文章核心观点 - 随着火箭发射进入规模化与可复用时代，“箭体用航天不锈钢+发动机用高温合金”正逐步演化为新一代运载火箭材料体系，带来显著的投资机遇 [1][7] - 商业航天的快速发展正带动航天不锈钢材料和高温合金材料景气上行，重点关注已切入配套体系的特种不锈钢厂商和掌握核心能力的高温合金龙头企业 [2] 火箭材料体系的历史演变 - 历史：在传统一次性火箭范式下，铝合金是绝对主角，广泛应用于箭体蒙皮、贮箱等大部分结构，不锈钢应用极为有限；高温合金在早期液体火箭中仅用于少量部件 [3] - 现状：目前处于“传统铝合金为主体、新材料加速渗透”的过渡期，不锈钢箭体已在星舰、朱雀三号等可复用火箭上试点应用，生产周期较铝合金方案缩短约40% [4] - 未来：航天不锈钢与高温合金是技术演进的大势所趋，不锈钢为可回收、大直径火箭提供基础，高温合金用量则受益于发动机性能提升带来的“单机放量+多机并联”效应 [6] 航天不锈钢成为箭体主用材料的驱动因素 - 商业航天范式转变：火箭设计目标从完成单次任务转向降本增效和高频复用，对材料的耐高温、抗疲劳、可维修性及规模化成本提出系统性要求 [12][13] - 性能优势：不锈钢具备更高熔点和更优的极限温度强度，例如301系列不锈钢在低温下强度能提高50%，可承受华氏1500-1600度高温，降低对复杂热防护系统的依赖 [16] - 成本与可靠性优势：不锈钢具备明确的疲劳极限，在合理应力下可支持无限次循环，全生命周期成本在规模化制造与高频次周转模式下更具综合竞争力 [17][18] - 应用案例：SpaceX星舰箭体结构几乎全部采用不锈钢，单枚星舰不锈钢原材料需求约815吨，按3美元/公斤估算，材料成本约244万美元 [25] 高温合金在航天领域应用增长的驱动因素 - 核心地位：高温合金是液体火箭发动机燃烧室、喷管、涡轮泵等热端部件的基础材料，测算显示液体火箭发动机中高温合金平均用量为28% [1][5] - 性能要求提升：火箭发动机向高室压、高热流密度、可复用演进，对材料的耐温、导热与疲劳寿命要求远高于传统一次性火箭 [11][22] - 用量激增：以SpaceX为例，猎鹰9号（10台发动机）高温合金用量约5吨/箭，而星舰（39台发动机）用量达58.5吨/箭，增长近11倍 [50] - 广泛应用：除火箭发动机热端部件外，高温合金也应用于卫星姿态/轨道控制推进系统的燃烧室、喷嘴等 [45] 不锈钢与高温合金的具体应用场景 - **航天不锈钢应用**：主要用于火箭贮箱、壳段等大尺寸承力结构。SpaceX星舰采用304L或自研30X合金；蓝箭航天朱雀三号采用超薄壁高强度不锈钢，生产周期较铝合金缩短约40% [24][27] - **高温合金在发动机推力室的应用**：推力室质量占发动机25%-40%，其喷注器、燃烧室、喷管等部位工况极端，常采用GH4169（Inconel 718）、GH4738（Waspaloy）等变形高温合金 [29][30][36][40] - **高温合金在发动机涡轮的应用**：涡轮盘、涡轮壳体等构件服役环境恶劣，普遍采用变形高温合金制造，如我国长征火箭涡轮盘材料已升级为GH4169 [43] 需求端：低轨卫星驱动火箭规模化 - 发射需求紧迫：全球低轨星座申报卫星数量超28万颗，根据ITU规则，申报后需在7年内完成全部发射，并存在补网替换需求，驱动火箭发射走向规模化 [47][48] - 运力升级方向：运载火箭向“大运力+可重复使用+液体动力”迭代，直接拉动高温合金与航天不锈钢需求 [49] - 市场规模测算： - **不锈钢**：以星舰工厂一期年产1000艘测算，不锈钢年需求81.5万吨，按1.8万元/吨（溢价30%）计算，市场规模约147亿元；终极目标年产10000艘对应市场规模1470亿元 [49] - **高温合金**：以星舰工厂一期年产1000艘测算，高温合金年需求5.9万吨，按25万元/吨计算，市场规模约146亿元；终极目标年产10000艘对应市场规模1460亿元 [50] 供给端：供应商的成长机遇与壁垒 - **航天不锈钢供应特点**： - 高度细分、强定制化，需求优先追求一致性、可靠性与交付稳定性，定价逻辑更接近“工程材料” [60] - 对成分设计、冷轧、成形与焊接的一体化要求高，形成系统性壁垒 [56] - 据测算，SpaceX未来四年内不锈钢需求区间为61万至76万吨，约占2024年全球不锈钢产量6260万吨的0.98%-1.23%，为头部企业提供结构性增长机会 [52] - **高温合金供应特点**： - 我国高温合金存在供给缺口，需求量从2017年3万吨增长至2022年7万吨（CAGR 18.47%），2024年需求量6.2万吨，产量5.7万吨 [61] - 熔炼工艺（如真空感应、电渣重熔）和设备壁垒高 [61] - 供应商竞争格局良好，主要参与者包括抚顺特钢、航材股份、钢研高纳等特钢及科研院所企业，以及图南股份、隆达股份等民企 [62] 产业链相关公司介绍 - **抚顺特钢**：我国高温合金产业奠基者，在航空航天市场占有率高达80%以上，产品涵盖锻材、轧材等多种规格 [63][64] - **上大股份**：掌握高温合金返回料再生应用技术并实现产业化，实现GH6159等多个牌号进口替代 [63][65] - **航材股份**：高温合金熔铸事业部是航空发动机用高温母合金的唯一批产单位，具备60余种牌号供货能力 [63][66] - **钢研高纳**：具备生产国内80%以上牌号高温合金的技术和能力，产品覆盖所有细分领域 [63][67] - **图南股份**：国内少数能同时批量化生产变形与铸造高温合金的企业，在大型复杂薄壁精铸件生产上领先 [63][68] - **隆达股份**：聚焦航空发动机和燃气轮机领域，在铸造和变形高温合金方面均处于国内领先地位 [63][69] - **西部超导**：高性能高温合金材料重点研发生产企业，多个牌号通过“两机”及航天型号认证 [63][70] - **太钢不锈**：全球领先的不锈钢企业，产品涵盖全系列，拥有不锈钢材料国家重点实验室 [71] - **Outokumpu**：全球领先不锈钢生产商，拥有面向高温工况的Therma系列耐热不锈钢产品 [72] - **Aperam**：全球不锈钢和特种合金供应商，通过收购Universal Stainless强化在航空航天高端合金市场的地位 [73]

报告行业投资评级 - 通信行业：增持 (维持) [5] - 航天军工行业：增持 (维持) [5] - 钢铁行业：增持 (维持) [5] 报告核心观点 - 商业航天的快速发展正驱动火箭材料体系从传统铝合金向“箭体用航天不锈钢+发动机用高温合金”演进 [1] - 在可复用、规模化发射的趋势下，不锈钢因其低成本、耐高温、易加工等综合优势，成为星舰、朱雀三号等新一代复用火箭箭体的共同选择 [1][3] - 液体火箭发动机性能提升对热端部件材料要求更高，高温合金用量随之增长，呈现“单机放量+多机并联”的叠加效应 [3][21] - 低轨卫星星座建设将驱动火箭发射进入规模化阶段，为航天不锈钢和高温合金带来结构性高景气需求 [4][45] 行业历史与现状总结 - **历史材料格局**：在传统一次性火箭范式下，铝合金是箭体材料的绝对主角，广泛应用于蒙皮、贮箱等结构；不锈钢应用有限；高温合金在液体火箭早期仅用于少量阀门、涡轮转子等部件 [1] - **当前过渡阶段**：火箭材料处于“传统铝合金为主体、新材料加速渗透”的过渡期 [2] - **结构端新应用**：不锈钢箭体已在SpaceX星舰、蓝箭航天朱雀三号等可复用火箭上试点应用，相较传统铝合金方案，生产周期能够缩短约40% [2][27] - **动力端新应用**：液体火箭发动机成为发射主力，测算其高温合金平均用量为28% [2] 未来发展趋势总结 - **箭体结构材料趋势**：航天不锈钢因适应极端环境、焊接性能优、加工速度快、成本较低等优势，成为二子级再入回收、大直径火箭及低温燃料贮箱的工程基础 [3] - **动力系统材料趋势**：发动机燃烧室室压、热流密度与启停次数阶跃上升，对材料耐温、导热与疲劳寿命要求提升，驱动高温合金成为关键材料 [3][21] - **材料需求驱动**：可复用场景下单台发动机设计寿命和单箭发动机配置数量同步上行，高温合金用量有望呈现叠加增长 [3] 需求端分析总结 - **核心驱动因素**：大型低轨星座（如星网、G60星链等）组网将驱动火箭发射规模化，根据ITU规则，卫星频轨资料申报后需在7年内完成部署，发射具有紧迫性 [4][45] - **不锈钢需求测算**：以星舰为例，单发火箭不锈钢用量约815吨，按工厂一期设计年产1000艘测算，将撬动81.5万吨需求；按航天不锈钢吨价1.8万元/吨测算，对应市场规模147亿元；若按终极目标年产10000艘测算，市场规模达1470亿元 [47] - **高温合金需求测算**：以猎鹰9号（10台发动机）和星舰（39台发动机）为例，测算高温合金用量分别为5吨/箭和58.5吨/箭，星舰迭代使高温合金用量增长近11倍；按年产1000艘星舰、单价25万元/吨测算，年需求5.9万吨，市场规模146亿元；年产10000艘对应市场规模1460亿元 [48] 供给端与竞争格局总结 - **航天不锈钢供应特点**：供应高度细分、强定制化，对成分设计、冷轧、成形与焊接的一体化要求高，系统性能力铸就壁垒 [4][57] - **不锈钢竞争格局**：需求更看重一致性、可靠性与交付稳定性，而非最低单价，具备先发优势和客户验证基础的企业有望获得结构性成长机会 [4][60] - **高温合金供需状况**：我国高温合金需求量从2017年的3万吨增长至2022年的7万吨，年均复合增长率18.47%；产量从1.88万吨增至4.20万吨，年均复合增长率17.44%；2024年需求量6.2万吨，产量5.7万吨，仍存在供给缺口 [61] - **高温合金竞争壁垒**：熔炼工艺复杂，涉及真空感应炉、真空自耗炉等多种高壁垒设备，供应商竞争格局良好 [61] - **主要厂商类型**：包括以抚顺特钢为代表的特钢生产企业，以航材股份、钢研高纳为代表的科研院所及相关企业，以及上大股份、图南股份、隆达股份等民营企业 [62] 产业链相关公司梳理 - **特种不锈钢厂商**：太钢不锈、Outokumpu、Aperam、SeAH Steel 等 [4][71] - **高温合金龙头企业**：抚顺特钢、航材股份、钢研高纳、上大股份、图南股份、隆达股份、西部超导等 [4][62]