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航空之发动机系列,高温合金产业链跟踪梳理笔记……

日期: 来源:并购优塾产业链地图收集编辑:并购优塾

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近日据大象新闻报道,国产发动机领域传来3个好消息:
3月17日,北京材料研究院负责人透露,适用于歼20的国产涡扇15发动机,有新的进展。
3月20日,装载了国产涡扇20发动机的运20B,在更换涂装后,正式亮相。
3月24日,由我国自主研发,适用于C919客机的国产长江1000A发动机,首次装备在运20上,开始了终极阶段的测试飞行。
制造航空发动机的原材料,要求极高。今天,我们来看航空发动机中一类关键金属材料——高温合金。高温合金在航空发动机中用在热端,也就是燃料燃烧的的部分,能在600℃以上的高温环境下抗氧化或耐腐蚀,高温合金在航空发动机中的用量占比达50%-60%,被誉为“空天基石”。

图:高温合金在航空发动机中的使用部位
来源:浙商证券
那么,高温合金的技术难点在哪里?未来市场空间有多大?带着这些问题,我们来看看高温合金产业链——这条产业链各,各个环节包括:


图:高温合金产业链
来源:并购优塾

上游——主要原材料为电解镍、金属钴、金属铬等金属材料,其价格的波动对本行业企业利润具有较大影响。据隆达股份招股书显示,2019年度至2021年度,直接材料占生产成本的比例分别为88.23%、87.72%和86.86%。图南股份2017至2019年成本中直接材料占比分别为 61.19%、63.83%和 63.62%。
行业上游的核心生产设备对进口依赖较重,仍主要向国外发达国家采购。据隆达股份招股书披露,高温合金生产线核心设备如真空感应炉、真空电渣炉以及合金成分快速检测设备等,主要来自发达国家供应商,公司前四大设备供应商均为国外著名设备厂商,主要有美国应达集团、德国辛北尔康普集团等。
中游——高温合金材料生产制造,包括铸造高温合金母合金冶炼,变形高温合金棒材、管材、板材、丝材等的冶炼,粉末高温合金材料冶炼和制粉,以及其他种类高温合金材料制造。代表企业有抚顺特钢、西部超导、隆达股份、钢研高纳和图南股份等。


图:高温合金厂家竞争格局
来源:国泰君安
下游——高温合金零件毛坯件成型,按照制造工艺可分为,用铸造高温合金生产母合金以及高温合金铸件、用变形高温合金锻造零部件、用高温合金粉末压制成零件等。
铸造高温合金加工领域,代表企业有钢研高纳、图南股份、航发动力等。在粉末冶金方面,代表企业有钢研高纳。
变形高温合金锻件代表企业有航宇科技、派克新材、中航重机等,主要用于航空航天锻件。前端时间,我们刚对航空锻件产业链做过跟踪,详见《产业链报告库》。

图:主要企业航空航天锻造业务收入比较
来源:国金证券
高温合金零件终端应用于航空发动机、燃气轮机等特种设备上,还可以用于核反应堆、化工设备、煤转化技术等方面。

图:高温合金应用领域
来源:民生证券
产业链上参与者近期增长情况如下:
隆达股份(江苏,无锡)——2022年前三季度,实现收入7.17亿元,同比增长41.71%;归母净利润0.72亿元,同比增长41.71%。
2022年公司业绩快报显示:全年归母净利润预计实现0.96亿元,同比增长36.31%。
钢研高纳(北京)——2022年前三季度,实现收入18.98亿元,同比增长33.2%;归母净利润2.17亿元,同比+33.2%。
图南股份(江苏,丹阳)——2022年前三季度,实现收入7.29亿元,同比增长39.97%;归母净利润1.85亿元,同比增长39.97%。
2022年公司业绩预报显示:全年归母净利润预计实现2.48-2.58亿元,同比+36.76%-42.28%。
Wind一致预期,对产业链景气度预期如下:

图:Wind机构一致性预期 (单位:亿元,%)
来源:万得,并购优塾



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(一)




