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。
　　

研究报告全文：训练tableresearch行业深度报告军工行业2022年12月31日tablemain公司深度报告模板最是春好处布局正当时军工行业新材料系列之二高温合金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高温合分析师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李良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010-80927657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liliangyjchinastockcomcn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分析师登记编码S0130515090001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胡浩淼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010-80927657的年均需求约为582万吨市场空间广阔其中工业发电用燃气轮机领huhaomiaoyjchinastockcomcn分析师登记编码S0130521100001域需求占比最高41年均需求约24万吨其次为航空航天发动机领域需求占比20年均需求约118万吨管道增压用燃机需求占比排第三14年需求约084万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行业数据20221231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22万吨远低于高温合金59万吨的需求量超过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资料来源Wind中国银河证券研究院整理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相关研究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600399SH西部超导688122SH钢研高纳300034SZ隆达股份688231SH图南股份300855SZ风险提示装备采购和军工改革不及预期的风险重点公司盈利预测与估值EPSPE股票代码股票名称2022E2023E2024E2022E2023E2024E300034SZ钢研高纳071111144646413318688122SH西部超导237328409401289231688231SH隆达股份0280490691294728521资料来源wind银河证券研究院wwwchinastockcomcn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行业深度研究报告军工行业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25五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请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明1行业深度研究报告军工行业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在650-1000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镍基高温合金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铁基高温合金零件使用温度约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钴基高温合金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600-800C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为粉末高温合金请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明2行业深度研究报告军工行业图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历年营收与净利润情况57101432070800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年代采用粉末冶金工艺生产的高温合金材料将高铸造-变形工艺生产的高温合金可以进行可以或只能用铸造方法成型零件的高温合金在热加工温合金雾化成粉末再工艺制造冷热变形加工过程中变形困难必须采用铸造工艺经热等静压成型或热等静压加锻造成型通常以镍为基体1更宽的成分范围由于可不必兼顾其变形加工性最高工作温度650750能合金的设计可以集中考虑优化其使用性能采用粉末冶