高溫合金——現代工業裝備領域的關鍵材料

　　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，并能在一定應力作用下長期工作的一類合金。高溫合金具 備優良的耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞，最初主要應用于航空航天領域，隨 著技術發展和產量提升，逐漸被應用到電力、機械、工業、汽車等領域。我國高溫合金研發起步較國外發達國家晚，在國防建設需要以及國家的 大力支持下，經過幾代人的努力，已完成了從仿制、改進到創新的轉變， 近年來國家也出臺了一系列政策繼續大力支持高溫合金行業發展。

　　供給不足，行業生態健康

　　我國高溫合金產業發展較快，但技術與世界先進水平仍存在差距，并且 國內生產能力不足，高端品種尚未實現自主可控，供需缺口較大。高溫 合金新進入壁壘高，體現在技術壁壘、銷售渠道、資金實力等方面。行 業產能增長以現有廠商擴產為主，但因生產工藝復雜，下游認證周期長 等，增速較為緩慢。整體來看，業內競爭格局良好，主要廠商形成競合 關系。行業特性促使高溫合金成為單價高、毛利高品種，具體因產品結 構、產品附加值高低、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。發動機領域，軍用飛機數量增加，發動機 維護以及發動機國產替代工作的推進，需求量增長明確。燃氣輪機國產 替代進程不斷加速，在海軍艦艇建設以及燃氣輪機裝配比例提升，天然 氣管網大規模建設以及燃氣發電項目增長下相關領域高溫合金需求前景 巨大。汽車方面，國內汽車產量的提升以及國內渦輪增壓車型占比持續 提升，消費量將持續上漲。此外，在航天、核電、石化冶金等領域，高 溫合金需求也在不斷增長，預計 2020-2025 年間，需求復合增速達 7.5%。

　　高溫合金在軍民工業領域運用廣泛，是制造發動機以及燃氣輪機熱端部件的關 鍵材料。國防建設的需求以及國家的大力支持持續推動著高溫合金產業的發展， 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 般只能達到 700℃左右，多應用于交通運輸、石油化工、礦山冶金等領域；鈷 基高溫合金受限于鈷元素的開采和使用，尚無法實現大范圍的推廣應用；鎳基 高溫合金在整個高溫合金領域占有特殊重要的地位，可以在高于 1000℃的惡劣 環境中保持較好的力學性能，因而廣泛地用來制造高性能的航空發動機和各種 工業燃氣輪機的最熱端部件。在研發應用中，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用最為廣泛，大致占比達 70%，鑄造高 溫合金和新型高溫合金分別為 20%、10%。

　　應用從航空航天向其他工業領域擴展

　　高溫合金材料具備優良的耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞，最初因制造工藝復雜，量 產困難，主要應用于航空航天領域。隨著技術的發展和產量的提升，逐漸被應 用到電力、機械、工業、汽車等領域。據 Roskill 統計，全球每年消費高溫合金 材料約 30 萬噸，其中約 55%用于航空航天領域，其次是電力領域，占 20%。

　　在航空航天領域，高溫合金是制造航空航天發動機熱端部件的關鍵材料。在液 體火箭發動機中，高溫合金應用比例接近總重量的一半，逐漸呈現出復雜化、 薄壁化、復合化、多位一體、無余量的趨勢。在先進的航空發動機中，關鍵的 熱端承力部件均為高溫合金，高溫合金用量占發動機總重量的 40%－60%以上， 發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。

　　在民用工業領域，高溫合金應用面不斷擴大，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的應用有明顯的進展。以工業燃氣輪機 為例，其需求快速增長，除用于發電外，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、生物醫學材料系列、電子工程用靶材系列等高溫合金產品也在不斷發展，以滿足相關高溫的腐蝕環境要求。

　　政策支持下我國高溫合金快速發展

　　我國高溫合金研發起步較國外發達國家晚，在國防建設需要以及國家的大力支 持下，經過幾代人的努力，我國高溫合金已完成了從仿制、改進到創新的轉變， 合金的耐溫性能從低到高，新型材料得以開發，生產工藝不斷改進且產品質量 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、航天及其他工業部門選用。

　　師昌緒院士將我國高溫合金的發展分為三個階段。第一階段從 1956 年至 20 世 紀 70 年代初，是我國高溫合金的創業和起始階段，由蘇聯專家指導下煉出的第 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 的研制和生產主要殲擊機發動機所需的各種高溫合金材料，該階段主要成果是 仿制前蘇聯高溫合金為主體的合金體系。

　　第二階段從 20 世紀 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，參照國外的技術標準，在生產過程中建立嚴格的 質量管理體系，學習規范質量檢測標準。這一階段，研制成功了多種新型的高 溫合金，生產工藝技術和產品質量控制達到了一個新的高度。

　　第三階段是從 20 世紀 90 年代中至今這段時間, 這是我國高溫合金發展的新階 段。該階段，我國應用和開發出一批新工藝, 研制和生產了一系列高性能、高 檔次的新合金。現在國內已形成了一批具有一定規模的母合金生產廠、鍛件熱 加工廠、精密鑄件廠和研究機構。

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