高温合金最大的产出国(中国高温合金研究现状)
全球的产量主要集中在美国、英国及日本三个国家。其中美国拥有的高温合金研发工艺和应用技术,同时也是高温合金最大的产出国,全年大约生产5万吨,其中40%应用在**领域,60%应用在民用领域。代表企业包括了生产航空发动机的GE(美国通用电气公司)、生产高温合金的PW(普拉特惠拉尼)以及在民用领域的卡博特等企业。英国的高温合金研制工艺和生产是欧盟国家中代表,以英国Mond镍公司为例,Mond镍公司是家研制出了镍基高温合金的公司。
除此之外,Rools-Royceplc(英国航空发动机公司)也拥有较为先进的高温合金研发工艺。日本在单晶合金方面,在镍基单晶高温合金以及镍基超塑性高温合金等方面取得了较大成果。代表企业主要是二大钢铁集团JFE株式会社、日本重要的军事防务品供应商IHI株式会社等。
我国在高温合金的研制上起步较晚,1956年至20世纪70年代初也仅仅是我国的高温合金研制的初始阶段,而国外以英美为代表的国家在20世纪30年代后期就开始研究高温合金。我国的高温合金发展主要经历了初始阶段、提高阶段(主要试制欧美型号的发动机,提高高温合金生产工艺技术和产品质量控制)到现在的全新发展阶段,已经从之前的仿制、仿创结合到目前已经形成了独立完成的高温合金体系。但是,我国的高温合金行业仍处在成长期,在一些技术、产品应用技术、生产工艺技术以及成本控制上与先进国家还是有一定差距的。
此外就是我国的产能明显不足,根据前瞻研究院数据显示,2019年我国高温合金材料的产能约1.74万吨,而我国的总需求约3万吨,自给率仅58%。产能与需求之间存在较大缺口,特别是在燃气轮机、核电等领域的精密高温合金部件主要还是依赖进口。根据中信证券研究部预测数据显示,直到2025年这个供需缺口将持续存在,预计2025年的供需缺口为1.41万吨。
我国的高温合金研究生产的企业和单位主要分为两类,一类是以钢铁研究总院、北京航空材料研究院、中国科学院金属研究所、北京科技大学等为代表的研究单位,这些研究所也会生产一些小批量的高温合金产品;另一类就是以抚顺特钢、钢研高纳(科研院所转型)等为主的高温合金生产厂商。
根据我国2019年的高温合金产能情况以及扩产情况来看,目前国内的高温合金生产商第一梯队主要以抚顺特钢、钢研高纳、西部超导以及图南股份为代表。其中抚顺特钢目前的产能最高,也是国内的变形高温合金龙头,公司的“特冶二期”在今年投产后,公司未来的产能有望达到10000吨。
此外公司近两年的产能利用率比较高,产能利用率差不多都在110%以上。从公司的营收规模来看,钢研高纳的高温合金营收规模仅次于抚顺特钢、位居国内第二的位置,公司在新型高温合金领域拥有较高的市场份额。西部超导的业务不仅仅是高温合金,还包括了钛合金、超导产品等,公司产品主要应用在**领域。公司的高温合金业务起步相较抚顺特钢和钢研高纳要晚些,目前产能尚未完全释放。但是从公司的高温合金产能、产品研发种类及应用领域等情况来看,未来公司的高温合金业绩贡献将会逐步凸显。
最后就是图南股份,公司一半以上的营收都是来源于**领域,行业壁垒比较高,公司的铸造高温合金也是同行业中毛利率最高的产品,主要原因也是公司主动放弃铸造高温合金中的低毛利产品专攻带来的。另外补充一下,万泽股份也有小批量的生产高温合金材料,其2020年的营收为3392万元,占公司总营收的6.14%。公司在2020年有申请过以非公开发行募集资金建年产1500吨的超纯高温母合金,但最终公司在2020年9月份撤回了该申请。
根据前瞻产业研究院整理数据显示,中国高温合金市场规模到2025年可达到856亿元,占到全球高温合金市场规模的76.91%,预计十四五期间规模增速将保持在30%以上,远高于全球市场增速,是未来高温合金规模增速最快的市场。此外,根据钢研高纳2020年报信息显示,未来国内和新型高温合金需求增加主要来自于我国自主航空航天产业研制先进发动机、大型的发电设备以及核电等下游应用领域需求的增加。预计2025年国内高温合金供应将达到3.68万吨,未来5年CAGR为15%。这一需求是远远高于国内产能的,为满足国内高温合金需求,国内各大生产商也实施了扩产计划。
