鈦合金回收價格（高溫合金行業深度報告）

（報告出品方/作者：廣發證券，孟祥杰）一、基礎介紹：性能優異，高端裝備為主要應用市場（一）性能：熱端部件應用材料，不同類型合金工藝成熟度存在差異高溫合金是指能在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。一般來說，高溫合金是指

（報告出品方/作者：廣發證券，孟祥杰）

一、基礎介紹：性能優異，高端裝備為主要應用市場

（一）性能：熱端部件應用材料，不同類型合金工藝成熟度存在差異

高溫合金是指能在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。 一般來說，高溫合金是指以第Ⅷ主族元素（鐵、鈷、鎳）為基，加入大量強化元素， 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。從性能看，高 溫合金具有較高的高溫強度、良好抗氧化、抗熱腐蝕、抗疲勞等優良性能，在高溫合 金下具有良好的組織穩定性和使用可靠性，因此也被稱為熱強合金、超合金等。

高溫合金可分為變形、鑄造和粉末等三類。根據合金材料成型方式，高溫合金可分 為變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末冶金三類。變形合金可生產棒材、絲材、板材、管材和帶材等，鑄造高溫合金有等軸晶鑄造、定型凝固和單晶鑄造之分，粉末冶金合金有普通粉末和氧化物彌散強化粉末等。在命名方式上，國外的高溫合金牌號 根據開發生產廠家的注冊商標命名；國內變形高溫合金牌號以GH后接4位阿拉伯數 字表示（第一位表示分類號，2~4位表示合金編號），鑄造高溫合金采用K前綴（第 1位表示分類號），粉末高溫合金以FGH前綴后跟阿拉伯數字表示，以MGH、DK和 DD等作為前綴的合金分別表示機械合金化粉末高溫合金、定型凝固高溫合金和單晶 鑄造高溫合金。

不同工藝路線的發展取決于行業在性能與成本方面的平衡。以鑄造高溫合金和粉末 高溫合金的出現為例，據《航空航天用先進材料》（化學工業出版社，李紅英等， 2019）：

（1）下游工作溫度及強度提高牽引合金成分變化，使得變形高溫合金使用的熱加工 工藝難以使用，進而牽引上游研發可直接以鑄態使用的鑄造高溫合金。隨著高溫合金工作溫度和強度的不斷提高以及綜合性能的改善，合金中強化元素含量不斷增加， 成分越來越復雜，熱加工性能變得很差，不少高性能鎳基高溫合金已不能熱加工變 形，只能以鑄態使用。鑄態高溫合金不再考慮鍛造變形性能，可通過精密鑄造方法 或定向凝固工藝鑄造出形狀復雜且有通常內腔的無余量空心薄壁葉片。而又因為鑄 造高溫合金元素總量要顯著高于變形高溫合金，如固溶強化元素增添了Re、Ru，難 熔金屬元素W的含量提高（有些合金超過10%），使得鑄態高溫合金持久強度、抗拉 強度都明顯高于變形高溫合金。而按照凝固方法的不同，牽引等軸晶鑄造、定向凝 固柱晶和單晶的相繼研發問世。

（2）合金成分變化導致難以通過熱加工變形，以及鑄態組織偏析使得性能波動，牽引粉末冶金工藝生產高溫合金克服上述難點。由于鑄態組織偏析嚴重導致了顯微組 織的不均勻和力學性能的波動，故而行業開始采用粉末冶金工藝生產高溫合金克服 上述缺點。1971年美國普惠公司將當時鎳基鑄造高溫合金IN100制成預合金粉末，經 等溫鍛造工藝制成F-100戰機發動機零件，1972年裝備在F-15和F-16上，以取代原 來的Wapsaloy變形高溫合金，每臺發動機減重58.5kg，成本降低15%。此外，粉末 高溫合金節省原料、降低成本，采用粉末冶金熱等靜壓加鍛造法來生產的預制坯， 與傳統工藝來比可節約2/3重量的合金原料，降低12%的成本。

（二）產業鏈：以鎳等為原料，處于上游環節，有向下縱伸的發展趨勢

高溫合金產業鏈上游為金屬原料，而由于鎳基高溫合金使用量較大，從而上游多以 電解鎳為原料。從采購量大小看主要為鎳、鈷、鉬、錸等金屬原料。據圖南股份招股 書，對于鎳基高溫合金，其主要原材料為電解鎳，屬于國家戰略物資，國內主要生產 廠家為金川集團有限公司（或其授權經銷商）等少數幾家公司，基本采取現款現貨 模式交易，價格具有明顯波動性，采購價格根據市場價格隨行就市。

高溫合金生產企業處于產業鏈中上游，核心在于通過工藝控制，實現金屬原料熔煉 為純凈度高、成分均勻性和組織一致性較好的高溫合金。企業結合先進的制造檢測 設備，將基體元素按照一定比例和工藝生產流程，生產下游客戶所需求的性能優良 的高溫合金產品，包括鑄造高溫合金母合金、變形高溫合金、粉末高溫合金等，產品 形態視下游需求、設備能力、工藝水平而異，包括棒材、管材、絲材等。

高溫合金產品認證標準較為嚴格，需要多環節認證才能納入客戶的合格供應商目錄。 據隆達股份招股書，產品進入高端裝備供應鏈時，設計所、主機廠、直接客戶（多為 鍛鑄廠）等單位，全程參與關鍵重要部件所用高溫合金的合格供應商考核評審過程， 非關鍵重要部件用高溫合金的評審過程則會有所簡化。

（三）價值拆分：合金及鍛鑄為主要增值，金屬材料價格波動影響盈利

電解鎳、金屬鎳等金屬材料為高溫合金廠商的主要原材料之一。據《航空航天用先 進材料》（化學工業出版社，李紅英等，2019），當前航空發動機領域用量較大的 GH4169化學成分（質量分數，%）中，鎳占比超40%，在如GH4738、GH4698、 K417、K419等變形及鑄造高溫合金產品中，鎳質量分數也在50%以上甚至更高。以 圖南股份為例，電解鎳為該公司2017-2019年直接材料第一大構成，分別占報告期內 公司直接材料的46.80%、46.89%和41.07%。

鑄造高溫合金母合金產品方面，直接材料為營業成本的主要構成，鎳構成主要成本。 圖南股份鑄造高溫合金母合金2016~2018年間直接材料占營業成本比重約大于80%， 2018、2019H1占比甚至高達約90%。隆達股份2017-2020年高溫合金以鑄造高溫合金母合金為主（其變形高溫合金產線2020年末才投產），2018-2020年間直接材料占營業成本比重均超80%。金屬鎳作為高溫合金母合金主要原材料。據隆達股份招股 書，2018~2021H1的四個報告期內，高溫合金主要原材料鎳的采購均價分別為9.15 萬元/噸、10.03萬元/噸、9.97萬元/噸、11.38萬元/噸，2019年度、2020年度、2021 年1-6月采購均價較2018年度有所上升，也導致了成本結構中直接材料占比上升。

從產業鏈各環節增值分布情況看，中下游精密鑄件價值量相對較高。以圖南股份為 例，我們假設上游原材料電解鎳的單位價值為1，基于圖南股份2016~2019H1四個報 告期內主要財務指標的均值，經測算，精密鑄件環節所產生的價值量相對更大，該 環節增值（以毛利額指代，同時假設若母合金為外購）約為上游原材料電解鎳的25 倍，或反映該環節技術高門檻。

成本波動方面，考慮電解鎳為主要原材料，假設其他成本項目占比及銷售價格不變， 則（1）母合金方面，電解鎳價值每增長10%，鑄造高溫合金母合金（對于圖南股份） 毛利率或下降約2.5%；（2）精密鑄件方面，假設鑄造高溫母合金為自產自用，則電 解鎳價值每增長10%，精密鑄件（對于圖南股份）毛利率或下降約0.4%。

對于變形高溫合金鑄錠及棒材，鎳、鈷等為其主要原材料。參考經開區關于2021年 6月4日建設項目環境影響評價文件受理情況的公示中披露的《關于西部超導材料科 技股份有限公司航空航天用高性能金屬材料產業化項目環境影響報告表的批復》（經 開行審環批復〔2021〕066號），該項目擬年產特種鈦合金材料5050噸、高溫合金 1500噸。高溫合金鑄錠環節，采用三聯熔煉工藝，將中間合金制造合金塊，隨后和 經過預處理的金屬鎳、金屬鉻、金屬鐵按照預先設定的成分配比，生產標準的高溫 合金鑄錠。該項目主要原輔材料用量表為鎳塊、鉻塊、鈷塊、鐵塊、高溫合金中間合 金，年用量分別為600、450、220、80、1650噸。

變形高溫合金產品方面，直接材料為營業成本的主要構成。將撫順特鋼披露的燃料 動力成本、折舊、制造費用統一歸入制造費用類，撫順特鋼2018-2021年高溫合金直 接材料占營業成本比重均超過85%，為營業成本三大構成中占比最高部分。航宇科 技主要產品為航空難變形金屬材料環形鍛件，變形高溫合金為其兩大主要原材料之 一。2018-2020年，原材料成本在航宇科技營業成本的比重分別為71.54%、76.32% 和80.60%，直接材料成本在營業成本中占比逐年上升，主要系規模效益顯現后單位 直接人工、制造費用隨產量降低，以及原材料采購價格的上漲。

