高溫合金各領(lǐng)域應(yīng)用情況如何？

下游需求旺盛，細(xì)分賽道持續(xù)增長(zhǎng)。

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是高溫合金最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，其技術(shù)進(jìn)步與高溫合金的發(fā)展密 切相關(guān)。隨著新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)推重比的要求不斷提高，對(duì)高性能高溫合金材料 的依賴越來(lái)越大。航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料進(jìn)入冷端以鈦為主、熱端以鎳為主的鎳、鈦、 鋼“三足鼎立”的時(shí)代。

新型的先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，高溫合金用量占發(fā)動(dòng)機(jī)總重量的 40-60%以上， 主要用于燃燒室、導(dǎo)向器、渦輪葉片和渦輪盤四大熱端部件，此外還用于機(jī)匣、 環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。

軍用航發(fā)市場(chǎng)增長(zhǎng)空間廣闊

根據(jù) World Air Forces 2022，至 2021 年末，中國(guó)軍隊(duì)共有 3285 架軍用飛 機(jī)，低于美國(guó)的 13246 架和俄羅斯的 4173 架，僅占全球的 6%，居全球第三位。 而2021年中國(guó)GDP占全球經(jīng)濟(jì)比重超18%，軍用飛機(jī)數(shù)量的全球占比僅為GDP 占比的 1/3，與我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力嚴(yán)重不符，未來(lái)有著較大的增長(zhǎng)空間。 在細(xì)分種類上，我國(guó)在除戰(zhàn)斗機(jī)之外的各類軍機(jī)數(shù)量上都落后于美國(guó)和俄羅 斯，且戰(zhàn)斗機(jī)中有一部分為正在退役中的老舊二、三代（按五代機(jī)方法換分）戰(zhàn) 機(jī)。隨著戰(zhàn)斗機(jī)的升級(jí)換裝和其他類型軍機(jī)的補(bǔ)短板列裝，軍用發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)將有 著廣闊的市場(chǎng)空間。

結(jié)合高溫合金的使用情況，我們將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)需求分為三個(gè)板塊——新增飛機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī)裝機(jī)需求、現(xiàn)役飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)換裝需求、發(fā)動(dòng)機(jī)維修需求。 發(fā)動(dòng)機(jī)換裝需求方面：當(dāng)前軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)壽命大多數(shù)為 1000-2000h，我 們?nèi)“l(fā)動(dòng)機(jī)平均壽命 1500h，假設(shè)軍用飛機(jī)每年訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)約 300h，則軍用航空 發(fā)動(dòng)機(jī)每 5 年需要更換一次。 發(fā)動(dòng)機(jī)維修需求方面：民用發(fā)動(dòng)機(jī)全壽命期的維修成本約占 50%，與發(fā)動(dòng) 機(jī)本身的價(jià)值相當(dāng)。一般而言，航空發(fā)動(dòng)機(jī)在選材時(shí)會(huì)參考其全壽命期的維修成 本，當(dāng)維修成本高于采購(gòu)成本 2 倍時(shí)，則會(huì)選擇其他替代材料，因此我們假設(shè)維 修成本與發(fā)動(dòng)機(jī)采購(gòu)成本相同。 新增飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)需求方面：主要考慮未來(lái)軍用飛機(jī)的增量。 綜合以上假設(shè)，我們測(cè)算出 2025 年我國(guó)軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求總計(jì) 6055 臺(tái)。

民用航發(fā)市場(chǎng)發(fā)展未來(lái)可期

根據(jù) BOEING 公司發(fā)布的《Commercial Market Outlook 2022-2041》， 未來(lái) 20 年全球民用航空領(lǐng)域預(yù)計(jì)將新增 21,180 架，其中窄體客機(jī)數(shù)量預(yù)計(jì)將 從 2021 年的 16,520 架增加到 2041 年的 32,770 架，增量貢獻(xiàn)最大。我們假設(shè) 未來(lái) 20 年，全球商用飛機(jī)數(shù)量勻速增長(zhǎng)。

