高温合金材料在航空航天应用占比超过55%，电力行业占比超过20%
思瀚产业研究院    2025-03-28

高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在 600℃以上的高温及应力作用下长期工作的一类金属材料，具有优异的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，广泛应用于航空、航天、石油、化工、舰船等特殊行业。高温合金的材料特征使其成为航空发动机中不可替代的关键材料。

在世界先进发动机研制中，高温合金材料用量已占到发动机总量的 40%~60%。所以，高温合金材料也被誉为“先进发动机基石”。按基体元素来分，高温合金又分为铁基、镍基、钴基等高温合金。铁基高温合金使用温度一般只能达到 750~780℃，对于在更高温度下使用的耐热部件，则采用镍基和难熔金属为基的合金。

镍基高温合金在整个高温合金领域占有特殊重要的地位，它广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机最热端部件。

从 20 世纪 30 年代后期起，英、德、美等国就开始研究高温合金。第二次世界大战期间，为了满足新型航空发动机的需要，高温合金的研究和使用进入了蓬勃发展时期。40 年代初，英国首先在 80Ni-20Cr 合金中加入少量铝和钛，形成γ'相以进行强化，研制成第一种具有较高的高温强度的镍基合金。同一时期，美国为了适应活塞式航空发动机用涡轮增压器发展的需要，开始用 Vitallium 钴基合金制作叶片。

发展至今，国际市场每年高温金属合金消费量在 30 万吨，广泛应用于各个领域。过去多年，全球航天业对新能源飞机需求旺盛，空客与波音已有超万架此类飞机等待交付。而精密机件公司是全球高温合金复杂金属零部件和产品制造的龙头企业，也为航空航天、化学加工、石油和天然气的冶炼以及污染的防治等行业提供所需的镍钴等高温合金。精密机件公司就是波音、空客、劳斯莱斯、庞巴迪等军工航天企业的指定零配件制造商。

自 1956 年第一炉高温合金 GH3030 试炼成功，迄今为止，我国高温合金的研究、生产和应用已历经 60 年的发展历程。60 年的高温合金发展可以分为三个阶段。

第一个阶段：从 1956 年至 20 世纪 70 年代初是我国高温合金的创业和起始阶段。本阶段主要是仿制前苏联高温合金为主体的合金系列，如：GH4033，GH4049，GH2036，GH3030，K401 和 K403 等。

第二个阶段：从 20 世纪 70 年代中至 90 年代中期，是我国高温合金的提高阶段。主阶段主要试制欧美型号的发动机，提高高温合金生产工艺技术和产品质量控制。

第三阶段：从 20 世纪 90 年代中至今，是我国高温合金的全新发展阶段。本阶段主要是应用和开发了一批新工艺，研制和生产了一系列高性能、高档次的新合金。

我国的高温合金研究主要研究单位是钢铁研究总院、北京航空材料研究院、中国科学院金属研究所、北京科技大学、东北大学、西北工业大学等。国内现从事高温合金材料及高温合金精密铸件生产的企业数量有限，主要是基于国家在计划经济时期规划的高温合金生产基地和研发基地以及一些原航空工业配套高温合金铸件的专业铸造单位。

我国已具备了高温合金新材料、新工艺自主研发和研究的能力。虽然高温金属合金材料在我国已发展近 60 年，但行业发展仍处于成长期。由于高温金属合金材料领域具有较高技术含量，该行业企业拥有较深护城河。我国高温金属合金每年需求量在 2 万吨以上，国内年生产量在 1 万吨左右，市场容量超过 80 亿元。

按照新材料在线的数据统计显示，全球高温合金材料在航空航天应用占比超过 55%，在电力行业占比超过 20%，主要用于航空发动机和燃气轮机等高温应用场景。

航空发动机燃烧室是发动机各部件中温度最高的区域，燃烧室内燃气温度可高达1,500-2,000℃，作为燃烧室壁的高温合金材料需承受 800-900℃的高温，局部甚至高达1,100℃以上。除需承受高温外，燃烧室材料还应能承受周期性点火启动导致的急剧热疲劳应力和燃气的冲击力。用于制造燃烧室的主要材料有高温合金、不锈钢和结构钢，其中用量最大、最为关键的是变形高温合金。典型的航空发动机燃烧室零部件包括航空发动机叶片、涡轮盘、涡轮导向叶片都是用高温合金材料制造的。

