高温合金行业未来前景分析
思瀚产业研究院 钢研高纳    2024-06-20

目前，国内从事高温合金材料及制品生产的企业可主要分为三大类。第一类是包括钢研高纳、北京航材院、中科院金属所（及子公司中科三耐）在内的三家科研单位，在实行市场经济以后逐步由研发向自主生产转型，主要生产结构复杂的高端产品，具备较强的高温合金材料自主研发能力以及母合金熔炼能力。

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，其普遍拥有由国防科工委统一设定的企业代号。

第三类是以西部超导、图南股份、应流股份、三角防务、江苏永瀚、无锡透平等为代表的新兴冶金企业或金属加工企业，多数为民营背景，近年来业务拓展至高温合金领域，由于起步时间较晚，技术积累相对薄弱，因此市场份额占比较小。

①航空航天

高温合金材料属于航空航天材料中的重要成员，是制造航空航天发动机热端部件的关键材料，主要用于发动机涡轮叶片、涡轮盘、燃烧室、导向器及部分机匣和封严件。在先进的航空发动机中，高温合金部件占发动机总重量的 40%-60%以上，发动机的性能水平在很大程度上取决于高温合金材料的性能水平。

A、航空

我国飞机及发动机制造产业目前以满足国防需求为主。近年来，两机专项、飞发分离、航发成立等为我国航空发动机产业发展给予了强力支持，以某型号为代表的国产发动机逐渐成熟，我国航空装备进入快速列装期，新机型换装和升级换代需求迫切。

从数量上看，根据《World Air Forces 2020》，2019 年我国国防航空飞机总数为 3,210 架，是美国的 24.2%；从结构上看，我国国防航空飞机二代战机、小吨位直升机和运输机占比仍然较高，信息化程度高、综合性能强的新机型配备不足。以战斗机为例，美国的三代机占比 78.23%，四代机占比 21.77%；而我国二代机占比依然较高，四代机仅少量列装。

未来随着新一代飞机的陆续批产，我国航空装备具备了换装的基础，我国航空发动机产业将步入发展加速期。

除了国内航空飞机的加速列装的增量市场外，国内航空发动机市场还存在存量维修换装市场。我国在役主要机型仍使用相当比例的俄制发动机，未来将陆续进入大修周期。同时，未来单机的年平均飞行小时数及维修次数将随之增加。

发动机维修市场以叶片、喷嘴、盘、机匣、封严为主，这些部件多数由高温合金、少数由钛合金制备。预计我国未来 5 年航空发动机市场规模增长较为可观。同时，伴随国产大飞机的逐步成熟，国内民航市场的高温合金需求量也在不断增长。

根据《中国商飞 2019-2038 年民用飞机市场预测年报》，未来 20 年中国航空市场预计将接收 50 座以上客机 9,205 架，对应发动机市场空间 2.54 万亿元，平均每年约 1,272 亿元，从而带来每年 763 亿元的高温合金需求。若考虑全球市场，未来 20 年预计将有 45,459 架新机交付，对应发动机价值约 11.87 万亿元，平均每年约 5,934 亿元，带来每年 3,560 亿元的高温合金零部件的需求量。

B、航天

航天领域中，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。火箭发动机燃烧室需承受高温（3,000~4,000℃）、高压（20MPa）和高流速（2,500-5,000m/s）燃气冲刷，对高温合金材料要求极高；高性能涡轮泵需承受超低温液氧和燃料的冲刷，且转速高、压力大、密封性要求高，是液体火箭发动机最核心的部件，对高温合金原材料及制造工业提出了很高的要求。

我国未来主力运载火箭长征七号采用的某液氧-煤油火箭发动机单台质量为 1.9 吨，每枚火箭采用 6 台某火箭发动机，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。在维持每年航天发射 20 次的情况下，预计未来 15 年我国火箭发动机用高温合金需求达 2,880 吨，年均需求量约 192吨。

②能源电力

A、燃气轮机

燃气轮机又称内燃气轮机，是高温合金的另一个主要应用。燃气轮机装置是一种以空气及燃气为介质的旋转式热力发动机，主要由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成，结构与航空发动机基本一致。

天然气发电用燃气轮机方面，市场空间较大。根据中国电力企业联合会数据显示，2019 年全国新增燃气发电装机容量为 629 万千瓦，同比增长 7.5%；按照单台燃气轮机 30 兆瓦计算，2019 年气电燃气轮机共需 210 台，高温合金材料用量约为 1.3 万吨，市场规模约为 40 亿元。按此计算，假设未来 20 年每年新增气电装机容量 600 万千瓦，未来 20 年气电燃气轮机共需 4,000 台，高温合金材料用量约为 25 万吨，市场规模约为 750 亿元。