金工艺由工作温度范围-2531320力学性能好综2更广阔的应用领域由于铸造方法具有的特殊优于粉末颗粒细小冷却性能特点合韧性指数高抗氧化耐腐蚀性强高热点可根据零件的使用需要设计制造出近终形或无速度快从而成分均强度余量的具有任意复杂结构和形状的铸件匀无宏观偏析而且等轴晶铸造高温合金使用温度范围-253950定向晶粒细小热加工性能凝固柱晶和单晶高温合金使用温度范围9501100好金属利用率高成按其热处理工艺可分为固溶强化型合金和时根据铸造合金的使用温度细分本低尤其是合金的屈效强化型合金1等轴晶铸造高温合金-253950在很大的范服强度和疲劳性能有较1固溶强化合金使用温度范围为900围温度内具有良好的综合性能在低温下能保持强度和大的提高分类以及1300最高抗氧化温度达1320塑性均不下降在高温下有较高的力学性能及抗热腐蚀以FGH95为例650其特点2时效强化合金使用温度为-253性能的拉伸强度1500MPa950制作涡轮盘的合金工作温度为-2532定向凝固柱晶和单晶高温合金9501100在1034MPa应力下持久寿700要求具有良好的高低温强度和抗疲劳温度范围内具有优良的综合性能和抗氧化抗热腐蚀性命大于50小时性能能为航空航天提供结构锻件环棒板粉末冶金高温合金可以管带和线在舰船制造工业燃气轮机1等轴晶铸造高温合金航空发动机扩压器和机匣等满足应力水平较高的发航天飞行器火箭发动机核反应堆等领域大型复杂结构件整铸涡轮导向器导向和涡轮叶片动机的使用要求是高推应用广泛应用领域2定向凝固柱晶和单晶高温合金航空发动机燃气重比发动机涡轮轴涡1固溶强化合金航空航天发动机燃烧轮机热端涡轮叶片国内使用运用于新型高性能发动机轮盘压气机盘和涡轮室机匣等部件的一级涡轮叶片挡板等高温部件的选择2时效强化合金航空航天发动机涡轮材料盘叶片等结构件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请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明3行业深度研究报告军工行业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-5WP-6WP-7WP-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GH4033GH4037K401K406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-9WZ-6WZ-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提出了更高的要求此阶段研制出一系列新合金引进先进设备改进生产工艺使我国高温合金的生产工艺技术和产品质量控制等方面上了一个新台阶基本达到国际先进水平第三阶段从20世纪90年代中期至今是我国高温合金的新发展阶段随着新型先进航空发动机的设计研制和生产我国接连成功研制高性能的新高温合金材料如粉末涡轮盘材料FGH4096弥散强化高温合金MGH4754和单晶高温合金DD406等同时我国主要生产品种GH4169盘件的应用面不断扩大改型GH4169G性能显著提高目前我国从事高温合金研发及制备的企业及研究所等单位共有十余家已经形成了相对完整的高温合金生产体系高温合金产业链由上游原材料及设备供应商中游高温合金材请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明4行业深度研究报告军工行业料及制品生产商下游应用终端组成中游高温合金材料及制品生产商作为核心环节主要包含三类参与者第一类是兼具高温合金材料研发能力与生产能力的科研单位包括钢研高纳北京航材院中科院金属所等第二类是以抚顺特钢宝钢特钢长城特钢为代表的特钢厂第三类是以西部超导图南股份应流股份等为代表的新兴冶金企业或金属加工企业多数为民营背景表3高温合金产业链原材料供应商设备供应商上游基体原材料添加金属真空感应熔炼炉保护气氛电渣炉真空自耗炉电子束熔炉等供应商ALD德CONSARC美RETECH美INTECO奥锦州航星金川集团上海炬嘉合金中信锦州金属丹阳航太再生等真空设备沈阳真空技术研究所沈阳东大中乌冶金宝鸡稀有金属装备设计研制所等研发单位变形高温合金铸造高温合金粉末高温合金母合金熔精密精密母合金熔精密精密母合金熔精密制粉炼锻造机加工炼铸造机加工炼机加工主机厂钢研所抚顺特钢沈阳黎明621所宝钢特钢621所主机厂中游中航重机贵州黎明中科院金长城特钢主机厂钢研高钠沈阳黎明航材院沈制造商二重万航西航公司航材院属所621所沈阳黎明中科院金贵州黎明阳铸造研航材院三角防务南方株洲钢铁研究北京科技钢研高纳贵州黎明属所中西航公司究所钢研高钠图南股份贵航公司总院大学西部超导西航公司科三耐南方株洲钢研高钠万泽股份无锡透平其他西安欧中沈铸所江苏隆达南方株洲图南股份其他万泽股份派克新材621所图南股份江苏隆达应流股份钢研高钠中航上大成都航宇中国航空发动机研究院株洲动力机械研究所沈阳发动机设计研究所贵阳发动机设计研究所中国燃气涡轮研究所沈阳黎明发下游动机制造公司中国航发成都发动机有限公司西安航空发动机集团有限公司贵州黎阳航空发动机有限责任公司中国航发南方工应用业有限公司资料来源wind各公司公告与招股书中国银河证券研究院整理当前我国已建立完善的牌号体系可覆盖主要应用领域根据2002年出版的中国航空材料手册我国可供航空选用的高温合