高温合金行业概况分析

高温合金行业概况分析

高温合金行业概况高温合金是指以铁，镍，钴为基体元素，与其他金属或非金属元素熔合而成的，在600-1，200℃的超高温及应力作用下具备长时间强度保持和高抗蠕变、抗腐蚀、抗氧化能力。常规合金材料通常应用于工业机械、石油化工等领域，而高温合金由于能够适应高压、高温、高强度等恶劣工作条件，并具备高性能、长寿命、高可靠性等特点，因而多应用于航空航天、燃气轮机、导弹等高端装备领域。根据基体元素的不同，高温合金可分为镍基、铁基和钴基高温合金；根据成型方式的不同，高温合金可分为变形高温合金、铸造高温合金和新型高温合金。按基体元素分类镍基高温合金在650-1，000℃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。铁基高温合金使用温度较低（600-850℃），一般用于发动机中工作温度较低的部位，如涡轮盘、机匣和轴等零件。钴基高温合金使用温度约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、价格昂贵，生产和使用受到限制。变形高温合金是高温合金中应用最广的一类，占比达到70%。变形高温合金是指可以进行热、冷变形加工，工作温度范围-253-1，320℃，具有较高的抗氧化、抗腐蚀性能的一类合金，广泛应用于高温下承受大载荷及复杂应力的涡轮盘、高压压气机盘、叶片、机匣、紧固件、燃烧室及管路等关键零部件。铸造高温合金，采用铸造工艺制成零件，具有更宽的成份范围和具有更广阔的应用领域，分为在-253-950℃使用的等轴晶铸造高温合金、在950-1，100℃使用的定向凝固柱晶和单晶高温合金，广泛应用于航空发动机、航天发动机、工业燃机、汽车、医疗等诸多领域。新型高温合金，采用雾化高温合金粉末，经热等静压成型或热等静压后再经锻造成型，粉末冶金高温合金可以满足应力水平较高的发动机的使用要求，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必选材料。相较普通合金，高温合金材料塑性差、组织结构与形态复杂多样，化学成分和组织形态等对材料在一定温度下的强度、硬度、疲劳和蠕变等性能有较大的影响，成形制造过程中组织结构和形态的控制难度大，常出现混晶、组织不均匀、相组成难以调控等难题，因此高温合金制造对材料的认知和理解的要求高，需要掌握材料变形条件与组织性能关系，进而开发可靠的塑性成形工艺。同时，由于高温合金主要面向企事业单位销售，故产品具有典型的多品种、多规格、定制化的特点，不同产品的结构差异较大，需要企业具备大量的专业化技术员工，在生产过程中精确控制各项技术参数，以保证产品质量。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，并对于核心制备技术进行严格保密。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，已经实现了从无到有的突破，但仍存在较多问题，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。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。在需求与供给方面，根据数据，我国高温合金需求量迅速增长，从2017年的30，000吨增至2021年的62，000吨，年均复合增长率为19．90%。产量方面，我国高温合金产量从2017年的18，800吨增至2021年的38，000吨，年均复合增长率为19．24%。从需求和产量差异角度来看，我国高温合金仍具有较大缺口，存在一定的进口依存度。近年来高温合金行业的市场需求始终大于供给，且呈逐年扩大的趋势。由于一方面国内高温合金生产仍然难以满足日益增长的下游需求，另一方面美国等西方国家主要高温合金企业技术水平更高，国外产品相较国内部分企业产品在纯净度、一致性及成本上更具优势，因而目前国内高温合金的进口依存度仍有接近50%，高温合金市场的供给缺口超2万吨。