[Table_Info1] [Table_Date] 钢研高纳(300034) 航空装备Ⅱ/ 发布时间：2023-08-13 [Table_Title] [Table_Invest] 证券研究报告 / 公司深度报告 买入 公司产品结构升级，高端产品取得突破 上次评级：买入 报告摘要： [Table_Market] 2023/08/11 股票数据 [Table_Summary] 美系高温合金涡轮盘取得重大突破。公司是国内最早开展粉末高温合金 6 个月目标价（元） 研究与生产的单位，在粉末高温合金制粉、热等静压、探伤检测等方面 收盘价（元） 23.66 积累了大量专有技术。公司具备高温合金氩气雾化(AA)制粉和旋转电极 12 个月股价区间（元） 23.65~56.70 （PREP ）制粉两种主要技术路线，公司在国内俄系粉末高温合金涡轮盘 总市值（百万元） 18,347.09 领域起步较早，最早掌握了 PREP 制粉技术。公司目前具备的生产粉末 总股本（百万股） 775 涡轮盘能力较为完备，并成功研制 FGH4091 、FGH4095 、FGH4096 、 A 股（百万股） 775 B 股/H 股（百万股） 0/0 FGH4097 、FGH4098 等粉末高温合金盘锻件，满足国内多个型号航空发 日均成交量（百万股） 2 动机需求； FGH4097 高压涡轮盘在某盘件国产化招标中竞标第一，在 FGH4096 和四代粉末盘制备技术上取得重大突破。 [Table_PicQuote] 历史收益率曲线 单晶叶片技术领先，有望进一步优化产品结构。公司在航空发动机单晶 钢研高纳 沪深300 叶片研制方面处国内领先水平，具有单晶涡轮叶片研制全过程技术积累， 公司研制的 DD402 单晶合金及涡轮叶片获得国家发明专利、DD407 单 20% 晶合金空心涡轮叶片已通过试飞考核并形成了批量生产能力，是目前我 10% 国少数可实现单晶叶片批量生产的厂商之一。 0% -10% 公司铸造高温合金和变形高温合金技术领先。公司拥有年产超千吨航空 -20% 航天用高温合金母合金及航天发动机用精铸件能力，可承担我国几乎所 -30% 有品种高温合金母合金的生产，涵盖等轴晶、定向凝固、单晶合金在内 -40% 2022/8 2022/11 2023/2 2023/5 的几十种牌号，可供应的航空航天发动机基本涵盖了我国所有在研及批 产型号。公司在变形高温合金锻件研制及生产领域长期处于国内领先地 涨跌幅（%） 1M 3M 12M 位，承担国家多项重大课题，尤其在盘锻件和汽轮机叶片防护片等方面 [Table_Trend] 绝对收益 -5% 4% -28% 优势突出，国内市场综合占有率超过 30%，其中采用国产料生产的盘轴 相对收益 -6% 7% -21% 类产品约占市场 90%。 [Table_Report] 盈利预测与投资建议：我们预计公司 2023-2025 年营业总收入 相关报告 31.58/40.49/51.09 亿元，归母净利润3.71/5.51/7.61 亿元。考虑公司是国 《星球石墨：深耕石墨设备行业多年，积极 向上延伸产业链》 内变形高温合金、铸造高温合金和俄系粉末高温合金涡轮盘方面的领先 --2023.04.28 企业，同时公司积极向高温合金的高端产品美系高温合金粉末涡轮盘和 《钒钛股份：钒钛产能持续扩充，储能行业 发动机单晶叶片拓展。参考抚顺特钢、西部超导和万泽股份，首次覆盖 拉动需求》 给予公司“买入”评级。 --2023.03.17 风险提示：高端产品美系粉末涡轮盘和单晶叶片进度低于预期。 [Table_Author] [Table_Finance] 2021A 2022A 2023E 2024E 2025E 财务摘要（百万元） 营业收入 2,003 2,879 3,158 4,049 5,109 (+/-)% 26.35% 43.77% 9.68% 28.22% 26.16% 归属母公司净利润 305 337 371 551 761 (+/-)% 49.56% 10.48% 10.12% 48.83% 38.04% 每股收益（元） 0.65 0.70 0.48 0.71 0.98 市盈率 89.25 65.34 49.51 33.27 24.10 市净率 9.83 7.13 5.41 4.83 4.21 净资产收益率(%) 11.64% 11.23% 10.94% 14.51% 17.46% 股息收益率(%) 0.63% 0.88% 0.55% 0.76% 1.09% 总股本 (百万股) 486 486 775 775 775 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 目 录 1. 公司概况5 1.1 历史沿革5 1.2 钢研高纳股权结构5 1.3 股权激励6 2. 粉末涡轮盘产品趋于完善，美系涡轮盘实现重大突破9 2.1 粉末高温合金技术领先9 2.2 粉末高温合金涡轮盘研发更新迭代9 2.3 粉末高温合金技术 11 2.4 涡轮盘用高温合金生产工艺 13 3. 变形高温合金厚积薄发，独占鳌头15 3.1 公司技术投入成果显著，产业布局广袤 15 3.2 行业深耕多年，技术水平领先 17 4 ．铸造合金产品升级，产业资源优化整合18 4.1 铸造高温合金产品和技术不断迭代 18 4.2 铸造高温合金种类多20 4.3 铸造高温合金发展历程22 4.4 公司铸造高温合金业务22 4.4.1 高温合金母合金 22 4.4.2 精密铸造合金制品 23 4.5 单晶高温合金24 4.5.1 单晶高温合金概况 24 4.5.2 在涡轮盘中的应用 25 4.5.2.1 铼被加入高温合金用于涡轮叶片制造 25 4.5.3 镍基高温合金单晶叶片的发展 28 4.5.4 单晶叶片技术应用 29 5. 高温合金行业分析30 5.1 军工领域需求增长带动产品回升35 5.1.1 航空领域 35 5.1.2 燃气轮机 37 5.2 民用高温合金需求快速增长39 5.2.1 电力领域 39 5.2.2 原子能工业市场 40 5.2.3 汽车领域 40 5.2.4 油井开采用高温合金 41 5.2.5 化工方面应用 41 6. 轻金属有望成为公司重要业务42 6.1 镁合金行业概况44 6.2 铝合金行业概况46 6.3 钛合金行业概况47 7. 公司财务分析51 8. 盈利预测与投资建议53 9. 风险提示54 2 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 图表目录 图1：钢研高纳股权结构 5 图2 ：2011 年至今公司股价变化 8 图3 ：2011 年至2022 年净利润及同比变化 8 图4 ：职工薪酬与股权激励实现净利润对比 9 图5 ：真空感应熔炼气雾化法（VIGA ）制粉工艺 13 图6 ：等离子旋转电极法（PREP）制粉工艺 13 图7 ：粉末高温合金技术路线 ：高温合金在航空发动机上的应用 15 图9 ：镍基高温合金粉末涡轮盘 15 图10：变形高温合金工艺流程 18 图11：铸造高温合金工艺流程 19 图12：线：真空电弧炉（VAR ） 20 图14：电渣重熔炉（ESR） 20 图15：等轴晶、定向凝固、单晶高温合金叶片晶体结构对比 24 图16：各代单晶高温合金中铼用量及使用温度 26 图17：2016-2022 年全球铼产量 26 图18：2022 年全球铼产量分布 26 图19：2018 年至今铼价格 27 图20 ：飞机中复合材料的用量 28 图21 ：壳型凝固法 30 图22 ：液态金属冷却法 30 图23 ：高温合金市场份额（基体元素） 31 图24 ：高温合金市场份额（制备工艺） 31 图25 ：中国高温合金下游应用领域分布 33 图26 ：2015 年-2021 年高温合金产量及同比 34 图27 ：2015 年-2023 年高温合金市场规模及同比 34 图28 ：高温合金用途 35 图29 ：航空发动机中高温合金 35 图30 ：中国各代战斗机比例 36 图31 ：美国各代战斗机比例 36 图32 ：未来五年中国海军各舰艇需求规模（亿元） 38 图33 ：燃气轮机 39 图34 ：国内历年汽车产量及同比增长 41 图35 ：中洲特材不同高温合金营业收入 42 图36 ：河北凯德2018 年至2022 年营业收入 44 图37 ：镁产业链 44 图38 ：镁消费结构 45 图39 ：镁合金消费结构 45 图40 ：铝产业链 46 图41 ：历年全球和中国原铝产量 46 图42 ：我国铝材消费结构 47 图43 ：钛产业链 48 图44 ：历年中国钛加工材产量 48 图45 ：我国钛材消费结构 49 图46 ：铝合金、钛合金飞机中的用量 50 图47 ：飞行器减重后经济效益与飞行速度的关系 50 图48 ：2018-2022 年公司营业收入及同比 51 图49 ：2018-2022 年公司归母净利润及同比 51 图50 ：2022 年公司主营业务收入构成 51 3 