从全球和中国的应用结构来看,我国的高温合金在民用领域的应用明显是落后全球市场的。根据Roskill统计数据,全球每年消费高温合金材料约30万吨。其中应用领域占比最高为航空航天领域,占比达到了55%,这些高温合金材料主要是应用在领域;其次就是电力工业领域,占比为20%;机械工业领域的高温合金需求排在第三的位置,占比为10%。整体来看全球高温合金有45%主要应用在民用领域(美国的约为60%)。与全球市场有所不同的是,我国的有70%-80%的高温合金需求主要是在领域,而民用领域的占比仅为20%-30%,民用领域可提升空间还是很高的。结合全球高温合金的应用结构以及国内高温合金的发展趋势,中国未来高温合金的主要应用领域集中在航空航天、核电(大型发电设备)、燃气机等领域。
高温合金材料是制造航天航空发动机的关键材料,基于其耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等优良性能、广泛应用在发动机的燃烧室、导向器、涡轮叶片、涡轮盘、尾喷口及机匣等部件中。高温合金材料在不同机型发动机中的占比也是不同的,差不多是占发动机总重量的40%-60%以上(先进发动机中占比超过了50%),是航空发动机应用中占比最大的材料。高温合金材料在航天航空市场的应用主要分为两个领域分别是领域和民用领域,下面我们来看一下国内在这两部分市场的情况。
4.1.1 航空发动机
领域因为其特殊的地位一直是我国高温合金的主要应用领域,近年来随着我国在自主航空发动机研制发面不断攻克技术难关,目前我机歼-6、歼-7、歼-8、歼-11B、歼-20、轰-6K、直-10、直-20、运-8、运-20等众多机型均使用的为我国自己研发的发动机。发动机进口依赖明显呈现下降趋势,目前维持在20%左右。此外,根据财信证券信息预测,我用航空发动机在“十四五”期间的总产量将是“十三五”的数倍,预计在“十五五”期间有望批产放量,全面替代进口发动机。未来随着对进口发动机依赖的降低和我机批产放量将进一步打开高温合金材料在国内发动机市场的需求。
此外根据《WORLDAIRFORCES2020》数据显示,目前我用军机数量为3210架,美国为13266架,差距还是比较大的。根据国盛证券研究所预测数据显示,未来10年我机增量市场为3913架,加上存量市场的3210架军机,通过保守计算也就是发动机更换年限为6.67年,那么可以测算出未来10年我用航空发动机的市场规模为822.64亿元。按照发动机更换年限为5年来计算的话,未来10年我用航空发动机的市场规模可达到949.2亿元。
这里简单地讲一下发动机更换年限的假设依据是军机每天的使用时间为2小时,每年使用时长(按照200天/年计算)为300-400小时,假设发动机更换周期为2000小时,那么就可以得到发动机使用年限为5-6.67年。
整体来看,仅仅航空发动机在未来10年平均每年约822.64-949.2亿元的市场需求,市场规模还是比较大的。
4.1.2 民用航空发动机
我国在民用航空发动机的自主研发实力上相对薄弱一些,国内生产的客机发动机主要依赖国外的发动机生产商。为了阻止我国客机的发展,美国禁止通用电气(通用电气是的民用、、公务和通用飞机喷气及涡桨发动机、部件和集成系统制造商)向我国供应C919发动机的消息一次又一次地被提出来,所以国产替代是一种必然趋势。目前有中国商飞研发的35吨级长江2000发动机(CJ-2000)已经开始验证机整机装配,长江1000(CJ-1000A)预计在2023年就可以可装机C919试飞。未来随着C919、CR929大飞机项目的稳步推进,中国作为未来20年全球民用客机交付量最多的国家,我国自主研发发动机的自给率也将会进一步提高。