【行业新闻】高温合金行业研究报告:军民领域应用前景广阔需_ror在线体育平台-最新_下载官网
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【行业新闻】高温合金行业研究报告:军民领域应用前景广阔需
   发布时间:2022-09-05 14:41:01 来源:ror在线体育平台

  高温合金是指以铁、镍、钴等金属为基础材料,能在 600℃以上的高温及一定应力 作用下长期工作的高端金属结构材料。从所属细分行业来看,高温合金材料属于新 材料领域中的高端金属结构材料。高温合金综合性能优越,具有优秀的高温强度及 塑性,良好的抗氧化及抗热腐蚀性能,优异的抗蠕变性能、抗断裂性能和良好的组 织稳定性。随着工艺及材料的不断进步,高温合金产品不断迭代,承温能力不断提 高,综合性能不断增强,已经从传统的铸造高温合金、变形高温合金,发展出粉末 高温合金、钛铝系金属间化合物、氧化物弥散强化高温合金、耐蚀高温合金、粉末 冶金及纳米材料等一系列新型高温合金材料。

  高温合金可按照多种分类方法划分类别,其中镍基及变形高温合金为主要应用品类。 高温合金按合金基体元素可分为铁基、镍基和钴基高温合金,其中镍基高温合金应 用范围最广,占比达 80% ;按制备工艺可分为变形高温合金(牌号 GH)、铸造高 温合金(等轴晶--牌号 K、定向柱晶--牌号 DZ 和单晶--牌号 DD )、新型高温合金(粉 末高温合金(牌号 FGH)和金属间化合物高温合金(牌号 JK))三大类;按强化方 式可分为固溶强化、时效强化、氧化物弥散强化和晶界强化。高温合金因具有较高 的高温强度,良好的抗氧化、抗腐蚀、抗疲劳等性能,已成为航空航天、电力、冶 金、石油化工、核工业、玻璃制造等多个重要工业领域发展的关键特种材料。

  高温合金生产制备工艺较为复杂,熔炼、铸造、热处理为主要流程工艺。生产流程 及工艺的稳定对高温合金材料的力学性能产生直接影响。快速发展的经济和科学技 术为各种新型高温合金材料的研发和推广提供了较大的发展空间,在对合金性能要 求越来越高的情况下,必须要对各种工艺进行不断的完善和优化,保证各种工艺与 高温合金材料的变化相适应。工艺的不断完善引入可实现性能的不断提升,发展新 型的高温合金,进而推动相关产品与行业的发展。

  熔炼工序:严格控制化学成分是保证高温合金具备优异性能的基础,熔炼工序能有效消除大于临界尺寸的夹杂物,降低氧、氮、及硫的含量,从源头上提高高温合金 的纯净度,因此熔炼工序在高温合金的制备工艺中处于首要位置。目前国际上高温 合金的熔炼方法主要有真空感应炉(VIM)、真空自耗炉(VAR)、电渣重熔炉(ESR)。近年以粉末高温合金为代表的新型高温合金应用领域愈加广泛,粉末高温合金的熔 炼工艺成为前沿研究的技术,国际上俄罗斯粉末高温合金采用 VIM 或 VIM+VAR 双 联熔炼工艺,美国粉末高温合金采用 VIM+ESR+VAR 三联工艺,而国内粉末高温合 金基本采用 VIM 单炼工艺,导致我国粉末高温合金材料纯净度低于国外先进水平。

  铸造:高温合金精密铸造技术以熔模铸造工艺为主,发展形成了等轴晶类型、定向 柱晶与单晶类型的精密铸造形式。目前高温合金铸件已经开始向着复杂化、大型化、 高精确度化的方向发展,对铸造工艺、流程形成一定的挑战,也促使熔模精密铸造技术不断进步,从真空冶炼技术发展到无余量铸造技术、定向凝固技术、单晶技术 等方面。铸造技术的提升与高温合金原材料生产制造之间也存在直接的联系,需要 结合高温合金材料特性、铸件使用情况等,完善相应的工艺技术模式与机制,控制 材料的性能,保证生产工艺稳定性。目前在生产的过程中,高温合金的成分参数与 凝固参数控制存在难点,很容易在定向凝固生产或是单晶生产期间出现雀斑、热裂 和疏松等缺陷,严重影响产品的高温性能。美国在研究的过程中使用高梯度定向凝 固技术进行航空发动机叶片的生产,有效降低了雀斑缺陷问题的发生率,严格控制 各个零件尺寸条件下的温度梯度参数,形成一定的生产优化、改良的作用。

  热处理:随着新高温合金材料的应用以及使用过程中对合金性能提出的高要求,热 处理工艺是必不可少的过程。高温合金热处理工艺是指高温合金材料在固态下,通 过加热、保温和冷却的方式,以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。近年 来对于高温合金研究比较深入、系统的是固溶热处理和时效热处理。固溶热处理是 指在高于高温合金组织内析出相的全溶温度,使合金中各种分布不均匀的析出相充 分溶解至基体相中,从而实现强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能,消除残余应力的 作用,以便继续加工成型,并为后续时效处理析出均匀分布的强化相做准备。时效 热处理是指在强化相析出的温度区间内加热并保温一定时间,使高温合金的强化相 均匀地沉淀析出,碳化物等均匀分布,从而实现硬化合金和提高其强度的作用。近 年来高温合金热处理工艺不断发展,其发展趋势如下:

  国际上高温合金的研制始于上世纪二三十年代,主要在英美俄等国家展开。目前, 世界范围内仅有不超过 50 家企业具备生产高性能高温合金的能力,主要集中在美 英法德等欧美国家,整个行业头部效应明显。国际知名的高端高温合金生产国家和 企业主要有美国的通用电气公司、普拉特-惠特尼公司、佳能-穆斯克贡公司、汉因 斯·司泰特公司、国际因科合金公司等,以及英国的国际镍公司、日本的 JFE 钢铁株 式会社、新日铁住金株式会社、神户制钢等。这些企业经过多年的技术积累,均已 建立了完善的企业级的高温合金工艺、性能体系、过程控制及选材标准,生产的高 温合金具有成本低、质量高且稳定性好等优势。

  国内高温合金起步较晚,初期以仿制为主,目前已建立较为完备的产品体系。由于 高温合金主要运用于航空航天、核电等战略核心领域,因此作为高精尖产品,国外 厂商管控严格,很少出口销售。国内高温合金行业从 20 世纪 50 年代末仿制前苏联 高温合金体系开始,经过 60 余年的发展,经历了由仿制到仿创结合再到独创的发展 历程,形成了我国独特、系统、完整的高温合金体系,是国际上公认的四大较完整 的高温合金体系之一。为保障我国航空航天用发动机、战略导弹等武器装备的顺利 研制,为国防建设和国民经济的发展做出了特殊贡献。

  我国高温合金在研制与性能方面,与发达国家仍有差距,国家陆续出台鼓励政策, 支持高温合金产业发展。与国外发达国家的差距主要表现在两个层面,首先是总体 规划层面,具体表现在基础研究、技术流程研究、需求引导等方面。其次是生产流 程控制及产品技术层面,具体表现为技术水平落后国外导致的产品质量问题。在此 背景下,国家高度重视高温合金行业发展,陆续出台一系列支持政策,鼓励相关企 业做大做强。尤其是随着“两机”专项的持续推进,所涉及的高温合金材料领域受 到鼓励政策及专项资金的持续投入。

  高温合金全球市场持续成长,中国成为主要增量市场。据最新发布的全球航空航天 材料工业市场分析报告,2020 年全球高温合金市场规模达 573 亿元,预计到 2025 年,全球航空航天材料的市场规模将达到 265 亿美元。而根据数据显示,2019 年我国高温合金市场规模达 169.8 亿元,2020 年我国高温合金市场规模达 187 亿元,同 比增长 10.18%,预计 2025 年我国高温合金市场规模将达到 856 亿元。我国已经成 为全球高温合金市场增长最快的地区。

  高温合金第一大应用场景是航空航天领域,需求份额占比为 55%。高温合金材料是 航天航空发动机的重要制造原材料,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、石油化工、工业和汽车领域等场景。我国高温合金 市场中,变形高温合金和镍基高温合金占比最大,根据制造工艺,变形高温合金约 占整个高温合金市场 70%左右,其次是铸造高温合金(20%)和粉末高温合金(10%);根据合金基体元素,镍基高温合金占比达 80%左右,镍-铁高温合金和钴基高温合金 占比分别约为 14%和 6%。

  高温合金材料的诞生与使用主要源于航空发动机材料的不断探索。航空发动机作为 现代工业行业的明珠,代表着世界制造行业的最高水平,而高温合金则是航空发动 机最重要的制造原材料。在现代先进的航空发动机中,高温合金材料使用量占发动 机总量的 40%-60%。在航空发动机上,高温合金主要用于燃烧室、导向叶片、涡轮 叶片和涡轮盘四大热段零部件;此外,还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等 部件。

  军用航空燃气涡轮发动机通常可以用其推重比(推重比=发动机推力/ 发动机自重)来综合评定发动机的性能,而涡轮前燃气涡温度对发动机推重比有最直接、最显著 的影响,也成为发动机代际最突出的判别依据之一。

  我国军用航空发动机内生需求规模巨大,将带动高温合金需求快速增长。空军建设 和发展对保护国家安全具有举足轻重的战略意义,同时也强有力地刺激了我国高端 军事装备尤其是高性能军用飞机的需求。但是长期以来,我国空军先进战机的涡轮 风扇发动机和海军大型舰艇燃气轮机大量依赖进口,其中生产原材料高温合金是制 约国内军用航空发动机发展的重要因素。在下游军机需求带动下,军用航空发动机 需求将持续高增长,对上游高温合金材料的需求也将实现高速增长。

  据《World Air Force 2021》统计,2020 年我国军队现役装备的飞机总量为 3425 架, 其中包括战斗机 2380 架,运输机 123 架次,战斗直升机 496 架,训练机和直升共计 约 400 架。

  军用航发存在大量换装需求。目前我国军机数量距离美国仍有较大差距,而且以 二代、三代战斗机为主力,四代机占比仅为 1%,而美军现役已无二代战斗机,其 三、四代机型占比分别为 87%和 13%,因此未来我国军机升级换装需求迫切。《World Air Force 2021》预计,2026 年我国各类军机需求量达 1760 架,军机规模由 3187 架 增至 4947 架,复合增速达 9.2%。假设我国空军到 2030 年将完全淘汰 560 架歼-7、 歼-8 战机,同时换装成更加先进的第三/四代战斗机。因为我国 2020 年现役战斗机 中双发重型战斗机的占全部战斗机的比例约为 55%,而三/四代战斗机中的比例为 74%,鉴于我国空军将进行“空天一体、攻防兼备”战略转型,假定用于替换二代 战机的新机型中双发动机配置的重型战斗机与单发动机配置的轻型战斗机的比例 为 8:2,预计制造这批战机将产生约 1008 台发动机需求,假设每年换装数量相等, 则每年产生约 101 台发动机需求。

  军用航发扩编需求同样庞大。长期来看,我国空军战机需要量质同升,预测未来 我国将进行大规模新机型扩编。根据《World Air Force 2021》预计未来 5 年我国军 机复合增长率为 9.2%,我们假定 2021-2030 年空军战斗机增速为 10%,则 2025 年