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 图51 ：2018-2022H1 公司主营产品毛利率（%） 52 图52 ：2014-2022H1 公司资产负债率(%) 52 图53 ：2013-2022 公司费用率（%） 52 图54 ：2018-2023Q1 公司ROE 53 表1：公司第一次股权激励实现情况 7 表2 ：公司第二次股权激励实现情况 8 表3 ：粉末高温合金研制历程 10 表4 ：粉末高温合金涡轮盘研制历程11 表5 ：中国高温合金各牌号成分及特性 12 表6 ：两种制粉工艺特性比较 13 表7 ：国际各代次涡轮盘对比 14 表8 ：产品种类、特性、代表牌号与下游应用 16 表9 ：变形高温合金分类、特点及代表产品 17 表10：合金牌号及主要研制单位 21 表11：国内合金牌号及主要用途 21 表12：合金产品种类与品牌 22 表13：公司产品及应用方向 23 表14：各代发动机涡轮叶片材料对比 25 表15：各代单晶高温合金成分 27 表16：高温合金主要产品及应用领域 31 表17：中国高温合金主要生产企业及产能 32 表18：全球高温合金主要生产企业 33 表19：各代表企业营收及产销量 34 表20 ：美国军用航空发动机发展和高温合金的应用 35 表21 ：美国军用航空发动机发展和高温合金的应用 37 表22 ：美国军用航空发动机发展和高温合金的应用 39 表23 ：2019 年德凯公司平度产业基地建成产业结构 43 表24 ：2018 年-2022 年德凯公司总营业收入占比 43 表25 ：铝材加工方式和应用 47 表26 ：飞机常用铝合金 49 表27 ：盈利预测 53 4 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 1. 公司概况 1.1 历史沿革 北京钢研高纳科技股份有限公司于2002 年11 月8 日成立， 2009 年12 月在深圳证 券交易所创业板上市。钢研高纳由钢铁研究总院的高温材料研究所和粉末冶金研究 室合并组建而成，是中国“先进高温材料”技术的引导者和产业升级的推动者。公司 是国内航空航天用高温合金重要的生产基地，国内电力工业用高温合金的重要供应 商，从事航空航天材料中高温合金材料的研发、生产和销售。公司目前是国内高端 和新型高温合金制品生产规模最大的企业之一，拥有年生产超千吨航空航天用高温 合金母合金的能力以及航天发动机用精铸件的能力，在变形高温合金盘锻件和汽轮 机叶片防护片等方面具有先进的生产技术，具有制造先进航空发动机亟需的粉末高 温合金和ODS 合金的生产技术和能力。公司产品定位在高端和新型高温合金领域， 面向的客户也是以航空航天发动机装备制造企业和大型的发电设备企业集团为主， 同时也向冶金、化工、玻璃制造等领域的企业销售用于高温环境下的热端部件。 1.2 钢研高纳股权结构 图1：钢研高纳股权结构 数据 ：东北证券，公司公告 截至 2023 年6 月，公司总股本4.85 亿股。中国钢研科技集团有限公司持有40.36% 的股权。国新投资有限公司持有公司 4.01%的股权。而钢研高纳公司控股子公司布 局较广，涉及铸造、变形、进出口等多项业务。其中主要子公司包括： 1.河北钢研德凯科技有限公司 河北德凯于 2014 年设立，前身是北京钢研高纳科技股份有限公司轻质合金制品事 业部，公司结构是骨干员工个人持股20% ，高纳持股80%，公司将铸造高温合金和 轻质合金整合入河北德凯形成优势互补。202 1 年，公司将铸造合金事业部整合并入 河北德凯，即铝合金精铸产品事业部、钛合金铸造事业部、镁合金铸造事业部、热 等静压精密成型事业部和新产品开发部。主要从事航空航天、兵器、舰船和电力行 业所需的以轻质合金为主的先进材料研发、生产和销售。 2.青岛新力通工业有限责任公司 青岛新力通工业有限责任公司是于 2018 年被收购，从事高温合金离心铸管及静态 铸件的专业化生产企业。公司主要生产石化、冶金、玻璃、热处理等行业所用的裂 解炉炉管和转化炉炉管、连续退火线(连续镀锌线)炉辊和辐射管、玻璃输送辊、耐高 温耐磨铸件等产品。 5 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 3.涿州高钠德凯科技 涿州高纳德凯科技有限公司于 2021 年设立，主要经营包括新材料技术推广服务； 航空、航天器及设备制造；新材料及制品技术开发、技术服务、技术咨询、技术转 让等。 4. 四川钢研高纳锻造有限责任公司 四川钢研高纳锻造有限责任公司是北京钢研高纳科技股份有限公司旗下的全资子 公司，充分发挥中国钢研科技集团有限公司材料技术储备和数字化研发能力，合作 共赢、共同发展，以3 万吨等温模锻液压机为核心装备，建设比肩国际一流锻造企 业具有自主知识产权的数字化、自动化、智能化航空航天高端金属锻件的生产研发 中心。 四川钢研高纳锻造有限责任公司成立的锻造研发中心以航空航天发动机、燃气轮机 变形涡轮盘锻件和粉末涡轮盘锻件为基础产品，兼顾航空航天船舶等行业铝合金、 钛合金、发动机零部件的热加工，同时配套理化检测中心、精细化数控加工中心。 锻造生产线配备高精度智能化机器人，可大幅度提升零部件加工智能化水平、产品 精度、批次稳定性，实现装取料、锻造、转移、热处理等热工艺流程全自动化生产， 大幅提升生产效率。 5. 天津钢研海德科技有限公司 天津钢研海德科技有限公司成立于2014 年7 月18 日，公司定位于利用金属材料高 均质超纯净技术和工艺平台对高纯高强特种合金的研发、生产和销售，主要产品为 高端模具钢产品。 1.3 股权激励 钢研高纳公司自上市以来共进行过两次股权激励，公司于2012 年 12 月26 日进行 第一次股权激励，向激励对象授予487.87 万份股票期权，约占本激励计划签署时公 司股本总额的2.30% ，首次授予股票期权的激励对象共48 人，授予的股票期数量为 487.87 万股，公司授予激励对象股票期权的行权价格为每股 14.80 元。考虑股本增 加，以现有股本为基础，前复权股价为4.05 元/股。公司解锁行权条件包括： 第一个解除限售期： 必须满足钢研高纳在第一个行权期的上一年度，净资产收益率不低于 8％，且不低 于同行业平均值或对标企业75 分位值；净利润增长率不低于 18%，且不低于同行 业平均值或对标企业75 分位值。 第二个解除限售期： 必须满足钢研高纳在第二个行权期的上一年度，净资产收益率不低于 9 ％，且不低 于同行业平均值或对标企业75 分位值；净利润增长率不低于 18%，且不低于同行 业平均值或对标企业75 分位值。 第三个解除限售期： 必须满足钢研高纳在第三个行权期的上一年度，净资产收益率不低于 10％，且不低 于同行业平均值或对标企业75 分位值；净利润增长率不低于 18%，且不低于同行 业平均值或对标企业75 分位值。 由于2012 年12 月26 日到2016 年12 月26 日期间，受公司送股和分红影响，在不 同的期间，公司解锁股数和价格会相应调整。公司股权激励计划首次授予日为 20 12 年12 月26 日，第一个解除限售期为 2014 年12 月26 日。自 2015 年12 月26 日 起，本次激励计划进入首次授予第二个解除限售期。第三个解除限售期是从2016 年 12 月26 日开始。首次解除限售期股数为241.496 万份，第二次解锁股数239.6382 万份；第三次解锁股份数量为316.6111 万份，三次共解锁股数占总股本比例2.26% 。 6 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 表1：公司第一次股权激励实现情况 解锁期 前复权价格 解锁股数 激励价格 股权收益 收益率 （万元） 2014 年12 月26 日 10.80 241.496 9.653 3885.27 166.67% 2015 年12 月26 日 11.82 239.6382 9.494 4364.87 191.85% 2016 年12 月26 日 11.57 316.611 7.252 4263.31 186.68% 数据 ：东北证券，公司公告 根据上述三次限售期解锁，公司完成第一次股权激励，最终股权激励参与者获取的 收益率将近2 倍，考虑送股、分红影响，对股权激励进行折算后以现有股本为基础， 三次解锁共1.71 亿股，通过股价变动三次分别实现净利润高达3885.27 万元、4364.87 万元、4263.31 万元，共计 1.25 亿元。在本次股权激励中，股权激励参与者获得很 高的投资回报。 2019 年5 月24 日，公司进行第二次股权激励，激励对象共计122 人，包括公司董 事、高级管理人员以及其他经公司董事会认定的对公司经营业绩和未来发展有直接 影响的核心骨干人员，授予的限制性股票数量为 1241.08 万股，约占本激励计划签 署时公司股本总额的3%，授予价格为6.23 元/股，考虑股本增加，以现有股本为基 础，前复权股价为3.89 元/股。 1.