2022年高温合金行业发展现状及需求趋势分析

1、2022年高温合金行业发展现状及需求趋势分析一、高温合金：先进航空发动机基石，高温强度等物化性能优异，镍基/变形高温合金占比分别为 80%、70%（一）高温合金：先进航空发动机基石，高温强度等物化性能优异，镍基、 变形高温合金需求占比 80%、70%高温合金，又称耐热合金、超级合金，是指能在600以上的高温环境及一定应力条 件下长期工作的金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化性、抗热腐蚀性能， 良好的热疲劳性能，断裂韧性等综合性能。高温合金最先被应用于航空发动机领域、 且对航发性能提升具有关键作用，因而被称为“先进航空发动机基石”。高温合金可按制造工艺、基体元素、强化方式三种方法分类。（1

2、）按制造工艺分类： 变形高温合金、铸造高温合金和粉末高温合金；（2）按基体元素分类：铁基（镍铁 基）高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金；（3）按照强化方式分类：固溶强化 型高温合金、沉淀强化型高温合金、氧化物弥散强化型高温合金、纤维强化型高温 合金等。现代高温合金多数采用多种强化手段，以获得良好的综合性能。 我国变形高温合金市场占比为70%，镍基高温合金市场占比为80%。根据新材料在 线2019年高温合金行业研究报告，从我国高温合金需求结构来看，（1）按制造 工艺分类：我国变形高温合金市场需求占比高达70%，铸造高温合金及粉末高温合 金需求占比分别20%、10%。（2）按基体元素分类：我国镍

3、基高温合金市场需求占 比高达80%，镍-铁基高温合金及钴基高温合金需求占比分别为14%、6%。（二）工艺影响应用：变形高温合金应用最广，铸造高温合金适用于复杂 结构件，粉末高温合金主要用于高压涡轮盘件变形高温合金：力学性能和强韧性指标良好，应用最为广泛，广泛应用于航空航天、 电力、石油化工等领域。根据师昌旭等中国高温合金五十年1956-2006，变形高 温合金是指可以进行热、冷变形加工，具有良好的力学性能、较高的抗氧化、抗腐蚀 性能的一类高温合金，工作温度最高可达1300。变形高温合金为高温合金中应用 最广泛的一类，广泛应用于航空航天、电力、石油化工等领域，其中代表性的GH4169 变形高温合

4、金在市场上已成为产量最大、使用面最广的高温合金。铸造高温合金：生产难度较大，主要用于制造形状复杂的精密部件。铸造高温合金 是通过真空重熔直接浇铸成型的高温合金，可以通过铸造工艺直接成型，生产难度 较大，主要用于制造形状复杂的产品，具体可分为等轴晶铸造高温合金、定向凝固 柱晶和单晶高温合金。铸造高温合金主要应用于航空发动机和燃气轮机中的机匣、 涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘及航天用液体火箭发动机中各种泵用复杂结构件等领 域。 粉末高温合金：相较于传统变形和铸造工艺，合金性能明显提升，生产难度大，主 要用于高压涡轮盘等零部件。粉末高温合金是将高合金化难变形的高温合金用气体 雾化、等离子旋转电极等方法制

5、成高温合金粉末，然后采用热等静压或热挤压等方 法将粉末制成坯料，最后制成涡轮盘等零件。目前国内粉末高温合金主要应用于航 空发动机上的高压涡轮盘等重要部件。（三）成分影响应用：镍基高温合金应用最广泛，铁基、钴基高温合金应 用相对受限高温合金在高温高压下优异的物理及化学性能主要依靠元素成分来实现。通常高温 合金内部的特殊化学元素达到30-40种，其中基础元素为镍（Ni）、钴（Co）和铁（Fe）， 同时特殊化学元素的占比也较高、质量占比高的元素有铝（Al）、铬（Cr）、氧（O）、 N（氮）等。高温合金按照基体元素可分为镍基高温合金、铁基（镍-铁基）高温合金和钴基高温 合金。 铁基高温合金：使用温度最

6、高800，具备价格优势。铁基高温合金是以铁为基体、 配以镍、铬等多种元素来提高高温机械性能和高温抗腐蚀性能的高温合金。铁基高 温合金具备价格优势，但工作温度相对镍基、钴基较低，在超过800的高温下高温 强度以及抗腐蚀性较差，一般用于航空发动机中工作温度较低的部位，如涡轮盘、 机匣和轴等零件。 镍基高温合金：使用温度最高达1100，最复杂合金、6001100范围内应用最 为广泛。镍基高温合金是所有高温合金中最复杂的合金，同时也是6001100范 围内工作的各种制造工艺高温零部件中应用最广的一类，在6001100温度下具 有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力，广泛用于制造航空发动机、工业 燃

7、气轮机的核心热端零件，如涡轮部分工作叶片、导向叶片、涡轮等。二、需求趋势：“两机”装备持续现代化建设，能源转型推动气电、核电持续发展，构建中长期旺盛需求（一）需求总览：高温合金主要应用于航空航天、电力工业和机械领域、 占比达 85%，近年来需求高速增长航空航天、电力和机械领域需求占高温合金总需求的85%，2014-2019年高温合金需 求复合增速高达19.2%。根据新材料在线2019年高温合金行业研究报告，高温 合金需求终端中，航空航天、电力、机械、冶金、汽车和石化为前六大应用领域，占 比分别55%、20%、10%、7%、3%和2%，其他领域占比仅为3%。根据智研咨询数 据，2014-2019