  我国主力战机数量预测增加至 2759 架,新增战斗机数量为 379 架。若新增的 379 架 战斗机中双发重型战斗机占比 80%,单发轻型战斗机占比 20%,则新增战机将会带 来 682 台发动机需求。在此基础上,假设战机扩编速度维持不变,则从 2026-2030 年间,我国主力战斗机规模将达到 3199 架,总计会带来 792 台发动机需求。预计 2020-2030 年,我国战机扩编数量总计 819 架,新增发动机需求为 1474 台。

  军用航发存在持续增长的维护需求。目前我国空军战机的国产发动机主要为 WS10(工作寿命约 1200 小时)、WS-10B,(工作寿命约 2000 小时)。假设我国战斗机 日常训练升空时长 6 小时,来估计出各型号战斗机平均每年需耗费的航发台数,同 时考虑到前文中假设的换装战斗机与扩编战斗机中双发动机配置的重型战斗机与 单发动机配置的轻型战斗机的比例为 8:2,计算出 2021 年我国空军主力战机每年 消耗约 3602 台发动机,同时假设我国其他型号军机发动机平均一年一换,将产生维 护需求约 2482 台发动机,则 2021 年产生的维护需求约为 6084 台发动机。最后,考 虑到未来更大的训练强度带来更高的发动机更换频率,假设维护需求的增速为5%。则预计到 2025 年,中国军用航发年维护需求将达到 7395 台/年,到 2030 年中国军 用航发年维护需求将达到 9910 台/年。

  我国军机航空发动机需求主要由换装需求、扩编需求和维护需求构成。2020 年,中 国军队现役装备的飞机总量为 3425 架,预计每年换装发动机需求为约 101 台,到 2030 年发动机换装需求为 1008 台。预计 2020-2030 年,我国战机扩编数量总计 819 架,新增发动机需求为 1474 台。预计到 2030 年中国军用航发年维护需求将达到 9910 台/年。最终可以预测得出 2021-2030 年我国军机航空发动机需求总量为 79006 台。

  高温合金材料在不同机型发动机中的占比略有区别,平均占发动机总质量的 40%- 60%(在先进发动机中占比高于 50%),我们假设在军用航空发动机中高温合金重量 平均占比为 50%,高温合金部件加工成材率为 30%,同时按照 WS-10 发动机质量 1.7 吨测算,预计制造一用航空发动机的高温合金用量约为 2.83 吨。据此粗略 估计得到,我国军用航空发动机高温合金需求将在 2025 年达到 1.94 万吨/年,在 2030 年达到 2.83 万吨/年,预计 2021-2030 年之间我国将产生总计 24.1 万吨军用航 发高温合金需求。

  (1)民航换发需求及国产大飞机发动机量产,带来高温合金需求。国内民航客机、 民航运输机及其配装的发动机主要依赖国外进口,但在国际关系逐渐紧张、国外技 术封锁、进口替代的大背景下,我国自主研发的商用飞机及配套发动机正逐步试飞 安装。尤其是随着我国自主研制的 C919、CR929 大飞机项目的持续推进,对国产民 航发动机需求进一步提升,中国商飞研发的长江 2000 发动机及长江 1000 发动机已 经逐步实现整机装配及试飞。

  未来 10 年我国将成为世界上商业飞机落地最多的国家。根据中国民航局历年公报, 截至 2020 年底,我国各航空公司运输飞机共计 3903 架,其中客运飞机 3717 架,货 运飞机 186 架。而根据波音公司预测,2020-2032 年我国将新增民用飞机达 5580 架, 其中支线 架。目前国内自主研发 的 ARJ 支线客机已经进入市场运营,而首款单通道大型干线 正在逐步落 地量产。假设支线%,单通道飞机国产替代率达到 10%,宽 体客机国产替代率为 5%。假设支线 台发动机,单通道飞机和宽体客机 分别配备 4 台发动机。支线客机发动机平均总量为 1.8t,单通道飞机发动机平均重 量为 2.5t,高温合金占比达 50%,成材率 30%。预计到 2030 年新增商业飞机发动机 将带动高温合金需求 8847 吨。

  (2)高温合金为火箭发动机燃烧室和涡轮泵主材。高温合金是火箭发动机核心部件 燃烧室和涡轮泵的关键用材。液体火箭发动机主要由燃烧室和喷管、涡轮泵和活门 自动器等三大部分组成。其中燃烧室和喷管容纳推进剂燃烧,产生 3000℃以上的高 温和 30~200 个大气压的高压气体并高速从喷管喷出,形成强大的推力;涡轮泵的 作用是对氧化剂和燃烧剂提高压力,以便注入燃烧室。燃烧室和涡轮泵两大核心部 件均采用高温合金材料。

  预计未来 10 年我国火箭发动机对高温合金的需求达 3840 吨。根据顾明初 1998 年 在中国航空学会重量工程专业学术会发表的《液体火箭发动机的结构质量》一文, 火箭发动机核心部件涡轮泵质量占发动机质量的 20~26%(下文测算时取平均值 23%),燃烧室质量占发动机质量的 1.2~3.3%(下文测算时取平均值 2.3%)。我国未 来主力运载火箭长征七号采用的 YF-100 液氧-煤油火箭发动机单台质量为 1.9 吨, 每枚火箭采用 6 台 YF-100 火箭发动机,则每枚火箭涡轮泵及燃烧室总质量,即每 枚长征七号火箭所用高温合金部件质量约为 2.88 吨。若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 9.6 吨。目前我国每年航天发射次数在 40 次左右。假设未来 10 年我国将保持年均 40 次的火箭发射频率,且均采用主力运 载火箭长征七号,则预计未来 10 年内我国火箭发动机用高温合金需求量达 3840 吨。