公司解锁行权条件包括： 第一个解除限售期： (1）以 2018 年为基础，可解锁日前一个会计年度归母净利润复合增长率不低于20%; (2）可解锁日前一个会计年度净资产收益率（ROE ）不低于8%; (3）可解锁日前一个会计年度△EVA0 ； 且前两项指标均不低于公司对标企业75 分位值水平。 第二个解除限售期： (1）以 2018 年为基础，可解锁日前一个会计年度归母净利润复合增长率不低于20%; (2）可解锁日前一个会计年度净资产收益率（ROE ）不低于8.5%; (3）可解锁日前一个会计年度△EVA0 ； 且前两项指标均不低于公司对标企业75 分位值水平。 第三个解除限售期： (1）以 2018 年为基础，可解锁日前一个会计年度归母净利润复合增长率不低于20%; (2）可解锁日前一个会计年度净资产收益率（ROE ）不低于9%; (3）可解锁日前一个会计年度△EVA0 ； 且前两项指标均不低于公司对标企业75 分位值水平。 第二次股权激励，自 2022 年 1 月9 日起，本次激励计划进入首次授予第一个解除 限售期。公司股权激励计划首次授予日为 2019 年 5 月 24 日，登记上市日期为 2019 年 7 月 19 日，第一个解除限售期为 2021 年 7 月 19 日。自 2022 年 7 月 19 日起， 本次激励计划进入首次授予第二个解除限售期。首次解除限售期股数 本3,912,857 股；第二次解锁股数3,020,434 股，占总股本比例0.622%，；第三次解 除限售股解除限售期为2023 年7 月19 日，解锁股份数量为 5,632,330 股（根据公 司 2022 年年度权益分派实施完成后经调整的数量），占公司目前总股本的 0.7263% ； 7 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 表2 ：公司第二次股权激励实现情况 解锁期 前复权价格 解锁股数 股权激励 股权收益 收益率 2021 年7 月19 日 22.00 3,912,857 6.23 11348.82 465.55 % 2022 年7 月19 日 26.74 3,020,434 6.23 11053.35 587.40 % 2023 年7 月19 日 24.59 5,632,330 3.89 11658.92 532.13 % 数据 ：东北证券，公司公告 根据上述三次限售期解锁，公司完成第二次股权激励，最终股权激励收益率将近 6 倍。考虑送股、分红影响，对股权激励进行折算后以现有股本为基础，三次解锁共 4411 万股，通过股价变动三次分别实现净利润高达1.13 亿元、1.1 亿元、1.16 亿元， 共计3.41 亿元。 图2 ：2011 年至今公司股价变化 图3 ：2011 年至2022 年净利润及同比变化 数据 ：东北证券，公司公告 数据 ：东北证券，公司公告 通过职工薪酬与股权激励收益比较，可以看到股权激励实现的收益大部分时间高于 职工薪酬，反映出股权激励在给公司创造收益的同时，也成为员工个人重要的收入 ，通过股权激励政策，可以激励员工积极性和创造力，提高企业生产力与竞争 力。 8 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 图4 ：职工薪酬与股权激励实现收益对比 数据 ：东北证券，公司公告 2. 粉末涡轮盘产品趋于完善，美系涡轮盘实现重大突破 2.1 粉末高温合金技术领先 公司是国内最早开展粉末高温合金研究与生产的单位，在粉末高温合金制粉、热等 静压、探伤检测等方面积累了大量专有技术。公司具备高温合金氩气雾化(AA)制粉 和旋转电极（PREP ）制粉两种主要技术路线，公司在国内俄系粉末高温合金领域起 步较早，最早掌握了PREP 制粉技术，公司的真空/惰性气氛快速电渣熔炼技术可用 来生产高质量PREP 制粉用电极棒，且升级了PREP 制粉设备，较大提高了细粉收 得率，降低原材料成本。 公司目前具备的生产粉末涡轮盘能力较为完备，可满足热等静压成形、金属注射成 形、3D 打印和钎焊等对高品质粉末的需求。随着航空、航天发动机市场的快速增长， 粉末高温合金型号需求开始放量，同时伴随维修更换需求，粉末高温合金产品将进 一步打开成长空间。公司成功研制 FGH4091 、FGH4095 、FGH4096 、FGH4097 、 FGH4098 等粉末高温合金盘锻件，满足国内多个型号航空发动机需求 FGH4097 高 压涡轮盘在某盘件国产化招标中竞标第一，在 FGH4096 和四代粉末盘制备技术上 取得重大突破。 2.2 粉末高温合金涡轮盘研发更新迭代 放眼国外粉末高温合金进程，欧美国家发展标志性较为显著。美国和欧洲等国根据 粉末高温合金的问世年代和性能特征将其划分为四代：以美国 René95 合金为代表 的第一代，属于高强型，其特点是γ′相含量较高(一般大于45%) ，使用温度为650℃ 。 以美国René88DT 合金和法国N18 合金为代表的第二代，属于损伤容限型，其特点 是在 γ′相固溶温度以上固溶处理(过固溶热处理) ，抗拉强度较第一代低，具有较高 的蠕变强度、裂纹扩展抗力以及损伤容限，使用温度为700℃。以美国René104 和 Alloy10 合金、英国RR1000 合金和法国N19 合金为代表的第三代，属于高强高损 伤容限型，其特点是抗拉强度高于第二代，比第一代略低，裂纹扩展速率比第二代 合金还低，使用温度为750℃ 。进入21 世纪，欧美开始研制第四代粉末高温合金， 其标志是合金的目标使用温度达到 815℃。目前公开报道的第四代粉末高温合金包 括美国的高Ta 的ME5 系合金、γ′+η 相复合强化的高Ta 合金、高W 高Ta 的TSNA- 1 合金，英国的高Co 高Ta 合金、高Ta 低成本合金、高Nb 的RRHT 系合金。从目 前报道的研究结果看，与典型的第三代粉末高温合金René104 和RR1000 相比，第 四代粉末高温合金的共同特点是提高了难熔元素W 、Ta 和Nb 含量。 9 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 我国粉末高温合金的研究起步于20 世纪70 年代后期。为在我国开辟粉末高温合金 这一新领域，跟踪世界粉末高温冶金的发展，1977 年7 月，钢铁研究总院成立了粉 末高温合金研究联合课题组，于1978 年开始研究FGH4100 粉末高温合金。1981 年 由冶金部和航空部成立了联合研制课题组，共同研制FGH4095 粉末高温合金。当时 实际条件下发展出最新的粉末高温合金的包套热模锻技术，采用真空感应熔化气体 雾化（VIGA ）法制粉+热等静压（HIP ）成形+包套热模锻工艺，于 1984 年底在富 拉尔基钢厂成功锻造出 ϕ420mm 的FGH4095 合金亚尺寸涡轮盘，由此诞生了我国 第1 个粉末涡轮盘。 表3 ：粉末高温合金研制历程 代次 产品代表 特点 使用温度 第一代 美国René95 合金 抗拉强度高 650℃ 第二代 美国René88DT 合金；法 损伤容限型；抗拉强度较 700℃ 国N18 合金 第一代低，具有较高的蠕 变强度、裂纹扩展抗力以 及损伤容限 第三代 美国René104 和Alloy10 高强高损伤容限型； 750℃ 合金、英国RR1000 合金 和法国N19 合金 第四代 美国的高Ta 的ME5 系合 第四代粉末高温合金的 815℃ 金、γ′+η 相复合强化的高 共同特点是提高了难熔 Ta 合金、高 W 高Ta 的 元素W 、Ta 和Nb 含量 TSNA-1 合金，英国的高 Co 高Ta 合金、高Ta 低 成本合金、高 Nb 的 RRHT 系合金 数据 ：东北证券，中国粉体网 1991 年基于10A 机的需求，在国家立项课题的支持下开展了FGH4095 合金粉末盘 的研制。采用等离子旋转电极雾化（PREP ）法制粉+HIP 成形+包套热模锻工艺。次 年开始研制FGH4095 合金涡轮盘挡板。于 1995 年实现了FGH4095 合金涡轮盘挡 板交付，解决了某型号发动机的急需。FGH4095 合金挡板是我国第一个在航空发动 机上使用的粉末高温合金制件。随着2005 年某发动机技术定型，FGH4095 挡板转 入批量生产，目前FGH4095 合金挡板用于 11 个型号的航空发动机、航天发动机和 地面燃机。 基于4 代机预研的需求，从2003 年开始研制FGH4096 涡轮盘挡板，之后于2005 年 获国家立项。于2001 年在国家立项支持下开始研制FGH4096 合金双组织双性能粉 末盘。采用气雾化制粉+HIP 制坯+细晶锻造+梯度热处理工艺路线，在国内率先研制 出轮缘晶粒度为5~6 级、轮毂晶粒度为10~11 级、直径为ϕ450mm 的FGH4096 合 金的双显微组织双性能盘。 从2002 年开始，中国钢研在国内率先研制FGH4097 合金。开始运用微量元素Hf 含 量、热等静压近终成形和热处理参数控制等一系列技术。目前 FGH4097 合金涡轮 盘、鼓筒轴等制件用于13 个型号的航空发动机和地面燃机。 