國防軍工行業深度報告：高溫合金金屬新材料優質賽道-220416（94頁）.pdf

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1、 敬請參閱末頁重要聲明及評級說明 證券研究報告 高溫合金，金屬新材料優質賽道 Table_IndNameRptType 國防軍工國防軍工 行業研究/深度報告 行業評級：增持行業評級：增持 報告日期： 2022-04-16 行業指數與滬深行業指數與滬深 300300 走勢比較走勢比較 Table_Author 分析師：鄭小霞分析師：鄭小霞 執業證書號：S0010520080007 電話：13391921291 郵箱： 聯系人：鄧承佯聯系人：鄧承佯 執業證書號：S0010121030022 電話：18610696630 郵箱： 相關報告相關報告 1.Q3 經營情況大幅改善，定增項目支撐未來 202

2、1-10-21 2.三駕馬車齊頭并進， 定增擴產直擊產能瓶頸 2021-7-29 3.高端金屬材料成型工藝領軍者 2021-5-28 主要觀點：主要觀點： 高高溫合金是內燃機的完美伴侶溫合金是內燃機的完美伴侶 溫度和壓力對內燃機效率至關重要， 為提高燃機輸出效率， 航空航天發動機、燃氣輪機的熱端部件需承受 600-1200的高溫以及復雜應力的交互作用，材料要求非?？量?。相比于常用的鋁合金、鈦合金及鎂合金，高溫合金更適應更高的溫度（600）和腐蝕嚴重的復雜環境，其中鎳基合金占據當前高溫合金市場近 80%的份額。 三類高溫合金三類高溫合金性能各異，性能各異，無需擔心相互替代無需擔心相互替代 變形高

3、溫合金是經過鍛造、 軋制、 墩粗和冷拔等塑性變形工藝和熱處理支撐的一類高溫材料， 目前已是用量最大、 品種最多的一類高溫材料，內燃機渦輪盤為主要應用領域。 鑄造高溫合金由合金錠重熔后直接澆注或定向凝固成零件的高溫合金， 因其可通過精密鑄造或者定向凝固工藝科直接成型， 因而無需考慮鍛造變形性能， 同成分的鑄造高溫合金要比變形高溫合金使用溫度提高 10-30，內燃機葉片為主要應用領域。 粉末高溫合金是利用粉末冶金工藝制備的高溫合金， 相較于此前的鑄-鍛高溫合金，粉末冶金工藝可以一定程度上解決變形高溫合金成形困難及鑄造高溫合金存在的力學性能波動等問題， 目前航空發動機渦輪盤為主要應用領域。 經過幾十

4、年的發展， 高溫合金已經衍生出了上千種牌號， 各類牌號特點不一，基于內燃機構造復雜，不同部位零部件處于不同的工況，選材的出發點是整體結構各性能參數的適配性， 因而三類高溫合金不存在相互替代的關系。 新新工藝、工藝、防護防護涂層涂層、新品類合金類型、新品類合金類型及返回料及返回料或或為未來發展趨勢為未來發展趨勢 大部分高溫合金熔點在 1200左右，隨著大型內燃機諸如航空發動機向高涵道比、高推重比、高渦輪進口溫度方向發展，內燃機熱端部件的工作溫度屢創新高， 因而研發新工藝、 新合金的研制及高溫防護涂層的開發對延續高溫合金市場的成長十分關鍵。 返回料方面， 根據相關專利顯示， 傳統的雙聯工藝制備的變

5、形合金出成率不高于 60，而鑄造類單晶合金最終零件的重量只有原材料的30左右，同時高溫合金的利用率極低，其中精鑄件的利用率約占20%30%，形狀復雜的零件只占 10%左右，導致資源的巨大浪費。因此高溫合金廢料的回收重新利用， 既可以降低成本， 又可以降低對重要戰略物資元素（如鎳、鈷、鉻等）的依賴。 軍工催生萬噸需求，汽車、軍工催生萬噸需求，汽車、核電及核電及化工有望創化工有望創增量空間增量空間 當前最先進的戰機中高溫合金的用量已經超過 50%，主要用于燃燒-30%-14%2%18%33%49%4/217/2110/211/224/22國防軍工滬深300Table_CompanyRptType

6、行業研究行業研究 敬請參閱末頁重要聲明及評級說明 2 / 94 證券研究報告 室、導向器、渦輪葉片和渦輪盤四大熱端部件，其未來用量占比依然呈現不斷增長的趨勢，價值占比有望進一步提升。根據團隊測算，未來五年軍用高溫合金市場空間將達 1.3 萬噸，存量國產商用客機發動機對高溫合金的需求量突破萬噸。 此外， 汽車為推升燃油效率降低排放裝配渦輪增壓器、 工業燃氣輪機國產替代加速、 碳中和下核電站建設穩步推進及石化煉化裝備升級轉型，預計民用領域將成為未來高溫合金應用的主戰場。 中游企業技術路線不一，直接競爭小，返回料領域值得期待中游企業技術路線不一，直接競爭小，返回料領域值得期待 高溫合金的市場目前主要

