概况：高温合金——是当前军工产业链最优质赛道。军工材料本轮周期叠加军品放量+进口替代逻辑，或将持续3年以上时间。军工材料端以高温合金为代表将是整个军工产业链最好赛道，历史上看，其原因包括：技术壁垒高、附加值高、业绩弹性大、估值容忍度最高。军工高景气度、材料最优赛道、相关公司业绩持续释放，高温合金个股迎来戴维斯双击。高技术壁垒。高温合金是在高温、应力条件下仍能按设计要求正常工作的金属材料。变形、铸造与粉末高温合金是最常见的分类。核心应用在航空航天领域，占总使用量55%；其中，主要应用在航空发动机中。技术瓶颈主要有三点：1）成分设计与控制；2）设备及其操作；3）后部工序，其中设备最为关键。由于技术难度高、工艺复杂，往往实际产量远低于产能。高价格、超强盈利能力。因其原材料成本高、制备工艺复杂、流程长等原因，售价普遍较高。高温合金售价一般在数万元至百万元之间，常见品种预计平均价格在15-30万元左右；毛利率也维持较高水平，比如抚顺特钢平均毛利40-50%、钢研高纳则维持30%左右、图南股份铸造产品40%以上。极其稳定的竞争格局。国内生产厂家主要三类，老牌钢厂、科研院所、铸造厂等，钢企重批量生产、院所重研发、铸造厂重加工；寡头垄断，后来者较难进入。当前年产能2.5万吨，实际产量1.5万吨不到。景气上行周期。航空发动机核心应用。20年对应高温合金需求2.3万吨左右，到25年将达到3.1万吨左右，年均复合增速5.3%；2）其余需求，包括燃汽轮机、汽车、电力、石化等。测算国内当前合计需求超过3.1万吨，这其中主要包括了发动机需求以及国产替代需求，预计国内未来年均需求复合增速将超过6%。按照目前产量，国内高温合金自给率不到50%，缺口1.6万吨。一、高温合金——军工材料产业链最优质赛道1.1高温合金简介高温合金，又称热强合金或超合金（superalloy），是指在高温、应力条件下仍能按设计要求正常工作的金属材料。高温合金服役条件苛刻：1）-℃的温度；2）氧化和燃气腐蚀环境；3）复杂应力（蠕变、高低周疲劳、热疲劳等）。因此除优异的承温能力、抗氧化性、抗热腐蚀、抗疲劳、断裂韧性/塑性等，还必须具备良好的组织稳定性和使用可靠性。高温合金研发最早起源于20世纪20年代，30年代开始用于涡轮喷气发动机，此后随着航空、航天发动机的升级换代，其工艺、成分、品种、性能等也不断改进。高温合金的分类。高温合金的分类方法众多，如按基体元素、按制备工艺、按强化方式、按使用性能等。按基体元素可分为铁基、镍基和钴基，其中镍基合金最为普遍；按制备工艺又可分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合金，这也是目前使用最多的分类方法。目前，国内应用最多、涵盖范围最广的是变形高温合金与铸造高温合金，两者工艺的区别，导致了其性能、应用范围也不同。高温合金的市场构成。按制造工艺划分，目前我国高温合金市场需求占比最高的是变形高温，占整个高温合金市场需求的70%以上；按合金基体元素来分，占比最大的是镍基高温合金，占比达到了80%以上。高温合金的应用。高温合金核心应用在航空航天领域，近几年已逐步延伸至许多民用领域。军用：高温合金一直是现代航空、航天发动机热端部件关键材料中不可替代的主角，没有高温合金就没有现代航空事业。民用：石油化工、电力、汽车、核能等多个工业行业，如工业用燃气、蒸汽轮机、车用涡轮增压器、石油化工能源转换装置等，民用领域高温合金的使用正在逐步替代传统的不锈钢。高温合金在航空航天中的应用。从需求占比看，全球高温合金主要应用在航空航天市场，占总使用量55%，其次是电力的20%和机械的10%。原材料占航空发动机成本约50%，高温合金为原材料的主要构成，约占材料成本的36%。1.2高温合金的高壁垒高温合金的高准入壁垒主要因其高难度的生产技术工艺，特别是对生产工艺流程的管控。