作者-西部证券研讨员曹晏箐，微信号：cyqydyz；原陈述称号-航空发动机国产化时代，高温合金兴起

　　高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在 600°C 以上的高温及必定应力效果下长时间作业的一类金属资料。比较于传统金属，其特色是具有较高的高温强度、杰出的抗高温氧化性和抗热腐蚀性，一起具有杰出的抗疲劳功能、塑耐性等归纳功能。航空发动机、燃气轮机等发生极大热能的作业环境是高温合金的首要运用场景：以国产主力涡扇发动机 WS-10 为例，其涡轮前燃气温度到达约 1100K，几乎是一般钢材的熔点温度。

　　航空发动机结构可分为冷端部件和热端部件。其间热端部件首要包含焚烧室、导向器（导向叶片）、涡轮叶片（作业叶片）和涡轮盘，高温合金是航空发动机热端部件的要害资料。在现代航空发动机中，高温合金资料的用量占发动机总分量的 40%~60%。以美国第三代战役机 F110 发动机总重 1.8 吨为例，高温合金用量在 0.9 吨左右。

　　高温合金是航空发动机功能打破的要害要素。航空发动机功能首要取决于涡轮前温度、推重比、燃油耗费率等首要方针，其也是航空发动机分代的重要依据。航空发动机的开展趋势是不断进步推重比和涡轮前温度，一起下降燃油耗费率。在其它条件不变的前提下，涡轮进口温度每进步 100K，航空发动机的推重比能够进步 10%左右。从全球来看，从榜首代航空发动机开展至现在的第五代发动机，涡轮前温度现已由 1200-1300K 进步到了1850-2000K，推重比从 3-4 进步到了 12-13。涡轮前温度的进步很大程度上得益于耐高温资料的开展。据航空资料学报报导，自 20 世纪 60 时代中期至 80 时代中期，涡轮进口温度均匀每年进步 15K，其间资料所做出的奉献在 7K 左右。因而，高温合金资料成为了限制航空发动机开展的要害要素之一。

　　按出产工艺，高温合金一般可分为变形高温合金、铸造高温合金（包含等轴晶高温合金、定向凝结柱晶高温合金和单晶高温合金）、新式高温合金三大类。不同出产工艺的高温合金功能特色不同，别离运用于发动机不同部位。

　　铸造高温合金可细分为等轴晶高温合金、定向凝结柱晶高温合金和单晶高温合金三大类，其间，

　　等轴晶高温合金选用传统的熔模铸造办法，承温才干相对较低，首要运用于机匣、低压涡轮后几级叶片，运用规划较广，占比悉数铸件零部件 60-70%，但产品附加赢利低；

　　定向凝结柱晶高温合金选用定向凝结技能制造，承温才干相对较高，首要运用于低压涡轮前几级的作业叶片，以及部分发动机高压涡轮的一、二级作业叶片，运用规划仅限于作业叶片，产品附加赢利较高；

　　单晶高温合金选用定向凝结和选晶技能制造，承温才干最高，首要运用于先进发动机高压涡轮叶片和低压涡轮前两级叶片，运用规划仅限于作业叶片，产品附加赢利最高。

　　弥散强化高温合金（ODS），其间，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铸造成型的出产工艺制造出高温合金产品，具有金属利用率高、本钱低一级特色，承温才干相对较高，现在首要运用于涡轮盘和涡轮叶片，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优秀资料；弥散强化高温合金（ODS）选用相似粉末冶金工艺制成，承温才干较高，首要运用于火焰筒、导向叶片及涡轮叶片。

　　高温合金下流运用广泛，现在首要运用于航空航天范畴。高温合金开端的研制首要为了满意新式航空发动机的需求，但因为其杰出的耐高温，耐腐蚀等功能，逐步被运用到电力，船舰，轿车，冶金，玻璃制造，原子能等工业范畴。依据《工业燃气轮机涡轮叶片用铸造高温合金研讨及运用开展》，现在高温合金下流最大的运用范畴为航空航天用发动机，占比约 55%，其次为动力发电用燃气轮机，占比约 20%。

