2022年高溫合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

1、2022年高溫合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析1 、高溫合金鑄造高溫合金精密鑄件主要用于航空發(fā)動機、燃?xì)廨啓C熱端部分的關(guān)鍵部件，包括機匣類大型復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)件、渦輪轉(zhuǎn)動及導(dǎo)向葉片、整體葉盤、擴壓器等。按照凝固結(jié)晶組織不同，鑄造高溫合金分為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，其使用性能和制備難度依次提高。高溫合金精密鑄造主要設(shè)備包括真空澆注爐、壓蠟機、真空熱處理爐等。例如，圖南股份擁有多型號真空澆注爐，可批量生產(chǎn)澆注重量650kg以內(nèi)、最大直徑1500mm的精密鑄件。對于定向凝固柱晶鑄造來說，還需要真空感應(yīng)定向凝固爐，例如鋼研高納引進的VIM IC 10 DS/SC真空感應(yīng)定向凝固爐真空，

2、由德國ALD公司生產(chǎn)，是國內(nèi)最先進的大型定向凝固生產(chǎn)設(shè)備，可生產(chǎn)高度達(dá)350mm的定向凝固渦輪葉片。國內(nèi)從事高溫合金鑄造業(yè)務(wù)的企業(yè)主要包括中國航發(fā)集團公司下屬鑄造廠商、航材院、鋼研高納、中科院金屬所、貴州安吉、圖南股份、應(yīng)流股份和萬澤股份等。航材院的鑄造高溫合金主要針對發(fā)動機渦輪葉片和大型、整體復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)件，進行高性能定向、單晶及金屬間化合物材料的設(shè)計、研制及其鑄造工藝技術(shù)研究。航材院的高溫合金鑄件產(chǎn)品包括高溫合金渦輪盤類、導(dǎo)向器、機匣類、等軸晶空心葉片和定向凝固空心葉片等。鋼研高納的高溫合金鑄造產(chǎn)品包括精密鑄造產(chǎn)品和高溫合金葉片。鋼研高納擁有先進的高溫合金精密鑄件生產(chǎn)線，并擁有高溫合金渦輪

3、導(dǎo)向器整體精密鑄造及重型燃機用大尺寸高溫合金葉片鑄造等核心技術(shù)。公司產(chǎn)品包括渦輪轉(zhuǎn)子、導(dǎo)向器、發(fā)動機機匣、渦輪葉片、導(dǎo)向葉片等等軸晶鑄件，渦扇發(fā)動機渦輪葉片、重燃用大尺寸渦輪葉片等定向凝固鑄件和渦輪葉片單晶鑄件等。中科院金屬所高溫合金研究部先后研發(fā)了系列（等軸晶、柱晶和單晶）鑄造高溫合金材料。中科院金屬所控股的中科三耐主要從事耐高溫、耐腐蝕、耐磨損高溫合金材料及其精密鑄件的開發(fā)與生產(chǎn)，主要產(chǎn)品包括高溫合金母合金材料、中小型燃?xì)廨啓C熱端渦輪葉片、重型燃?xì)廨啓C熱端透平葉片、航空航天發(fā)動機用渦輪葉片、増壓器葉片、玻璃棉噴吹離心器等。圖南股份擁有先進的特種冶煉、精密鑄造、制管等裝備，建立了特種熔煉、鍛

4、造、熱軋、軋拔、鑄造的全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)流程，是國內(nèi)少數(shù)能同時批量化生產(chǎn)變形高溫合金、鑄造高溫合金（母合金、精密鑄件）產(chǎn)品的企業(yè)之一。圖南股份的高溫合金精密鑄造產(chǎn)品主要應(yīng)用于航空領(lǐng)域。安吉精鑄是航空工業(yè)集團下屬的專業(yè)化精密鑄造企業(yè)，主要為不同類型的飛機、航空發(fā)動機、機載設(shè)備提供各類鈦合金、鋁合金、高溫合金、鎂合金、耐熱鋼、不銹鋼、結(jié)構(gòu)鋼、銅合金和合金鑄鐵等優(yōu)質(zhì)鑄件產(chǎn)品。公司擁有熔模精密鑄造、離心鑄造、陶瓷型鑄造、冷凝樹脂砂鑄造、金屬鑄造等各類工藝方法，大型復(fù)雜高溫合金整體精密鑄造技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。應(yīng)流股份計劃建成等軸晶葉片生產(chǎn)線、定向和單晶葉片生產(chǎn)線、機匣及航空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)線，涉及高溫合金產(chǎn)品主要