在国家发动机预研牵引下，于2006 年开展第3 代粉末高温合金FGH4098 及双性能 盘研制工作，研制出某型发动机用FGH4098 合金涡轮盘挡板。2008 年底开始研制 10 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 FGH4091 合金，在国内首次采用粉末涡轮盘与铸造叶片制备双合金整体叶盘。采用 HIP 扩散连接实现了FGH4091 粉末涡轮盘与精密铸造的等轴晶K418B 叶片环可靠 冶金连接。目前双合金整体叶盘实现了批量生产，截至 2021 年底总计交付近 200 件。FGH4091+K418B 双合金整体叶盘用于某型运输机、重型直升机、商用发动机 辅助动力装置等。2011 年开展第4 代粉末高温合金的研制，2018 年第4 代粉末高 温合金研制获国家专项的支持，推进了研制进程，逐步向工程应用稳步迈进。 表4 ：粉末高温合金涡轮盘研制历程 时间 产品 应用技术 产品特点 采用真空感应熔化气体雾化（VIGA ）法 ϕ420mm 的FGH4095 合 1984 年 制粉+热等静压（HIP ）成形+包套热模锻 金亚尺寸涡轮盘 工艺 等离子旋转电极雾化（PREP ）法制粉 1991 年 FGH4095 合金粉末盘 +HIP 成形+包套热模锻工艺 轮缘晶粒度为 5~6 级、轮毂晶 FGH4096 合金双组织双 2001 年 HIP 制坯+细晶锻造+梯度热处理工艺 粒度为 10~11 性能粉末盘 级、直径为 ϕ450mm 运用微量元素Hf 含量、热等静压近终成 2002 年 FGH4097 合金 形和热处理参数控制 3 代粉末高温合金 2006 年 FGH4098 及双性能盘 在国内首次采用 采用HIP 扩散连接实现了FGH4091 粉末 粉末涡轮盘与铸 2008 年 FGH4091 合金 涡轮盘与精密铸造的等轴晶K418B 叶片 造叶片制备双合 环可靠冶金连接。 金整体叶盘。 2011 年开展第4 代粉末高温合金的研制，2018 年第4 代粉末高温合金研制获国家专项的支持，推进了研 制进程，逐步向工程应用稳步迈进。 数据 ：东北证券，中国粉体网 2.3 粉末高温合金技术 粉末高温合金的化学成分非常复杂，一般都含有十几种合金元素，按照其在合金中 的基本作用可分为六类。（1）、形成面心立方元素：铁、钴、镍、锰构成高温合金的 奥氏体基体γ ；（2 ）、表面稳定元素：铬、铝可提高合金抗氧化能力，钛、钽有利于 抗热腐蚀；（3）、固溶强化元素：钨、钼、铬、铌、钽、铝溶解于γ 基体强化固溶体； （4 ）、金属间化合物强化元素：铝、钛、铌、钽、铪、钨形成金属间化合物强化合 金；（5）、碳化物和硼化物强化元素：碳、硼、铬、钨、钼、钒、铌、钽、铪、锆、 氮主要形成初生和次生的各种类型碳化物和硼化物强化合金；（6）、晶界和枝晶间强 化元素：硼、铈、钇、锆、铪以间隙原子或第二相形式强化晶界。 11 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 表5 ：中国高温合金各牌号成分及特性 化学成分（质量分数）/% 物理性能 γ 完 γ 全 质 溶 合金牌号 量 密度 C Co Cr W Mo Al Ti Nb B Zr Hf 其他 Ni 解 分 （g/cm³） 温 数 度 /% /℃ 微 微 余 FGH91 0.030 17.00 15.00 5.00 4.00 3.50 45 1145 8.00 量 量 量 微 微 余 FGH95 0.055 8.47 12.20 3.42 3.61 3.51 2.55 3.40 50 1160 8.27 量 量 量 微 微 余 FGH96 0.030 13.00 15.80 4.14 4.33 2.26 3.88 0.82 37 1135 8.32 量 量 量 微 微 余 FGH97 0.040 15.80 9.10 5.60 3.90 5.10 1.80 2.60 0.30 0.008Ce 60 1180 8.30 量 量 量 微 微 余 FGH98 0.050 20.60 13.00 2.10 3.80 3.40 3.70 0.90 2.40Ta 50 1160 8.26 量 量 量 微 微 余 FGH981 0.050 20.60 13.00 3.80 2.70 3.50 3.50 1.50 0.20 1.60Ta 55 1165 量 量 量 微 微 余 FGH99 0.030 20.00 13.00 4.30 2.90 3.60 3.50 1.50 0.35 1.50Ta 量 量 量 数据 ：东北证券，中国粉体网 粉末的制备是粉末高温合金生产过程中最重要的环节，粉末的质量直接影响零件的 性能，目前在实际生产中主要有两条工艺路线，分别为气雾化制粉工艺和等离子旋 转电极法制粉工艺。 气雾化制粉是以高速气流将高温合金液流直接击碎成粉末的过程，该方法具有雾化 效率高、设备相对简单、成本低等特点。气雾化制粉目前的研究方向包括细小粒度 及纯净高温合金粉末的制备，以缓解由于采用自由落体式雾化喷嘴和粉末制备过程 中与陶瓷件接触造成的粉末夹杂物含量高的问题。等离子旋转电极法制粉工艺是将 高温合金制成电极棒，电极棒一端采用等离子弧加热，另一端与高速电机连接，在 离心力的作用下，熔化的金属经甩出后形成粉末。该工艺的特点是粉末的纯度高， 非金属夹杂物含量低，氧含量低，粉末粒度分布窄，球形度好。但由于受到电极棒 转速的限制，粉末粒度较粗，且该工艺设备复杂，投资较大。 12 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 图5 ：真空感应熔炼气雾化法（VIGA ）制粉工艺 图6 ：等离子旋转电极法（PREP）制粉工艺 数据 ：东北证券，中国粉体网 数据 ：东北证券，中国粉体网 表6 ：两种制粉工艺特性比较 制粉工艺 粉末形状及特征 粉末粒度 粉末纯度 氧含量 生产效率 主要为球形，空 粒度分布范围宽，平 纯度较差，存在坩 气雾化法 氧含量较高 高 心粉较多 均粒度较细 埚等污染 粒度分布范围较窄， 纯度较高，基本保 氧含量较低，与母合金棒 球形，表面光洁， 等离子旋转电极法 平均粒度较粗，一般 持母合金的水平， 料相当，小于0.007% （质 低 空心粉少 大于50μm 无坩埚污染 量分数） 数据 ：东北证券，中国粉体网 2.4 涡轮盘用高温合金生产工艺 用于涡轮盘的高温合金主要涉及到粉末的制备、粉末固结成型、热处理等工艺过程， 目前主要采用的加工路线有三种：制粉+ 固结成型+热处理；制粉+ 固结成型+热锻造 +热处理；制粉+ 固结成型+热挤压+热锻造+热处理。 涡轮盘为航空发动机核心转动件和关键件，对航空发动机性能具有决定性作用。涡 轮盘受力状态复杂，不同部位所受温度、载荷和截止作用各不相同，要求具备高屈 服强度和塑性、足够的蠕变强度、持久强度和高疲劳抗力等。涡轮盘加工过程主要 分为涡轮盘坯件制备和涡轮盘成型，制备纯洁、均匀和细晶组织的涡轮盘合金坯件 是满足高性能航空发动机涡轮盘的设计及冶金质量要求的关键。 涡轮前温度提高氧化损伤影响显著，涡轮盘消耗属性愈发显著。根据《涡轮盘合金 氧化-疲劳裂纹扩展机理和寿命预测研究进展》，为满足高推重比、高功重比航空发 动机的发展需求，航空发动机涡轮前温度不断提高，涡轮盘的工作温度也随之提高， 使得氧化损伤对涡轮盘用高温合金以及涡轮盘表面疲劳裂纹扩展的影响变得更加 显著。随着国内外航空发动机设计水平的发展，为航空发动机安全性、可靠性和耐 久性要求，涡轮盘更换需求确定性强。 13 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 图7 ：粉末高温合金技术路线图 数据 ：东北证券，中国粉体网 目前涡轮盘坯件制备工艺主要包括先进的锻铸变形、粉末冶金和喷射成形工艺。在 欧美发达工业国家中，俄罗斯主要采用先进变形工艺批量生产高强度高温合金涡轮 盘，较传统铸锻工艺，铸锭质量及加工塑性明显改善；美国主要采用粉末冶金工艺， 其坯件具有晶粒细小、组织均匀、无宏观偏析、合金化程度高等特征；喷射成形可 以较少的工序直接从液态金属制取整体致密、成分均匀、组织细化、结构完整、接 近零件最终形状的材料坯件，但目前该技术还处于积极研发中。 粉末高温合金涡轮盘发展迅速，是目前高性能发动机涡轮盘的首选材料。随着发动 机对耐高温需求、使用寿命的要求逐渐提高，涡轮盘已由变形高温合金锻造盘发展 到第四代粉末涡轮盘。从国外粉末盘发展角度来看，第一代粉末盘Rene95 晶粒微小， 抗拉强度高；第二代粉末盘Rene88DT 晶粒粗大，抗拉强度减弱，但具有较高的抗 蠕变强度和高损伤容限，其技术成熟、经济性能优越；第三代粉末盘兼具高强度和 高损伤容限，耐高温、持久性能好；第四代粉末盘继续调整金属成分和制造工艺来 追求更高的工作温度，目前美国、俄罗斯、英国和法国等开发的产品较为成熟，工 作温度可达815℃，还具有强度高、损伤容限大的性能特点。 