  (3)燃气轮机国产化带来高温合金材料需求的大幅增长。燃气轮机与航空发动机同 属与高端技术核心装备,在国防安全、能源安全及工业应用等方面具有重要地位, 国家高度重视燃气轮机的发展,目前主流燃机轮机技术被发达国家垄断,国内在引 进乌克兰 UGT-25000 燃气轮机的基础上,研制出了国内首台中等功率的燃气轮机 QC280,目前已经进入国产化批产阶段,后续将广泛引用于大型护卫舰、大型驱逐 舰和新型两栖登陆舰等水面舰艇。

  由于燃气轮机主要用于地面发电机组和船舶动力领域,工作环境需要承受高 硫燃气和海水盐分的腐蚀,工作寿命要求达到 50,000-100,000 小时。涡轮盘 在工作时转数接近 10,000 转/分钟,要求材料耐用温度达到 600℃以上,因此 设备部件材料必须使用具有耐高温、较高蠕变强度的高温合金材料,目前国 内外主要采用镍基高温合金进行制造。

  舰船用燃气轮机带动高温合金需求。据统计,我国 2021 年服役军舰共计 27 艘,包 括 1 艘 094 型弹道导弹核潜艇、2 艘 075 级两栖攻击舰、2 艘 055 型大型导弹导弹 驱逐舰、7 艘 052D 型导弹驱逐舰,6 艘 056A 型轻型护卫舰和 8 艘辅助舰艇。预计 到 2030 年我国将形成 3 大近海舰队和若干航母编队的作战体系,预计将新增驱逐 舰及护卫舰 97 艘左右,中小型舰艇 200 艘左右。鉴于国产 QC-280 燃气轮机仿制于乌克兰 UGT-2500 燃气轮机,单台重量约 14 吨,且大型军舰普遍装备四台发动机, 中小型舰艇装备 2 台燃气轮机。假设高温合金占每台燃气轮机重量比例的 40%,成 材率为 30%,可估计得到 2021-2030 年我国军舰燃气轮机建设与维护共需高温合金 材料为 14710 吨。

  (4)我国未来核电装机容量增长空间大,建设需要大量高温合金。“碳中和”推动 核能发展,未来高温合金需求增量空间巨大。我国设立了“碳达峰”到“碳中和”目标, 而发展核电是改善我国能源结构的重要途径。世界核能协会发布的核燃料报告预测, 全球核电装机容量预计将以每年 2.6%的速度增长,到 2040 年全球核电装机容量将 达到 61500 万千瓦,且装机容量增长将主要来自中国、俄罗斯等国家。2022 年 1 月 1 日,随着福清核电站 6 号机组并网发电,我国大陆并网核电机组达到 53 台,总装 机容量 5463.695 万千瓦,仅次于美国与法国,继续位居世界第三位。国家能源局预 计,我国核电装机规模将在 2030 年达到 1.2 亿~1.5 亿千瓦,因此估计截至 2030 年 我国还将新建设完成约 8000 万千瓦的核电机组。核电工业使用的高温合金主要包 括燃料元件包壳材料、结构材料和燃料棒定位格架,高温气体炉热交换器等。每座 60 万千瓦核电站约需高温合金材料 600 吨,以此计算,共需高温合金材料约为 80000 吨,考虑到核电站建设国产率约为 80%,预计未来平均每年高温合金国内需求量约 为 7111 吨。

  (5)双碳背景下,涡轮增压汽车发动机成为机动车市场主流。随着中国汽车保有量 不断扩大,限排政策逐年趋严,中国汽车工业协会公布的最新数据显示,2021 年我 国汽车产销量将达到 2610 万辆,同比增长 3.1%,预计中国汽车产销量在 2020 年将 达到 2750 万辆。高温合金材料在汽车领域主要被运用于汽车废气涡轮增压器,其具 有降低噪声、减少有害气体排放、提高功率等优点。国外重型柴油机增压器装配率 接近 100%,中小型柴油机也在不断地增大汽车涡轮增压器的装配比例,英美国家 的装配比例已达 80%左右,相较之下,我国目前 50%的装配率仍具有提升空间。目 前我国涡轮增压器生产厂家大多采用镍基高温合金涡轮叶轮,同时内燃机的阀座、 镶块、进气阀、密封弹簧、火花塞、螺栓等都可以采用铁基或镍基高温合金。根据 每万辆汽车涡轮增压器高温合金用量约为 3.5 吨,2021 年汽车生产行业需要高温合 金材料约 9128.7 吨,市场规模约为 18.3 亿元。考虑到未来汽车数量和我国装配率 的提高,假设未来年均增长率为 5%,预计到 2030 年我国汽车市场对高温合金材料 的需求总计约为 10.6 万吨。(报告来源:未来智库)

  在下游需求拉动下,我国高温合金行业处于高速发展中,但由于高温合金行业具有 技术含量高、制备工艺复杂、加工难度大等特点,制备技术需要长期积累与发展,因此具有较高的技术壁垒。同时由于高温合金主要应用于军工领域,须取得相应资 质才能进入下游采购体系,而资质的取得与认证周期较长,因此高温合金行业的投 资回报周期较长。此外,由于高温合金材料的产能稀缺性及品质的高要求,下游客 户选定高温合金供应商后,会进行长期合作,通常不会更换,也会对新进入者形成 壁垒。具体来看,高温合金行业在技术、市场先入、行业准入、生产组织能力、资 金要求上都具有很高的行业壁垒。