8、年我国高温合金需求从2万吨增至约4.8万吨，CAGR约19.2%，整体 呈现高增长趋势。本文重点分析航空、电力工业、舰船等领域的高温合金需求情况。如上所述，高温 合金在航空航天、电力领域的应用占比合计达75%。根据图南股份招股说明书，在 具体应用方面，高温合金主要用于航空发动机、工业发电、核电装备、舰船动力等领 域。本文主要分析以下具体行业高温合金需求：航空发动机（军用和民用航空发动 机）、燃气轮机（发电、舰船）、核电装备等。（二）航空发动机：军机装备现代化建设、民航需求稳定复苏，驱动航空 发动机高温合金需求中长期稳定增长航空发动机被誉为现代工业“皇冠上的明珠”、技术水平是国家综合实力的体现，

9、 是高温合金重要应领域。根据莫日宏2013年发表于中国金属通报的高温合金 市场潜力巨大，高温合金在航空领域的应用为航空发动机行业，航空发动机行业 是高温合金应用的第一个领域。航空发动机是飞机的“心脏”，被誉为现代工业“皇 冠上的明珠”，发动机技术水平能体现一个国家的工业基础、科技水平和国防实力。 现代航空发动机以燃气涡轮发动机为主。根据沈海军中国航空史话，航空发动 机主要包括活塞式航空发动机、燃气涡轮发动机和冲压发动机。其中燃气涡轮发动 机是现代航空发动机的主流，可分为四类：涡轮喷气发动机（简称“涡喷发动机”）、 涡轮风扇发动机（简称“涡扇发动机”）、涡轮螺旋桨发动机（简称“涡桨发动机”）、

10、涡轮轴发动机（简称“涡轴发动机”）等。燃气涡轮发动机始于20世纪30年代，目前涡轮风扇发动机已成为世界主流民用、军 用航空动力。根据沈海军中国航空史话，1937年，英国人弗兰克惠特尔试制 成功英国第一台喷气发动机。二战后期，喷气式飞机的发展推动了涡喷发动机的普 及。此后研究发现，在涡喷发动机前方加装压气风扇后生成的涡扇发动机，推力更 大，效率更高。因此涡扇发动机逐渐成为主流航空动力。目前，涡轮风扇发动机已广 泛用于世界大部分民航机及第三、第四代战机。1. 军用航空发动机：军用航发基本实现自主研制，装备现代化建设有望加速高温合 金需求释放、升级（1）军用航发研制趋势：全球军用航发持续升级，我国军

11、用航发逐步实现自主研制。全球军用航空发动机：历经80年持续发展，从涡喷发展到涡扇发动机，整体性能稳 步提升。根据焦华宾航空涡轮发动机现状及未来发展综述，回顾全球涡轮发动机 发展历史，20世纪40年代至今，涡轮发动机从涡喷发动机发展到涡扇发动机，在此 期间历经多代产品发展，发动机整体性能稳步提升，具体包括推重比、推进效率、任 务适应性等。其中推重比（发动机推力与发动机重力之比）是衡量发动机综合性能 的重要指标之一。过去80年，军用航空发动机推重比逐渐由3-4提升至10以上。我国涡扇发动机：经历早期探索-仿制及消化吸收-自主研制三大阶段。结合沈海军 中国航空史话：我国涡扇发动机可分为三个阶段：早期

12、探索阶段：我国涡扇发 动机研制的起步时间较早，始于上世纪60年代，但由于缺乏经验技术、资金以及适 用对象，涡扇5以及涡扇6均未能研制成功。引进-仿制-消化吸收阶段：上世纪70年 代开始，我国开始引进国外先进航空发动机，在仿制的基础上消化吸收国外技术， 逐步实现国产化，其中涡扇-9于1999年开启全面国产化工作，并于2007年正式定型 生产。自主研制阶段：涡扇-10于1986年立项、2006年批量生产，涡扇-10的成功 研制填补了我国自主研制先进航空发动机的空白。涡扇-15发动机用于新一代战斗机 歼-20，于2015年设计验证定型，其研制过程在我国首次遵循“基础研究-关键技术 突破-先进部件-核

13、心机-验证机-型号研制”模式。此外，用于大型运输机运-20的涡扇 -20发动机于2015年定型生产。目前我国军用航空发动机已基本实现自主研制。（2）全球军用航发需求：预计全球军用航发平稳增长，亚太地区军用航发需求整体 强于全球。2014-2021年全球、亚太地区军机数量CAGR分别约0.4%、1.8%，估计亚太地区军 用航发需求强于全球。根据Flight Global历年发布的World Air Forces，2014-2021 年期间，全球军机数量从51685架增至53272架，CAGR约0.4%。与之相比，2014- 2021年期间，亚太地区主要国家（中国、日本、印度、韩国、巴基斯坦等）军

14、机数 量从11218架增至12684架，CAGR约1.8%，数量占比由15.1%上升至18.6%。2014- 2021年期间，亚太地区军机复合增速高于全球增速1.4PCT，假定单发、双发战机数 量占比相对稳定，据此估计全球军用航发平稳增长，但是亚太地区军用航发需求整 体强于全球。（3）我国军用航发需求：国防支出稳定增长、装备费占比上升，军机总量及先进战 机占比上升，带动军用航发需求增长。国防开支总量：2010年以来我国国防开支持续增长、增速高于GDP增速，武器装备 现代化建设促装备费占比稳定上升。从总量来看：2010年以来我国国防开支持续增 长，增速震荡下行但整体高于GDP增速。根据国家统计局

15、数据，2010-2020年我国国 防开支持续增长，CAGR约9.3%，2020年国防开支约1.3万亿元、同比增长6.6%。与 GDP增速相比，2010-2020年我国国防开支增速与GDP增速同步震荡下行，但整体 高于GDP增速。从结构上看：淘汰更新落后装备、升级改造老旧装备促装备费占比 快速提升。根据国务院2019年7月发布的新时代的中国国防白皮书，2012年以 来，我国加大武器装备建设投入，淘汰更新部分落后装备，升级改造部分老旧装备， 研发采购航空母舰、作战飞机、导弹、主战坦克等新式武器装备，稳步提高武器装备 现代化水平。2010-2017年国防支出中装备费占比快速提升，由33%提升到41%