7、定位于航空航天等軍工領域， 而武器裝備科研生產及材料配套流程時間周期較長， 定型后基本不會更換材料及設計方案， 嚴格的準入資質有助于加高行業壁壘。 國內現從事高溫合金材料及高溫合金精密鑄件生產的企業數量有限， 基于航空領域零部件數量繁多， 各家企業技術路線及主打產品牌號迥異， 該領域直接競爭小，格局相對穩定。 返回料領域，從專利角度分析，當前玩家數量不多，據不完全統計，上市公司中撫順特鋼及鋼研高納已申請過相關專利， 未上市公司中航上大也有所布局，未來該領域成長性令人期待。 投資建議投資建議 基于軍工行業景氣度高、 高溫合金技術難度大及行業準入門檻高， 我們重點推薦已覆蓋的西部超導， 我們認為伴

8、隨著項目建設完畢釋放產能，預計公司可實現持續穩健發展。建議關注撫順特鋼、鋼研高納、圖南股份、應流股份、萬澤股份等。 風險提示風險提示 新型軍機放量不及預期；發動機、燃氣輪機等領域國產化替代進程緩慢；高溫合金原材料價格上漲；高溫合金技術突破不及預期；相關公司產能拓展進展不及預期。 Table_CompanyRptType 行業研究行業研究 敬請參閱末頁重要聲明及評級說明 3 / 94 證券研究報告 正文目錄正文目錄 1 1 高溫合金：極端環境條件中的最佳金屬新材料高溫合金：極端環境條件中的最佳金屬新材料 . 8 8 1.1 變形高溫合金：最先用于航空發動機的高溫合金類型 . 10 1.2 鑄造高

9、溫合金：被廣泛應用于燃氣輪機渦輪葉片部位 . 14 1.3 粉末高溫合金：有效解決鑄造高溫合金力學性能波動 . 20 1.4 工藝、防護層及新組成是夯實高溫合金應用三大助力 . 23 1.5 提升返回比例及降低成本是開拓高溫合金市場的關鍵 . 28 2 2 需求端：源于內燃機，高耐溫性擴展下游市場需求端：源于內燃機，高耐溫性擴展下游市場 . 3333 2.1 內燃機不可或缺的伴侶 . 34 2.1.1 航空發動機：下游旺盛需求催生萬噸空間 . 36 2.1.2 汽車渦輪盤：五年內復合增速將達到 16% . 42 2.1.3 工業燃氣輪機：國產化替換已成為主旋律 . 44 2.2 碳中和催生核電

10、近萬噸需求 . 47 2.3 化工新能源有望開辟新戰場 . 49 3 3 供給端：中游寥若晨星，返回件領域格局未定供給端：中游寥若晨星，返回件領域格局未定 . 5353 3.1 國內高溫合金新料各企業正獨領風騷 . 55 3.2 國內高溫合金返回料企業將逐鹿中原 . 59 4 4 高溫合金重點關注公司高溫合金重點關注公司 . 6464 4.1 撫順特鋼：老牌鋼企涅槃重生 . 64 4.2 鋼研高納：鑄造高溫合金龍頭 . 67 4.3 西部超導：高溫合金新銳企業 . 70 4.4 圖南股份：民營最紅“中國芯” . 73 4.5 應流股份：兩機業務奠定未來 . 77 4.6 萬澤股份：院廠結合快速

11、突破 . 80 4.7 中航上大：守正創新強軍富民 . 84 4.8 江蘇奇納：致力于特種母合金 . 90 風險提示：風險提示： . 9393 Table_CompanyRptType 行業研究行業研究 敬請參閱末頁重要聲明及評級說明 4 / 94 證券研究報告 圖表目錄圖表目錄 圖表圖表 1 1 金屬零部件全壽命過程圖金屬零部件全壽命過程圖 . 8 圖表圖表 2 2 鋼材按化學成分分類鋼材按化學成分分類 . 8 圖表圖表 3 3 碳鋼、鈦合金、鋁合金、鎂合金及高溫合金性能對比碳鋼、鈦合金、鋁合金、鎂合金及高溫合金性能對比 . 9 圖表圖表 4 4 高溫合金分類及各類合金的特點高溫合金分類及各

12、類合金的特點 . 9 圖表圖表 5 5 變形高溫合金按應用品種分類及其主要特點變形高溫合金按應用品種分類及其主要特點 . 10 圖表圖表 6 6 我國變形高溫合金渦輪盤代次劃分我國變形高溫合金渦輪盤代次劃分 . 10 表表 7 7 變形高溫合金成分設計原則變形高溫合金成分設計原則 . 11 圖表圖表 8 8 高溫合金中的合金元素及高溫合金中的合金元素及其作用其作用 . 11 圖表圖表 9 9 高溫合金微量元素及作用高溫合金微量元素及作用 . 11 圖表圖表 1010 高溫合金主要熔煉設備性能對比高溫合金主要熔煉設備性能對比 . 12 圖表圖表 1111 高溫合金高溫合金 ININ718718

