概況：
高溫合金——是當前軍工產業鏈最優質賽道。軍工材料本輪周期疊加軍品放量+進口替代邏輯，或將持續 3 年以上時間。軍工材料端以高溫合金為代表將是整個軍工產業鏈最好賽道，歷史上看，其原因包括：技術壁壘高、附加值高、業績彈性大、估值容忍度最高。軍工高景氣度、材料最優賽道、相關公司業績持續釋放，高溫合金個股迎來戴維斯雙擊。
高技術壁壘。
高溫合金是在高溫、應力條件下仍能按設計要求正常工作的金屬材料。變形、鑄造與粉末高溫合金是最常見的分類。核心應用在航空航天領域，佔總使用量 55%；其中，主要應用在航空發動機中。
技術瓶頸主要有三點：1）成分設計與控制；2）設備及其操作；3）後部工序，其中設備最為關鍵。由於技術難度高、工藝複雜，往往實際產量遠低於產能。
高價格、超強盈利能力。因其原材料成本高、製備工藝複雜、流程長等原因，售價普遍較高。高溫合金售價一般在數萬元至百萬元之間，常見品種預計平均價格在 15-30 萬元左右；毛利率也維持較高水平，比如撫順特鋼平均毛利 40-50%、鋼研高納則維持 30%左右、圖南股份鑄造產品 40%以上。
極其穩定的競爭格局。國內生產廠家主要三類，老牌鋼廠、科研院所、鑄造廠等，鋼企重批量生產、院所重研發、鑄造廠重加工；寡頭壟斷，後來者較難進入。當前年產能 2.5 萬噸，實際產量 1.5 萬噸不到。
景氣上行周期。
航空發動機核心應用。20 年對應高溫合金需求 2.3 萬噸左右，到 25年將達到 3.1 萬噸左右，年均複合增速 5.3%；2）其餘需求，包括燃汽輪機、汽車、電力、石化等。測算國內當前合計需求超過 3.1 萬噸，這其中主要包括了發動機需求以及國產替代需求，預計國內未來年均需求複合增速將超過 6%。
按照目前產量，國內高溫合金自給率不到 50%，缺口 1.6 萬噸。
一、高溫合金——軍工材料產業鏈最優質賽道
1.1 高溫合金簡介
高溫合金，又稱熱強合金或超合金（superalloy），是指在高溫、應力條件下仍能按設計要求正常工作的金屬材料。
高溫合金服役條件苛刻：1）600-1200℃的溫度；2）氧化和燃氣腐蝕環境；3）複雜應力（蠕變、高低周疲勞、熱疲勞等）。因此除優異的承溫能力、抗氧化性、抗熱腐蝕、抗疲勞、斷裂韌性/塑性等，還必須具備良好的組織穩定性和使用可靠性。
高溫合金研發最早起源於 20 世紀 20 年代，30 年代開始用於渦輪噴氣發動機，此後隨著航空、航天發動機的升級換代，其工藝、成分、品種、性能等也不斷改進。
高溫合金的分類。高溫合金的分類方法眾多，如按基體元素、按製備工藝、按強化方式、按使用性能等。
按基體元素可分為鐵基、鎳基和鈷基，其中鎳基合金最為普遍；
按製備工藝又可分為變形高溫合金、鑄造高溫合金、粉末冶金高溫合金，這也是目前使用最多的分類方法。
目前，國內應用最多、涵蓋範圍最廣的是變形高溫合金與鑄造高溫合金，兩者工藝的區別，導致了其性能、應用範圍也不同。
高溫合金的市場構成。
按製造工藝劃分，目前我國高溫合金市場需求佔比最高的是變形高溫，佔整個高溫合金市場需求的 70%以上；
按合金基體元素來分，佔比最大的是鎳基高溫合金，佔比達到了 80%以上。
高溫合金的應用。高溫合金核心應用在航空航天領域，近幾年已逐步延伸至許多民用領域。
軍用：高溫合金一直是現代航空、航天發動機熱端部件關鍵材料中不可替代的主角，沒有高溫合金就沒有現代航空事業。
民用：石油化工、電力、汽車、核能等多個工業行業，如工業用燃氣、蒸汽輪機、車用渦輪增壓器、石油化工能源轉換裝置等，民用領域高溫合金的使用正在逐步替代傳統的不鏽鋼。
高溫合金在航空航天中的應用。
從需求佔比看，全球高溫合金主要應用在航空航天市場，佔總使用量55%，其次是電力的 20%和機械的 10%。
原材料佔航空發動機成本約 50%，高溫合金為原材料的主要構成，約佔材料成本的 36%。
1.2 高溫合金的高壁壘
