高溫合金性能、分類、下游應用與需求如何？

高溫合金為兩機核心原材料，下游覆蓋軍民多領域。

高溫合金通常以鐵、鎳、鈷為基體元素，與其他金屬或非金屬元素熔合而成，能在一定應 力作用下長期工作。高溫合金不僅具備優良的高溫強度、良好的抗氧化和耐腐蝕性能，而 且還有良好的綜合性能，如蠕變性能、疲勞性能、斷裂韌性、組織穩定性、工藝性能等。 基于上述性能特點，且高溫合金的合金化程度較高，又被稱為“超合金”，是廣泛應用于 航空航天、燃氣輪機、石油化工、汽車渦輪、船舶的一種重要材料，是國防建設、航天航 空、燃氣輪機、能源、船舶等戰略性產業的關鍵戰略材料。

按制備工藝，高溫合金可分為鑄造高溫合金、變形高溫合金和粉末高溫合金。  鑄造高溫合金：鑄造高溫合金在航空發動機上主要用于渦輪葉片、導向葉片等，在燃 氣輪機上主要用于透平葉片。鑄造高溫合金強化相數量較多，不易變形加工，因此重 熔高溫合金母合金，在鑄造型腔內澆注為鑄件，通常用于制造航空航天發動機和燃氣 輪機等先進動力裝備的關鍵熱端部件，其需求量約 20%；按結晶方式可細分為等軸、 定向以及單晶鑄造高溫合金。 變形高溫合金：變形高溫合金在航空發動機上主要用于盤件、軸件、環形件、緊固件、 鈑金件等，在燃氣輪機上主要用于透平盤和燃燒室。變形高溫合金的熱加工塑性較好， 可以在鍛軋機械的外力作用下塑性變形為特定形狀和尺寸的鍛件和型材，在固溶、時 效狀態下的高溫強度優異，其需求量約占高溫合金的 70%。其余 10%需求量為粉末 高溫合金。

按基體元素，高溫合金可分為鎳基高溫合金、鐵基高溫合金和鈷基高溫合金。鎳基高溫合 金的應用范圍較廣，需求量約占高溫合金的 80%。

高溫合金下游應用覆蓋軍民兩域。航空發動機為高溫合金的核心應用領域，近年來高溫合 金的應用領域在民用和軍工領域的應用持續拓展，發展前景廣闊： 民用：柴油機增壓渦輪、煙氣輪機葉片和盤、冶金軋鋼加熱爐墊塊、內燃機排氣閥座 等方面，耐高溫耐腐蝕合金在石油化工、玻璃和玻纖以及機械制造等行業均有應用。 軍工：目前鎳基高溫合金是現代航空發動機、航天器和火箭發動機以及艦船和工業燃 氣輪機的關鍵熱端部件材料（如渦輪葉片、導向器葉片、渦輪盤、燃燒室等），也是 核反應堆、化工設備、煤轉化技術等方面需要的重要高溫結構材料。 未來在軍用和民用領域的雙重拉動下，高溫合金的需求量有望進一步提升。根據 QYresearch 調研顯示，全球高溫合金市場銷售額預計 2030 年將達到 1,080 億元，年復 合增長率（CAGR）為 6.4%（2024-2030）；根據上大股份招股說明書數據，到 2026 年 我國高溫合金市場規模將增長到 342 億元。 國內高溫合金存在較大供給缺口，存在一定的進口依存度。根據上大股份招股說明書數據，目前國內高溫合金的進口依存度仍有接近 50%，高溫合金市場的供給缺口超 2 萬噸。供 需缺口擴大主要系 1）行業壁壘高、行業產能增長以現有廠商擴產為主；2）高溫合金生 產工藝復雜、下游認證周期長導致產能擴張速度較為緩慢。