高温合金的制备工艺因品种而不同，大体步骤有三个：熔炼、铸造、热加工，各个环节又有多种方法。粉末高温合金则主要通过粉末法替代熔炼。技术瓶颈主要体现在成分、设备及热处理三个方面：1）成份配比，直接决定熔炼结果及后续工序，这也是开发新产品的重要性所在。成分决定了组织特点，其要求三个：材料纯净度、晶粒细化和均匀化、防治宏观偏析等。2）设备更为重要，设备对应的加工条件影响最终材料的微观结构，越是尖端、先进材料越是如此，对设备的操作熟练度也很关键；高温合金的生产设备众多，如真空感应炉、真空电弧炉、真空自耗炉、电渣炉、水压机、精锻机等，国内外设备先进程度存在不小差距。3）后部工序：热处理工艺及无损探伤等，是所有金属材料的共性。1.3高壁垒铸就高售价、高毛利高温合金是整个特钢行业或者说是整个军工材料领域盈利能力最强的品种之一。高温合金因其原材料成本高、制备工艺复杂、流程长等原因，售价普遍较高。高温合金售价一般在数万元至百万元之间，常见品种预计平均价格在15-30万元左右。根据主要高温合金上市企业抚顺特钢、钢研高纳、图南股份等财报数据显示，变形高温合金售价普遍在15-20万元/吨，部分品种价格或更高；而铸造高温合金由于其制造工艺难度更高，其售价也更高。相对于售价而言，高温合金毛利率也维持较高水平，比如抚顺特钢平均毛利40-50%、钢研高纳则维持30%左右、图南股份铸造产品40%以上。二、正值高景气周期，供给缺口持续放大2.1国内高温合金竞争格局稳定，高壁垒致放量缓慢我国高温合金行业是在苏联基础上发展起来，年在苏联专家指导下试制出第一炉高温合金GH。五十多年来，我国完成了从无到有、从仿制到自主创新的过程，合金的耐温性能从低到高、先进工艺得到应用、新型材料得以发展、生产工艺不断改进、产品质量不断提高，成为世界上少数建立了自己高温合金体系的国家。目前我国高温合金牌号已达到数百种，有些达到国外同类水平，但总体上较美国先进水平仍有一定距离：1）材料纯净度低；2）工艺不严导致毛坯合格率低；3）工业化应用率低；4）部分产品批量不足；5）燃气轮机中部分大尺寸、精铸叶片尚未国产化。经过多年发展，我国高温合金已基本形成了自己的体系和研究生产基地，航空和其他工业部门使用的各种高温合金均可以国内生产供应。迄今为止形成了几大类生产基地：钢厂类：抚顺特钢、宝钢特钢（原上钢五厂）、攀长钢和齐齐哈尔等特钢厂，包括重新进入的中信特钢等，主要生产变形高温合金；各主机厂下属精密铸造厂，主要生产铸造高温合金基地；钢铁研究总院、北京航材院和沈阳金属所等科研院所，主要开发、生产高端和新型高温合金；此外，近几年部分民企开始涉及高温合金领域，如图南、江苏隆达、广大特材、永兴不锈等根据特钢协会数据，年会员钢企高温合金材产量吨，相较于前几年略有下降，考虑部分研究院所以及民企产量并未纳入统计数据，同时，由于产品技术壁垒问题，产能与实际产量之间存在一定差距，预计目前国内主要高温合金生产企业年均产量在1.5万吨左右，而由于高温合金技术要求高，近几年扩产进度缓慢。2.2需求高增+国产替代，供需缺口持续放大根据上述高温合金产能统计，考虑现有产能+在建产能，国内高温合金总产能预计在2.5万吨左右，但因为生产工艺复杂、所需产品牌号众多等问题，实际产量远低于产能数据，预计国内现有产量不到1.5万吨左右。而根据我们的需求测算，国内当前需求超过3.1万吨，也意味着，按照目前产量，国内高温合金自给率不到50%，缺口1.6万吨。这其中包括了需求端，特别是发动机相关需求的增长，以及国产替代需求，预计国内未来年均需求复合增速将超过6%，仅以目前产能产量情况，供需缺口将持续放大。三、航空发动机高温合金需求3.1高温合金在航空发动机中的应用在现代航空发动机中，高温合金占有极其特殊的重要地位。