13、三聯工藝重熔錠中的夾雜物膠真空感應熔煉錠少三聯工藝重熔錠中的夾雜物膠真空感應熔煉錠少 . 12 圖表圖表 1212 相比鑄造及機加工，鍛造加工出的高溫合金韌性高、纖維組織合理相比鑄造及機加工，鍛造加工出的高溫合金韌性高、纖維組織合理 . 13 圖表圖表 1313 變形高溫熱處理工藝變形高溫熱處理工藝 . 13 圖表圖表 1414 三種不同工藝下相同成三種不同工藝下相同成分合金（分合金（M M- -M200M200）的蠕變及持久性能）的蠕變及持久性能 . 14 圖表圖表 1515 航空發動機渦輪葉片高溫合金材料及成形技術發展航空發動機渦輪葉片高溫合金材料及成形技術發展 . 14 圖表圖表 161

14、6 我國等軸晶鑄造高溫合金及其發動機上的應用情況我國等軸晶鑄造高溫合金及其發動機上的應用情況 . 15 圖表圖表 1717 等軸晶鑄造高溫合金晶粒度與性能等軸晶鑄造高溫合金晶粒度與性能 . 16 圖表圖表 1818 鑄造高溫合金細晶工藝鑄造高溫合金細晶工藝 . 16 圖表圖表 1919 定向凝固柱狀晶高溫合定向凝固柱狀晶高溫合金的發展金的發展 . 17 圖表圖表 2020 四代定向凝固柱狀晶合金蠕變性能對比四代定向凝固柱狀晶合金蠕變性能對比 . 17 圖表圖表 2121 殼型凝固法裝置殼型凝固法裝置 . 18 圖表圖表 2222 液態金屬冷卻法液態金屬冷卻法 . 18 圖表圖表 2323 單晶

15、高溫合金的發展單晶高溫合金的發展 . 19 圖表圖表 2424 五代單晶合金承溫能力對比五代單晶合金承溫能力對比 . 19 圖表圖表 2525 粉末高溫合金的發展粉末高溫合金的發展 . 20 圖表圖表 2626 每代粉末合金承溫能力每代粉末合金承溫能力對比對比 . 21 圖表圖表 2727 美國和俄羅斯粉末渦輪盤制備工藝流程對比美國和俄羅斯粉末渦輪盤制備工藝流程對比 . 21 圖表圖表 2828 我國粉末冶金高溫合金的工藝路線我國粉末冶金高溫合金的工藝路線 . 22 圖表圖表 29AA29AA 和和 P PREPREP 制粉工藝示意圖制粉工藝示意圖 . 22 圖表圖表 3030 不同制粉工藝對

16、不同制粉工藝對 ININ 100100 高溫合金持久性能的影響（高溫合金持久性能的影響（752752，686MP686MPA A情況下）情況下） . 22 圖表圖表 3131 不同固實化工藝對不同固實化工藝對 A ASTROLOGYSTROLOGY持久性能的影響持久性能的影響 . 23 圖表圖表 3232 高溫合金產業鏈高溫合金產業鏈 . 23 圖表圖表 3333 高溫合金新工藝高溫合金新工藝 . 24 圖表圖表 3434 高溫合金現有工藝改進的切高溫合金現有工藝改進的切入點入點 . 24 圖表圖表 3535 高溫合金用防護涂層類別及應用高溫合金用防護涂層類別及應用 . 25 圖表圖表 363

17、6 典型熱障涂層體系（左：結構示意圖，右：實物圖）典型熱障涂層體系（左：結構示意圖，右：實物圖） . 25 圖表圖表 3737 涂覆防護層后的高溫合金熱腐蝕動力學曲線涂覆防護層后的高溫合金熱腐蝕動力學曲線 . 26 圖表圖表 3838 高溫結構材料的發展示意圖高溫結構材料的發展示意圖 . 26 圖表圖表 3939 新型高溫合金簡介新型高溫合金簡介 . 27 圖表圖表 4040 放電等離子燒結法制備高熵合金放電等離子燒結法制備高熵合金 . 27 圖表圖表 4141 返回料比例及返回料比例及次數對合金成分、組織和力學性能的影響次數對合金成分、組織和力學性能的影響 . 28 Table_Compan

18、yRptType 行業研究行業研究 敬請參閱末頁重要聲明及評級說明 5 / 94 證券研究報告 圖表圖表 4242 專利專利 CN113337742CN113337742 對對 GH141GH141 合金返回料的熔煉過程示意圖合金返回料的熔煉過程示意圖 . 29 圖表圖表 4343 專利專利 CN113249584ACN113249584A 對對 K465K465 合金返回料的熔煉流程示意圖合金返回料的熔煉流程示意圖 . 30 圖表圖表 4444 專利專利 CN112760508ACN112760508A 對對 FGH4096FGH4096 合金返回料的熔煉設備示意圖合金返回料的熔煉設備示意圖

