航空锻造：稳定格局筑专业化壁垒，顺势而为拓产业链深度

2023年02月11日 买入（维持评级） 行业深度研究 证券研究报告 军工行业研究 军工组 分析师：杨晨（执业S1130522060001）yangchen＠gjzq.com.cn 联系人：黄怡文 huangyiwen＠gjzq.com.cn 航空锻造：稳定格局筑专业化壁垒，顺势而为拓产业链深度 设备、工艺与材料先进性要求，航空锻造是锻造领域技术制高点。锻造作为航空制造中游关键环节，大型、精密、一体化发展，支撑飞机与发动机性能提升。材料端，航空锻造对铝合金、高强度钢、钛合金和高温合金难变形材料进行塑性加工，以实现良好机械性能；工艺端，整体锻造成形、等温精密锻造、精密辗轧技术发展，提高锻件精度、性能与材料利用率。设备作为锻造技术与工艺实现的核心，大型模锻压机是世界范围内的稀缺资源，“大国重器”助力航空制造业发展。 军机与发动机各百亿级市场需求，专业化发展形成稳定配套格局。我们测算未来十年国内军机锻件年需求超130亿，军用发动机锻件年需求近百亿，商用航空市场国产大飞机、国产商发空间广阔，外贸转包市场疫情后恢复，需求端高增长持续。供给端格局稳定，中航重机下属宏远、安大、景航公司作为航空工业体系内企业，产品与客户覆盖全面；以三角防务、航宇科技、派克新材为代表的民企，通过细分领域的专注发展和技术积累，参与型号研制配套。扩产发展下具备规模化基础，航空锻造企业进入业绩释放期；同时紧跟行业趋势与客户需求，积极布局产品升级与产业链延伸。 装备批产释放规模效应，产线与技术升级优化推动行业降本增效。锻造设备是锻造企业核心资产，大型设备造价高昂、投产后折旧费用高；核心锻造设备产能弹性大，通过增加辅助设备具备挖潜空间。从小批量、多品种生产到件号批产，能够充分发挥设备能力与生产效率，同时摊薄模具成本，带来显著规模效益。锻造工艺参数要求严格，锻造企业通过数控智能产线进行规模化标准生产，不断研发精益技术与工艺水平，可以有效缩短研发周期、提升产品质量、减少原材料损耗，实现降本增效。 横纵拓展具备能力与客户基础，对标PCC发展路径打开市场空间。锻造设备与工艺具有通用性和可迁移性，基于客户资源与需求横向拓展品类，可加强系统配套能力。主机厂聚焦核心总装，零部件与装配需求外溢趋势下，锻造企业拓展机加与部件装配业务，可提升产品附加值与行业地位，同时有助于产业链降本与供应链安全。借鉴海外航空锻铸造龙头PCC发展路径，并购横向拓展打造航空锻造平台，纵向延伸结构件及原材料业务，规模与盈利显著提高，并为股东带来超额收益；国内优势企业根据自身专业化和规模化发展阶段特征，有望复制PCC路径，打开市场空间。 1）中航重机：航空锻铸造龙头，飞机与发动机锻造市场均占据主力地位，内生外延提升大型模锻件能力；规模优势下，积极向产业链上、下游延伸，打造一体化供货平台；产品附加值提高叠加内部改革推进，盈利能力不断提升。2）航宇科技：专注航发环锻件领域，境内军品市场受益批产+科研型号需求，境外商用航空市场疫情后需求恢复，在手订单饱满预示高增长；工艺优化与规模效应释放下，盈利水平稳步提升，德阳投产发展再上台阶。 3）三角防务：依托400MN液压机形成大型模锻件承制优势，300MN等温锻造液压机形成搭配，满足多品类研制需求；横向拓展中小锻件、发动机盘环件和精锻叶片，纵向拓展精加工、飞机蒙皮和部件组装，打开长期发展空间。 4）派克新材：航发环锻件核心供应商之一，型号批产放量带动业绩高增，持续技改投入扩充设备与产能，提升产品覆盖能力；顺应军机与国产大飞机市场精密模锻件需求增长，定增募投拓展模锻业务，有望带来新增长点。 新型号批产进度不及预期的风险，原材料价格大幅波动的风险，扩产及业务拓展进度不及预期的风险。 