全球與中國高溫合金行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、格局及行業(yè)趨勢分析

全球與中國高溫合金行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、格局及行業(yè)趨勢分析

高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長期工作的一類金屬材料。高溫合金具有較高的高溫強度，良好的抗氧化和抗腐蝕性能，良好的疲性能、斷裂韌性等綜合性能。高溫合金的最大特點不是其絕對熔點很高，而是在高溫下仍然具有良好的特性。

2012年發(fā)布的《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中，就把包括高溫合金在內(nèi)的高端金屬結(jié)構(gòu)材料列為新材料產(chǎn)業(yè)六大重點發(fā)展領(lǐng)域之一。

在高溫環(huán)境下，材料會加速退化，使用過程中易發(fā)生組織不穩(wěn)定、在溫度和應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形和裂紋長大、材料表面的氧化腐蝕等情況，而高溫合金所具有的耐高溫、耐腐蝕等性能主要取決于它的化學(xué)組成和組織結(jié)構(gòu)。

按基體元素，高溫合金可分為鐵基高溫合金（占14.3%）、鎳基高溫合金（占80%）鈷基高溫合金（占5.7%）

一、國際

高溫合金的研制在國際上主要在德國、英國、美國、日本、俄羅斯等國家之間展開。高溫合金國際發(fā)展體系的呈現(xiàn)出一大特點，高溫合金適用的工作溫度范圍越來越高，從早期不到800℃到如今工作溫度達(dá)到1700℃，伴隨著工作溫度的不斷提升是新技術(shù)、新工藝的不斷迭代，從變形高溫合金、鑄造高溫合金到粉末冶金高溫合金，特別是定向凝固等技術(shù)的推廣促進(jìn)了航空發(fā)動機(jī)性能的不斷提高。

美國產(chǎn)是生產(chǎn)高溫合金的最主要國家，全年大約生產(chǎn)5萬噸，其中60%用于民用。在軍用領(lǐng)域，生產(chǎn)航空發(fā)動機(jī)廠家通用電氣（GE）、普拉特—惠拉尼（PW）也生產(chǎn)高溫合金；在民用領(lǐng)域，美國從事高溫合金材料研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)有特殊金屬公司、卡博特公司、漢因斯-司泰特公司等。

英國國際鎳公司生產(chǎn)了世界上第一個鎳基金屬高溫合金，除此之外英國航空發(fā)動機(jī)公司羅爾斯羅伊斯也研制了定向凝固合金和單晶合金。

日本主要高溫合金生產(chǎn)企業(yè)是JFE株式會社、新日鐵、石川島播磨重工業(yè)和神戶制鋼公司。日本公司參與航空發(fā)動機(jī)的研制，在單晶合金方面全球領(lǐng)先，其中NIMS與IHI利用第4代Ni基單晶超合金tms-138進(jìn)行超音速商用客機(jī)的引擎高溫耐久測試，成功達(dá)到1650度渦輪進(jìn)氣溫度的世界最高記錄。

二、中國

我國高溫合金經(jīng)歷了仿制、仿創(chuàng)結(jié)合到獨創(chuàng)的發(fā)展過程，形成為了我國獨特的高溫合金體系。我國研制的高溫合金已達(dá)到200多種，在2005年納入國標(biāo)的就有177中，構(gòu)成了高溫合金體系的基礎(chǔ)。在1980年之前，我國高溫合金就形成了自己的基礎(chǔ)體系，目前這個體系更加完整和系統(tǒng)。

與國外以制造商各自形成體系標(biāo)準(zhǔn)不同，我國高溫合金形成了統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)，以合金成型方式、基體元素和強化方式的順序構(gòu)建了完整體系。其中，合金成形方式有變形高溫合金、鑄造高溫合金（包括等軸晶鑄造高溫合金、定向凝固柱晶高溫合金和單晶高溫合金）、焊接用高溫合金絲、粉末冶金高溫合金、彌散強化高溫合金和金屬間化合物高溫材料之分；在這些不同合金系列之下，再分鐵基、鎳基、鈷基及鉻基合金；在相同基體之下，又分固溶強化和時效強化類型等。

我國高溫合金研究生產(chǎn)經(jīng)歷了60多年的發(fā)展，目前已經(jīng)形成了比較完整的高溫合金體系。但是和美國、英國、日本等國高溫合金在很多方面依舊存在差距。