  从发展历程及技术背景来看,当前我国从事高温合金研究生产的企业主要分为四类: 第一类是依托科研院所技术转型企业,主要是钢研高纳(32.500, 1.20, 3.83%)、中国航发北京航空研究院 (北京航发院)、中科院金属研究所(中科三耐)等企业,他们长期承担国内合金技术研 发任务,具备深厚的技术积累,与下游需求单位紧密合作,具备生产较小批量、结 构复杂的特定型号高端产品能力;第二类是中国航发下属发动机主机厂和中航工业、 中航科技等集团内部从事精密铸造或锻造业务的相关企业,主要为各大主机厂和其 他集团单位提供配套服务。第三类是特钢企业,他们在冶金方面具备较强技术实力, 通常具备大规模生产能力,主要是抚顺特钢(14.160, 0.89, 6.71%)(维权)、宝钢特钢等,能够生产批量较大的合 金板材、棒材和锻件;第四类是以图南股份(48.300, 1.50, 3.21%)、万泽股份(9.530, -0.17, -1.75%)等为代表的新兴冶金企业, 近年开始涉及高温合金领域,主要是在特定型号高温合金材料或某一产品领域具备 技术优势。

  产需缺口持续扩大,供不应求局面将持续。从产需缺口来看,近年我国高温合金行 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和进口替代空间。但由于高温合金行业存在较多壁垒,我国高温合金行业从业数量较少,行业产能增 长以现有厂商扩产为主,缓慢扩充的产能与高速增长的需求之间存在较大缺口。2020 年我国高温合金需求量约为 5.5 万吨,其中航空航天领域高温合金需求约为 2.75 万吨,产量 3.3 万吨,供需缺口 2.2 万吨,较上年供需缺口进一步扩大。从国 内企业产量情况来看,据统计,2020 年国内 12 家主要高温合金企业理论产量共计 约 1.87 万吨,国内企业 2020 年高温合金产量约为 3.3 万吨,12 家企业总产量占比 为 56.7%,行业集中度不高。

  钢研高纳是国内高端和新型高温合金制品生产规模最大的企业之一,拥有年生产超 千吨航空航天用高温合金母合金的能力以及航天发动机用精铸件的能力,在变形高 温合金盘锻件和汽轮机叶片防护片等方面具有先进的生产技术,具有制造先进航空 发动机亟需的粉末高温合金和 ODS 合金的生产技术和能力。公司的前身是钢铁研 究总院高温材料研究院,于 2002 年正式成立为公司,随后进行股份制改革,于 2009 年在深交所创业板公开发行上市,借助资本市场的力量进一步扩张,先后成立了多 家子公司,并于 2018 年并购青岛新力通,正式进军石化领域市场。

  依托钢研院强大背景,引领国内高温合金技术发展。公司控股股东中国钢研是我国 冶金行业最大的综合性研究开发和高新技术产业化机构,是我国金属新材料研发基 地、冶金行业重大关键与共性技术的创新基地、国家冶金分析测试技术的权威机构。

  产品线完备,各项产品均位居市场前列。在控股股东强大的技术储备及研发实力支 持下,公司高温合金产品种类不断扩充,引导国内高温合金市场发展,自 1958 年以 来,公司共研制各类高温合金 120 余种。其中,变形高温合金 90 余种,粉末高温合 金 10 余种,均占全国该类型合金 80%以上。最新出版《中国高温合金手册》收录的 201 个牌号中,公司及其前身牵头研发 114 种,占总牌号数量的 56%。

  公司产品定位在高端和新型高温合金领域,面向的客户也是以航空航天发动机装备 制造企业和大型的发电设备企业集团为主,同时也向冶金、化工、玻璃制造等领域 的企业销售用于高温环境下的热端部件。公司与这些大型企业建立了长期稳定的业 务合作关系。公司主要产品具体有:面向航空航天的高温母合金、发动机精铸件、 航空发动机盘锻件等;面向发电设备制造领域的汽轮机涡轮盘、防护片等;面向石 油、化工、纺织、冶金等领域的高温合金离心铸管及静态铸件、高温合金精铸件、 切断刀等。

  从产品结构看,铸造高温合金和变形高温合金是公司主要产品,新型高温合金逐渐 成为公司新的利润增长点。2020 年,铸造高温合金产品实现收入 9.94 亿元,占营收 比重为 62.74%。变形高温合金实现收入 3.99 亿元,占营收比重为 25.15%。新型高 温合金实现营收 1.85 亿元,占营收比重为 11.65%。

  销售规模持续扩大,利润水平不断提升。自 2006 年以来,公司营收及利润规总体实 现持续稳步增长。2006-2020 年,公司营收年复合增长率达到 16.85%,其中 2017- 2020 年营收年均复合增长率更是达到了 32.92%。具体来看,2018-2019 年,军改逐 步完成,下游企业需求上涨,公司销售规模扩大,此外并购青岛新力通也贡献较大 营收,公司总体营收实现大幅增长,2020 年受疫情冲击,公司营收增速有所放缓。2021 年前三季度公司实现营收 14.25 亿元,同比增长 33.39%。随着业务规模扩大, 2006-2020 年公司归母净利润高速增长,由 0.18 亿元增长到 2.04 亿元,年均复合增 长率达到 18.79%,尤其是 2017-2020 年,公司归母净利润年复合增长率达到 51.83%。2021 年在新冠疫情反复、原材料价格上涨的情况下,公司前三季度净利润达到 2.53 亿元,体现出公司优秀的经营能力和盈利能力。

  受益于航空发动机需求放量,及收购青岛新力通,铸造高温合金成为公司业务增长 主要动力。公司在铸造高温合金领域具备较强的多品种、小批量生产开发能力,是 国内唯二能够批量生产精密铸造单晶叶片的企业(另一家为航材院)。2016-2020 年 公司铸造高温合金收入由 2.28 亿元增长到 9.94 亿元,年复合增长率达到 44.58%。