表7 ：国际各代次涡轮盘对比 类型 锻造涡轮盘 粉末涡轮盘 粉末高温合金代次 第一代 第二代 第三代 第四代 材料 IN718 Rene95 Rene88DT Rene104 (ME3) ME501、TSNA-1 典型发动机/燃气 第三代发动机: 第三代、第四代 7/9FB 燃气轮机 GP7200 民用发动机 新一代发动机 轮机 F404.F110.、T700 军用发动机 使用温度 650℃ 650℃ 750℃ 800℃ 815℃ 数据 ：东北证券，CNKI 14 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 高温合金粉末固结成型工艺主要包括真空热压成型、热等静压成型、热挤压、等温 锻造等，其中热等静压和热挤压工艺使用最为广泛。热等静压处理的基本原理是以 气体或液体作为压力介质，使材料在加热过程中经受各向均衡的压力，借助于高温 与高压的共同作用促进材料致密化和元素扩散，使内部的孔隙和微裂纹等缺陷闭合， 起到提高铸件整体力学性能的目的。热挤压是指将坯料加热至再结晶温度以上，使 其在强烈的挤压力作用下，从挤压模口中流出或流入细小的模腔中，最终获得所需 加工件的压力加工方法。 高温合金热处理工艺是指高温合金材料在固态下，通过加热、保温和冷却的方式， 以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺，是改变合金显微组织、挖掘合金潜 力、改善其综合性能的关键手段之一。近年来研究较为深入的热处理工艺主要是固 溶处理和时效处理。固溶处理是指在高于高温合金组织内析出相的全溶温度，使合 金中各种分布不均匀的析出相充分溶解至基体相中，从而实现强化固溶体并提高韧 性及抗蚀性能，消除残余应力的作用，以便继续加工成型，并为后续时效处理析出 均匀分布的强化相做准备。时效热处理是指在强化相析出的温度区间内加热并保温 一定时间，使高温合金的强化相均匀地沉淀析出，碳化物等均匀分布，从而实现硬 化合金和提高其强度的作用。 从需求上来看，用于粉末冶金的高温合金粉体材料主要用于航空发动机涡轮盘的制 造。航空发动机被称为“工业之花”，是航空工业中技术含量最高、难度最大的部件 之一。在航空发动机上，高温合金主要用于燃烧室、导向叶片、涡轮叶片和涡轮盘 四大热端零部件。其中，涡轮盘是航空发动机重要的核心热端部件，其工作条件十 分苛刻，需要在高温、高转速、高应力、高速气流下工作。涡轮盘在工作中受热不 均，盘的轮缘部位比中心部位承受更高的温度，产生很大的热应力。榫齿部位承受 最大的离心力，所受的应力更为复杂。因此，涡轮盘的冶金质量和性能水平对于发 动机和飞机的可靠性、安全寿命和性能的提高具有决定性作用。随着对于发动机推 重比和功重比的要求越来越高，对涡轮盘材料的性能要求也越来越严格，使用传统 工艺制备的高温合金容易产生严重的成分偏析，且压力加工成型困难，难以满足实 际需求。粉末高温合金利用粉末冶金工艺生产，以精细金属粉末作为成型材料制造 成涡轮盘，解决了传统高温合金偏析严重、热加工性能差、成型困难等问题，具有 合金化程度高、晶粒细小、组织均匀、屈服强度高、疲劳性能好等优点，已成为目 前高性能航空发动机涡轮盘的首选材料。 图8 ：高温合金在航空发动机上的应用 图9 ：镍基高温合金粉末涡轮盘 数据 ：东北证券，图南股份招股说明书 数据 ：东北证券，公开资料整理 3. 变形高温合金厚积薄发，独占鳌头 3.1 公司技术投入成果显著，产业布局广袤 公司在变形高温合金锻件研制及生产领域长期处于国内领先地位，承担国家多项重 大课题，尤其在盘锻件和汽轮机叶片防护片等方面优势突出，国内市场综合占有率 15 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 超过 30%，其中采用国产料生产的盘轴类产品约占市场 90% 。公司对变形高温合 金相关新产品、新业务持续重点投入开发，技术成果转化效益显著，强大的技术储 备及产业化布局为公司变形合金产品多样化打下良好基础。航空发动机对板、棒、 丝、带、管等精细制品的需求具有“多品种、小批量”的特点，为实时响应主机厂客 户需求，公司成立专门事业部进行精细制品研发生产，建立精细品种的货架供应模 式。作为国内难变形涡轮盘主要供应商，公司难变形合金热加工技术国内领先，其 代表性产品包括某发动机用 GH4169 合金压气机盘及涡轮盘锻件、高性能难变形 GH4720Li 合金涡轮盘锻件、某新型涡桨发动机用优质 GH4738 合金涡轮盘锻件、 舰用燃气轮 机特大型高温合金涡轮盘等。公司在变形高温合金盘锻件领域优势显 著，下游应用型号广泛，伴随新机型列装及后期维护换发需求攀升，公司变形高温 合金盘锻件业务有望保持有序增长。 表8 ：产品种类、特性、代表牌号与下游应用 产品种类 特性 主要牌号 下游应用 GH4169、G4738、GH4720Li、 GH4742、GH4065、GH9O1 等合 国内先进航空发动机 金涡轮盘 GH4586、GH4141、GH202、 可在-253～900℃的特 GH4169 等合金涡轮盘和涡轮转子 大推力液氧/煤油火箭发动机 盘锻件 殊环境下使用 锻件 GH4968、GH4742 合金盘锻件 燃气轮机 GH4169、GH2132、GH901、 石油、化工、勘探及核工业等民 GH4141 和GH600 等多个牌号盘锻 用领域 件 GH3230、G4648、GH4098、 燃烧室环件 / 燃烧室的筒体和法兰部件 GH4199 等燃烧室合金 GH4169、G901、GH3030 、 航空航天、能源、化工及核工业 高温抗氧化、耐蚀、耐 棒材 GH738.GH578 等铁基、镍基、钴 等领域的高性能轴类、垫片、紧 磨 基、高铬高温合金 固件等承力部件 抗氧化、抗腐蚀、抗冷/ GH4169、GH3230、GH2132、 宇航发动机燃烧室、火焰筒等零 板带材 热疲劳、优良的冷/热工 GH706、GH180.C-276 、G-3 等合 件和各种用途的波纹管等高温抗 艺性能及焊接性能 金 氧化、承力部件等 超高温抗氧化合金GH1747、 耐高温、耐热烧蚀、耐 GH214、GH455 保护套管:耐高温 宇航、核能、石油和民用工业等 管材 磨损及酸、碱、盐腐蚀 和抗热腐蚀冲刷的0、 领域 GH652、GH181 等合金喷嘴 HGH367 、HGH533 、GH4708、 可在-253～850℃环境 航空、航天等领域的发动机相关 丝材 GH4720Li 等铁基、镍基、钴基高 下工作 零部件的堆焊和焊接。 温合金 优良的高温力学性能、 司太立合金（钴基 锻棒、锻件、热轧棒板、焊丝、 核电、石化、电力、汽车、纺 耐腐蚀、耐磨蚀，耐冲 耐磨材料) 精密铸件、母合金、电极棒等 织、化工、食品等诸多领域 蚀、耐高温氧化 数据 ：东北证券，公开资料整理 16 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 3.2 行业深耕多年，技术水平领先 变形高温合金是指可以进行热、冷变形加工，具有良好的力学性能和综合的强韧性 指标、具有较高的抗氧化、抗腐蚀性能；变形的高温合金主要为航空航天，核能和 石油工业提供结构锻件，环，棒，板，管，带和线 ：变形高温合金分类、特点及代表产品 分类 特点 代表性产品 盘件用合金 1:高屈服强度 GH41 69 2:塑性好 In718 3:高蠕变性能 4: 高疲劳性能 5:耐腐蚀性能好 6:可加工性 环件用合金 1:高屈服强度 第一代低膨胀系数: GH2903 2:低膨胀系数 第二代晶界低氧化、低膨胀系数: 3:高弹性模量 GH2907 第三代高持久寿命、低膨胀系数: GH2909 第四代高抗氧化性、低膨胀系数: GH4242 紧固件用合金 1:高屈服强度 GH3030 2:加工性能好 GH414 3:高弹性模量 板材用合金 1:中等强度 GH2747 2:塑性好 GH3128 3:高焊接性能 4:抗氧化性能好 5:耐腐蚀性能好 数据 ：东北证券，《航空材料学报》 17 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 图10：变形高温合金工艺流程 数据 ：东北证券，公司公告 高合金化高温合金普遍具有热变形抗力大、塑性低、可变形温度区间窄等特点。为 了提高合金铸锭的开坯成材率以及棒材的质量水平，需要从材料本身和工艺条件两 个方面来提高。快锻开坯充分破碎铸锭铸态组织之后，再辅之以径锻，可以改善棒 材组织性能。径锻以表面变形为主，更有利于棒材外缘再结晶，会明显提高棒材的 表面质量。 根据设备不同，模锻分为锤上模锻，曲柄压力机模锻，平锻机模锻，摩擦压力机模 锻等。按锻模结构分类：锻模上有容纳多余金属的毛边槽的，称为开式模锻；反之， 锻模上没有容纳多余金属的毛边飞槽的，称为闭式模锻。由原始坯料直接成型的， 称为单模膛模锻。对形状复杂的锻件，在同一锻模上需要经过若干工步的预成型的， 称为多模膛模锻。 4 ．铸造合金产品升级，产业资源优化整合 4.1 铸造高温合金产品和技术不断迭代 铸造高温合金的发展开始于20 世纪40 年代。