2019年我國重點優(yōu)特鋼企業(yè)高溫合金鑄錠產(chǎn)量約為1.91萬噸，同比增長32.95%，鋼材產(chǎn)量約為0.85萬噸，同比增長50.13%，我國高溫合金業(yè)務(wù)供給出現(xiàn)快速增長的情況。但目前我國高溫合金整體市場需求約為4萬噸，供不應(yīng)求的問題依然顯著。由于技術(shù)壁壘高、認(rèn)證周期長、資金需求大等因素，我國高溫合金的產(chǎn)量增長緩慢，成材率較低。

高溫合金材料領(lǐng)域技術(shù)含量很高，目前具有完整高溫合金體系的國家只有美、英、俄、中四國，能夠生產(chǎn)航空航天用高溫合金的企業(yè)全世界也不超過50家。不僅僅是生產(chǎn)工藝要求高，長期資金投入、認(rèn)證時間長和客戶黏性也是該行業(yè)門檻高的體現(xiàn)之一。高溫合金行業(yè)無論是軍品還是民品，審核嚴(yán)格、時間跨度長、耗時費力，為該行業(yè)構(gòu)筑了天然的進(jìn)入壁壘。高溫合金有一半是用在航空航天領(lǐng)域，特別是軍用品方面，由于處于戰(zhàn)略安全和保密性的要求，國產(chǎn)龍頭廠商的領(lǐng)先優(yōu)勢有望得到保持。

目前我國高溫合金從業(yè)企業(yè)數(shù)量少，整體技術(shù)水平較國外龍頭企業(yè)仍有較大差距，整體產(chǎn)能和實際有效產(chǎn)能較小，尤其在高端航空航天領(lǐng)域高溫合金的產(chǎn)能與實際需求存在較大缺口。根據(jù)我們對行業(yè)主要企業(yè)產(chǎn)能情況的數(shù)據(jù)匯總，12家企業(yè)高溫合金理論產(chǎn)能共計約2萬噸，目前高溫合金50%的市場需求依賴進(jìn)口，考慮到目前我國高溫合金有效產(chǎn)能與需求之間的缺口，預(yù)計實際對進(jìn)口的依賴程度更大。

我國目前從事高溫合金研究生產(chǎn)的主要企業(yè)分為兩類，第一類是特鋼企業(yè)，主要是撫順特鋼、寶鋼特鋼、長城特鋼，主要生產(chǎn)批量較大的合金板材、棒材和鍛件，這類產(chǎn)品用量最大，結(jié)構(gòu)簡單；另一類是科研院所轉(zhuǎn)型企業(yè)，主要是鋼研高納、航材院、中科院金屬研究所，主要生產(chǎn)較小批量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高端產(chǎn)品，這兩類廠家之間形成了錯位競爭的格局。目前國內(nèi)企業(yè)間屬于競爭合作關(guān)系，直接競爭較少，同時存在上下游合作，以實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新、擴(kuò)大產(chǎn)能以滿足市場需求為主要發(fā)展目標(biāo)。

三、趨勢

1、全球高溫合金市場穩(wěn)步發(fā)展，中國是未來主要需求增長來源

2012-2018年全球高溫合金市場規(guī)模合計758億美元，年均市場規(guī)模約為108億美元；2018年全球高溫合金市場規(guī)模為121.63億美元，同比增長4.8%，預(yù)計2024年全球高溫合金市場規(guī)模將達(dá)到173億美元。航空航天領(lǐng)域是高溫合金的主要需求來源，當(dāng)前我國國防建設(shè)正處于關(guān)鍵時期，高溫合金市場需求將遠(yuǎn)超全球市場整體增速。

在高溫合金產(chǎn)業(yè)鏈上游，根據(jù)材料制備工藝主要分為變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末高溫合金，由于不同制備工藝的高溫合金在材料特性上有所差異，其制造加工方式與工作應(yīng)用環(huán)境也有所不同，以航空發(fā)動機(jī)使用的高溫合金為例，變形高溫合金主要采用鍛造、鑄造高溫合金主要采用鑄造、粉末高溫合金主要采用燒結(jié)成型方式，再經(jīng)過機(jī)加、熱處理等加工手段，形成最終下游應(yīng)用所需形態(tài)產(chǎn)品。

目前，航空航天領(lǐng)域是高溫合金的第一大應(yīng)用場景，需求份額占比為55%，其次燃?xì)廨啓C(jī)和石油化工領(lǐng)域等能源類引用場景需求占比為33%，二者合計占到整體需求規(guī)模的88%左右；工業(yè)和汽車領(lǐng)域需求占比分別為7%和3%。