從產業鏈各環節增值分布情況看，變形高溫合金生產與鍛件環節價值量接近。以航 宇科技為例，我們假設上游原材料電解鎳的單位價值為1，基于航宇科技2018~2020 三個報告期內主要財務指標的均值，經測算，鍛件環節所產生的價值量略微高于變 形高溫合金生產環節，該環節增值（以毛利額指代，同時假設若變形合金為外購）為 上游原材料電解鎳的2.6倍，低于鑄造高溫合金母合金精密鑄造環節帶來的增值幅度。

對于變形高溫合金產品，成本波動方面，考慮鎳為主要原材料，假設其他成本項目 占比及銷售價格不變，基于以上假設，則鎳單位價值上漲10%，撫順特鋼2020年高 溫合金產品毛利率或下降2%。

二、市場空間：長周期的穩定性，后市場的成長性

（一）全球規模：預計至 2027 年全球高溫合金市場規模為 92 億美元

預計至2027年全球高溫合金市場規模為92億美元，2020-2027年CAGR預計為8.7%。 據Allied Market Research，2019年全球高溫合金市場規模為62億美元，預計到2027 年將達到約92億美元。從2020年到2027年，該市場預計將以8.7%的復合年增長率增 長。從地區來看，北美市場份額在2019年占據主導地位。同時由于中國等新興經濟 體對航空航天等需求增長，預計亞太地區將保持較快的增長速度。從下游應用領域 看，由于高溫合金在渦輪葉片、渦輪盤、航空發動機和航空起落架中的多種應用，航 空航天領域份額較高。

我國當前變形高溫合金等部分產品仍存一定的國產替代空間。據隆達股份2021年9 月27日發布的《發行人及保薦人回復意見（2021年半年報財務數據更新版）》，我 國變形高溫合金長期大量依賴進口。以變形高溫合金中使用量最大的GH4169（對標 國外IN718合金）為例，盤件用GH4169合金大規格棒材（直徑≥200mm）進口率超 過60%，主要系國產GH4169合金在冶金缺陷概率、成分一致性、組織均勻性和性能 穩定性等方面較進口合金存在一定的差距。

（二）細分市場：裝備現代化建設及國產替代的成長性，民品應用可期

1.應用領域一：航空航天發動機為主要應用市場，具有附加值高、用量大等特征。

高溫合金制造的熱端部件是航空發動機推力來源，中長期內技術可替代性較弱。以 航空發動機為例，推力主要來自熱端部件處高壓高熱氣流的反作用力，冷端部件主 要起到進氣的作用，不對氣流進行高功率做功，因此冷端的工作環境較溫和，其中 鈦合金由于質量更輕而被廣泛用在冷端部件的制造。但熱端部件由于需要對氣流進 行高壓高熱的做功以產生推力，因此其工作環境較為惡劣，一般材料及普通鈦合金 無法滿足其性能要求。熱端部件整體工作環境順著氣流方向從壓氣機往后逐漸惡劣， 在燃燒室達到最惡劣工作環境。

例如，據隆達股份招股書，對于航空發動機零部件， 大中型渦扇發動機的渦輪轉速可達到15000r/min、渦輪前溫度可達到1700℃以上， 在航空發動機渦輪和風扇設計水平相同的前提下，渦輪前溫度每提高100℃，推力增 加15%，在新型的航空發動機中，高溫合金用量占發動機總重量的40%~60%以上。 航空航天應用場景對材料性能要求較高，在此背景下，航空航天領域，高溫合金主要應用于制造發動機渦輪熱端部件，如渦輪盤、渦輪導向葉片、燃燒室和加力燃燒 室等主要零部件。

中長期看，高端裝備用航空發動機市場空間的增長性較為突出。據國內航空發動機 控制系統核心供應商航發控制2020年年報，隨著黨的十九屆五中全會提出的到2035 “基本實現國防和軍隊現代化”的目標，未來幾年我國軍用飛機從需求層次和數量上將會顯著增加。據航發控制2021年12月24日公開的投資者交流內容，“航空動力方面當前的需求增長主要包括：

①部分二代機升級，三代機性能提升，相關機型的國產化動力換裝，現役發動機壽命到期換裝；②周邊國家先進戰機的部署對我國的軍事壓力，我國高性能的三代半、四代機的產量需要適當提升；③新研型號如運輸機、 轟炸機、新型艦載機等需求迫切，在科研經費上會持續投入；④隨著作訓實戰化要求對裝備使用頻次、消耗的增加以及新機維保等推動維修業務增加。因此，在需求 牽引和新型號技術推動的雙輪驅動下，預計公司‘十四五’期間訂單將保持‘十三 五’末的增長態勢”。

2.應用領域二：燃氣輪機，工業燃氣輪機高溫合金的潛在需求較為廣闊

高溫合金在燃氣輪機燃燒室、導管、導向葉片、渦輪工作葉片以及渦輪盤等部件上 都有著廣泛的應用。燃氣輪機是以空氣為介質，靠高溫燃氣推動渦輪機械連續做功 的大功率、高性能動力機械，具有熱效率高、污染少、耗水少、易安裝等優點。燃氣 輪機的核心部件是壓氣機、燃燒室和燃氣渦輪，燃燒室和燃氣渦輪承溫高，具有大 量熱端部件。高溫合金具有優良的高溫強度、良好的抗氧化和耐腐蝕性能以及良好 的綜合性能，如蠕變性能、疲勞性能、斷裂韌性、組織穩定性、工藝性能等，廣泛應 用于燃氣輪機的熱端部件。高溫合金性能和制備水平在一定程度上決定了先進燃氣 輪機的功率、效率、壽命等性能。例如，燃燒室的材料通常采用鎳基高溫合金，主要 牌號有Nimonic C263、Haynes 230和IN718等。

燃氣輪機燃氣渦輪葉片對材料的使用壽命、耐腐蝕性能要求比航空發動機渦輪葉片 相對更高，葉片的尺寸相對更大。結合通用電氣、西門子、三菱重工歷代燃機型號 的發展歷程看，先進燃機渦輪葉片的主要選材是鎳基和鈷基鑄造高溫合金，代表性 牌號是IN738LC、Rene 80、IN792、FSX414、Mar-M247等。燃氣輪機渦輪輪盤不 同部位的溫差較大，形成徑向熱應力，需要材料在工作溫度下具有較高的抗拉強度、 屈服強度和低周疲勞強度。根據高溫合金的特性，燃氣輪機渦輪輪盤的主要選材是 鎳基變形高溫合金，如IN718、IN706和GH4698等。由于燃氣輪機渦輪輪盤直徑通 常是航空發動機渦輪輪盤的3倍以上，因此需要使用大尺寸變形高溫合金，這對于合 金純凈度的控制以及鈮元素偏析控制提出了較高的要求。

工業燃氣輪機高溫合金潛在需求廣闊，受益清潔環保能源開發。根據GRAND VIEW RESERRCH出具的報告顯示，2020年燃氣輪機全球市場規模約203.8億美元，電力 和公用事業是燃氣輪機的主要應用場景，收入貢獻超過85%。該報告同時預測燃氣 輪機的市場規模將在2028年達到350.2億美元，其中電力和公用事業的份額將進一步 擴大，部分受益于全球人口的增長和城市化帶來的用電需求，部分受益于環保型發 電的開發。

3.應用領域三：核電設備，安全性、可靠性高要求牽引高溫合金需求

核電站工作環境惡劣，為了保障其安全可靠性，對采用材料性能要求較高。核電站 主要由核島和常規島組成。其原理是使用冷卻水將熱能從反應堆堆芯傳遞到蒸汽發 生器，蒸汽發生器然后將熱量傳遞到二級回路系統以產生高溫和高壓蒸汽，從而驅 動發電機產生電力。核電站結構部件一般使用環境比較復雜，如暴露于較高的溫度， 較高的中子劑量，輻射損失以及腐蝕性的環境等。為了保障核電站的安全可靠性， 核電結構材料不僅要保證具有良好的強度、優異的耐蝕性、高疲勞性和韌性，而且 對于堆芯的材料還必須具備良好的抗輻照脆化性能、熱穩定性、化學穩定性和輻射 穩定性等。

高溫合金材料因其耐高溫、耐高強度等優異特性，在核電領域具有難以替代的作用。 核島是整個核電站的核心，是承擔熱核反應的主要部分，負責將核能轉化為熱能， 是核電站中工藝最復雜、投入成本最高的部分。核島的核心為反應堆，反應堆的重 要部件包括包殼材料、堆內構件材料、反應堆壓力容器材料、反應堆回路材料、蒸汽 發生器材料、控制材料、安全殼材料等。其中需要采用高溫合金的部件為部分堆內 構件和蒸汽發生器，例如，因為部分堆內材料面對活性區、受到冷卻劑充數和高溫、 高壓作用，所以采用鎳基高溫合金。