高温合金,是适用于高温环境的合金。
高温合金一般以铁、镍、钴为基体材料,并根据性能要求掺入其他金属元素。高温合金能在600℃以上的高温下长期工作,同时能抗氧化、抗腐蚀、抗蠕变,又有优越的机械性能。
目前主要用于航空发动机的燃烧室、涡轮导向叶片(又称导向器)、涡轮工作叶片、涡轮盘等热端部件,其中,燃烧室内燃气温度可高达1500-2000℃,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1100℃以上。

图:高温合金分类
来源:民生证券
按照基体元素的不同——高温合金可以分为铁基高温合金、镍基高温合金、钴基高温合金,适用的温度依次递增。其中,镍基高温合金用量较多,2020年占比80%。
相比较而言,铁基高温合金的组织不够稳定,因而抗氧化性能比较差、高温强度不足,是中等温度(600-800°C)条件下使用的重要材料,但合金成分比较简单,成本较低。而钴基高温合金的基体钴是一种相对稀缺的战略资源,因此使用也受到限制。

图:高温合金市场份额
来源:民生证券
按照材料成型方式——高温合金可分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末高温合金,其中:
1)变形高温合金,热加工塑性较好,可以在锻轧机械的外力作用下,塑性变形为特定形状和尺寸的锻件和型材,在固溶、时效状态下的高温强度优异,其需求量约占高温合金的70%。
2)铸造高温合金,强化相数量(强化效果)较多,不易变形加工,因此重熔高温合金母合金,在铸造型腔内浇注为铸件,通常用于制造航空航天发动机和燃气轮机等先进动力装备的关键热端部件(涡轮导向叶片、涡轮工作叶片),其需求量约20%。
按结晶方式可细分为等轴、定向、单晶铸造高温合金。等轴晶的金属材料内部的晶粒在各个方向上尺寸差别很小,材料机械性能没有方向性。定向凝固柱状晶金属材料内部晶粒是平行的长条柱状,在平行于晶柱的方向上性能好。单晶金属材料可以理解为整块金属是一个大晶粒,性能更好。

图:等轴晶、柱状晶与单晶形成原理
来源:华泰证券
铸造高温合金发展晚于变形高温合金,在航空发动机上主要用于涡轮叶片、导向叶片等,在燃气轮机上主要用于透平叶片。按照凝固成型后材料宏观表现出的晶体形态,铸造高温合金可以分为等轴、定向和单晶,这种分类方式也代表着合金提升承温能力的发展趋势和方向,以满足更高推重比航空发动机的技术需求。
其中,代表先进技术水平的单晶高温合金自20世纪80年代研制成功。目前,国外主流航空发动机、燃气轮机已成熟应用单晶高温合金,国内单晶产业化规模仍较小。
3)粉末高温合金,热加工性能好,金属利用率高,可以满足应力水平较高的发动机的使用要求,可用于高推重比发动机涡轮轴、涡轮盘等高温部件,需求量为10%。

图:变形、铸造和粉末高温合金性能及用途比较
来源:银河证券
从生产工艺来看,高温合金产品主要包括熔炼、铸造、热处理三个步骤。
高温合金由于性能要求高,构成元素多,因此生产难度很高,存在很多技术难点,比如合金成分控制、气体及杂质控制、痕量元素控制、夹杂物控制、均匀性控制、凝固中偏析、宏观冶金缺陷、晶粒度均匀性、单晶铸造技术等。
根据隆达股份招股书等资料,高温合金成材率(高温合金成品零件所含高温合金重量/生产零件所耗用的高温合金重量)较低,大约在20%到30%,大部分高温合金材料都在生产中成为加工废料。