在铸造高温合金发展的初期，铸造叶 片晶粒粗大，疲劳性能远低于锻造高温合金。随着真空感应冶炼和真空精密铸造两 种新技术的出现，使合金性能和铸造质量大幅提高，镍基铸造高温合金研究进入繁 荣阶段，开发了一批合金如：IN100 、B1900 、MAR-M200 、IN713 、MAR-M002 、 Rene125 。此后，铸造高温合金就一直占据着航空发动机中工作温度最高、应力最复 杂的位置，成为制造涡轮叶片和导向叶片的首选材料。 18 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 图11：铸造高温合金工艺流程 数据 ：东北证券，公司公告 铸造高温合金因成分中活性元素较多，对杂质含量要求严格，故多采用双真空熔铸 工艺，即将原材料先在真空感应炉内熔炼并铸造成母合金锭，然后再在真空感应炉 内将母合金锭重熔并浇注成铸件。最初的高温合金母合金锭的质量对高温合金铸件 的质量有很大影响，使用质量很差的母合金锭是不能生产出可靠的铸件的。因此， 从60 年代以来，国内先后建立多种真空感应熔炼设备，引进了先进的IS65V8 型真 空感应炉，研制了一整套较先进的母合金熔炼工艺和净化技术，为高性能铸造高温 合金和先进叶片的研制提供了极其重要的保证。目前，在母合金熔炼中，采用高温、 高真空加搅拌以及过滤净化措施，已经能炼出纯净度较高的合金。 同时，又随着熔模精密铸造技术的成熟发展，铸造高温合金取得长远发展。熔模精 密铸造是一种近净成形工艺，其铸件精密、复杂，接近于零件的最后的形状，可不 经加工直接使用或经很少加工后使用。熔模铸造能显著减少产品的成形表面和配合 表面加工量，节省加工时间和道具材料的消耗。同时，其能铸造处形状复杂的铸件， 也能铸造处壁厚为0.5mm、重量小至1g 的铸件，还可以铸造组合的、整体的铸件， 以代替由几个零件焊接或装配而成的部件。 国内变形高温合金冶炼通常采用真空感应+真空自耗两联或真空感应+ 电渣重熔+真 空自耗三联的熔炼方式 。 其中三联熔炼包括VIM+VAR+ESR 、 VIM+ESR+VAR 、 NAV+EBM+VAR, 采用电 渣重炉金属作为第三次真空电弧重炉的自耗电极，主要是为保证合金具有很低的气 体含量。 真空感应炉(VIM)，最主要且成熟的生产工艺，易于控制杂质元素。对于含铝，钛等 活泼元素较多的合金，必须采用VIM 。但一般需要配合重熔、联用等方法进一步改 善合金偏析，提高纯净度。 真空电弧炉(VAR)，也叫真空自耗炉，用电弧加热和熔炼金属，其减少了活性元素的 损耗，且合金组织一般较好，但存在不能去硫磷夹杂物尺寸大、树枝晶、表面质量 差等缺陷。 19 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 图12：真空感应炉（VIM） 图13：真空电弧炉（VAR ） 数据 ：东北证券，格尔赛斯官网 数据 ：东北证券，格尔赛斯官网 电渣重熔炉(ESR)，相当于无电弧自耗炉，热量 于熔渣的电阻热，其目的是结合 化学精炼和控制凝固生产高质量铸锭。易于控制杂质成分，操作简单，但熔炼速度 低，且活泼元素不易控制。 图14：电渣重熔炉（ESR） 数据 ：东北证券，真空技术网 高温合金铸锭在凝固过程中会产生较严重的成分偏析，为减轻和改善成分偏析，提 高材质的均匀性，除改进冶炼工艺外，最重要的技术措施是进行均匀化处理，通过 高温下的长时间加热，促进溶质元素原子的扩散迁移，达到枝晶干与枝晶间元素浓 度差异的最小化。 4.2 铸造高温合金种类多 我国铸造高温合金是从五十年代发展起来的，虽然起步较晚，但是经过几十年的发 展，已经达到了较高的水平。主要是以钢研总院、北京航空材料研究院、中科院金 属所三家机构为代表开发了一系列相关牌号的合金。 20 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 表10 ：合金牌号及主要研制单位 类型 合金牌号 主要研制单位 K418 K4188 K423A K424 钢铁研究总院 K480 K213 K4169 K401 K403 K405 K406 K406C K419 北京航空材料研究院 普通铸造合金 K825 K477 K4002 K417 K417G K438 K438G K441 中科院沈阳金属研究所 K491 K417L K409 K640 上海钢铁研究所 DZ4 DZ5 DZ22 DZ22B DZ125 北京航空材料研究院 定向合金 DZ17G DZ40M DZ38G DZ125L 中科院沈阳金属研究所 DD402 钢铁研究总院 单晶合金 DD3 DD4 DD6 北京航空材料研究院 DD8 中科院沈阳金属研究所 数据 ：东北证券，各公司官网 在航空航天方面，铸造高温合金主要应用于航空发动机、火箭发动机的热端关键部 件，如涡轮叶片、导向叶片、燃烧室及整体铸造导向器和整体涡轮等。 表11：国内合金牌号及主要用途 合金牌号 主要用途 对应国外合金牌号 K13 用于750℃ 以下长期使用的增压涡轮 xC-3 相近 K32 可用作750℃ 以下长期工作燃气轮机导向叶片等 K11 用作800℃以下涡轮发动机导向器叶片材料 BAT-45Y K136 用于制作650℃ 以下工作大型航空发动机涡轮盘 K3 用于制作温度950℃ 以下燃气涡轮工作叶片 xC-6K，IN100 相近 K5 用作900~950℃燃气涡轮工作叶片 8-1900 K17G 用于900℃长期工作燃气发动机涡轮转子叶片 Rene100 DK5 用作980℃ 以下航空发动机涡轮叶片、导向叶片 DK3 用于980~1000℃ 以下航空发动机涡轮叶片、导向叶片 K19 用于850~1000℃工作的涡轮叶片和1000℃工作的导向叶片 性能与Ford ，TRW-VIA 相近 K002 用于800~1040 燃气涡轮工作叶片，也可用作整铸涡轮 MAR-MO02 数据 ：东北证券，公开资料整理 21 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 表12 ：合金产品种类与品牌 合金种类 合金品牌 Ni 基 K403.K405.K406.K18C.K002.K19.K6C.K465 K640 等轴晶 Co 基 Co-Cr-Mo cr 基 K825 Ni 基 Dz4.Dz22.DZ22B.DZ125.DZ5 单晶高温合金 Ni3AI 基 lC6.106A.IC10 DD2.DD3.DD4.DD6 数据 ：东北证券，公司网站 4.3 铸造高温合金发展历程 20 世纪 50 年代，真空熔炼技术出现，合金中有害杂质和气体去除，合金成分得到 精确控制，IN100 、BI900 等纷纷出现。 20 世纪 60 年代，定向凝固技术的发展，促进了定向柱状晶和单晶高温合金的蓬勃 发展，航空发动机的叶片使用温度达到 1700℃以上。 随着工业的发展，内燃机叶片需要满足更高的工作温度和强度要求，以及叶片结构 复杂程度的增加，致使通过锻造成型的变形高温合金已无法满足要求，铸造高温合 金叶片孕育而生。与航空发动机涡轮叶片相比，燃气轮机涡轮叶片的材料对耐久性、 抗腐蚀性要求更高，使得航空发动机涡轮叶片材料不能直接用于燃气轮机涡轮叶片。 燃气轮机涡轮叶片长时间连续工作在高温、易腐蚀和复杂应力下，工作环境十分恶 劣，因此，只能通过高度的合金化不断增强合金的高温综合性能。 燃气轮机叶片材料及其成形技术研究和产业化已有 60 多年的历史，20 世纪 40-50 年代，涡轮叶片以变形钴（Co）基和镍（Ni ）基高温合金为主要用材；50 年代中期， 随着真空冶炼技术的商业化，开始研究铸造镍基合金；60 年代，精密铸造技术成熟， 使得复杂叶片型面及冷却通道设计变为可能，通过添加合金元素改善材料的组织结 构，提高了铸造高温合金的高温强度，使燃气轮机的入口温度大幅度提高；70 年代， 定向凝固柱晶高温合金开始用于航空发动机叶片；到了90 年代后期，定向凝固柱晶 和单晶高温合金开始用于重型燃气轮机动叶片。通过定向凝固技术，将涡轮叶片的 组织由传统的等轴晶改进为定向柱晶，能够大大提高涡轮叶片的高温性能。尤其是 单晶叶片，在定向凝固的过程中消除了叶片晶界，极大地提高了其高温蠕变性能， 且高温组织稳定，综合性能好。目前，大尺寸单晶空心高温合金叶片材料及无余量 精密铸造技术是重型燃气轮机叶片制造技术最高水平的标志。 4.4 公司铸造高温合金业务 4.4.1 高温合金母合金 公司能够生产包括等轴晶、定向凝固、单晶合金在内的几十种牌号的母合金，适用 于650~1100℃范围内的不同温度环境。母合金主要供应各航空、航天发动机、船用 发动机精铸件生产。民品高温合金母合金主要供应发动机厂、其它精密铸造厂生产 民用航空发动机、燃气轮机。2011 年，公司利用募集专项资金及自有资金共计2.24 亿元开展真空水平连铸高温合金母合金项目，项目在提升产能的同时成功突破高温 合金真空水平连铸技术，攻克了高温移动表面的真空密封综合技术及高精度连铸拖 坯技术，成功开发了高温合金真空水平连铸集成技术及成套装备。