19、 . 31 圖表圖表 4545 專利專利 CN111761007ACN111761007A 對高返回料添加對高返回料添加 GH4169GH4169 合金盤鍛件制造示意圖合金盤鍛件制造示意圖 . 31 圖表圖表 4646 GH4169GH4169 合金盤鍛件標準熱處理后室溫拉伸性能（返回比合金盤鍛件標準熱處理后室溫拉伸性能（返回比50%50%） . 32 圖表圖表 4747 GH4169GH4169 合金盤鍛件標準熱處理后合金盤鍛件標準熱處理后 650650拉伸性能（返回比拉伸性能（返回比50%50%） . 32 圖表圖表 4848GH4169H4169 合金盤鍛件標合金盤鍛件標 650/690

20、MP650/690MPA A組合持久性能（返回比組合持久性能（返回比50%50%） . 32 圖表圖表 4949 各行業對高溫合金的需求各行業對高溫合金的需求 . 33 圖表圖表 5050 高溫合金可應用行業高溫合金可應用行業 . 34 圖表圖表 5151 高溫合金下游行業的應用占比高溫合金下游行業的應用占比 . 34 圖表圖表 5252 同一溫度下，壓力越大發動力效率越高同一溫度下，壓力越大發動力效率越高 . 34 圖表圖表 5353 效率相同情況下，發動機溫度越高，推力越大效率相同情況下，發動機溫度越高，推力越大 . 34 圖表圖表 5454 渦輪機對材料的需求渦輪機對材料的需求 . 35

21、 圖表圖表 5555 液體燃料火箭發動機結構示意圖液體燃料火箭發動機結構示意圖 . 35 圖表圖表 5656 飛機飛機/ /發動機發動機性能匹配評估流程性能匹配評估流程 . 36 圖表圖表 5757 渦輪發動機結構模型渦輪發動機結構模型 . 37 圖表圖表 5858 渦輪前溫度對推力和耗油率的影響渦輪前溫度對推力和耗油率的影響 . 37 圖表圖表 5959 涵道比對推力和耗油率的影響涵道比對推力和耗油率的影響 . 38 圖表圖表 6060 風扇壓比對推力和涵道比的影響風扇壓比對推力和涵道比的影響 . 38 圖表圖表 6161 航空發動機材料結構的發展情況（航空發動機材料結構的發展情況（1950

22、1950 年年- -20102010 年）年） . 39 圖表圖表 6262 高溫合金在我國軍用飛機發動機的應用高溫合金在我國軍用飛機發動機的應用 . 40 圖表圖表 6363 軍用飛機發動機高溫合金需求軍用飛機發動機高溫合金需求 . 41 圖表圖表 6464 高溫合金在民用航空發動機渦輪盤的應用高溫合金在民用航空發動機渦輪盤的應用 . 41 圖表圖表 6565 民用航空對高溫合金的需求民用航空對高溫合金的需求 . 42 圖表圖表 6666 高溫合金在汽高溫合金在汽車渦輪盤中應用發展車渦輪盤中應用發展 . 42 圖表圖表 6767 國內外增壓渦輪用高溫合金的主要力學性能國內外增壓渦輪用高溫合金

23、的主要力學性能 . 43 圖表圖表 6868 汽車渦輪盤增壓器高溫合金需求汽車渦輪盤增壓器高溫合金需求 . 43 圖表圖表 6969 海外燃氣輪機中高溫合金的應用海外燃氣輪機中高溫合金的應用 . 44 圖表圖表 7070 我國燃氣輪機高溫合金的應用我國燃氣輪機高溫合金的應用 . 45 圖表圖表 7171 工業燃氣輪機渦輪葉片合金的發展工業燃氣輪機渦輪葉片合金的發展 . 45 圖表圖表 7272 20152015- -20202020 年全球燃氣輪機行業市場規模統計及增長情況年全球燃氣輪機行業市場規模統計及增長情況 . 46 圖表圖表 7373 我國燃氣輪機高溫合金的應用我國燃氣輪機高溫合金的應

24、用 . 46 圖表圖表 7474 核電設備中高核電設備中高溫合金的應用溫合金的應用 . 47 圖表圖表 7575 核電用鎳基合金名義成分及標準態相組成核電用鎳基合金名義成分及標準態相組成 . 47 圖表圖表 7676 核電用鎳基合金核電用鎳基合金 10001000 小時持久強度小時持久強度 . 47 圖表圖表 7777 第一代核電用第一代核電用 I INCONEL NCONEL 625625 浸蝕過程溶解示意圖浸蝕過程溶解示意圖 . 48 圖表圖表 7878 20212021 年我國在建核電情況年我國在建核電情況 . 49 圖表圖表 7979 石化石化設備中高設備中高溫合金的應用溫合金的應用

25、. 50 圖表圖表 80I80INCOLOY NCOLOY 825825（A A）和）和 I INCOLOY NCOLOY 276276 合金在二氧化碳合金在二氧化碳/ /硫化氫環境中的耐腐蝕性硫化氫環境中的耐腐蝕性 . 50 圖表圖表 8181 根據油氣井環境選用冷加工強化的鎳基高溫合金根據油氣井環境選用冷加工強化的鎳基高溫合金 . 51 圖表圖表 8282 根據油氣井環境選用熱處理強化的鎳基高溫合金根據油氣井環境選用熱處理強化的鎳基高溫合金 . 51 圖表圖表 8383 近六年我國油氣開采行業營收及單位數量近六年我國油氣開采行業營收及單位數量 . 52 圖表圖表 8484 近六年我國原油進