5、包括葉片、機匣及航空結(jié)構(gòu)件等。萬澤股份在高溫合金業(yè)務(wù)方面，致力于研發(fā)、生產(chǎn)精密鑄造葉片、粉末冶金盤件、高溫合金母合金及合金粉末等。目前，從營收上看，公司高溫合金業(yè)務(wù)營收占比較低。2020年，公司高溫合金業(yè)務(wù)營收0.34億元，占公司營收的6.14%。營收規(guī)模方面，承擔(dān)高溫合金鑄造業(yè)務(wù)的上市公司中，鋼研高納鑄造高溫合金業(yè)務(wù)營收規(guī)模最大。鋼研高納鑄造高溫合金業(yè)務(wù)產(chǎn)品包括高溫合金母合金、精密鑄造合金制品、高溫合金葉片、高溫合金離心鑄管及靜態(tài)鑄件等，涵蓋航空、航天、石化、冶金等行業(yè)。近幾年，鋼研高納鑄造高溫合金業(yè)務(wù)營收規(guī)模持續(xù)增長，2020年，鋼研高納鑄造高溫合金業(yè)務(wù)營收9.94億元。盈利能力方面，圖南

6、股份的高溫合金鑄件產(chǎn)品毛利率較高。圖南股份高溫合金精密鑄件主要用于航空領(lǐng)域，主要規(guī)格型號產(chǎn)品通過前期實驗論證長試考核后達(dá)到量產(chǎn)階段，盈利能力較強。圖南股份的高溫合金鑄件產(chǎn)品包括了母合金冶煉和精密鑄造的生產(chǎn)流程。其中，母合金冶煉屬于產(chǎn)業(yè)鏈上游而精密鑄造屬于產(chǎn)業(yè)鏈中游。若按圖南股份高溫合金母合金產(chǎn)品毛利率剔除母合金冶煉環(huán)節(jié)的影響，圖南股份的高溫合金鑄造業(yè)務(wù)毛利率為54.94%（2017年）、58.30%（2018年）和60.87%（2019年）。2 、高溫合金鍛造航空發(fā)動機和燃?xì)廨啓C上，高溫合金鍛件主要用于渦輪盤等盤類件、機匣、環(huán)類件以及軸類件等。根據(jù)鍛件的尺寸和形狀、采用的工裝模具結(jié)構(gòu)和鍛造設(shè)備

7、的不同，鍛造主要分為自由鍛、模鍛、輾環(huán)。自由鍛：指用簡單的通用性工具，或在鍛造設(shè)備的上、下砧之間直接對坯料施加外力，使坯料產(chǎn)生變形而獲得所需的幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量的鍛件的加工方法。自由鍛以生產(chǎn)批量不大的鍛件為主，采用鍛錘、液壓機等鍛造設(shè)備對坯料進行成形加工，以獲得合格鍛件。自由鍛件的核心制造設(shè)備是快鍛機?？戾憴C一方面可以用于自由鍛件生產(chǎn)，另一方面也用于模鍛的制坯。國內(nèi)用于高溫合金自由鍛的快鍛機設(shè)備包括三角防務(wù)的31.5MN快鍛機、派克新材的31.5MN快鍛機等。模鍛：指金屬坯料在具有一定形狀的鍛模膛內(nèi)受壓變形而獲得鍛件，模鍛一般用于生產(chǎn)重量不大、批量較大的零件。模鍛液壓技術(shù)主要用于對尺寸大且內(nèi)部

8、微結(jié)構(gòu)要求高的航空金屬部件制造，實現(xiàn)常規(guī)鍛造、切削、鏜銑等加工方法難以實現(xiàn)的工藝要求。大噸位模鍛液壓機是模鍛工藝的核心設(shè)備。我國大噸位模鍛液壓機的裝備始于1967年，由中國第一重型機器廠建造的300MN級模鍛液壓機，裝備于重慶西南鋁加工廠，該設(shè)備于1973年投產(chǎn)，使用至今。近年來，我國陸續(xù)裝備大噸位模鍛液壓機，包括萬航模鍛的800MN模鍛液壓機和三角防務(wù)的400MN模鍛液壓機。輾環(huán)：又稱為環(huán)形軋制，借助輾環(huán)機使環(huán)件產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形，進而實現(xiàn)壁厚減小、直徑擴大、截面輪廓成形的塑性加工工藝。與傳統(tǒng)自由鍛、模鍛等工藝相比，輾環(huán)可大幅度降低設(shè)備噸位和投資，具有振動沖擊小、節(jié)能節(jié)材、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)

9、成本低等顯著優(yōu)點，屬于無縫環(huán)件的先進加工技術(shù)。碾環(huán)機設(shè)備較輕、投資較低，輾環(huán)行業(yè)壁壘主要體現(xiàn)在技術(shù)工藝、資質(zhì)、人才、質(zhì)量管理等方面。高溫合金為難變形金屬材料，鍛造過程難點包括材料塑性差、變形抗力高、流動性差、鍛造溫度范圍窄、鍛造過程變形難以控制、微觀組織性能難以控制等。因此，有較高的技術(shù)工藝壁壘。在人才方面，難變形金屬材料環(huán)鍛研發(fā)人員和技術(shù)工人培養(yǎng)一般需要3到5年時間，人才儲備也是行業(yè)重要壁壘。圖：高溫合金輾環(huán)國內(nèi)從事高溫合金鍛造業(yè)務(wù)的企業(yè)除中國航發(fā)集團體系內(nèi)的廠商外，主要有中航重機所屬的貴州安大和陜西宏遠(yuǎn)、派克新材、三角防務(wù)、萬航模鍛、航宇科技和西南鋁業(yè)等。其中，陜西宏遠(yuǎn)、萬航模鍛和三角防務(wù)