金牌号仅89个而根据2012年出版的中国高温合金手册目前有194个牌号列入我国牌号体系相较十年前发展迅速也成为除美英俄之外第四个具备牌号体系的国家我国目前牌号中包括100多个变形高温合金70余铸造高温合金和近20个粉末轻型等新型高温合金牌号基本覆盖主要应用领域已基本具备新材料新工艺的自主开发能力表4主要应用领域对应我国牌号应用领域零部件代表牌号涡轮盘GH4133BGH2132GH500GH33AGH901YZGH4169GH4169叶片GH4049GH4037GH4033GH4133GH105GH80AYZGH4169航空机匣GH3030GH3044GH1015GH1140GH536GH901GH163GH105GH907导向叶片K32K14K38K3K5K17DK5DK3K19K002K20等涡轮叶片K17K19舰船地面涡轮叶片导向叶片K435K444K452GH4413等火箭导弹发动机GH2038GH1040GH4169GH4141GH1131GH3600GH4586GH4202航天导弹GH4742K424GH4487GH4098等燃气轮机涡轮盘GH706GH698GH742GH674电力能源燃气轮机叶片GH4133B燃气轮机壳体GH698GH674汽车增压涡轮材料K213K418K419K4002等资料来源新材料在线我国高温合金的发展与创新中国银河证券研究院整理请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明5行业深度研究报告军工行业国内高温合金产业与国际先进水平仍有差距总体来看我国的高温合金行业从产业到技术等各方面较国际先进水平仍存在较大差距包括部分关键技术尚未实现突破重要材料依赖进口缺乏自主研制的先进设备返回料再利用的技术与机制尚未完善等性能上我国高温合金材料在主元素精确控制能力杂质元素控制水平成分均匀性组织一致性等方面皆有所不足由于高温合金主要用于航空航天燃气轮机等高端制造领域具有很强的战略价值及商业价值欧美俄等发达国家的重点企业已在高温合金领域进行了几十年的研究并对核心制备技术进行严格保密而高温合金质量是影响我国高温环境下关键零部件承温能力可靠性和使用寿命的主要因素之一因此我国在高温合金的发展迫在眉睫产业链安全也至关重要三高温合金发展政策环境优渥行业标准逐步建立高温合金发展政策环境优渥行业迎发展黄金期新材料产业是制造业转型提升的核心领域和重要支撑之一高温合金作为航空航天石油化工能源等各个重要领域的关键战略材料在中美关系日益紧张的国际环境下尽早实现我国高温合金的全自主研发和进口替代解决各项卡脖子技术是我国近年来的重点发展方向当前我国已出台系列支持新材料行业发展的政策如中国制造2025新材料产业发展指南十三五国家战略性新兴产业发展规划均将高温合金作为高端装备发展的重点突破领域高温合金是制造航空航天发动机热端部件的关键材料提升关键战略材料保障能力是国家战略所需当前高温合金行业发展政策环境优渥行业迎发展黄金期表5历年高温合金相关支持政策政策名称发文机关发文时间内容概要中华人民共和国国民经济和推动高端稀土功能材料高品质特殊钢材高性能合金高温合金社会发展第十四个五年规划和国务院2021年3月高纯稀有金属材料高性能陶瓷电子玻璃等先进金属和无机非金属2035年远景目标纲要材料取得突破钢铁行业中鼓励发展高温合金机械行业中鼓励发展燃气轮机高温部产业结构调整指导目录国家发改委2019年10月件300MV以上重型燃机用转子体锻件大型高温合金轮盘缸体叶片等及控制系统2018年工业转型升级资金工工信部财政部2018年5月关键基础材料重点支持航空航天标准件高温合金材料等作指南从新材料技术产业发展的战略性基础性特点出发科学规划标准工信部发改新材料标准领航计划2018-化体系明确新材料标准建设的方向建立标准领航产业发展工作机委国防科工局2018年3月2020年制重点部署研制一批领航标准指导新材料产品品质提升带动等9部委科技创新引领产业健康有序发展新材料产业是战略性基础性产业在关键领域建立国家新材料生产国家新材料生产应用示范平应用示范平台旨在构建上下游有效协同的新机制新体制新体工信部财政部2017年12月台建设方案系填补生产应用衔接空缺缩短开发应用周期实现新材料与终端产品同步设计系统验证增强制造业核心竞争力三年重点发展发动机用高温合金材料等新材料加快先进金属及非金属关发改委2017年11月行动计划2018-2020年键工信部国家发在航空航天装备材料方面开展高温合金及复杂结构叶片材料设计及制新材料产业发展指南改委科技部2016年12月造工艺攻关财政部十三五国家战略性新兴产完善航空产业配套体系建设提高航空材料和基础元器件自主制造水国务院2016年11月业发展规划平掌握铝锂合金复合材料等加工制造核心技术资料来源中国银河证券研究院整理请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明6行业深度研究报告军工行业行业标准逐步建立高温合金行业发展进入快车道20世纪50年代我国刚开始试制生产高温合金时直接采用原苏联材料技术条件的翻译本冶金厂航空工厂和研究院所自20世纪60年代初期开始共同制定我国高温合金的技术条件即开始建立冶金行业标准20世纪80年代后期随着高温合金在航空航天等型号上的应用原冶金部航空部门航天部门又陆续制定了多项航空航天用高温合金的国家军用标准进入20世纪90年代随着我国高温合金生产技术的不断进步我国开始对高温合金标准进