我國核電建設仍有較大提升空間，帶動高溫合金需求增長。根據國家統計局，2020 年全國累計發電量為74170.4億千瓦時，其中商運核電機組總發電量（包含上網電量 及廠用電量）為3662.5億千瓦時，約占全國總發電量的4.94%。2021年1-8月，我國 核電發電量達2698.5億千瓦時，約占全國總發電量的5.01%，較2020年底進一步提 高，但仍遠低于世界平均水平（10%）。截至2021年8月底，我國在運核電機組數量 有51臺，總裝機容量5326萬千瓦；在建核電機組數為18臺，裝機容量為1902萬千瓦。

（三）從當前國內高溫合金企業投產節奏，前瞻行業景氣度提升的預期

當前國內主要高溫合金企業陸續投資擴產。國內主要高溫合金企業鋼研高納、圖南 股份和撫順特鋼在2019~2020年集中開始建設產能擴張和研究基地項目，按照項目 1~3年的建設規劃，2021~2023年，這批集中擴產的項目有望在中短期內落地生產。 高溫合金企業處于航空發動機及飛機關鍵結構件上游環節，產能擴張節奏或反映板 塊需求景氣度的提升預期。我們認為，高端裝備需求的偏計劃性、政府采購為主等， 決定了相關企業無論是基于客戶對供應鏈可靠性的要求，還是最小化其資金成本的 角度，對產能投入計劃性較高，尤其體現在配套地位核心、供應核心裝備的環節或 者公司。（報告來源：未來智庫）

（四）長周期的穩定性：多元下游+廣闊后市場空間奠定需求的穩定性

長周期范圍內，多元下游以及后市場特征下，高溫合金企業的盈利質量仍然具有長 周期的穩定性。

1.下游多元化，利于減少單一市場、單一型號的不利影響

產業鏈位置越向上，市場布局多元化程度越高。PCC出身于中游鑄造廠，早期也只 專營航空市場，后來通過產業鏈橫縱向整合成為航空產業鏈一體化的公司；而ATI出 身于上游鋼鐵廠，早期從事于一般工業和航空市場，因此從高溫合金賽道的相對比 較來看，PCC核心業務位于產業鏈中游，ATI核心業務位于產業鏈上游。由于產業鏈 位置的相對差異性，PCC和ATI及CRS（也出身于鋼鐵廠）的市場多元化程度存在明 顯差異。PCC航空市場營收占比明顯高于ATI，2006~2015年PCC航空市場營收占比 平均為60%，而ATI僅為32%。此外，從客戶集中度來看，PCC第一大客戶GE對營 收的貢獻持續高于10%，而ATI任何年份均沒有單一客戶營收貢獻率超過10%。

高溫合金相關企業處于航空航天發動機產業鏈的中上游材料環節，產品標準化特征 弱化下游型號研制及客戶風險。（1）相比下游主機廠，可緩釋型號研制失敗風險。 發動機研制具有高風險特征，尤其在強調高安全性的商業航空市場。RR公司由于近 年在Trent1000型號的故障事故承擔高昂的維修及違約成本。但由于PCC作為鍛鑄環 節供應商，產品具有標準化程度高、技術迭代速度慢的特征，某一型號研制失敗及 初期批產的良率風險難以傳導至PCC所處環節，即多數鍛鑄件在老型號與新型號可 實現程度的技術復用，產品的收入持續性較高。

（2）相比下游主機廠，可減少對單 一客戶的依賴。在航空發動機市場，由于下游飛機整機廠客戶的寡頭特征，多數中 下游環節企業對單一型號及單一客戶的依賴程度較高。例如，在民航領域，波音公司結構件一級供應商SPR收入構成中737MAX貢獻較高，因此在737MAX出現飛行事 故后，SPR業績規模下滑較為嚴重；在軍用航空領域，F-35項目作為美軍大型的戰 機計劃，普惠公司和GE等發動機企業在初期積極參與該項目的競爭。后期普惠公司 被美國國防部選中，成為F-35項目發動機的獨家承包商，PCC作為結構件供應商， 可減少對單一客戶的依賴程度。

2.廣闊的后市場空間，奠定行業長周期發展的穩定性。

高溫合金下游應用領域主要集中于航空航天發動機、燃氣輪機等，而該領域商業模 式的特征在于后市場空間的廣闊性。

運行環境的惡劣程度為售后市場空間的決定因素，進而決定航空發動機與民用飛機 項目全壽命現金流差異，航空發動機產業投資的重點在于對其全壽命現金流特征的 理解與把握。以民航為例，飛機整機及發動機的長期運行環境存在較大差異，是二 者商業模式差異的根本原因所在。相較于發動機，疊加對安全性、可靠性及舒適性 的要求，民航飛機運行在相對良好的環境中。盡管飛行載荷及次數會對飛機結構和 部分系統（如航電、制動）造成壓力，需要對其子系統及結構進行維護以確保運行安 全，但維護工作通常不涉及更換飛機的主要部件。發動機工作時，其關鍵部件通常 浸沒于高溫、高速、腐蝕性的氣流中，轉速足以使得部件承受較大應力并發生磨損。

運行環境的惡劣程度為售后市場空間的決定因素，進而決定民用飛機與航空發動機 項目的投資周期及現金流差異。民用飛機 的特點是項目前期的5-6年時間內進行高研發投資，在此期間內同步投資大量的生產 設施。一個成功的飛機項目將持續生產10-15年，之后便需要另一項重大投資以更換 或者升級該機型，其使用壽命大約持續25年。由于民航飛機售后市場空間相對較低， 因此飛機的定價往往基于在假設的生產運行期間內航空公司的購買數量，盡可能希 望以OEM實現資金回收。而相對于民航發動機，由于激烈的競爭和航空公司的強大 購買力，發動機有時會以接近成本價的價格出售，因此出售新的發動機并不能產生 所需的投資回報，而更多是依靠其售后市場空間。

從現金流看，以典型民用寬體發 動機項目為例，據RR2018年公告，以2000個發動機項目為代表，現金 流支出可分為三階段：（1）研究與開發和前期資本支出現金流約15~20億英鎊，約合人民幣120~160億元；（2）新機批產交付階段支出現金流32億英鎊，約合人民幣 250億人民幣以上（以當前每臺發動機現金流虧損160萬估計）；（3）售后市場階段 持續超過25年，預計累計現金流入超100億英鎊，約合人民幣800億以上。

高溫合金等材料制成的熱端部組件，構成航空發動機主要的維修、替換市場。

航空發動機的故障以零部件的疲勞損傷為主。以航空燃氣渦輪發動機為例，發動機 部件包括（1）進氣道、（2）壓氣機、（3）燃燒室、（4）渦輪、（5）排氣部件、 （6）附件傳動齒輪箱、（7）氣動、滑油、燃油系統，防冰、冷卻和增壓等輔助系統 七大部分。通常根據流過的空氣流溫度不同，又將燃氣渦輪發動機劃分為冷段（包 括進氣道和壓氣機兩大部件）和熱段（包括燃燒室、渦輪和尾噴管三大部件）兩大部 分。零部件的疲勞損傷故障占發動機總故障的近60%。由于航空發動機的結構復雜 和零件眾多，其故障模式比較復雜，具體可將故障大致分為性能故障、結構故障、附 件系統故障。

航空發動機維修工作根據其內容的不同可以分為航線維修和定期檢修、返廠大修。 其中，返廠大修涉及發動機的拆解，以及軸、盤等轉子部件的更換或修理，主要包 括性能恢復和時壽件更換兩大部分。在經歷長時間運行后，發動機的狀態會下降， 這時就需要對其進行修理，理論上來說，通過返廠大修后，發動機能夠完全恢復其 原有的可靠性，能夠繼續執行另一個大修周期的任務。

（1）性能恢復：高溫、腐蝕及疲勞造成的零部件損傷，最終引起核心機性能衰退。隨著發動機在役時間的增長， EGT（排氣溫度）逐漸升高，同時零部件的磨損和疲勞逐漸加重，進一步加速發動 機性能衰退。考慮到零部件的材料和性能，OEM（原始設備制造商）會確定一個EGT 上限，一旦達到就要求發動機進行車間維修以恢復發動機的性能。進行發動機性能 恢復，通常需要拆解核心機，并詳細檢查氣路部件（葉片等）的狀況，進行必要的修理或更換。在發動機車間維修期間，通常服務通告SB（Service Bulletin）和適航指 令AD（Airworthiness Directive）會一并執行。（2）時壽件更換：壓氣機和渦輪的 鼓盤、軸或輪盤通常具有固定的壽命，一旦達到壽命，不管其狀況如何均需要更換。

