高温合金，壁垒更胜一筹——高温合金VS钛合金专题报告

1.2. 钛合金分类及应用

    钛具有密度小、比强度高、导热系数低、耐高温低温性能好、耐腐蚀能力强等特点，其中最为突出的两大优点是比强度高和耐腐蚀性强，这决定了钛在海陆空和外层空间都有广泛的用途，具体包括航空航天、常规兵器、舰艇及海洋工程、核电及火力发电、化工与石化、冶金、建筑、交通、体育与生活用品等。钛合金分类多样，应用领域广泛。根据性能及用途，钛合金又分为耐蚀钛合金、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。

    根据形态大致可分为板材、棒材、管材、锻件、丝材、铸件及其他种类，其中，板材、棒材、管材三者产量共占我国钛材产量约 85%。钛及钛合金从熔炼到最终产品一般需要海绵钛制备、钛材制备和钛材应用三步，其中前两步技术复杂、制备难度大，是钛应用的难点和关键环节，海绵钛和钛材的质量直接决定钛制品的质量。

1.3. 高温合金与钛合金对比

    作为航空航天高端金属材料，受益于军工现代化升级，两者需求均较为靓丽，但彼此之间依然存在着一些差异：

    1、应用位置不同：钛合金需求在机身结构件和发动机都有应用，包括机身关键结构件，发动机结构件和转动件等，另外先进发动机钛合金叶片，风扇和压气机占比达到40%；高温合金则侧重于发动机。发动机结构设计和制造工艺极其复杂，导致其需求周期往往略偏滞后，同时发动机维修价值较高且寿命短于机身，维修和更换的需求叠加会放大高温合金需求景气的持续性；

    2、耐用品VS耗材：钛合金应用以冷端承载静止件为主，偏耐用品属性，而高温合金以高温转动件为主，偏耗材属性；

    3、国产化程度不同：目前国内航空钛合金基本实现国产化，而高温合金设备工艺仍存在进一步改进空间，尚未完全实现国产化，为进口替代留下充足空间，尤其是变形高温合金，国产化率提升空间相对显著；

    4、可被替代的难易程度不同：从材料性质看，高温合金强度、韧性、耐高温性和加工等综合性能优于钛合金，可替代性弱，而近年碳纤维等复合材料快速崛起，或可部分替代钛合金应用，战略地位的高度有所差异，高温合金长期应用的战略地位相对巩固。

2. 高温合金和钛合金行业壁垒对比

2.1. 高温合金成分及生产工艺复杂，壁垒更高

    伴随着航空航天事业的发展，目前我国已是世界上少数建立自己的高温合金产业的国家，但与美国等高水平国家仍有一定的差距。主要体现在材料纯净度低、毛胚合格率低、工业化应用率低、高端产品供应不足甚至未实现国产化。

    由于高温合金的成分较复杂，包含镍、铁、钴、铬等二三十种合金元素，相比于成分较为简单的钛合金，高温合金对生产设备和工艺稳定性要求十分苛刻。主要包括三个方面：一是原料配比要精确，各种金属含量不同导致产品性能差异，包括原料纯净度，晶粒的细度和均匀度；二是生产设备要操作熟练，特别是真空冶炼和电渣重熔工段，工艺条件会影响材料的微观结构，对高端材料要求更高；三是后部的热处理工序和无损探伤。因此，科研实力雄厚、高端设备较多的企业更有竞争力。

    高温合金由于其高难度的生产工艺流程而具有了很高的技术壁垒，不同类别产品对应不同制备工艺。以应用范围最广的变形高温合金为例，其适用于大批量、通用性强、结构较为简单的产品，生产主要过程包括：先经过真空冶炼等工艺浇铸成合金铸锭，通过锻造、轧制等热变形制成饼坯、棒、板、管等材料，最后模锻成涡轮盘和叶片等毛坯，经热处理后加工成涡轮盘、叶片等零件。

