先進金屬材料行業特性及細分應用競爭格局主要壁壘構成
隨著生產工藝及科學技術的不斷發展，在原有材料科學的范疇下逐漸衍生出了新材料這一分支，一般指新出現的具有優異性能和特殊功能的材料，或是傳統材料改進后性能明顯提高和產生新功能的材料。先進金屬材料是新材料的重要組成部分，具備良好耐高溫、耐蝕性能或某種特定的環境適應性，可用于航空航天、燃氣輪機、核工程、石油化工等國民經濟關鍵領域，也是國防現代化的重要支撐。先進金屬材料包括高溫合金、高性能合金、高品質特殊鋼、高純稀有金屬材料及高端稀土功能材料等。
資料來源：普華有策
1、先進金屬材料行業特性
（1）周期性
高溫及高性能合金和特種不銹鋼應用于航空航天、核工程、燃氣輪機及汽輪機、石油化工等國民經濟重要領域。行業與宏觀經濟關系波動相關，受單一行業的影響較小。其中特種不銹鋼產品主要應用于石油化工行業。國際油氣價格的大幅波動將影響油氣開采及石油制品的需求，相關業務可能因石油天然氣價格大幅波動而呈現出一定的周期性。
（2）區域性
高溫合金行業不存在明顯的區域性；耐蝕合金及特種不銹鋼行業具有一定的區域性，主要集中在華東地區，主要因為長三角地區是我國耐蝕合金及不銹鋼加工與流通的核心區域，聚集了一批新型高端材料生產廠商。
2、行業經營模式
高溫及高性能合金、高品質特種不銹鋼等特種合金產品在產品定價上主要采用產品成本加成以獲取合理的利潤的模式。采購模式上，基本采用“以產定購+安全庫存”的模式，所需原材料直接向市場采購。生產模式上，基本采用“以銷定產”，根據客戶訂單進行定制生產。銷售方式上，主要以直銷的方式進行，也存在通過貿易商進行銷售的方式。
3、高溫合金循環再生應用情況
高溫合金在加工流程中會產生大量返回料，以高溫合金的尖端應用航空發動機為例，由于需要充分考慮強度、空氣動力、減重等要求，零件加工環節多、形狀復雜、精度要求高，導致材料有效利用率非常低，一般情況下超過 90%的材料會成為返回料。高溫合金循環再生應用指在高溫合金的制造過程中使用加工流程中產生的返回料，通過嚴格的牌號分級管理、分選清洗，再重新經過真空提純、重熔、鍛鑄造等精加工流程形成高溫合金材料的制備模式。
國際方面，美國從 20 世紀 70 年代起開展高溫合金返回料的再生利用，目前已形成技術成熟、體系完善、返回料嚴格分類回收和再生利用的全產業鏈閉環模式，在高溫合金生產過程中返回料使用比例達到 70%-90%。返回料經過多次真空提純和精煉，再生利用后的純凈度水平和各項指標穩定性均優于礦冶新料，使得再生材料的質量和穩定性水平大幅提升，同時還可降低成本 30%以上。比如，美國 Allegheny Technologies Incorporated（“ATI”）公司即表示更愿意使用返回料，生產的產品質量更好，生產更簡捷。波音、洛克希德?馬丁、羅爾斯羅伊斯、通用電氣等終端用戶均建立相應制度對供應商的返回料回收標準、數量等提出明確要求。
國內方面，我國高溫合金行業經歷了從仿制到自主創新的歷程，已初步建立完整的高溫合金研制體系，但與世界領先水平相比，我國高溫合金在產品雜質元素控制、均勻性、穩定性、成本控制等方面仍存在一定差距。以變形高溫合金典型牌號 GH4169 為例，國外同牌號產品成本相較國內更低，且材料的夾雜物控制更好、穩定性更強、晶粒度級差更小。形成上述差異的部分原因是因為國外已經建立了完整的返回料回收體系及配套分級管理系統，而我國在這方面仍然缺失技術和標準，一定程度上限制了我國高溫合金制造產業的發展。同時，返回料缺乏統一的管理，大部分返回料僅能降級利用，部分返回料存在出口處理的情況，還存在泄密隱患，可能涉及相關的裝備信息、材料參數等關鍵戰略信息安全。綜上，做好高溫合金返回料的再生應用，對于提高我國高溫合金的質量和穩定性、降低成本、保障戰略資源安全具有重要意義。
4、高性能合金行業概況及下游應用
（1）高性能合金行業概況