16、。军用航发需求：2014年至今军机增长带动航发总量增长，军机代际升级带动先进航 发需求上升。根据新时代的中国国防白皮书，近年来我国国防费的支出来源之一 是加大武器装备建设投入，研发采购航空母舰、作战飞机等新式武器装备。从总量 来看，根据Flight Global历年发布的World Air Forces，2014年-2021年我国军用 飞机从约2900架增长至约3300架，CAGR约2%，总体保持小幅增长。从结构来看， 参考沈海军中国航空史话中战机的划分方式，以J-7/J-8为二代机、以J-10/J-11 系列为三代机、以J-20为四代机，粗略估计2017年至今我国四代机占比整体小幅上 升。综

17、上可估计，军机总量增长及代际升级共同促进了我国航发需求总量增加、先 进航发需求上升。（4）我国军用航发需求展望：未来国防开支仍有望保持适度增长，军用航发需求有 望迎来量增质提。国防支出展望：与世界主要国家相比，我国国防支出GDP占比相对较低，未来国防 建设有望呈现开支总量增长、装备技术升级等趋势。 横向对比来看，根据SIPRI（斯德哥尔摩国际和平研究所）数据，1992年-2020年我 国国防支出GDP占比基本在1%-2%区间波动，始终低于美国、俄罗斯、英国等国家。 2020年俄罗斯、美国、印度、韩国、英国、法国国防支出GDP占比分别为4.3%、3.7%、 2.9%、2.8%、2.2%、2.1%

18、，同期中国仅约1.7%。与主要国家相比，我国国防支出GDP占比依然偏低。国防和军队现代化建设：武器装备现代化建设仍将持续推进，军机更新迭代需求持 续强劲。根据新时代的中国国防白皮书，新时代中国国防和军队建设的战略目标 是，同国家现代化进程相一致，全面推进军事理论现代化、军队组织形态现代化、军 事人员现代化、武器装备现代化，力争到2035年基本实现国防和军队现代化，到本 世纪中叶把人民军队全面建成世界一流军队。目前，我国军事安全面临技术突袭和 技术代差被拉大的风险，军队现代化水平与国家安全需求相比差距还很大，与世界 先进军事水平相比差距还很大。目前我国正构建现代化武器装备体系，加大淘汰老 旧装备

19、力度，逐步形成以高新技术装备为骨干的武器装备体系。结合上文分析，粗 略估算目前我国战斗机中二代机占比仍然接近50%，因此未来先进军机更新换代空 间依然较大。伴随装备升级，军机出口需求有望持续强劲。根据SIPRI发布的军机出口数据，2000- 2021年期间，我国军机出口需求保持旺盛，累计出口军机约1123架，其中非无人机 类军机出口约834架。巴基斯坦、埃及、缅甸出口数量较多，分别为312、148、96 架。从出口结构来看，我国军机出口主要以教练机、战斗机、无人机为主。总体来 看，考虑海外国家的国防建设需求，未来我国军机技术升级有望提升出口吸引力， 预计我国军机出口需求有望延续。（5）我国军用

20、航发高温合金需求展望：在军用航发需求及性能提升共同驱动下，预 计未来军用航发高温合金需求持续旺盛。高温合金占航空发动机总重量的40-60%，主要应用于燃烧室、涡轮导向叶片、涡轮 工作叶片和涡轮盘四大热端部件。根据王旭东等2017年发表于世界金属导报的 加快高温合金发展，推动航空发动机研制一文，高温合金在600以上具有良好 的综合性能，是航空发动机热端部件的首选材料，占发动机重量的40%-60%。高温 合金主要用于发动机四大热端部件：燃料室、涡轮导向叶片（静叶片）、涡轮工作叶 片（动叶片）和涡轮盘。其中涡轮是热负荷和机械负荷最大的热部件，涡轮盘和叶片 是发动机技术难度的典型代表。此外，高温合金还

21、用于机匣、环件、加力燃烧室和尾 喷口等部件。“一代新材料，一代航空发动机”，高温合金是推动发动机技术升级的重要因素之一。 航空发动机的性能与材料密切相关，根据王旭东等加快高温合金发展、推动航空 发动机研制，军用发动机通常以推重比综合评定其技术水平，提高涡轮前温度是 提高推重比最直接的途径。军用飞机的持续升级提高了对发动机推重比的要求，进 而对高温合金的依赖越来越大、要求越来越苛刻。 以航空发动机涡轮为例，涡轮的功能是将燃气的热能转化为机械能，驱动压缩系统 转子，为发动机和飞机提供机械能。涡轮是热负荷和机械负荷最大的热部件，因此 提升涡轮盘以及涡轮叶片所用高温合金材料性能，对提升发动机性能至关重

22、要。因此，考虑高温合金在军用航发重量占比超40%、高温合金性能对航空发动机性能 提升至关重要，航空发动机性能的改进一半靠材料，新材料、新工艺和新结构构对 推重比12-15一级发动机贡献率可达约2/3。在未来军用航发需求及性能提升共同驱 动下，预计未来军用航发高温合金需求有望迎来总量增长+性能提升等趋势。2. 民用航空发动机高温合金需求：全球民用航发供给集中度高，我国民用航发正处 于研发阶段，未来民用航发高温合金需求周期长、增长稳（1）民用航发供给现状：全球主流民用航发以大涵道比涡扇发动机为主，全球仅有 少数企业具备研制能力，我国民用航空发动机尚处研发阶段。民用航空发动机主要应用于民航客机、货机

