高温合金行业报告：变形高温合金、铸造高温合金、粉末高温合金

1、行业深度报告 证券研究报告目 录1 高温合金：尖端工业材料 .11.1 变形高温合金.21.2 铸造高温合金.31.3 粉末高温合金.52 高温合金市场需求 .62.1 高温合金是先进发动机的基石.72.1.1 四大热端部件需求各异.72.1.2 军机与民机需求增长.82.2 燃气轮机在能源领域具有战略性地位.102.3 高端民用领域同样需要高温合金.113. 高温合金市场供给 .123.1 高温合金国产化历程.123.2 两机专项推动行业发展加速.133.2.1 两机需求情况.143.2.2 两机专项受益企业.153.3 国内市场现有供给格局.154 主要上市企业 .184.1 抚顺特钢：中

2、国特殊钢的摇篮.184.1.1 老牌国企的“浴火重生” .184.1.2 高温合金为公司未来重要业绩增长点.184.1.3 业绩稳步增长，降本提效成果显著.194.2 西部超导：超导材料排头兵，高温合金后发力.214.2.1 钛合金占领市场，高温合金成长迅速.214.2.2 规模效益显著，利润率水平不断提升.234.3 钢研高纳：品类齐全，打造世界一流平台.244.3.1 深耕六十载，产品涵盖各细分领域.244.3.2 民品子公司带来增长新动力.254.4 图南股份：母合金与精铸件核心供应商.274.4.1 军民融合，把握市场机遇.274.4.2 扩展高附加值业务，盈利能力日益提升.285 盈

3、利预测与投资建议 .306 风险提示 .30请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明行业深度报告 证券研究报告插图目录图 1：高温合金应用领域占比情况.1图 2：高温合金应用领域图示.1图 3：国内变形高温合金主要参与者.2图 4：不同铸造合金的承温能力.3图 5：各型号粉末高温合金的室温拉伸性能.5图 6：各型号粉末高温合金的持久性能.5图 7：2014-2020 年中国高温合金产量和需求量情况.6图 8：先进航空发动机中关键的热端承力部件（图中红色部分）全部为高温合金 .7图 9：2014-2020 年航发动力航空发动机业务收入与成本（亿元）.8图 10：2010-2021 年中国国防支

4、出预算与增长率.8图 11：全球军机数量前十国家.9图 12：西门子公司燃气轮机.10图 13：我国 2012-2020 年燃气轮机产量与需求量对比.10图 14：高温合金国产化历程.13图 15：两机专项受益行业及企业.15图 16：高温合金核心生产商 2020 年产能.16图 17：抚顺特钢发展历程.18图 18：2020 年各产品营收占比.19图 19：2020 年各产品毛利收占比.19图 20：抚顺特钢 2017-2021Q3 营收及增速.20图 21：抚顺特钢 2017-2021Q3 归母净利润及增速.20图 22：抚顺特钢 2017-2021Q3 毛利率与净利率.20图 23：抚顺

5、特钢 2017-2021Q3 期间费用率.20图 24：西部超导发展历程.21图 25：2018-2020 高温合金营收情况.22图 26：西部超导 2017-2021Q3 营收及增速.23图 27：西部超导 2017-2021Q3 归母净利润及增速.23图 28：西部超导 2017-2021Q3 毛利率与净利率.23图 29：西部超导 2017-2021Q3 期间费用率.23图 30：钢研高纳发展历程.24图 31：钢研高纳 2020 年各产品营收占比.25图 32：钢研高纳 2020 年各产品毛利率情况.25图 33：钢研高纳 2017-2021Q3 营收及增速.26图 34：钢研高纳 2

6、017-2021Q3 归母净利润及增速.26图 35：钢研高纳 2017-2021Q3 毛利率与净利率.26图 36：钢研高纳 2017-2021Q3 期间费用率.26图 37：图南股份发展历程.27图 38：图南股份 2021 上半年各产品营收占比.28图 39：图南股份铸造高温合金各部分收入占比.28图 40：图南股份 2017-2021Q3 营收及增速.29图 41：图南股份 2017-2021Q3 归母净利润及增速.29图 42：图南股份 2017-2021Q3 毛利率与净利率.29请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明行业深度报告 证券研究报告图 43：图南股份 2017-202

7、1Q3 期间费用率.29表格目录表 1：高温合金分类及占比.1表 2：变形高温合金代表型号及应用.2表 3：铸造高温合金代表型号及应用.4表 4：十四五期间各领域高温合金需求量测算.6表 5：未来我国航空发动机高温合金市场需求测算.9表 6：高温合金相关政策梳理.13表 7：2016-2025 全球航空发动机、燃气轮机需求情况.14表 8：高温合金核心生产商及主要产品.16表 9：高温合金核心生产商扩产计划.17表 10：抚顺特钢主要产品.19表 11：西部超导主要产品.22表 12：钢研高纳主要产品.25表 13：图南股份主要产品.27表 14：抚顺特钢、西部超导、钢研高纳、图南股份与中证军

8、工指数表现 .30表 15：高温合金覆盖股票池盈利预测与估值.30请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明行业深度报告 证券研究报告1 高温合金：尖端工业材料高温合金又称耐热合金或超合金，是指以铁、镍、钴为基，能在 600以上的高温下抗氧化、抗腐蚀、抗蠕变，并能在较高的机械应力作用下长期工作的一种合金材料。基于以上性能特点，高温合金目前是屹立于金字塔尖的尖端工业材料，既是航空发动机热端部件、航天火箭发动机各种高温部件的关键材料，又广泛运用于工业燃气轮机、能源、化工等工业部门。图 1：高温合金应用领域占比情况图 2：高温合金应用领域图示资料来源：前瞻产业研究院，首创证券资料来源：钢研高纳招股说