高温合金从诞生起就用于航空发动机，航空发动机内多数部件都需要在高温高压的恶劣环境下长期工作，对性能、工艺要求极高，因此高温材料是必须的。航空发动机的四大热端部件高温合金在航空发动机内主要应用于四大热端部件：燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘，在高性能的航空发动机中，高温合金还用于压气机后端盘、转子叶片及机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等。发动机苛刻的服役条件导致其对材料性能的高要求：1）高温→热强性（抗蠕变和断裂）；2）高载荷→高温比强度和比寿命；3）高氧化腐蚀→高温抗氧化能力；4）高性能重量比→韧性；5）高可靠性→导热性和低热膨胀系数；6）高寿命→热疲劳性、低循环疲劳。航空发动机中高温合金用量。军用航空发动机单位用高温合金预计3.7吨左右，民用则预计13.5吨左右。重量占比40-60%。根据图南股份招股说明书，高温合金用量占发动机总重量的40%-60%，在先进发动机中已经超过50%，甚至可能达到70%，越先进发动机高温合金占比越高，发动机越先进铸造高温合金的比重越大，铸造高温合金相对于变形高温合金成本高、设计更复杂。发动机重量。战斗机和商用飞机重量不同：1）按照当前主流型号，战斗机发动机重量一般为1.0-3.0吨，假设平均1.5吨；2）商用飞机则参考波音GEnx发动机参数，单个重量约5.4吨。高温合金成材率、用量比例。如普通钢材一样，高温合金在制备过程中存在成材率的问题，而且由于加工难度、使用复杂性等，其成材率远低于一般特钢。根据西部超导招股说明书，高温合金全流程成材率预计20%-40%。综上，测算军工航空发动机单位用高温合金预计3.7吨左右，民用则预计13.5吨左右（重量占比按50%、成材率按40%左右）。3.2对应高温合金需求2.3万吨，未来5年年均复合增速5.3%根据我们的测算，航空发动机对应高温合金需求中，军机部分高温合金需求年为1.9万吨，到年有望达到2.72万吨左右，年复合增速6.2%；民机部分年均高温合金需求吨。综上，年航空发动机对应高温合金需求2.3万吨左右，到年将达到3.1万吨左右，年均复合增速5.3%。1）军机部分我国军用飞机经过几十年的努力，已经在三代战斗机、军用直升机、运输机领域得到了快速发展，歼10、歼11、歼15、武直10、歼20、运20等一批先进武器装备先后列装，未来新一代四代机以及运输机、轰炸机的批量生产将带来大量高端涡扇发动机的需求。年珠海航空展上，适量推力版的WS-10B发动机公开亮相。而近期，根据公开的试飞照，运20配WS-20国产发动机实现首飞。前期歼10、歼11均使用俄制AL-31发动机，考虑到军用航空发动机进口替代以及老旧二代、三代机型替换需求，未来我国军用航空发动机的市场需求空间巨大。对于需求的测算，我们主要考虑如下方面：飞机数量预测。按《国际飞行》杂志统计，年、年我国战机数量分别为架、架，增速为7.8%。我们假设未来5年年均增速保持在7-8%，到年我国军机数量将达到台。常规维修更新需求。发动机超过使用寿命均需要替换，战斗机发动机工作寿命正常-小时，其单架战机平均飞行5小时/天，即战机发动机平均更换周期约1年。考虑双发战机数量增多以及其他单发战斗机，假设每架飞机发动机年均维修替换需求为1.5台，对应年存量飞机发动机维修需求台，到年超过台。新增需求。假设未来5年年均增速保持7.5%，对应年新增发动机台，到年单年度增加台。综上合计，年我国军用发动机数量台，到年达到台。按照每台3.7吨高温合金用量，目前当年年均高温合金需求量1.9万吨左右，到年将达到2.72万吨左右（考虑新增+维修），年复合增速6.2%。2）民机部分据民航局

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