2022年高温合金产业发展现状分析

1、2022年高温合金产业发展现状分析1 、高温合金铸造高温合金精密铸件主要用于航空发动机、燃气轮机热端部分的关键部件，包括机匣类大型复杂薄壁结构件、涡轮转动及导向叶片、整体叶盘、扩压器等。按照凝固结晶组织不同，铸造高温合金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高。高温合金精密铸造主要设备包括真空浇注炉、压蜡机、真空热处理炉等。例如，图南股份拥有多型号真空浇注炉，可批量生产浇注重量650kg以内、最大直径1500mm的精密铸件。对于定向凝固柱晶铸造来说，还需要真空感应定向凝固炉，例如钢研高纳引进的VIM IC 10 DS/SC真空感应定向凝固炉真空，

2、由德国ALD公司生产，是国内最先进的大型定向凝固生产设备，可生产高度达350mm的定向凝固涡轮叶片。国内从事高温合金铸造业务的企业主要包括中国航发集团公司下属铸造厂商、航材院、钢研高纳、中科院金属所、贵州安吉、图南股份、应流股份和万泽股份等。航材院的铸造高温合金主要针对发动机涡轮叶片和大型、整体复杂薄壁结构件，进行高性能定向、单晶及金属间化合物材料的设计、研制及其铸造工艺技术研究。航材院的高温合金铸件产品包括高温合金涡轮盘类、导向器、机匣类、等轴晶空心叶片和定向凝固空心叶片等。钢研高纳的高温合金铸造产品包括精密铸造产品和高温合金叶片。钢研高纳拥有先进的高温合金精密铸件生产线，并拥有高温合金涡轮

3、导向器整体精密铸造及重型燃机用大尺寸高温合金叶片铸造等核心技术。公司产品包括涡轮转子、导向器、发动机机匣、涡轮叶片、导向叶片等等轴晶铸件，涡扇发动机涡轮叶片、重燃用大尺寸涡轮叶片等定向凝固铸件和涡轮叶片单晶铸件等。中科院金属所高温合金研究部先后研发了系列（等轴晶、柱晶和单晶）铸造高温合金材料。中科院金属所控股的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开发与生产，主要产品包括高温合金母合金材料、中小型燃气轮机热端涡轮叶片、重型燃气轮机热端透平叶片、航空航天发动机用涡轮叶片、増压器叶片、玻璃棉喷吹离心器等。图南股份拥有先进的特种冶炼、精密铸造、制管等装备，建立了特种熔炼、锻

4、造、热轧、轧拔、铸造的全产业链生产流程，是国内少数能同时批量化生产变形高温合金、铸造高温合金（母合金、精密铸件）产品的企业之一。图南股份的高温合金精密铸造产品主要应用于航空领域。安吉精铸是航空工业集团下属的专业化精密铸造企业，主要为不同类型的飞机、航空发动机、机载设备提供各类钛合金、铝合金、高温合金、镁合金、耐热钢、不锈钢、结构钢、铜合金和合金铸铁等优质铸件产品。公司拥有熔模精密铸造、离心铸造、陶瓷型铸造、冷凝树脂砂铸造、金属铸造等各类工艺方法，大型复杂高温合金整体精密铸造技术达到国内领先水平。应流股份计划建成等轴晶叶片生产线、定向和单晶叶片生产线、机匣及航空结构件生产线，涉及高温合金产品主要

5、包括叶片、机匣及航空结构件等。万泽股份在高温合金业务方面，致力于研发、生产精密铸造叶片、粉末冶金盘件、高温合金母合金及合金粉末等。目前，从营收上看，公司高温合金业务营收占比较低。2020年，公司高温合金业务营收0.34亿元，占公司营收的6.14%。营收规模方面，承担高温合金铸造业务的上市公司中，钢研高纳铸造高温合金业务营收规模最大。钢研高纳铸造高温合金业务产品包括高温合金母合金、精密铸造合金制品、高温合金叶片、高温合金离心铸管及静态铸件等，涵盖航空、航天、石化、冶金等行业。近几年，钢研高纳铸造高温合金业务营收规模持续增长，2020年，钢研高纳铸造高温合金业务营收9.94亿元。盈利能力方面，图南

6、股份的高温合金铸件产品毛利率较高。图南股份高温合金精密铸件主要用于航空领域，主要规格型号产品通过前期实验论证长试考核后达到量产阶段，盈利能力较强。图南股份的高温合金铸件产品包括了母合金冶炼和精密铸造的生产流程。其中，母合金冶炼属于产业链上游而精密铸造属于产业链中游。若按图南股份高温合金母合金产品毛利率剔除母合金冶炼环节的影响，图南股份的高温合金铸造业务毛利率为54.94%（2017年）、58.30%（2018年）和60.87%（2019年）。2 、高温合金锻造航空发动机和燃气轮机上，高温合金锻件主要用于涡轮盘等盘类件、机匣、环类件以及轴类件等。根据锻件的尺寸和形状、采用的工装模具结构和锻造设备

7、的不同，锻造主要分为自由锻、模锻、辗环。自由锻：指用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧之间直接对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。自由锻以生产批量不大的锻件为主，采用锻锤、液压机等锻造设备对坯料进行成形加工，以获得合格锻件。自由锻件的核心制造设备是快锻机。快锻机一方面可以用于自由锻件生产，另一方面也用于模锻的制坯。国内用于高温合金自由锻的快锻机设备包括三角防务的31.5MN快锻机、派克新材的31.5MN快锻机等。模锻：指金属坯料在具有一定形状的锻模膛内受压变形而获得锻件，模锻一般用于生产重量不大、批量较大的零件。模锻液压技术主要用于对尺寸大且内部