行了二次修订并逐步形成了目前的高温合金国家标准体系我们认为标准是保证和提高产品质量的依据是产品进入国际市场的必备条件随着国内高温合金标准逐步建立高温合金产品质量有望实现新突破国产化进程将提速图4高温合金国家标准发展历程资料来源冶金工业信息标准研究院中国银河证券研究院整理图5高温合金体系表资料来源冶金工业信息标准研究院中国银河证券研究院整理请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明7行业深度研究报告军工行业二需求海阔凭鱼跃高温合金市场空间广阔航空航天领域是高温合金最大应用场景目前高温合金主要应用于发动机领域包括航空发动机航天火箭发动机和各种工业用燃气涡轮发动机根据Roskill统计数据在高温合金的下游应用中按价值来分航空航天领域应用占比55其次是电力领域应用占比为20随着新型高温合金材料的不断发展其下游应用场景和市场需求也在迅速扩张图6全球高温合金材料应用领域按价值分2337航空航天10电力机械55工业汽车20石油化工其他资料来源Roskill中国银河证券研究院整理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统计预计未来每年我国高温合金需求约582万吨市场空间广阔表6我国高温合金在各领域主要需求预测按重量统计年均需求领域主要假设未来十年需求量吨军用航空发动机假设发动机平均的高温合金需求均为425吨台未来10年需求118万吨11805假设未来20年我国共接收9000架飞机来算其中20国产商用航空发动机未来20年需求254万吨1271假设每台发动机高温部件15吨成材率30假设未来10年间维持每年至少80次航天发射航天发动机未来10年需求达7600吨760假设单枚火箭的高温合金部件质量占比25假设单台燃气轮机可发电30兆瓦工业发电用燃机十四五期间需求达12万吨24000假设每年新增装机400台假设天然气管线每100-200公里设有一个压气站每个压气站平管道增压用燃机十四五期间需求达42万吨8400均装备2台燃气轮机假设平均每艘舰艇需3台燃气轮机军用舰船用燃机-1260假设舰船的燃气轮机应用比例为502022-2025年高温合金需求为12096核电建设假设一座100万千瓦的核电机组消耗500吨高温合金吨十五五期间高温合金需求量3024约为20105吨2022-2025年商用汽车高温合金需汽车假设未来汽车总产量维持3增速且新能源车渗透率不断提升7655求量为306万吨呈逐年递减态势合计58175资料来源中国银河证券研究院整理请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明8行业深度研究报告军工行业一高温合金助力国之重器与航空航天产业齐飞作为现代工业皇冠上的明珠航空发动机附加值较高航空发动机是关系国家国防安全国民经济发展的重大装备以先进性和复杂性成为一个国家科技水平军事实力和综合国力的重要标志之一它的发展可广泛带动电子材料精密加工冶金化工等产业的繁荣被誉为现代工业皇冠上的明珠同时航发也是典型的技术知识密集型高科技产品附加值较高根据航空发动机科学技术的发展与创新其单位重量创造的相对价值是船舶的1400倍图7各产品单位重量创造的相对价值1400140012001000800800600400300200190船舶轿车计算机喷气客机航空发动机资料来源航空发动机科学技术的发展与创新中国银河证券研究院整理航空发动机设计和制造技术的先进性在很大程度上取决于所使用材料的水平目前能够独立研制先进航空发动机的国家只有美国英国法国俄罗斯日本和中国而航空发动机的迭代路径首先是动力先行即航空发动机以飞机飞行器的发展需求为牵引需提前5-8年发展其次是材料先行即研发一个新材料制造成零件并装到航空发动机上大约需要30年研发时间长技术难度大对材料要求高因此航空发动机设计和制造技术的先进性在一定程度上取决于所使用材料的水平表7航空发动机特点和对材料要求分类主要特点具体数据整机高空高推重比高可靠性长期反复使用高压增压比可达到52大中型涡扇发动机的涡轮转速可达到15000rmin高转速小型涡轴发动机的涡轮转速可达到50000rmin零部件涡轮前温度可达到1700以上涡轮前温度是航空发动机先进程度的一个重要高温指标在航空发动机涡轮和风扇设计水平相同的前提下涡轮前温度每提高100摄氏度推力增加15可靠长期循环往复工作研制高投入高门槛高回报长周期资料来源航空动力中国银河证券研究院整理请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明9行业深度研究报告军工行业高温合金是航空发动机重要材料是多个核心部件的性能保障据航空发动机材料结构的发展情况在新型的航空发动机中高温合金用量占发动机总重量的4060以上主要用于燃烧室涡轮导向叶片又称导向器涡轮工作叶片涡轮盘等热端部件此外还用于机匣环件尾喷口等部件图8发动机结构资料来源军用飞机中国银河证券研究院整理燃烧室是发动机各部件中温度最高的区域燃烧室内燃气温度可高达1500-2000作为燃烧室壁的高温合金材料需承受800-900的高温局部甚至高达1100以上除需承受高温外燃烧室材料还应能承受周期性点火启动导致的急剧热疲劳应力和燃气的冲击力用于制造燃烧室的主要材料有高温合金不锈钢和结构钢其中用量最大最为关键的是变形高温合金涡轮导向叶片用来调整燃烧室出来的燃气流向是涡轮发动机上承受温度最高热冲击最大的零