先进金属材料行业特性及细分应用竞争格局主要壁垒构成
随着生产工艺及科学技术的不断发展，在原有材料科学的范畴下逐渐衍生出了新材料这一分支，一般指新出现的具有优异性能和特殊功能的材料，或是传统材料改进后性能明显提高和产生新功能的材料。先进金属材料是新材料的重要组成部分，具备良好耐高温、耐蚀性能或某种特定的环境适应性，可用于航空航天、燃气轮机、核工程、石油化工等国民经济关键领域，也是国防现代化的重要支撑。先进金属材料包括高温合金、高性能合金、高品质特殊钢、高纯稀有金属材料及高端稀土功能材料等。
资料来源：普华有策
1、先进金属材料行业特性
（1）周期性
高温及高性能合金和特种不锈钢应用于航空航天、核工程、燃气轮机及汽轮机、石油化工等国民经济重要领域。行业与宏观经济关系波动相关，受单一行业的影响较小。其中特种不锈钢产品主要应用于石油化工行业。国际油气价格的大幅波动将影响油气开采及石油制品的需求，相关业务可能因石油天然气价格大幅波动而呈现出一定的周期性。
（2）区域性
高温合金行业不存在明显的区域性；耐蚀合金及特种不锈钢行业具有一定的区域性，主要集中在华东地区，主要因为长三角地区是我国耐蚀合金及不锈钢加工与流通的核心区域，聚集了一批新型高端材料生产厂商。
2、行业经营模式
高温及高性能合金、高品质特种不锈钢等特种合金产品在产品定价上主要采用产品成本加成以获取合理的利润的模式。采购模式上，基本采用“以产定购+安全库存”的模式，所需原材料直接向市场采购。生产模式上，基本采用“以销定产”，根据客户订单进行定制生产。销售方式上，主要以直销的方式进行，也存在通过贸易商进行销售的方式。
3、高温合金循环再生应用情况
高温合金在加工流程中会产生大量返回料，以高温合金的尖端应用航空发动机为例，由于需要充分考虑强度、空气动力、减重等要求，零件加工环节多、形状复杂、精度要求高，导致材料有效利用率非常低，一般情况下超过 90%的材料会成为返回料。高温合金循环再生应用指在高温合金的制造过程中使用加工流程中产生的返回料，通过严格的牌号分级管理、分选清洗，再重新经过真空提纯、重熔、锻铸造等精加工流程形成高温合金材料的制备模式。
国际方面，美国从 20 世纪 70 年代起开展高温合金返回料的再生利用，目前已形成技术成熟、体系完善、返回料严格分类回收和再生利用的全产业链闭环模式，在高温合金生产过程中返回料使用比例达到 70%-90%。返回料经过多次真空提纯和精炼，再生利用后的纯净度水平和各项指标稳定性均优于矿冶新料，使得再生材料的质量和稳定性水平大幅提升，同时还可降低成本 30%以上。比如，美国 Allegheny Technologies Incorporated（“ATI”）公司即表示更愿意使用返回料，生产的产品质量更好，生产更简捷。波音、洛克希德•马丁、罗尔斯罗伊斯、通用电气等终端用户均建立相应制度对供应商的返回料回收标准、数量等提出明确要求。
国内方面，我国高温合金行业经历了从仿制到自主创新的历程，已初步建立完整的高温合金研制体系，但与世界领先水平相比，我国高温合金在产品杂质元素控制、均匀性、稳定性、成本控制等方面仍存在一定差距。以变形高温合金典型牌号 GH4169 为例，国外同牌号产品成本相较国内更低，且材料的夹杂物控制更好、稳定性更强、晶粒度级差更小。形成上述差异的部分原因是因为国外已经建立了完整的返回料回收体系及配套分级管理系统，而我国在这方面仍然缺失技术和标准，一定程度上限制了我国高温合金制造产业的发展。同时，返回料缺乏统一的管理，大部分返回料仅能降级利用，部分返回料存在出口处理的情况，还存在泄密隐患，可能涉及相关的装备信息、材料参数等关键战略信息安全。综上，做好高温合金返回料的再生应用，对于提高我国高温合金的质量和稳定性、降低成本、保障战略资源安全具有重要意义。
4、高性能合金行业概况及下游应用