8、微结构要求高的航空金属部件制造，实现常规锻造、切削、镗铣等加工方法难以实现的工艺要求。大吨位模锻液压机是模锻工艺的核心设备。我国大吨位模锻液压机的装备始于1967年，由中国第一重型机器厂建造的300MN级模锻液压机，装备于重庆西南铝加工厂，该设备于1973年投产，使用至今。近年来，我国陆续装备大吨位模锻液压机，包括万航模锻的800MN模锻液压机和三角防务的400MN模锻液压机。辗环：又称为环形轧制，借助辗环机使环件产生连续局部塑性变形，进而实现壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性加工工艺。与传统自由锻、模锻等工艺相比，辗环可大幅度降低设备吨位和投资，具有振动冲击小、节能节材、生产效率高、生产

9、成本低等显著优点，属于无缝环件的先进加工技术。碾环机设备较轻、投资较低，辗环行业壁垒主要体现在技术工艺、资质、人才、质量管理等方面。高温合金为难变形金属材料，锻造过程难点包括材料塑性差、变形抗力高、流动性差、锻造温度范围窄、锻造过程变形难以控制、微观组织性能难以控制等。因此，有较高的技术工艺壁垒。在人才方面，难变形金属材料环锻研发人员和技术工人培养一般需要3到5年时间，人才储备也是行业重要壁垒。图：高温合金辗环国内从事高温合金锻造业务的企业除中国航发集团体系内的厂商外，主要有中航重机所属的贵州安大和陕西宏远、派克新材、三角防务、万航模锻、航宇科技和西南铝业等。其中，陕西宏远、万航模锻和三角防务

10、以模锻业务为主，贵州安大、派克新材和航宇科技以辗环业务为主。从成本率方面看，高温合金锻造企业的材料成本率较高，中航重机、派克新材的锻造产品中材料的成本率在45%-55%之间，航宇科技的材料成本率更高，在55%以上。近几年，随着航宇科技制造费用成本率的降低，其毛利率逐年提升。三角防务模锻业务有较低的材料成本率，其模锻业务毛利率较高。营收规模方面，拥有贵州安大和陕西宏远两家锻造业务子公司的中航重机规模最大。两家子公司中，贵州安大产品以航空环锻件为主，同时从事一定规模的模锻件业务；陕西宏远以航空模锻件为主，同时从事一定规模的航空环锻件业务。贵州安大和陕西宏远是国内最早从事航空锻件业务的企业，拥有一定

11、的技术先发优势。盈利能力方面，三角防务的模锻业务毛利率领先。2020年，中航重机（锻造业务）、派克新材、航宇科技和三角防务（自由锻产品）业务毛利率在25%-30%，各企业毛利率相差不大。三角防务模锻业务拥有400MN大型模锻液压机，生产设备领先，业务毛利率也处于领先位置，2020年毛利率达46.03%。3 、粉末冶金是生产高温合金的一项新技术用粉末冶金的方法生产高温合金是20世纪70年代出现的一项新技术。粉末高温合金是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的生产工艺制造出高温合金产品，具有金属利用率高、成本低的特点。粉末冶金技术解决了传统铸锻材料合金化程度低、组织宏观偏析、

12、加工性能差等缺陷，制备的材料具有晶粒细小、组织均匀、无宏观偏析、合金化程度高、屈服强度高及疲劳性能好等优点，被认为是制造高速转动热端部件的首选材料，代表性应用包括航空发动机用涡轮盘等。粉末高温合金制造的原材料为经过真空感应熔炼的母合金，工艺流程包括粉末制备、粉末处理、脱气装套封焊、热等静压（HIP）成形、机加工、热处理、超声无损检测、性能测试等。钢研高纳采用等离子旋转电极工艺（PREP）制备高温合金粉末。国内制造粉末高温合金的企业主要有航材院和钢研高纳。航材院的粉末高温合金业务包括粉末制备、坯料制备和制件，材料牌号包括FGH4095、FGH4096等，产品包括粉末高温合金涡轮盘等。钢研高纳粉末

13、高温合金产品包括热等静压成形产品和热等静压加锻造成形产品两类。热等静压成形产品中，钢研高纳可生产FGH4095、FGH4096、FGH4097、FGH4091和FGH4098等牌号高温合金的粉末、坯料以及环、轴、盘等制件；热等静压加锻造成形产品中，钢研高纳可生产FGH4095、FGH4096和FGH4098等牌号的高温合金盘、环类锻件。钢研高纳研制的FGH4095、FGH4096和FGH4097高温合金已批量用于国内多型号航空发动机。4、其他高温合金制造其他高温合金制造工艺包括氧化物弥散强化高温合金（ODS高温合金）、高温金属基自润滑材料等。ODS高温合金：ODS高温合金采用机械合金化（MA）技术，通过高能球磨的方法将高热稳定性的超细氧化物强化相均匀分散到合金基体中形成氧化物弥散强化(ODS)高温合金。该技术工艺复杂，生产难度大，目前属于国外对中国封锁技术，钢研高纳是国内目前唯一一家可以生产ODS高温合金产品的企业。图：大型回转式机械合金高能球磨