  收购青岛新力通布局民品,与主业协同,成为第二成长动力。2018 年 11 月公司通 过发行股份及支付现金方式以 4.745 亿元收购青岛新力通 65%股权,成为其控股股 东。新力通与钢研高钠同属于高温合金领域的企业,在技术方面各有优势,收购整 合后在技术、业务合作等方面产生一定的协同效益。收购新力通,不仅增加了公司 的民品业务、提升了公司的盈利水平,还为公司的长期成长提供新的发展动力。

  新力通在石化、冶金、玻璃建材高温炉管行业有着深厚的技术积累,在石化领域的 百万吨乙烯裂解炉管、万标立级的制氢转化管技术处于前列,并参与了煤化工领域 的辐射热管材料的开发;其中公司在乙烯裂解炉管领域的市占率达到 40%,位居国 内第一。2020 年 5 月公司通过《关于控股子公司投资建设新厂(北区)项目的议案》, 在青岛新力通厂区北侧规划年产能 7000 吨生产项目,2021 年 6 月底试产,2026 年 达到满产,将大幅提高公司民品领域产能。

  图南股份成立于 1991 年,于 2020 年在 A 股上市,是国内高温合金生产企业中少数同时具备生产铸造高温合金母合金、精密铸件、变形高温合金产品的全产业链工业化生产能力的企业。公司掌握高温合金材料超纯净熔炼、近净型熔模精密铸造、高 精度无缝管材制造等关键核心技术,为航空发动机、燃气轮机高端装备制造提供超 纯净镍基高温合金等重要原材料,为阳江、田湾、福清等核电站的建设提供堆内构 件和驱动机构材料,为航空发动机配套科研、生产提供大型复杂薄壁高温合金结构 件,为飞机、航空发动机配套科研、生产提供高温合金和特种不锈钢无缝管材。公 司目前形成了 K4648、K424、K4169、K403 等铸造高温合金系列及 GH4080A、GH4169 (IN718)、GH2132(A286)、GH3625 等变形高温合金系列共 30 多个品种合金材料 及多规格铸件制品的完整产品结构。

  超纯净高温合金材料及精铸机匣处于国内领先水平。近年来,公司实现了高温合金 中 O、S 元素含量小于 10ppm 的超纯净高温合金产业化生产,处于国内行业先进 水平;大型复杂薄壁精密铸件在国内率先采用国际先进近净型铸造技术,产品精度 和尺寸规格国内领先,成型方式和最大产品规格生产能力填补了国内空白;集成了 超纯净熔炼、精细加工、真空热处理等先进的制管技术,公司航空用高品质高温合 金、特种不锈钢无缝管材已占据一定市场份额。

  从产品结构来看,2020 年公司共实现营收 5.46 亿元,其中铸造高温合金实现营收 2.00 亿元,占比为 36.62%;变形高温合金实现营收 1.88 亿元,占比为 34.35%;特 种不锈钢实现营收 0.55 亿元,占比为 9.98%;其他合金制品实现营收 0.85 亿元,占 比为 15.48%。

  2015 年以来营收及净利润实现高速增长。公司于 2000 年开始批量生产高温合金, 2007 年成功取得军工行业准入资质,逐步参与军工相关型号所需高温合金材料的研 制。随着技术的不断进步以及先进设备的不断引入,公司逐渐在军品、民品领域积 累优质客户。2015 年随着公司产于研制的精密铸件多个型号产品通过用户验证,进 入批量化采购、生产阶段,公司高温合金材料产品销售迎来大幅增长。2016-2020 年 公司营收由 3.07 亿元增长到 5.46 亿元,年复合增长率达到 15.54%,归母净利润由 0.15 亿元增长到 1.09 亿元,年复合增长率达到 63.38%,实现了飞跃式增长。

  随着规模的不断扩张,经营效率不断提升,毛利率、净利率均实现稳步增长。随着 公司产品批量化生产,规模效应逐渐显现。此外得益于高毛利的铸造高温合金产品 占比逐渐提升,公司综合毛利率逐渐提升,2021 年 H1 公司综合毛利率达到 39.57%, 归母净利润率达到 22.31%。

  上市募集资金,积极扩产,提高产能应对下游高速增长的需求。从上市前公司产能 利用率来看,2017-2019 年公司高温合金年产量分别为 1489/1581/1759 吨,同期产 能为 1445 吨,产能利用率分别为 103.06%、109.45%、121.72%,生产设备处于满负 荷运行状态,在下游需求高涨的带动下,公司产能扩张需求强烈。公司 IPO 募投项 目“年产 1000 吨超纯净高性能高温合金建设项目”和“年产 3300 件复杂薄壁高温 合金结构件建设项目”目前正处于稳步推进中,项目投产后能显著提升公司产能, 为后续业务增长提供保障。

  西部超导成立于 2003 年,于 2019 年在 A 股上市。公司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。公司依托西北有色金属研究 院,具备深厚的技术积累,是我国高端钛合金棒丝材、锻坯主要研发生产基地之一;是目前国内唯一的低温超导线材商业化生产企业,是目前全球唯一的铌钛锭棒、超 导线材、超导磁体的全流程生产企业;也是我国高性能高温合金材料重点研发生产 企业之一。公司拥有年产高性能钛合金铸锭 10000 吨、丝棒材 8000 吨、高性能高温 合金棒材 2000 吨、NbTi、Nb3Sn 超导线 吨的生产能力。