航空發動機是現代工業“皇冠上的明珠”，是高溫合金最重要的應用領域。航空發動機的 技術進步與高溫合金的發展密切相關，高溫合金是推動航空發動機發展最為關鍵的結構材 料。隨著對新型的先進航空發動機推重比的要求不斷提高，對高性能高溫合金材料的依賴 越來越大。 新型的先進航空發動機中，高溫合金用量占發動機總重量的 40%-60%以上，主要用于燃 燒室、渦輪導向葉片、渦輪工作葉片和渦輪盤四大熱端部件，此外還用于機匣、環件、加 力燃燒室和尾噴口等部件。

全球民用飛機市場前景廣闊，行業高景氣度傳遞至上游高溫合金廠商可期。綜合考慮全球 經濟的增長、航空運輸業的發展、即將到來的飛機退役潮以及民眾對于環保出行的重視等 因素，根據波音公司發布的《Commercial Market Outlook 2021-2040》數據，預計全球 民用飛機的數量將從 2019 年的 25,900 架增長至 2040 年的 49,405 架，期間新增交付 43,610 架。同時，波音公司預計屆時中國民用飛機數量將達到 9,630 架，超過美國成為 全球民用飛機規模最大的國家。 如假設平均每架民航飛機配備 2 臺發動機且每臺發動機消耗高溫合金 4 噸（考慮部件成材 率的影響），即使不考慮維修因素，那么2020年至2040年全球民航市場新增交付的43,610 架民用飛機對高溫合金的需求量將約 35 萬噸。

航發維修后市場廣闊，有望帶動高溫合金需求向上。根據《2024—2033 年全球發動機維 修市場需求預測》，未來 10 年全球民用發動機維修市場將達到 5533 億美元，其中寬體飛 機發動機維修市場可達 2587 億美元，窄體飛機發動機維修市場可達 2538 億美元，兩者 總共占據維修市場 92.6%的份額。中國維修后市場也將達到 719 億美元，寬體、窄體飛機發動機分別擁有 415 億美元、290 億美元的份額。

全球航空發動機市場呈現寡頭壟斷格局。航空發動機具有復雜性和高壁壘性，加上技術轉 移的限制，目前全球能自行設計研制飛機的國家僅有幾十家，能獨立研制高性能航空發動 機的國家僅有美國、英國、法國、俄國、中國等少數國家，商用航空發動機主要被 GE 通 用電氣航空、P&W 普拉特·惠特尼、RR 羅爾斯·羅伊斯、CFM 國際公司等公司壟斷。 根據《Commercial engines 2023》數據顯示，2022 年 6 月 30 日到 2023 年 6 月 30 日， CFM/P&W/GE/RR 航空發動機交貨量分別為 1356/638/192/190 臺，市占率分別為 57%/27%/8%/8%。

全球航空供應鏈進入瓶頸期，主要航發主機廠開始嘗試自建產能及新擴供應鏈。法國賽峰 一再下調 2024 年 Leap 發動機的出貨量，供應鏈脆弱不穩定，作為應對，法國賽峰在比 利時新建了一座壓氣機葉片工廠預計 2025-2026 年會陸續釋放產能。同時，賽峰展現出 與國內供應商合作的明顯傾向。2024 年 7 月，賽峰集團總負責人一行 7 人造訪寶鈦股份， 并為其頒授認證批準供應商獎杯；2025 年 4 月，賽峰先后交流訪問應流股份、航亞科技， 意在進一步展開深入合作交流。

燃氣輪機是以連續流動的氣體為介質帶動葉輪高速旋轉，將燃料的能量轉變為有用功的內 燃式動力機械，是一種旋轉葉輪式熱力發動機。按其輸出功率，燃氣輪機可以分為微型、 輕型和重型，前兩者通常由航空發動機改裝，功率通常在 50MW 以內，可用于工業發電、 船舶動力、分布式發電等；后者功率通常在 50MW 以上，主要用于陸地上固定的發電機 組。按燃燒室溫度，燃氣輪機可以分為 E 級、F 級、G 級和 H 級等多個等級。 燃氣輪機的核心部件是壓氣機、燃燒室和燃氣透平。受工作環境的限制，燃燒室和燃氣透 平的主要使用鎳基高溫合金和鈷基高溫合金制造。工業燃氣輪機與航空發動機存在差異， 對高溫合金應用提出不同要求： 1) 工業燃氣輪機通常要求在 5×104h 的壽命周期內不需進行大修，而航空發動機的壽命 遠低于 5×104h； 2) 工業燃氣輪機部件的尺寸和重量都遠大于航空發動機，尤其是發電用重型燃氣機。長 壽命、大尺寸和大重量的特點要求工業燃氣輪機用高溫合金必須具有更好的高溫長時 組織穩定性、耐熱腐蝕性能、鑄造工藝性能，以及更低的制造成本。