    综合来看高温合金的技术瓶颈主要体现在成分、设备及热处理三个方面：

    成份配比，直接决定熔炼结果及后续工序，这也是开发新产品的重要性所在。成分决定了组织特点，其要求三个：材料纯净度、晶粒细化和均匀化、防治宏观偏析等。

    设备更为重要，设备对应的加工条件影响最终材料的微观结构，越是尖端、先进材料越是如此，对设备的操作熟练度也很关键；高温合金的生产设备众多，如真空感应炉、真空电弧炉、真空自耗炉、电渣炉、水压机、精锻机等，国内外设备先进程度存在不小差距。

    后部工序：热处理工艺及无损探伤等，是所有金属材料的共性。

    此外，由于高温合金材料及制品的“质量可靠性、性能稳定性、外观尺寸精确性”等方面极其苛刻的要求使得行业具有较高的进入壁垒，具有强垄断性和稳定性，新进入者面临较高的认证门槛、进入成本、资本壁垒和时间成本。

    高温合金行业需要依托强大的生产和研发技术方能保障企业的正常运行，同时该行业无论军品和民品均涉及到产品认证问题，特别是军品的认证，周期长，审核严，可以说为该行业构筑了天然的进入壁垒，国内外能够形成较为完善产业链的国家也仅有美国、英国、德国、法国、俄罗斯和日本等少数国家，从事高温合金的企业全球范围内也仅有 50 家左右。

    美国在高温合金研发以及应用方面一直处于世界领先地位，年产量约为50000 吨，其中近 50%用于民用工业。欧盟国家中英、德、法是世界上主要的高温合金生产和研发代表，英国是世界上最早研究和开发高温合金的国家之一。日本则在镍基单晶高温合金、镍基超塑性高温合金和氧化物晶粒弥散强化高温合金领域取得较大的突破，近年来，日本一直致力于研发新型的耐高温合金，并成功开发出了在1200℃高温下依然能保持足够强度的新合金。

    经过50多年发展，我国已经形成了比较先进，具有一定规模的生产基地。结合产业链各个环节相关参与方来看，目前我国生产厂商集中在航空航天领域用量最大的变形高温合金冶炼和锻造环节，因此在大批量生产高温合金母合金、板、棒、锻材上有很大的优势。主要参与者包括抚顺特钢、钢研高纳、图南股份、西部超导、炼石航空、应流股份和万泽股份等上市企业，宝武特种冶金有限公司（“宝武特冶”）、攀钢集团江油长城特殊钢有限公司（“攀长钢”）等非上市企业，以及北京航材院、中科院金属所等科研单位（主要以研究为主，生产规模较小）。其中抚顺特钢、宝武特冶和攀长钢是我国建国以来成立的三大高温合金生产基地，历史较为悠久。

2.2. 钛合金加工壁垒高于冶炼，近乎双寡头竞争

    钛合金的制备工艺较高温合金简单，难点集中在海绵钛和钛材的制备。钛材产业链的核心壁垒不在于上游资源和中游冶炼，而是在于钛材的加工能力，尤其是高端钛材的研发能力和制造工艺。钛合金加工壁垒高铸，导致综合壁垒亦较高，催生近乎双寡头竞争格局。尽管原料金属钛价远低于镍，但是基于钛合金后端加工工艺复杂，最终部分钛合金产品价格与高温合金价格相当，甚至略高一筹。

3. 高温合金领域核心企业

    高准入壁垒铸就高温合金稳定的供应体系

    从全球角度看：纵观全球， 目前具有完整高温合金体系的国家只有美、英、俄、中四国，能够生产航空航天用高温合金的企业也不超过 50 家。以特殊金属公司、汉因斯-斯泰特公司（ Haynes-Stellite Company）、国际因科公司、豪迈特公司、卡彭特公司等为代表，主要集中在美、英、德、日等国，整个行业具有较为明显的寡头特征。

    从国内角度看：目前我国已形成一定规模拥有较先进技术装备的生产基地。变形高温合金主要以抚顺特钢为主，其市占率达到 80%，规模优势显著，而且领先于行业于 2020年初就发布扩产计划。