高溫合金的高準入壁壘主要因其高難度的生產技術工藝，特別是對生產工藝流程的管控。高溫合金的製備工藝因品種而不同，大體步驟有三個：熔煉、鑄造、熱加工，各個環節又有多種方法。粉末高溫合金則主要通過粉末法替代熔煉。
技術瓶頸主要體現在成分、設備及熱處理三個方面：
1）成份配比，直接決定熔煉結果及後續工序，這也是開發新產品的重要性所在。成分決定了組織特點，其要求三個：材料純淨度、晶粒細化和均勻化、防治宏觀偏析等。
2）設備更為重要，設備對應的加工條件影響最終材料的微觀結構，越是尖端、先進材料越是如此，對設備的操作熟練度也很關鍵；高溫合金的生產設備眾多，如真空感應爐、真空電弧爐、真空自耗爐、電渣爐、水壓機、精鍛機等，國內外設備先進程度存在不小差距。
3）後部工序：熱處理工藝及無損探傷等，是所有金屬材料的共性。
1.3 高壁壘鑄就高售價、高毛利
高溫合金是整個特鋼行業或者說是整個軍工材料領域盈利能力最強的品種之一。
高溫合金因其原材料成本高、製備工藝複雜、流程長等原因，售價普遍較高。高溫合金售價一般在數萬元至百萬元之間，常見品種預計平均價格在15-30 萬元左右。
根據主要高溫合金上市企業撫順特鋼、鋼研高納、圖南股份等財報數據顯示，變形高溫合金售價普遍在 15-20 萬元/噸，部分品種價格或更高；而鑄造高溫合金由於其製造工藝難度更高，其售價也更高。
相對於售價而言，高溫合金毛利率也維持較高水平，比如撫順特鋼平均毛利 40-50%、鋼研高納則維持 30%左右、圖南股份鑄造產品 40%以上。
二、正值高景氣周期，供給缺口持續放大
2.1 國內高溫合金競爭格局穩定，高壁壘致放量緩慢
我國高溫合金行業是在蘇聯基礎上發展起來，1956 年在蘇聯專家指導下試製出第一爐高溫合金 GH3030。五十多年來，我國完成了從無到有、從仿製到自主創新的過程，合金的耐溫性能從低到高、先進工藝得到應用、新型材料得以發展、生產工藝不斷改進、產品質量不斷提高，成為世界上少數建立了自己高溫合金體系的國家。
目前我國高溫合金牌號已達到數百種，有些達到國外同類水平，但總體上較美國先進水平仍有一定距離：1）材料純淨度低；2）工藝不嚴導致毛坯合格率低；3）工業化應用率低；4）部分產品批量不足；5）燃氣輪機中部分大尺寸、精鑄葉片尚未國產化。
經過多年發展，我國高溫合金已基本形成了自己的體系和研究生產基地，航空和其他工業部門使用的各種高溫合金均可以國內生產供應。迄今為止形成了幾大類生產基地：
鋼廠類：撫順特鋼、寶鋼特鋼（原上鋼五廠）、攀長鋼和齊齊哈爾等特鋼廠，包括重新進入的中信特鋼等，主要生產變形高溫合金；
各主機廠下屬精密鑄造廠，主要生產鑄造高溫合金基地；
鋼鐵研究總院、北京航材院和瀋陽金屬所等科研院所，主要開發、生產高端和新型高溫合金；
此外，近幾年部分民企開始涉及高溫合金領域，如圖南、江蘇隆達、廣大特材、永興不鏽等
根據特鋼協會數據，2019 年會員鋼企高溫合金材產量 8499 噸，相較於前幾年略有下降，考慮部分研究院所以及民企產量並未納入統計數據，同時，由於產品技術壁壘問題，產能與實際產量之間存在一定差距，預計目前國
內主要高溫合金生產企業年均產量在 1.5 萬噸左右，而由於高溫合金技術要求高，近幾年擴產進度緩慢。
2.2 需求高增+國產替代，供需缺口持續放大
根據上述高溫合金產能統計，考慮現有產能+在建產能，國內高溫合金總產能預計在 2.5 萬噸左右，但因為生產工藝複雜、所需產品牌號眾多等問題，實際產量遠低於產能數據，預計國內現有產量不到 1.5 萬噸左右。
而根據我們的需求測算，國內當前需求超過 3.1 萬噸，也意味著，按照目前產量，國內高溫合金自給率不到 50%，缺口 1.6 萬噸。這其中包括了需求端，特別是發動機相關需求的增長，以及國產替代需求，預計國內未來年均需求複合增速將超過 6%，僅以目前產能產量情況，供需缺口將持續放大。
三、航空發動機高溫合金需求
3.1 高溫合金在航空發動機中的應用