9、明书，首创证券高温合金按照基体元素种类可以分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金等，其中镍基高温合金的耐热性能相对更强一些，因此其应用最为广泛，在当今生产中所占的比例高达 80%；按照制造工艺划分可以分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末高温合金。表 1：高温合金分类及占比分类方法类别比重图示变形高温合金70.0%按制造（成型）工艺铸造高温合金粉末高温合金20.0%10.0%铁基高温合金镍基高温合金钴基高温合金14.3%80.0%5.7%按合金的主要元素资料来源：高温合金的分类，首创证券请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明1行业深度报告 证券研究报告1.1 变形高温合金变形高温合金是

10、指通过铸造-变形工艺生产的高温合金，可以进行冷、热变形加工，具有良好的力学性能和较好的强韧性、较高的抗氧化性能，包括盘、板、棒、丝、带、管等产品，是高温合金中市场应用最广的一类，需求占比达到了 70%。目前国内主要型号有 GH4169、GH4738、GH128、GH4065、GH4068 等。其中，GH4169 拥有“变形高温合金之王”的美称，对标的是美国的 BO7718，在 650以下的屈服强度位居变形高温合金首位，是我国用量最大、应用范围最高的高温合金品种。变形高温合金主要牌号镍含量在 50%-60%之间，GH4169 镍含量约为 53%，GH4065 镍含量约为 55.5%，GH4738

11、 镍含量约为 58.7%。表 2：变形高温合金代表型号及应用种类代表型号使用温度性能应用领域室温拉伸强度为 850MPa、屈服强度为350MPa；1000拉伸强度为 140MPa、 一般用于制作航空、航天发动机燃烧固溶强化型合金GH128900-1300延伸率为 85%,1000、30MPa应力的持久寿命为 200小时、延伸率 40%。室、机匣等部件制作涡轮盘的合金工作温度为-253700，制作叶片的合金温度可达950，要求具有良好的高低温强度和抗疲劳性能。时效强化型合金GH4169、GH220一般用于制作航空、航天发动机的涡轮盘与叶片等结构件-253-950资料来源：高温合金概述，首创证券国

12、内变形高温合金领域已经形成了由研发到制品的完整产业链，生产环节涉及毛料合金熔炼、精密锻造等。图 3：国内变形高温合金主要参与者资料来源：公开资料整理，首创证券请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明2行业深度报告 证券研究报告1.2 铸造高温合金铸造高温合金是指可以或只能用铸造方法成型零件的一类高温合金。与变形高温合金相比合金化程度高，在热加工过程中变形困难，必须采用铸造工艺。除此之外一些形状复杂难以机械加工完成的复杂腔体、空心结构的部件，必须采用精密铸造工艺才能完成。铸造高温合金按照凝固结晶组织不同，可以分为等轴晶铸造高温合金、定向凝固柱晶高温合金和单晶高温合金，其使用性能和制备难度依次提

13、高。从普通铸造高温合金至单晶高温合金，承温能力提升了 500。采用定向凝固技术的镍基单晶高温合金发展尤为迅速，成为航空发动机叶片的首选材料。铸造高温合金主要牌号镍含量多在 60%以上，甚至超过 70%。DD402 镍含量约为60%，K401 镍含量约为 68.9%，K403 镍含量约为 66.1%，K418 镍含量约为 73.9%。图 4：不同铸造合金的承温能力资料来源：航空发动机高温材料的研究现状及展望，首创证券等轴晶铸造高温合金可在-2351050使用，具有制造成本低、中低温力学性能优异等优点，被广泛应用于制作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、导向和涡轮叶片及航天火

14、箭发动机涡轮泵等相关部件。K418 合金成分较简单，密度较低，在 900以下具有良好的蠕变强度、热疲劳性能和抗氧化性能，是航空发动机和工业燃气轮机涡轮叶片等高温部件的主要用材。K438 是耐热腐蚀性能最好的铸造高温合金之一，成分和性能与国外广泛应用的IN738 相当。除具有优异的耐热腐蚀性能外，还具有中等水平的高温强度和良好的组织稳定性，广泛用于 900以下工作的长寿命的舰船和地面工业燃气轮机的涡轮工作叶片和导向叶片，也可作航空发动机的涡轮零件。定向凝固合金使合金的结晶方向平行于零件的主应力轴，基本消除了垂直于应力轴的横向晶界。其不仅具有良好的中、高温蠕变断裂强度和塑性，而且具有比原合金约高5

15、 倍的热疲劳性能，在先进航空发动机、地面燃气轮机上获得广泛应用。我国于 60 年代中期开始研究高温合金的定向凝固技术，先后自制和仿制了近十个牌号的定向凝固合金。DZ3、DZ5 是在普通铸造高温合金的基础上采用定向凝固技术研制的，在拉伸塑形、持久强度及热疲劳寿命上都有极大提升。请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明3行业深度报告 证券研究报告DZ22、DZ125、DZ17G 等是仿制合金，其中 DZ125 是当前性能水平最高的定向凝固高温合金之一，具有良好的中、高综合性能、优异的热疲劳性能，其性能水平达到甚至超过美国 PWA1422 合金。单晶高温合金是在定向凝固合金基础上发展出来的完全消除