（1）高性能合金行业概况
高性能合金是在某些维度（如物理强度、抗腐蚀性、抗氧化性、磁性等）具有特定性能指标的金属合金材料，包括超高强合金、耐蚀合金、精密合金等。超高强合金是指屈服强度和抗拉强度较高的合金，具有高强度、高韧性，一般用于飞机结构件、起落架、火箭壳体等关键承力部件上；耐蚀合金是在常温或高温的腐蚀介质中具有耐腐蚀、耐高温、耐磨损性能的金属材料，可分为铁基合金、镍基合金、镍铁基合金等，是能源、石油化工等产业中不可或缺的关键零部件，成为反映一国工业先进水平的重要指标之一；精密合金通常是指具有特殊物理性能的功能金属材料，如磁学、电学、热学等性能，主要包括磁性合金、弹性合金、膨胀合金、热双金属、形状记忆合金等。
（2）高性能合金下游应用情况
高性能合金在多个维度展现出优异特性，具备较高的应用价值，其中以超高强合金、精密合金、超高纯不锈钢为代表的高强度、良好物理特性的合金材料广泛应用于航空器机身结构件和发动机件，以耐蚀合金为代表的高温耐腐蚀合金材料广泛应用于航空航天、核工程、石油化工和海洋工程领域。
1）高性能合金在航空航天领域的应用
超高强合金在航空器结构件等特种领域的应用空间巨大。为满足飞机长寿命、容易维护、轻量化等需求，基体零件结构向整体化、复杂化、薄壁化等方向发展，新型飞机趋向整体结构设计方案，采用新型材料提高飞机的结构强度。随着材料技术、锻造技术、加工技术的不断发展，使用超高强合金制造大型飞机起落架主承力构件成为必然选择。
目前，国外应用比较广泛的起落架用材为超高强度合金钢，如法国 35NCD16、俄罗斯30ХГСН2А，美国 300M 等，此类高强度材料可以减轻起落架质量，而减重一直是起落架设计所追求的重要指标，同时，超高强度合金材料本身的优良综合性能，可以保证起落架工作的可靠性。除超高强合金外，超高纯不锈钢、精密合金也在航空发动机、导弹，以及陀螺仪、紧固件、航电系统、管路等机载部件上投入应用。
2）高性能合金在石油化工及核工程领域的应用
我国石油化工行业规模庞大，设备需求旺盛，具备对高性能合金的需求基础。加之近年来陆上油气田已逐步进入开采的中后期，后期发现油田的开采环境愈发恶劣，主要表现在油井深度的增加、油气埋藏压力和温度的增加以及开采环境中的腐蚀性的增强，因而对耐蚀合金产生了更大的需求量。而全球海洋油气资源、页岩气等非常规油气资源开采潜力巨大，勘探前景良好，但也同样面临开采环境逐渐严苛的问题，大陆架浅水区域的油气资源勘探开发起步较早，未来需要将储量开采延伸至海上深水区，深水区的腐蚀性更强，会对合金性能提出更高的要求；此外，相比常规油气开采而言，页岩气开采过程中，对耐腐蚀、耐高温、耐磨损材料的性能要求更高，需求量更大。高性能合金在石油化工领域的增长前景良好。
核电作为清洁、高效的能源，一直是世界各国的发展方向。截至 2020 年年底，全球核反应堆共有 448 座，总容量为 397.78GW。2022 年 3 月，国家发改委、国家能源局联合印发《“十四五”现代能源体系规划》，明确提出全面掌握三代核电技术，积极安全有序发展核电。到 2025 年，核电运行装机容量达到 7,000 万千瓦左右，将成为未来的主要能源之一，这将有望推动上游耐蚀合金等高性能合金的需求发展。
3）高性能合金在海洋工程领域的应用
以海洋油气资源为代表的海洋矿产资源是当前世界海洋资源开发的重点和热点，加快海洋资源开发和利用已成为世界各国发展的重要战略取向。金属在海水腐蚀中易产生应力腐蚀断裂、氢脆、腐蚀疲劳、晶间腐蚀等现象，高性能合金所具备的高强度、高韧性、高耐蚀等特性有效保障了海洋工程的实施。随着国内对海洋平台、海洋油气开发装备核心技术和关键共性技术的研究的持续投入，深海铺管系统、深海立管系统、水下作业装备等建造能力的增强，配套设备的国产化率将不断提高海洋工程专用设备制造业的快速发展及进口替代趋势，将有力推动国内耐蚀合金业的发展。此外，我国属于全球人均淡水资源最贫乏的国家之一，人均淡水资源量仅为世界平均水平的 1/4。未来，我国海水淡化工程将出现较大的发展契机，这也将促进耐蚀合金等高性能合金材料的需求增长。