高溫合金材料最初主要用于航空航天領(lǐng)域，但由于其具備良好的耐高溫、耐腐蝕等性能，被廣泛應(yīng)用于船舶、電力、冶金、汽車、核工業(yè)等工業(yè)領(lǐng)域，同時隨著新型高溫合金材料的不斷發(fā)展，下游應(yīng)用場景和市場需求也處于不斷擴(kuò)張的趨勢。

在現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)中，高溫合金材料用量約占到發(fā)動機(jī)總質(zhì)量的40%-60%，主要用于燃燒室、導(dǎo)向葉片、渦輪葉片和渦輪盤四大熱端零部件，以及發(fā)動機(jī)機(jī)匣、環(huán)形件、尾噴口等工作溫度較高的部位。航天發(fā)動機(jī)與航空發(fā)動機(jī)類似，但航天發(fā)動機(jī)材料不僅對高溫高壓下的性能有較高要求，同時要求在低溫、較高溫度梯度變化的環(huán)境下進(jìn)行穩(wěn)定工作。以液體發(fā)動機(jī)為例，高溫合金材料主要用于推力室做噴注器面板、渦輪泵彎通、石墨舵緊固件等。

2、高溫合金國內(nèi)需求空間廣闊

當(dāng)前我國各主要領(lǐng)域?qū)τ诟邷睾辖鸩牧系男枨罅考s為4.5萬噸，市場規(guī)模約為127億元。其中軍用飛機(jī)發(fā)動機(jī)為6000噸，民用航空發(fā)動機(jī)為3800噸，艦船用燃?xì)廨啓C(jī)為3125噸，發(fā)電和天然氣運輸領(lǐng)域需求合計為25000噸，汽車領(lǐng)域需求為4900噸，核電建設(shè)需求1800噸。預(yù)測未來20年，上述各領(lǐng)域?qū)Ω邷睾辖鸬男枨罂偭考s為107萬噸，市場規(guī)模約為3030億元。

3、各主要領(lǐng)域?qū)τ诟邷睾辖鸩牧系男枨罅?/p>

中軍用飛機(jī)發(fā)動機(jī)為6000噸，民用航空發(fā)動機(jī)為3800噸，艦船用燃?xì)廨啓C(jī)為3125噸，發(fā)電和天然氣運輸領(lǐng)域需求合計為25000噸，汽車領(lǐng)域需求為4900噸，核電建設(shè)需求1800噸。

國防建設(shè)要與經(jīng)濟(jì)建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展，與國家安全和發(fā)展利益相適應(yīng)，根據(jù)國防需要和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平調(diào)整國防預(yù)算規(guī)模是各國的普遍做法。

無論從國防預(yù)算占國內(nèi)生產(chǎn)總值、國家財政支出的比重看，還是從人均數(shù)額看，中國的國防投入水平都低于世界主要國家。近年來中國適度加大國防投入，其中相當(dāng)一部分是為了彌補過去投入的不足，主要用于更新武裝裝備、善軍人的生活待遇和基層部隊訓(xùn)練生活條件。當(dāng)前裝備費占比日益提升，訓(xùn)練維持費也有望持續(xù)增加，在軍隊變得更加精悍的條件下，與武器裝備采購相關(guān)的裝備費、訓(xùn)練維持費占比仍有提升空間。

未來20年我國海軍將圍繞10艘航空母艦打造遠(yuǎn)洋海軍力量，建造艦船預(yù)計總數(shù)量為360艘，暫不考慮燃?xì)廨啓C(jī)更新需求，僅新下水艦船裝備燃?xì)廨啓C(jī)數(shù)量為780臺，參考LM2500與GT25000燃?xì)廨啓C(jī)約25噸重量，假設(shè)50%重量使用高溫合金材料，成材率為20%，共需高溫合金材料4.9萬噸，按照每噸30萬元計算，市場空間總計約為146.25億元。

2019年，我國新下水軍艦共20萬噸，包括7艘052D型驅(qū)逐艦、2艘055型驅(qū)逐艦、1艘071型綜合登陸艦、1艘075型兩棲攻擊艦、12艘056A型輕型護(hù)衛(wèi)艦、1艘901型綜合補給艦，燃?xì)廨啓C(jī)共需高溫合金材料為3125噸，市場規(guī)模約為9.38億元。

