高溫合金——現(xiàn)代工業(yè)裝備領(lǐng)域的關(guān)鍵材料

　　高溫合金是指一般以鐵、鎳、鈷為基，能在大約 600℃以上的高溫下抗 氧化或腐蝕，并能在一定應(yīng)力作用下長期工作的一類合金。高溫合金具 備優(yōu)良的耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞，最初主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，隨 著技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)量提升，逐漸被應(yīng)用到電力、機械、工業(yè)、汽車等領(lǐng)域。我國高溫合金研發(fā)起步較國外發(fā)達(dá)國家晚，在國防建設(shè)需要以及國家的 大力支持下，經(jīng)過幾代人的努力，已完成了從仿制、改進(jìn)到創(chuàng)新的轉(zhuǎn)變， 近年來國家也出臺了一系列政策繼續(xù)大力支持高溫合金行業(yè)發(fā)展。

　　供給不足，行業(yè)生態(tài)健康

　　我國高溫合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，但技術(shù)與世界先進(jìn)水平仍存在差距，并且 國內(nèi)生產(chǎn)能力不足，高端品種尚未實現(xiàn)自主可控，供需缺口較大。高溫 合金新進(jìn)入壁壘高，體現(xiàn)在技術(shù)壁壘、銷售渠道、資金實力等方面。行 業(yè)產(chǎn)能增長以現(xiàn)有廠商擴產(chǎn)為主，但因生產(chǎn)工藝復(fù)雜，下游認(rèn)證周期長 等，增速較為緩慢。整體來看，業(yè)內(nèi)競爭格局良好，主要廠商形成競合 關(guān)系。行業(yè)特性促使高溫合金成為單價高、毛利高品種，具體因產(chǎn)品結(jié) 構(gòu)、產(chǎn)品附加值高低、下游屬于軍品或民品客戶，成材率情況而不同。

　　需求放量，市場增長可期

　　我國高溫合金需求增長迅速。發(fā)動機領(lǐng)域，軍用飛機數(shù)量增加，發(fā)動機 維護(hù)以及發(fā)動機國產(chǎn)替代工作的推進(jìn)，需求量增長明確。燃?xì)廨啓C國產(chǎn) 替代進(jìn)程不斷加速，在海軍艦艇建設(shè)以及燃?xì)廨啓C裝配比例提升，天然 氣管網(wǎng)大規(guī)模建設(shè)以及燃?xì)獍l(fā)電項目增長下相關(guān)領(lǐng)域高溫合金需求前景 巨大。汽車方面，國內(nèi)汽車產(chǎn)量的提升以及國內(nèi)渦輪增壓車型占比持續(xù) 提升，消費量將持續(xù)上漲。此外，在航天、核電、石化冶金等領(lǐng)域，高 溫合金需求也在不斷增長，預(yù)計 2020-2025 年間，需求復(fù)合增速達(dá) 7.5%。

　　高溫合金在軍民工業(yè)領(lǐng)域運用廣泛，是制造發(fā)動機以及燃?xì)廨啓C熱端部件的關(guān) 鍵材料。國防建設(shè)的需求以及國家的大力支持持續(xù)推動著高溫合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， 市場前景廣闊。

　　高溫合金簡介

　　高溫合金是指一般以鐵、鎳、鈷為基，能在大約 600℃以上的高溫下抗氧化或 腐蝕，并能在一定應(yīng)力作用下長期工作的一類合金。鐵基高溫合金使用溫度一 般只能達(dá)到 700℃左右，多應(yīng)用于交通運輸、石油化工、礦山冶金等領(lǐng)域；鈷 基高溫合金受限于鈷元素的開采和使用，尚無法實現(xiàn)大范圍的推廣應(yīng)用；鎳基 高溫合金在整個高溫合金領(lǐng)域占有特殊重要的地位，可以在高于 1000℃的惡劣 環(huán)境中保持較好的力學(xué)性能，因而廣泛地用來制造高性能的航空發(fā)動機和各種 工業(yè)燃?xì)廨啓C的最熱端部件。在研發(fā)應(yīng)用中，一般按制備工藝劃分成鑄造高溫合金、變形高溫合金和其他幾 類新型高溫合金。其中變形高溫合金應(yīng)用最為廣泛，大致占比達(dá) 70%，鑄造高 溫合金和新型高溫合金分別為 20%、10%。