内容目录 一、锻造：航空制造中游关键环节5 1、航空锻造是支撑飞机和发动机性能提升的重要基石5 2、机体结构锻件：飞机关键承力部件，一体化锻造趋势6 3、发动机锻件：结构多样分布广泛，强调难变形材料应用8 二、设备为基，航空锻造大型、精密化发展10 1、锻压设备和工艺共同决定金属材料性能提高幅度10 2、模锻：一体化成形依托重型设备，等温锻为精密成型重要工艺12 3、环锻：精密碾轧工艺提升环锻件质量，产线智能化要求较高14 三、军机与发动机高景气需求，稳定格局打造专业化、规模化优势15 1、机身与发动机锻造各百亿级市场，“军转民”空间广阔15 2、专业化发展下格局稳定，锻造企业进入业绩释放期17 3、募投助力企业扩产，规模化阶段战略存在差异19 四、提升盈利能力：批产放量带来规模效应，智能化产线提高效率20 1、大型锻造设备价格高昂，产能挖潜空间大20 2、先进锻造对模具要求高，批产摊薄模具成本21 3、智能化产线布局，降低材料与制造端成本22 五、打开市场空间：立足中游，品类扩张与业务延伸23 1、设备+工艺+客户资源禀赋，锻造企业具备扩品类基础23 2、主机外溢需求+提升价值量动力，锻造企业向机加延伸24 3、海外借鉴：业务横纵拓展，铸就PCC全产业链龙头地位26 六、投资建议27 七、风险提示28 图表目录 图表1：航空锻造支撑飞机和航空发动机性能提升5 图表2：锻造位于航空制造产业链中游5 图表3：锻造是航空制造的关键环节5 图表4：锻件在机体结构中的应用6 图表5：某强击机机身内部布置与主要受力构件6 图表6：F-22战机机身Ti-6Al-4V隔框6 图表7：机翼元件示意图7 图表8：A380飞机整体翼梁铝合金大型模锻件7 图表9：锻件在起落架上的应用7 图表10：某新型运输机起落架锻件设计图7 图表11：锻件在直升机上的应用7 图表12：锻件在航空发动机上的应用8 图表13：航空发动机环锻件示意图8 图表14：用于LEAP发动机的高压涡轮机匣和风扇机匣8 图表15：钛合金盘锻件用于整体叶盘加工9 图表16：涡轮盘结构较为复杂9 图表17：典型航空发动机叶片机构9 图表18：压气机动叶与静叶叶片9 图表19：典型航空发动机轴件类型及形状9 图表20：带封严装置的轴承座9 图表21：常见金属材料成型工艺及特点10 图表22：锻件内部金属晶粒更细，力学性能更佳10 图表23：锻件的金属组织流线更完整，综合性能更好10 图表24：锻造是基于材料的设备与工艺的结合，锻造设备至关重要11 图表25：典型锻压设备类型及工作特点11 图表26：锻造工艺基本类型及特点11 图表27：模锻工艺流程12 图表28：开式模锻与闭式模锻对比12 图表29：F-22战斗机钛合金尾部发动机机架大型锻造部件12 图表30：万航模锻800MN大型模锻液压机12 图表31：国内部分3万吨以上模锻压机及加工能力12 图表32：等温模锻工艺示意图13 图表33：三角防务300MN等温模锻液压机13 图表34：多向模锻的复合分模工艺实体图13 图表35：西南铝业1万吨多向模锻液压机13 图表36：环锻件生产流程和设备14 图表39：我国军机数量与美国存在较大差异15 图表40：我国军机机队结构与美、俄存在一定差距15 图表41：预计未来十年国内军用飞机机体结构锻件市场空间超1300亿元15 图表42：航空发动机研发与维修支出可观15 图表43：航空发动机寿命短于机体寿命15 图表44：预计未来十年国内军用航空发动机锻件市场空间超900亿元16 图表45：国产民用大飞机C919发展历程16 图表46：国产商用发动机渐成谱系16 图表47：国际航空发动机四大主机厂多种部件转包生产16 图表48：国内主要从事航空锻造的企业17 图表49：主要公司归母净利润增速17 图表50：主要公司净利率17 图表51：主要公司可比业务收入（亿元）18 图表52：主要公司可比业务收入增速18 图表53：主要公司可比业务毛利率18 图表54：主要公司可比业务成本构成18 图表55：主要公司研发费用（亿元）18 图表56：主要公司研发费用率18 图表57：航空锻造主要企业募投项目情况19 图表58：大型锻造设备造价较高20 