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)動機、汽車發(fā)動機、燃氣輪機、核電、石油化工等多個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

    尖端工業(yè)材料高溫合金

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    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；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。

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    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)合金強化類型和根據(jù)材料成型方式。

    高溫合金分類

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    制備工藝

    高溫合金產(chǎn)品以非標準化為主，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。

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    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)動機、汽車發(fā)動機、燃氣輪機、核電、石油化工等多個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

    高溫合金下游應(yīng)用領(lǐng)域

    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20%。

    高溫合金應(yīng)用領(lǐng)域市場占比

    高溫合金市場需求預(yù)測

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    航空發(fā)動機

    高溫合金從誕生起就應(yīng)用于航空發(fā)動機，在現(xiàn)代航空發(fā)動機中，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)動機上的應(yīng)用

    高溫合金材料的用量占發(fā)動機總重量的40-60%，在先進發(fā)動機中這一比例超過50%甚至更多。

    不同機型對高溫合金需求預(yù)測

    民用航空發(fā)動機

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

    2016-2035年全球民航飛機需求

    由于不同機型的發(fā)動機所需的高溫合金占比不同，根據(jù)測算，未來二十年全球民航各類型新機航空發(fā)動機，對高溫合金的總需求為42.7 萬噸。

    民航不同機型對高溫合金需求

    2016-2035全球民航飛機高溫合金需求

    而我國民航發(fā)動機市場也十分廣闊，根據(jù)波音公司預(yù)測，到2032 年，中國新增的飛機數(shù)量超過5580架，預(yù)計我國民用航空對高溫合金的需求量將超過3.8萬噸。

    到2032年我國民航對高溫合金需求預(yù)測

    軍用航空發(fā)動機

    根據(jù)美國國防部預(yù)測的數(shù)據(jù)，預(yù)計未來20年中國戰(zhàn)斗機新增量將達到1430架、軍用大飛機1500架、教練機500架，合計對高溫合金需求量將達到5.7萬噸。

    另外，現(xiàn)有軍機的維護和修理折算成發(fā)動機所需數(shù)量為2000臺，對應(yīng)的高溫合金需求量達到1萬噸左右。因此軍用領(lǐng)域?qū)Ω邷睾辖鸬男枨髮⑦_到6.7萬噸。

    未來20年我國軍用機領(lǐng)域?qū)Ω邷睾辖鹦枨箢A(yù)測

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    燃氣輪機

    燃氣輪機是高溫合金的另一個主要用途，其結(jié)構(gòu)及原理與航空發(fā)動機類似。由于燃氣輪機噴射到葉輪上的氣體溫度高達1300℃，因此葉輪需要用高溫合金來制造。

    燃氣輪機結(jié)構(gòu)示意圖

    燃氣輪機的應(yīng)用分為發(fā)電用燃氣輪機領(lǐng)域和艦船用燃氣輪機領(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動力。

    全球艦船用燃氣輪機市場分布情況

    對于全球燃氣輪機高溫合金市場而言，據(jù)羅羅公司2013年預(yù)測，未來二十年，作為艦船動力的燃氣輪機的市場需求達到2700 億美元，相應(yīng)的服務(wù)需求達1250億美元，市場空間廣闊。

    我國目前大約只有10艘主力艦艇使用燃氣機，國產(chǎn)艦船用燃氣輪機的技術(shù)問題已經(jīng)得到解決。我國海軍有望形成3大近海艦隊和若干航母編隊的作戰(zhàn)體系，預(yù)計將新增驅(qū)逐艦及護衛(wèi)艦97 艘左右，中小型艦艇200艘左右，預(yù)計對高溫合金的需求量約為3.3萬噸左右。

    我國艦船燃氣輪機對高溫合金需求預(yù)測

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    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、壓氣機葉輪共同組成一個轉(zhuǎn)子。

    汽車渦輪增壓器

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

    2015-2025年我國汽車渦輪增壓器高溫合金需求預(yù)測

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    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 十年間我國核電裝機容量新增2300千瓦，在建1800萬千瓦。對應(yīng)高溫合金需求6000噸，價值24億元。

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    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。

    國內(nèi)外高溫合金廠商概況

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    國外領(lǐng)先廠商

    目前，每年全球?qū)Ω邷睾辖鸩牧系南M將近28萬噸，市場規(guī)模達到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。

    全球主要高溫合金生產(chǎn)企業(yè)

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    國內(nèi)主要高溫合金廠商

    我國高溫合金的研發(fā)起步于20 世紀60 年代，形成獨有的合金體系，并且取得了明顯的進步，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。

    國內(nèi)主要高溫合金生產(chǎn)企業(yè)

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