核电与其它领域的高温合金应用

核电工业使用的高温合金包括：燃料元件包壳材料、结构材料和燃料棒定位格架，高温气体炉热交换器等，均是其他材料难以代替的。例如，燃料元件包壳管的管壁在工作时需承受600-800℃的高温，需要较高的蠕变强度，因此大量采用高温合金材料。

高温合金材料在玻璃制造、冶金、医疗器械等领域也有着广泛的用途。在玻璃工业中应用的高温合金零件多达十几种，如：生产玻璃棉的离心头和火焰喷吹坩埚，平板玻璃生产用的转向辊拉管机大轴、端头和通气管、玻璃炉窑的料道、闸板、马弗套、料碗和电极棒等。冶金工业的轧钢厂加热炉的垫块、线材连轧导板和高温炉热电偶保护套管等。医疗器械领域的人工关节等。

三、高温合金的市场空间测算

根据测算，我们认为到2020年，国内高温合金需求约为39275吨，对应市场空间90.5亿元。

（一）航空发动机需求

假设1：在航空发动机中高温合金占总重量的40%-60%，在先进发动机中这一比例超过50%甚至更多。我们判断，随着航空工业的继续发展和高温合金材料科技的进步，这一比例还将继续提升。我们假设高温合金占航空发动机重量的60%，占民用航空发动机和其他军机重量的40%。

假设2：通过与已有国内外相似型号飞机发动机规格对比，我们假设战斗机发动机重量约1.7吨，运输机、民用大飞机发动机重量约4吨，其他飞机航空发动机重量约1吨。

假设3：高温合金的材料性能、加工难度要高于普通合金和钢材，其材料成型率远低于一般特钢。我们估计，1）在铸造和轧制过程中材料成型率70-80%左右；2）母合金进行加工时，废品率80%左右，全流程材料利用率15%-20%，我们假设高温合金全流程材料利用率为20%。

综上，我们预计每台战斗机航空发动机平均使用高温合金5.1吨，运输机航空发动机用高温合金12吨，其他航空发动机高温合金2吨；民用大飞机航空发动机用高温合金8吨。

根据测算，未来20年我用航空发动机高温合金需求为17.75万吨，民用大中型飞机发动机高温合金需求为7.36万吨。此外，低空开放将有望打开我国通用航空发展的瓶颈，未来20年通用航空保有量超过20000架，以平均1台发动机测算，通用航空发动机高温合金需求为5万吨。

综上，我们预测未来20年航空发动机高温合金需求为30.11万吨，平均每年市场空间1.51万吨。

（二）燃气轮机需求

*事应用占世界船用燃气轮机市场绝大多数份额。在领域，有75%以上的主力舰艇采用燃机动力；在民用市场，燃机主要应用于高速客船中。

我国目前船用燃机装舰率较低。已服役主力舰艇中仅有10艘驱逐舰装备有船用燃机。分别是2艘052型驱逐舰（装备LM2500），2艘052B型驱逐舰、6艘052C型驱逐舰（装备UGT-25000及QC280）。其动力配置方式均为柴燃交替动力（CODOG），每舰配备有2台燃机和2台柴油机。

随着中国多型船用燃机相继研制成功，中短期内燃机普及有望提速。我们认为，燃机普及将以30MW级船用燃机为核心，辅以4MW级小功率船用燃机。其中，30MW级燃机主要用于大型的驱逐舰、护卫舰等；4MW级燃机主要用于气垫登陆艇和快艇。

参考LM2500燃气轮机重量，我们假设国产燃气轮机重20吨，高温合金占重量30%，成材率20%，单台国产燃气轮机用高温合金30吨。

未来15年，我们认为将形成3大近海防御舰队+若干支航母编队+若干只两栖攻击/登陆编队为主体的作战体系。考虑到燃机应用情况，常规/核动力航母、两栖攻击/船坞登陆舰将其作为主要动力源的可能性较小，应用燃机的新型舰艇很可能主要配备在航母编队和两栖攻击/登陆编队中，且以驱逐舰和护卫舰为主，近海防御舰队则仅配备新型隐身艇。

按照未来15年将建设5个航母编队（2常+3核）、3个两栖攻击/登陆编队和3个近海防御舰队规模的假设，再考虑到燃机的更新与维护，我们估算未来15年30MW级燃机需求600台，4MW级燃机需求1476台。通过测算，未来15年燃气轮机高温合金需求达6.23万吨，平均每年4152吨。

（三）汽车废气增压涡轮

高温合金在汽车中主要应用于涡轮增压器的制造，其次包括排气阀、烧嘴、热发生器等零件也会用到高温合金。

涡轮增压系统对燃油效率和性能提升均有明显效果。涡轮增压是利用发动机排出的废气的能量来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。一般而言，加装废气涡轮增压器后的发动机功率及扭矩要增大20%—60%。

废气增压器涡轮生产在国外已有60多年的历史。目前，国外的重型柴油机增压器配置率*，中小型柴油机也在不断地增大其配置比例，如英、美、法等国家已达80%左右。

国内涡轮增压器配置率将持续提升，尤其是汽油机涡轮增压器配置率提升空间巨大。面对与日俱增的环保和能源压力，内燃机节能减排是大势所趋。涡轮增压是内燃机节能减排的有效手段，其中汽油机节油效果5-10%，柴油机节油效果10-20%左右。2012年我国内燃机涡轮增压器综合配置率为6.7%；其中车用柴油机配置率为62%，未来的增长点主要来自于轻卡装配率提升；而车用汽油机配置率仅5%左右，未来提升空间巨大。