在發(fā)動(dòng)機(jī)方面，參考軍用發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)算模式，應(yīng)當(dāng)將航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求同樣拆 分為三個(gè)板塊——新增飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)需求、現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)換裝需求、發(fā)動(dòng)機(jī)維修需求。 新增飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)需求方面：由于民用發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)主要由海外航發(fā)巨頭壟斷， 我國(guó)參與國(guó)際轉(zhuǎn)包業(yè)務(wù)而承擔(dān)部分零件供應(yīng)業(yè)務(wù)，因此新增發(fā)動(dòng)機(jī)需求高溫合金 需求采用全球發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)需求為基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)算。 現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)換裝需求方面：一臺(tái)民用大涵道發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命約 20 年，與民 用飛機(jī)運(yùn)營(yíng)壽命接近，因此正常使用情況下，新增飛機(jī)不考慮發(fā)動(dòng)機(jī)換裝需求， 僅考慮當(dāng)前存量飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)換裝需求。 參考 LEAP 發(fā)動(dòng)機(jī)（1A 2368kg）和 CFM56 發(fā)動(dòng)機(jī)（1945kg），我們假設(shè) 單臺(tái)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)平均重量為 2 噸，可以計(jì)算出 2025 年我國(guó)民用新增飛機(jī)發(fā) 動(dòng)機(jī)+現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)換裝共計(jì)需求高溫合金零部件 1012 噸。

發(fā)動(dòng)機(jī)維修需求方面：我們認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)維修市場(chǎng)主要由國(guó)內(nèi)自行完成。民用 航空發(fā)動(dòng)機(jī)在全壽命周期中維修費(fèi)用約占 50%（即維修費(fèi)用與發(fā)動(dòng)機(jī)本身價(jià)值 量接近），我們假設(shè)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)全壽命維修高溫合金需求也與發(fā)動(dòng)機(jī)初始高 溫合金用量接近。 我們結(jié)合中國(guó)商飛發(fā)布《中國(guó)商飛公司市場(chǎng)預(yù)測(cè)年報(bào)（2022-2041）》對(duì)未 來(lái)中國(guó)市場(chǎng)商用飛機(jī)數(shù)量的展望，假設(shè)商用飛機(jī)總數(shù)未來(lái) 20 年勻速增長(zhǎng)，可以 測(cè)算出 2025 年發(fā)動(dòng)機(jī)維修用高溫合金零部件質(zhì)量約 534 噸。

雖然目前國(guó)產(chǎn) C919 飛機(jī)仍采用進(jìn)口航空發(fā)動(dòng)機(jī)，但國(guó)產(chǎn)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī) CJ-1000A 正在研制中，未來(lái)將運(yùn)用在 C919 大飛機(jī)之上。隨著商用航發(fā)國(guó)產(chǎn)替 代的推進(jìn)，包括高溫合金供應(yīng)商在內(nèi)的國(guó)內(nèi)配套制造企業(yè)也將大大受益，充分享 受到國(guó)內(nèi)民用航空的市場(chǎng)紅利。

2、航天發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域

高溫合金是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)核心部件燃燒室和渦輪泵的關(guān)鍵用材。液體火箭發(fā)動(dòng) 機(jī)主要由燃燒室和噴管、渦輪泵和活門自動(dòng)器三大部分組成。其中燃燒室和噴管 容納推進(jìn)劑燃燒，產(chǎn)生 3000℃以上的高溫和 30-200 個(gè)大氣壓的高壓氣體并高 速?gòu)膰姽車姵觯纬蓮?qiáng)大的推力；渦輪泵的作用是對(duì)氧化劑和燃燒劑提高壓力， 以便注入燃燒室。

我國(guó)航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)高溫合金提出了持續(xù)的需求。目前，我國(guó)已研制出 GH4586、K4169 及可鍛可焊的 GH4202（K4202）合金，用于生產(chǎn)我國(guó)新一代 液氫-液氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī) YF-77 和液氧-煤油高壓補(bǔ)燃火箭發(fā)動(dòng)機(jī) YF-100 的關(guān)鍵部 件。其中，GH4202 高溫合金用量占火箭發(fā)動(dòng)機(jī)高溫合金總用量的 40%以上。