部件其材料工作温度最高可达1100以上但涡轮导向叶片承受的应力比较低一般低于70MPa该零件往往由于受到较大热应力而引起扭曲温度剧变产生热疲劳裂纹以及局部温度过高导致烧伤而报废因此涡轮导向叶片大多采用精密铸造镍基高温合金和钴基高温合金生产涡轮工作叶片是涡轮发动机中工作条件最恶劣也是最关键的部件由于其处于温度最高应力最复杂环境最恶劣的部位而被列为第一关键件涡轮工作叶片在承受高温的同时要承受很大的离心应力振动应力热应力等其所承受温度低于相应涡轮导向叶片50-100但在高速转动时由于受到气动力和离心力的作用叶身部分所受应力高达140MPa叶根部分达280-560MPa涡轮工作叶片材料大多也是精密铸造镍基和钴基高温合金涡轮工作叶片其结构与材料的不断改进已成为航空发动机性能提升的关键因素之一涡轮盘在四大热端部件中所占重量最大涡轮盘是航空发动机上的重要转动部件工作温度不高一般轮缘为550-750轮心为300左右因此盘件径向的热应力大特别是盘件在正常高速转动时由于盘件质量重达几十至几百千克且带着叶片旋转要承受极大的离心力作用在启动与停车过程中又构成周期性的大应力低周疲劳用作涡轮盘的高温合金为高强度高持久蠕变性能的变形高温合金和粉末高温合金在我国涡轮盘中变形高温合金GH4169合金用量最大应用范围最广请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明10行业深度研究报告军工行业1军用航空发动机需求增长维修换装国产替代三轮驱动鉴于先进航空发动机中高温合金的重量占比达50以上因此随着我国军用飞机现代化建设提速以及维修和换装市场的快速扩张高温合金的增量新的需求国产替代和存量维修换发市场需求空间广阔I增量逻辑战机数目持续增长叠加国产化渗透率提升1新增需求拉动据WorldAirForce2023我国2022年军用飞机数量达3283架不足美国军机的四分之一在飞机细分种类中我国战斗机的数量仅为美国战斗机数量的479而其他种类机型如战斗直升机加油机教练机等与美国差异更为明显数量甚至低于美国数目的20强国必强兵作为全球重要经济体之一我国有望加快军事力量装备步伐图9中美2022年军机数目对比资料来源WorldAirForce2023中国银河证券研究院整理根据WorldAirForce的统计数据我国军机十二五期间增加344架十三五期间增加318架年复合增速分别为25和21图10我国近年军机固定翼旋翼数量及其增速资料来源WorldAirForce中国银河证券研究院整理请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明11行业深度研究报告军工行业根据以上分析我们做以下假设和预测为实现2027年建军百年奋斗目标和2035年国防与军队现代化的伟大愿景我国国防实力与经济实力有望同步提升十四五期间军机列装将提速假设2023-2025年复合增长率将达10十五五期间复合增速为8十六六期间复合增速依然维持在6预计未来10年我国将新增军用飞机数量达3469架相当于再造一个中国空军由于新增军机中双台发动机和多台发动机机型占绝对比例同时考虑新发动机的维修备用等因素假设整体飞发比例为1比3则未来10年新增军机需要11781台发动机2国产替代需求拉动美俄占据全球军用发动机重要地位我国军用发动机仍有国产化空间美俄军用航空发动机除了满足其自身国防建设需要外还大量出口以全球现役装备数量前十的战斗机型号为例其中8个战斗机型号配备美国或俄罗斯的发动机而我国目前军用发动机尚未出口且仍为国产为主进口为辅的模式近年来美欧军机发动机禁运已成常态我们预计国内二代机发动机国产化率接近100另据隆达股份公告我国三代四代战机航空发动机的国产化率约70随着太行发动机的批量生产以及更多型号的研制预计2040年军用飞机航空发动机的国产化率将提高到95以上表8现役装备数量前十的战斗机型号所配发动机战斗机型号现役数量架发动机型号发动机生产国发动机制造商F100-PWF-162184美国普惠GEF110-GESU-273034351187AL-31F俄罗斯土星F-15961F100-PW美国GEF-18828YJ101-GE美国GEMig-29822RD-33俄罗斯克里莫夫F-35545F135美国普惠Eurofighter522EJ-200英国罗罗Su-25480R-195俄罗斯土星J-7444涡喷13中国黎明F-5403J85-GE美国GE资料来源WorldAirForce2023中国银河证券研究院整理根据以上分析我们做出以下假设和预测据WorldAirForce2023我国2022年军用飞机数量达3283架其中二代机约1300架三四代机约1983架考虑到歼10为单发动机且数量可观因此我们假设我国存量三四代军机的飞发比例为119则三四代机总的存量发动机约3767台其中非国产化发动机占比30约1130台假设2040年军用飞机航空发动机的国产化率将提高到95以上结合维修备用等因素则未来10年需国产替代发动机数量约3390台请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明12行业深度研究报告军工行业II存量替代逻辑维修与换发带来的高温合金成长空间发动机存在消耗属性未来随着实战化训练要求加大单机飞行时间增长发动机维修次数和换发需求也将大幅增长据统计航空发动机使用阶段的综合保障费用约占全寿命周期成本的50高于航空发动机本身的价值量因此航空发动机维修