图表59：锻造企业产能弹性大20 图表60：加热金属材料是锻造流程中耗时最长的环节20 图表61：原材料与模具成本占模锻件制造成本的80%以上21 图表62：利用铸坯制造模具可有效提升模具寿命21 图表63：大型模锻件的模具形状较为复杂21 图表64：国内外典型等温锻造用高温合金成分21 图表65：大型锻件生产过程较长，影响因素多，难以全部同时准确控制22 图表66：多级闭环的智能管控系统架构图22 图表67：精密辗环机生产过程的数字化控制操作系统22 图表68：PCC公司借助并购横向拓展锻造业务产品品类23 图表69：派克新材与三角防务相似技术23 图表70：主机厂合作认证周期长23 图表71：航空机体部件加工工艺流程24 图表72：航空发动机零件加工工艺流程（以涡轮盘为例）24 图表73：制造费用为爱乐达主要成本24 图表74：制造费用为航亚科技零部件加工主要成本24 图表75：波音公司供应链示意图25 图表76：国内主机厂推行“小核心，大协作”改革规划25 图表77：机加工企业毛利率高于锻造企业25 图表78：锻造企业进行机加业务拓展可显著提升盈利能力25 图表79：PCC业务覆盖全面26 图表80：PCC发展经历三个阶段，新世纪来聚焦航空锻造业务带来规模增长26 图表81：产业链延伸对毛利率改善显著27 图表82：业务拓展下PCC股东回报率远超市场指数27 图表83：不同企业获得成本优势的途径不同27 图表84：行业景气基础上的业务拓展是PCC成功的关键27 1、航空锻造是支撑飞机和发动机性能提升的重要基石 航空锻造属于高端制造业，支撑飞机和航空发动机升级迭代。锻造是金属材料、工艺和设备的结合，航空锻造在这三方面要求均显著高于普通锻件，航空锻造位于锻造行业制高点。从材料端来看，航空锻件一般选择高比强度、比刚度的材料，钛合金、高温合金等难变形材料应用广泛。 从工艺端来看，航空锻件与普通机械制造工业用锻件相比在精度和质量方面要求更高，先进锻造技术如整体成形技术、等温锻造技术、精密辗轧技术应用更为广泛。从设备端来看，航空锻造需要大型锻压设备实现金属形变的目的。据《大型航空模锻件生产现状及发展趋势》，模锻件制成的零件重量约占飞机机体结构重量的20-35%，占发动机结构重量的30-45%，是飞机及其发动机机体结构的关键零部件，其结构型式、材料性能与质量、制造成本是决定飞机和发动机的性能、可靠性、寿命和经济性的重要因素之一。 图表1：航空锻造支撑飞机和航空发动机性能提升 来源：航空航天材料发展现状及前景，航空钛合金锻造技术的研究进展，镁合金在航空航天领域研究应用现状与展望，国金证券研究所 航空锻造位于产业链中游，是航空制造的关键环节。飞机及航空发动机制造产业链上游为各类原材料供应商，包括高温合金、钛合金、铝合金、高强钢等金属材料。锻造企业利用锻压设备基于一定工艺将原料加工为力学性能优良的金属锻件，产品交付给主机厂进行质量检验，合格产品交由机加及结构件制造商装配为结构件，最终由主机厂进行总装。 图表2：锻造位于航空制造产业链中游图表3：锻造是航空制造的关键环节 来源：国金证券研究所来源：爱乐达招股说明书，国金证券研究所 整体化、精密化发展下锻件机加工余量逐步减小，锻件附加值及锻造重要性进一步提升。在新一代材料性能提升前提下，整体成形工艺应用日益广泛，整体锻造作为其中的关键技术得到普及。据《世界航空航天制造技术特点与发展趋势研究》，整体成形技术可将几十甚至几百个零件减少成1个或几个零件，减少分段和后续焊接操作，也可大幅减轻结构质量，减少加工废料，降低装配成本。相较于普通模锻，精密锻造机加工余量显著减小，可减小后续机加工工序。根据《精密锻造成型技术的应用及其发展》，精密锻造成形技术可应用于精化毛坯，从而实现利用锻造技术取代粗机械加工工序。随着锻件精度逐步提高，或将替代焊接等部分传统机械加工业务，锻件附加值提升的同时锻造环节重要性将进一步提升。 2、机体结构锻件：飞机关键承