三、商業模式：工藝迭代牽引多寡格局，資本開支強化壁壘

（一）競爭格局：全球范圍看，多寡頭格局特征明顯，長周期穩固性強

1.全球范圍看，高溫合金中上游環節競爭集中度低于下游，且美國主要高溫合金企 業的營收差距相對較小。

高溫合金產業鏈下游市場集中度較高。高溫合金產業鏈下游整機市場呈現明顯的寡 頭壟斷局面，發動機市場則集中于法國SAFRAN、美國GE、美國P&W和英國R-R四 家公司。整機市場方面，全球每年新機交付中，波音和空客2010~2020年的合計交 付量占比全球交付量年平均達到90%，二者長期壟斷全球85%以上的市場份額。發 動機市場方面，2020年全球民用發動機市場主要集中在于GE、P&W和SAFRAN三 者，2020年全球發動機交付量+在手訂單總數，GE占到6%，P&W占到17%，GE和 SAFRAN各出資一半成立的子公司CFM占到52%，也即是GE、P&W和SAFRAN合 計市場份額達到75%，加上R-R近8%的市場份額，四者全球市場份額達到82%。

高溫合金市場集中度相對下游較分散，美國主要企業的高溫合金營收規模差異不明 顯。全球高溫合金的代表企業為HAYN（Haynes International）、CRS（Carpenter Technology Corporation）、ATI（ALLEGHENY TELEDYNE INC）和Special metals （PCC子公司）等。

對HAYN、CRS和ATI主要企業2010~2020年的營收進行拆分 （HAYN高溫合金營收由其“耐高溫合金”子版塊營收代表，CRS高溫合金營收由其 “特種合金”、“不銹鋼”和“合金和工具鋼”三個子版塊營收代表，ATI高溫合金 營收由“鎳基合金和特種合金”、“精密鍛件和鑄件”和“鋯及相關合金”三個子版 塊營收代表），ATI的高溫合金系列產品的年營收規模較其他主要供應商稍高，HAYN 與CRS高溫合金材料營收相當，其中或主要系ATI產業鏈及產品品類相較其余二者較 完備——ATI不僅生產并出售高溫合金材料，還加工高溫合金出售部件級鍛件和精密 鑄件給下游發動機企業，但HAYN和CRS主要聚焦于高溫合金材料的出售。

ATI和CRS高溫合金年營收高于HAYN，主要系鋼鐵廠出身，具備產能優勢。ATI在 1938年由Allegheny鋼鐵公司和Ludlum鋼鐵公司合并而成，CRS在1889年作為鋼鐵 公司而被創立，而Haynes1912年以鎳、鈷合金制造出身。因此，ATI和CRS金屬工 業生產基礎較強，原料提純和母合金成形加工設備規模更大。從機器設備原值來看， ATI和CRS各年的水平明顯高于HAYN，CRS在2001~2007年間機器設備原值平均為 11億美元，而HAYN僅為0.97億美元。此后，ATI發展自己的高溫合金鍛件和精密鑄 件部件級產品，并進行了系列重大收購增強鍛造和鑄造實力——2009年收購 Crucible Compaction metals和Crucible Research，增強其粉末冶金業務能力，2011 年收購大型鍛造企業Ladish，以及2014年收購精密鑄件公司Dynamic Flowform；因 此該公司設備規模逐漸與CRS拉開差距。

2.國內看，特鋼系背景企業產能及規模優勢突出，國企與民企的規模差距較為明顯

目前我國國內高溫合金形成產能的企業主要為特鋼企業、研究院轉型企業及少數民 營企業。一類是特鋼企業，目前撫順特鋼、寶鋼特鋼、長城特鋼、中信特鋼等擁有高 溫合金產能及產量，以變形高溫合金為主要產品，依托生產設備齊全、擁有大規模 熔煉能力的優勢，以生產批量較大、結構簡單的合金板材、鍛件等為主。另一類是研究院轉型企業，包括鋼研總院（鋼研高納）、北京航空材料研究院、中科院金屬所 （中科三耐）等；科研機構研究實力較強，以生產較小批量、結構復雜高端產品為 主，主要供應航空航天、船舶等高端領域需求。另外一類是具有民營背景的企業，如 圖南股份、西部超導、隆達股份、中航上大、中州特材、四川六合等。

營收端，特鋼系企業及科研院所轉型企業規模領先，其中特鋼系企業產能優勢突出， 并卡位當前用量較大的變形高溫合金領域；科研院所轉型企業如鋼研高納，工藝廣 度及收入規模看優于其他企業，同時經并購民用領域高溫合金企業，實現規模的快 速提升。科研生產體制及技術壁壘等原因，國內民營企業進軍高溫合金行業相對較 晚，同時在高端裝備領域，聚焦于少數工藝路線，規模差距與特鋼系及科研院所轉 型企業仍有較大差距。

（二）為何走向多寡頭：下游對高可靠的要求促較低的技術迭代速率

1.下游應用領域使用環境復雜且惡劣，研制時間長、可靠性要求高，牽引上游高溫合 金材料的較低技術迭代。據《航空燃氣渦輪發動機工作原理及性能》（第2版，朱之 麗等，2019，上海交通大學出版社），航空發動機的特點是工作條件極端惡劣而使 用要求又非常之高。航空發動機是在高溫、高壓、高轉速特別是很快的加減速瞬變 造成應力和熱負荷高低周交變的條件下工作的。以高溫為例，目前先進發動機渦輪 前燃氣溫度高達1800~2000K，而現代三代單晶高溫合金最高耐溫1367K（1℃=1K273.15），高達600℃以上的溫度差距只能靠葉片冷卻技術和隔熱涂層技術解決。高 難度、對可靠性的高要求以及主要熱端部件對高溫合金性能的依賴，牽引上游高溫 合金材料相比下游發動機整機更慢的技術迭代周期，奠定行業寡頭壟斷的格局。

高溫合金不同工藝的發展迭代，與下游發動機代際替換的時間相關性相對較弱，或 側面印證行業較低的技術進步速率。對比下游航空發動機替換時間點和上游高溫合 金各類工藝發展時間點，可觀察到多數高溫合金工藝升級的時間點和發動機替換時 間點重合度相對較低，多數高溫合金工藝貫穿多個發動機代際，而且同一工藝內部 發展的時間節點和發動機代際替換時點未有明顯對應關系，以單晶鑄造高溫合金為 代表，其四代工藝的出現時點均不位于發動機代際替換的時點上。此外，從工藝間 發展時間線來看，多種工藝同時應用，不同工藝的發展時間線存在重合。

以典型牌號Inconel 718牌號合金（對應國內GH4169）為例，該牌號自20世紀60年 代成功研發以來，便廣泛應用于航空發動機等領域，截至目前仍然占鎳基高溫合金 的主導地位。

該合金長期主導高溫合金的供給結構。Inconel 718合金自20世紀60年代初被美國 INCO Huntington Alloys (Special metals. Co.前身)發明以后，由于其無商業或者知 識產權限制，高溫合金供應商可以大批量生產該牌號合金的高溫合金產品；且強化 相析出較慢，高溫下有較高強度，具備較好的可鑄性和可焊性，加工成形更容易；因 此，Inconel 718成為應用最廣的一款高溫合金牌號。在20世紀80年代推出的PW4000 發動機中，IN718合金質量占比鎳基合金達到57%（PW4000中的高溫合金主要為鎳 基和鐵基合金）；20世紀90年代中，發動機產商GE購買的鍛造合金中，IN718的占 比常年位于60%以上；直到現在，IN718的應用規模在高溫合金中仍占據主導地位， 據Gminsights數據，2019年全球高溫合金細分市場規模中，僅IN718的份額便占到一 半左右。

核心牌號合金的技術變革較慢，重要合金牌號的技術發展未能動搖主要格局。從核 心牌號IN718的衍生替代高溫合金的發展歷史來看，IN718的每次潛在衍生替代高溫 合金出現的間隔時間都較長，且多數衍生替代高溫合金未在性能和造價上同時優于 IN718合金：在20世紀50年代早期，主要使用Waspaloy和Rene41牌號合金，不過此 類合金硬度較高，可鍛性和可焊性較差，容易在熱加工過程中產生裂紋；

20世紀60 年代，IN718合金出現，其性能和造價都具有一定優勢，開始逐漸取代原有合金；20 世紀80年代，GE研發Rene220鑄造合金以替代IN718合金，盡管Rene220和IN718 性能相近，但Rene220的Co、Ta含量較高，因此造價相對IN718更貴；20世紀90年 代，GE研發991合金，性能接近Waspaloy，但仍含較高的Co、Ta，因此造價仍相對 較高；21世紀初，在美國空軍實驗室資助的“金屬可行性計劃”背景下，ATI在原IN718 的基礎上增加Al和Ti的含量，進一步研發的718Plus合金在承溫和強度性能上優于以 往主要合金IN718和Waspaloy，且造價具有相對優勢，被視為傳統718合金的最佳替 代品。