与换发将从存量端助推高温合金的需求放量表9航空发动机成本构成分解情况全寿命周期阶段各阶段成本构成目标成本占比全寿命周期成本占比应用基础404先进部件2626研发阶段10技术验证机101工程发展101型号验证机505原材料费用5020制造阶段40劳动力费用2510其他2510发动机管理315外场更换转件945备用发动机525维护阶段50航线维修105发动机维修2211零备件航材51255资料来源大涵道比涡扇发动机总体性能与循环参数设计银河证券研究院整理根据以上分析我们做以下假设和预测据WorldAirForce2023我国2022年军用飞机数量达3283架考虑到有相当规模的歼7歼8歼10和教练机等单发军机假设整体飞发比例116国产化率高于80则存量发动机数量为5253台其中国产发动机约4202台另假设国产发动机寿命为5年寿命期内不考虑飞机退役等因素则未来10年维修与换发带动的发动机总量约12606台根据公开资料WS-10的重量约为17吨高温合金重量占比约50则高温合金部件重量约为085吨假设高温合金材料的成材率为20则每台WS-10发动机约需425吨高温合金材料我们简单假设所有发动机的高温合金需求均为425吨台则未来10年所需高温合金约为118万吨到2025年高温合金需求近12万吨表10军机高温合金未来十年需求2023202420252026202720282029203020312032合计新增军机3283613973493774074404753854083927新增发动机98410831191104711311221132014251155122411781国产替代发动机3393393393393393393393393393393390存量维修换发126112611261126112611261126112611261126112606所需发动机合计258426832791264727312821292030252755282427777所需高温合金10980114001186011245116051198512405128501170512000118050资料来源中国银河证券研究院整理请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明13行业深度研究报告军工行业2商用航空发动机蓝海市场待掘金未来20年我国新增商发领域高温合金需求25万吨我国有望成为全球最大单一航空市场万亿蓝海市场待掘金根据中国商飞市场预测年报2021-2040年预计未来二十年中国航空市场将接收50座级以上客机9084架新机与替换需求合计价值约139万亿美元以2020年目录价格为基础其中50座级以上涡扇支线客机953架价值约为480亿美元120座级以上单通道喷气客机6295架价值约为7370亿美元250座级以上双通道喷气客机1836架价值约为6010亿美元到2040年中国的机队规模将达到9957架占全球客机机队比例22成为全球最大的单一航空市场图11未来20年商用飞机市场需求预测单位架资料来源中国商飞市场预测年报2021-2040年中国银河证券研究院整理我国商发市场高温合金需求巨大国产化率亟待提升根据中国商飞预测未来20年我国共需要9084架飞机假设中国商飞在国内支线和单通道客机的市占率为30双通道客机的市占率为20预计未来20年国内将至少新增5084台商用发动机需求类比CJ-1000假设每台发动机重量3吨高温合金部件重量占比50约15吨假设成材率30则未来20年商发领域新增高温合金国内需求254万吨年均需求1271吨由于中国航空工业的基础相对薄弱目前国内的民航客机发动机主要依靠进口如美国GE航空普惠罗罗赛峰等国产发动机的市占率不到1而国产高温合金在国际商发市场占有率较低进口替代空间巨大2022年12月9日首架商飞C919正式交付给中国东方航空同时中国民航局正式向C919颁发适航许可证据人民网C919已获得国内外35家客户累计1115架飞机的订单市场前景向好中国商飞有望引领国产厂商破局高温合金国产化率或逐步提升目前商用飞机市场呈现波音和空客双寡头格局市场竞争并不充分全球市场尤其是国内市场需要诸如中国商飞等的企业来打破这一局面当前C919国产化率约为6040的外部配套率也基本符合国际惯例但是外部局势和地缘政治日趋复杂国内大飞机的发展需要更多的自主技术和产品来支撑以便在未来国外配套可能受限的情况下更加游刃有余因此我们认为面对既得利益大国或企业的阻力国产大飞机夹缝中求生存自主可控要求迫在眉睫目前中国商发为C919研制国产CJ-1000发动机已有江苏隆达等国内厂商的多款牌号伴随CJ系列发动机进入中国航发商发的验证流程国产高温合金在商飞领域后续发展前景可期请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明14行业深度研究报告军工行业3航天发动机预计未来10年我国火箭发动机用高温合金需求达7600吨目前我国火箭的国产化率已达99到100基本实现完全国产化但火箭发动机性能有所差距从推力和比冲这两项最重要的两项数据看在关键的火箭发动机领域我国同俄罗斯美国和日本的差距仍很明显部分原因在于高温合金材料的差距火箭发动机燃烧室需承受高温3000-4000C高压20MPa和高流速2500-5000ms燃气冲刷对高温合金材料要求极高高性能涡轮泵需承受超低温液氧和燃料的冲刷且转速高压力大密封性要求高是液体火箭发动机最核心的部件图12航天发动机YF-100示