  公司主要产品包括钛合金棒材、丝材、异型材、高温合金棒材;铌钛(NbTi)超导 线Sn)超导线材等先进材料;以及超导磁体、热工装备、特种医疗 器械等高端装备。其中,钛材主要用于生产航空锻件(包括飞机结构件、紧固件和 发动机部件等)、生物植入物及医疗器械制造;高温合金用于制造新型航空发动机及 燃气轮机;超导线材主要用作高场磁体制造,最终用于大型科学工程、先进装备制 造领域,包括新能源(国际热核聚变实验堆 ITER、中国聚变反应堆 CFETR)、磁共 振成像仪(MRI)、核磁共振谱仪(NMR)、磁控直拉单晶硅(MCZ)、质子、重粒子 加速器等。

  钛合金材料贡献主要营收,高温合金逐渐放量。2020 年公司共实现营收 21.12 亿元, 其中钛合金材料实现收入 17.83 亿元,营收占比为 84.37%;超导材料实现收入 1.95 亿元,营收占比为 9.21%。高温合金材料实现收入 0.34 亿元,营收占比为 1.62%。

  紧跟国内航空工业发展以及发动机对合金材料的要求,业务规模实现高速增长。钛 合金方面,公司围绕国家型号需求,持续加大航空发动机用及飞机结构件用关键钛 合金材料的研发力度,产品被批量运用于国家重大项目。公司钛合金核心产品在国 内军工市场的主导地位稳固,同时公司持续开拓核电、汽车、医疗用钛材市场,实 现下游客户的广泛扩展。2018-2020 年,公司钛合金材料收入由 9.13 亿元增长到 17.82 亿元,复合增长率达到 39.70%。超导方面,公司在低温超导材料及超导磁体产品方 面具备深厚技术积累,是 ITER(国际热核聚变试验堆计划)用低温超导线材在中国 的唯一供应商,也是 GE 和 SIEMENS 的合格供应商,生产的 MCZ 用磁体已实 现批量供应,2018-2020 年,超导产品收入由 1.09 亿元增长到 1.95 亿元。高温合金 方面,顺应国家两机项目对相关材料需求的高速增长趋势,针对军工市场特点,大 力推动相关技术研发及产品落地,生产的多个牌号合金已经通过长试考核,开始向 相关单位开始供货。2018-2020 年公司高温合金收入由 30 万元增长到 3424 万元。

  抚顺特钢技术积淀深厚,是我国特钢核心生产单位。公司前身是抚顺钢厂,1996 年 成立抚顺特钢集团有限公司,2000 年在 A 股上市,2004 年与大连钢铁集团、北满 特钢集团合并为东北特钢集团。公司作为中国特殊钢的摇篮,长期担任国家特殊钢 新材料研发任务,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,是我国特殊钢材料重要的研发 和生产基地。目前公司形成了“三高一特”(高温合金、超高强度钢、高档工模具钢、 特种不锈钢)的核心产品。拥有包括高温合金、超高强度钢、不锈钢、工模具钢、 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 牌号特殊钢材料的生产经验。

  经历破产重组与混改,实控人由辽宁省国资委变为沙钢集团。东北特钢集团由于长 期经营不善,债务问题显著,于 2017 年进行破产重组,实施混合所有制改革。改革 完成后沙钢集团董事长沈文荣成为东北特钢集团的控股股东,并间接成为抚顺特钢 的控股股东。截止 2021 年 6 月,东北特钢持有抚顺特钢 29.25%股权。沙钢集团接 受控股权后,引入管理团队,对公司进行一系列管理改革,经营效率显著提升,业 务规模持续扩大,盈利能力不断增强。2019 年公司实现扭亏为盈,2020 年扣非归母 净利润为 5.1 亿元,同比增长 144%;2021 年 H1 实现扣非归母净利润 4.08 亿元, 同比增长 170.24%。

  2017 年以来高温合金产品实现翻倍增长,毛利额贡献达到 37%。从公司产品结构来看,2021 年共实现营收 74.14 亿元,其中高温合金产品实现收入 13.04 亿元,占 比为 18%。而由于高温合金毛利率显著高于其他特钢产品,高温合金贡献毛利额占 比达到 37%。2017 年以来公司高温合金产品实现翻倍增长,由 2017 年 5.35 亿元增 长到 2021 年 13.04 亿元,年复合增长率达到 24.94%。高温合金产品成为驱动公司 业绩增长的主要因素。

  混改见成效,各项经营指标稳步向好。自公司完成重组以来,在新的管理团队梳理 下,各项业务全力推进工艺优化,节能降耗,有效降造费用,同时增加高毛利 产品占比。2018 年以来,公司各项业务毛利率均实现稳步回升。与此同时,债务重 组解决了公司长期债务困扰,实际负债得到解决,有效较低了财务费用率。此外, 公司管理费用及销售费用率均有明显改善。

  应对下游高增需求,扩产计划逐步落地。2020 年公司高温合金产量为 5894 吨,销 量为 6049 吨,产销率达 103%。为应对下游高速增长的需求,公司 2020 年起计划 投资 7.9 亿元建设三项生产项目,2021 年公司计划投资 6.88 亿元进行技术改造项 目。2022 年计划总投资 10.76 亿元用于产能提升及技术改造。项目实施落地后,抚 顺特钢将进一步提升技术实力,提高产能,业务规模将进一步扩大。

  4.5. 应流股份(12.600, 0.23, 1.86%):传统铸件业务稳步发展,两机高温合金产品助力公司业 绩增长

  专用设备铸件业务国内领先企业。应流股份成立于 2000 年 8 月,于 2014 年在 A 股 上市。公司专注于高端装备核心零部件的研发、制造和销售,制造技术、生产装备 达到国内领先水平,主要产品为泵及阀门零件、机械装备构件,产品出口以欧美为 主的 30 多个国家、近百家客户,其中包括通用电气、西门子、卡特彼勒、斯伦贝 谢等十余家世界 500 强企业和艾默生等众多全国行业龙头。