2.下游發動機市場對于高可靠要求，使得新牌號合金在發動機部件上的廣泛應用需要經歷較長的“驗證期”，繼而提高新供應商進入的難度及時間。從核心牌號IN718 合金在下游部件上的應用歷史來看（以P&W發動機制造商為例），IN718合金在發動 機各部件應用的逐步擴大經歷了較長的時間：自20世紀60年代IN718發明后的幾年 間，下游以發動機制造廠商為主，先后發布了針對IN718材料應用的系列規范，涵蓋 棒材、鍛件、薄板等；不過，由于早期生產的IN718在冶煉上還達不到高水平，因此 20世紀60~80年代間，發動機和高溫合金行業仍對IN718的冶煉和加工進行改進，核 心在于工藝參數的優化，以提高純度和減少偏析，在這期間P&W將IN718應用于的 部件領域也較少。

截至20世紀70年代早期，除了對IN718的進一步優化以外，還考慮 到新材料應用于新部件所需要“驗證”的時間和成本，此時發動機部分核心部件（如 渦輪盤）仍繼續使用上一代合金Waspaloy。直到20世紀80年代，行業對新材料IN718 的冶煉、加工和性能特點都較為熟悉后，IN718在發動機部件上的應用才迎來高潮， P&W在1980年以后對IN718合金在部件上的應用也才較為集中的爆發。

（三）為何走向多寡頭：性能與成本的平衡決定單一工藝難以贏者通吃

不同類型高溫合金性能存差異，各自適用的溫度和部件也有不同。航空發動機渦輪 盤對力學性能要求更高，因此主要使用加工成形后強度更高的變形高溫合金和粉末 冶金高溫合金（包括氧化物彌散強化高溫合金）；渦輪葉片具有空腔等復雜結構且 對承溫要求較高，因此主要使用更易于成形加工且承溫能力更高的鑄造高溫合金和 金屬間化合物高溫合金；導向器對承溫要求較高，主要使用鑄造高溫合金和金屬間 化合物高溫合金；燃燒室主要使用變形高溫合金和粉末冶金高溫合金。

不同高溫合金技術及工藝成熟度或存差異。從世界高溫合金的發展歷史和我國對應 高溫合金牌號出現的時間點來看，較早出現的是變形高溫合金，采用鍛壓的成形方式。之后由于航空發動機葉片出現中空冷卻復雜結構，原有變形高溫合金難以滿足 成形加工要求，鑄造高溫合金便成為新的葉片用高溫合金，并在其他復雜結構件中 逐步擴大應用。粉末冶金高溫合金的研究始于20世紀70年代，其粉末擠壓成形和變形高溫合金的鍛壓成形有所不同，成形效果優于變形高溫合金，因此在渦輪盤上有 替代部分變形高溫合金的趨勢。

金屬間化合物高溫合金是出現時間較晚的高溫合金， 其施壓形變加工較難，因此主要采用鑄造的成形方式；金屬間化合物高溫合金的質 量更輕（據鋼研高納官網，可減重30%~40%），強度更高，因此在葉片等結構中也 逐漸推廣，主流金屬間化合物高溫合金可歸類為原料升級后的鑄造高溫合金。

受限于性能及成本差異，即使在同一結構，高溫合金的使用范圍也有較大不同。以 渦輪部件為例，渦輪部件的工作條件十分惡劣，其主要零件不僅比壓氣機零件承受 著更大的機械載荷，而且還承受著較大的熱載荷以及燃氣的腐蝕。隨著渦輪前燃氣 溫度的不斷提高，盡管有先進的冷卻技術作為補充，對材料的要求也愈來愈高。

（四）為何走向多寡頭：不同工藝路線跨度大，均要求較高的經驗壁壘

高溫合金從原料冶煉到最終成形的各環節均有較高的工藝壁壘。任何一款高溫合金 具備工業應用價值的基本前提是，以變形高溫合金為例，能夠運用真空感應冶煉 （VIM）+電渣重熔（ESR）+真空電弧重熔（VAR）三聯冶煉工藝制備大尺寸鑄錠/ 母合金，并經過特定的成形工藝完成成形并對微觀組織進行特定調控，最終將合金 錠制備為大規格棒/盤/環等標準件材。各類高溫合金的制備從原料冶煉到不同的成形 工藝均有較高的工藝壁壘，工藝的進步很大程度上依賴于反復試驗的邊際參數優化、 重型加工設備的打造和人工經驗的積累。

不同高溫合金制備工藝路徑差異較大，行業內企業跨路線生產的壁壘較高。不同高 溫合金之間的工藝環節、工序目標、參數控制、工序過程存在較大差異，如鑄造高溫 合金核心關鍵工序在于熔煉與澆注，而變形高溫合金關鍵工序包含真空感應熔煉、 保護氣氛電渣重熔、真空自耗重熔及鍛造（按照客戶需求），這即導致對于行業內相 關企業，想要在短時間內突破不同高溫合金的技術路線壁壘存在較大難度。

各工藝穩定存續時間長，代際進步耗時長。從工藝發展歷史來看，高溫合金各類型 工藝的應用時間長，同一類型工藝內部的代際跨越也需要很長的時間。變形高溫合 金從上世紀40年代出現至今已有多年歷史，目前仍然在大量使用。初代鑄造高溫合 金從上世紀50年代中使用到60年代中，其后出現定向凝固鑄造高溫合金，單晶鑄造 高溫合金也從第一代發展到第四代，每代跨越耗時數余年，目前僅單晶鑄造高溫合 金就已經使用數十年，且國際上仍在發展第五、第六代單晶鑄造高溫合金。粉末冶 金高溫合金從20世紀70年代使用到現在已有較長的歷史，同時代際之間的技術更迭 也需要花費較長時間。（報告來源：未來智庫）

（五）高資本開支強化競爭壁壘，高固定成本對企業的產品結構要求高

不同工藝路線高溫合金生產制備的不同，導致所需的資本開支有較大差異；性能及 成本要求牽引高溫合金及相關鍛鑄件大型化發展，即使是同一工藝路線，尺寸的跨 越也需要大規模資本開支的加持；大規模資本開支是高溫合金廠商難以實現橫向拓 展不同工藝的壁壘之一，而具備其他材料/業務可實現部分設備共用的企業，其對抗 行業需求短期波動的能力也相對更高。

1.不同工藝路線高溫合金生產制備的不同，導致所需的資本開支有較大差異。

不同高溫合金鑄錠制備工藝及所需設備均有差異。據隆達股份2021年9月27日公告 《發行人及保薦機構回復意見（2021半年報財務數據更新版）》，對于變形高溫合金，針對冶煉難點和熔煉設備的優缺點，存在不同的工藝路線，主要方案是對三種 熔煉方法——真空感應熔煉（VIM）＋保護氣氛電渣重熔（PESR）＋真空自耗重熔 （VAR）——組合運用。其中，三聯熔煉工藝是變形高溫合金零部件長壽命、高可 靠性的基礎，用于渦輪發動機的變形高溫合金轉動部件必須通過三聯熔煉工藝制備。

針對鑄造高溫合金，目前一般適用真空感應熔煉。因此，在鑄錠熔煉環節，對于鑄造 高溫合金，所需的主要設備包含真空感應熔煉爐、脫模設備等；對于正三聯工藝制 造的變形高溫合金，所需的主要設備包括真空感應熔煉爐、電渣重熔爐、真空自耗 爐和吊裝設備等。但對于高溫合金，生產制造的核心內容是內控標準的指定，而設 備使內控標準落地，即先進設備并非決定產品質量的唯一要素，制備工藝和材料設計本身對于產品質量也至關重要。

工序差異牽引設備差異，設備差異牽引資本開支差異，而高昂的資本開支本身就是 行業進入壁壘之一。以隆達股份為例，據隆達股份招股書，（1）該公司于2015年投 資建設鑄造高溫合金母合金生產線，2016年底完成安裝和調試，2017年投產。其中， 核心生產和檢測設備主要有康薩克定制的真空熔煉爐和賽默飛的輝光放電質譜儀。 （2）該公司于2018年投資建設變形高溫合金生產線，并于2020年試生產。其中，核 心設備主要有康薩克定制的8T真空感應熔煉爐、8T真空自耗熔煉爐、8T保護氣氛電 渣重熔爐，以及定制的45MN/50MN快鍛機、引進的加熱爐和熱處理爐。

2.性能及成本要求牽引高溫合金及相關鍛鑄件大型化發展，即使是同一工藝路線， 尺寸的跨越也需要大規模資本開支的加持。據隆達股份招股書，（1）工藝難度方面， 由于燃氣輪機透平輪盤通常是航空發動機渦輪輪盤的3倍以上，因此需要使用大尺寸 變形高溫合金，這對于合金純凈度的控制以及鈮元素偏析控制提出了較高的要求。 （2）成本方面，采用大錠型熔煉能夠有效提高生產效率，并降低生產成本，同時為 下游客戶提高了單爐次鍛件的生產量，降低了客戶的成本（每爐需解剖一件渦輪盤 或其他鍛件），并提高了效率。

