分析师:王合绪(执业证书号:S0890510120008）

　　研究助理：白云飞

　　1.介绍高温合金和钛合金

　　基于铁、镍、钴的高温合金可达600℃~1500℃在上述应力作用下长期工作的金属材料具有优异的高温强度、良好的抗氧化性和耐热性，疲劳性能好，断裂韧性好，又称超合金钛合金，是指钛等金属制成的各种合金属。大致可分为板材、棒材、管材(前三种占85%)、锻件、丝材、铸件等类型。大致可分为板材、棒材、管材(前三种占85%)、锻件、丝材、铸件等类型。

　　镍是高温合金的核心元素，钛是钛。镍合金的强度、韧性和耐高温性均优于钛合金，综合加工成本低于钛合金。高温合金具有耐高温、高速运动、高强度的特点，不易替代。

　　1.1. 高温合金分类及主要应用

　　根据工艺结构，高温合金可分为变形高温合金(70%)、铸造高温合金(20%)和新型高温合金(粉末高温合金和弥散强化高温合金ODS）；按基体元素可分为镍基(80%)、镍铁基(14%)、钴基(6%)高温合金；可分为固溶强化高温合金和及时沉淀强化合金。目前，变形高温合金和铸造高温合金是我国应用最广泛、覆盖最广泛的合金。目前，变形高温合金和铸造高温合金是我国应用最广泛、覆盖最广泛的合金。这两种工艺的差异导致了其性能和应用范围的差异。

　　1.2. 钛合金分类及应用

　　钛具有密度低、比强度高、导热系数低、耐高温低温性能好、耐腐蚀性强等特点。钛广泛应用于海、陆、空度高，耐腐蚀性强，这决定了钛广泛应用于海、陆、空和外部空间。包括航空航天、常规武器、船舶和海洋工程、核电和火力发电、化工和石化、冶金、建筑、交通、运动和日用品等。钛合金分类多样，应用广泛。钛合金分为耐腐蚀钛合金、耐热钛合金、高强度钛合金、低温钛合金、粉末钛合金、功能钛合金等。

　　板材、棒材、管材、锻件、丝材、铸件等类型按形状大致可分为板材、棒材、管材产量约占我国钛材产量 85%。钛和钛合金从熔炼到最终产品通常需要三个步骤：海绵钛制备、钛制备和钛应用。前两步技术复杂，制备难度大，是钛应用的难点和关键环节。钛和钛的质量直接决定了钛产品的质量。

　　1.3. 与钛合金相比，高温合金

　　作为航空航天的高端金属材料，受益于军事现代化的升级，两者的需求相对较好，但两者之间仍存在一些差异：

　　1.不同的应用位置：钛合金需要用于机身结构件和发动机，包括机身关键结构件、发动机结构件和转动件，风扇和压气机占先进发动机钛合金叶片的40%；高温合金侧重于发动机。发动机的结构设计和制造工艺极其复杂，导致需求周期略有滞后。发动机的结构设计和制造工艺极其复杂，导致需求周期略有滞后。同时，发动机的维护价值高，使用寿命短于机身。高温合金需求繁荣的可持续性将扩大维护和更换的叠加需求；

　　2、耐用品VS耗材：钛合金主要用于冷端承载静止件，具有耐久性，而高温合金主要用于高温转动件，偏耗材属性；

　　3、定位不同：目前国内航空钛合金基本定位，高温合金设备技术仍有进一步改进的空间，尚未完全定位，为进口替代留下足够的空间，特别是变形高温合金，定位率相对明显；

　　4.不同的可替代难度：高温合金的强度、韧性、耐高温性和加工性能优于钛合金，可替代性较弱。近年来，碳纤维等复合材料迅速崛起，或部分替代钛合金应用，高温合金长期应用的战略地位相对巩固。

　　2. 比较高温合金和钛合金行业的壁垒

　　2.1. 高温合金成分和生产工艺复杂，壁垒高

　　随着航空航天的发展，中国是世界上为数不多的建立自己高温合金产业的国家之一，但与美国等高水平国家仍存在一定差距。主要体现在材料纯度低、毛胚合格率低、工业化应用率低、高端产品供应不足甚至国产化。主要体现在材料纯度低、毛胚合格率低、工业化应用率低、高端产品供应不足甚至国产化。