　　應(yīng)用從航空航天向其他工業(yè)領(lǐng)域擴展

　　高溫合金材料具備優(yōu)良的耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞，最初因制造工藝復(fù)雜，量 產(chǎn)困難，主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。隨著技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)量的提升，逐漸被應(yīng) 用到電力、機械、工業(yè)、汽車等領(lǐng)域。據(jù) Roskill 統(tǒng)計，全球每年消費高溫合金 材料約 30 萬噸，其中約 55%用于航空航天領(lǐng)域，其次是電力領(lǐng)域，占 20%。

　　在航空航天領(lǐng)域，高溫合金是制造航空航天發(fā)動機熱端部件的關(guān)鍵材料。在液 體火箭發(fā)動機中，高溫合金應(yīng)用比例接近總重量的一半，逐漸呈現(xiàn)出復(fù)雜化、 薄壁化、復(fù)合化、多位一體、無余量的趨勢。在先進(jìn)的航空發(fā)動機中，關(guān)鍵的 熱端承力部件均為高溫合金，高溫合金用量占發(fā)動機總重量的 40%－60%以上， 發(fā)動機的性能水平在很大程度上取決于高溫合金材料的性能水平。

　　在民用工業(yè)領(lǐng)域，高溫合金應(yīng)用面不斷擴大，特別是耐高溫耐腐蝕合金在石油 化工、玻璃和玻纖以及機械制造等行業(yè)的應(yīng)用有明顯的進(jìn)展。以工業(yè)燃?xì)廨啓C 為例，其需求快速增長，除用于發(fā)電外，還用于艦船動力、天然氣輸送的加壓 站等。此外，納米材料系列、生物醫(yī)學(xué)材料系列、電子工程用靶材系列等高溫合金產(chǎn)品也在不斷發(fā)展，以滿足相關(guān)高溫的腐蝕環(huán)境要求。

　　政策支持下我國高溫合金快速發(fā)展

　　我國高溫合金研發(fā)起步較國外發(fā)達(dá)國家晚，在國防建設(shè)需要以及國家的大力支 持下，經(jīng)過幾代人的努力，我國高溫合金已完成了從仿制、改進(jìn)到創(chuàng)新的轉(zhuǎn)變， 合金的耐溫性能從低到高，新型材料得以開發(fā)，生產(chǎn)工藝不斷改進(jìn)且產(chǎn)品質(zhì)量 不斷提高，并建立和完善了我國的高溫合金體系。最新出版的《中國高溫合金 手冊》已包含 201 個合金牌號，可供航空、航天及其他工業(yè)部門選用。

　　師昌緒院士將我國高溫合金的發(fā)展分為三個階段。第一階段從 1956 年至 20 世 紀(jì) 70 年代初，是我國高溫合金的創(chuàng)業(yè)和起始階段，由蘇聯(lián)專家指導(dǎo)下煉出的第 一爐高溫合金 GH3030 拉開序幕。1960 年后，國際形勢要求我國必須獨立自主 的研制和生產(chǎn)主要殲擊機發(fā)動機所需的各種高溫合金材料，該階段主要成果是 仿制前蘇聯(lián)高溫合金為主體的合金體系。

　　第二階段從 20 世紀(jì) 70 年代中到 90 年代中期，這是我國高溫合金的提高階段。材料研制全面引入歐美技術(shù)，參照國外的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在生產(chǎn)過程中建立嚴(yán)格的 質(zhì)量管理體系，學(xué)習(xí)規(guī)范質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)。這一階段，研制成功了多種新型的高 溫合金，生產(chǎn)工藝技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量控制達(dá)到了一個新的高度。

　　第三階段是從 20 世紀(jì) 90 年代中至今這段時間, 這是我國高溫合金發(fā)展的新階 段。該階段，我國應(yīng)用和開發(fā)出一批新工藝, 研制和生產(chǎn)了一系列高性能、高 檔次的新合金?，F(xiàn)在國內(nèi)已形成了一批具有一定規(guī)模的母合金生產(chǎn)廠、鍛件熱 加工廠、精密鑄件廠和研究機構(gòu)。

　　高溫合金的升級對于航空航天及其他工業(yè)部分的發(fā)展都有著重要的意義。特別 是在航空航天領(lǐng)域，可以說一代材料一代新型發(fā)動機，材料是產(chǎn)業(yè)升級的基礎(chǔ)。高溫合金新材料及先進(jìn)制備技術(shù)的研究，助力航空航天發(fā)動機向更高承溫、更 高性能、更低重量、更高可靠性、更低成本、更易維護(hù)等方向發(fā)展。為了促進(jìn) 高溫合金行業(yè)的發(fā)展，近年來國家也出臺了一系列支持政策。