裝備發展牽引設備投入大型化，進一步強化資本開支壁壘。如據撫順特鋼2015年8月 公告《撫順特鋼非公開發行股票預案（修訂稿）》，我國裝備研制特點之一是向大型 化趨勢發展，高溫合金和超高強度鋼材料的尺寸規格不斷增大，力學性能要求逐步 提高。其中，飛機起落架材料選用300M超高強度鋼直徑800mm棒材；發動機的機匣 選用直徑750mm的GH4169合金棒材。上述兩種材料均采用真空感應爐和真空自耗 爐工藝熔煉，從增大鍛比、提高性能的角度講，均需要30噸真空感應爐、30噸真空 自耗爐和80MN快鍛機。如以超高強度鋼C300為例，撫順特鋼雙真空工藝此前現有 條件為12噸真空感應爐，由于鍛比小，不能滿足技術標準要求。而擴大錠型是增加 鍛比的主要有效途徑，因此需要配套大型特冶電爐，以解決鍛比不足帶來的高溫合 金晶粒不均勻、超聲波探傷不合格問題。

同時，高資本開支壁壘也體現在大小棒材的制造工藝環節。據撫順特鋼2015年8月公 告《撫順特鋼非公開發行股票預案（修訂稿）》，要確保大尺寸鍛件有足夠的鍛比， 又要避免反復鐓拔工藝中鐓粗變形的金屬流動不均勻性的影響，其技術指標要求高， 通常需要大噸位鍛造設備以及嚴格的過程工藝參數支持，國防軍工配套新材料向大 尺寸高性能趨勢發展，除需要30噸真空感應爐和真空自耗爐外，還需要補充80MN快 鍛機的鍛造能力。

3、在大額資本開支導致的高折舊攤銷壓力下，從工藝流程看，具有跨業務實現部分 設備共用的企業，其抵抗高溫合金行業短期需求的波動性也相對更強。

例如，特鋼與高溫合金部分設備可實現共用，減少高折舊攤銷壓力。據上文援引撫 順特鋼2015年8月公告《撫順特鋼非公開發行股票預案（修訂稿）》，飛機起落架材 料選用的300M超高強度鋼、發動機機匣選用的GH4169合金，均采用真空感應爐和 真空自耗爐工藝熔煉。因此，考慮大型熔煉設備的高資本開支壁壘，同時具備高強鋼以及變形高溫合金生產工藝的企業，相比于只生產變形高溫合金的企業而言，折舊攤銷壓力可分散于其他品類，減少單一產品需求的短期波動對利潤的侵蝕壓力。

同時，前期大規模資本開支及特鋼等其他業務積累的設備基礎，有利于更好發揮高溫合金產品的規模經濟，同時在價格方面相比其他新進入者更具優勢。例如，對于 撫順特鋼，2021年高溫合金業務營業成本中折舊金額約為917.80萬元，支撐該公司 同年高溫合金產品收入13.04億元；對于隆達股份，由于其變形高溫合金產線于2020 年末落地，2021年1-6月份新增計提折舊604.14萬元，但同期該產品實現營收509.33 萬元，當前規模經濟表現相對較弱。

再如，高端鈦合金與高溫合金部分設備可實現共用，也利于減少高折舊攤銷壓力。 據西部超導2021年10月29日公告《關于西部超導材料科技股份有限公司向特定對象 發行股票申請文件的審核問詢函的回復（2021年三季報財務數據更新版）》，鈦合 金、高溫合金使用的包括真空自耗熔煉、鍛造、軋制、機械加工以及各項性能檢測設 備完全通用，輔助生產設備如起重機、倉 、動力保障等均可通用 。

四、海外企業盈利驅動力：供需與資本開支周期雙擊

（一）復盤美國重點高溫合金公司，2003~2007 年的盈利股價高增長期

美國三家重點高溫合金企業，ATI、CRS、HAYN在2003~2007年間經歷盈利股價雙 雙高增長時期。

從股價表現看，ATI、CRS在2002/12/31~2007/12/31期間股價漲幅分別達1422.10%、 2711.08%，HAYN在2004/9/21至2007年末，股價漲幅達414.81%，而同期標普500 漲幅僅為66.97%，美國高溫合金企業股價期間收益率遠高于標普500。

從財務表現看，ATI與CRS在2003~2007盈利規模與盈利能力相較此前均有大幅改 善與提升。

（1）從盈利規模看，CRS在2007~2008年創1981年以來營業收入、凈利潤最高值， 從增速看，2001年航空業蕭條期后2002/2003年公司營收、凈利潤增速均為負，在 2004~2007年四個會計年度內營收增速實現四連增，2005~2008年內凈利潤實現四 連增。ATI表現與CRS接近，營業收入在2003~2007年內快速增長，從2002年的低點 19.08億美元，持續增長至2008年的53.10億美元，凈利潤規模表現相對滯后一年， 從2003年的低點-3.15億美元增長至2006年高點5.74億美元、2008年為5.66億美元， 營收、凈利潤規模均為1995年以來新高值。

（2）從盈利能力看，該期間內，CRS毛利率改善顯著，主營業務毛利率從2002年低 點16.67%連續增長至2006年的27.81%，2007/2008年分別為23.25%、23.40%，仍 然維持高位水平；凈利率看，凈利率從2002年低點-12.11%也持續增長至2008年的 高點14.22%，創1987年以來新高值，1987~2002年期間歷史最高凈利率水平也僅為 7.70%。ATI表現與CRS接近，毛利率由2003年的低點3.29%持續增長至2008年的 21.69%，凈利率由2002年的低點-12.11%增至2008年的14.22%。

（二）把握盈利擴大的主要矛盾：需求周期為主，供給及資本開支為輔

2003~2007年期間的盈利規模擴大的主要矛盾，在于需求周期與供給周期的雙擊。

以ATI為例，ATI為美國高性能特種金屬，如鈦合金、鎳合金等，主要供應商之一。 ATI三大業務，高性能金屬、扁平材產品、工程產品，其中高性能金屬主要銷售鈦合 金、鎳基合金及特種合金金屬原材料。2001~2008年間，高性能金屬業務收入占ATI 業務收入的30%~40%。其中在該期間內，鈦合金、鎳基及特殊合金產品收入分別占 高性能金屬業務收入均值分別為40%、38%。值得注意的是，扁平材產品、工程產品 等也多由鈦合金及高溫合金加工件產品構成。

需求端，全球飛機需求周期的變化是導致鈦合金產品量價齊升的主要驅動力之一。 ATI鈦合金、鎳基及特殊合金應用領域多有重合，其中銷售額的較大部分出售給商業 及國防航空航天客戶，而商業航空航天產品在歷史上具有一定周期性。

考慮量價彈 性等方面，我們分析以鈦合金為重點，美國鈦廠產品生產者價格指數在2003年~2006 年間快速擴大，其中需求周期的變化為主要驅動力之一，（1）商業飛機工業在 1998~2003年間為低迷時期，工業用鈦市場在2001年附近觸底，早于航空航天需求 在2003年觸底。（2）2005~2006年商業飛機訂單量大幅提升，波音與空客在 2005~2006年的訂單達到歷史新高水平，加上2003年前飛機生產率較低，導致航空 鈦回收廢料嚴重短缺。（3）21世紀后商業航空飛機新機型的單架飛機鈦含量水平顯著上升。（4）軍用飛機生產增加，如F-22在2003年后開始全速生產，而該型飛機含 鈦量高達40%以上。

航空航天鈦合金供給端收縮進一步加劇供需緊張。據《Titanium, Industrial base, Price Trends, and Technology Initiatives》（Somi Seong等，RAND，2009）， 1997~2005年，美國國防后勤局海綿鈦庫存持續減少，海綿鈦是鈦合金生產的主要 原材料之一，至2005年已幾乎沒有海綿鈦產能。同時，鈦金屬供應商未能及時反映 擴大產能、緩解供應緊缺，且擴大海綿鈦的生產能力，需要3年左右時間近3~4億美 元的投資。并且，在2003年需求激增之前，美國部分鈦合金生產商在經歷此前行業 低迷期時已經瀕臨破產。

資本開支規模的前置性，是高溫合金企業在需求提升期盈利彈性的杠桿放大器。參 考上文，ATI公司營業收入在2003~2007年內快速增長，從2002年的低點19.08億美 元，持續增長至2008年的53.10億美元。而在此期間，由于此前行業景氣度低迷，公 司產能利用率相對較低，在行業需求擴大時期，公司規模經濟效應明顯，折舊費用/ 凈營收比重從2002年的4%下行至2008年附近的2%，而在此期間折舊費用總額仍有 一定的下降。

（三）關注長期波動的次要矛盾：競爭壓力對量的需求，放大成本影響

2008年后期，經濟危機影響疊加商業航空航天需求周期向下，航空主機廠整體或處 于去庫存階段。2008~2010年經濟危機影響下，波音、空客收入震蕩。2010年后期， 二者收入增速及原材料增速處于下行階段。以波音為例，2010年后，波音商用飛機 收入及商用飛機存貨賬面價值同比增速往下趨勢明顯，整體處于去庫存階段。從發 動機主機廠看，CFM56、Trent系列、普惠UTC三家主流發動機交付量在2011年后雖有上行，但整體增速下降，2016年三家交付量為2007年以來新高達到2588臺，但僅 與2007年的1775臺增幅達45.80%，期間交付量復合增速僅為4.28%。