公司现已充分具 备完全真空环境下高温合金冶炼及连铸能力，而成套集成技术可实现整个高温合金 家族的高质量连铸成型。 2021 年，钢研高纳将铸造合金事业部门整合进入德凯公司，在轻质合金生产的同时 也大规模铸造高温合金，高温合金主要供应各航空、航天发动机、船用发动机精铸 件生产。 22 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 4.4.2 精密铸造合金制品 在等轴晶精密铸造制品方面，公司拥有先进的高温合金精密铸件生产线，并拥有高 温合金涡轮机导向器整体精密铸造及重型燃机用大尺寸高温合金叶片铸造等核心 技术，已为航空、航天发动机研制了多种关键精铸件，是我国重要的高温合金精密 铸件研制和生产基地。 在母合金制品方面，航空航天发动机全牌号覆盖，技术实力夯实竞争优势，供应能 力强大，全产业链能力树立行业优势。公司拥有年产超千吨航空航天用高温合金母 合金及航天发动机用精铸件能力，可承担我国几乎所有品种高温合金母合金的生产， 涵盖等轴晶、定向凝固、单晶合金在内的几十种牌号，可供应的航空航天发动机基 本涵盖了我国所有在研及批产型号。除供应各航空航天发动机、船用发动机精铸件 生产的军品母合金外，公司民品母合金亦能供应发动机厂、其它精密铸造厂生产民 用航空发动机、燃气轮机。此外，公司生产的母合金可直接用于自产精密铸件，使 公司具备了铸造高温合金全产业链生产交付能力。 技术积累带来牌号优势，未来需求稳定且成长性强。在高温合金母合金领域主要以 牌号为牵引，下游客户运用母合金产品时会对供应商进行评估，因为相同的材料在 生产过程中也会有不同的 know-how ，所以多数情况下客户会选择开发该合金牌号 的企业作为供应商，钢研高纳依托长期研发带来的技术积累，几乎掌握国内所有牌 号的母合金生产技术，涵盖了我国主要量产航空发动机型号，因此未来市场具备较 强的稳定性及成长性。 表13 ：公司产品及应用方向 类别 应用方向 产品 小型涡喷、涡扇发动机整铸涡轮转子、导向器类铸件;大型涡扇 航空发动机 发动机结构件:商用大涵道比涡扇发动机机匣结构件: 航天发动机 航天液氧液氢、液氧煤油发动机用高温合金氧泵、静子类铸件 等轴晶精密铸造制 燃气轮机 小型、中型、重型燃气轮机涡轮叶片、导向叶片、整铸导向器 品 车用高温合金精铸件 多种型号民用和车用增压器高温合金涡轮，座圈等 高温合金等温锻模具 锻件、叶片用K4537 、K403 合金等温锻造模具 特种泵、阀用精铸件 高温合金壳体、转子、静子管材 电极棒 粉末高温合金、镍基合金、特殊钢 CoCrMo 髋关节、膝关节、胫骨平台、活动杯毛坯，不同规格的CoCrMo 锻棒、不锈钢 人工关节赣铸件 锻杯 特殊合金精铸件 lnconel 系列、Monel 系列、哈氏合金系列Ni 基合金阀门 数据 ：东北证券，公司官网 在精铸件制品方面，公司核心技术长期保持行业领先，下属单位各司其职满足军民 多领域需求持续攻关积累雄厚技术资本，厚积薄发突破行业技术高点。公司自上市 至今已掌握4 项精铸件领域核心技术，多年发展过程中公司坚持以研发为本，在多 个型号航空发动机用高温合金精铸件的研制过程中成功解决大尺寸薄壁类铸件、复 杂异型结构铸件等一系列高难度精铸件的生产工艺技术难题，突破了一系列关键技 术。以精铸件领域技术难度最高的产品单晶叶片为例，公司在该领域研制方面处国 内领先水平，具有单晶涡轮叶片研制全过程技术积累，公司研制的DD402 单晶合金 及涡轮叶片获得国家发明专利、DD407 单晶合金空心涡轮叶片已通过试飞考核并形 成了批量生产能力，是目前我国少数可实现单晶叶片批量生产的厂商之一。此外， 公司子公司河北德凯、青岛新力通分别从事轻质合金精铸件、高温合金离心铸管及 静态铸件的专业化生产。 23 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 4.5 单晶高温合金 4.5.1 单晶高温合金概况 单晶高温合金是在等轴晶和定向凝固高温合金基础上发展起来的一类先进发动机 叶片材料，目前单晶高温合金已经发展到第六代。20 世纪 80 年代初期，合金化理 论和热处理工艺得到突破，此时的工艺可以在定向凝固高温合金的基础上完全消除 晶界，单晶高温合金涡轮叶片制造技术由此诞生，涡轮叶片的承载温度达到1030℃ 左右，第一代单晶高温合金PWA1480 、ReneN4 等在多种航空发动机上获得广泛应 用。 80 年代后期，第二代单晶高温合金通过加入3%的铼元素，使得涡轮叶片的微观结 构稳定性进一步提升，持久强度与抗氧化腐蚀能力达到了一个较好的平衡，承载温 度再次提高30℃左右，达到了 1060℃左右的水平，以PWA1484 、ReneN5 为代表的 第二代单晶高温合金在先进航空发动机上得到大量使用。 在第三代单晶高温合金中，以CMSX-10 和ReneN5 为例，通过提高原子半径大的难 熔元素的总含量，特别是加入5% 以上的铼，其合金成分进一步优化，涡轮叶片使用 温度达到1100℃左右，显著提高了涡轮叶片的高温蠕变强度，并获得高强度抗热疲 劳、抗氧化和热腐蚀性能。 美国和日本已先后研制出第四代单晶高温合金EPM-102 和TMS-138，通过添加钌， 进一步提高了合金微观结构的稳定性，增加了长时间高温下的蠕变强度，使用温度 提高到了 1140℃。目前，日本已成功研制了承温能力更高的第五代、第六代单晶高 温合金TMS-162、TMS-238 ）。 第二代及之后单晶高温合金与第一代单晶高温合金相比，一个显著的变化就是添加 了金属铼。铼是一种稀有元素，其熔点高达3180℃，是仅次于钨（W ）的难熔金属 元素，耐热性能强，在高温下比较稳定。铼的高温蠕变性能优于钨（W ）、钼（Mo ） 和铌（Nb ）等难熔元素，兼具优良的耐磨性及抗腐蚀性，非常适用于制造工作环境 苛刻的航空发动机零部件，尤其对高性能涡轮叶片的研制具有重要意义。 图15：等轴晶、定向凝固、单晶高温合金叶片晶体结构对比 数据 ：东北证券，材易通 24 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 4.5.2 在涡轮盘中的应用 发动机中完成对气体的压缩和膨胀，并且以最高的效率产生强大的动力来推动飞机 前进，依靠的是众多的叶片，因此叶片在发动机工作过程中发挥着至关重要的作用。 以涡扇发动机为例，叶片的价值占比高达35%，是航空发动机制造中十分关键的构 成部件。一台发动机中，航空叶片数量在3000-4000 片，可分为风扇叶片、压气机 叶片、涡轮叶片三大类，又以涡轮叶片的价值最高，达到63%，同时，它也是涡扇 发动机中制造难度和制造成本最高的叶片。按运动方式可分为动叶和静叶。风扇和 压气机的静叶称作整流叶片，涡轮的静叶称作导向叶片，涡轮盘上的动叶称作工作 叶片。 1939 年英国Mond 镍公司首先在20%Cr-80%Ni 电热合金中添加了少量C 和Ti 研制 出了镍基合金Nimonic75 ，随后又研究出一种含有Al 和 Ti 合金元素的Nimonic80 合金，并于 1942 年将其成功的用作涡轮叶片材料。 1970s，美国率先在军民用飞机发动机上使用PWA1422 定向凝固叶片。 1980s后第三代发动机推重比提升至8 以上，涡轮叶片开始使用第一代SX，PWA1480、 RenéN4 、CMSX-2 和我国 DD3 ，其承温能力比最好的定向凝固铸造高温合金 PWA1422 有 80K 的优势。再加之气膜冷却单通道空心技术，使得涡轮叶片的使用 温度达到1600-1750K。。 第四代涡扇发动机采用第二代SXPWA1484、RenéN5 、CMSX-4、DD6 ，，通过添加 Re 铼元素，再加上多通道高压空气冷却技术使得涡轮叶片的使用温度达到 1800K- 2000K ，在2000K 、100h 持久强度达 140MPa。 1990s 后研制第三代SX 有RenéN6 、CMRX-10、DD9，比第二代SX 具有十分明显 的蠕变强度优势。在复杂冷却通道和热障涂层的防护下，能承受的涡轮进气口温度 达到3000K，叶片用金属间化合物合金在2200K，100h 持久强度达100MPa。 目前正在研制的是以MC-NG 、TMS-138 等为代表的第四代和以TMS-162 等为代表 的第五代SX。其成分特点是添加Ru 和Pt 等新的稀土元素，显著提高了SX 的高温 蠕变性能。第五代高温合金工作温度已达 1150℃，已经接近理论极限工作温度 1226℃。 表14 ：各代发动机涡轮叶片材料对比 推重比 4-6 7-8 9-10 12-15 涡轮前温度 1300-1500K 1680-1750K 1850-1980K 2100-2200K 典型发动机 斯贝MK202 F100 ，F110 F119 ，EJ200 — 服役时间 20 世纪60 年代 20 世纪70 年代 20 世纪末 2018-2025 涡轮结构 实心叶片 气模冷却空心涡轮叶片 复合冷却空心叶片 双层壁超冷/铸冷涡轮叶片 叶片材料 定向凝固高温合金 第一代单晶合金 第二代单晶合金 第三代单晶合金、金属间化合物 数据 ：东北证券，公开资料整理 4.5.2.1 铼被加入高温合金用于涡轮叶片制造 第二代及之后单晶高温合金与第一代单晶高温合金相比，一个显著的变化就是添加 了金属铼。