　　由于高温合金成分复杂，包括镍、铁、钴、铬等20或30种合金元素，艺稳定性有非常严格的要求。主要包括三个方面：一是原材料比准确，各种金属含量导致产品性能差异，包括原材料纯度、颗粒细度和均匀性；二是生产设备，特别是真空冶炼和渣重熔段，工艺条件会影响材料的微观结构，对高端材料要求高；三是后热处理工艺和无损检测。因此，科研实力强、高端设备多的企业更具竞争力。

　　由于生产工艺难度大，高温合金技术壁垒高，不同类型的产品对应不同的制备工艺。以应用最广泛的变形高温合金为例，适用于大批量、通用性强、结构简单的产品，主要生产工艺包括：真空冶炼工艺铸造合金锭，通过锻造、轧热变形、棒、板、管等材料，最终锻造成涡轮板、叶片，加工成涡轮板、叶片等部件。

　　高温合金的技术瓶颈主要体现在成分、设备和热处理三个方面：

　　成分比直接决定了熔化结果和后续工艺，这也是开发新产品的重要性。成分决定了材料纯度、晶粒细化和均匀性、宏观偏析防治三个要求。

　　设备更重要。设备对应的加工条件影响最终材料的微观结构。材料越先进，设备的操作熟练度越重要；真空感应炉、真空电弧炉、真空自耗炉、渣炉、水压机、精锻机等高温合金生产设备较多，国内外设备先进度差距较大。

　　所有金属材料的共性是热处理和无损探伤。

　　此外，由于高温合金材料和产品的高质量可靠性、性能稳定性和外观尺寸精度要求，新进入者面临着较高的认证门槛、进入成本、资本壁垒和时间成本。

　　高温合金行业需要依靠强大的生产和研发技术来确保企业的正常运行，行业是否涉及产品认证，特别是军事认证、周期长、审计严格，可以说为行业建立了自然障碍，国内外只能形成美国、英国、德国、法国、俄罗斯、日本等少数国家，世界上只有企业从事高温合金 50 家左右。

　　美国在高温合金的研发和应用方面一直处于世界领先地位，年产量约为5万元 吨，其中近 50%用于民用工业。中国、英国、德国和法国是世界上高温合金生产和研发的主要代表。英国是世界上最早开发高温合金的国家之一。日本在镍基单晶高温合金、镍基超塑性高温合金和氧化物晶粒扩散强化高温合金领域取得了重大突破。近年来，日本一直致力于开发新型耐高温合金，并于1200年成功开发℃新合金在高温下仍能保持足够的强度。

　　中国经过50多年的发展，形成了一定规模的先进生产基地。结合产业链各环节的相关参与者，中国制造商专注于航空航天领域最大的变形高温合金冶炼和锻造，在大规模生产高温合金母合金、板、棒、锻造材料方面具有很大的优势。主要参与者包括宝武特种冶金有限公司（宝武特种冶金）、江油长城特种钢有限公司（攀钢）、北京航空材料研究所、中国科学院金属研究所等非上市企业（主要研究，生产规模小）。抚顺特种钢、宝武特种冶金、攀钢是中华人民共和国成立以来建立的三个高温合金生产基地，历史悠久。

　　2.2. 钛加工壁垒高于冶炼，几乎双寡头竞争

　　钛合金的制备工艺比高温合金简单，难点集中在海绵钛和钛的制备上。钛产业链的核心障碍不是上游资源和中游冶炼，而是钛的加工能力，特别是高端钛的研发能力和制造工艺。钛合金加工壁垒高铸，导致综合壁垒高，催生了近乎双寡头的竞争格局。虽然原料金属钛的价格远低于镍，但由于钛合金后端加工工艺复杂，部分钛合金产品的价格相当于高温合金，甚至略高。

　　3. 核心企业在高温合金领域

　　高准入壁垒铸就了高温合金稳定的供应体系

　　纵观全球， 目前，只有美国、英国、俄罗斯和中国有完整的高温合金体系，能够生产航空航天高温合金的企业不超过 50 家。汉因斯-斯泰特是一家特殊的金属公司（ Haynes-Stellite Company）、以国际因科、豪迈特、卡彭特为代表，主要集中在美国、英国、德国、日本等国家，整个行业具有明显的寡头特征。