26、口、原油加工情況近六年我國原油進口、原油加工情況 . 52 圖表圖表 8585 海外海外主要的高溫合金企業主要的高溫合金企業 . 53 Table_CompanyRptType 行業研究行業研究 敬請參閱末頁重要聲明及評級說明 6 / 94 證券研究報告 圖表圖表 8686 海外高溫合金發展歷程海外高溫合金發展歷程 . 54 圖表圖表 8787 國內高溫合金發展歷程國內高溫合金發展歷程 . 54 圖表圖表 8888 國內主要高溫合金廠商國內主要高溫合金廠商對比對比 . 56 圖表圖表 8989 武器裝備科研生產及材料配套流程武器裝備科研生產及材料配套流程 . 57 圖表圖表 9090 我國主要

27、變形高溫合金上市企業技術路線對比我國主要變形高溫合金上市企業技術路線對比 . 58 圖表圖表 9191 我國主要鑄造高溫合金上市企業技術路線對比我國主要鑄造高溫合金上市企業技術路線對比 . 59 圖表圖表 9292 我國主要軍用粉末高溫合金生產企業技術路線對比我國主要軍用粉末高溫合金生產企業技術路線對比 . 59 圖表圖表 9393 專利角度看專利角度看高溫合金返回料企業專注領域（截止高溫合金返回料企業專注領域（截止 20212021 年年底）年年底） . 60 圖表圖表 9494 高溫合金返回料技術專利按專注技術種類分類（單位：件）高溫合金返回料技術專利按專注技術種類分類（單位：件） . 6

28、1 圖表圖表 9595 高溫合金返回料技術專利按時間分類（單位：件）高溫合金返回料技術專利按時間分類（單位：件） . 61 圖表圖表 9696 高溫合金返回料技術專利按合金種類分類（單位：件）高溫合金返回料技術專利按合金種類分類（單位：件） . 62 圖表圖表 9797 高溫合金返回料技術專利按公司分類（單位：件）高溫合金返回料技術專利按公司分類（單位：件） . 62 圖表圖表 9898 撫順特鋼營收情況撫順特鋼營收情況 . 64 圖表圖表 9999 20212021 年撫順特鋼產品結構年撫順特鋼產品結構 . 64 圖表圖表 100100 撫順特鋼高撫順特鋼高溫合金專利申請數量（件）溫合金專利

29、申請數量（件） . 64 圖表圖表 101101 撫順特鋼研發費用及占比撫順特鋼研發費用及占比 . 64 圖表圖表 102102 撫順特鋼高溫合金系列產品撫順特鋼高溫合金系列產品 . 65 圖表圖表 103103 撫順特鋼電撫順特鋼電渣爐生產線渣爐生產線 . 65 圖表圖表 104104 撫順特鋼高溫合金工藝路線撫順特鋼高溫合金工藝路線 . 66 圖表圖表 105105 鋼研高納鋼研高納營收情況營收情況 . 67 圖表圖表 106106 20202020 年鋼研高納產品結構年鋼研高納產品結構 . 67 圖表圖表 107107 鋼研高納高溫合金專利申請數量（件）鋼研高納高溫合金專利申請數量（件）

30、 . 67 圖表圖表 108108 鋼研高納研發費用及占比鋼研高納研發費用及占比 . 67 圖表圖表 109109 鋼研高納鋼研高納高溫合金系列產品高溫合金系列產品 . 68 圖表圖表 110110 鋼研高納相關技術鋼研高納相關技術 . 69 圖表圖表 111111 鋼研高納高溫合金組織控制實驗室鋼研高納高溫合金組織控制實驗室 . 69 圖表圖表 112112 西部超西部超導營收情況導營收情況 . 70 圖表圖表 11320201132020 年西部超導產品結構年西部超導產品結構 . 70 圖表圖表 114114 西部超導高西部超導高溫合金專利申請數量（件）溫合金專利申請數量（件） . 70

31、圖表圖表 115115 西部超導研發費用及占比西部超導研發費用及占比 . 70 圖表圖表 116116 西部超導自主設計及改造的真空自耗電弧爐西部超導自主設計及改造的真空自耗電弧爐 . 71 圖表圖表 117117 西部超導熔煉及鍛造車間方案總設計西部超導熔煉及鍛造車間方案總設計 . 72 圖表圖表 118118 圖南股份營收情況圖南股份營收情況 . 73 圖表圖表 119119 20202020 年圖南股份產品結構年圖南股份產品結構 . 73 圖表圖表 120120 圖南股份高溫合金專利申請數量（件）圖南股份高溫合金專利申請數量（件） . 73 圖表圖表 121121 圖南股份研發費用及占比

