温合金行业龙头。高温合 金产业具有较高技术壁垒，前期投入大、认证周期长，新进入者很难在短 期取得优势。同时，军用高温合金应用端转换成本高，尤其是航空航天领域，一旦供应商确定，通常不会轻易更换，先发优势较为明显。因此，我们认为未来高温合金行业强者恒强，生产要素和产业机会将流向头部企业，具备技术优势的龙头公司有望获得更多的行业发展红利。建议关注抚顺特钢（600399.SH）、西部超导（688122.SH）、钢研高纳（300034.SZ）、隆达股份（688231.SH）、图南股份（300855.SZ）。 风险提示：装备采购和军工改革不及预期的风险。 分析师 李良 ：010-80927657 ：liliang_yj@chinastock.com.cn 分析师登记编码：S0130515090001 胡浩淼 ：010-80927657 ：huhaomiao_yj@chinastock.com.cn 分析师登记编码：S0130521100001 行业数据2022.12.31 资料来源：Wind，中国银河证券研究院整理 相关研究 重点公司盈利预测与估值 EPSPE 股票代码 股票名称 2022E 2023E 2024E 2022E 2023E 2024E 300034.SZ 钢研高纳 0.71 1.11 1.44 64.6 41.3 31.8 688122.SH 西部超导 2.37 3.28 4.09 40.1 28.9 23.1 688231.SH 隆达股份 0.28 0.49 0.69 129.4 72.8 52.1 行业深度报告●军工行业 2022年12月31日 资料来源：wind，银河证券研究院 www.chinastock.com.cn证券研究报告请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明 目录 一、总览：高温合金产业初具规模，发展进入快车道2 （一）高温合金：性能优越，应用场景广泛2 （二）国内发展稳扎稳打，产业结构初具规模4 （三）高温合金发展政策环境优渥，行业标准逐步建立6 二、需求：海阔凭鱼跃，高温合金市场空间广阔8 （一）高温合金助力国之重器，与航空航天产业齐飞9 （二）自主研制燃气轮机相继落地，国内高温合金市场需求放量16 （三）其他市场应用：高温合金应用场景丰富，多点开花20 三、上游：原材料采购与国际市场强相关，价格波动可控22 四、结构：需求大于供给，企业间竞合成主流24 （一）百舸争流，各显神通24 （二）高温合金存较大需求缺口，行业供给能力正逐步改善25 �、投资建议：需求放量叠加国产替代，首选高温合金行业龙头26 六、重点公司盈利预测与估值27 七、风险提示27 一、总览：高温合金产业初具规模，发展进入快车道 （一）高温合金：性能优越，应用场景广泛 高温合金性能优越，应用场景广泛。高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。高温合金具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，良好的疲性能、断裂韧性等综合性能，又被称为“超合金”。从高温合 金应用领域来看： 在民用工业领域，可用于柴油机增压涡轮、烟气轮机叶片和盘、冶金轧钢加热炉垫块、内燃机排气阀座等方面。此外，近年来高温合金应用面不断扩大，在石油化工、玻璃和玻纤以及机械制造等行业的应用有明显的进展。 在军工领域，目前镍基高温合金是现代航空发动机、航天器和火箭发动机以及舰船和工业燃气轮机的关键热端部件材料，也是核反应堆、化工设备、煤转化技术等方面需要的重要高温结构材料。高温合金作为军民领域重要材料，应用空间广阔，并具有重要的经济和战略意义。 按基体元素，高温合金可分为镍基高温合金、铁基高温合金和钴基高温合金，不同基体的高温合金呈现出不同的化学和物理特征。当前，镍基高温合金的应用范围较广，需求量约 占高温合金的80%。主要原因是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性。另外，镍基合金可以形成共格有序的金属间化合物作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度。 表1按基体元素分类的高温合金差异 类型 主要特点及应用情况 镍基高温合金 在650-1,000℃高温下有较高的强度和抗氧化、抗燃气腐蚀能力，是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金，广泛用于制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机的最热端零件，如涡轮部分涡轮叶片、导向器等。 铁基高温合金 使用温度较低（600-850℃），一般用于发动机中工作温度较低的部位，如涡轮盘、机匣和轴等零件。 钴基高温合金 使用温度约950℃，铸造性和焊接性良好，主要用于做导向器材料，由于钴资源较少、价格昂贵，生产和使用受到限制。 