图:高温合金生产工艺
来源:民生证券
目前,国内变形高温合金的主流冶炼工艺仍是“真空感应+真空自耗重熔”或“真空感应+电渣重熔”的双联冶炼。此外还有采用“真空感应炉+电渣重熔炉+真空自耗炉”的三联工艺。
海外航空发动机公司均认为,三联熔炼工艺是变形高温合金零部件长寿命、高可靠性的基础,用于涡轮发动机的变形高温合金转动部件必须通过三联熔炼工艺制备。国内三联”工艺已实现进展,并小批量研制和试产,但尚未批量生产,预计“十四五”期间进一步推广使用并实现产业化。
我国已建立完善的牌号体系,目前牌号中包括100多个变形高温合金、70余铸造高温合金和近20个粉末、轻型等新型高温合金牌号,基本覆盖主要应用领域,已基本具备新材料、新工艺的自主开发能力。

图:我国高温合金牌号
来源:银河证券
我国高温合金产业与国际先进水平仍有差距。比如,重要材料依赖进口、缺乏自主研制的先进设备、返回料再利用的技术与机制尚未完善等。性能上,在主元素精确控制能力、杂质元素控制水平、成分均匀性、组织一致性等方面仍有不足。




(二)




以上介绍了高温合金的知识,接下来看看三家代表公司的收入情况:
从收入规模来看,2022前三季度,钢研高纳(18.98亿元)>隆达股份(9.52亿元)>图南股份(7.29亿元)。
隆达股份(江苏,无锡)——自2004年成立以来,公司始终专注于合金材料的研发、生产和销售,业务由合金管材(铜基合金)向镍基耐蚀合金、高温合金逐步拓展。高温合金业务包括铸造高温合金和变形高温合金。
2021年营收7.26亿元,其中,高温合金收入占比42.15%,耐蚀合金占比4.55%,合金管材占。比49.59%,其他业务3.58%


图:隆达股份收入情况
来源:万得,并购优塾
公司高温合金及耐蚀合金产品主要应用领域是航天航空、燃气轮机、油气和汽车等行业,以航空发动机和燃气轮机产业链为主;合金管材产品主要应用于船舶、核电、石油化工、电力、轨道交通和海水淡化等行业。
其将高温合金做为战略重心,自2015年起加大对此部分业务的投资,先后建成铸造高温合金生产线和变形高温合金生产线,2021年之后收入明显提升。


图:隆达股份产品
来源:隆达股份招股书,并购优塾
钢研高纳(北京)——公司成立于2002年,目前实控人为国务院国资委。发行人前身为原钢研院高温所,原钢研院从事高温合金研究的人员、资产、技术等全部集中在高温所。
主营业务包括铸造高温合金、变形高温合金和新型高温合金,产品主要应用领域包括航空航天(如发动机)、大型发电设备(如工业燃气轮机、氦气轮机、烟气轮机、火力发电机组)、石油化工、玻璃制造和冶金行业。
2022上半年营收11.41亿元,高温合金收入占比98.51%,其他业务占比1.49%。


图:钢研高纳收入情况
来源:万得,并购优塾

图:钢研高纳产品
来源:公司年报
图南股份(江苏,丹阳)——公司成立于1991年,公司主营业务包括括铸造高温合金、变形高温合金、特种不锈钢。主要应用领域为航空发动机、燃气轮机、核电装备等防务及高端民用领域。
近几年公司收入规模不断扩大,高温合金业务占比都超过70%。2022上半年营收4.61亿元,高温合金收入占比75.05%,特种不锈钢占比9.54%,其他合金业务13.23%、其他业务2.17%。

图:图南股份收入情况
来源:公司年报


图:图南股份产品
来源:民生证券,并购优塾

 

(三)




下面按季度看看近三年这三家公司净利润增长情况:


图:归母净利润增速(单位:%)
来源:万得,并购优塾
隆达股份2022Q1归母净利润同比增速特别高,是由于2021Q1归母净利润特别低,仅约100万元(固定资产转固,导致折旧费增加较多,但产能尚未充分释放)。
隆达股份——2022年前三季度,实现收入7.17亿元,同比增长41.71%;归母净利润0.72亿元,同比增长147.15%。
2022Q3,收入为2.35亿元,同比+25.36%,环比-18.05%;归母净利润为0.21亿元,同比+78.68%,环比-41.82%。
2022公司业绩快报显示:全年归母净利润预计实现0.96亿元,同比增长36.31%。