    抚顺特钢高温合金在航空航天市场占有率高达 80%以上，超高强度钢在航空航天市场占有率高达 95%以上。1956 年，抚顺特钢成功冶炼出新中国第一炉高温合金 GH3030，由此拉开了我国高温合金产业从无到有，从低级到高级，从仿制到独立创新的序幕。目前，抚顺特钢已经掌握高温合金和耐蚀合金核心生产技术，曾为我国第一颗人造地球卫星、第一枚导弹、第一艘潜艇和多项国家重点工程、国防工程提供了大批关键特殊钢材料；为我国“长征”系列火箭、“神舟”系列航天飞船和“嫦娥一号”月球探测工程提供了关键材料。

    由于高温合金的技术壁垒和资金壁垒都较高，是整个特钢行业盈利能力最强的产品之一。变形高温合金的售价在15-20万/吨，铸造高温合金售价在40万元/吨左右。其毛利率也较高。

    变形高温合金在我国高温合金领域应用最广，占比约 70%，已经形成了由研发到制品的完整产业链。国内从事变形高温合金系列产品的厂家分类：

    1）大型钢铁生产基地：抚顺特钢、宝钢特钢、长城特钢等大型钢铁企业，生产批量较大的合金板材、棒材和锻件。

    2）科研院所及其生产基地：以中科院金属所、北京航材院和钢研高纳三家为代表的研究，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：主要有陕西宏远、贵州安大、 万航模锻、三角防务、 钢研高钠、 贵州航宇科技等。其中，陕西宏远、贵州安大均为中航重机全资子公司；锻造行业中的军工企业定位比较高端，而民营锻造企业侧重中低端市场。

    上市公司层面，主要有抚顺特钢、钢研高纳、图南股份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龙头，图南股份为新进入民营供应商。

钢研高纳

    钢研高纳是国内高温合金领域技术最为先进、生产种类最为齐全的企业之一，是铸造高温合金领域的龙头。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大领域，具有生产国内 80%以上牌号高温合金的技术和能力， 是我国高温合金领域技术水平最为先进、生产种类最为齐全的企业之一， 多个细分产品占据市场主导地位。其中铸造高温领域能同时生产母合金、等轴晶铸件、定向晶/单晶铸件等精铸件产品，其在航空航天发动机用高温母合金市场占有率超过 30%，航天发动机精铸件市场占有率超过90%。目前公司共研制各类高温合金120 余种。其中变形高温合金 90 余种，粉末高温合金 10 余种，均占全国该类型合金80%以上。最新出版《中国高温合金手册》收录的201 个牌号中，公司及其前身牵头研发 114 种，占总牌号数量的56%。

 图南股份

    图南股份是国内少数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。图南股份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，具备大型高温合金复杂薄壁精密铸件全产业链系统。目前公司已经形成 K 系列铸造高温合金、 GH 系列变形高温合金共30 多种完整产品结构，在航空、核电领域批量供货。

抚顺特钢

    国内变形高温合金绝对龙头，国内老牌特钢新材料企业。公司是我国军工配套材料重要的研发和生产基地，具备60-70 万吨钢材产能。核心“三高一特”产品高温合金、超高强度钢、特种不锈钢，产量规模上保持国内第一，高端市占率达到60%。

    沙钢入主，经营管理实质性改善。17年东北特钢集团实施破产重整计划，沙钢集团实控人沈文荣入主。自沙钢入主抚钢两年以来，公司在经营管理各方面措施全面铺开，且经营指标已经得到显著改善。20 年前三季度，公司实现归母净利润 4.04 亿元，同比增长132.6%。其中，净利率达到 8.34%，为历史最好水平。

    高温合金老牌龙头，显著低估。公司高温、高强产品产能2万吨，国内规模最大、品种最强。50%以上利润来自高端产品，利润体量可比公司中最大，且未来还有增长空间。