5、特种不锈钢下游应用情况
特种不锈钢在合金成分上含高镍、高铬、高钼，因而与普通不锈钢相比，有更加优秀的耐高温或者耐腐蚀性能。特种不锈钢主要应用于石油化工、海洋工程及船舶以及能源等高端装备制造领域。
（1）特种不锈钢在石油化工领域的应用
石油化工设施设备对安全可靠性要求较高，且大多运行在高温、高压和高腐蚀等恶劣工况下，对工作在这类环境下的不锈钢相关性能有着较为严苛的要求。因此，具备耐高压、耐高腐蚀等特性的特种不锈钢是石油化工设施设备中重要的基础部件，在炉管、物料输送、热交换器等设施设备中得到了广泛的应用。石油化工用特种不锈钢产业同样受益于我国石油化工行业的高速发展。
根据“十四五”规划及工信部等六部门联合印发的《关于“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见》，2025 年我国石化化工行业将基本形成自主创新能力强、结构布局合理、绿色安全低碳的高质量发展格局，高端产品保障能力大幅提高，核心竞争能力明显增强，高水平自立自强迈出坚实步伐。由此带来的石油化工装备更新和投资需要也进一步打开高端特种不锈钢的应用场景和市场空间。
（2）特种不锈钢在海洋工程及船舶领域的应用
传统船舶建设过程中，特种不锈钢材料主要用于制造耐盐、耐酸的管路，包括泵、阀等关键组件；随着液化天然气、液化石油气运输船及不锈钢液货舱化学品船的制造量不断提升，特种不锈钢在船舶领域的用量也有着显著的增加。
（3）特种不锈钢在能源领域的应用
特种不锈钢在民用核电领域中主要用于核岛、常规岛、辅助设备等领域，如蒸汽发生器中的传热管、冷却水管道等输配水管道等。根据测算，核电蒸发器成本占核电设备投资中核岛部分的 8%，而特种不锈钢主要应用于核电蒸发器中，1 座 100 万千瓦机组的核电站需要核电蒸发器管约140-150吨。此外，核电领域中特种不锈钢也可用于锅炉、压力容器等。随着我国核电站建设提速以及核电设备的出口，核电站用特种不锈钢的需求将快速增长。目前，拥有核电级别特种不锈钢生产能力和生产许可的国内企业较少，核电站用特种不锈钢（特别是应用较多的核电蒸发器用特种不锈钢）绝大部分仍需依赖进口。因此，在上述市场背景下，率先具备生产能力的企业，将获得占领这一高端市场并逐步替代进口产品的先机，从而分享高端市场快速增长的丰厚收益。
除核电外，特种不锈钢在火力发电领域可用于汽轮机、锅炉、压力容器等发电设备，并用于超临界、超超临界等先进火力发电机组。近年来，我国鼓励煤电行业不断提高发电效率，鼓励发展超临界、超超临界等高参数机组。从经济效益方面考量，在保证供热，并符合排放标准、维持较高热效率的前提下，高参数机组将成为火力发电行业未来发展的大趋势。随着火力发电等能源领域的不断发展，特种不锈钢的应用空间也将不断提升。
6、先进金属材料行业竞争格局
（1）高温合金及高性能合金行业竞争格局
高温合金及高性能合金行业技术水平要求高，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，全球从事高温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，当前国内高温合金企业的产能产量主要以满足内部需求为主，与海外龙头的竞争较少。