32、圖南股份研發費用及占比 . 73 圖表圖表 122122 圖南股份產品圖南股份產品 . 74 圖表圖表 123123 圖南股份產品工藝流程圖南股份產品工藝流程 . 75 圖表圖表 124124 圖南股份圖南股份 808000KG00KG 真空感應爐真空感應爐 . 75 圖表圖表 125125 圖南股份圖南股份 8T8T 裝料機裝料機 . 76 圖表圖表 126126 圖南股份鍛壓工藝流程圖南股份鍛壓工藝流程 . 76 圖表圖表 127127 應流股份營收情應流股份營收情況況 . 77 圖表圖表 128128 20202020 年應流股份產品結構年應流股份產品結構 . 77 圖表圖表 12912

33、9 應流股份高溫合金專利申請數量（件）應流股份高溫合金專利申請數量（件） . 77 Table_CompanyRptType 行業研究行業研究 敬請參閱末頁重要聲明及評級說明 7 / 94 證券研究報告 圖表圖表 130130 應應流股份研發費用及占比流股份研發費用及占比 . 77 圖表圖表 131131 應流股份鑄造成形生產線應流股份鑄造成形生產線 . 78 圖表圖表 132132 應流股份航空發動機和燃氣輪機高溫合金熱端部件應流股份航空發動機和燃氣輪機高溫合金熱端部件 . 79 圖表圖表 133133 應流股份高端裝備核心零部件應用于航空、能源、油氣和資源領域應流股份高端裝備核心零部件應用

34、于航空、能源、油氣和資源領域 . 79 圖表圖表 134134 萬澤股份營收情況萬澤股份營收情況 . 80 圖表圖表 135135 20212021 年萬澤股份產品結構年萬澤股份產品結構 . 80 圖表圖表 136136 萬澤股萬澤股份高溫合金專利申請數量（件）份高溫合金專利申請數量（件） . 80 圖表圖表 137137 萬澤股份研發費用及占比萬澤股份研發費用及占比 . 80 圖表圖表 138138 萬澤股份鎳基高溫合金樣品萬澤股份鎳基高溫合金樣品 . 81 圖表圖表 139139 萬澤股份鎳基高溫合金萬澤股份鎳基高溫合金 . 81 圖表圖表 140140 萬澤股份鑄造高溫合金相關性能萬澤股

35、份鑄造高溫合金相關性能 . 82 圖表圖表 141141 萬澤股份渦輪盤件萬澤股份渦輪盤件 . 83 圖表圖表 142142 萬澤股份熱等靜壓設萬澤股份熱等靜壓設備備 . 83 圖表圖表 143143 中航上大發展歷程中航上大發展歷程 . 84 圖表圖表 144144 中航上大高溫合金應中航上大高溫合金應用領域用領域 . 84 圖表圖表 145145 中航上大高溫合金種類中航上大高溫合金種類 . 85 圖表圖表 146146 中航上大引進德國中航上大引進德國 ALDALD 公司公司 6 6 噸真空感應爐噸真空感應爐 . 85 圖表圖表 147147 中航上大引進中航上大引進 6 6T T真空自

36、耗爐完成熱負荷試車真空自耗爐完成熱負荷試車 . 86 圖表圖表 148148 中航上大精煉設備中航上大精煉設備 . 87 圖表圖表 149149 中航上大鍛造設備性能系數中航上大鍛造設備性能系數 . 87 圖表圖表 150150 中航上大鍛造設備中航上大鍛造設備 . 88 圖表圖表 151151 中航上大軋制設備中航上大軋制設備 . 88 圖表圖表 152152 中航上大部分高溫合金專利中航上大部分高溫合金專利 . 89 圖表圖表 153153 公司高溫合公司高溫合金母合金金母合金 . 90 圖表圖表 154154 公司高溫合金絲材公司高溫合金絲材 . 90 圖表圖表 155155 公司產品詳

37、細信息公司產品詳細信息 . 90 圖表圖表 156156 江蘇奇納冶煉設備江蘇奇納冶煉設備 . 91 圖表圖表 157157 江蘇奇納相關檢測設備江蘇奇納相關檢測設備 . 91 圖表圖表 158158 江蘇奇納部分高溫合金專利江蘇奇納部分高溫合金專利 . 92 Table_CompanyRptType 行業研究行業研究 敬請參閱末頁重要聲明及評級說明 8 / 94 證券研究報告 1 1 高溫合金：極端環境條件中的最佳金屬新材料高溫合金：極端環境條件中的最佳金屬新材料 長期以來，金屬材料一直是最重要的結構材料和功能材料長期以來，金屬材料一直是最重要的結構材料和功能材料之一之一，其力、熱、電，其力

38、、熱、電磁、光、聲等指標決定了應用領域。磁、光、聲等指標決定了應用領域。按照化學成分，金屬材料可分為純金屬材料和合金材料，前者主要由一種金屬元素組成，后者由一種基體元素和一種以上的金屬元素和/或非金屬元素所組成。由于合金材料中其他元素的加入，基體金屬的性能往往會得到大幅改善，因而金屬新材料多以合金的形式應用。 結構材料：結構材料： 制造構造整體、 實現運動和傳遞動力的結構件， 一般以力學性能指標來評價，偶爾會提出抗腐蝕、抗氧化等物化性能等要求。 功能材料：功能材料：利用其對外部環境的敏感反應來實現信息處理和功能轉換，一般以熱、電磁、光、聲等物理指標來評價，偶爾提出一定的力學性能要求。 從金屬材