意图资料来源腾讯新闻中国银河证券研究院整理我国未来主力运载火箭长征七号采用6台YF-100火箭发动机设计单台YF-100液氧-煤油火箭发动机质量为19吨其中高温合金关键部件涡轮泵及燃烧室质量占比25则每枚火箭所用高温合金部件质量约为285吨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95吨2018年以来我国进入星际探测高峰期每年火箭发射均超过30次2021年我国航天发射55次居世界第一2022年至今已完成62次发射全年发射次数有望创新高为实现航天强国梦结合低轨卫星产业发展需求未来我国将保持高强度高密度的火箭发射假设未来10年我国年均航天发射80次则未来10年火箭发动机用高温合金年均需求达为760吨请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明15行业深度研究报告军工行业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燃气轮机应用广泛轻型和超重型燃气轮机的市场占比最大燃气轮机是以连续流动的气体为介质带动叶轮高速旋转将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械是一种旋转叶轮式热力发动机按其输出功率燃气轮机可以分为微型轻型和重型前两者通常由航空发动机改装功率通常在50MW以内可用于工业发电船舶动力管道增压坦克分布式发电等重型功率通常在50MW以上主要用于陆地上固定的发电机组如城市电网根据ReleaseWire数据2020年全球燃气轮机中1-40MW级燃气轮机和120MW级以上重型燃气轮机的市场占比最大均为39全球燃气轮机市场规模呈上涨趋势电力和公用事业是主要应用场景根据Statista统计数据2015年至2020年全球燃气轮机市场规模呈上涨趋势复合增长率7以上GRANDVIEWRESEARCH报告显示2020年燃气轮机全球市场规模约2038亿美元电力和公用事业是燃气轮机的主要应用场景收入贡献超过852028年燃气轮机的市场规模有望达到3502亿美元其中电力和公用事业的份额将进一步扩大部分受益于全球人口的增长和城市化带来的用电需求部分受益于环保型发电的开发图13三菱日立电力系统株式会社的H25燃气轮机结构图14GE航空集团的6F01燃气轮机结构历年营收与净利润情况资料来源航空动力中国银河证券研究院资料来源航空动力中国银河证券研究院燃气轮机的核心部件是压气机燃烧室和燃气透平即热能动力领域的涡轮机受工作环境的限制燃烧室和燃气透平的主要使用镍基高温合金和钴基高温合金制造表11燃气轮机不同部位对材料性能要求部位性能要求高温合金选材代表牌号IN738LCRene80IN792燃气透平叶片对材料的使用寿命耐腐蚀性能比航空发动机涡轮叶片要求更高镍基和钴基铸造高温合金FSX414Mar-M247等透平轮盘不同部位的温差较大形成径向热应力需要材料在工作温度下具有较高的抗拉强度屈服强度和低周疲劳强度透平轮盘透平轮盘直径通常是航空发动机涡轮轮盘的3倍以上需要使用镍基变形高温合金IN718IN706和GH4698等大尺寸变形高温合金对于合金纯净度的控制以及铌元素偏析控制提出了较高的要求燃气轮机承温最高的部件因此所选用的材料需要具有较高的拉NimonicC263Haynes230燃烧室伸性能高周疲劳强度和蠕变强度同时工艺上具有较好的加工镍基高温合金和IN718等性能资料来源重型燃气轮机热端部件材料发展现状及趋势中国银河证券研究院整理请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明16行业深度研究报告军工行业燃气轮机行业已形成美国通用电气日本三菱重工德国西门子等公司主导的竞争格局世界燃气轮机技术及其产业发展迅速目前重型燃气轮机主要由三菱重工MHI通用电气GE西门子Siemens-WH阿尔斯通Alstom-ABB等公司开发轻型燃气轮机方面世界主要航空发动机公司罗尔斯罗伊斯RR通用电气GE普拉特惠特尼PW等由航空发动机改型研制了3代轻型燃气轮机观之我国自主研制燃气轮机相继落地国产化程度逐步提升轻型燃气轮机我国已具备轻型燃气轮机的自主化能力哈尔滨电气集团制造的衢州站西气东输二线国产30MW燃机实现稳定运行8000余小时通过工业性应用考核中型燃气轮机我国在1993年引进乌克兰UGT-25000燃气轮机后开始了国产化研究研制出国内首台拥有自主知识产权的中等功率的燃气轮机QC280目前已完成第二阶段国产化工作据国家能源局数据国产化率达到9810根据2017年2月航发动力公告QC280QD280燃气轮机生产能力建设项目已通过竣工验收标志着我国国产舰船用燃气轮机已经完成国产化批产阶段燃气轮机的国产化生产将进一步带动高温合金材料需求的大幅增长我国在重型燃气轮机的自主可控也取得了一定成绩东方电气集团生产的我国首台完全自主研发的F级50MW重型燃气轮机已实现满负荷稳定运行预计2021年正式投入中国重燃自主研发的F级300MW重型燃气轮机的透平第一级静叶和第一级动叶已先后通过首件制造鉴定整体项目正处于研发攻关阶段目前我国燃气轮机领域主要的研制力量分别来自中国航发船舶机械等工业部门和科研院所表12我国燃气轮机发展的主要研制生产单位工业部门单位中国航发航发动力黎明集团西航集团南方集团黎阳集团606所608所东安发动机兰翔机械船舶中船重工703所机械东方汽轮机东方电气哈尔滨汽轮机