2021 年我國(guó)航天共實(shí)施宇航發(fā)射任務(wù) 55 次，居世界第一。我國(guó)未來(lái)主力運(yùn) 載火箭長(zhǎng)征七號(hào)采用的 YF-100 液氧-煤油火箭發(fā)動(dòng)機(jī)單臺(tái)質(zhì)量為 1.9 噸，每枚火 箭采用 6 臺(tái) YF-100 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，而每枚火箭渦輪泵及燃燒室總質(zhì)量占比約 25.3%，即每枚長(zhǎng)征七號(hào)火箭所用高溫合金部件質(zhì)量約為 2.88 噸。若假設(shè)高溫 合金部件成材率為 30%，則每枚長(zhǎng)征七號(hào)所需高溫合金質(zhì)量為 9.6 噸。假設(shè)未 來(lái)每年航空發(fā)射次數(shù)保持在 50 次左右，則預(yù)計(jì)每年航天發(fā)射所需高溫合金重量 約 480 噸。 此外，各類型導(dǎo)彈武器在發(fā)動(dòng)機(jī)中也會(huì)使用到高溫合金。高溫合金無(wú)余量整 體精密鑄造渦輪轉(zhuǎn)子、導(dǎo)向器等部件是小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵核心部件，可用于 先進(jìn)中遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈、空地導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈等。美國(guó)空軍也曾在“阿薩姆”計(jì)劃 （ASALM，先進(jìn)戰(zhàn)略空射導(dǎo)彈）中為應(yīng)對(duì) ASALM 速度高、射程遠(yuǎn)的要求以及表 面溫度超過 593℃的特點(diǎn)，將燃料箱、亞聲速進(jìn)氣道包括前框架、后隔框、進(jìn)氣 道、下后整流罩、鞍形零件、前后蒙皮、鞍形零件延伸板、隔板 9 種零件全部選 用 Inconel718 高溫合金（國(guó)內(nèi)牌號(hào) GH4169）制造。目前我國(guó)應(yīng)用到導(dǎo)彈發(fā)動(dòng) 機(jī)的高溫合金母合金材料有 K41、K487 等，隨著實(shí)戰(zhàn)化軍事訓(xùn)練的不斷推進(jìn)， 演習(xí)用導(dǎo)彈也會(huì)為高溫合金需求帶來(lái)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

3、其他應(yīng)用領(lǐng)域

燃?xì)廨啓C(jī)

燃?xì)廨啓C(jī)是以連續(xù)流動(dòng)的氣體為介質(zhì)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的能量轉(zhuǎn)變 為有用功的內(nèi)燃式動(dòng)力機(jī)械，是一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。它的結(jié)構(gòu)與飛機(jī)噴 氣式發(fā)動(dòng)機(jī)一致，構(gòu)造有四大部分：空氣壓縮機(jī)，燃燒室，葉輪系統(tǒng)及回?zé)嵫b置。

燃?xì)廨啓C(jī)主要用于地面發(fā)電機(jī)組和船舶動(dòng)力領(lǐng)域，工作環(huán)境需要承受高硫燃 氣和海水鹽分的腐蝕，工作壽命要求達(dá)到 50,000-100,000 小時(shí)。渦輪盤在工作 時(shí)轉(zhuǎn)數(shù)接近 10,000 轉(zhuǎn)/分鐘，要求材料耐用溫度達(dá)到 600℃以上，因此設(shè)備部件 材料必須使用具有耐高溫、較高蠕變強(qiáng)度的高溫合金材料，目前國(guó)內(nèi)外主要采用 鎳基高溫合金進(jìn)行制造。 目前重型燃?xì)廨啓C(jī)主要由三菱重工、通用電氣、西門子、阿爾斯通等公司開 發(fā)，輕型燃?xì)廨啓C(jī)方面，世界主要航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司羅爾斯·羅伊斯、通用電氣、 普拉特·惠特尼等由航空發(fā)動(dòng)機(jī)改型研制了 3 代輕型燃?xì)廨啓C(jī)。 我國(guó)上海電氣、東方電氣、哈爾濱汽輪機(jī)廠等大型發(fā)電設(shè)備制造集團(tuán)在生產(chǎn) 規(guī)模和生產(chǎn)技術(shù)等方面近年來(lái)有了較大提高，拉動(dòng)了對(duì)發(fā)電設(shè)備用的渦輪盤的需求。隨著我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)自主化能力的逐步，后續(xù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)將帶動(dòng)對(duì)高溫合金的需 求，國(guó)產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī)的大規(guī)模應(yīng)用將為國(guó)內(nèi)高溫合金行業(yè)帶來(lái)廣闊的市場(chǎng)前景。