39、料被制成零部件服役的流程來看， 主要分為采礦、 冶煉、 加工等環節。從金屬材料被制成零部件服役的流程來看， 主要分為采礦、 冶煉、 加工等環節。零部件的全壽命過程較長，任何一個流程都不能作為金屬零部件的絕對主導因素，上游的流程勢必會對下游流程產生一定的影響，因而對于金屬材料而言，產業鏈聯動效果較強，每一環節都可能誕生一批極具實力的優質公司。 圖表圖表 2 2 鋼材按化學成分分類鋼材按化學成分分類 類別 說明 非合金鋼 Si、Mn 和其他元素含量均在 GB/T13304 相應規定范圍界限以內的鋼。 碳素鋼 C 含量一般為 0.02%-2%的鐵碳合金。 低碳鋼 C 含量小于 0.25%的碳素鋼。

40、中碳鋼 C 含量為 0.25%0.60%的碳素鋼。 高碳鋼 C 含量大于 0.60%的碳素鋼。 微合金化鋼 低碳鋼或低合金高強度鋼中加入一種或多種能形成碳化物、氮化物或碳氮化物的微量合金元素鋼。 低合金鋼 至少有一種合金元素含量在 GB/T13304 相應規定范圍界限內，合金元素總含量大于 5%的鋼。 合金鋼 至少有一種合金元素含量在 GB/T13304 相應規定范圍界限內的鋼。 高合金鋼 合金元素含量大于 10%的合金鋼。 資料來源：金屬材料速查手冊，華安證券研究所 圖表圖表 1 1 金屬零部件全壽命過程圖金屬零部件全壽命過程圖 資料來源：金屬材料學，華安證券研究所 Table_Compan

41、yRptType 行業研究行業研究 敬請參閱末頁重要聲明及評級說明 9 / 94 證券研究報告 相比于常用的鋁合金、鈦合金及鎂合金，高溫合金更適應更高的溫度（相比于常用的鋁合金、鈦合金及鎂合金，高溫合金更適應更高的溫度（600600）和腐蝕嚴重的和腐蝕嚴重的服役服役環境。環境。高溫合金種類繁多，不同類型的合金特點各異，應用領域也大相徑庭。按核心基體元素的劃分標準，高溫合金可分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金等。我國由于鎳、鈷等資源相對貧乏，50 年代便開始鐵基合金的研究，但鐵基合金使用溫度較低，應用領域受到限制。鈷基合金具有優異的抗熱腐蝕性、抗熱疲勞性，以及良好的鑄造和焊接性，適合作

42、為導向器的材料，但鈷資源被剛果（金）壟斷，資源的稀缺造成其價格昂貴，鈷基合金生產和使用受成本限制。相較而言，鎳基合金使用溫度較高、價格相對較低，具有顯著的性價比優勢，目前鎳基合金占據高溫合金市場近 80%的份額。 圖表圖表 3 3 碳鋼、鈦合金、鋁合金、鎂合金及高溫合金性能對比碳鋼、鈦合金、鋁合金、鎂合金及高溫合金性能對比 類別 耐溫情況 密度（g/cm3) 熔點（） 抗拉強度（MPa） 比強度（MPa.cm3/g） 導熱系數（W/mK） 耐腐蝕性能 鎂合金 150 1.82 596 290 154 54 表面有氧化層，但不致密 鋁合金 200 2.7 595 315 177 100 對 cl

43、-極度敏感， 不耐酸堿鹽環境 碳鋼 350 7.86 1520 517 66 42 弱酸及堿液中容易脆裂 鈦合金 500 4.51 1668 539 120 15.24 1：表面有致密氧化層 2：防中子輻射 高溫合金 1200 7.7-9.0 1320-1450 900-1300 160 11 合金化增強抗氧化及抗燃氣腐蝕 資料來源：材料技術，華安證券研究所 圖表圖表 4 4 高溫合金分類及各類合金的特點高溫合金分類及各類合金的特點 分類標準 高溫合金種類 主要特點 制造工藝 變形高溫合金 合金化程度和高溫強度較低。 鑄造高溫合金 采用精密鑄造工藝制成零件，零件強度較高，缺點是不適合進行熱加工

44、。 粉末高溫合金 采用液態金屬霧化或高能球磨機制粉，晶粒細小、成分和組織均勻，顯著改善了熱加工性能，難于變形的鑄造高溫合金可以通過粉末冶金工藝改善其熱塑性而成為變形高溫合金。 基體元素 鐵基高溫合金 使用溫度較低（600-850），一般用于發動機中工作溫度較低的部件。 鎳基高溫合金 使用溫度最高（約 1000），廣泛用于制造渦輪噴氣式航空動機、各種工業燃氣輪機的最熱端零件，如渦輪部分工作葉片、導向葉片、渦輪等。 鈷基高溫合金 使用溫度約 950，具有良好的鑄造性和焊接性，主要用于導向葉片材料，該合金由于鈷資源較少價格昂貴。 資料來源：西部超導招股說明書，華安證券研究所 Table_Compan