16、晶界的合金类型，使合金热强性能提高了 30，主要用于制造航空发动机、燃气轮机热端涡轮叶片。自 20 世纪 80 年代 PWA1480 单晶高温合金成功研制和应用以来，国外相继研发了不同代次的高强单晶合金，合金承温能力以 2030 /代的速率缓慢提升，当前的承温能力达到1100。国内单晶合金已经自主研制至第三代单晶合金 DD33、DD9 以及第四代单晶合金DD91、DD15 等 。20 世纪 80 年代初，航材院率先研制成功了第一代单晶高温合金 DD3，并在航空发动机涡轮叶片上成功应用，20 世纪 90 年代又研制出第二代单晶高温合金DD6，该合金各项性能均达到或接近国外广泛应用的第二代单晶合金

17、，DD15 合金为航材院研制第四代单晶高温合金，其持久性能优于美国的第四代单晶高温合金 EPM-102。表 3：铸造高温合金代表型号及应用类型合金牌号研制单位特点及应用K401、K403、K405、K406、K419、K825、K477、K4022北京航空材料研究院可在-2351050使用，常用于制作航空发动机扩压器和机匣等大型复杂结构件、整铸涡轮、向器、导向和涡轮叶片及航天火箭发动机涡轮泵等相关部件。K418、K418B、K423、K424、K480、K213、K4169钢铁研究总院等轴晶合金K417、K417G、K438、K441、K491、K417L中国科学院金属研究所上海钢铁研究所K4

18、09、K640DZ4、DZ5、DZ22、DZ22B、DZ125北京航空材料研究院通过定向凝固技术制备出晶界平行于主应力轴从而消除有害横向晶界的柱状晶高温合金，多用于生产镍基合金柱晶涡轮叶片。定向凝固合金DZ17G、DZ40M、DZ38C、DZ125L中国科学院金属研究所DD3、DD4、DD6DD402北京航空材料研究院钢铁研究总院采用定向凝固和选晶(籽晶)技术制造的具有单一柱状晶组织的铸造高温合金。生产难度大，但可有效提升发动机叶片的服役性能。目前先进发动机涡轮叶片均采用单晶高温合金。单晶合金DD8中国科学院金属研究所资料来源：航空发动机高温材料的研究现状及展望、不锈钢及特种合金联盟，首创证券

19、请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明4行业深度报告 证券研究报告1.3 粉末高温合金粉末高温合金是 20 世纪 60 年代出现的新一代高温合金，是以金属粉末作为原材料，经过后续热加工处理，得到具有较高抗拉强度和良好的抗疲劳性能的合金。粉末冶金高温合金可以满足应力水平较高的发动机使用要求，是高推重比发动机涡轮盘、压气机盘和涡轮挡板等高温部件的选择材料。随着航空事业的飞速发展，对粉末高温合金的性能要求及量的需求也越来越大，当前国际粉末高温合金研发已经进入第四代。中国粉末高温合金的研究起步相对较晚，开始于 20 世纪 70 年代后期，国内最早开始研发粉末高温合金制品的是钢研高纳，此外还有北京科

20、技大学、航材院等几家单位，目前主要型号有 FGH95、FGH96、FGH97、FGH98 等。FGH95 是我国 20 世纪 80 年代初开始定型研制的第一种粉末高温合金，是在 650使用条件下强度水平最高的粉末冶金高温合金，可用来制造高推比新型发动机的高、低压涡轮盘、压气机盘、涡轮挡环等高温结构件。FGH96 强度较 FGH95 降低了 10%，但抗裂纹扩展能力较 FGH95 提高了一倍之多，使用温度为 750，是制备先进发动机涡轮盘等热端部件的关键材料。FGH97 合金具有高持久强度、高蠕变抗力、低裂纹扩展速率等优点，700是典型的工作温度范围，是制备先进发动机涡轮盘、轴、环类件等热端部件

21、的关键材料。粉末高温合金主要牌号镍含量多在 50%-60%之间，FGH95 镍含量为 62%，FGH96、FGH97 镍含量为 55.7%，FGH98 镍含量为 52.4%。图 5：各型号粉末高温合金的室温拉伸性能图 6：各型号粉末高温合金的持久性能资料来源：粉末高温合金研究进展，首创证券资料来源：粉末高温合金研究进展，首创证券请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明5行业深度报告 证券研究报告2 高温合金市场需求高温合金材料最初主要应用于航空航天领域，是航空发动机首选材料。随着技术的发展和产量的提升，高温合金耐高温耐腐蚀的特点使其在柴油机和内燃机涡轮增压、燃气轮机、能源动力、石油化工、玻璃

22、建材等民用工业中逐步广泛应用。根据中国特钢企业协会统计数据，2014-2020 年我国高温合金需求量呈现快速增长趋势，产量与需求量的年复合增速在 17%左右。2020 年国内高温合金产量 3.3 万吨、需求量约为 5.3 万吨，供需缺口达 2 万吨。图 7：2014-2020年中国高温合金产量和需求量情况资料来源：中国特钢企业协会，首创证券军、民用航空发动机为主要需求来源，其他各领域需求也均旺盛。根据图南股份招股书对十四五期间我国军机列装与更新需求及其他应用领域综合预测，预估十四五期间我国高温合金年平均需求量达 8.35 万吨。表 4：十四五期间各领域高温合金需求量测算领域新增量单位用量年需求

23、量（吨）26264未来 15年增加 1751架军用飞机军用航空发动机未来 5年舰船燃气轮机需求量 616 台单台燃气轮机需要 33吨燃气轮机民用航空发动机核电建设4,10736848未来 15年增加 4913架民用飞机平均每年建成 6000兆瓦核电机组一座 100万千瓦的核电机组消耗 500吨3,000每万辆汽车需要 4.2吨汽车制造领域2020年新增 3126万辆每年发射 20次13,129每枚火箭需要 9.6万吨航天发动机总计19283,540资料来源：图南股份招股说明书，中国商飞公司市场预测年报 2020-2039，首创证券请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明6行业深度报告 证券研