在現代航空發動機中，高溫合金佔有極其特殊的重要地位。高溫合金從誕生起就用於航空發動機，航空發動機內多數部件都需要在高溫高壓的惡劣環境下長期工作，對性能、工藝要求極高，因此高溫材料是必須的。
航空發動機的四大熱端部件
高溫合金在航空發動機內主要應用於四大熱端部件：燃燒室、導向器、渦輪葉片和渦輪盤，在高性能的航空發動機中，高溫合金還用於壓氣機後端盤、轉子葉片及機匣、環件、加力燃燒室和尾噴口等。
發動機苛刻的服役條件導致其對材料性能的高要求：1）高溫→熱強性（抗蠕變和斷裂）；2）高載荷→高溫比強度和比壽命；3）高氧化腐蝕→高溫抗氧化能力；4）高性能重量比→韌性；5）高可靠性→導熱性和低熱膨脹係數；6）高壽命→熱疲勞性、低循環疲勞。
航空發動機中高溫合金用量。軍用航空發動機單位用高溫合金預計 3.7 噸左右，民用則預計 13.5 噸左右。
重量佔比 40-60%。根據圖南股份招股說明書，高溫合金用量佔發動機總重量的 40%-60%，在先進發動機中已經超過50%，甚至可能達到70%，越先進發動機高溫合金佔比越高，發動機越先進鑄造高溫合金的比重越大，鑄造高溫合金相對於變形高溫合金成本高、設計更複雜。
發動機重量。戰鬥機和商用飛機重量不同：1）按照當前主流型號，戰鬥機發動機重量一般為 1.0-3.0 噸，假設平均 1.5 噸；2）商用飛機則參考波音 787 GEnx發動機參數，單個重量約 5.4 噸。
高溫合金成材率、用量比例。如普通鋼材一樣，高溫合金在製備過程中存在成材率的問題，而且由於加工難度、使用複雜性等，其成材率遠低於一般特鋼。根據西部超導招股說明書，高溫合金全流程成材率預計 20%-40%。
綜上，測算軍工航空發動機單位用高溫合金預計 3.7 噸左右，民用則預計 13.5 噸左右（重量佔比按 50%、成材率按 40%左右）。
3.2 對應高溫合金需求2.3 萬噸，未來 5 年年均複合增速 5.3%
根據我們的測算，航空發動機對應高溫合金需求中，軍機部分高溫合金需求 2020 年為 1.9 萬噸，到 2025 年有望達到 2.72 萬噸左右，年複合增速6.2%；民機部分年均高溫合金需求 4050 噸。綜上，2020 年航空發動機對應高溫合金需求 2.3 萬噸左右，到 2025 年將達到 3.1 萬噸左右，年均複合增速 5.3%。
1）軍機部分
我國軍用飛機經過幾十年的努力，已經在三代戰鬥機、軍用直升機、運輸機領域得到了快速發展，殲 10、殲 11、殲 15、武直 10、殲 20、運 20 等一批先進武器裝備先後列裝，未來新一代四代機以及運輸機、轟炸機的批量生產將帶來大量高端渦扇發動機的需求。
2018 年珠海航空展上，適量推力版的 WS-10B 發動機公開亮相。而近期，根據公開的試飛照，運 20 配 WS-20 國產發動機實現首飛。前期殲 10、殲11 均使用俄制 AL-31 發動機，考慮到軍用航空發動機進口替代以及老舊二代、三代機型替換需求，未來我國軍用航空發動機的市場需求空間巨大。
對於需求的測算，我們主要考慮如下方面：
飛機數量預測。按《國際飛行》雜誌統計，2018 年、2019 年我國戰機數量分別為 2955 架、3187 架，增速為 7.8%。我們假設未來 5 年年均增速保持在 7-8%，到 2025 年我國軍機數量將達到 4919 臺。
常規維修更新需求。發動機超過使用壽命均需要替換，戰鬥機發動機工作壽命正常 1000-2000 小時，其單架戰機平均飛行 5 小時/天，即戰機發動機平均更換周期約 1 年。考慮雙發戰機數量增多以及其他單發戰鬥機，假設每架飛機發動機年均維修替換需求為 1.5 臺，對應 2020年存量飛機發動機維修需求 4780 臺，到 2025 年超過 6800臺。
新增需求。假設未來 5 年年均增速保持 7.5%，對應 2020 年新增發動機 359 臺，到 2025 年單年度增加 515 臺。
