（报告出品方/作者：国联证券，孙树明、叶鑫）
1空天动力部件主要材料
高温合金是一种具有极高抗疲劳强度、抗拉强度、抗腐蚀性和抗氧化性的新型金属材料。高温合金可在℃以上的高温环境下适应对应的压力作用并长期工作，是飞机、火箭、导弹、舰船等所用动力装置的重要结构基础，对提高武器装备性能、延长寿命、降低能耗和成本有着关键影响，同时对国民经济和高技术产业的形成与发展也发挥着重要作用。
1.1产品种类划分方式多样
高温合金材料可按照以下三种方式划分：基体元素种类、合金强化类型、材料成型方式。根据基体元素种类，高温合金主要可分为铁基、镍基、钴基。铁基高温合金又称作耐热合金钢，它以铁作为基体，同时加入少量的镍、铬等元素；镍基高温合金以镍作为基体，含镍量在一半以上，适用于℃以上的工作条件，采用固溶、时效的加工过程，可以使其抗蠕变性能和抗压抗屈服强度大幅提升；钴基高温合金以钴为基体，钴含量约60%，同时需要加入铬、镍等元素来提升高温合金的耐热性能，虽然这种高温合金耐热性能较好，但由于钴资源相对匮乏，且加工比较困难，因此用量不多。
根据合金强化类型，高温合金可以分为固溶强化型高温合金和时效沉淀强化合金。所谓固溶强化型，即添加一些合金元素到高温合金中，形成单相奥氏体组织，溶质原子使固溶体基体点阵发生畸变，使固溶体中滑移阻力增加，从而提高合金强度和硬度。时效沉淀强化是通过高温下的“时间效应”过程，在铁、镍基高温合金中析出相应数量和尺寸的强化相，从而达到提高合金强度的效果。根据材料成型方式，高温合金可分为铸造高温合金、变形高温合金和粉末高温合金。铸造高温合金可细分为普通铸造合金、单晶合金、定向合金等，粉末高温合金可细分为普通粉末冶金和氧化物弥散强化高温合金。就应用范围而言，变形高温合金应用最广泛，用量约占70%，铸造高温合金约占20%，粉末高温合金约占10%。
1.2三大关键技术影响制备工艺
高温合金的制备工艺复杂，不同类型高温合金的工艺路线也不尽相同，其中的关键技术包括熔炼、热处理和铸造。关键工艺技术能够保证高温合金具有纯净的化学成分和较好的组织结构，直接影响着高温合金的性能和质量。
熔炼从源头提高高温合金纯净度，目前多采用三联工艺。熔炼是严格控制高温合金化学成分，保证其具有优异质量水平的重要工艺过程。国内外变形高温合金和粉末高温合金母合金的熔炼工艺主要有真空感应熔炼（VIM）、电渣重熔（ESR）和真空自耗（VAR）。为了进一步提高合金质量，目前多采用VIM+ESR+VAR的三联工艺以扩大高温合金定型、消除低倍缺陷，进而改善合金组织性能。
热处理决定高温合金组织性能，主要包括固溶处理和时效处理。热处理通过改善高温合金显微组织中晶粒度，强化相形状、数量、尺寸及分布，使其具有较好的组织性能。热处理包括固溶处理和时效处理，这两种方式的配合使用可以得到高温合金各种组织状态和性能的组合。固溶处理的目的是消除加工硬化，恢复合金的组织和性能；高温合金经固溶处理获得固溶体和晶粒尺寸后，经时效处理以达到晶内和晶界强化相合适的数量、形态和分布，并获得所需的强度和适当的性能组合。
精密铸造技术对铸件进行精密控形和精确控性，具体技术根据铸造结构不同存在差异。精密铸造依据构件不同部位承载的不同，可在高温合金熔体凝固过程中对晶粒与组织进行原位控制。精密铸造既可实现单一形态的等轴晶、定向柱晶、单晶生长控制，也可对整体构件的等轴晶和定向柱晶或单晶的复合生长进行控制。按照热端部件的结构特点和使用性能对高温合金组织的不同要求，精密铸造技术分为三类：定向凝固涡轮叶片精密铸造技术、整体叶盘精密铸造技术和大型复杂结构件整铸技术。