全球生產(chǎn)的天然氣中，燃?xì)獍l(fā)電消費獨占半壁江山，每年約50%的天然氣被用于發(fā)電。與此相對應(yīng)的各主要國家天然氣發(fā)電裝機(jī)也在總裝機(jī)容量中占據(jù)較大比例，其中美國為39.3%、日本為29%、英國為34.1%、韓國為26.6%，而我國僅在3%左右。天然氣發(fā)電比起煤炭發(fā)電來說更加清潔環(huán)保，但是天然氣發(fā)電成本較高。

天然氣價格中樞中長期下降，天然氣發(fā)電最大劣勢有望逐步消除。隨著進(jìn)口和國產(chǎn)天然氣供應(yīng)逐步增加，國內(nèi)燃?xì)鈨r格貴的問題正在逐漸改善。以中俄東線天然氣管道為例，該條線于2019年12月初通氣投產(chǎn)，根據(jù)規(guī)劃，該項目在國內(nèi)的管道全長5111公里，途徑黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古、遼寧、河北、天津、山東、江蘇、上海等9省市，是中國東北方向首條陸上天然氣跨境戰(zhàn)略通道。管道滿負(fù)荷運行后，每年供氣能力將高達(dá)380億立方米。國產(chǎn)氣方面，我國國產(chǎn)氣增量連續(xù)兩年超百億立方米。我國未來通過加大四川盆地天然氣、鄂爾多斯盆地致密氣開發(fā)和突破陸相頁巖氣開發(fā)技術(shù)瓶頸，以及海上天然氣和非常規(guī)天然氣開發(fā)，天然氣價格中樞有望進(jìn)一步下降。

《2020-2026年中國高溫合金行業(yè)市場研究分析及未來前景展望報告》數(shù)據(jù)顯示：2020年全國油氣管網(wǎng)規(guī)模要達(dá)到16.9萬公里，其中天然氣管道10.4萬公里；到2025年，油氣管網(wǎng)規(guī)模達(dá)到24萬公里，其中天然氣管道里程16.3公里。截至2018年底，中國建成運行的長輸天然氣管線總里程7.6萬公里，2019-2020年仍需建設(shè)2.8萬公里；預(yù)計未來20年我國天然氣管道建設(shè)將達(dá)到15萬公里。

4、汽車、核電領(lǐng)域潛在需求旺盛

在汽車領(lǐng)域，高溫合金材料主要用于汽車廢氣渦輪增壓器。渦輪增壓器的工作原理是通過發(fā)動機(jī)排出的廢氣沖擊渦輪運轉(zhuǎn)，帶動同軸的葉輪高速轉(zhuǎn)動以將空氣壓縮后傳遞到氣缸中，通常加裝廢氣渦輪增壓器后的發(fā)動機(jī)功率及扭矩要增大20%-60%。隨著中國汽車保有量不斷增大，嚴(yán)格的排放限制，帶有渦輪增壓汽車發(fā)動機(jī)逐漸成為市場主流。目前，我國渦輪增壓器生產(chǎn)廠家所采用的渦輪葉輪多為鎳基高溫合金渦輪葉輪，此外內(nèi)燃機(jī)的閥座、鑲塊、進(jìn)氣閥、密封彈簧、火花塞、螺栓等都可以采用鐵基或鎳基高溫合金。

汽車渦輪增壓器具有降低噪聲、減少有害氣體排放、提高功率等優(yōu)點，國外的重型柴油機(jī)增壓器裝配率100%，中小型柴油機(jī)也在不斷地增大其裝配比例，英、美、法等國家裝配比例已達(dá)80%左右，相較之下，我國50%的裝配率仍有一定提升的空間。

2019為年我國汽車產(chǎn)量為2572.1車萬輛（含新能源汽車124.2萬輛），需要高溫合金材料約4900噸，按照每噸20萬元計算，市場規(guī)模約為10億元。考慮到未來汽車數(shù)量和我國裝配率的提高，假設(shè)未來年均增長率為5%，未來20年我國汽車市場對高溫合金材料的需求總計約為16萬噸，市場規(guī)模約為324億元。

5、核電領(lǐng)域高溫合金市場空間測算

核電工業(yè)使用的高溫合金主要包括燃料元件包殼材料、結(jié)構(gòu)材料和燃料棒定位格架，高溫氣體爐熱交換器等。2011年受福島核事故影響，全球核電在運裝機(jī)容量出現(xiàn)下滑，2013年后恢復(fù)增長。當(dāng)