高性能合金是在某些維度（如物理強度、抗腐蝕性、抗氧化性、磁性等）具有特定性能指標的金屬合金材料，包括超高強合金、耐蝕合金、精密合金等。超高強合金是指屈服強度和抗拉強度較高的合金，具有高強度、高韌性，一般用于飛機結構件、起落架、火箭殼體等關鍵承力部件上；耐蝕合金是在常溫或高溫的腐蝕介質中具有耐腐蝕、耐高溫、耐磨損性能的金屬材料，可分為鐵基合金、鎳基合金、鎳鐵基合金等，是能源、石油化工等產業中不可或缺的關鍵零部件，成為反映一國工業先進水平的重要指標之一；精密合金通常是指具有特殊物理性能的功能金屬材料，如磁學、電學、熱學等性能，主要包括磁性合金、彈性合金、膨脹合金、熱雙金屬、形狀記憶合金等。
（2）高性能合金下游應用情況
高性能合金在多個維度展現出優異特性，具備較高的應用價值，其中以超高強合金、精密合金、超高純不銹鋼為代表的高強度、良好物理特性的合金材料廣泛應用于航空器機身結構件和發動機件，以耐蝕合金為代表的高溫耐腐蝕合金材料廣泛應用于航空航天、核工程、石油化工和海洋工程領域。
1）高性能合金在航空航天領域的應用
超高強合金在航空器結構件等特種領域的應用空間巨大。為滿足飛機長壽命、容易維護、輕量化等需求，基體零件結構向整體化、復雜化、薄壁化等方向發展，新型飛機趨向整體結構設計方案，采用新型材料提高飛機的結構強度。隨著材料技術、鍛造技術、加工技術的不斷發展，使用超高強合金制造大型飛機起落架主承力構件成為必然選擇。
目前，國外應用比較廣泛的起落架用材為超高強度合金鋼，如法國 35NCD16、俄羅斯30ХГСН2А，美國 300M 等，此類高強度材料可以減輕起落架質量，而減重一直是起落架設計所追求的重要指標，同時，超高強度合金材料本身的優良綜合性能，可以保證起落架工作的可靠性。除超高強合金外，超高純不銹鋼、精密合金也在航空發動機、導彈，以及陀螺儀、緊固件、航電系統、管路等機載部件上投入應用。
2）高性能合金在石油化工及核工程領域的應用
我國石油化工行業規模龐大，設備需求旺盛，具備對高性能合金的需求基礎。加之近年來陸上油氣田已逐步進入開采的中后期，后期發現油田的開采環境愈發惡劣，主要表現在油井深度的增加、油氣埋藏壓力和溫度的增加以及開采環境中的腐蝕性的增強，因而對耐蝕合金產生了更大的需求量。而全球海洋油氣資源、頁巖氣等非常規油氣資源開采潛力巨大，勘探前景良好，但也同樣面臨開采環境逐漸嚴苛的問題，大陸架淺水區域的油氣資源勘探開發起步較早，未來需要將儲量開采延伸至海上深水區，深水區的腐蝕性更強，會對合金性能提出更高的要求；此外，相比常規油氣開采而言，頁巖氣開采過程中，對耐腐蝕、耐高溫、耐磨損材料的性能要求更高，需求量更大。高性能合金在石油化工領域的增長前景良好。
核電作為清潔、高效的能源，一直是世界各國的發展方向。截至 2020 年年底，全球核反應堆共有 448 座，總容量為 397.78GW。2022 年 3 月，國家發改委、國家能源局聯合印發《“十四五”現代能源體系規劃》，明確提出全面掌握三代核電技術，積極安全有序發展核電。到 2025 年，核電運行裝機容量達到 7,000 萬千瓦左右，將成為未來的主要能源之一，這將有望推動上游耐蝕合金等高性能合金的需求發展。
3）高性能合金在海洋工程領域的應用
以海洋油氣資源為代表的海洋礦產資源是當前世界海洋資源開發的重點和熱點，加快海洋資源開發和利用已成為世界各國發展的重要戰略取向。金屬在海水腐蝕中易產生應力腐蝕斷裂、氫脆、腐蝕疲勞、晶間腐蝕等現象，高性能合金所具備的高強度、高韌性、高耐蝕等特性有效保障了海洋工程的實施。隨著國內對海洋平臺、海洋油氣開發裝備核心技術和關鍵共性技術的研究的持續投入，深海鋪管系統、深海立管系統、水下作業裝備等建造能力的增強，配套設備的國產化率將不斷提高海洋工程專用設備制造業的快速發展及進口替代趨勢，將有力推動國內耐蝕合金業的發展。此外，我國屬于全球人均淡水資源最貧乏的國家之一，人均淡水資源量僅為世界平均水平的 1/4。未來，我國海水淡化工程將出現較大的發展契機，這也將促進耐蝕合金等高性能合金材料的需求增長。