24、究报告2.1 高温合金是先进发动机的基石2.1.1 四大热端部件需求各异航空发动机被称为“工业之花”，是航空工业中技术含量最高、难度最大的部件之一。高温合金材料是制造航空发动机热端部件的关键材料，发动机的性能水平在很大程度上取决于高温合金材料的性能水平，因此被誉为“先进发动机基石”。高温合金在现代航空发动机中用量占发动机总重量的 40%60%，主要用于四大热端部件：燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘，此外，还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。燃烧室所采用的高温合金主要为变形高温合金。燃烧室是动力机械能源的发源地，产生的燃气温度在 15002000C 之间，因此材料需要耐高温，还要具有抗氧

25、化性能、抗热腐蚀性能和良好的冷热疲劳性能。国外用作燃烧室的高温合金有 Haynes188 钴基高温合金（三代战斗机 F100）、HastelloyX 镍基高温合金（三代战斗机 F110、F404 和 F414）、新的燃烧室结构（四代战斗机 F119 和 F135 采用浮动壁结构、F136 发动机采用 Lamilloy结构）和涂敷热障涂层的高温合金（五代战斗机），国内的主要有 GH4169 和 GH141。图 8：先进航空发动机中关键的热端承力部件（图中红色部分）全部为高温合金资料来源：图南合金招股说明书，首创证券导向器的主要材料为铸造高温合金。导向器是涡轮发动机上受热冲击最大的零件之一，材料工

26、作温度最高可达 1100C 以上，但由于它是静止的叶片承受的机械负荷不大。通常由于应力引起的扭曲、温度剧烈变化引起的裂纹以及过燃引起的烧伤，会使导向叶片在工作中经常出现故障。根据其工作条件，要求材料具有足够的持久强度及良好的热疲劳性能。导向器的主要材料为铸造高温合金，常用 IN718C、PWA1472、Rene220、R55等型号高温合金。我国中科院金属研究所研制的 K417G 已成功用于制作太行发动机低压一、二级涡轮导向器叶片。粉末高温合金是现代高性能发动机涡轮盘的必选材料。涡轮盘在四大热端部件中所占质量最大。工作中受热不均，轮缘温度达 550-750C，而轮心温度只有 300C 左右。榫齿

27、部位承受最大的离心力，所受的应力更为复杂。为此要求涡轮盘材料具有高屈服强度和蠕变强度、良好的抗机械疲劳性能和较小的线膨胀系数等。用于涡轮盘制造的材料主要是粉末冶金高温合金，例如 IN100 粉末高温合金（F100 发动机）和中国常用的FGH95、GFH96、FGH97、FGH98、FGH91 合金。涡轮叶片首选单晶高温合金。涡轮叶片是航空发动机中工作条件最恶劣也是最关键的部件。其结构与材料的不断改进成为航空发动机性能提升的关键因素之一。常用第三代单晶高温合金 CMSX-10，第四代单晶高温合金 EPM-102，近年来日本又相继成功的研制出承温能力更高的第四、五、六代单晶合金 TMS-138，T

28、MS-162，TMS-238 等，我国自主研发的第三代 DD9 主要应用于太行改进型发动机的叶片制造。请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明7行业深度报告 证券研究报告2.1.2 军机与民机需求增长航空发动机领域对高温合金的需求分为军用市场和民用市场。随着国家对航空发动机自主研发的力度加大以及“两机”重大专项、“飞发分离”等政策的落实，产业发展日渐加速。航发动力作为我国航空发动机唯一总装单位，航空发动机制造业务营业收入由 2014 年的 150 亿元增加至 2020 年的 262 亿元，年复合增速在 9.7%、2020 年增速达18.8%。以航发动力 2020 年航空发动机制造营业成本 2

29、23 亿元计算，原材料成本约占全部营业成本的 50%、其中高温合金占原材料成本的 40%左右，推算航发产生的高温合金需求约为 44.6 亿元。图 9：2014-2020 年航发动力航空发动机业务收入与成本（亿元）资料来源：Wind，首创证券军费持续增长推动订单放量、技术更新。根据中国财政部在全国人大会议上提交的政府预算草案报告，中国今年的国防支出预算比 2021 年增长 7.1，增幅比去年上调 0.3个百分点。2016 年至 2021 年，我国国防费预算增幅分别为 7.6%、7%、8.1%、7.5%、6.6%和 6.8%。根据国防部介绍，我国军费主要用于：稳步推进武器装备现代化建设和“十三五”

30、规划明确的重大工程、重点项目建设，淘汰更新部分落后装备，升级改造部分老旧装备等四个方面。随着军用飞机采购提速及航空发动机订单放量，国产高温合金需求强劲。图 10：2010-2021年中国国防支出预算与增长率资料来源：财政部，首创证券请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明8行业深度报告 证券研究报告我国军机数量及代次与发达国家差距较大，先进装备更新需求迫切。根据 Flightglobal 发布的数据，美国现役军机总数 13246 架、俄罗斯 4173 架、中国 3285 架，美军机数量约为中国的 4 倍。从结构上看，中国老旧型号战机的占比较高，军机补短板列装及升级换装的需求巨大。我国 201

