高溫合金的那些事
高溫合金是能夠在 600-1200℃高溫和一定應(yīng)力負(fù)荷條件下長(zhǎng)期服役的金屬材料。高溫合金領(lǐng)域經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)從傳統(tǒng)意義上的鐵、鎳、鈷基等高溫合金，融合粉末冶金等新型工藝，拓展到粉末高溫合金、ODS、金屬間化合物等新型的高溫金屬材料。
熔煉、鑄錠、熱加工是高溫合金的主要工藝流程。高溫合金的工藝流程與鑄造方法、產(chǎn)品種類(lèi)等有密切關(guān)系，鑄造方法和種類(lèi)不同其工藝也不盡相同，但總的工藝分為三個(gè)部分：熔煉、鑄錠、熱加工。不同的工藝將對(duì)合金的成分和組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的影響，從而影響合金的綜合性能。新工藝的發(fā)展往往會(huì)使合金性能達(dá)到一個(gè)新的高度。
國(guó)際高溫合金發(fā)展歷程：技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)合金性能多元化發(fā)展。高溫合金的研制在國(guó)際上主要在德國(guó)、英國(guó)、美國(guó)、日本、俄羅斯等國(guó)家之間展開(kāi)。高溫合金的適用工作溫度越來(lái)越高是其國(guó)際發(fā)展的重要特征，從早期不到 800℃到如今工作溫度達(dá)到 1700℃。從變形高溫合金、鑄造高溫合金到新型高溫合金 ODS 等，特別對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)而言，定向凝固等技術(shù)的發(fā)展使其性能不斷提高。
中國(guó)高溫合金發(fā)展歷程：從仿制蘇聯(lián)歐美再到中國(guó)自主創(chuàng)新。我國(guó)的高溫合金發(fā)展可分為三個(gè)階段：第一階段是指從1956年至1970年，這是我國(guó)高溫合金的開(kāi)始和起步階段，在蘇聯(lián)專(zhuān)家的指導(dǎo)下研制出第一種高溫合金（GH3030），拉開(kāi)了我國(guó)研制和生產(chǎn)的序幕。這個(gè)階段主要仿制前蘇聯(lián)高溫合金，例如 GH4033、GH4037 系列的和 K403、K406 等，與此同時(shí)還自主開(kāi)發(fā)了一批新合金；第二階段是指 20 世紀(jì) 70 年代到 90 年代中期這段時(shí)間，這是我國(guó)高溫合金的提高階段。試制和生產(chǎn)一些仿歐美型號(hào)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，引進(jìn)了一系列歐美體系的合金。這一階段將傳統(tǒng)的工藝同西方的先進(jìn)工藝相融合；第三階段是從 20世紀(jì) 90 年代中至今，這是我國(guó)高溫合金快速發(fā)展的階段。該階段我國(guó)自主開(kāi)發(fā)出一系列新工藝，研制出一批具有高性能、高檔次的新型高溫合金。
國(guó)產(chǎn)技術(shù)方面高速發(fā)展但離國(guó)際水平仍存在一定差距。我國(guó)高溫合金經(jīng)歷了仿制、仿創(chuàng)結(jié)合和獨(dú)創(chuàng)的發(fā)展過(guò)程，國(guó)外以制造商各自形成標(biāo)準(zhǔn)體系，而我國(guó)則以合金成型方式、基體元素和強(qiáng)化方式的順序構(gòu)建了完整體系，形成了國(guó)家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。雖然我國(guó)經(jīng)過(guò) 60 多年的發(fā)展，高溫合金領(lǐng)域已有完整體系，但與美國(guó)、英國(guó)等國(guó)仍然在多方面存在差距。
國(guó)內(nèi)企業(yè)突破技術(shù)瓶頸，為國(guó)產(chǎn)化替代奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。為了打破國(guó)外對(duì)我國(guó)高溫合金產(chǎn)業(yè)的技術(shù)封鎖和壟斷，我國(guó)多家公司著手于高性能高溫合金的工程化研究，并在近幾年取得可觀成果。例如：圖南股份的高溫合金真空澆鑄技術(shù)、高溫合金真空冶煉復(fù)合脫 S 工藝技術(shù)等。以這些技術(shù)為基礎(chǔ)的產(chǎn)品性能和組織已達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，具備替代進(jìn)口產(chǎn)品的基礎(chǔ)。
當(dāng)前高溫合金進(jìn)口占比約 50%，國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)口為大勢(shì)所趨。根據(jù)中投顧問(wèn)《2018-2022中國(guó)高溫合金產(chǎn)業(yè)投資分析及前景預(yù)測(cè)報(bào)告》，目前國(guó)內(nèi)軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫合金約有 40%依賴(lài)進(jìn)口，全行業(yè)進(jìn)口依賴(lài)度將近 50%，而受《瓦森納協(xié)定》制約，我國(guó)無(wú)法實(shí)現(xiàn)高溫合金材料的直接進(jìn)口，只能進(jìn)口相關(guān)產(chǎn)品，無(wú)論是政府還是高溫合金企業(yè)都迫切想要擺脫“卡脖子”問(wèn)題?！笆濉逼陂g，我國(guó)全面啟動(dòng)實(shí)施航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)重大專(zhuān)項(xiàng)（“兩機(jī)專(zhuān)項(xiàng)”），突破“兩機(jī)”關(guān)鍵技術(shù)，推動(dòng)大型客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、先進(jìn)直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、重型燃?xì)廨啓C(jī)等產(chǎn)品研制。隨著我國(guó)未來(lái)航空航天國(guó)產(chǎn)化趨勢(shì)加速，高溫合金未來(lái)存在巨大的替代空間。
行行查，行業(yè)研究數(shù)據(jù)庫(kù) www.hanghangcha.com
航空航天領(lǐng)域占下游需求比例約為 55%，是高溫合金最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)前高溫合金下游應(yīng)用中，航空航天占比 55%，電力工業(yè)占比 20%。高溫合金是制造航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件、工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)、能源、交通、石油化工等高溫耐蝕部件的軍、民兩用合金。
在軍品高溫合金方面，航空發(fā)動(dòng)機(jī)占比最高且未來(lái)有望帶來(lái)明顯增量。航空發(fā)動(dòng)機(jī)是 軍品高溫合金最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，當(dāng)前每年需求量在 1 萬(wàn)噸左右。航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料冷端以 鈦為主、熱端以鎳基高溫合金為主。在新型的先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，高溫合金用量約占發(fā)動(dòng) 機(jī)總重量的 60%，主要用于燃燒室、導(dǎo)向器、渦輪葉片和渦輪盤(pán)四大熱端部件，此外還用 于機(jī)匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。隨著我國(guó)軍機(jī)升級(jí)換代加速，我們預(yù)計(jì)軍用 航發(fā)領(lǐng)域?qū)⑹俏磥?lái) 5 年內(nèi)高溫合金最主要的需求增量拉動(dòng)來(lái)源。
在民品高溫合金方面，核電領(lǐng)域未來(lái)有望帶來(lái)明顯增量。核工業(yè)用高溫合金主要用在水堆蒸汽發(fā)生器傳熱管、元件格架和壓緊彈簧等，以及高溫氣冷堆和部分快堆的過(guò)熱器與再熱器傳熱管等零部件。隨著我國(guó)核電領(lǐng)域機(jī)組建設(shè)加速，預(yù)計(jì)在未來(lái) 5 年，核電高溫合金需求規(guī)模有望迎來(lái)放量增長(zhǎng)期，成為民品高溫合金的重要增量動(dòng)力。
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