5、特種不銹鋼下游應用情況
特種不銹鋼在合金成分上含高鎳、高鉻、高鉬，因而與普通不銹鋼相比，有更加優秀的耐高溫或者耐腐蝕性能。特種不銹鋼主要應用于石油化工、海洋工程及船舶以及能源等高端裝備制造領域。
（1）特種不銹鋼在石油化工領域的應用
石油化工設施設備對安全可靠性要求較高，且大多運行在高溫、高壓和高腐蝕等惡劣工況下，對工作在這類環境下的不銹鋼相關性能有著較為嚴苛的要求。因此，具備耐高壓、耐高腐蝕等特性的特種不銹鋼是石油化工設施設備中重要的基礎部件，在爐管、物料輸送、熱交換器等設施設備中得到了廣泛的應用。石油化工用特種不銹鋼產業同樣受益于我國石油化工行業的高速發展。
根據“十四五”規劃及工信部等六部門聯合印發的《關于“十四五”推動石化化工行業高質量發展的指導意見》，2025 年我國石化化工行業將基本形成自主創新能力強、結構布局合理、綠色安全低碳的高質量發展格局，高端產品保障能力大幅提高，核心競爭能力明顯增強，高水平自立自強邁出堅實步伐。由此帶來的石油化工裝備更新和投資需要也進一步打開高端特種不銹鋼的應用場景和市場空間。
（2）特種不銹鋼在海洋工程及船舶領域的應用
傳統船舶建設過程中，特種不銹鋼材料主要用于制造耐鹽、耐酸的管路，包括泵、閥等關鍵組件；隨著液化天然氣、液化石油氣運輸船及不銹鋼液貨艙化學品船的制造量不斷提升，特種不銹鋼在船舶領域的用量也有著顯著的增加。
（3）特種不銹鋼在能源領域的應用
特種不銹鋼在民用核電領域中主要用于核島、常規島、輔助設備等領域，如蒸汽發生器中的傳熱管、冷卻水管道等輸配水管道等。根據測算，核電蒸發器成本占核電設備投資中核島部分的 8%，而特種不銹鋼主要應用于核電蒸發器中，1 座 100 萬千瓦機組的核電站需要核電蒸發器管約140-150噸。此外，核電領域中特種不銹鋼也可用于鍋爐、壓力容器等。隨著我國核電站建設提速以及核電設備的出口，核電站用特種不銹鋼的需求將快速增長。目前，擁有核電級別特種不銹鋼生產能力和生產許可的國內企業較少，核電站用特種不銹鋼（特別是應用較多的核電蒸發器用特種不銹鋼）絕大部分仍需依賴進口。因此，在上述市場背景下，率先具備生產能力的企業，將獲得占領這一高端市場并逐步替代進口產品的先機，從而分享高端市場快速增長的豐厚收益。
除核電外，特種不銹鋼在火力發電領域可用于汽輪機、鍋爐、壓力容器等發電設備，并用于超臨界、超超臨界等先進火力發電機組。近年來，我國鼓勵煤電行業不斷提高發電效率，鼓勵發展超臨界、超超臨界等高參數機組。從經濟效益方面考量，在保證供熱，并符合排放標準、維持較高熱效率的前提下，高參數機組將成為火力發電行業未來發展的大趨勢。隨著火力發電等能源領域的不斷發展，特種不銹鋼的應用空間也將不斷提升。
6、先進金屬材料行業競爭格局
（1）高溫合金及高性能合金行業競爭格局
高溫合金及高性能合金行業技術水平要求高，具有較高的綜合性進入壁壘，國內外競爭格局較為穩定。海外高溫合金產業呈現明顯的寡頭壟斷結構，全球從事高溫合金材料的制造商不到 50 家，包括 Precision Castparts Corporation（“PCC”）、CarpenterTechnology Corporation（“卡朋特”）、ATI、Haynes International, INC（“哈氏合金”）等公司，主要分布在美、英、德、法、俄、日等國。因高溫合金的戰略屬性及其與重點行業和關鍵設備的發展的相關性，西方國家出于國防安全以及國家競爭地位的考慮，對我國部分高溫合金產品及牌號實行封鎖，同時包括航空航天在內的許多高端制造領域對原材料國產化率要求較高，當前國內高溫合金企業的產能產量主要以滿足內部需求為主，與海外龍頭的競爭較少。