23、等领域，其中干线客机数量占比超94%。 根据波音公司Boeing Commercial Market Outlook 2021-2040、莫日宏高温合 金市场潜力巨大，商用飞机可分为民航客机、货机。其中民航客机可分为支线飞机 （座位数50-110，航程600-1200公里的小型客机）和干线飞机（座位数100以上，航 程3000公里以上的大型客机），其中干线飞机按照机体大小可分为窄体客机（单通 道客机）和宽体客机（双通道客机）。目前全球机队中，窄体客机、宽体客机、货机、 支线客机数量占比分别为71%、22%、4%、2%，即全球机队中干线客机占比最大（约94%），且以窄体客机为主（71%）。大涵道

24、比涡扇发动机已成为商用飞机的主流动力。根据刘大响一代新材料，一代 新型发动机：航空发动机的发展趋势及其对材料的需求，20世纪40年代至今，商 用飞机的发展经历了活塞式发动机-涡轮喷气发动机-涡轮风扇发动机等。目前，大涵 道比涡扇发动机已成为民用航空发动机的主流，世界上窄体干线客机的动力100%采 用大涵道比涡扇发动机，同时大涵道比涡扇发动机可应用于远程宽体客机，以实现 越洋飞行。 具备较高的性能、可靠性、耐久性、经济性，是大涵道比涡扇发动机在民用航空领 域大规模普及的主要原因。2020年全球民用航空发动机市场交付量CR3为88%，行业高度集中。由于航空发动 机的高壁垒，目前具备整机制造能力的公

25、司集中于通用电气（GE公司）和普惠公司 （PW公司）、罗罗公司（RR公司）以及CFM国际公司（赛峰集团、GE合资）等少 数企业。根据Flight Global于2021年发布的Commercial Engines 2021，2020年 全球民用航空发动机共由4家企业交付，按交付量计全球民用航发CR3高达88%，其 中CFM、PW、GE、RR公司交付量分别为540、478、188、168台。 我国民用航空发动机研制起步较晚，配套国产大型客机C919的CJ-1000尚处研制阶 段。根据中国航发商用航空发动机有限责任公司（简称“中国航发商发”）官网，中 国航发商发已启动针对C919飞机发动机CJ-1

26、000的研发，目前正在开展研制工作。 该发动机是一型双轴大涵道比直驱涡扇发动机，采用宽弦空心风扇叶片、整体叶盘、 新一代单晶、粉末冶金等先进材料工艺。根据中国商飞官网，C919目前采用CFM国 际公司的LEAP-1C发动机。（2）全球民用航空需求趋势：预计2021-2040年全球民用航空客运量复合增速4.0%， 新增机队中窄体、宽体客机占比分别为75%、18%。回顾历史：2009-2019年全球经济回暖带动全球航空客运量稳步增长，2020年新冠 疫情冲击下全球民航客运量同比大降。根据波音公司Commercial Market Outlook 2021-2040，2008年金融危机后全球经济回暖

27、带动全球航空客运量稳步增长，全球 航空客运量从2009年的4.6万亿RPKs增至2019年的8.5万亿RPKs。2020年新冠疫情 冲击下，2020年全球民航客运量同比大降65.8%。 展望未来，预计新冠疫情冲击不改民用航空长期需求上行。根据波音Commercial Market Outlook 2020-2039，1980年至今民用航空的客运量整体稳步上升。在经 历数次宏观危机（包括9/11事件、SARS病毒、2008年全球金融危机）时，民航业需 求在经历短期冲击后通常可快速修复至长周期上升轨道。2020年至今，新冠肺炎疫 情对全球民航业造成持续冲击，随着全球各国疫情防控手段日趋完善、同时新

28、冠疫 苗逐渐普及，预计民航需求有望在中期逐渐复苏。预计2019-2040年全球民航客运量复合增速为4.0%，干线客机需求占比超90%。根 据波音公司预测，随着世界经济复苏、不同地区联系加强及航空客运渗透率继续提 升，未来航空出行需求将会稳步提升，预计2019-2040年全球航空客运量年均复合增 速为4.0%，期间新增客机总量约43,610架，其中支线客机、窄体客机、宽体客机、 货机数量分别为2,390、32,660、7,670、890架，占比分别为5%、75%、18%、2%。（3）中国民用航空需求趋势：预计21-40年中国民航客运量复合增速5.3%，窄体客 机新增占比达71%，国产商用飞机-航

29、发均有望长期收益。回顾历史：2008年以来中国民航客运量保持增长，2020年至今新冠疫情冲击下，国 内航线需求韧性强于国际航线。根据中国民用航空局数据，2006年-2019年期间我国 民用航空客运总体保持增长，期间国内、国际航线客运量复合增速分别为11.3%、 13.7%。2020年-22Q1期间，在新冠疫情反复冲击下，国内、国际航线需求增速剧烈 震荡。总体来看，我国民航客运需求以国内航线为主，且需求韧性强于国际航线。展望未来，预计2019-2040年我国民航客运量复合增速为5.0%，干线客机需求占比 达94%，国内航线将成为长期需求重心。结合前文所述，在长周期下，预计全球民 航需求有望在新冠

30、疫情冲击后逐渐恢复，同时我国民航客运需求主要来自国内，且 国内航线需求韧性强于国际航线，预计未来国内民航客运需求增速强于全球。根据 波音公司Commercial Market Outlook 2021-2040，预计2019-2040年我国航空 客运量年均复合增速为5.0%，期间新增客机总量约8,020架，其中支线客机、窄体客 机、宽体客机、货机数量分别为150、5,720、1,800、350架，占比分别为2%、71%、 23%、4%。从航线结构来看，预计国内航线需求占比有望从2019年的55%上升至 2040年的59%。（4）我国民用航发高温合金需求展望：高温合金提升民用航发经济性、安全性，