45、yRptType 行業研究行業研究 敬請參閱末頁重要聲明及評級說明 10 / 94 證券研究報告 1 1. .1 1 變形高溫合金：最先用于航空發動機的高溫合金類型變形高溫合金：最先用于航空發動機的高溫合金類型 變形高溫合金是最先用于航空發動機的高溫合金，目前已是用量最大、品種最變形高溫合金是最先用于航空發動機的高溫合金，目前已是用量最大、品種最多的一類高溫材料。多的一類高溫材料。變形高溫合金是經過鍛造、軋制、墩粗和冷拔等塑性變形工藝和熱處理支撐的一類高溫材料，以渦輪盤為主要應用領域，按照渦輪盤使用溫度，變形高溫合金大致可劃分為五代。 圖表圖表 5 5 變形高溫合金按應用品種分類及其主要特點變

46、形高溫合金按應用品種分類及其主要特點 資料來源：航空材料技術，華安證券研究所 圖表圖表 6 6 我國變形高溫合金渦輪盤代次劃分我國變形高溫合金渦輪盤代次劃分 變形渦輪盤代次 第一代 第二代 第三代 第四代 第五代 渦輪盤工作溫度/ 550 600 650 700 750-900 推重比 3-4 5-6 7-8 9-10 15-20 渦輪前溫度/ 877 977-1127 1327-1477 1577-1677 1977-2077 材料 耐熱鋼、 耐熱不銹鋼 耐熱鋼、 碳化物強化的耐熱合金 鎳基高溫合金 高合金化鎳基難變形合金 難變形高溫合金 典型牌號 H146 G188 GH4169 GH47

47、42 K151 資料來源：航空材料技術，華安證券研究所 合金成分設計、熔煉、加工及熱處理等工藝成為提升變形高溫合金性能的核心合金成分設計、熔煉、加工及熱處理等工藝成為提升變形高溫合金性能的核心戰場。戰場。 合金成分方面，傳統“試驗合金成分方面，傳統“試驗- -修正”實驗方式已不合適，數值模擬修正”實驗方式已不合適，數值模擬快速發展快速發展 變形高溫合金合金化程度較低，因而發展初期合金成分設計十分關鍵，目前高溫合金中的元素共有十多種，可分為三類：第一類，優先形成塑性性能好的奧氏體的元素，包括 Ni、Co、Fe、Cr、Mo、W、V 等；第二類，進入基體形成相強化相的元素，包括 Al、Ti、Nb、T

48、a 等；第三類，原子直徑大小不固定，常偏聚在晶界導致晶界偏析的元素，有 Pb、Sn 等。合金成分設計的原則主要在于控制有害相析出、促進有利相生成，以保證高溫合金的高溫強度。隨著高溫合金的發展，各元素優化性能的理論及數據庫都日趨完善，相關模型相繼建立，如電子空穴理論與相計算、d 電子合金理論與新相機算、多元線性回歸及人工神經網絡等，為計算機輔助設計變形高溫合金成分打下了堅實的基礎，同時減少了實際實驗次數以降低合金成本。 Table_CompanyRptType 行業研究行業研究 敬請參閱末頁重要聲明及評級說明 11 / 94 證券研究報告 表表 7 7 變形高溫合金成分設計原則變形高溫合金成分設

49、計原則 性能類別 性能改進工藝方向 低溫強度 1、溶質原子：高晶格匹配度和模量錯配度，降低層錯能； 2、沉淀相：共格、大尺寸、高反相疇界能，高錯配度 3、晶粒尺寸：小 高溫強度 1、溶質原子：高晶格匹配度和模量錯配度，低層錯能； 2、沉淀相：共格、細小和超細小、高反相疇界能，高錯配度 3、晶粒尺寸：當小于 0.5 倍合金絕對溫度熔點時，??；當大于 0.5 倍合金絕對溫度熔點時，大； 蠕變抗力 1、晶體結構：密排結構 2、溶質原子：高模量、基體中擴散系數低 3、沉淀相：非共格、細小和超細小、高體積分數、高層錯能、低錯配度 4、彌散相：高體積分數、穩定、高晶粒形狀比 5、晶粒尺寸：大，柱狀晶或單晶

50、 6、纖維相：高體積分數、穩定 資料來源：航空材料技術，華安證券研究所 圖表圖表 8 8 高溫合金中的合金元素及其作用高溫合金中的合金元素及其作用 作用 鐵基 鈷基 鎳基 固溶強化 Cr、Mo Nb、Cr、Mo、Ni、W、Ta Co、Fe、Cr、Mo、Ti、W、Ta、V 形成相強化相 Al、Ni、Ti - Al、Ni、Ta、Nb 提高抗氧化性能 Cr Al、Cr Cr、Al 提高抗硫化性 Cr Cr Cr 提高耐腐蝕性 La、Y La、Y、Th La、Th、Al、Cr 提高蠕變性能 B - B 改善加工性能 - Ni、Ti - 導致晶界偏析 - B、Zr B 資料來源：航空航天用先進材料，華安