高溫合金主要應用于燃氣輪機燃氣透平葉片、燃氣輪機透平輪盤、燃氣室等部件。目前， 已經投入商業運行的 H 級重型燃氣輪機的工作溫度已經超過 1430℃，已經得到實機運行 驗證的 J 級燃氣輪機的工作溫度達到 1600℃。隨著燃氣輪機參數的不斷提高，工業燃氣 輪機透平葉片進氣溫度也越來越高，結構比較復雜，只能采用鑄造高溫合金制造。目前， 西門子公司和 GE 公司出產的 H 級重型燃氣輪機透平 1 級葉片已經分別采用第一代單晶 1483 和第二代單晶材料 Rene N5 制造，F 級重型燃氣輪機透平 1 級葉片早已采用定向凝 固合金 DS GTD111 合金制造。

受益于技術發展、電力需求擴大及環保要求提高，全球燃氣輪機市場規模不斷增長。根據 Fortune Business Insights 預測，全球燃氣輪機市場規模在 2024 年的價值為 239.6 億美 元，預計將從 2025 年的 252.6 億美元增長到 2032 年的 347.5 億美元，在預測期內的復 合年增長率為 4.66％。北美為主要燃氣輪機市場，2024 年占據全球市場份額 35.68％。

AI 需求增長推動全球數據中心電力需求激增。AI 是能源密集型產業。全球范圍內，數據 中心在 2024 年消耗了大約 1.5%的電力。目前對 AI 相關服務的需求日益增加，驅動數據 中心的投資快速增長，數據中心規模持續擴大。在電力消耗方面，一個常規的數據中心可 能在 10-25 兆瓦（MW）左右，一個超大規模的、以 AI 為重點的數據中心可以擁有 100 MW 或更多的容量，每年消耗的電力相當于 10 萬戶家庭。以 AI 為重點的數據中心正在擴大規 模，以適應越來越大的模型和對 AI 服務日益增長的需求。 根據 IEA 基礎模型預測，2030 年全球數據中心電量需求將達 945TWh，相比 2024 年（數 據中心電量需求 415TWh）增長一倍以上。其中，AI 發展為核心驅動力，到 2030 年，AI 數據中心的電力需求將實現翻兩番以上的增長。

自備電源或成為大型數據中心電力需求補充方案的發展趨勢。數據中心在空間上高度集中， 且距離城區較近，巨大的電力消耗對當地電網構成了重大壓力。在美國，有 6 個州的數據 中心已經消耗了超過 10%的電力供應，其中弗吉尼亞州以 25%的比例領先。在此前提下， 目前眾多地區存在電網擁堵和連接排隊的情況，增加自備電源或可緩解大型數據中心建設 運行面臨的能源緊張問題。

燃氣輪機具備建設周期短、燃料成本低、性能突出等優勢，AI 發展趨勢下持續增長可期。 燃氣輪機建設周期在 1-3 年，與目前數據中心快速建設的時間線吻合。同時，燃氣輪機低 燃料成本、高可靠性以及在高負荷下運行的能力使得天然氣發電成為在天然氣價格較低的 地區（如美國和中東）數據中心運營的一個有吸引力的選擇（特別是針對數據中心市場的 新容量）。此外，相比于燃煤發電和燃油發電，天然氣發電的排放量大約是其一半，具備 一定的環保屬性。天然氣發電有望在 2020-2035 的全球數據中心電力來源中占據主導地位。