31、商 用飞机需求提升、产业链国产化推动我国民用航发高温合金需求长周期稳定增长。相比军用航空发动机，民用航空发动机更注重经济性、更高的可靠性。根据刘大响 大型飞机发动机的发展现状和关键技术分析，与军用航空发动机相比，民用航 空发动机在安全性、经济性、环保性、舒适性等方面要求更加严格。其中，提升经济 性、燃油效率是民用航空发动机技术发展的重要特点。根据索德军GE公司民用航 空发动机发展战略，自20世纪70年代至今，GE公司坚持开展民用航空发动机预研 计划，从不同时间段的预研计划来看，降低油耗始终是GE公司民用航空发动机预研 计划的重要指标。在民用航空发动机追求经济性、安全性趋势下，需要提高高温合金性

32、能、可靠性， 降低制造成本。提升涡轮前温度有助于提升航空发动机整体效率，降低油耗，提 高经济性，进而对高温合金提出更高的性能要求；提升高温合金材料的可靠性， 有利于热端部件长期稳定工作，提高安全性、降低维护成本；根据刘大响大型飞 机发动机的发展现状和关键技术分析，民用大涵道比涡扇发动机研制中，需要攻 关的与高温合金材料有关的工艺项目包括多项低成本工艺：镍基高温合金整体叶盘 低成本制造技术；低成本燃烧室机匣整体铸造技术；火焰筒浮动壁材料与制造技术； 高压涡轮动叶及导叶用涂层及其涂覆工艺；单晶涡轮叶片低成本材料、铸造以及打 孔工艺；涡轮导叶低成本材料、铸造以及打孔工艺。总体来看，民用航空发动机所

33、用高温合金材料需要满足更高效率、可靠性，同时降低制造成本。 伴随民用航空发动机需求总量稳定增长及综合性能持续改善，预计高温合金需求长 期稳定上升，同时材料技术及制备工艺有望持续升级和优化。（三）燃气轮机：能源结构转型、海军装备建设拉动发电、舰船用燃气轮 机需求，促进高温合金稳定增长燃气轮机具备体积小、效率高等优点，广泛用于工业发电、舰船等领域动力装置。 根据罗亮工业燃气轮机涡轮叶片用铸造高温合金研究及应用进展，燃气轮机具 备体积小、效率高、污染低、功率范围广等优点，广泛用于工业发电、舰船、供热等 领域的动力装置。工业燃气轮机按功率可划分为微型（0.3MW以内），主要用于分 布式能源；轻型（0.

34、3-20MW），主要用于分布式能源和一些轻型动力装置（小型舰 船等）；中型（20-100MW），主要用于大中型水面舰艇和地面长距离管线增压；重 型（100MW以上），主要与蒸汽轮机联合循环用于工业发电。国际燃气轮机发展道路：分别沿“航空发动机改型+基于传统蒸汽轮机发展”两条路 线，技术门槛不断提高，目前由美国GE、德国SIEMENS、日本MHI三巨头高度垄断。 国际燃气轮机主要有两条路线：第一条路线是以GE、PW、RR公司为代表发展起来 的航改工业和舰船燃气轮机；第二台路线是以GE、SIEMENS、MHI公司为代表，遵 循传统蒸汽轮机理念发展起来的重型燃气轮机。发达国家的燃气轮机沿着大功率、

35、高效率、低排放、燃料多样化、高可靠性方向发展，目前国外重型燃机单机功率达到 400MW以上。随着燃气轮机功率上升，其制造难度、技术水平逐渐升级。国际工业燃气轮机行业经过多次整合并购，目前形成了以美国GE、德国SIEMENS、日本MHI 为主的高度垄断格局。1. 工业发电燃气轮机：双碳背景下，能源结构调整有望推动我国发电燃气轮机高温 合金需求增长（1）电力结构：全球燃气发电占比超21%，我国燃气发电占比明显低于全球水平前全球燃气发电占比22%，美国、俄罗斯燃气发电比例高于燃煤发电。根据中国 电力网数据，2011-2021年全球燃气发电占比均高于21%，呈震荡趋势。从全球国家 电力结构来看，以美国

36、、俄罗斯为例，2021年美国天然气发电占比达38%、远高于 原煤发电占比22%，俄罗斯天然气发电、原煤发电占比分别为46%、14%。我国发电能源依然高度依赖煤炭，燃气发电占比仅为3%，2009年至今燃气发电装机 规模整体上升。根据中国电力网数据，当前我国以燃煤发电为主，其中2021年原煤 发电占比达63%，远高于全球（37%）、美国（22%）、日本（31%）、德国（29%） 等国家。同期我国燃气发电占比仅约3%，远低于世界平均水平（22%）。与全球、 美国、日本、德国、俄罗斯等国家相比，目前我国发电能源高度依赖煤炭。从燃气发 电新增规模来看，根据中电联数据，2009-2021年我国每年燃气发电

37、装机规模整体呈 上升趋势，期间年均新增燃气发电规模5159MW。（2）发电燃气轮机需求展望：“双碳”背景下，预计中长期我国燃气发电占提升， 有望持续带动发电燃气轮机需求增长。 国家加快推进提升天然气使用比例，为燃气发电占比增长提供政策保障。根据国家 发改委2017年发布的加快推进天然气利用的意见，要加快推进天然气在城镇燃 气、工业燃料、燃气发电、交通运输等领域的大规模高效科学利用，到2030年力争 将天然气在一次能源消费中的占比提高到15%左右。在资源保障方面，立足国内加 大常规、深海深层以及非常规天然气勘探开发投入，积极引进国外天然气资源。根 据国家统计局数据，2017-2021年我国天然气

