航天军工新材料行业报告：钛合金、高温合金（66页）

行业报告下载 2021年05月26日 07:43 管理员

在卡诺循环中，当吸热量为 Q1,放热量为 Q2时，循环所作净功为 W0=Q1-Q2，根据卡诺循环的热熵曲线可得卡诺循环的热效率为：η=1-T2/T1，由此可以看出，热机的输入热源温度 T1越高，热机工作效率越高。因此，动力领域对工作温度要求的提升将带动相关材料的升级换代。航空发动机涡轮入口温度需要不断提高。喷口温度从 1300K 提升到 1610K 时，涡轮输出效率可从 46.40%提升到 51.60%。这要求发动机材料的升级换代，同时原来那些可以使用合金钢的零件，如压气机盘和叶片等，也需要使用高温合金。军用航空发动机历经五代，推重比不断提升，高温合金、陶瓷基复材是核心材料。第一代涡扇发动机出现在 20 世纪 50 年代，以英国的康维发动机、美国的 JT3D 发动机为代表，推重比在 2 左右；第二代涡扇发动机出现在 20 世纪 60 年代，以英国的斯贝 MK202 和美国的 TF30 发动机为代表，推重比在 5 左右；第三代涡扇发动机出现在 20 世纪 70-80 年代，以美国的 F100、欧洲的 RB199 和苏联的 AL-31F 发动机为代表，推重比在 8 左右；第四代涡扇发动机出现在 20 世纪 90 年代，以美国的 F119 和欧洲的 EJ200 发动机为代表，推重比在 10 以上；

第五代涡扇发动机出现在 21 世纪初，以美国的 F135 和英、美联合研制的 F136 发动机为代表，推重比为 12-13。未来航空发动机推重比将不断提高，美国已经开启第 6 代航空发动机的研发，预计推重比将达到 16-18。钛金属具有低比重和高比强度的特性，其合金在航空航天领域对于提升飞行器推重比有重要意义，近年来受到广泛使用。除军工、航空航天领域之外，钛合金还较多应用于化工、冶金、医疗、体育休闲等领域。全球钛材消费量与航空航天业的发展息息相关。自 2000 年以来，我国钛材需求主要集中在中低端的石油化工领域，随着 2016 年中国“十三五”规划的制定以及国防军队现代化的“三步走”战略的更新，航空航天领域用钛量不断提升。对于军用钛材而言，由于军工行业的特殊性，需接受国防科工局监管，采用严格的行政许可制度，对产品质量的要求更苛刻，在钛材“高均匀性、高纯净性、高稳定性”方面提出更高的要求。2019 年中国钛材总消费量达 6.9 万吨，其中航空航天用钛量约为 1.2 万吨，占总消费量的 17%。我们认为，虽然近年来中国航空航天、船舶制造、海洋工程等高端用钛占比持续优化，但是与全球钛材需求结构相比，高端用钛占比依旧偏低，未来增量空间广阔。