　　从国内角度已形成一定规模的先进技术设备生产基地。抚顺特钢主要是变形高温合金，其市场份额达到 80%规模优势明显，行业领先 扩产计划将于2020年初发布。

　　抚顺特钢高温合金在航空航天市场占有率高 超过80%的超高强度钢在航空航天市场占有率高达 95%以上。1956 抚顺特钢成功冶炼新中国第一炉高温合金 GH3030拉开了高温合金行业从无到有、从低到高，从模仿到独立创新的序幕。目前，抚顺特种钢掌握了高温合金和耐腐蚀合金的核心生产技术，为中国第一颗人造地球卫星、第一枚导弹、第一艘潜艇和许多国家重点项目和国防项目提供了大量的关键特种钢材料；为中国长征火箭、神舟宇宙飞船和嫦娥一号月球探测项目提供了关键材料。

　　由于高温合金的技术壁垒和资金壁垒较高，是整个特钢行业盈利能力最强的产品之一。变形高温合金价格15-20万/吨，铸造高温合金价格约40万元/吨。它的毛利率也很高。

　　变形高温合金在我国高温合金领域应用最广泛，约占比例 70%已经形成了从研发到产品的完整产业链。国内变形高温合金系列产品制造商分类：

　　1)大型钢铁生产基地:抚顺特钢、宝钢、长城特钢等大型钢铁企业生产大批量合金板材、棒材、锻件。

　　2)研究机构及其生产基地：以中国科学院金属研究所、北京航空材料研究所、钢铁研究所为代表的研究生产基地，具有部分变形高温合金的制造能力。

　　3)从事高温合金锻造的企业:陕西宏远、贵州安大、 万航模锻， 钢研高钠、 贵州航空航天科技等。陕西宏远、贵州安大均为全资子公司；锻造业军工企业定位高端，民营锻造企业注重中低端市场。

　　在上市公司层面，抚顺特钢、钢研高纳、图南股份主要从事高温合金相关业务，其中抚顺特钢、钢研高纳是传统铸造高温合金的领导者，图南股份是新的私人供应商。

　　钢研高纳

　　钢研高纳是我国高温合金领域技术最先进、生产类型最齐全的企业之一，是铸造高温合金领域的龙头企业。钢研高纳产品涵盖铸造高温合金、变形高温合金和新型高温合金三个领域 技术和能力超过80%的高温合金， 是我国高温合金领域技术水平最先进、生产类型最齐全的企业之一， 多细分产品占据市场主导地位。其中，母合金、轴晶铸件、定向晶/单晶铸件等精铸产品可同时在铸造高温领域生产，在航空航天发动机中高温母合金的市场份额超过 30%，航天发动机精铸市场份额超过90%。目前，公司已开发了120种高温合金 其余的。变形高温合金 90 各种粉末高温合金 10 这类合金占全国其他合金的80%以上。201年，中国高温合金手册最新出版 在个牌号中，公司及其前身牵头研发 114 占总牌号数量的56%。

　　图南股份

　　图南有限公司是能同时生产变形高温合金、铸造高温合金(母合金、精密铸件)产品的企业之一。图南的主要产品包括铸造高温合金母合金、精密铸件、变形高温合金产品等，拥有大型高温合金复杂薄壁精密铸件的整个产业链系统。公司已经形成了它 K 高温合金系列铸造， GH 共30个系列变形高温合金 在航空和核电领域批量提供各种完整的产品结构。

　　抚顺特钢

　　国内变形高温合金绝领先

　　，国内老特钢新材料企业。公司是我国军工配套材料的重要研发生产基地，拥有60-70个 万吨钢材产能。高温合金、超高强度钢、特种不锈钢是核心三高一特产，产量规模居中国第一，高端市场份额达到60%。

　　沙钢入主，实质性管理改进。2017年，东北特钢集团实施破产重组计划，沙钢集团实际控制人沈文荣入主。自沙钢入主抚钢两年以来，公司在经营管理各方面采取了综合措施，经营指标明显提高 年前三季度，公司实现归母净利润 4.04 亿元，同比增长132.6%。实现净利率 8.34%是历史上最好的水平。

　　老高温合金领头羊明显被低估。公司高温高强度产品产能2万吨，是我国规模最大、品种最强的产品。超过50%的利润来自高端产品，利润比公司最大，未来还有增长空间。