10、以模鍛業(yè)務(wù)為主，貴州安大、派克新材和航宇科技以輾環(huán)業(yè)務(wù)為主。從成本率方面看，高溫合金鍛造企業(yè)的材料成本率較高，中航重機、派克新材的鍛造產(chǎn)品中材料的成本率在45%-55%之間，航宇科技的材料成本率更高，在55%以上。近幾年，隨著航宇科技制造費用成本率的降低，其毛利率逐年提升。三角防務(wù)模鍛業(yè)務(wù)有較低的材料成本率，其模鍛業(yè)務(wù)毛利率較高。營收規(guī)模方面，擁有貴州安大和陜西宏遠(yuǎn)兩家鍛造業(yè)務(wù)子公司的中航重機規(guī)模最大。兩家子公司中，貴州安大產(chǎn)品以航空環(huán)鍛件為主，同時從事一定規(guī)模的模鍛件業(yè)務(wù)；陜西宏遠(yuǎn)以航空模鍛件為主，同時從事一定規(guī)模的航空環(huán)鍛件業(yè)務(wù)。貴州安大和陜西宏遠(yuǎn)是國內(nèi)最早從事航空鍛件業(yè)務(wù)的企業(yè)，擁有一定

11、的技術(shù)先發(fā)優(yōu)勢。盈利能力方面，三角防務(wù)的模鍛業(yè)務(wù)毛利率領(lǐng)先。2020年，中航重機（鍛造業(yè)務(wù)）、派克新材、航宇科技和三角防務(wù)（自由鍛產(chǎn)品）業(yè)務(wù)毛利率在25%-30%，各企業(yè)毛利率相差不大。三角防務(wù)模鍛業(yè)務(wù)擁有400MN大型模鍛液壓機，生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)先，業(yè)務(wù)毛利率也處于領(lǐng)先位置，2020年毛利率達(dá)46.03%。3 、粉末冶金是生產(chǎn)高溫合金的一項新技術(shù)用粉末冶金的方法生產(chǎn)高溫合金是20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的一項新技術(shù)。粉末高溫合金是將高溫合金霧化成粉末，再經(jīng)熱等靜壓成型或熱等靜壓加鍛造成型的生產(chǎn)工藝制造出高溫合金產(chǎn)品，具有金屬利用率高、成本低的特點。粉末冶金技術(shù)解決了傳統(tǒng)鑄鍛材料合金化程度低、組織宏觀偏析、

12、加工性能差等缺陷，制備的材料具有晶粒細(xì)小、組織均勻、無宏觀偏析、合金化程度高、屈服強度高及疲勞性能好等優(yōu)點，被認(rèn)為是制造高速轉(zhuǎn)動熱端部件的首選材料，代表性應(yīng)用包括航空發(fā)動機用渦輪盤等。粉末高溫合金制造的原材料為經(jīng)過真空感應(yīng)熔煉的母合金，工藝流程包括粉末制備、粉末處理、脫氣裝套封焊、熱等靜壓（HIP）成形、機加工、熱處理、超聲無損檢測、性能測試等。鋼研高納采用等離子旋轉(zhuǎn)電極工藝（PREP）制備高溫合金粉末。國內(nèi)制造粉末高溫合金的企業(yè)主要有航材院和鋼研高納。航材院的粉末高溫合金業(yè)務(wù)包括粉末制備、坯料制備和制件，材料牌號包括FGH4095、FGH4096等，產(chǎn)品包括粉末高溫合金渦輪盤等。鋼研高納粉末

13、高溫合金產(chǎn)品包括熱等靜壓成形產(chǎn)品和熱等靜壓加鍛造成形產(chǎn)品兩類。熱等靜壓成形產(chǎn)品中，鋼研高納可生產(chǎn)FGH4095、FGH4096、FGH4097、FGH4091和FGH4098等牌號高溫合金的粉末、坯料以及環(huán)、軸、盤等制件；熱等靜壓加鍛造成形產(chǎn)品中，鋼研高納可生產(chǎn)FGH4095、FGH4096和FGH4098等牌號的高溫合金盤、環(huán)類鍛件。鋼研高納研制的FGH4095、FGH4096和FGH4097高溫合金已批量用于國內(nèi)多型號航空發(fā)動機。4、其他高溫合金制造其他高溫合金制造工藝包括氧化物彌散強化高溫合金（ODS高溫合金）、高溫金屬基自潤滑材料等。ODS高溫合金：ODS高溫合金采用機械合金化（MA）技術(shù)，通過高能球磨的方法將高熱穩(wěn)定性的超細(xì)氧化物強化相均勻分散到合金基體中形成氧化物彌散強化(ODS)高溫合金。該技術(shù)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)難度大，目前屬于國外對中國封鎖技術(shù)，鋼研高納是國內(nèi)目前唯一一家可以生產(chǎn)ODS高溫合金產(chǎn)品的企業(yè)。圖：大型回轉(zhuǎn)式機械合金高能球磨