高溫合金的高資本開支是盈利彈性的放大器，在需求景氣度提升不明顯情況下，高 折舊攤銷壓力成為削弱盈利能力的主要原因。以ATI公司為例，在經歷2006年前需求 快速提升階段后，ATI公司在2006年~2013年開啟新一輪資本開支周期，固定資產賬 面價值在2014年達到1995年以來新高。但由于同期，下游航空主機廠整體處于新一 輪去庫存階段，需求端提升有限，規模化的折舊攤銷壓力難以被彌補，ATI公司盈利 能力波動下行。

在此背景下，美國多數高溫合金公司希望與客戶簽訂長期協議，對量的需求放大原 材料（如鎳、海綿鈦等）的成本波動影響。在高溫合金產品的成分結構中，原料成 本具有較高的占比，以國外高溫合金廠商HAYN為例，其原材料占比銷售成本可達 45%，因此上游原料價格的波動或對其盈利質量可造成較明顯的影響。

據HAYN 2021 年年報描述，HAYN在和客戶簽訂長期合同時，對產品的定價是采取固定定價的方式， 而非浮動式定價，因此在原料價格上漲期間，會面臨利潤空間收窄的風險，但在原材料價格下降期間，其存在盈利受益的可能性。參考HAYN 2006~2020年高溫合金 平均售價，盡管主要原材料鎳的價格在2007年以后呈現較平滑的下降趨勢，但HAYN的高溫合金售價穩定在一定區間內。固定定價的方式導致盈利質量的波動性不同于 浮動定價可以向下傳遞，因而波動風險主要由高溫合金企業承擔。

（四）在需求轉弱時期，向下擴張的現金流挑戰較大且工藝門檻相對高

高溫合金下游客戶多為鍛鑄件廠。依據不同高溫合金的性能差異，形變方式也有所 區別，如鑄造高溫合金下游客戶涉及重熔鑄造過程，變形高溫合金下游客戶多涉及 直接加工或變形加工后使用，形變環節對設備資本開支要求及工藝門檻也仍然較高。

1.定性方面：

（1）變形高溫合金形變加工依賴于大噸位鍛壓機和成熟的溫度控制。高溫合金由于 γ'相含量的增加增強了合金的強度，但也同時導致了合金變形抗力增強，塑性降低， 導熱性差，進而對變形高溫合金加工的鍛壓能力提出了更高的要求。由于部分變形 高溫合金在制成棒、渦輪盤等結構件的過程對鍛造環節的要求較高，目前國內非鋼 鐵廠出身的高溫合金供應商，在制造變形高溫合金標準件環節時存在將部分開胚/鍛造環節外協給鋼鐵廠、鋁廠或鍛造加工企業的現象。同時，在模鍛環節（即棒材的關 鍵成型階段），需要大噸位鍛壓機的支持，同時該環節的工藝壁壘仍然較高。

（2）鑄造高溫合金，下游變形環節的重熔鑄造過程對工藝要求仍然較高。鑄造高溫 合金下游重熔鑄造的核心工藝環節在于合金澆注和熱處理過程（包括HIP和BTOP）， 這兩個工藝環節參數的設定對材料的性能有重要影響。合金澆注環節主要控制的工 藝參數包括澆注溫度、模殼溫度和澆注速度，澆注溫度和膜殼溫度參數因葉片結構 和合金牌號而異，需要多次的試驗才能確定最佳的工藝參數；熱處理環節主要控制 的工藝參數包括時間、溫度和壓力等。工藝環節最佳參數設定，需要綜合考慮合金 的牌號和產品形狀，對特定高溫合金產品進行獨立試驗，同時，部分核心操作依賴 于熟練人工經驗。例如據圖南股份招股書，為減少不必要的資本性支出，公司適量 開展了部分委托加工業務，主要包括部分產品的委外鍛造、軋制、鑄件的熱等靜壓。

2.定量方面，以海外高溫合金產業鏈相關公司為參考：

參考海外企業，部分高溫合金廠商的產現能力，在短期內恐不足以支撐其對中游部 件加工企業的持續性收購，和在中游部件加工商業模式下的持續經營。

從縱向角度來看，高溫合金材料企業的擴張方向主要為向下，開拓以鑄造和鍛造工 藝為代表的發動機部件生產業務，實現材料制造和部件制造的一體化。由于中游環 節相對更高的資本支出、與下游客戶相對更為緊密的聯系，以及歷史上多次并購整 合等，美國多數中游部件公司的規模相對較大。對比美國中游部件制造龍頭之一 HWM（HOWMET AEROSPACE INC.）和上游高溫合金企業ATI、CRS的現金流和 盈利特征可以發現，即使部件加工企業HWM的稅前利潤率和上游高溫合金企業相差 無幾，但二者的凈利潤規模有顯著差異，在2001~2020年HWM和ATI凈利潤同為正 的年份中，HWM的平均凈利潤規模為ATI的4.5倍。

商業模式帶來的規模差異，或導致上游高溫合金企業和中游部件加工企業持續性經 營所需的資本性投入存在較大差異。對比HWM、CRS和ATI現金流的資本支出可以 發現，每年HWM用于資本支出的現金顯著高于高溫合金企業CRS和ATI，2001~2020 年平均資本支出為ATI的9倍。同時，反觀三者經營活動的產現能力，HWM的經營活 動現金凈流量和ATI及CRS差異較大，2001~2020年HWM年平均經營活動現金凈流 量為ATI的17倍。

海外高溫合金上游材料企業產現能力相對弱勢，一方面或引致高溫 合金企業短期內尚不足以支撐其向中游部件加工環節的滲透，另一方面也限制其以 持續性收購的形式進軍中游部件加工。對比ATI和另一中游部件加工龍頭PCC金額較大的收購事件可以看到，收購中游部件加工企業所需的資金量普遍顯著高于收購上 游高溫合金企業。以ATI獨立上市以來最大收購案——收購中游大型環鍛件企業 Ladish為例，該收購案金額是2009年ATI經營活動現金凈流量的3.7倍，也直接導致 ATI2010年公司現金凈流量由上一年的2.4億美元變到-2.8億美元。

（五）行業成熟期競爭加劇，牌號標準化及競對一體化整合為主要壓力

行業供需變化為主要矛盾，同時，美國高溫合金廠商在行業處于穩態發展期更對量 的需求大于對價的穩定，或源自該環節在整個航空航天產業鏈上相對成本地位的變 化。（1）橫向，源自行業發展成熟期產品的標準化，在本身行業技術迭代相對較慢 的基礎上，或引致同業內部一定的同質化競爭，削弱技術差異帶來的差異化溢價能 力；（2）縱向，源自美國航空航天主機廠為追求精益管理，逐步實施的供應鏈體系 改革，實現機體制造甚至是設計研發環節的分包化管理，原有的機體零部件供應商 話語權逐漸增強，價格壓力自下而上進行傳導；（3）縱向，源自美國部分主要的鍛 鑄件供應商與上游高溫合金寡頭的合并，打破原有上下游技術隔閡，相對削弱美國 本土上游高溫合金企業的話語權。

原料價格波動引起的寡頭同步聯動，或反映同質化競爭對盈利質量造成的一定影響。 從歷史全球鎳現貨價格波動和HAYN、CRS及ATI公司毛利率變化趨勢來看，三家公 司的毛利率變化趨勢和鎳現貨價格的波動有一定同步性，原料價格的上升（下降） 伴隨著三家公司毛利率的同步上升（下降），而且在原料價格波動最劇烈的時期， 2007年和2011年，三家公司之前彼此迥異的毛利率水平變得基本沒有差別。

值得注 意的是，ATI在21世紀初研發出新型718鎳基高溫合金，后被廣泛應用并成為過去鎳 718高溫合金的替代品，這一技術領先優勢并未在三者盈利質量對比中有明顯表現。 說明高溫合金產商在同質化競爭環境中，和下游供應商簽訂長期合同中的原料附加 費、產品定價和指數期貨對沖條款（ATI年報披露其2014年應客戶要求的鎳原料對沖 期貨價值占到年度鎳需求的15%，且持續到2020年），外加原料成本占到營業成本 40%左右，使得在行業格局發展的成熟時期，外部原料價格在一定程度上影響了高 溫合金企業盈利質量的變化，企業間競爭的技術差異性帶來的盈利差異性驅動力在 一定程度上被削弱，產品同質化競爭表現較為明顯。

在下游主機廠供應鏈改革的背景下，部分強勢中游積極并購上游，尤以PCC在2006 年收購彼時美國乃至全球的高溫合金龍頭企業Special metals（簡稱SMC）為典型。 中游寡頭與上游寡頭的強勢合并，在多數牌號同質化競爭下，或削弱上游部分獨立 高溫合金廠商在行業以及對中游鍛鑄件廠商的話語權。