图:隆达股份归母净利润(单位:亿元,%)
来源:万得,并购优塾
钢研高纳——2022年前三季度,实现收入18.98亿元,同比增长33.2%;归母净利润2.17亿元,同比-14.32%。
2022Q3,收入为7.57亿元,同比27.17%,环比22.38%;归母净利润为0.92亿元,同比19.7%,环比45.82%。
2022年度上半年归母净利润增速下滑,主要是由于原材料价格上涨所致。

图:钢研高纳归母净利润(单位:亿元,%)
来源:万得,并购优塾
图南股份——2022年前三季度,实现收入7.29亿元,同比增长39.97%;归母净利润1.85亿元,同比增长40.7%。
2022Q3,收入为2.68亿元,同比54.39%,环比54.39%;归母净利润为0.68亿元,同比60.69%,环比60.69%。
2022公司业绩预报显示:全年归母净利润预计实现2.48至2.58亿元,同比增长36.76%-42.28%。预计下游飞机、航空发动机、燃气轮机、核电装备等防务产品及高端民用产品对应业务条线产品快速放量所致。

图:图南股份归母净利润(单位:亿元,%)
来源:万得,并购优塾




(四)




接下来看看现金流量。
一、净现比

图:净现比(单位:亿元)
来源:万得,并购优塾
隆达股份2019年度净现比为负,是由于净利润为负所致——当年铸造合金产线转固开始折旧,但公司高温合金业务尚处市场开拓期,另外股权激励导致的股份支付费用较高。
钢研高纳、隆达股份2021年度和2022前三季度净现比下降,是由于应收账款和存货增加较多,以及镍和铬价格上涨,导致经营活动现金净流量为负。
从净现比来看,图南股份净利润质量更高。相比之下,隆达股份现金流压力更大。
二、CAPEX VS 现金流分析

图:CAPEX VS现金流(单位:亿元)
来源:万得,并购优塾
从投资支出看,三家公司均重视新建或扩建产能,尤其是2021和2022年,均有大额资本性支出。其中:
图南股份经营活动现金净流量基本能够覆盖资本支出;钢研高纳2021年通过定增,募得资金2.9亿元用于补充流动资金。
隆达股份经营活动现金流净额与投资支出有较大差距。公司于2022年IPO,募得资金22亿元,其中,8.6亿元用于新增年产1万吨航空级高温合金的技术改造项目,0.6亿元用于补充流动资金,3.6亿元用于永久性补充流动资金。




(五)



对比完增长情况,我们再来看利润率、费用率的变化、以及价值链分配情况。

一、毛利率


图:毛利率(单位:%)
来源:万得,并购优塾
三家公司毛利率相比较,图南股份>钢研高纳>隆达股份。
钢研高纳2021Q3之后毛利率下降,主要是镍、钴等原材料价格大幅上涨,公司铸造高温合金、变形高温合金产品毛利率下滑较大。
隆达股份整体毛利率较低,除了铸造高温合金毛利率较低,还由于其毛利率较低的传统业务合金管材占比仍较高。
图南股份整体毛利率高,得益于其铸造高温合金业务毛利率较高,其高温合金精密铸件产品销售占比较高,且毛利率较高。

图:铸造高温合金毛利率(单位:%)
来源:万得,并购优塾
(注:隆达股份为高温合金(含铸造高温合金、变形高温合金)毛利率)

图:图南股份高温合金母合金与精密铸件毛利率
来源:图南股份招股书
二、净利率

图:净利率(单位:%)
来源:万得,并购优塾
三家公司净利率波动,受政府补助、期间费用率变动影响较大。
此外,钢研高纳2021Q3以来净利率降低,一方面是毛利率有所降低,另一方面是2021年前三季度公司投资净收益(来自联营企业分红)较高,占营收比为5.78%。
三、净资产收益率