31、8 年军机数量 3187 架，相比 2011 年增加 589 架，年复合年增长率为 2.96%，若保持该复合年增长率，预计未来 15 年我国将新增军用飞机数量达 1751 架。基于现有及新增军用飞机单发和双发数量比例为 1:1 的基本假设估计，同时考虑维修、备用等因素，未来 15 年我国将新增军用航空发动机数量达 10506 台，预计年新增高温合金原材料需求量约 26264 吨。图 11：全球军机数量前十国家资料来源：WorldAirForces2022，首创证券未来 10-20 年民航需求也将大力拉动高温合金需求。根据波音公司发布的中国市场展望报告，中国民航机队规模在 2034 年将扩大至

32、7210 架。截至 2017 年底，通用航空企业在册航空器总数达到 2297 架。未来中国将增加 4913 架民用飞机，目前主流民用飞机配备的发动机数量为 24 台，假设平均每架民航飞机配备 3 台发动机，未来将新增14739 台发动机，平均每年新增高温合金需求 36848 吨左右。根据西部超导招股书预测，未来十年中国军用航空发动机牵引高温合金的需求量为6.03 亿美元，未来二十年我国在民用（含通航）航空发动机领域高温合金需求超 36.69亿美元。表 5：未来我国航空发动机高温合金市场需求测算总价值（亿美元）发动机总价值(亿美元）发动机年均价值（亿美元）高温合金年均需求（亿美元）交付总数（架）

33、发动机价值占比高温合金价值占比年限军用航空发动机民用航空发动机通用航空飞行架3353510567102033.5175.528.356.03900813000210018%27%36.6960000资料来源：西部超导招股说明书，首创证券请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明9行业深度报告 证券研究报告2.2 燃气轮机在能源领域具有战略性地位燃气轮机装置是一种以空气及燃气为介质的旋转式热力发动机，其结构及原理与航空发动机类似，同样高温合金在燃气轮机上的质量占比也为 40%60%。燃气轮机是一个涉及国家能源的战略性产业，它不仅是国防装备中极其关键的设备，而且在电力、能源开采和输送、分布式能源系

34、统等领域中也有着不可替代的战略地位。基于燃气轮机的重要地位，发达国家高度重视燃气轮机的发展，目前行业主要由美国GE、日本三菱重工、德国西门子等少数几家公司垄断。当前我国燃气轮机整体水平与国际先进水平相差很大，总体水平落后 2030 年。发展燃气轮机对我国先进制造业和先进能源技术的研究至关重要，而其中研究单晶合金、超级冷却叶片、热障涂层(TBC)、抗氧化和热蚀的涂层等高温合金技术是发展燃气轮机很重要的一部分。图 12：西门子公司燃气轮机资料来源：西门子公司官网，首创证券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。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

35、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。图 13：我国 2012-2020 年燃气轮机产量与需求量对比资料来源：中国机械工业联合会，首创证券请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明10行业深度报告 证券研究报告2.3 高端民用领域同样需要高温合金随着高温合金性能的不断提升，其应用面逐渐扩大，特别是耐高温耐腐蚀合金在电力、机械制造、石油化等行业的应用有明显的进展，此外还延展至玻璃制造、医疗器械等领域，民用高温合金的市场需求同样旺盛，市场发展前景广阔。电力领域中，煤电和核电的发展都需要高温

36、结构材料作为支撑。煤电方面，超高压蒸汽参数机组、过热器和再热器等部分对材料的耐高温、耐压、抗蠕变性能等要求较高，高温合金是其关键性材料。目前，我国火电主锅炉过热器管材主要是铁基高温合金GH2948。机械制造方面主要是汽车制造和柴油发动机，汽车涡轮增压器、发动机排气管、内燃机的阀座、镶块、进气阀、密封弹簧、火花塞、螺栓以及热发生器等装置零部件需要高的高温力学性能，这些部分是高温合金的重要应用领域，其中汽车涡轮增压器又是最主要的车用高温合金应用领域，目前国内大量使用的增压涡轮材料是自行研制的 K213、K418、K419 和 K4002 等铸造高温合金。石化工业设备因操作条件苛刻，特别是压力容器、

37、管线、管件、阀门等需大量使用铁基和镍基合金材料，主要使用牌号有 IN718、GH2747 等。请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明11行业深度报告 证券研究报告3. 高温合金市场供给我国高温合金研发起步较晚，整体技术开发水平与美、俄等强国仍有较大差距，并且国内生产能力不足，高端品种尚未实现自主可控，供需缺口较大，未来发展及进口替代前景广阔。2020 年我国高温合金需求量约 5.3 万吨，而产能仅有 3.3 万吨，供不应求问题显著。根据智研咨询数据，目前国内军用航空发动机高温合金约有 40%依赖进口，整个行业进口依赖度将近 50%，无论是政府还是高温合金企业都迫切想要摆脱“卡脖子”问题。高

38、温合金广泛的应用领域使其具有重要的战略意义，国家对高温合金产业的发展极为重视，长期以来大量政策都涉及到对高温合金的战略规划，尤其是“十三五”期间，全面启动“两机专项”（航空发动机和燃气轮机），要求推动大型客机发动机、先进直升机发动机、重型燃气轮机等产品研制，初步建立航空发动机和燃气轮机自主创新的基础研究、技术与产品研发和产业体系，进一步奠定了高温合金在尖端材料中的特殊地位。“十三五”材料领域科技创新专项规划提出，加强我国材料体系的建设，大力发展高性能碳纤维与复合材料、高温合金、军工新材料、第三代半导体材料、新型显示技术、特种合金和稀土新材料等，满足我国重大工程与国防建设的材料需求。初步建立我国