　　高温合金首要下流客户为全球前六大航空发动机出产商。航空发动机职业门槛极高，全球规划内出现寡头独占的竞赛格式，现在只要通用电气(GE)、普拉特·惠特尼(PW)和罗尔斯·罗伊斯(RR)三家公司有才干独立研制航空发动机，即职业界三大主机厂。全球前六大航空发动机出产厂商包含三大主机厂商及其合资公司，例如 CFM 世界公司由通用电气和法国 SNECMA 于 1974 年合资树立，世界航空发动机公司（IAE）由普拉特·惠特尼、罗尔斯·罗伊斯、日本航空发动机公司（JAEC）和德国航空发动机公司（MTU）于 1983 合资树立，发动机联盟（EA）是由通用电气和普拉特·惠特尼于 1996 年合资树立。

　　全球航空发动机需求量的添加首要得益于民用飞机需求量的添加。民用航空飞机需求量的不断添加推动了全球航空发动机商场的添加，以航空发动机出产厂商通用电气（GE）公司为例，2014-2019 年，航空发动机销量从 3637 台添加到 4621 台，年复合添加率为4.07% ，其间，民用航空发动机年复合添加率为 7.21%。

　　全球航空发动机需求量的添加推动了高温合金商场的开展。2014-2018 年，全球高温合金商场规划从 97.54 亿美元上升为约 121.63 亿美元，年复合添加率为 3.2%，与航空发动机销量增速 4.07%附近。

　　高温合金职业具有高本钱壁垒、高技能壁垒等特色。全球规划仅不超越 50 家企业具有出产航空航天用高温合金的才干，首要会集在美、英、法、德等国，职业出现寡头特征，世界因科合金公司、汉因斯.司泰特公司、卡本特公司等公司首要担任母合金的锻炼、出产，先进高温合金如粉末高温合金和单晶高温合金首要由三大航空发动机出产商主导，少量企业如 PCC、ATI 等产业链布局规划较广。

　　从产业链布局广度和收入体量看，PCC 为全球高温合金企业龙头。专心从事高温合金事务的企业较少，作为其间一家，产业链布局方面，PCC 布局规划较广，涵盖了上游母合金锻炼，棒材、板材出产，及下流锻件和铸件的制造；收入体量方面，高温合金职业上市公司较少，依据巴菲特致股东的相关函件显现，2019 年 PCC 收入约 103 亿美元，远远大于同职业其它上市公司。

　　Precision Castparts Corp.（PCC）于 1953 年树立，至今已有 60 多年的前史。公司现已从一家小型的熔模铸件制造商开展为航空航天、电力等职业用熔模铸件、锻件、紧固件的归纳制造商，并成为了全球最大的独立涡轮叶片供货商。在 60 年的生长前史中，公司经过战略性并购添加了归纳技能才干，一起经过不断开辟新的终端商场保持长时间的安稳开展。公司于 1968 年上市，并于 2016 年 1 月被伯克希尔·哈撒韦（Berkshire Hathaway）以372 亿美元私有化，是巴菲特现在为止最大的并购买卖。

　　杰出的商业模式、安稳客户系统和较高的职业壁垒决议了公司收入、赢利的安稳添加。上游航空发动机厂商对供货商的挑选较严厉，一般经过较长的试用周期和杂乱的审阅流程才干成为其合格供货商，但一旦树立供给协作，不会容易替换供货商。以 PCC 和 GE 的协作为例，GE 长时间是 PCC 的榜首大客户，2011-2015 年，其为 PCC 收入奉献保持在 13%-15%的水平，安稳的客户系统为收入的安稳添加奠定了根底。2006-2015 年，PCC 收入年复合添加率为 11%，此外，较高的本钱和技能壁垒决议了该职业的竞赛格式较好，毛利率较高，2006-2015 年，公司毛利率不断上升，并安稳在 30%以上。

　　我国高温合金商场正处于快速添加时间。在“两机”严重专项的方针布景下，国内关于高功能高温合金资料的需求更加火急，从产销量看，2012-2018 年，我国高温合金消费量年复合增速为 17.3%，国内高温合金企业产能不断扩张，总产量年复合增速为 19.7%，一起，国内高温合金企业在部分产质量、量方面仍不能彻底需求，我国高温合金 41%左右的需求仍依托进口。从商场规划看，2012-2018 年，职业商场规划从约 45 亿元上升到 136 亿元，且规划增速不断上升，挨近 30%。