38、产量CAGR约8.4%，高于2011-2016年 期间CAGR（5.9%）。在发电工程方面，大力发展天然气分布式能源，鼓励发展天 然气调峰电站，鼓励风电、光伏等发电端配套建设燃气调峰电站，提升电源输出稳 定性，降低弃风弃光率。“双碳”目标有望促进能源结构调整，助推发电燃气轮机中长期需求增长。在“双 碳”背景下，未来我国燃气发电占比有望长期上升。根据KennethCarbon-Neutral Fuels and Energy Carriers，从各类能源全寿命周期等效碳排放量来看，煤炭、天 然气、氢气的碳排放分别为1041、622、18（吨/GWh）。因此，展望中期，天然气 发电占比有望稳定上升

39、并驱动燃气轮机需求上升。从长期来看，由于氢能碳排放量 大幅低于天然气，因此燃氢燃气轮机长期需求有望延续。根据西门子公司规划，公 司计划到2030年将燃氢能力提高到100%。 在“双碳”背景下，伴随国家推出天然气配套支持政策，在资源保障、发电工程建 设方面提供持续支持，我国燃气发电占比有望长期上升，进而带动工业发电燃气轮 机需求在中长期稳定增长。（3）发电燃气轮机高温合金需求展望：与航空发动机材料选材机制互有异同，预计 长期受益于燃气发电占比上升。 燃气轮机与航空发动机技术同源，选材侧重高温合金的耐热腐蚀性能、长期组织稳 定性。如前所述，燃气轮机与航空发动机技术同源，部分燃气轮机直接由航空发动

40、机改型得到。根据罗亮工业燃气轮机涡轮叶片用铸造高温合金研究及应用进展， 燃气轮机的涡轮部件同样需要高温合金，与航空发动机的选材区别在于，航空发动 机注重涡轮叶片材料的热强性能、承温能力。燃气轮机工业燃气轮机叶片工作环境 更加恶劣：大多含硫、钠等杂质，造成热腐蚀，对高温合金部件破坏作用大；工作寿 命通常达几万乃至几十万小时，承受基本载荷时间长；重型燃气轮机叶片尺寸大、 质量大。以上工作环境要求工业燃气轮机用高温合金具有更良好的耐热腐蚀性能、 长期组织稳定性、蠕变寿命和铸造工艺性能。2. 舰船燃气轮机：“远海防卫型”海军战略有望驱动舰队建设提速，提升舰船用燃 气轮机高温合金需求燃气轮机广泛用于全球

41、海军舰船动力系统，未来燃气轮机有望持续应用于我国新型 战舰。从全球海军装备来看，根据Philip WalshGas turbine performance，舰船 燃气轮机具有功率大、尺寸小、质量轻、启动快、机动性好等优点。目前采用燃气轮 机作为动力装置的海军舰船主要包括护卫舰、驱逐舰、以及部分轻型航母，功率范 围30-120MW。根据沈海军中国航空史话、罗亮工业燃气轮机涡轮叶片用铸造 高温合金研究及应用进展，目前我国海军055、052D驱逐舰、054B护卫舰均采用 燃气轮机作为动力装置，预计未来我国海军新型驱逐舰、护卫舰等作战舰艇将采用 以燃气轮机为核心的推进动力。根据舰艇装备发展需求，将按1

42、0-40MW不同功率等 级构建舰船燃气轮机装备系列，其中20MW级燃气轮机用于万吨级驱逐舰及其后续 舰、10MW级燃气轮机用于气垫登陆艇等特种和小型水面舰艇。（四）核电：我国已掌握自主三代核电技术，“双碳”背景下核电有望迎 来积极安全有序发展，高温合金需求有望逐步释放1. 我国核电装备发展历经30余年，从独立探索、技术引进到实现自主研制相比传统石化能源和其他可再生能源，核电具备清洁、低排放、输出稳定等优势。 相比化石能源，核电具有清洁、低排放的优点；相比风电、光伏发电等非化石新能源 发电的间歇性和波动性，核电电力系统和电力输出较稳定。 我国核电经历了从独立探索向引进国外先进技术及自主化转变，目

43、前已掌握自主三 代核电技术。1985年我国自主设计建造的第一座30万千瓦压水堆核电站在浙江秦山 开工建设、并于1991年正式并网发电，结束了中国大陆大陆无核电的历史。2005年 开始，我国核电发展策略由“适度发展”转为“积极发展”，并开始引入西屋公司 AP1000技术及法国EPR技术，消化吸收国外技术并推动自主化研制。2013年，我国 开始自主研发三代核电技术“华龙一号”。根据中国政府2021年1月30日发布的全 球第一台“华龙一号”核电机组投入商业运行，“华龙一号”全球首堆福建福清核 电5号机组2015年5月开工，2021年1月已完成满功率连续运行考核，投入商业运行。 标志着中国成为继美国、

44、法国等国家之后真正掌握自主三代核电技术的国家。2. 我国核电装机容量与发达国家相比差距较大，“双碳”背景下核电有望迎来积极 安全有序发展目前我国在运行核电容量远低于美国、法国，在建核电装机规模位居世界首位。根 据World Nuclear Association、中国核能行业协会、中电联数据，截至2022年3月底， 全球已运行的核电站中我国核电站发电容量位居全球第三位，但与前两名国家相比， 核电发电容量差距较大，其中法国核电站发电量是我国的1.1倍，美国核电站发电量 是我国的近1.5倍。在建核电规模方面，我国在建装机量位居全球首位，且远高于其 他国家，2010-2021年年均新增核电装机规模约

45、4000MW。展望未来，“双碳”背景下，预计能源绿色低碳转型将驱动核电长期有序发展。根 据国务院2021年10月24日发布的2030年前碳达峰行动方案，未来我国要积极安 全有序发展核电。（1）有序发展：合理确定核电站布局和开发时序，在确保安全的 前提下有序发展核电，保持平稳建设节奏。积极推动高温气冷堆、快堆、模块化小型 堆、海上浮动堆等先进堆型示范工程，开展核能综合利用示范。（2）安全发展：实 行最严格的安全标准和最严格的监管，持续提升核安全监管能力。3. 高温合金主要用于核电多种热端部件，中长期有望持续受益于核电装备建设高温合金主要用于高温气体炉热交换器等核电热端部件，核电装备建设需求有望持