39、自主的基础材料与新材料体系，关键材料的自给率超过 80%。新进入壁垒高，行业格局较稳定，产能增速较为缓慢。高温合金行业由于涉及国家战略，又受技术壁垒高、认证周期长、资金需求大等因素影响，近年来虽有一些厂商进入，但是还需要通过各项认证以及质量检测，需要较长的周期才可能影响当前格局，目前产量增长主要靠现有厂商扩展。3.1 高温合金国产化历程我国从 1956 年冶炼出第一炉高温合金，60 多年来，我国高温合金从无到有，从仿制到创新，从低级到高级，形成了具有中国特色的完整的高温合金体系，保证了我国航空航天发动机及燃气轮机所需高温合金材料完全立足于国内，也为其它工业部门的发展提供了需要的高温材料。根据我

40、国高温合金的发展与创新，我国高温合金发展从仿制苏联欧美到自主创新，可以分为三个阶段：第一阶段从 1956 年至 1970 年，是我国高温合金的创业和起始阶段。当时的国际形势要求我国必须独立自主地研制和生产主要歼击机发动机 WP-5、WP-6、WP-7 和 WP-8 等所需的高温合金材料。本阶段的主要成果是仿制前苏联高温合金为主体的合金系列，例如 GH4033、GH4037、GH4049、GH2036、GH3030、K403、K406 等，同时还特别针对我国缺少镍、铬资源的情况，研制出一批铁镍基高温合金，如 GH4033(GH2135)、GH4037(GH2130、GH2302)等。第二阶段从

41、20 世纪 70 年代到 90 年代中期，是我国高温合金的提高阶段。随着试制和生产一些仿欧美型号的航空发动机，引进了一系列欧美体系的合金，特别是在 WS-9、WZ-6、WZ-8 等发动机所需高温合金材料的研制中，全面引进欧美技术。这一阶段不但研制成功一系列新的合金，包括高性能变形合金、铸造合金、定向凝固及单晶合金，更重要的是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，基本达到或接近西方工业发达国家的水平。第三阶段从 20 世纪 90 年代中至今，是我国高温合金的新发展阶段。该阶段随着WP-14、WS-9、WS-10 等新型先进航空发动机的设计、研制和生产，要求并成功研制出一

42、系列高性能的新材料，例如粉末涡轮盘材料 FGH4095 和 FGH4096，第一代、第二代单晶高温合金 DD402、DD408、DD406 等。与此同时，我国主要生产品种 GH4169 盘件请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明12行业深度报告 证券研究报告的生产有了进一步发展。图 14：高温合金国产化历程资料来源：我国高温合金的发展与创新，首创证券目前我国已经形成了比较完整的高温合金体系，部分产品已实现了进口替代。但由于研究起步晚，整体技术水平还落后于国际先进水平。近年来各企业及研究单位积极进行高性能高温合金的工程化研究，并逐步突破技术瓶颈，取得了可观的成果，例如：图南股份的高温合金真空

43、浇铸技术、高温合金真空冶炼复合脱 S 工艺技术等。以这些技术为基础的产品性能和组织已达到国内先进水平，具备替代进口产品的基础。由于美国禁止高级高温合金材料出口，国产航空发动机高温合金制品均为自产。21世纪初以来，为了满足国产先进航空发动机的性能要求，我国自主研发了多种新型高温合金，包括第三代单晶高温合金 DD9、新一代 600高温钛合金 TA29、优质 GH4738合金等。3.2 两机专项推动行业发展加速“两机专项”加速航空发动机和燃气轮机发展，上游高温合金受益。2016 年 11 月24 日，全国工业和信息化创新大会上全面启动实施航空发动机和燃气轮机重大专项（“两机专项”），国家将投入千亿资

44、金，旨在突破“两机”关键技术。高温合金作为两机中占比超过 50%的重要材料，也将迎来巨大的需求增长空间和进口替代空间。自“两机专项”后，大量聚焦于航空发动机和高温合金的鼓励政策集中出台，有利于技术进一步发展，并加快产能扩张步伐。表 6：高温合金相关政策梳理政策法规/会议名称时间主要内容关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见围绕保障大飞机、微电子制造、深海采矿等重点领域产业链供应链稳定，加快在高温合金、高性能纤维材料、电子封装材料等领域实现突破。2020年 9月制定铝合金、高温合金、不锈钢、金属网化合物等金属材料及其复合材料的标准，明确专用材料的品质指标，提升性能稳定性等要求

45、。增材制造标准领航行动计划2020年 3月（2020-2022年）指出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件及控制系统。产业结构调整指导目录2019年 10月2018年 5月2018年工业转型升级资金工作指南关键基础材料重点支持航空航天标准件高温合金材料等。请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明13行业深度报告 证券研究报告增强制造业三年行动计划关键技术产业化实施方案2017年 12月2017年 12月重点发展发动机用高温合金材料等新材料。在关键领域建立国家新材料生产应用示范平台，旨在构建上下游有效协同的新机制、新体制、新体系，填补生产应用衔接空缺，缩短开发应用周期

46、，实现新材料与终端产品同步设计、系统验证。国家新材料生产应用示范平台建设方案“十三五”材料领域科技创新专项规划2017年 4月2016年 12月加强我国材料体系的建设，大力发展高温合金、军工新材料等。开展高温合金及复杂结构叶片材料设计及制造工艺攻关，满足航空发动机的应用需求。以高温合金等材料市场潜力巨大、产业化条件完备的新材料品种组织开展应用示范。新材料产业发展指南全面实施“两机专项”，建立我国两机动力行业的自主创新能力体系，把我国航空发动机和燃气轮机行业打造成具有国际竞争力的战略性高技术产业。全国工业和信息化创新大会、“两机专项”2016年 11月2016年 3月2015年十三五规划公布百大

