高溫合金材料憑借優(yōu)異的抗氧化和抗熱腐蝕性能在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、核電、石油化工等多個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

特性

所謂高溫合金，即能在600℃以上高溫及一定應(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作的一類合金。高溫合金材料相比于傳統(tǒng)金屬，在性能上具有高溫高強(qiáng)；良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能；良好的抗疲勞性能、斷裂韌性、良好的彈塑性。

分類

高溫合金大體上有三種劃分方式：根據(jù)基體元素種類、根據(jù)合金強(qiáng)化類型和根據(jù)材料成型方式。

高溫合金分類

制備工藝

高溫合金產(chǎn)品以非標(biāo)準(zhǔn)化為主，因此生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，但基本可以可分為三個(gè)步驟：熔煉、鑄造和熱加工，粉末冶金工業(yè)則將鑄造工藝替代為熱壓。

各種高溫合金的工藝生產(chǎn)流程

應(yīng)用

高溫合金憑借優(yōu)異的抗氧化和抗熱腐蝕性能在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、核電、石油化工等多個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中，航空航天仍然占據(jù)最重要地位，占需求總量的55%，其次是電力行業(yè)，占比達(dá)20%。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)

高溫合金從誕生起就應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)，在現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，高溫合金材料主要用于四大熱端部件：燃燒室、導(dǎo)向室、渦輪葉片和渦輪盤，此外還用于機(jī)匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。

高溫合金在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用

不同機(jī)型對(duì)高溫合金需求預(yù)測(cè)

高溫合金材料的用量占發(fā)動(dòng)機(jī)總重量的40-60%，在先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)中這一比例超過50%甚至更多。

民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)

2016年7月11日，在范保羅航展首日發(fā)布最新版 《當(dāng)前市場(chǎng)展望》，預(yù)測(cè)未來20年全球需要39,620架新飛機(jī)，該數(shù)字較去年預(yù)測(cè)增加4.1%。

2016-2035年全球民航飛機(jī)需求

由于不同機(jī)型的發(fā)動(dòng)機(jī)所需的高溫合金占比不同，根據(jù)測(cè)算，未來二十年全球民航各類型新機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)高溫合金的總需求為42.7萬噸。

民航不同機(jī)型對(duì)高溫合金需求

2016-2035年全球民航飛機(jī)高溫合金需求

我國(guó)民航發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)也十分廣闊，根據(jù)預(yù)測(cè)，到2032年，中國(guó)新增的飛機(jī)數(shù)量超過5580架，預(yù)計(jì)我國(guó)民用航空對(duì)高溫合金的需求量將超過3.8萬噸。

到2032年我國(guó)民航對(duì)高溫合金需求預(yù)測(cè)

軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)

根據(jù)美國(guó)國(guó)防部預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)未來20年中國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)新增量將達(dá)到1430架、軍用大飛機(jī)1500架、教練機(jī)500架，合計(jì)對(duì)高溫合金需求量將達(dá)到5.7萬噸。

另外，現(xiàn)有軍機(jī)的維護(hù)和修理折算成發(fā)動(dòng)機(jī)所需數(shù)量為2000臺(tái)，對(duì)應(yīng)的高溫合金需求量達(dá)到1萬噸左右。因此軍用領(lǐng)域?qū)Ω邷睾辖鸬男枨髮⑦_(dá)到6.7萬噸。

未來20年我國(guó)軍用機(jī)領(lǐng)域?qū)Ω邷睾辖鹦枨箢A(yù)測(cè)

燃?xì)廨啓C(jī)

燃?xì)廨啓C(jī)是高溫合金的另一個(gè)主要用途，其結(jié)構(gòu)及原理與航空發(fā)動(dòng)機(jī)類似。由于燃?xì)廨啓C(jī)噴射到葉輪上的氣體溫度高達(dá)1300℃，因此葉輪需要用高溫合金來制造。

燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用分為發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域和艦船用燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域，主要以后者為主，在軍用領(lǐng)域，有75%以上的海軍主力艦艇采用燃機(jī)動(dòng)力。

全球艦船用燃?xì)廨啓C(jī)市場(chǎng)分布情況

對(duì)于全球燃?xì)廨啓C(jī)高溫合金市場(chǎng)而言，2013年預(yù)測(cè)，未來二十年，作為艦船動(dòng)力的燃?xì)廨啓C(jī)的市場(chǎng)需求達(dá)到2700億美元，相應(yīng)的服務(wù)需求達(dá)1250億美元，市場(chǎng)空間廣闊。

我國(guó)目前大約只有10艘主力艦艇使用燃?xì)鈾C(jī)，國(guó)產(chǎn)艦船用燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)問題已經(jīng)得到解決。我國(guó)海軍有望形成3大近海艦隊(duì)和若干航母編隊(duì)的作戰(zhàn)體系，預(yù)計(jì)將新增驅(qū)逐艦及護(hù)衛(wèi)艦97艘左右，中小型艦艇200艘左右，預(yù)計(jì)對(duì)高溫合金的需求量約為3.3萬噸左右。

我國(guó)艦船燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)高溫合金需求預(yù)測(cè)

汽車渦輪增壓器

汽車廢氣增壓器渦輪也是高溫合金材料的重要應(yīng)用領(lǐng)域。目前，我國(guó)渦輪增壓器生產(chǎn)廠家所采用的渦輪葉輪多為鎳基高溫合金渦輪葉輪，它和渦輪軸、壓氣機(jī)葉輪共同組成一個(gè)轉(zhuǎn)子。

汽車渦輪增壓器

據(jù)cnii報(bào)道，2015年我國(guó)新售乘用車中渦輪增壓的配置率在31%左右，預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)乘用車渦輪增壓比例將高達(dá)47%。渦輪增壓汽車將從2015年的750萬輛增至到2025年2300萬輛，期間累計(jì)高溫合金總需求10.6萬噸，市值超200億元。

2015-2025年我國(guó)汽車渦輪增壓器高溫合金需求預(yù)測(cè)

核電領(lǐng)域

核電用高溫合金包括：燃料元件包殼材料、結(jié)構(gòu)材料和燃料棒定位格架，高溫氣體爐熱交換器等，均是其他材料難以代替的。

根據(jù)鋼研高納2009年招股說明書，2010-2020十年間我國(guó)核電裝機(jī)容量新增2300千瓦，在建1800萬千瓦。對(duì)應(yīng)高溫合金需求6000噸，價(jià)值24億元。

其他領(lǐng)域

高溫合金材料在玻璃制造、冶金、醫(yī)療器械等領(lǐng)域也有著廣泛的用途。

國(guó)內(nèi)外高溫合金廠商概況

國(guó)外領(lǐng)先廠家

目前，每年全球?qū)Ω邷睾辖鸩牧系南M(fèi)將近28萬噸，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到100億美元。全球范圍內(nèi)能夠生產(chǎn)航空航天用高溫合金的企業(yè)不超過50家，主要集中在美、俄、英、法、德、日等國(guó)。

國(guó)內(nèi)主要廠商

我國(guó)高溫合金的研發(fā)起步于20世紀(jì)60年代，形成獨(dú)有的合金體系，并且取得了明顯的進(jìn)步，到目前已經(jīng)成立了眾多的生產(chǎn)和科研單位，并已具備變形高溫合金、鑄造高溫合金的生產(chǎn)基地與高端高溫合金材料的生產(chǎn)研發(fā)基地。