图:杜邦分析(单位:%)
来源:万得,并购优塾
三家公司相比,图南股份ROE较高,原因是其净利率更高。
四、产业链价值分配

图:杜邦分析(单位:%)
来源:万得,并购优塾
1)价值量分配
上游高温合金原材料生产企业和中游高温合金零件生产企业盈利能力较强,毛利率较高。下游企业毛利率较低。
2)增长预期
目前隆达的增长预期稍高一些,从产品方面看,其多种变形高温合金处于送样验证阶段。



(六)




接下来我们看看行业景气度情况:
一、国防费用开支
2022年中国国防预算增长目标设定为7.1%,2023年在7.2%,国防费的增速有望持续高于GDP的增速。

图:我国国防开支情况及预测(单位:亿元,%)
来源:中原证券
国防开支向武器装备建设倾斜,重点投向“优化武器装备规模结构,发展新型武器装备”。新型战斗机、运输机等新型主战装备,将直接受益于我国国防开支的总量增长和装备支出的结构性增长。

图:我国国防装备费用支出情况(单位:亿元,%)
来源:光大证券
二、防务力量对比
我国在防务飞机数量、更新换代、品种结构等方面与海外存在巨大差距。
截至2021年底,中国在役防务飞机数量为3285架,较2020年增加约25架;约占全球防务飞机数量的6.1%,较2020年上升约0.1个百分点。
对比来看,截至2021年底,俄罗斯防务飞机数量超过4000架,而美国高达13000余架。
 

图:防务飞机对比
来源:浙商证券

图:近年我国防务飞机增长情况
来源:银河证券
三、镍价格
以镍基高温合金为例,其镍含量大于50%。因此,镍价格对高温合金生产企业生产成本影响较大。2020年以来,随着新能源汽车行业对镍的需求增加,以及供给端的限制,镍价持续上升,目前仍处于相对较高的位置。

图:电解镍均价
来源:万得




(七




接下来我们看看高温合金未来市场规模。根据华经产业研究院的数据,国内高温合金需求量2021年为6.2万吨,产量为3.8万吨,有较大供给缺口。

图:中国高温合金产量与需求量持续不匹配
来源:民生证券
国内高温合金在航空航天领域的应用规模占比70%,是我们本次预测的重点,可以分为防务领域和商用航空领域。
用公式可以表示为:
我国航空领域高温合金市场规模=防务市场规模+商用市场规模
其中:
防务市场规模=每年防务飞机发动机需求当量*防务飞机发动机国产化率*发动机质量*高温合金质量占比/高温合金零件成材率
防务飞机发动机需求当量=新增需求+维修需求+更换需求=每年新增防务飞机数量*单架防务飞机配装发动机数量+防务飞机保有量*单架防务飞机发动机数量*防务飞机发动机维修当量+防务飞机保有量*单架防务飞机发动机数量*防务飞机发动机换发当量
我们分别来看:
接下来,对核心增长驱动力,以及关键竞争要素,我们在后文挨个来拆解:








以上,仅为本报告部分内容,后文还有大约6000字,以及数十张图表,具体内容详见《产业链报告库》。

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人类社会的进化史,本质上就是三个词:生产力、生产资料、生产关系。

而产业链研究,本质上其实就是在思考,生产力,到底是如何进化的。

因而,我们的产业链思考,也沿着关于“生产力”的两大问题,持续展开:

哪些产业链,代表更先进的生产力?

哪些产业链,正在发生更大量级的关键变化?