供需缺口扩大一方面是由于高温合金行业壁垒高、行业产能增长以现有厂商扩产为主，另一方面是由于其生产工艺复杂、下游认证周期长导致产能扩张速度较为缓慢。未来在和民用领域的双重拉动下，高温合金的需求量有望进一步提升。根据预测，到2026年我国高温合金市场规模将增长到342亿元。特种合金材料行业竞争格局钢铁行业全球已经进入了成熟期，发达国家钢铁行业已经进入了衰退期，我国钢铁行业总体上也将从成熟期进入到衰退期。特钢是钢铁行业中产业升级的典型，全球特钢行业还处于成长期，尤其是以高温合金与耐蚀软磁合金为代表的合金材料行业正处于成长期，有望随着社会生活自动化、智能化的发展，相应需求持续成长。耐蚀软磁合金材料主要应用于电磁自动控制设备，各类电磁阀、膨胀阀、电磁泵、电子控制喷油器、车用旋转传感器、半导体生产设备等。耐热钢及高温合金可广泛应用于汽柴油发动机的进排气阀。目前国内耐蚀软磁合金的下游终端客户面在不断扩展，由传统的家用冰箱、空调，逐步向小家电咖啡机、饮料机及新能源车快速扩展。耐蚀软磁合金行业竞争格局耐蚀软磁合金材料从电磁控制部件功能方面可分为静铁芯材料和动铁芯材料。其中静铁芯材料因其质量要求高，需具备高耐蚀性、稳定的磁性能、高导热、高气密性和出色的焊接性能等品质。同时，由于其钢种牌号众多，小批量、多规格、定制化的特征，国内大型钢厂生产该类材料投入产出不经济。因此，长期以来，高端耐蚀软磁合金如制冷行业电磁阀用静铁芯材料等依赖国外进口。随着全球经济格局的变化及市场经济推进和深化，为了打破国外的局面，自2000年以来，耐蚀软磁合金下游行业厂商逐步加强对国内供应商的培育与支持，出现了一批高端耐蚀软磁合金生产者，制冷行业电磁阀用静铁芯材料逐步实现了进口替代。经过二十多年的发展，国内耐蚀软磁合金行业已经形成了一批专业技术能力较强的生产企业，但规模以上企业数量仍然有限。动铁芯材料方面国内生产厂商相对较多，主要是价格与交货期方面的竞争。硬质合金行业产业链硬质合金行业上下游整合的趋势增强。硬质合金及工具行业属于硬质合金产业链中的中下游，其上游为钨、钴等金属化合物和粉末的开采及冶炼行业，下游为机械加工、石油和地矿挖掘、汽车制造和航空航天等应用领域。由于硬质合金细分产品数量众多，下游应用领域广泛，长期以来各细分市场间存在一定的壁垒。未来，硬质合金的开发生产和工具研发制造将进一步整合，形成产业链上下游协同发展的竞争格局，增强市场竞争能力。特种合金材料行业行业现状虽然高温金属合金材料在我国已发展近60年，但行业发展仍处于成长期。在2015-2021年中国高温合金产量及需求量呈现逐年上涨的趋势，但在此过程中，由于我国生产能力不足，加之我国航空航天、石化等领域对高温合金需求量的增加，导致生产和需求之间存在较大缺口，在2021年中国高温合金产量为3．8万吨，需求量为6．2万吨。随着高温合金在下游领域的不断发展，国内市场规模逐步发展，2020年受到疫情的冲击，增长速度下滑，为10%，但在2021年又呈现上升趋势，为17．1%，市场规模达到了219亿元。中国高温合金市场发展现状在市场产量方面，2020年我国高温合金市场产量约为3．2万吨，与2019年同期相比增加了0．6万吨，同比增长23．1%，2021年全国高温合金市场产量继续增长，达到4万吨左右，同比上年末增加了0．8万吨，同比增长25%。随着高温合金行业下游各应用领域的快速发展，整体市场的需求量也在不断上升，据北京研精毕智整理的市场数据显示，2020年我国高温合金市场需求量约为5．5万吨，较2019年的4．9万吨相比增加了0．6万吨，同比增长12．3%，2021年市场需求量增长至6．4万吨左右，与上年同期相比增加了0．9万吨，同比增长16．4%。近些年我国航空航天领域取得了高速发展，在一定程度上推动了高温合金领域的发展，在国内市场规模方面，根据北京研精毕智调研统计，2020年我国高温合金市场规模约为190亿元，同比增长11．