　　现在，国内高温合金运用最为老练、最首要的运用范畴为航空发动机，国内军用和民用飞机交给量的添加以及发动机国产化趋势，将带动国内高温合金需求的高速添加，此外，高温合金在燃气轮机及轿车发动机范畴的运用开展趋势较好，其进一步驱动高温合金需求的添加。

　　国内军机数量比较于美国偏低，添加空间较大。依据《World Air Force 2020》，美国现在军机数量规划为 13266 架，占比世界总规划 25%，相较于美国，我国军机数量规划较低，仅为 3210 架，占比 6%。我国首要军机为战役机，其间，二、三、四代机占比别离为 42.6%、56.3%和 1.1%，美国战役机以三代机、四代机为主，别离占比 78.7%、16.2%，相较于美国我国三、四代战役机列装比列偏低，跟着新式军机的量产，我国军机列装结构将迎来晋级，数量规划将不断添加。

　　从上世纪中叶至今，我国发动机阅历了从拷贝到独立研制的开展进程，现在，我国战役机、运送机、战役直升机及练习机中的干流中心机型已完结发动机的国产化，未来，跟着 WS-15、WS-20 等新一代中心发动机的定型，并批量装载于新一代军机，其将直接驱动国内高温合金需求添加，直接完结高温合金进口代替。

　　民用航空规划高速添加，发动机高温合金商场需求巨大。依据我国商飞发布的《我国商飞公司 2019-2038 年民用飞机商场预测年报》，2038 年我国机队规划将到达 10344 架，为2018 年的 2.86 倍。2019-2038 年，我国将估量交给 9205 架客机，其间单通道喷气客机6119 架，双通道喷气客机 2128 架，喷气支线 架，估量未来单通道喷气客机、双通道喷气客机和喷气支线客机别离以新式民机 C919、CR929 及 ARJ21 为主。现在，ARJ21 累计取得 22 家客户算计 596 架订单，到 2019 年年末算计交给 22 架；C919 累计取得 31 家客户 1021 架订单，估量 2021 年完结首架飞机交给；据俄罗斯媒体报导，CR929 已取得俄罗斯 200 架的意向订单，估量 2025 年试飞，2027 年完结交给。我国航发商发为三类新式民机规划了“长江”系列发动机，跟着新式民机的批量交给，配套国产发动机的进口代替和量产将翻开高温合金巨大的商场空间。

　　工业燃气轮机高温合金潜在需求量大。燃气轮机分为工业燃气轮机和舰船用燃气轮机。其间，工业用燃气轮机首要运用于发电、天然气管道运送等，依据世界动力署（IEA）发布的《2020 年全球电力陈述》，全球电力结构往清洁非再生动力和再生动力发电的趋势开展，其间燃气作为一种清洁非再生动力，发电量占比全球发电总量 23.5%，我国燃气发电占比发电总量为 3.2%，依据国家发改委发布的《电力开展“十三五”规划（2016-2020 年）》，“十三五”期间我国气电装机方针占比超越 5%，比较于我国方针占比和全球均匀占比，我国燃气发电占比仍有较大开展空间，燃气轮机在燃气发电中大规划运用将为高温合金职业带来宽广的商场空间。