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1、锂电:麒麟+4680——  动力电池 | 电解液 | 整车 | 动力总成 | 锂电结构件 | 三元正极 | 锂电铜箔 | 动力电池电池盒 | 锂电设备 | 负极材料 | 锂电正极粘结剂PVDF | 磷酸铁锂正极 | 锂电激光设备 | 碳硅负极 | 动力电池 | 三元前驱体 | 国产整车 | 锂电铝箔 | 软磁材料 | 整线设备 | 隔膜 |  锂电铜箔 |  碳纳米管导电剂 | CTX电池设备 |  充电桩 | 锂电回收 | 动力电池和储能 | 磁性元件 | 增程式电动车 |  精密结构件热管理 | 负极材料 | 汽车铝热传输材料 | 单晶三元正极 |球形氧化铝 | 电解液 | 镁合金结构件 | 软包电池 | 高端铜合金 | 预镀镍 | 

2、智能车:软硬解耦+智能化—— 车载视频监控 | 车载镜头 | 智能座舱 | 激光雷达 | 智能驾驶域控制器 | 汽车毫米波雷达 | 汽车通信模组 | 车用PCB | 汽车连接器 | 智能控制器 | 激光设备 | 换电设备 | 镶嵌注塑件 | 车载电源 | 线控行车制动 | 高精度卫星定位 | 惯性导航 | 一体化压铸 | 汽车空气悬架 | 智能底盘 | 车用胶管 | 大型压铸机 | 智能停车系统 | 新能源车换电 | 高压线束 | 电机扁线 | 纯电高端轿车 | 熔断器 | 微电机 | 高精度齿轮 | 继电器 | 充电模块 | 免热处理铝合金 | 座椅 | 智能座舱 |

3、新能源:风+光+储+钠+氢—— 光伏硅片设备  | 硅料 | 光伏胶膜 | 光伏硅片 | 光伏组件 | 光伏热场 | 光伏金刚线 | 光伏切割设备 | 光伏HJT设备 |光伏胶膜 | EVA树脂 | 光伏薄型、双面玻璃 | 光伏下游组件 | N型硅片 | HJT电池片 | 组件焊带 | ITO靶材 | 背板 | 银浆 | 边框 | 户用光伏 |风电铸件 | 风电主轴 | 海底电缆 | 风光绿电运营商 | 风电塔筒 | 储能 | 光热发电 | 户用储能 | 储能电池) | 氢能源制氢 | 氢能源燃料电池 | 膜电极+双极板 | 光伏电站运营 | POE胶膜 | TCO玻璃 | 石英坩埚+石英砂 | 镀膜设备 | 激光设备 | 焦炉煤气制氢 | 太阳能幕墙 | 电镀设备 | 电解槽制氢设备 | 铜电镀-图形化设备 | 跟踪支架 |

4、航空:大飞机+先进战机—— 防务连接器 | 卫星遥感 | 飞机制动 | 航空发动机叶片 | 红外热成像 | 特种无人机 |  碳纤维上游原丝 | 通用航空器运营 |

5、信创:软硬件+安全——
 网络安防 | 终端安全 | CAD软件 |  国产CPU  | 操作系统 | 国产中间件 | NLP自然语言处理 | 电力信息安全和电力SAAS |

6、人工智能:基础+技术+应用—— 智能语音 | 工控 | 机器人减速器 | 扫地机器人 | 机器视觉 | 电力机器人 | 人体工学设备 | 骨科手术机器人 | 计算机视觉 智能制造 | 机器视觉 | 智能门锁 | BLDC电机驱动控制芯片 |

7、元宇宙:软硬件+内容——
 VR/AR | 航母-电磁发射 | 环形锻件 |

8、消费升级:健康+快乐+美丽—— 预制菜 | 冷冻烘焙 | 运动鞋服制造 | 功能饮料 | 新型甜味剂 | 高端白酒 | 苏酒 | 次高端白酒 | 啤酒 | 外资背景啤酒 | 免税 | 化妆品 | 电商平台 | 化妆品代工 | 电子烟 | 医美器械之能量源设备 | 医美器械之光电类器械 | 医美材料 | 植发医疗 | 医疗美容服务机构 | 珠宝 | 人工培育钻石 | 白羽鸡 | 海南地区机场免税 |

9、生物制造:生物医药+合成生物学—— 营养强化剂 | 生物再生材料 | ADC抗体偶联药物 | 双抗 | 分子砌块 | 大分子CDMO | 临床一体化CXO |


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