47、工程项目草案，航空发动机及燃气轮机排第一。重点实施五大工程，关注十大领域。五大工程中有三大涉及高温合金，十大领域中航空航天装备、电力设备及新材料也涉及高温合金。中国制造 2025资料来源：工业和信息化部，公开资料整理，首创证券3.2.1 两机需求情况“两机专项”属于国家科技重大专项，国家设立“两机专项”目的是通过重点型号自主研制，建立我国两机动力行业的自主创新能力体系，把我国航空发动机和燃气轮机行业打造成具有国际竞争力的战略性高技术产业，以满足我国航空、能源和电力工业对高性能动力装备的需求。航空发动机专项方面，将重点聚焦涡扇、涡喷发动机领域，同时兼顾有一定市场需求的涡轴、涡桨和活塞发动机领域；

48、燃气轮机专项的主要目标为 2020 年实现 F 级300MW 燃机自主研制，2030 年实现 H 级 400MW 燃机自主研制。从 2016-2025 年，全球市场对航空发动机需求旺盛，航空发动机方面需求总价值总高达 4530 亿美元，燃气轮机被广泛应用于电力、船舶、制造业等众多领域，同样有广阔的前景，未来需求高达 7700 亿美元。表 7：2016-2025全球航空发动机、燃气轮机需求情况领域细分涡扇、涡喷发动机涡轴发动机涡桨发动机活塞发动机能源电力需求量（万台）总价值（亿美元）7.363.41.63.34160190航空发动机燃气轮机1503050002700舰船动力资料来源：图南股份招股

49、说明书，公开资料，首创证券请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明14行业深度报告 证券研究报告3.2.2 两机专项受益企业“两机专项”的推出将从根本上解决长期困扰我国航空发动机与燃气轮机产业的投入不足问题，在型号、装备研制经费之外提供丰裕的课题与项目研究资金，为我国两机产业发展注入强劲动力，并给航空发动机和燃气轮机产业链带来巨大市场机遇，作为重要原材料的高温合金行业市场前景更是巨大。航空发动机是飞机的心脏，其产业链主要有原材料、零部件、叶片、动力控制系统几部分，尤其在我国高端合金材料与欧美等先进国家仍有较大差距的背景下，原材料将是“两机专项”的重要投入方向。燃气轮机主要的研制力量分别来自中

50、国航发、船舶、机械等工业部门和科研院所，相关研制企业也将同时受益。图 15：两机专项受益行业及企业资料来源：图南股份招股说明书，公司资料整理，首创证券3.3 国内市场现有供给格局国内企业间竞合为主，基本上以实现技术创新、扩大产能、满足市场需求为目标共同发展。国内各企业业务形态不一，且整体技术水平较国际先进水平有一定差距，故直接竞争较少。国内目前高温合金参与生产可分为三类：第一类是以抚顺特钢、宝钢特钢、长城特钢为代表的特钢厂。生产设备齐全、经验丰富，布局了多种金属材料产线，其中以变形高温合金为主。第二类是以钢研高纳、航材院、中科院金属所为代表的科研单位。科研单位较早地参与到了我国高温合金体系的建

51、设当中，主要负责先进高温合金材料和生产工艺的研究与生产，掌握着行业前沿生产技术和工艺。第三类是以图南股份、西部超导为代表的新兴企业。这类企业在“两机专项”政策出台前后进入高温合金赛道，由于起步时间较晚，技术积累相对薄弱，但均在积极推进“两机专项”项目建设进行产能扩张。请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明15行业深度报告 证券研究报告表 8：高温合金核心生产商及主要产品公司/研究院名称概况主要产品航材院隶属于中国航空工业集团公司，创建于 1956年，是中国航空工业唯一的材料研究机构，是国内最大的材料工程研究中心之一。北京航材院铸造高温母合金钢研总院创建于 1952年，是国内冶金行业最大的综

52、合性研发机构；钢研总院/钢研高纳钢研集团旗下新材料产业的主要生产地，产品定位在高端和新型高温合金领域。铸造高温母合金、精密铸件及变形高温合金中科院金属所成立于 1953年，以高性能金属材料、新型无机非金属材料和先进复合材料等为主要研究对象；中科院金属所/中科三耐中科三耐主要从事耐高温、耐腐蚀、耐磨损高温合金材料及其精密铸件的研究与生产。抚顺特钢始建于 1937年，是我国大型特殊钢重点企业和军工材料研发及生抚顺特钢宝钢特钢产基地，以特殊钢和合金材料的研发制造为主营业务。宝钢特钢是由宝钢股份收购的上海五钢核心资产组建而成，目前在大型高温合金盘锻件等方面有着突出的技术能力。变形高温合金、特种不锈钢长

53、城特钢始建于 1965年，是我国重点特殊钢科研生产基地，2004 年与攀钢集团重组。拥有生产纳米级钢、核能用高纯钢、高温合金及耐腐蚀合金宽模具扁钢等多项专有技术。长城特钢图南股份成立于 1991年 5月，专注于高温合金、特种不锈钢等高性能合金材料及其制品的研发、生产和销售。铸造高温合金及制件、变形高温合金管/棒材图南股份西部超导高端钛合金、超导材料、变形高温合金母合金及其制件主要从事高端钛合金材料、超导产品和高性能高温合金材料的研发、生产和销售。资料来源：公司公告，首创证券供需缺口进一步扩大，行业有望持续高景气。2020 年国内高温合金总产能为 3.3 万吨，其中核心生产商产能合计 1.7 万