我国高温合金及高性能合金材料研制和生产主要为特钢企业、科研院所及其下属企业。由于进入门槛较高，我国生产高温合金及高性能合金的企业数量有限，从目前来看，高温合金及高性能合金企业主要分为三类，包括特钢企业、科研院所及其下属企业以及民企。特钢企业以抚顺特钢为代表，其特点是产能大、产品种类较多。科研院所及下属企业主要有北京航空材料研究院（621 所）、中国科学院金属所、西部超导和钢研高纳，其特点为技术实力出众，产品覆盖范围广。民企包括图南股份、隆达股份、四川六合特种金属材料股份有限公司等，民企体制灵活，企业分别都有各自的特点及优势领域。受益于下游需求快速增长，行业龙头产能扩张助力业绩提升。近年来，随着下游武器装备加速列装叠加航空发动机国产替代催生的巨大需求，国内高温合金及高性能合金企业纷纷募资扩产。但因为高温合金及高性能合金的高技术、长周期等导致的高壁垒，所以新进入者很难规模化，产能增量主要来源于现有企业扩产。
（2）高品质特殊钢行业竞争格局
高品质特殊钢行业的产品、材料开发需要长时间的技术积累与创新。国外市场上，卡朋特、Daido Steel Co.Ltd（“日本大同”）、Buderus Edelstahl GmbH（“德国布德鲁斯”）、Sandvik AB（“瑞典山德维克”）等企业均已经营超过 100 年，其通过长期渐进的技术工艺创新，成为全球领先的高品质特殊钢企业。
国内高品质特殊钢行业的主要参与者包括大型高品质特殊钢企业及民营特钢企业。大型高品质特殊钢企业包括抚顺特钢、宝钢特钢、山西太钢不锈钢股份有限公司等；民营高品质特殊钢企业参与者主要包括永兴材料、广大特材等企业，在细分产品领域具有其优势。
7、行业的主要壁垒构成
（1）行业资质及市场准入壁垒
国家对武器装备科研生产活动实行许可管理，未取得许可不得从事相应生产活动。从事军品相关生产活动必须通过严格审查并取得军工资质。在航空发动机、核电装备等领域，各主要下游客户也各自存在相应的资质认证管理体系，生产厂家需要通过获得相关客户的合格供方资质和认证，方能进入这些市场。此外，在产品方面，航空发动机用高温合金等尖端应用领域还需要对于相应牌号产品进行长流程验证评审，一般验证的周期在 3-6 年。这些准入资质要求严格，且考察周期较长，需要企业具备较强的研发、管理和质量控制能力。
（2）技术壁垒
高温及高性能合金和高品质特种不锈钢产品技术壁垒较高，加工工艺复杂，特种冶炼、锻造等工序需要技术积淀和不断的技术创新。国内外的大型先进金属材料生产企业均同时是合金材料研发的主体，材料科学研究和先进加工技术相辅相成，技术工艺和产品开发在行业内处于领先水平。材料开发和生产工艺技术研发是本行业企业发展的根本，新产品从开始研发至最终实现销售需要经过论证、研制、定型等系列过程。因此，高温及高性能合金和高品质特种不锈钢等先进金属材料领域存在着较高的技术壁垒。
（3）资金壁垒
研发、生产及销售高温及高性能合金和高品质特种不锈钢等产品生产属于技术密集和资金密集活动，对企业资金的充沛程度有较高的要求。随着高温合金、高性能合金等产品技术的不断进步，对于企业的生产设备提出了更高的要求。企业需要投入较高成本进行先进生产设备的购置，从而提升工艺水平以达到客户需求。同时，产品的研发也需要持续的资金投入，而新产品的认证周期相对较长，这也对企业的流动资金提出了一定的要求。上述因素综合导致了进入相关生产领域需要具备一定的资金规模，本行业的进入具有较高的资金壁垒。
（4）行业经验壁垒
高温及高性能合金和高品质特种不锈钢产品生产工艺复杂，专业设备使用量大，生产人员多，过程控制难度大，其生产具有“多品种、多规格、小批量”、制造工艺复杂、专业设备使用量大、生产人员多、过程控制难度大等特点。上述特点要求企业在生产管理上建立先进的生产管理模式，拥有一支具有丰富生产管理经验的管理团队和具备较高专业操作技能的员工队伍，具有较高的生产组织管理准入门槛。此外，如果没有精细化管理难以降低成本，对市场变化和客户的定制要求作出快速反应。
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