2020年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[圖]

    高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在 600 ℃ 以上的高溫及一定應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)展領域之一。

高溫合金行業(yè)相關政策

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    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%）

高溫合金分類

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    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℃到如今工作溫度達到 1700℃，伴隨著工作溫度的不斷提升是新技術、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的推廣促進了航空發(fā)動機性能的不斷提高。

高溫合金國際發(fā)展簡史

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    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 。在軍用領域，生產(chǎn)航空發(fā)動機廠家 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)動機的研制，在單晶合金方面全球領先，其中 NIMS 與 IHI 利用第 4 代 Ni 基單晶超合金 tms-138 進行超音速商用客機的引擎高溫耐久測試，成功達到 1650 度渦輪進氣溫度的世界最高記錄。

美國、英國、日本主要高溫合金企業(yè)

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    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到 200 多種，在 2005 年納入國標的就有 177 中，構(gòu)成了高溫合金體系的基礎。在 1980 年之前，我國高溫合金就形成了自己的基礎體系，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準不同，我國高溫合金形成了統(tǒng)一的國家標準，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。

我國高溫合金與國外差距

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    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，供不應求的問題依然顯著。由于技術壁壘高、認證周期長、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。

2009-2019我國高溫合金粗鋼產(chǎn)量（噸）

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2009-2019我國高溫合金鋼材產(chǎn)量（噸）

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    高溫合金材料領域技術含量很高，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，審核嚴格、時間跨度長、耗時費力，為該行業(yè)構(gòu)筑了天然的進入壁壘。高溫合金有一半是用在航空航天領域，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，預計實際對進口的依賴程度更大。

國內(nèi)高溫合金主要廠商產(chǎn)能

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    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)間屬于競爭合作關系，直接競爭較少，同時存在上下游合作，以實現(xiàn)技術創(chuàng)新、擴大產(chǎn)能以滿足市場需求為主要發(fā)展目標。

    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%，預計 2024 年全球高溫合金市場規(guī)模將達到173億美元。航空航天領域是高溫合金的主要需求來源，當前我國國防建設正處于關鍵時期，高溫合金市場需求將遠超全球市場整體增速。

2019 -2024年全球高溫合金市場規(guī)模（預測）

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    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用環(huán)境也有所不同，以航空發(fā)動機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)過機加、熱處理等加工手段，形成最終下游應用所需形態(tài)產(chǎn)品。

    目前，航空航天領域是高溫合金的第一大應用場景，需求份額占比為 55%，其次燃氣輪機和石油化工領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域，但由于其具備良好的耐高溫、耐腐蝕等性能，被廣泛應用于船舶、電力、冶金、汽車、核工業(yè)等工業(yè)領域，同時隨著新型高溫合金材料的不斷發(fā)展，下游應用場景和市場需求也處于不斷擴張的趨勢。

    在現(xiàn)代航空發(fā)動機中，高溫合金材料用量約占到發(fā)動機總質(zhì)量的 40%-60%，主要用于燃燒室、導向葉片、渦輪葉片和渦輪盤四大熱端零部件，以及發(fā)動機機匣、環(huán)形件、尾噴口等工作溫度較高的部位。航天發(fā)動機與航空發(fā)動機類似，但航天發(fā)動機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)境下進行穩(wěn)定工作。以液體發(fā)動機為例，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。

高溫合金下游應用占比

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    2、高溫合金國內(nèi)需求空間廣闊

    當前我國各主要領域?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。其中軍用飛機發(fā)動機為6000 噸，民用航空發(fā)動機為3800 噸，艦船用燃氣輪機為3125 噸，發(fā)電和天然氣運輸領域需求合計為25000 噸，汽車領域需求為 4900 噸，核電建設需求 1800 噸。預測未來20年，上述各領域?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、各主要領域?qū)τ诟邷睾辖鸩牧系男枨罅?/p>

    中軍用飛機發(fā)動機為6000 噸，民用航空發(fā)動機為3800 噸，艦船用燃氣輪機為3125 噸，發(fā)電和天然氣運輸領域需求合計為25000 噸，汽車領域需求為 4900 噸，核電建設需求 1800 噸。

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

    無論從國防預算占國內(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練生活條件。當前裝備費占比日益提升，訓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的裝備費、訓練維持費占比仍有提升空間。

2016-2020年中國國防預算及增速

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2016-2020年中國國防預算占比

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    未來20年我國海軍將圍繞10艘航空母艦打造遠洋海軍力量，建造艦船預計總數(shù)量為360 艘，暫不考慮燃氣輪機更新需求，僅新下水艦船裝備燃氣輪機數(shù)量為780臺，參考LM2500 與 GT25000燃氣輪機約25噸重量，假設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型輕型護衛(wèi)艦、1艘901型綜合補給艦，燃氣輪機共需高溫合金材料為3125噸，市場規(guī)模約為9.38億元。

未來20年我國海軍艦船燃氣輪機高溫合金需求測算

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    全球生產(chǎn)的天然氣中，燃氣發(fā)電消費獨占半壁江山，每年約 50%的天然氣被用于發(fā)電。與此相對應的各主要國家天然氣發(fā)電裝機也在總裝機容量中占據(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。隨著進口和國產(chǎn)天然氣供應逐步增加，國內(nèi)燃氣價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。管道滿負荷運行后，每年供氣能力將高達 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一步下降。

    智研咨詢發(fā)布的《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 2.8 萬公里；預計未來 20年我國天然氣管道建設將達到 15 萬公里。

    4、汽車、核電領域潛在需求旺盛

    在汽車領域，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)動機功率及扭矩要增大 20%-60%。隨著中國汽車保有量不斷增大，嚴格的排放限制，帶有渦輪增壓汽車發(fā)動機逐漸成為市場主流。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)燃機的閥座、鑲塊、進氣閥、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，國外的重型柴油機增壓器裝配率100%，中小型柴油機也在不斷地增大其裝配比例，英、美、法等國家裝配比例已達 80%左右，相較之下，我國50%的裝配率仍有一定提升的空間。

2006-2019年中國汽車產(chǎn)量及增速趨勢

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2006-2019年中國新能源汽車產(chǎn)量及增速

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    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?？紤]到未來汽車數(shù)量和我國裝配率的提高，假設未來年均增長率為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，全球核電在運裝機容量出現(xiàn)下滑，2013 年后恢復增長。當前中國是全球核電在建機組容量第一、在運機組容量第三，根據(jù)國際原子能機構(gòu)估計，未來 20 年核電使用將維持增長，裝機容量增長將主要來自中國、俄羅斯等國家。

    每座 60萬千瓦核電站約需高溫合金材料 600噸，以此計算，需在 2020 年的 建設完成的 925萬千瓦的核電機組，共需高溫合金材料 9200噸，考慮到核電站建設周期約為 5 年，平均每年高溫合金 需求量約為1800噸 ，按照每噸 20 萬元計算，市場規(guī)模約為 3.7 億元。假設未來 20年核電在建機組數(shù)量維持在 10座，每座裝機容量為 100 萬千瓦，平均每年需求量約為2000 噸，市場規(guī)模總計約為 80億元。