除了航空发动机外，燃气轮机也是高温合金的另一大重要应用领域。燃气轮机主要用于地面发电机组和船舶动力领域，工作环境需要承受高硫燃气和海水盐分的腐蚀，工作寿命要求达到 50,000100,000 小时。涡轮盘在工作时转数接近 10,000 转分钟，要求材料耐用温度达到 600℃以上，因此设备部件材料必须使用具有耐高温、较高蠕变强度的高温合金材料。

高温合金按制备工艺分，变形高温合金占 70%，铸造高温合金占 20%，粉末高温合金占10%。按基体元素分，镍基高温合金占 80%、铁基占 14.3%、钴基占 5.7%。变形高温合金是最主要的高温合金工艺，镍基是最主要的高温合金基体元素。

高温合金是新材料产业六大重点发展领域之一，广泛应用于航空航天、电力、机械、工业等领域。高温合金消费占比最高的三个应用领域分别是航空航天、电力和机械，占比分别为 55%、20%和 10%，其中航空航天是高温合金的最大应用领域。现代航空发动机以燃气涡轮发动机为主，涡轮风扇发动机已成为世界主流民用、军用航空动力。与此同时，燃气轮机也广泛应用于工业发电、舰船等领域动力装置。航空发动机和燃气轮机的国产化为高温合金材料需求带来较大增长空间。我国高温合金行业需求旺盛，供不应求是常态。2022 年我国高温合金产量约 4.2万吨，需求量约 7 万吨，具有较大的产能缺口。

按照 2022 年西部超导定增预案披露的价格，军工高端高温合金单价约 30-50 万/吨。按照抚顺特钢 2020 年报披露数据显示，变形高温合金均价为近 20 万/吨。按高温合金均价 30 万来测算，2022 年我国高温合金市场规模约 200 亿左右。高温合金生产技术水平要求高，具有较高的综合性进入壁垒，国内外竞争格局较为稳定。海外高温合金产业呈现明显的寡头垄断结构，从事高温合金材料的制造商包括 PCC、卡朋特、哈氏合金等公司，主要分布在美、英、德、法、俄、日等国。

因高温合金的战略属性及其与重点行业和关键设备的发展的相关性，西方国家出于国防安全以及国家竞争地位的考虑，对我国部分高温合金产品及牌号实行封锁；同时，包括航空航天在内的许多高端制造领域对原材料国产化率要求较高，促使我国加快高温合金自主研发生产进程。目前，国内高温合金生产企业数量较少，主要基于国家在计划经济时期规划的高温合金生产基地及具有研究背景的科研院所，如钢铁研究总院、北京航空材料研究院、中国科学院金属研究所、北京科技大学等，形成了头部集中的发展特征。

随着 2018 年“小核心、大协作”国防科技工业新体系逐步建立，军用航空整机、航空发动机主机厂将零部件生产加工业务外溢，利用社会资源提升航空装备生产能力和技术水平，推动行业内民参军企业快速发展，涌现一批优质生产企业，如钢研高纳、西部超导、中航上大、图南股份等。国内目前高温合金参与生产可分为三类：

第一类是以抚顺特钢、宝钢特钢、长城特钢为代表的特钢厂。生产设备齐全、经验丰富，布局了多种金属材料产线，其中以变形高温合金为主。

第二类是以钢研高纳、航材院、中科院金属所、北京科技大学为代表的科研单位。科研单位较早地参与到了我国高温合金体系的建设当中，主要负责先进高温合金材料和生产工艺的研究与生产，掌握着行业前沿生产技术和工艺。

第三类是以图南股份、西部超导为代表的新兴企业。这类企业在“两机专项”政策出台前后进入高温合金赛道，由于起步时间较晚，技术积累相对薄弱，但均在积极推进“两机专项”项目建设进行产能扩张。

结合高温合金行业国内主要企业产能来看，抚顺特钢、钢研高纳、西部超导处在第一梯队，图南股份、宝钢特钢、攀长钢、齐齐哈尔特钢厂、中科院金属所、北京航材院处在第二梯队其中图南股份产能迅速扩张，不断缩小与第一梯队的差距，中科三耐、应流股份、炼石航空、万泽股份等处在第三梯队的位置。

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