未来，高温合金工艺技术将向着提高承温承载能力和环境适应性能、增加高熔点合金元素含量的方向发展。其中，变形高温合金向承温更高、精密成形和低成本方向发展；铸造高温合金以高温度梯度定向凝固技术和新型、超纯单晶高温合金为未来研究重点方向；粉末高温合金将在提高工作温度的基础上，继续提高产品的强度、抗蠕变性能和使用寿命。
1.3国内核心技术水平仍有提升空间
1.3.1国外率先研究，国内起步较晚
20世纪30年代后期，英美等国率先开始研究高温合金。年，英国Mond公司在当时的电热丝材料80Ni-20Cr合金基础上加入Al和Ti，发展出了著名的Nimonic系列合金。美国和苏联也研制了类似的InconelX和ЖC-6K合金。60年代初期，铸造高温合金得到了迅速发展，具有代表性的是美国的IN-。70年代，美国的定向高温合金PWA得到了广泛应用；80年代，第一代单晶高温合金PWA已应用于长寿命的航空发动机。
世界上高温合金龙头企业主要分布于欧美、日本等发达国家，头部效应明显。以美国的通用电气公司、普拉特-惠特尼公司，英国的罗尔斯-罗伊斯公司和日本新日铁住金株式会社为代表的高温合金龙头企业具有领先的研制技术、成熟的产业体系和广阔的业务领域，他们主导着国际高温合金的发展，推动工艺技术的迭代升级和产品质量的不断提高。
国内高温合金起步较晚，从仿制开始探索，经工艺提高、自主试制，目前已进入创新发展阶段。我国于20世纪50年代开始研制高温合金，第一种高温合金GH于年顺利通过长期试车并批产；60年代，我国处于仿制前苏联体系高温合金的起步阶段；70~80年代，我国处于引进和试制欧美体系高温合金的提高阶段；90年代至今，我国已形成了完善的高温合金研制生产体系，并具备自主创新研发能力，成为世界上继美、苏、英之后第四个形成独立高温合金体系的国家。
1.3.2国内高温合金发展水平仍有提升空间
我国高温合金目前正在快速发展，技术逐步处于领先地位。铸造高温合金方面，我国已攻破高温合金整体机匣铸造、高温透平叶片铸造和单晶空心叶片铸造等技术；变形高温合金方面，国内开发了燃气涡轮盘电渣重熔连续定向凝固冶炼+3D锻造制坯+等温锻造、燃气涡轮盘增材制造等先进技术；粉末高温合金方面，我国已成功研制出第一代高强型和第二代损伤容限型粉末高温合金，正在研制高强损伤容限型第三代粉末高温合金。
尽管国内高温合金发展速度较快，但与欧美等国相比，仍有很多提升空间，包括研究水平、设备能力、工艺技术和生产管理方面：
研究水平
以单晶叶片为例，我国针对定向凝固过程中复合模壳与合金液间的界面反应以及组织影响研究并不充分；对单晶空心涡轮叶片的微观组织及晶体生长研究多集中在叶片凸台位置的凝固特征研究，并未结合单晶空心叶片结构特征对其微观组织及晶体生长规律进行系统研究；对组织缺陷研究不够充分，导致铸造缺陷较多，成品率较低。
设备能力
目前我国大部分高温合金企业熔炼设备为20t以下，现有最大的真空感应炉和真空电弧炉为抚顺特钢年新投产的30t真空感应炉和30t真空电弧炉，而20世纪末美国已有60t的真空感应炉，世界上最大的工业真空电弧炉容量已达t；我国真空电弧炉自产设备在自动控制软件、精密称重系统等方面偏弱，因此多从德国ALD公司或美国CONSAC公司等国外公司进口设备。