綜上合計，2020 年我國軍用發動機數量 5139 臺，到 2025 年達到7378 臺。按照每臺 3.7 噸高溫合金用量，目前當年年均高溫合金需求量 1.9 萬噸左右，到 2025 年將達到 2.72 萬噸左右（考慮新增+維修），年複合增速 6.2%。
2）民機部分
據民航局官網發布的《2019 年民航行業發展統計公報》，截至 2019 年底，民航全行業運輸飛機期末在冊架數 3818 架，比上年底增加 179 架，同比增長 5%。同時，2015-2019 年期間，年均複合增長 10%左右。
對應高溫合金需求測算如下：
根據以上信息，預計 2020 年我國民航機隊規模將達到 3800 架以上。考慮國內幹線飛機如波音和空客系列全部依賴進口，因此只有支線飛機可以國內供貨，目前國內支線飛機 ARJ21 在三大航佔比約 10%左右，在所有商用飛機為雙發的情況下，意味著有維修需求的發動機數量在760 臺左右。
使用壽命：商用飛機發動機使用壽命更長，假設平均 10000 小時，但考慮商用飛機使用時間較長，預計平均工作年限為 3-4 年，即 3-4 年替換一次。
根據以上測算，到 2025 年我國民用飛機發動機對應高溫合金需求年均300 臺左右；按單個民用航空發動機對應高溫合金需求 13.5 噸左右，對應民用領域年均高溫合金需求 4050 噸。
四、其他領域高溫合金需求
4.1 燃氣輪機
燃氣輪機是高溫合金另一重要應用。按照輸出功率來劃分，燃氣輪機可分為微型、輕型和重型三類。其中微型和輕型燃氣輪機可由航空發動機改制而成(又稱為「航改燃」)，功率通常在 50MW 以內，可用於工業發電、船舶動力、管道增壓、坦克機車、分布式發電及熱電聯供等場景。重型燃氣輪機功率在 50MW 以上，主要用作陸地上固定的發電機組，如城市電網。
燃氣輪機是一種先進而複雜的成套動力機械裝備，是典型的高新技術密集型產品，被稱為裝備製造業「皇冠上的明珠」。因其體積小、重量輕、功率大、效率高等優點，被廣泛用於船舶動力、發電裝置上。
燃氣輪機同時作為一種旋轉式熱力發動機，結構與飛機噴氣式發動機非常相似，高溫材料在其中佔據極其重要的地位。由於結構龐大、工作溫度更高（1300℃），其對高溫合金性能要求甚至比軍用還嚴。
值得重視的是，隨著國內燃氣輪機在軍用艦艇、工業與民用發電發展
運用，其需求空間廣闊。比如燃氣輪機在西氣東輸、西單東送、南水北調工程中均大量使用，我國艦船製造業也需要大量 30MW 級燃氣輪機；按中航空業估計，僅中石油一家，在燃氣輪機上每年需求的價值就達到 30 億元。
高溫合金在燃氣輪機中主要應用於燃燒室、過渡導管、導向葉片、渦輪工作葉片以及渦輪盤等五大部件上。
需求測算：
燃氣輪機市場：按照中航工業以及綱研院估算值，國內 2011-2020 年燃氣輪機聯合循環裝機容量將達到 30000MW，而 2010 年時僅為8100MW，即意味著十年間複合增長率 16.7%。
燃氣輪機數量：參照中國過去兩輪燃氣輪機招標情況，我國燃氣輪機單臺平均容量為 40-50MW，因此 2020 年燃氣輪機數量將達到 700 臺以上。
單位用量：按照《中國高溫合金 50 年》專家分析，燃氣輪機單位葉片重量相當於航空發動機的 2-3 倍，我們假設燃氣輪機整體用量比例相同，則意味著單臺燃氣輪機用高溫合金達到 7-11 噸。
由此，我們測算 2020 年我國燃氣輪機領域對應高溫合金用量達到6300 噸，年新增需求 900 噸左右；若未來複合增長率繼續維持 16%以上，則到 2025 年年均新增需求 1950 噸左右。由於燃氣輪機使用壽命 10 萬小時以上，暫不考慮更換需求。
4.2 汽車
汽車也是高溫合金重要下遊。
主要用於汽車渦輪增壓器的製造；其次汽車發動機中排氣閥、燒嘴、熱發生器等裝置零件也需使用到高溫合金。
廢氣渦輪增壓器具有減少有害排放、降低噪聲汙染、提高機械效率、提升功率等優點。目前國內汽車渦輪增壓器綜合滲透率達到 50%左右，但較英、美、法等 80%左右的水平仍然偏低，未來有提升空間。