依据钢研高纳招股说明书推算出我国目前每万辆汽车对高温合金的需求为2.04吨，随着涡轮增压器配置率的提升，每万量汽车的高温合金使用量将持续提高。

我们假设2013年每万辆汽车高温合金2吨，今后20年每年复合增长5%；到2020年汽车产量复合增速5%，2020年-2030年汽车产量复合增速3%。依据测算，2020年汽车用高温合金需求为8715吨，2030年为1.9万吨。

（四）核工业

核电中应用高温合金的主要部分包括燃料元件包壳管、燃料元件定位架、高温气体炉热交换器等。每座60万千瓦的核电站需用蒸发器“U”形传热管100吨。此外，还有大量的反应堆内构件用不锈钢精密管和控制棒、核燃料包套管等。这样仅一座60万千瓦的核电站堆芯约需要各类核级用管600多吨。

国产核电装备的应用，也将带动核电装备零部件供应市场。依据媒体报道的中广核集团董事长贺禹的讲话，我国目前在运和在建核电规模总计4875万千瓦，在建核电机组数量位居。

根据我国修改后的核电发展目标，2015年核电机组装机规模达到40GW建成，2020年核电装机目标为58GW运营+30GW在建，那么未来7年国内必须新开工40GW，对应35-40座100万千瓦机组。

我们假设1座100万千瓦机组需要各类高温合金1000吨，则未来7年核电工业对高温合金总需求约35000吨-40000吨，平均每年5000吨-5700吨。

（五）航天、核工业及其他行业

考虑到航天发动机每年发射次数较少且需求稳定，我们估计每年航天发动机对高温合金需求量在400-600吨左右。

此外，假设航空发动机、航天、燃气轮机、汽车、核工业占高温合金总需求的85%，则其他行业每年对高温合金需求约为5900吨。

四、国内外高温合金市场情况

（一）国外高温合金行业发展

目前，*每年消费高温合金材料近28万吨，市场规模达100亿美元。能够生产航空航天用高温合金的企业不超过50家，主要集中在美国、俄罗斯、英国、法国、德国、日本和中国。发达国家一般将涉及航空航天应用领域的高温合金产品作为战略物资，很少出口。

美国在高温合金研发以及应用方面一直处于地位，年产量约为5万吨，其中近50%用于民用工业。美国有很多独立的高温合金公司，能够生产航空发动机所用高温合金的公司有通用电气公司，普特拉—惠特尼公司，还有其他的生产特钢和高温合金的公司如汉因斯-斯泰特公司，佳能—穆斯克贡公司，因科国际公司等。这些公司都先后发展了公司自己的高温合金牌号。

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。英国是早研究和开发高温合金的国家之一。英国的铸造合金技术，代表性的是国际镍公司的Nimocast合金，后来该国的飞机发动机制造商罗尔斯罗伊斯控股公司又研制了定向凝固和单晶合金SRR99、SRR2000和SRR2060等，其研制的高温合金主要用在航空发动机制造方面。

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弥散强化高温合金方面取得较大的成功。近年来，致力于开发新型的耐高温合金，并成功开发出在1200℃高温下依然能保持足够强度的新合金。日本主要的高温合金生产企业是IHIcorporation，JFE、新日铁和神户制钢公司。

（二）国内高温合金行业格局

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。我们把国内从事高温合金的厂家分为四类：

1、特钢生产厂：东北特殊钢铁接团抚顺特殊钢公司（简称抚顺特钢），宝钢股份公司特殊钢事业部（简称宝钢特钢）和攀钢集团长城特殊钢公司（简称攀长钢）；

2、研究单位：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，东北大学，北京科技大学等。

3、发动机公司精密铸件厂：中航工业旗下各航空发动机公司的精密铸造厂：黎明、西航、黎阳、南方、贵航等。

4、锻件热加工厂：西南铝业公司，第二重型机械集团万航模锻厂，中航重机股份有限公司宏远航空锻铸公司和安大航空锻造公司。

目前，国内规模较大的高温合金生产企业有抚顺特钢和钢研高纳。此外，宝钢特钢、攀长钢、中科院金属所、北京航材院也具备一定的产能。

在航空航天产业中，用量最大的变型高温合金，主要由抚顺特钢、宝钢特钢、攀长钢等公司完成。特钢企业生产的变型高温合金，适用于大批量、通用性、结构较为简单的产品。钢研高纳在上市后也扩大了变形高温合金产能，募投项目达产后也具备了相当的变型高温合金产能。

目前具备铸造高温合金精铸件的厂家分为两类，一类是钢研高纳、中科院金属所和北京航材院三家公司；另一类是黎明、西航、南方、成发等专业发动机厂自行生产精铸件。三家单位主要承接航天航空发动机厂对外委托的精铸件业务。目前三家单位在铸造高温合金的材料制备、生产技术上均有各自特点，其中钢研高纳产能大于其余两家。