54、吨，高温合金需求 5.3 万吨，供需缺口为 2 万吨。根据需求端综合测算，十四五期间我国高温合金年需求量将达到 8.3 万吨，按照 2020 年产能估计，未来年均供需缺口为 5 万吨左右。图 16：高温合金核心生产商 2020年产能资料来源：各公司年报，前瞻研究院，首创证券请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明16行业深度报告 证券研究报告核心生产商中，第一梯队主要以抚顺特钢、钢研高纳及图南股份为代表。其中抚顺特钢目前的产能最高，也是国内的变形高温合金龙头；钢研高纳在新型高温合金领域拥有较高的市场份额；图南股份铸造高温合金精铸件近年营收比重不断扩大。面对日益增长的高温合金需求，国内主要高温

55、合金上市公司积极布局并实施产能提升计划，预计带来 1.2 万吨/年的供给增量。表 9：高温合金核心生产商扩产计划预计新增产能公司2020年产能扩产项目新增设备预计投产时间均质高强度大规格高温合金、超高强度钢工程化建设项目，项目金额 2.8亿元新建一台 30吨真空感应炉和一台30吨真空自耗炉及其附属设施2022年 6月锻造厂新建 70MN 快锻机技术改造工程，项目金额 2.5亿元新建一台 70MN快锻机、60吨操作机、20吨无轨车2022年初新建一台 12吨真空感应炉和一台200kg真空感应炉及其附属设施；新建四台 12吨真空自耗炉和 2022年下半年抚顺特钢5,483高温合金、高强钢产业化技术

56、改造项目（1 期），项目金额2.6亿元7000吨一台 6吨真空自耗炉及其附属设施公司新建项目具体内容包括锻造锻造厂新建 22MN 精锻机生产线及附属设施，项目金额 6.41亿元厂新建 22MN 精锻机生产线及附属设施；实林公司新建高合金小棒材生产线及附属设施2023 年下半年年产 1000吨超纯净高性能高温合金材料项目，1.8亿元，其中 新建生产厂房一座，新建两条生350吨铸造高温合金、650吨变 产线形高温合金。2022年 7月2022年 7月2023年 1月1000吨3300件2500吨图南股份2,350年产 3300件航空用复杂薄壁高温合金结构件建设项目，2.58亿元。发动机用高性能高温

57、合金材料真空自耗电弧炉、 智能布料系及粉末盘项，项目金额 5.08亿统、真空感应熔炼炉、高温合金元，其中 1900吨镍基高温合热变形快锻机组金、600吨粉末高温合金西部超导331航空航天用高性能金属材料产业化项目，新增钛合金产品产能 5050 吨，高温合金产能1,500 吨2024年1500吨资料来源：公开资料整理，首创证券请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明17行业深度报告 证券研究报告4 主要上市企业4.1 抚顺特钢：中国特殊钢的摇篮抚顺特钢是我国军民用特殊钢材核心生产单位，公司以研发生产“高、精、尖、奇、难、缺、特、新”产品引领我国特殊钢材料发展，被誉为“中国特殊钢的摇篮”。同时公

58、司也拉开了我国高温合金产业从无到有，从低级到高级，从仿制到独立创新的序幕，是目前国内高温合金的龙头企业。公司始建于 1937 年，是我国最早的特殊钢企之一，在我国冶金史上创造了诸多的第一：生产了新中国第一炉高速钢 、第一炉奥氏体不锈钢、第一炉超高强度钢 、第一炉高温合金、第一炉超低碳不锈钢等，也为我国第一颗原子弹、第一颗氢弹、第一颗人造卫星的研制提供了重要原材料。国庆五十周年，天安门广场大阅兵展示的新式武器上所使用的特殊钢新材料中，80%以上由抚顺特钢提供。近年来，集团公司与航天科技集团等多家重要军工企业在特殊钢研发生产方面展开密切合作，形成了国防工业与特钢企业的强强联合。为了迎合行业发展机遇

59、，保持行业龙头地位，公司近年来陆续规划并落地实施多项扩产和技术改造项目，聚焦生产效率提升产品结构转型，以更好的服务我国航空、航天及能源动力燃机领域对高温合金、超高强度钢等原材料需求。4.1.1 老牌国企的“浴火重生”抚顺特钢 2000 年于上交所上市，2003 年 1 月与大连钢铁集团组建为辽宁特钢集团，2004 年 9 月与北满特钢集团重组为东北特钢集团，2017 年东北特钢集团实施了混合所有制改革，江苏沙钢集团成为东北特钢集团的控股股东，2018 年因财务指标涉及退市风险警示的情形，被实施退市风险警示，2019 年引入江苏沙钢集团，开启了相融发展、创新发展的改革序幕。公司经营理念、薪酬分配

60、、机构设置、人才使用、购销模式、技改建设、降本增效等方面发生前所未有的变革，经营管理水平全面提升，并且在短期内迅速扭亏为盈，2021 年 4 月成功摘帽。图 17：抚顺特钢发展历程资料来源：公司官网，wind，首创证券4.1.2 高温合金为公司未来重要业绩增长点抚顺特钢始终坚持“特钢更特”的发展理念，多年生产研发形成高温合金、超高强度钢、高档工模具钢和特冶不锈钢四大核心产品，即“三高一特”，在国内特钢行业具有一定优势。此外还有高速工具钢、汽车钢、高档机械用钢、钛合金、轴承钢等重点产品在内的 5400 多个牌号的特殊钢材料。公司产品面向军用、民用两大市场，广泛应用于国防军工、航空航天、能源电力、