6%，2021年市场规模达220亿元左右，同比增长15．8%，预测到2025年我国高温合金市场规模将上升至300亿元以上，市场增长潜力巨大。高温合金作为重要的高性能材料之一，其生产工艺相对复杂，近几年我国高温合金行业专利技术申请数量呈现逐年增长的趋势，2016-2020年，由580项增长至1060项左右，年平均增长率约为20．7%，到2021年行业专利技术申请数量上升至1430项左右，同比增长34．9%。从我国高温合金市场结构来看，变形高温合金的市场占比最高，2021年占整体市场的比重约为75%，其次是铸造高温合金和粉末高温合金细分市场分别占比19%和6%。特种合金材料行业行业进入壁垒耐蚀软磁合金在我国研发生产起步较晚，国家软磁合金标准GB/T14986-94版耐蚀软磁合金仅公布实施了1J36、1J116、1J117三个牌号产品。电磁阀用软磁材料过去主要依靠从日本、德国、意大利等国进口。耐蚀软磁合金和耐热钢材料下游企业对品质要求严苛，生产工艺复杂，工序较多，专业设备使用量大、生产人员多、过程控制难度大，生产具有多规格、多品种、小批量、定制化的特征。从而要求企业在生产上进行精细化、柔性化生产管理，具有比较高的品质管理控制能力准入门槛。耐蚀软磁合金和耐热钢均不需要特别许可经营，但高技术含量与高安全因素要求决定了该两个细分行业均具有较高的市场进入门槛和严格的供应商筛选标准：新供应商一般需经过客户接洽，现场考察，样品开发选送，抽样检测，小批量试生产，批量生产一系列过程，筛选供应商耗时较长，为保证产品生产的稳定性一般不会轻易更换厂家。因此行业进入较早且具有品质优势的企业会占据较为明显的先发优势，形成市场先入壁垒。耐蚀软磁合金属于技术密集型和资金密集型行业，对资金有着较高要求。耐蚀软磁合金生产周期长、牌号多，制造中需要投入大量生产设备和检测设备，并备用一定量的安全原材料储存。耐蚀软磁合金所需原材料纯铁、铬、镍等均属于资源类金属原材料，一般为现款现货采购。随着技术进步和产品要求的提高，需要新建厂房、改进生产工艺，加大研发投入，持续投入资金购买先进的生产和检测设备等对资金持续投入提出更高的要求。因此，本细分行业的进入具有较高的资金壁垒。特种合金材料行业是国民经济的重要产业组成部分，关系国计民生的方方面面，特种合金材料制造工业，在国民经济中占有不可或缺的地位。耐蚀软磁合金材料广泛应用在空调制冷、小家电、流体控制、汽车及气动控制等五大领域，上述领域与经济生活息息相关。如果未来国内经济增速放缓、市场需求下降，宏观经济波动可能对耐蚀软磁合金产品的发展造成一定的影响。高温合金行业竞争格局高温合金应用于国家重点行业和关键设备，长期以来受到国外的出口限制，目前，我国自主生产厂家主要有抚顺特钢、上钢五厂、长城特钢、中洲特材、图南股份等特钢企业，以及钢铁研究总院、中国科学院沈阳金属研究所、北京航空材料研究院等研究基地。特种合金材料行业发展空间广阔随着经济的快速发展，为中国的航空产业提供了广阔的发展空间，而中国强大的工业力量，也为中国的航天事业提供了充足的保障，高温合金材料属于航空航天材料中的重要成员，是制造航空航天发动机热端部件的关键材料，主要应用于发动机的燃烧室、导向器、涡轮叶片、涡轮盘、尾喷口及机匣等部件。其次，高温合金具备耐高温、耐腐蚀等优良性能，也被广泛应用于燃气轮机、石化、工业和汽车领域等场景。近年来，我国高温合金行业在下游需求的带动下高速发展，市场面临着巨大的需求增长空间。随着国家大力发展智能制造、轨道交通、通用航空、新能源、汽车制造等领域，高端装备用钢、新型高温合金产品的需求逐渐增多，但由于技术缺陷，我国与发达国家相比仍有较大差距，目前我国相关高温合金产品尚不能完全满足高端装备尤其是航空发动机对材料的要求，主要依赖大量进口，而发达国家将其作为战略物资，技术垄断程度高，严格禁止产品出口，在很大程度上高温合金的供给将会受到阻碍，其紧缺程度也成为制约我国航空航天发动机量产的核心因素之一，为防止国外垄断，我国大力开展相关技术研究，形成一批研究手段较高、研究设备齐全的科研单位，逐步具备自主研发能力和生产能力，极大的促进高端和新型高温合金产品的发展，由于其产品的安全性和可靠性，在航空航天、核电等新兴产业的应用变得更加广泛，从而也将助力新兴产业的发展。