用量測算：
2020 年 1-10 月全國汽車產量為 1897.9 萬輛，同比下降 4.1%，預計全年產量 2400 萬輛左右。考慮汽車行業受到疫情影響，未來潛在產量增速回升，假設未來幾年符合增速 3-5%左右。
按照鋼研高納招股說明書，每萬輛汽車渦輪轉子高溫合金用量達到2.04 噸左右；
測算我國汽車工業高溫合金需求量目前為 4900 噸左右，2025 年將達近 6000 噸左右。
4.3 其他
其他高溫合金的應用領域還包括電力特別是核電，以及石油石化行業等。
高溫合金在核電工業中的應用
主要包括：燃料元件包殼管、燃料元件定位架、高溫氣體爐熱交換器等。此外，還包括大量堆內構件用不鏽鋼精密管和控制棒、核燃料包套管等。
燃料元件包殼管其管壁通常需承受600~800℃高溫，且壁又薄，這就要 求 其 必須 具 有 高的 蠕 變強 度 。此外， 包殼 受 到的應力約為120~150MPa，而材料內外部同時受冷卻劑和燃料的侵蝕。
石化工業設備因操作條件苛刻，特別是壓力容器、管線、管件、閥門等需大量使用鐵基和鎳基合金材料。
雖然碳鋼是石化工業領域最常用的結構材料，但其使用條件僅限於343℃以下，溫度更高時必須使用更高級的耐熱合金材料，650℃以上應用主要是火焰式加熱爐，還包括管件、集合管、閥門、旋風分離器等設備。
以石油化工管式裂解爐為例，管內通以裂解原料，管外用液體燃料或氣體燃料燃燒所發出的熱量來加熱管外壁。通過管壁的傳熱，將熱量傳遞給管內的反應物料。裂解反應溫度較高(約 800℃)，而管外壁的溫度更高，這樣才能把熱量傳導到管內去。因此必須用高熱強度及耐高溫 1000℃以上的合金。 隨著社會需求的擴大、環保法規的趨嚴以及煉油工藝的不斷發展，高溫合金在石化裝置上的應用越發廣泛，諸如流化催化裂化裝置、水蒸汽轉化制氫裝置、乙烯裂解裝置中高溫閥門、催化劑爐管、二次轉化爐內構件、反應器再熱器、波紋管，均為高溫部件，需使用大量高溫合金。
高溫合金除在上述市場得到大量運用之外，還廣泛應用於玻璃製造、冶金、醫療器械等領域，產品包括生產玻璃棉的離心頭和火焰噴吹坩堝，平板玻璃生產用的轉向輥拉管機大軸、端頭和通氣管，人工關節等等。
我們預計這些市場目前每年帶來高溫合金需求 2000-3000 噸，年增速與其它行業相似，總體 5%左右。
五、國內領軍企業
首推國內變形高溫合金絕對龍頭撫順特鋼！
國內老牌特鋼新材料企業。公司是我國軍工配套材料重要的研發和生產基地，具備 60-70 萬噸鋼材產能。核心 「三高一特」產品高溫合金、超高強度鋼、特種不鏽鋼，產量規模上保持國內第一，高端市佔率達到 60%。
沙鋼入主，經營管理實質性改善。17 年東北特鋼集團實施破產重整計劃，沙鋼集團實控人沈文榮入主。自沙鋼入主撫鋼兩年以來，公司在經營管理各方面措施全面鋪開，且經營指標已經得到顯著改善。20 年前三季度，公司實現歸母淨利潤 4.04 億元，同比增長 132.6%。其中，淨利率達到 8.34%，為歷史最好水平。
高溫合金老牌龍頭，顯著低估。公司高溫、高強產品產能 2 萬噸，國內規模最大、品種最強。50%以上利潤來自高端產品，利潤體量可比公司中最大，且未來還有增長空間。
預計公司 20-22 年實現 EPS 分別為 0.28 元、0.35 元、0.44 元，對應PE 分別為 41 倍、33 倍、26 倍。維持「買入」評級
六、潛在風險
下遊民用需求不達預期。高溫合金下遊主要為航空航天，需求確定性高。近幾年需求增量中，民用領域的汽車、核電等領域增速較快，但其中部分行業一方面存在周期性，另一方面，部分相關零部件的材料替代升級是一個循序漸進的過程，不排除低於預期的可能性。
核心廠商擴產低於預期。如上文所述，高溫合金生產工藝流程長、複雜，難度較高。從歷史產量數據看，產能與實際產量有一定差距。不排除未來相關廠商新產能投放因為工藝、認證、成材率等問題不達預期的風險。（資料源：國金證券）