46、 续稳定。根据图南股份招股书，核电站中的高温合金需求主要来自燃料机组、控制 棒驱动机构、压力容器、高温气体炉热交换器等，工作温度达600-800，且需要材 料具备较高的蠕变强度。结合未来我国积极有序安全发展核电，预计未来5-10年我 国核电领域高温合金需求具备较强的持续性。三、需求测算：预计未来 5 年年均高温合金需求约5.8万吨测算对象：通过上文分析可知，高温合金下游需求中，航空航天需求占比约55%，电 力需求占比约20%。具体来讲，航空发动机（军用、民用）、燃气轮机（发电、舰 船）、以及核电等领域均有望有望进入5年以上的持续增长期，我们就未来5年军用 航空发动机、民用航空发动机、军用舰船燃

47、气轮机以及核电等领域的高温合金需求 空间分别进行测算。 测算方法：由于“两机”（航空发动机、燃气轮机）技术同源、对高温合金的需求应 用类似，因此采用统一的测算方法：高温合金需求=（单位设备重量*高温合金单位 设备用量占比*设备需求数*装备比）/成材率。（一）军用航发：预计未来 5 年年均高温合金需求约 6700 吨1.军机需求测算：预计未来5年我军军机需求总计约1500架假设1：空军军机方面，空军各类机型装备需求旺盛。根据Flight Global 数据，2015 年2021年，我国空军空中加油机、特种飞机、直升机、运输机、战斗机数量复合增 速分别约为7%、7%、-1%、9%、1%，参考历史增

48、速，同时考虑未来装备发展景气 度上升，三/四代战机需求增加，假设未来5年我国空军空中加油机、特种飞机、直升 机、运输机、战斗机数量复合增速分别约为10%、11%、2%、12%、4%。假设2：海军军机方面，航母舰载机需求较多。航母需求方面，根据沈海军中国航 空史话，目前美国现役航母11艘，而我国现役航母仅有2艘，航母需求缺口较大。 根据国防部新闻，我国辽宁舰、山东舰航母交付时间分别为2012年、2019年，间隔 时间约7年。随着军备现代化建设进程加快，预计未来5年交付两艘航母。在单艘航 母舰载机数量方面，根据沈海军中国航空史话，辽宁号配备24架战斗机+12架直 升机，与辽宁舰同等排水量级别的伊丽

49、莎白女王级（英国）、库兹涅佐夫元帅号（俄 罗斯）舰载机数量约40架。因此，假设未来单艘航母配备28架战斗机+12架直升机。 此外，海军运输机、特种飞机未来需求以过去5年复合增幅为基准进行推算。假设3：陆军军机方面，根据Flight Global数据，我国陆军现役军机主要有教练机、 运输机、直升机，其中直升机占比最高，2020年陆军军机中直升机占比约88%。假设4：空军、海军教练机方面，考虑如下比例指标：（教练机数量：战斗机数量）， 即单架战斗机所需的教练机数量。根据Flight Global数据，2020年美国空军、海军该 比例分别为0.75、2.29，我国空军、海军该比例分别仅为0.18、0

50、.25，教练机占比提 升空间较大，假设未来5年我国新增军机中，教练机：战斗机增加至0.6。结合以上测 算的海军、空军战斗机数量，预计未来5年我国海军、空军教练机需求量分别约为39 架、152架。假设5：二代战机退役替代方面，目前我军仍有大量的二代战斗机服役，随着我军三、 四代机配置比例增多，二代机等老旧型号军机逐步退役，由此将带来一定的退役替 代需求。根据Flight Global数据，2015-2021年期间，二代战机（J-7、H-6、J-8、Q5等）由859架降至829架，年均退出约5架。伴随军队现代化建设，二代机退役进程 有望加速，假设未来5年年均退出10架，合计退役替代需求约50架。假

51、设6：军机出口方面，根据SIPRI数据，2000年2021年，我国出口军机数量超过 1000架，机型包含教练机、战斗机、直升机、无人机等机型，出口对象覆盖巴基斯 坦、埃及、沙特阿拉伯等国家。除无人机外，我国军机出口总量约834架，年均约40 架。结合历史出口量，假设未来5年军机年均出口40架，合计出口约200架。综上，预计未来5年我国军机总需求约1400-1500架，其中海陆空部队常规新增需求 约1216架，二代机退役换机需求约50架，出口飞机需求约200架。2.军用航空发动机需求测算：预计未来5年我国军用航发总需求约7000-7500台军用航空发动机需求（重量）=（新增军机需求单机发动机数量

52、装备比+存量发动 机翻修需求）发动机重量假设1：单机发动机数量方面，假设未来新增军用运输机以Y-20为主、空中加油机为 Il-78，每架机发动机需求4台，除此之外其他类型军机单架机发动机均为2台。假设2：装备比方面，根据陈凤腾基于视情维修的航空发动机备发预测方法研究， 一般航空公司机队备用发动机占比可达8%-15%，即装备比1.08-1.15，考虑军用航 空发动机寿命相对较短，备发需求较多，假设军用航空发动机装备比为1.3。假设3：存量发动机翻修需求方面，根据沈海军中国航空史话，我国军用航空发 动机翻修寿命可达3000小时，国防部2020年6月11日新闻 5290小时！中国空军歼 击机飞行纪录