特种合金材料行业产业链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；并具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性。高温合金产业链上游原材料主要有铁、钴、镍等，其中游从材料成型方式来看，主要包括铸造高温合金、变形高温合金、新型高温合金，基于高温合金的相关性能特点，且高温合金的合金化程度较高，又被称为超合金，被广泛应用于航空航天、核电、汽车工业、燃气轮机、石油化工等领域。按基体元素来分，高温合金又分为铁基、镍基、钴基等高温合金，由此可见铁、镍、钴是高温合金主要的原材料，但我国镍、钴资源短缺，已探明的钴矿储量占全球的比重不到2%，镍资源占全球的比重约4%。从近几年的储量来看，铁矿、镍矿、钴矿整体均处于下降状态，在2020年下降幅度明显，主要受到新冠疫情的影响，开采程度有所下降。2021年中国铁矿储量为161．2亿吨，镍矿储量为422万吨、钴矿储量为13．9万吨。高温合金主要应用于航空航天领域和能源领域，其中，航空航天占比超过50%。作为飞机动力装置的航空发动机，是航空工业中技术含量最高、难度最大的部件之一，特别重要的是金属结构材料要具备轻质、高强、高韧、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等性能，这几乎是结构材料中最高的性能要求。而高温合金作为在600℃以上及一定应力条件下长期工作的金属材料，满足现代航空发动机对材料的苛刻要求，至今已成为航空发动机热端部件不可替代的一类关键材料。在先进的航空发动机中，高温合金用量所占比例已高达50%以上。我国发展自主航空航天产业研制先进发动机，将带来市场对高端和新型高温合金的需求增加。据统计，我国航空发动机营业收入在2017-2021年间上升趋势明显，虽然在疫情影响下，2020年增长速度有所下降，但不影响营业收入增长的趋势，2021年航空航天发动机营业收入将达到266．1亿元，较2020年上升3．74个百分点。随着经济发展的快速发展，为中国的航空产业提供了广阔的发展空间，而中国强大的工业力量，也为中国的航天事业提供了充足的保障；据统计，在2017-2021年我国民航运输飞机和飞机均处于增长状态，到2021年中国民航运输飞机达到了4054驾，飞机达到了3285驾。国内飞机数量的不断增加，导致航空发动机叶片行业市场空间不断扩大，航空发动机是飞机制造的核心部件，在工作的过程中，叶片受离心力、动气力、热应力等因素影响，占据发动机35%以上的工作量，由此可见，叶片是其重要的组成部分，其性能将直接影响到发动机的可靠性；而高温合金是制造叶片的主要材料，航空发动机叶片强劲发展将带动高温合金需求增长。特种合金材料行业行业格局分析随着高温合金行业的发展，目前我国高温合金企业主要分为三大类。第一类是特钢企业，有抚顺特钢、宝钢特钢、长城特钢等等，以变形高温合金为主要产品，依托生产设备齐全、拥有大规模熔炼能力的优势，以生产批量较大、结构简单的合金板材、锻件为主；第二类是研究院转型企业，包括钢研总院（钢研高纳）、北京航空材料研究院、中科研金属所等，科研机构研究实力较强，以生产叫小批量、结构复杂高端产品为主，主要供应航空航天、船舶等高端需求领域需求；第三类是具有民营背景的企业，包括图南股份、西部超导、隆达股份等等。以抚顺特钢、钢研高纳、图南股份为例，根据中国上市企业高温合金市场格局来看，2021年钢研高纳占比为9．08%，抚顺特钢占比为5．95%，而图南股份占比较少，为2．23%，由此可见，中国高温合金主要以高技术、大规模企业为主。从营业收入来看，三家企