未來高溫合金需求增加主要來自于幾個方面:
我國2019年高溫合金材料的產能為1.74萬噸,總需求卻達到了3萬噸,自給率為58%,國產替代空間大。再加上我國在航空航天產業研制先進發動機、燃氣輪機、核電設備等領域工藝上的突破,進一步刺激了市場對和新型高溫合金的需求;
從*的應用結構上來看,我國的高溫合金僅20-30%應用在民用領域,而*市場45%的高溫合金材料應用在民用領域(美國的高溫合金材料在民用領域的應用高達60%),我國在民用領域的可提升空間很大;
“一帶一路"經過多個新興國家,如東盟、中亞、印度等,這些國家處于經濟的發展階段,對于石化、冶金、建材等基礎工業產品需求很大。
高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基,能在600℃以上的高溫及一定應力作用下長期工作的一類金屬材料,具有優異的高溫強度,良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能,良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能,又被稱為“超合金",主要應用在航空、航天、石油、化工、艦船、電力、汽車等領域。高溫合金行業屬于技術密集型行業,其生產過程具有技術含量高、開發難度大等特點。研發一個新類型的高溫合金產品不僅僅需要技術條件的達成,還必須經過批量生產和掌握其生產工藝,這需要積累較多的行業經驗才可以成功,技術壁壘、行業壁壘均較高。此外,領域對產品的驗證嚴格且周期較長,一旦通過驗證就不會輕易換掉供應商,客戶壁壘較高。
高溫合金按照合金的主要元素可以分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金(含鎳基在50%以上)以及鈷基高溫合金(含鈷基大約為60%)。其中鎳基高溫合金的耐熱性能相較鐵基高合金要更強一些,使用在1000℃以上的工作條件。目前鎳基高溫合金是應用范圍*的高溫合金,其市場應用范圍高達80%。其次是鐵基高溫合金,應用占比約14%。而鈷基高溫合金因為其原材料鈷為很多國家的稀缺資源且價格昂貴,用量比較少,主要應用在600-1000℃和較長時間受極限復雜應力高溫零部件中,市場應用范圍最小。
鑄造高溫合金主要包括了等軸高溫合金、定向凝固柱晶高溫合金以及單晶高溫合金,其市場應用范圍排在第二的位置,占比為了20%。根據其可以通過鑄造工藝直接成型的特點,主要用于制造形狀比較復雜的產品,使用溫度在-253-1100℃之間。新型高溫合金是在傳統的變形高溫合金和鑄造高溫合金基礎上發展出來,其綜合性能會更好,主要包括粉末高溫合金、ODS高溫合金、金屬間化合物高溫合金等。其中粉末高溫合金已經批量用于國內多個型號的航空發動機,ODS高溫合金主要應用在1000-1400℃超高溫場景中。
此外,高溫合金的生產工藝比較復雜,全部工藝流程包括溫度、濕度、壓力、電流等幾千個參數,任何一個環節出現問題,都會影響到產品的質量以及穩定性。以機加工為例,因為高溫合金內含有鉻、鋁等較為活潑的元素,在氧化過熱腐蝕環境中容易出現化學不穩定的情況。如果制作工藝達不到,在其加工過程中容易出現切削加工性差、切削變形大、加工硬化傾向、刀具易磨損和表面質量、精度容易保證等難點。
2.0 行業上下游價值鏈情況
高溫合金上游主要原材料為電解鎳、金屬鈷、鐵基等金屬材料,其中應用*泛的是電解鎳,占比為80%,鐵基占比14.3%,鈷基占比5.7%。高溫合金產業鏈的原材料大多由國內廠商供應,但是其主要原材料電解鎳屬于國家戰略性物資,國內僅有金川集團有限公司(或其授權經銷商)等少數幾家公司可以提供。對于高溫合金產業鏈中游來說,成本占比較高的主要是原材料部分,占比達到60%以上,其價格的波動對中游的成本有較大影響。設備方面,我國的設備研發與海外技術先進設備廠商還存在一定差距,以進口為主。高溫合金在我國下游應用領域包括航空發動機、燃氣輪機以及汽車行業等領域。其中有70%以上的高溫合金應用在領域,下游客戶主要是以中國航空發動機研究院、沈陽發動機設計研究所、航發集團下屬公司等為代表的發動機研發設計制造主機廠。