　　舰船用燃气轮机高温合金需求来自于新式舰船量产及涡轮叶片更新替换。一方面，我国新式舰船燃气轮机单台高温合金含量高，量产带动的需求量较大。据不彻底统计，截止2019 年末，我军舰总数 240 艘，其间航空母舰 2 艘，驱逐舰及护卫舰 127 艘，登陆舰 49艘，小型作战舰艇 62 艘，现在，我国军舰首要增量来自于驱逐舰及护卫舰，是我国干流军舰。其间，新式驱逐舰 055 型驱逐舰于 2014 年定型，并于 2019 年开端执役，是未来主力量产的驱逐舰，055型驱逐舰安装4台我国自产QC/QD-280燃气轮机作为动力装置，按其拷贝机型 UGT25000 分量 16 吨，高温合金含量占比 30%，成材率 20%核算，单台055 型驱逐舰耗费高温合金 96 吨。新式护卫舰 056A 型护卫舰于 2013 年开端执役，现在正处于量产期，其选用 2 台柴油发动机作为动力装置，参照欧美、俄罗斯等国家不断推动燃气轮机在护卫舰的运用，跟着我国燃气轮机的国产化开展，未来燃气轮机将成为我国驱逐舰及护卫舰重要动力装置。另一方面，燃气轮机涡轮叶片耗材特点带来的商场空间较大。一台燃气轮机中，各级叶片的均匀运用时间为 1.5-2.4 万小时，即均匀更新替换周期为 2 年，类比于航空发动机，涡扇发动机的叶片约占航空发动机本钱的 30%，其间热端部件的涡轮叶片占叶片总价值超越 60%，涡轮叶片更新替换周期短，价值占比较大，商场空间大。

　　轿车是我国高温合金另一重要运用范畴，其间最首要的运用为轿车涡轮增压器，涡轮增压器是轿车等内燃机的重要零配件，其坐落发动机进排气系统，经过压缩空气来添加进气量，然后使燃料焚烧更充沛，添加发动机的输出功率并下降废气中污染物的排放，以柴油机为例，运用涡轮增压器能够使得功率进步 30%~50%, 并使得油耗下降约 5%。根据这些长处，涡轮增压技能已成为公认的下降轿车内燃机油耗和削减废气排放有用的首要技能措施之一。跟着全球各国相继拟定严厉的排放和油耗规范，涡轮增压器在轿车商场的浸透率不断进步，据统计，2015 年，我国涡轮增压器装备率为 28%，据霍尼韦尔估量，2020 年，到达 48%，离欧洲地区约 80%的安装率水平仍有较大生长空间。现在，受我国排放规范从国五到国六 a 的过渡开展，以及国六 b 排放规范进一步严厉化的驱动，我国涡轮增压器装备率将加快进步，将带动轿车范畴高温合金需求量稳步添加。

　　高温合金职业参与者较多，供给系统分工清晰。我国高温合金职业包含上游金属原资料、出产设备供货商、中游高温合金出产商及下流航空航天、燃气轮机运用企业，其间，高温合金出产商参与者首要分为两大类，一类归于科研单位，并兼具出产才干，该类企业首要担任先进高温合金资料和出产工艺的研讨与出产，往往掩盖全产业链，掌握着职业前沿出产技能和工艺，例如航材院拿手粉末高温合金技能、中科院沈阳金属所拿手单晶高温合金技能；另一类包含特钢类企业及其它民营企业，其间，特钢类企业首要担任变形高温合金母合金锻炼、铸造。

　　国内外高温合金出产厂商仍存在较大差异，首要源于设备、人员两方面。设备方面，高温合金要害出产设备首要包含真空感应熔炼炉、维护气氛电渣炉、真空自耗炉，出产设备的功能对产品的良品率有严重影响，然后直接影响到产品本钱，全球先进设备出产商首要包含德国公司 ALD 以及美国的 CONSARC 、RETECH 等公司，国产设备许多无法满意工艺精密度的要求，故国内出产设备大部分需求依托进口，因为国外设备本钱高并面对交易操控危险，国内企业在设备方面存在较大下风。人员方面，国内外企业首要差于在于职工的作业素质，因为工艺经历以及质量操控理念等问题，国内高温合金出产厂商员作业业素质遍及低于国外企业，然后导致质量操控不到位，然后导致杂质操控水平、产品安排均匀性等问题，一起良品率偏低导致出产本钱遍及偏高。

　　短期来看，国内厂商能够完结技能和职工素质的打破，设备方面，经过进口国外先进设备完结设备晋级，人员方面，经过规范化出产流程，出产质量管理严厉化及职工训练等能够进步职工素质，改进出产工艺，然后进步产品良品率，下降企业本钱。长时间来看，跟着母合金研制的投入，国内厂商将在新式母合金运用方面完结打破。