53、保持者光荣停飞，目前我军飞行员年均飞行小时可达200小时，考虑未来我军实战化训练需求提升，因此预计单发翻修寿命约10年。以时间平均估算， 未来5年存量飞机翻修比例为5/10=1/2，按双发估计，存量发动机翻修需求共计约 3091台航空发动机。假设4：单台发动机重量方面，针对每一类军机，选取数量占比最大的军机型号对应 的发动机作为参考。结合Flight Global及环球网军事数据，战斗机发动机型号选取AL31F、运输机发动机型号选取D-30Kp，其他依此类推。（二）民用航发：预计未来 5 年年均高温合金需求约 18000 吨民用航空发动机高温合金需求= （增量发动机需求装备比+存量发动机维护需

54、求） 单架机发动机数量单发重量单发高温合金重量占比高温合金成材率。 假设1：增量发动机需求方方面，根据波音公司2021年发布的民航市场展望2021- 2040，预计未来20年中国民机数量将从3930架增加至9630架，其中支线客机、单 通道客机、宽体客机、货机20年CAGR预计分别为10%、4%、5%、7%。以此估算 未来5年中国商用飞机需求合计约1010架。假设单架货机发动机数量为4发，其余客机配置双发。装备比方面，参考陈凤腾基于视情维修的航空发动机备发预测方法 研究，一般航空公司机队备用发动机占比可达8%-15%，取装备比1.1。未来5年中 国商用航空发动机需求约2400台。假设2：存量发

55、动机维护需求方面，根据民航局数据，2019年我国民航全年飞行时间 1231万小时（2020至今新冠疫情对民航需求造成扰动，因此以2019年为参考依据）， 结合民机总量3930架，估计单台发动机全年飞行时间约0.3万小时。根据CFM公司数 据，CFM56民用航空发动机首次翻修寿命约1.6万小时、之后翻修周期约1万小时。 随着航空发动机技术提升，以1.5万小时翻修周期、年均0.3万飞行小时粗略估算，存 量民用航空发动机维护周期约5年。按时间平均估算，未来5年存量发动机维护需求 约8260台。 假设3：单发重量方面，支线客机、单通道客机、宽体客机、货机分别选取ARJ21、 Boeing 737 MA

56、X 10、B787、Boeing 747为参考机型，参考发动机型号为CF34-10A、 LEAP-1B、Trent 1000、PW4062。 假设4：单台发动机高温合金重量占比50%，高温合金成材率20%。 假设5：新冠肺炎疫情对民航的冲击在中期逐渐缓和。（三）军用舰船燃气轮机：预计未来 5 年年均高温合金需求约 2300 吨假设1：针对新增航母编队数量，根据国防部2018年12月10日新闻我国第一艘航 母辽宁舰：乘风破浪驶向新航程！、2019年12月27日新闻2019年十大国防新闻， 我国海军现役航母分别于2012、2019交付，交付间隔7年。未来国防建设需求旺盛， 航母编队建设有望加速，假

57、设未来5年建设2个航母编队。针对航母编队组成，参考 美国航母编队，预计我军单个航母编队分别配置1艘055驱逐舰、2艘052驱逐舰、2 艘护卫舰、1艘补给舰、2艘常规攻击潜艇。假设2：在燃气轮机数量方面，根据沈海军中国航空史话，055、052、054B等 舰艇单机燃气轮机数量分别为4台、2台、2台，功率级别分布于18.5MW-28MW。假设3：在维护需求方面，根据环球网新闻，我国舰艇每30天休整5天，预计未来5年 单台燃气轮机工作约3.6万小时。限于数据可得性，参考GE公司数据，25MW级燃气 轮机LM2500热端部件检修周期约2.5万小时，据此粗略预估未来5年单台燃气轮机维 护2次。假设4：在

58、燃气轮机重量方面，参考GE公司25MW级燃气轮机LM2500单重为20吨/ 台，取单机重量为20吨/台。假设5：在高温合金需求方面，如前所述，假设单台燃气轮机中高温合金占比50%， 高温合金成材率20%。综上，预计未来5年我国主要军用舰船燃气轮机需求总计约200-250台，其中新增需 求约44台，维护需求约188台。预计未来5年高温合金需求约为12000吨，年均2000- 2500吨。（四）工业发电燃气轮机：预计未来 5 年年均高温合金需求约 10000 吨工业发电燃气轮机高温合金需求=新增燃气轮机数量燃气轮机单量高温合金重量 占比高温合金成材率 假设1：新增燃气轮机发电规模方面， 根据中电联

59、数据，2009-2021年我国年均新增 燃气发电规模5159MW，以此为依据，假设未来5年保持年均新增燃气发电规模 5159MW，合计24746MW。 假设2：燃气轮机重量方面，限于数据可得性，以25MW燃气轮机统一估算，参考GE 25MW级燃气轮机（LM2500），未来五年年均需求206台，燃气轮机单重20吨。 假设3：如前所述，高温合金重量占比50%，成材率20%。 综上，预计未来5年发电用燃气轮机高温合金需求约51590吨，年均需求约10318吨。（五）核电需求：预计未来 5 年年均高温合金需求约 2300 吨关键假设：根据图南股份招股说明书，每座装机量1000兆瓦的核电站高温合金需求

60、约500吨，即核电站单位兆瓦高温合金需求约为0.5吨/兆瓦。 核电装机缺口：目标：根据中电联电力行业“十四五”发展规划研究，2025年 我国将实现核电装机70000MW的目标。实际：根据中国核能协会数据，在已投运方 面，截至2022年3月31日，我国运行核电机组共有54台，装机容量约55806MW。因 此，当前我国核电机组装机需求缺口至少约14194MW。（六）需求测算总结：预计未来 5 年我国高温合金年均总需求约 5.35.8 万吨，装备国产化进度决定需求向内释放进度1. 预计未来5年国内高温合金年均总需求约5.35.8万吨预计未来5年国内高温合金年均总需求约5.35.8万吨。从总量来看，根