管道用燃气轮机方面，根据国家发改委和能源局印发的《中长期油气管网规划》，到 2025 年，全国油气管网规模达到 24 万公里，其中天然气管道里程 16.3万公里。截至 2018 年底，中国建成运行的长输天然气管线总里程 7.6 万公里，2019-2020 年仍需建设约 2.8 万公里；预计未来 20 年我国天然气管道建设将达到15 万公里。

通常情况下，天然气管线每 100-200 公里设有一个压气站，每个压气站平均装备 2 台燃气轮机。据此计算，天然气管线所用燃气轮机市场在 2019-2020年平均每年需用高温合金材料约 1.2 万吨，市场规模约为 35 亿元；未来 20 年共需高温合金材料 12.5 万吨，市场规模约为 375 亿元。

B、核电装备

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。根据国际原子能机构估计，未来 20 年核电使用将维持增长，装机容量增长将主要来自中国、俄罗斯等国家。根据《能源发展战略行动计划（2014-2020 年）》，到 2020 年，全国在运核电规划装机容量达到 5,800 万千瓦，在建 3,000 万千瓦。截至 2019 年末，我国共有47 台运行核电机组，总装机容量为 4,875.12 万千瓦，2020 年需投入运行 925 万千瓦。假设未来 20 年核电在建机组数量维持在 10 座，每座装机容量为 100 万千瓦，平均每年高温合金需求量约为 2,000 吨，市场规模总计约为 80 亿元。

③石化冶金

A、石化

乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的 75%以上，世界上已将乙烯产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。乙烯裂解炉是乙烯生产装置的核心设备，主要作用是把天然气、炼厂气、原油及石脑油等各类原材料加工成裂解气，并提供给其它乙烯装置，最终加工成乙烯、丙烯及各种副产品。

乙烯裂解炉的生产能力及技术的高低，直接决定了整套乙烯装置的生产规模、产量和产品品质。乙烯作为全球体量最大的化工产品，重资产属性明显，一轮景气周期一般在10 年左右；本轮景气周期始于 2015 年，在油化工、气化工和煤化工三大工艺路线的叠加驱动之下，扩能幅度较显著。

增量市场方面，2020 至 2022 年国内新增产能 1,915 万吨，增量约 11%；一般一台 10 万吨产能的乙烯裂解炉中裂解炉管为 60 吨左右，对应年 3,830 吨的裂解管需求。存量市场方面，根据《石化和化学工业发展规划（2016-2020 年）》，2019 年底国内乙烯产能约 2,052 万吨，乙烯生产设备每 5-6 年左右需进行一次大修，因此每年约 373 万吨以上存量乙烯设备存在备件需求，对应年 2,238 吨的裂解管需求。

制氢炉是以天然气为原料制成氢气，用于炼油环节（含油品升级）或化肥、甲醇的生产过程中，是炼油制氢装置的关键设备之一，其中重要部件转化管采用离心铸造工艺生产，工作温度在 900℃-1,000℃。

根据“炼化一体化”要求，每新建 100 万吨乙烯项目需配套建设 1,000 万吨的炼油厂，一般每 1,000 万吨炼油需配备 10 万标立制氢炉，每台 10 万标立制氢炉需 240 吨转化管。据统计，2020至 2022 年国内乙烯新项目及存量设备备件年 10 万标立制氢炉需求量在 47 台左右，对应估算得到制氢炉转化管年需求量约 2,222 吨。

B、冶金

辐射管、炉辊是冶金行业退火炉、常化炉、淬火炉等装备的主要部件，采用高温合金铸造。辐射管主要包括 W 型辐射管、U 型辐射管、I 型辐射管、电辐射管以及吊挂件等，炉辊主要包括立式退火炉炉辊、涂层炉辊、卧式退火炉炉辊、宽厚板热处理炉炉底辊以及沉没辊等。

根据博思数据发布的《2020-2026 年中国冷轧薄板市场分析与投资前景研究报告》，2019 年我国冷轧薄板产量 3,251.6 万吨，连退板和镀锌板分别占 40%和60%，为 1,300 万吨和 1,951 万吨。按 50 万吨连退线需要辐射管、炉辊价值 4,300万元，40 万吨镀锌线需要辐射管、炉辊价值 2,100 万元计算，辐射管、炉辊高端备件市场总容量约 24 亿元。按平均更换周期 5-6 年，辐射管、炉辊高端市场备件年需求额在 3.9 亿元左右。

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