我國高溫合金及高性能合金材料研制和生產主要為特鋼企業、科研院所及其下屬企業。由于進入門檻較高，我國生產高溫合金及高性能合金的企業數量有限，從目前來看，高溫合金及高性能合金企業主要分為三類，包括特鋼企業、科研院所及其下屬企業以及民企。特鋼企業以撫順特鋼為代表，其特點是產能大、產品種類較多。科研院所及下屬企業主要有北京航空材料研究院（621 所）、中國科學院金屬所、西部超導和鋼研高納，其特點為技術實力出眾，產品覆蓋范圍廣。民企包括圖南股份、隆達股份、四川六合特種金屬材料股份有限公司等，民企體制靈活，企業分別都有各自的特點及優勢領域。受益于下游需求快速增長，行業龍頭產能擴張助力業績提升。近年來，隨著下游武器裝備加速列裝疊加航空發動機國產替代催生的巨大需求，國內高溫合金及高性能合金企業紛紛募資擴產。但因為高溫合金及高性能合金的高技術、長周期等導致的高壁壘，所以新進入者很難規模化，產能增量主要來源于現有企業擴產。
（2）高品質特殊鋼行業競爭格局
高品質特殊鋼行業的產品、材料開發需要長時間的技術積累與創新。國外市場上，卡朋特、Daido Steel Co.Ltd（“日本大同”）、Buderus Edelstahl GmbH（“德國布德魯斯”）、Sandvik AB（“瑞典山德維克”）等企業均已經營超過 100 年，其通過長期漸進的技術工藝創新，成為全球領先的高品質特殊鋼企業。
國內高品質特殊鋼行業的主要參與者包括大型高品質特殊鋼企業及民營特鋼企業。大型高品質特殊鋼企業包括撫順特鋼、寶鋼特鋼、山西太鋼不銹鋼股份有限公司等；民營高品質特殊鋼企業參與者主要包括永興材料、廣大特材等企業，在細分產品領域具有其優勢。
7、行業的主要壁壘構成
（1）行業資質及市場準入壁壘
國家對武器裝備科研生產活動實行許可管理，未取得許可不得從事相應生產活動。從事軍品相關生產活動必須通過嚴格審查并取得軍工資質。在航空發動機、核電裝備等領域，各主要下游客戶也各自存在相應的資質認證管理體系，生產廠家需要通過獲得相關客戶的合格供方資質和認證，方能進入這些市場。此外，在產品方面，航空發動機用高溫合金等尖端應用領域還需要對于相應牌號產品進行長流程驗證評審，一般驗證的周期在 3-6 年。這些準入資質要求嚴格，且考察周期較長，需要企業具備較強的研發、管理和質量控制能力。
（2）技術壁壘
高溫及高性能合金和高品質特種不銹鋼產品技術壁壘較高，加工工藝復雜，特種冶煉、鍛造等工序需要技術積淀和不斷的技術創新。國內外的大型先進金屬材料生產企業均同時是合金材料研發的主體，材料科學研究和先進加工技術相輔相成，技術工藝和產品開發在行業內處于領先水平。材料開發和生產工藝技術研發是本行業企業發展的根本，新產品從開始研發至最終實現銷售需要經過論證、研制、定型等系列過程。因此，高溫及高性能合金和高品質特種不銹鋼等先進金屬材料領域存在著較高的技術壁壘。
（3）資金壁壘
研發、生產及銷售高溫及高性能合金和高品質特種不銹鋼等產品生產屬于技術密集和資金密集活動，對企業資金的充沛程度有較高的要求。隨著高溫合金、高性能合金等產品技術的不斷進步，對于企業的生產設備提出了更高的要求。企業需要投入較高成本進行先進生產設備的購置，從而提升工藝水平以達到客戶需求。同時，產品的研發也需要持續的資金投入，而新產品的認證周期相對較長，這也對企業的流動資金提出了一定的要求。上述因素綜合導致了進入相關生產領域需要具備一定的資金規模，本行業的進入具有較高的資金壁壘。
（4）行業經驗壁壘
高溫及高性能合金和高品質特種不銹鋼產品生產工藝復雜，專業設備使用量大，生產人員多，過程控制難度大，其生產具有“多品種、多規格、小批量”、制造工藝復雜、專業設備使用量大、生產人員多、過程控制難度大等特點。上述特點要求企業在生產管理上建立先進的生產管理模式，擁有一支具有豐富生產管理經驗的管理團隊和具備較高專業操作技能的員工隊伍，具有較高的生產組織管理準入門檻。此外，如果沒有精細化管理難以降低成本，對市場變化和客戶的定制要求作出快速反應。
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