铼是一种稀有元素，其熔点高达3180℃，是仅次于钨（W ）的难熔金属 元素，耐热性能强，在高温下比较稳定。铼的高温蠕变性能优于钨（W ）、钼（Mo ） 和铌（Nb ）等难熔元素，兼具优良的耐磨性及抗腐蚀性，非常适用于制造工作环境 苛刻的航空发动机零部件，尤其对高性能涡轮叶片的研制具有重要意义。 铼是镍基单晶高温合金中最有效的固溶强化元素之一，其倾向于在γ 基体中集中， 形成的铼原子团约1nm 且短程有序，这种原子团簇的强化能力较传统固溶强化手段 更加突出。此外，铼的加入还能起到降低其他合金元素的扩散效率、减少单晶铸件 的晶粒缺陷和表面再结晶、改善合金的抗热腐蚀性能等作用。以国内研制的单晶高 温合金为例，第一代单晶高温合金DD3 未添加铼，第二代单晶高温合金DD6 添加 了2%的铼，第三代单晶高温合金DD9 添加了4.5%的铼。研究结果显示，在同等温 度和压力的测试条件下，DD9 合金的蠕变断裂寿命几乎是 DD6 合金的两倍。随着 25 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 人们对铼的认识不断深入，其已成为单晶高温合金中不可或缺的重要元素，目前日 本研制的最新一代单晶高温合金TMS238 中，铼的含量已提升至6.4%。 图16：各代单晶高温合金中铼用量及使用温度 数据 ：东北证券，材易通 鉴于铼在航空航天领域的重要性，各国均将铼视为战略资源，但是其储量稀少，加 工困难，导致价格高昂，制约了其在航空航天领域的广泛应用。根据美国地质调查 局发布的《矿产品摘要2023》，2022 年全球铼的产量为58 吨，同比下降2.52% 。其 中智利产量最多，达到29 吨，市场份额为 50% ；波兰、美国、乌兹别克斯坦、韩 国、中国产量分别为9.5、9、4.9、2.8 和2.5 吨，产量占比分别为16.4%、15.5%、 8.4%、4.8%和4.3% 。目前，美国通过长期合同的形式，垄断了包括智利在内的大部 分铼供给，每年从智利、哈萨克斯坦等国进口大量的铼资源。 图17 ：2016-2022 年全球铼产量 图18：2022 年全球铼产量分布 数据 ：东北证券，USGS 数据 ：东北证券，USGS 2016 年至今，虽然铼价格整体呈逐步下降的趋势，但当前仍然达到了 17000 元/千 克，全球铼资源储量及产量的稀缺使其价格一直维持在较高水平。考虑到我国铼资 26 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 源较为稀缺，较高的价格使得含铼单晶高温合金十分昂贵，制造成本压力大增，对 其在航空航天领域的应用形成一定程度的阻碍。 图19：2018 年至今铼价格 数据 ：东北证券，Wind 除了储量稀少和价格昂贵的缺点外，铼也是有害的拓扑密排相（TCP ）的重要形成 元素，加入过量的铼对单晶高温合金组织的稳定性不利，还会在合金经过长期高温 服役后降低合金的持久性能，从而加速合金的失效。因此，从第四代单晶高温合金 开始，钌（Ru ）被当作解决TCP 的途径加入到单晶高温合金中。但是，钌的加入可 能导致拓扑反转的发生，尤其是在高温下，会影响单晶高温合金的蠕变断裂寿命。 此外，铼的密度为21.0g/cm³ ，仅次于锇（Os）、铱（Ir ）和铂（Pt ），如此高的密度 与涡轮叶片设计轻质化的趋势相悖。由此可见，全球范围内对于涡轮叶片材料的研 究从未停止。 表15 ：各代单晶高温合金成分 合金 Cr Co Mo W Al Ti Nb Ta Re Ru Hf Ni DD3 9.5 5 3.8 5.2 5.9 2.1 — — — — — bal 第一代 ReneN4 9 8 2 6 3.7 4.2 0.5 4 — — — bal CMSX-2 8 5 0.6 8 5.6 1 — 6 — — — bal DD6 4.3 9 2 8 5.6 — 0.5 7.5 2 — 0.1 bal 第二代 ReneN5 7 8 2 5 6.2 — — 7 3 — 0.2 bal CMSX-4 6.5 9 0.6 6 5.6 1 — 6.5 3 — — bal DD9 4.3 7 2 6.5 5.6 — 0.5 7.5 4.5 — 0.1 bal 第三代 ReneN6 4.2 12.5 1.4 6 5.75 — — 7.2 5.4 — 0.15 bal CMSX-10 2 3 0.4 5 5.7 0.2 — 8 6 — 0.03 bal EPM102 2 16.5 2 6 5.55 — — 8 5.95 3 0.15 bal 第四代 TMS138 3.2 5.8 2.9 5.9 5.8 — — 5.6 5 2 0.1 bal MC-NG 4 4 5 5.8 — — 6 3 0.1 bal TMS162 3 5.8 3.9 5.8 5.8 — — 5.6 4.9 6 0.1 bal 第五代 TMS196 4.6 5.6 2.4 5 5.6 5.6 6.4 0.1 bal 第六代 TMS238 4.6 6.5 1.1 4 5 — — 7.6 6.4 5 0.1 bal 数据 ：东北证券，公开资料整理 27 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 4.5.3 镍基高温合金单晶叶片的发展 镍基铸造高温合金发展可分为三个阶段：（1）在镍基高温合金发展初期，通过适当 调整和添加合金成分完全能够满足涡轮叶片材料的设计要求，而铸造过程对改善叶 片性能贡献不大。（2）随着镍基高温合金的发展，仅仅靠合金成分的发展不能适应 叶片材料性能的进一步要求，于是合金的铸造过程控制也成为材料技术的一个关键。 （3）随着镍基高温合金的继续发展，高温合金的使用温度已经接近极限，通过调整 合金成分来提升合金性能的空间已变得十分有限，因此必须通过采用新工艺，如定 向凝固技术来提升合金性能。 镍基单晶高温合金的成分特点和相组成： 高温合金根据基体元素的种类，可分为铁基、镍基、钴基，进一步细分为铸造、锻 造、粉末冶金宏观结构。镍基合金相对于其他两类高温合金具有更好的高温性能， 能够在严苛的高温环境下长时间工作。 镍基高温合金中至少含有50%的Ni ，其FCC 结构使得其对部分合金元素具有很高 的兼容性，在设计过程中所添加的合金元素数量往往超过10 种。对所添加合金元素 的共同性进行分类： （1）Ni 、Co、Fe、Cr、Ru、Re、Mo、W 为第一类元素，作为奥氏体稳定化元素。 （2 ）Al 、Ti、Ta、Nb 的原子半径较大，促进了化合物Ni3(Al 、Ti、Ta、Nb) 等强化 相的形成，为第二类元素。 （3）B 、C、Zr 为第三类元素，它们的原子尺寸远远小于Ni 原子尺寸，易偏析到γ 相的晶界，起到晶界强化的作用。 镍基单晶高温合金的相主要为：γ 相、γ’相、碳化物相、拓扑密排相(TCP 相) 。 γ 相：γ 相是晶体结构为FCC 的奥氏体相，是Cr、Mo 、Co、W 、Re 等元素溶于镍 中形成的固溶体。 γ’相：γ’相是FCC 的Ni3(Al, Ti) 金属间化合物，作为沉淀相形成并与基体相保持一 定的共格关系和错配度，富含Al 、Ti、Ta 等元素。 碳化物相：从第二代镍基SX 开始加入少量的C 导致碳化物的出现。少量碳化物弥 散分布在基体中，在一定程度上改善了合金的高温性能。一般分为 MC 、M23C6、 M6C 三种。 TCP 相：在服役老化的情况下，过量的Cr、Mo 、W 、Re 等难熔元素促进了TCP 相 的析出，TCP 通常以板的形式形成，板状结构对延性、蠕变、疲劳性能有负面影响， TCP 相是蠕变断裂的裂纹源之一。 图20 ：飞机中复合材料的用量 数据 ：东北证券，3D 打印技术参考 28 / 57 [Table_PageTop] 钢研高纳/公司深度 4.5.4 单晶叶片技术应用 定向凝固和单晶叶片的应用是国内外先进发动机的重要标志。因此，从60 年代中期 起，我国开始研究定向凝固技术。所谓定向凝固，就是控制合金凝固过程，使其沿 一定方向生产，最终的组织没有横向晶界，进而具有优异的力学性能。以航材院为 代表，从改装设备到引进设备，研制成功功率降低法和铸型移动法定向技术。80 年 代初期的研究又成功地发展完善了具有我国特色的单晶叶片定向凝固技术。 作为铸造高温合金的前沿方向，单晶高温合金一直是研究的热点。由于没有晶界存 在，因此其性能优异，能够承受更高的温度和更苛刻的环境。国内在单晶方面，发 展了一种与国外同类技术有所不同的双取向控制法，为此，设计出了一种特殊的螺 旋选晶器，取得了良好的效果。 随着铸造高温合金及凝固技术的发展，依靠合金化提高合金的性能已经受到限制， 于是出现了定向凝固工艺。定向凝固工艺消除了垂直于应力轴的横向晶界，使铸造 合金的力学性能上了一个台阶。随后发展的是消除全部的晶。