工艺技术
我国高温合金母合金熔炼过程中会产生数量较多、尺寸较大的非金属夹杂物，高温合金组织、性能存在分散性，纯净度尚无法达到国外水平，致使国内粉末盘整体质量与美国存在差距；我国合金棒材在冷拔变形、冷轧变形等变形工艺过程中，由于高温力学性能差，易开裂，导致产品成材率低；我国精密铸造陶瓷模壳体系仍沿用高温合金等轴晶或柱状晶制备工艺，缺乏承温更高的单晶合金复合陶瓷模壳的设计。
生产管理
我国高温合金棒材、环件零件加工过程中存在材料切除率高、利用率低，资源浪费严重的问题，尤其是机匣等零件材料利用率不足10%，导致原材料成本高，产品价格居高不下，而国外高温合金薄壁环材料利用率可达25%~30%；我国高温合金返回料多采用降级使用，其中众多具有高回收价值的稀有金属被浪费，而美国早在上世纪末，已经能将高温合金返回料的70%实现同级使用。
1.3.3行业壁垒较高，重在技术突破
高温合金材料属于先进金属材料，主要用于航空航天等国防军工重点领域，因此行业壁垒较高，具体可归纳为技术壁垒、生产组织能力壁垒、资金壁垒、市场先入壁垒和行业准入壁垒。
技术壁垒
高温合金工艺较为复杂，特种冶炼、精密铸造、锻造、焊接等工序需要技术积淀和不断的技术创新，特别是航空航天高温合金材料及制品领域对于质量可靠性、性能稳定性、产品外观尺寸精确性等方面都有着非常苛刻的要求。如果没有相应的技术储备和研发实力，一般企业很难进入高温合金生产领域。
生产组织能力壁垒
高温合金生产工序复杂、加工周期长，且往往具有多品种、小批量的生产特点，要获得高质量的产品，需要对整个生产过程进行精细化管理，这对企业的人员配置、生产组织、工序管理能力都提出了较高的要求。
资金壁垒
高温合金技术的不断进步对企业的生产设备提出了更高的要求。企业需投入较高成本购置先进生产设备，从而提升工艺水平以达到客户需求。同时，高温合金产品的研发也需要持续的资金投入，而新产品的认证周期相对较长，这也对企业的流动资金提出了要求。
市场先入壁垒
航空航天动力系统对高温合金产品的性能和质量要求较高，用户对供应商选择有严格的评定程序，供应商的变更存在较高的技术风险和不确定因素。因此，在产品质量稳定的前提下，用户在选定合格供应商后通常不会轻易更换。
行业准入壁垒
国家对武器装备科研生产活动实行许可管理，未取得许可不得从事相应生产活动。从事军品相关生产活动必须通过严格审查并取得军工资质。另外，在民用航空发动机、核电装备等领域，也各自存在相应的资质认证管理体系，生产厂家需要通过获得相关行业准入资质和认证，方能进入这些市场。
1.4“两机”专项政策推动行业发展
1.4.1“两机”专项引领，产研投资扩大
“两机”专项政策加速航发国产化进程，助力上游高温合金发展。年工信部启动“两机”（航空发动机与燃气轮机）重大专项，将我国航空发动机和燃气轮机自主创新的基础研究、技术、产品研发和产业体系的建立提升到了国家战略发展层面。“两机”专项投资规模已超千亿元，带动上游产业较大市场需求。高温合金占“两机”总重量的40%～60%，是热端部件的主要材料，预计受益于“两机”专项，高温合金有望具有较大成长空间。
更多行业政策跟进，产业发展势头可期。自“两机”专项实施后，国家出台大量推动高温合金自主创新研究的政策，并将高温合金作为国家战略性资源重点
联系电话：