哈尔滨电气上海电气南京汽轮电机集团中科院工程热物理研究所资料来源中国银河证券研究院整理我国燃气轮机重点应用市场在分布式发电热电联供天然气管道运输船舶推进和机械驱动等方面燃气轮机是我国两机重大专项的重点发展方向之一我国新世纪四大工程中西气东输西电东送南水北调等三大工程均需要大量30兆瓦级工业型燃气轮机同时我国舰船制造业的快速发展需要大量30兆瓦级舰船燃气轮机我国已成为世界最大的燃气轮机潜在市场是发达国家燃气轮机出口的主要需求国之一燃气轮机大规模应用为高温合金行业带来广阔的市场前景请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明17行业深度研究报告军工行业图152012-2020年中国燃气轮机需求量与产量万千瓦800741需求量产量684700657663600600539509500464423419379400372356330329300267244200931000201220132014201520162017201820192020资料来源中国产业信息网中国机械工业联合会中国银河证券研究院整理1工业发电十四五期间所需高温合金12万吨中国电力企业联合会发布的中国电力行业年度发展报告2021显示根据世界能源统计年鉴我国2020年燃气发电2525亿千瓦时占当年发电量的33远低于全球平均水平247发展潜力巨大根据中国电力企业联合会数据2020年全国新增燃气发电装机容量为948万千瓦同比增长105若单台燃气轮机可发电30兆瓦则2020年对燃气轮机的需求是398台考虑成材率等因素假设单台燃气轮机的高温合金材料需求量是60吨则2020年高温合金材料总需求量约为24万吨假设每年新装机量不变预计十四五期间需高温合金12万吨2管道增压十四五期间所需高温合金42万吨根据中国天然气发展报告2021我国十三五时期累计建成长输管道46万千米全国天然气管道总里程达到约11万公里根据发改委和国家能源局发布的中长期油气管网规划全国天然气管道里程将在2025年达到163万公里2021年至2025年我国将新增建设天然气管道约53万公里通常情况下天然气管线每100-200公里设有一个压气站每个压气站平均装备2台燃气轮机则十四五期间用于管道增压的燃气轮机约为700台进而对高温合金的需求达到42万吨3军民船舶军用舰艇高温合金年需求量约1260吨军用燃气轮机市场在现代化战争的趋势下拥有远程作战能力的武器装备显得尤为重要我国拥有18万多公里大陆海岸线14万多公里岛屿岸线300多万平方公里主张管辖海域拥有广泛的海洋战略利益因此我们认为海洋装备有望成为十四五期间我军重点发力方向之一依据国防军费的使用原则预计我国舰船产业平均每年市场规模在700-1400亿之间舰船配套产业年市场规模在438-877亿元之间而且有望持续增长请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明18行业深度研究报告军工行业表132021年中美海军部分装备对比美国中国装备装备细分数目合计数目合计战略导弹核潜艇146潜艇攻击核潜艇5367659常规潜艇-47航空母舰113直升机母舰100大型水面作巡洋舰24134387战舰艇驱逐舰6836护卫舰2145大型两栖作战舰艇329小型两栖作战舰艇24552水雷战舰艇857巡逻及近岸作战舰艇86196资料来源MilitaryBalance2022中国银河证券研究院整理我国海军综合实力与美国仍有差距后续发展空间较大现代海军主要装备包括航空母舰驱逐舰护卫舰潜艇两栖登陆作战舰艇等从数量上看现阶段我国服役的大型舰艇装备与美国尚有一定差距根据MilitaryBalance对2021年中美军事装备的分析我国在巡逻以及近案作战舰艇方面装备较多但海上作战单元以及大型舰艇装备较为缺乏美国拥有11艘航空母舰和10艘直升机母舰而我国仅有3艘航空母舰尚无直升机母舰我们认为在十四五全面备战的背景下我军海军装备尤其是作战单元大型装备有望放量而航母编队需配置相应的护卫舰驱逐舰登陆舰和补给舰等舰船将带来较大的舰队购置投入在船舶动力方面欧美舰艇燃气轮机装配率在50以上高温合金材料作为军用舰船燃气轮机的重要部件原材料市场空间拓展可期据不完全统计我国201920202021年分别新增1722和24艘驱逐舰护卫舰和两栖攻击舰等假设我国未来每年新增中大型舰艇25艘其余小型舰艇80艘左右假设燃气轮机的应用比例为50且每艘舰艇平均需3台燃气轮机另假设单台燃机所需高温合金8吨则我国舰船用燃气轮机对高温合金的年需求量约为1260吨左右民船用燃气轮机市场船舶行业是全球充分竞争的行业有着明显的周期性特点此前行业在周期底部已持续低迷数年并在2021年出现明显回暖全球船舶海工市场在2019年已出现下滑的情况下遭遇疫情后表现更显艰难全球新造船市场于2016年触底受疫情以及经济叠加影响国际贸易和投资大幅萎缩产业链供应链区域化本地化特征更趋明显因此具有高度国际化特征的船舶工业影响更为显著据中国船舶工业协会数据全球造船三大指标均出现下挫2021年世界经济不均衡复苏国际航运市场呈现积极向上态势全球新造船市场超预期回升自2020年下半年起以集装箱船为代表的新造船市场需求大增世界船舶工业新一轮产业周期已经开启根据克拉克森统计2021年全球共计成交新造船订单1671艘120亿载重吨同比增加77请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明19