资料来源：中国金属学会高温材料分会,中国银河证券研究院整理 相比较而言，铁基高温合金的组织不够稳定，因而抗氧化性能比较差、高温强度不足,是中等温度（600-800°C）条件下使用的重要材料，且因合金成分比较简单，成本较低。而钴基高温合金的基体钴是一种重要的战略资源，世界上大多数国家缺钴，使得其发展受到限制。 按制备工艺，高温合金可分为铸造高温合金、变形高温合金和粉末高温合金，变形高温合金占下游应用的70%。铸造高温合金强化相数量较多，不易变形加工，因此通常用于制造航空航天发动机和燃气轮机等先进动力装备的关键热端部件，其需求量约占高温合金总需求 的20%。变形高温合金的热加工塑性较好，可以在锻轧机械的外力作用下塑性变形为特定形状和尺寸的锻件和型材，在固溶、时效状态下的高温强度优异，其需求量约占高温合金总需求的70%，其余10%为粉末高温合金。 图1不同基体元素的高温合金市场份额图2不同制备工艺的高温合金市场份额 镍基铁基变形铸造粉末 5.7% 14.3% 80.0% 10% 20% 70% 资料来源：隆达股份招股说明书，中国银河证券研究院资料来源：隆达股份招股说明书，中国银河证券研究院 表2变形、铸造和粉末高温合金性能与用途比较 变形高温合金 铸造高温合金 粉末高温合金 产生年代 20世纪50年代 20世纪60年代 20世纪70年代 工艺制造 铸造-变形工艺生产的高温合金，可以进行冷、热变形加工 可以或只能用铸造方法成型零件的高温合金，在热加工过程中变形困难，必须采用铸造工艺 采用粉末冶金工艺生产的高温合金材料，将高温合金雾化成粉末，再经热等静压成型或热等静压加锻造成型，通常以镍为基体 性能特点 工作温度范围-253~1320℃，力学性能好，综合韧性指数高，抗氧化，耐腐蚀性强，高热强度。 1）更宽的成分范围：由于可不必兼顾其变形加工性 能，合金的设计可以集中考虑优化其使用性能。 2）更广阔的应用领域：由于铸造方法具有的特殊优 点，可根据零件的使用需要，设计、制造出近终形或无余量的具有任意复杂结构和形状的铸件。等轴晶铸造高温合金使用温度范围-253～950℃，定向凝固柱晶和单晶高温合金使用温度范围950～1100℃； 最高工作温度650~750℃采用粉末冶金工艺，由于粉末颗粒细小，冷却速度快，从而成分均匀，无宏观偏析，而且晶粒细小，热加工性能好，金属利用率高，成本低，尤其是合金的屈服强度和疲劳性能有较大的提高。以FGH95为例，650℃的拉伸强度1500MPa；1034MPa应力下持久寿命大于50小时。 分类以及其特点 按其热处理工艺可分为固溶强化型合金和时效强化型合金。 1）固溶强化合金：使用温度范围为900～ 1300℃，最高抗氧化温度达1320℃。 2）时效强化合金：使用温度为-253～ 950℃，制作涡轮盘的合金工作温度为-253～700℃,要求具有良好的高低温强度和抗疲劳性能。 根据铸造合金的使用温度细分：1）等轴晶铸造高温合金（-253～950℃）：在很大的范围温度内具有良好的综合性能，在低温下能保持强度和塑性均不下降，在高温下有较高的力学性能及抗热腐蚀性能。2）定向凝固柱晶和单晶高温合金（950～1100℃）：在温度范围内具有优良的综合性能和抗氧化、抗热腐蚀性能。 应用领域 为航空航天提供结构锻件、环、棒、板、管、带和线，在舰船制造、工业燃气轮机、航天飞行器、火箭发动机、核反应堆等领域应用广泛。1）固溶强化合金：航空航天发动机燃烧室、机匣等部件 2）时效强化合金：航空航天发动机涡轮 盘、叶片等结构件 1）等轴晶铸造高温合金：航空发动机扩压器和机匣等大型复杂结构件、整铸涡轮、导向器、导向和涡轮叶片2）定向凝固柱晶和单晶高温合金：航空发动机、燃气轮机热端涡轮叶片，国内使用运用于新型高性能发动机的一级涡轮叶片 粉末冶金高温合金可以满足应力水平较高的发动机的使用要求,是高推重比发动机涡轮轴、涡轮盘、压气机盘和涡轮挡板等高温部件的选择材料。 资料来源：中国金属协会高温材料分会，中国银河证券研究院整理 （二）国内发展稳扎稳打，产业结构初具规模 从全球看，高温合金自20世纪30年代开始研制，变形高温合金、铸造高温合金与粉末高温合金相继问世。而我国高温合金的发展经历了三个阶段： 图3高温合金国内发展历程 资料来源：《我国高温合金的发展与创新》，中国银河证券研究院整理 第一阶段从1956年至20世纪70年代初，是我国高温合金的创业和起始阶段。在苏联专家的指导下炼出的第一炉高温合金GH3030，拉开了我国研制和生产的序幕。1960年后，我国开始独立自主地研制和生产主要歼击机发动机WP-5、WP-6、WP-7、WP-8等所需的各种高温合金材料，建立和完善了我国高温合金的生产和研究基地。此阶段主要成果 是仿制了部分前苏联高温合金系列，包括GH4033、GH4037、K401、K406等。 第二阶段从20世纪70年代中期至90年代中期，是我国高温合金的提高阶段。随着仿欧美航空发动机的试制和生产，我国引进了一系列欧美体系合金。在对WS-9、WZ-6、WZ-8发动机用高温合金材料的研制中，全面按照国外的技术标准进行研制和生产，对纯洁度、均匀性和综合性能比过去