  立足主业,切入两机高温合金黄金赛道。近年公司顺应国家政策和市场发展趋势, 战略主攻航空发动机和燃气轮机高温合金叶片制造领域。公司生产销售的高温合金 产品属于航空发动机和燃气轮机核心部件,主要包括航空发动机高温合金叶片、机 匣,航天动力(8.520, -0.04, -0.47%)高温合金结构件,燃气轮机动叶片、静叶片、喷嘴环以及其他“两机” 高温合金热端部件。公司引进七个国家 240 余台套设备,工艺布局和设备选型以 PCC、 Howmet 等世界一流水平企业为标杆,整体达到国际先进、国内一流水平。目前具有年产 10 万片高温合金等轴晶和定向单晶叶片、500 件机匣及结构件生产能力。

  公司已经进入罗罗、GE 等国际航空发动机和燃气轮机行业龙头供应商体系,高温 合金叶片、机匣、喷嘴环、导向器等产品应用于不同类型燃气轮机和多个型号航空 发动机。公司产品为国内多个型号航空发动机和燃气轮机配套,是中国航发集团以 外为航空发动机配套的极少数企业之一。

  核能核电领域相关业务位居国内前列。公司在核能材料领域生产销售产品包括各类 核级铸造零部件、乏燃料格架、金属保温层等以及核辐射屏蔽材料等,应用于核能 产业链中端(核级结构材料和核电设备制造,核燃料贮存和核电站运行维护)、后端 (乏燃料储存、运输、后处理、放射性废物处理和处置等)。近年公司各类产品应用 于国内全部新建核电机组和“一带一路”核电项目,核级产品种类和交货量位于国 内行业前列。核级泵阀关键件、核岛主设备支撑件等核级铸造零部件和金属保温层、 乏燃料格架等,应用于民用核电站核岛、常规岛建设和维护。研发、生产、销售中 子屏蔽、复合屏蔽和柔性屏蔽材料三大系列核辐射屏蔽材料,中子屏蔽材料应用于 乏燃料贮存、运输和处置领域,复合屏蔽材料应用于模块化小堆及特种装备、特殊 场合的辐射防护,柔性屏蔽材料制作的防护服、防护屏、防护帐篷等,用于辐射环 境工作人员和特定环境应急作业的人员防护。

  随着两机高温合金业务贡献收入,2017 年公司迎来业绩拐点。在传统铸件业务稳步 发展的同时,2017 年两机高温合金产品开始贡献营收,2017-2020 年,航空航天新 材料及零部件贡献营收从 0.47 亿元增长到 3.21 亿元,年复合增长率达到 90.33%, 成为公司业绩增长主要驱动力(4.460, -0.01, -0.22%)。

  公司目前业务板块包括医药与高温合金。万泽集团成立于 1995 年,2005 年收购汕 电力 A29%股权成为其控股股东,2009 年汕电力 A 更名为万泽股份,业务涉及地产 等行业,2019 年公司剥离地产业务,注入医药相关资产。与此同时,公司积极寻找 第二增长来源,2013 年,集团积极转型升级,与中南大学建立战略合作,共同致力 于高温合金材料及构件的研究和产业化。目前公司已经建立了具有自主知识产权的 高温合金精密铸造工艺,具备高温合金母合金、叶片、涡轮盘批量化生产能力。

  万泽中南研究院为公司高温合金技术研发平台。目前拥有多名国内外行业内著名专 家,已完成高温合金母合金、高温合金粉末、精密铸造叶片的研制,实现了从研发 到中试、再到小规模量产的完整制备能力。万泽中南研究院下设的长沙精密铸造工 程中心拥有较完整的高温合金叶片精密铸造生产线和检测设备,已建立具有自主知 识产权的涡轮叶片的精密铸造工艺体系。

  公司下属子公司万泽航空已成功在先进高温合金、高纯度的高温合金母合金、高成 品率的薄壁气冷涡轮叶片以及高性能的粉末冶金涡轮盘领域建立起具有自主知识 产权的核心技术体系。万泽航空科技的全资子公司深汕万泽精密铸造主要定位为航 空发动机和燃气轮机用的高纯净度高性能高温合金母合金、定向晶和单晶叶片、高 品质高性能高温合金粉末及盘件等产品的生产及制造。深汕万泽精密铸造一期工程 项目中的高温合金母合金熔炼线 月小批量试生产,高温合金粉末、粉 末盘生产线 年高温合金母合金熔炼线扩产扩批 成功,单炉产量实现翻番,已具备航空发动机用先进高温合金年产 150 吨的量产能 力。

  上海万泽精密铸造积极与上海知名高校进行产学研合作项目,以高新技术成果转化 为目的,将技术运用到产业化项目中。上海万泽高温合金等轴晶铸件产业化项目于 2018 年 8 月 28 日点火投产,已具备年产 90 万件汽车涡轮增压器涡轮、4 万片航空 发动机及燃气轮机转动叶片、5000 件航空发动机及燃气轮机导向叶片或结构件以及 2000 件钛合金及其衍生物的生产能力。2020 年上海万泽精密铸造首次实现产品 10 万件级批产交付,打通了航空、燃机、汽车等市场。

  经过技术积累及产能建设,高温合金进入收获期。经过多年的技术积淀及产业投入, 公司高温合金已进入收获期,2020 年实现收入 3392 万元,营收占比达到 6.1%。后 续将继续受益于国家大力推动两机项目建设,公司高温合金产品将实现高速增长。

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