積極并購上游，獲鎳、鈷、鈦產能確保成本可控，應對原材料風險的轉嫁。參考全球商業航空市場發展歷程，近年來在下游主機廠開始實現精益生產原則向系統集成 商轉型后，鍛造廠商與主機廠間傳統的來料加工模式逐步被打破，原材料價格波動 的風險隨著生產責任的轉移同步分享給了鍛造廠商。2008年以來，PCC成本轉嫁合同所占比例下降明顯。其中，鍛造產品部門所受影響最大，由2008年的10.78%降至 2015年的3.99%，這意味著PCC的原材料風險敞口被迫擴大。并購原材料供應商后， PCC有望實現原材料供應成本的穩定性。

此外，PCC借上游并購減少供應鏈對外部 公司的依賴。以PCC子公司——鍛件巨頭威曼高登的歷史為例，在1970s末期，威曼 高登收到了來自主機廠多型號飛機的鍛造鈦合金訂單，海綿鈦鍛件需求激增。然而 上游海綿鈦及熔煉機的生產商對未來海綿鈦的需求抱有懷疑態度，拒絕為其擴大產 能，影響了威曼高登鍛件生產與交付。并購上游可以使PCC內部獲取原材料產能， 避免因依賴外部供應導致生產受限的情況發生，也會為下游客戶建立供應穩定的信心，促使訂單增加。PCC通過并購上游制造“灰色地帶”。

通常情況下，客戶對于供應商的生產流程可見性有限，供應商生產流程的改進及內部效率的提升帶來的成本節約并不會輕易向客戶透露。PCC并購上游原材料供應商后，自身由原有的“客 戶”方轉變成完全的“供應”方，既獲取了關于原材料成本與利潤的內部信息，又能 把上游并購鍛件、鑄件帶來的生產效率的提升對客戶保留，制造了灰色地帶，保持 了議價能力。

PCC實施多次并購以實現上游材料成本可控，但從并購金額及行業地位看，2006年 并購高溫合金供應商Special metals和2013年并購鈦材供應商Titanium metals較 為關鍵。

（1）Special metals是世界上最大、最多元化的高性能鎳基、鈷基合金與高溫合金 制造商之一，尤其在鎳合金的研制、生產和供應方面處于世界領先地位。追溯其發 展歷程，1952年SMC的前身開創的熔煉技術是現代噴氣發動機中所用高溫合金開發 的起點。到1996年底，SMC已擁有4500萬磅真空感應熔煉能力，成為高溫合金行業 最大的生產商之一，巨大的市場份額、全面的產品線、專有知識和技術經驗奠定了 其行業領導地位。SMC共經營三個部門：高溫合金錠坯和棒材部門生產各種鍛造高 溫合金和特殊合金產品，包括鋼坯、棒材和鑄件，主要用于噴氣發動機。

其中，截至 1996年，高溫合金方坯產品的全球市場份額約32%（不包括中國和前蘇聯國家）， 高溫合金棒材產品在北美的市場份額約為20%。粉末事業部為軍用噴氣發動機和最 新一代大型商用噴氣發動機生產粉末冶金高溫合金產品，是全球最大的高溫合金粉末產品獨立制造商之一。

（2）Titanium metals是世界上最大的鈦制造商之一,供應了世界近五分之一的鈦需 求。TIMET成立于1950年，于1952年生產出世界上第一個鈦錠，1955年獲得了美國 空軍第一筆大訂單，1957年開發出真空自耗電極電弧熔煉爐。目前，TIMET是少數 在美國和歐洲均設有生產設施的鈦供應商，運營五個分布在美國與歐洲主要航空航 天、工業制造聚集處的服務中心，其專用的鈦分銷和增值加工設施保有了世界上最 大的現貨鈦庫存之一。（報告來源：未來智庫）

五、當前國內仍處需求

擴張期，中長期看格局依然穩定

1.不同于美國企業，國內需求處于擴張周期，且判斷當前為擴張周期的起點。

需求端景氣提升，為美國龍頭高溫合金公司盈利擴張的核心驅動力。復盤美國，我 們認為，2002~2008年間航空航天景氣度提升，為美國相關高溫合金企業在此期間 盈利擴張的核心驅動力，而后期相關企業盈利放緩的關鍵也源自全球商業航空航天 新一輪的去庫存周期。對于美國相關企業，發展歷史均相對較長，加上下游航空發 動機、燃氣輪機技術創新的低迭代速率，以及此前多輪的產能擴充，整體看行業及 公司已處于一定的成熟期，體現周期性特征，因此國外高溫合金企業也多以PB估值 為主。例如，ATI作為美國乃至全球高溫合金、鈦合金及特種金屬龍頭之一，其年度 鎳使用量2006年大約為8500萬磅，2017年為10000萬磅，期間內波動與下游航空航 天及工業需求周期接近，體現周期性。

2.展望國內市場，我們認為高端裝備行業各環節格局穩固性在中長期內仍然較高。

長周期看，美國重點高溫合金企業的價格穩固性仍然較高。我們認為，盡管在行業 發展后期，由于下游發動機的低迭代創新速率導致“后來者可追”，但由于資本支出 壁壘、工藝壁壘及長期配套優勢，美國高溫合金龍頭企業格局依舊穩固，部分高溫 合金企業的價格穩定性仍然較高，尤其是航空航天相關產品價格如HAYN公司（排除 2002~2008年供需矛盾的影響）、毛利率依舊具有穩定性。

從全球范圍看，高溫合金企業格局仍然具有穩定性，PCC等中游環節并購上游高溫 合金企業SMC等情況中長期內難以在國內復制。由于各工藝路線間技術難度較大， 且在高資本開支壁壘下，美國高溫合金行業格局仍然具有穩定性。據上文分析，我 們認為美國部分高溫合金企業在2008年后的競爭壓力加劇的關鍵因素之一，在于 PCC作為美國乃至全球中游鍛鑄件核心公司之一，并購了美國高溫合金公司SMC以 及鈦合金公司TIMET，實現了上游重要原材料的打通，使得原本相對穩定的上游高 溫合金及鈦合金格局被沖擊。但我們強調，考慮當前我國高端裝備用高溫合金處于 需求擴張周期，以及在當前各環節產業地位、競爭壁壘以及專業化分工下，中長期 內該情況難以在國內復制，國內高溫合金行業格局仍然具有中長期的穩定性。

六、投資分析：把握需求擴張機遇，優選格局穩固龍頭

高溫合金是性能領先的熱端部件應用材料，裝備現代化建設及國產替代提供成長性， 多元下游及廣闊后市場支撐長期穩定性。高溫合金是指能在高溫及一定應力下長期 工作的一類金屬材料，可分為變形、鑄造和粉末等，三者工藝路線的發展取決于性 能與成本的平衡。高溫合金相關企業處于航空航天發動機產業鏈的上游材料環節， 產品標準化特征利于弱化下游型號研制及客戶風險。中期，裝備現代化及國產替代 提供成長性；長期，由于下游應用于維修頻率高的熱端部件，該領域典型特征在于 廣闊后市場，間接奠定高溫合金需求的長期穩定性。

航空發動機高安全可靠性要求、工藝間的低互補性&高經驗壁壘催生多寡頭格局形成，具有規模化成本優勢、先發高技術經驗積累的企業有望強者更強。全球范圍看， 高溫合金行業呈現多寡頭格局，長周期穩定性較強，其底層驅動力在于：

一方面，下 游應用領域研制時間長、可靠性要求高、系統復雜程度大，牽引上游高溫合金材料 相比下游整機更慢的技術迭代速率，加之航空發動機對安全可靠的要求多提高認證 門檻，繼而提高新供應商進入的難度及時間；另一方面，受限于性能及成本差異，即使在同一結構，高溫合金的使用范圍也有較大不同，多種工藝在技術、性能、成本上 的不完全互補性，且所需經驗壁壘高。重資產屬性下企業競爭核心在于成本領先， 該優勢源自長期且規模化的資本開支，及具備多產品線共用對抗需求波動。具備其 他業務實現部分設備共通共用的企業，其對抗行業需求短期波動以及抵抗新進入者 的能力也相對更高。

海外高溫合金企業盈利驅動的主要矛盾在于需求周期與產能周期的匹配，次要矛盾 在于行業成熟時期競爭壓力會放大成本端波動的影響。復盤美國重點企業21世紀初 的盈利股價高增期，主要原因在于：彼時全球商業航空航天正處于創紀錄的景氣向 上周期，供給短期擴張有限加劇供需緊張，反映到下游飛機及發動機主機廠的“補 庫存周期”，牽引上游高溫合金景氣度提升，加之資本開支規模的前置性，放大了 美國高溫合金企業的盈利彈性。后期，經濟危機影響引發全球航發市場的“去庫存 周期”，同時“恰逢”ATI等企業新一輪資本開支的規模化轉固、PCC中游環節向上 滲透并購高溫合金企業SMC打破原有格局，使得多數海外高溫合金企業多希望簽訂 長期協議，對量的需求放大了上游原材料的成本波動影響。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】。未來智庫 - 官方網站