摘要：高溫合金是一種具有多種優(yōu)異性能的合金材料，廣泛應(yīng)用在航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，本文從高溫合金分類、應(yīng)用領(lǐng)域、市場(chǎng)容量、市場(chǎng)格局和主流發(fā)展趨勢(shì)等方面闡述高溫合金的發(fā)展。

高溫合金通常是指能在600℃以上的高溫下及一定的應(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作，具有抗氧化、抗腐蝕、抗蠕變等性能的一類合金材料，其特性不是強(qiáng)調(diào)耐受高溫度，而關(guān)鍵在于使用溫度下所具有的高強(qiáng)度、高硬度和高穩(wěn)定性。高溫合金通常含有30-40種元素以上，但多以鐵、鈷、鎳為基礎(chǔ)元素。近年來，高溫合金材料能較大提升航空航天用發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，因此市場(chǎng)容量穩(wěn)健增長(zhǎng)。

高溫合金的分類

高溫合金按基礎(chǔ)元素、成型工藝和強(qiáng)化方式大體可分為三類（括號(hào)內(nèi)為合金材料應(yīng)用范圍的占比）。按合金所包含的基礎(chǔ)元素為維度進(jìn)行劃分：分為鐵基高溫合金（占14.3%）、鈷基高溫合金（占5.7%）和鎳基高溫合金（占80%）；按合金制造工藝為維度進(jìn)行劃分：分為變形高溫合金（占70%）、鑄造高溫合金（占20%）和新型高溫合金（粉末高溫合金）；按合金強(qiáng)化方式為維度進(jìn)行劃分：分為固溶強(qiáng)化型、沉淀強(qiáng)化型、氧化物彌散強(qiáng)化型和晶界強(qiáng)化型。

表1 各類高溫合金的分類及特性

（根據(jù)公開資料整理）

高溫合金的應(yīng)用領(lǐng)域

高溫合金軍工應(yīng)用占比八成，航空航天是主要需求力量。高溫合金因兼具高溫和高強(qiáng)度等突出性能，故廣泛應(yīng)用于軍用航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)、艦船和工業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī)的核心熱端部件。

高溫合金是先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主體材料。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)（渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)）是目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主要類型，高溫合金主要應(yīng)用于燃燒室、導(dǎo)向葉片、渦輪葉片和渦輪盤四大熱端零部件以及機(jī)匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件，其中壓氣機(jī)葉片和渦輪盤主要使用變形高溫合金，渦輪葉片主要使用鑄造高溫合金。航空發(fā)動(dòng)機(jī)中高溫合金的使用量占比在50%以上。

高溫合金是艦船燃?xì)廨啓C(jī)重要的結(jié)構(gòu)材料。燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)形式與飛機(jī)的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)相類似，其構(gòu)造主要由空氣壓縮機(jī)（壓氣機(jī)）、燃燒室、葉輪系統(tǒng)（渦輪機(jī)）及回?zé)嵫b置。高溫合金主要應(yīng)用在燃燒室和渦輪葉片上，且與航空高溫合金葉片相比，燃?xì)廨啓C(jī)用高溫合金的性能要求更嚴(yán)苛。

高溫合金在航天發(fā)動(dòng)機(jī)中占據(jù)較大比重。航天發(fā)動(dòng)機(jī)主要由固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成，液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是彈道導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭和航天器的主要?jiǎng)恿ρb置，具有比固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)易控制、可重復(fù)運(yùn)動(dòng)等優(yōu)勢(shì)，因此應(yīng)用較廣泛。液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)主要由燃燒室和噴管、渦輪泵、活門自動(dòng)器等三大部分組成，燃燒室和渦輪泵因所處工作環(huán)境溫度較高，故需要采用高溫合金材料。

高溫合金市場(chǎng)容量

從全球范圍看，據(jù)Roskill數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年全球高溫合金總消費(fèi)量約為28萬噸，占鋼鐵總消費(fèi)量的0.02%，占比很小，但市場(chǎng)規(guī)模約達(dá)100億美元。高溫合金均價(jià)約1.6萬美元/噸，高端產(chǎn)品價(jià)格可達(dá)兩倍以上，遠(yuǎn)高于不銹鋼和粗鋼的價(jià)格。

從國(guó)內(nèi)范圍看，2013年高溫合金的供給量約1萬噸，需求量約3萬噸，截止2016年，供給量約2萬噸；在2009年國(guó)內(nèi)高端高溫合金的需求量約3000噸，假設(shè)每年按15%的速度增長(zhǎng)，2018年高端高溫合金的市場(chǎng)需求將達(dá)1萬噸以上。

國(guó)內(nèi)高溫合金的市場(chǎng)格局

高溫合金市場(chǎng)格局主要分為科研單位和材料生產(chǎn)商兩類。主要科研單位10家；母合金生產(chǎn)商9家，其中5家公司上市；鍛件熱加工廠9家，4家上市公司；高溫合金生產(chǎn)商9家，5家上市公司；其下游即軍工分系統(tǒng)及總裝環(huán)節(jié)應(yīng)用，涉及航空、航天、航海等領(lǐng)域。如下圖所示，鋼研高納與萬澤股份同時(shí)具有研發(fā)、生產(chǎn)和銷售部分（萬澤股份科研單位為萬澤中南研究院）。鋼研高納、煉石有色、萬澤股份、中科三耐等四家上市公司涵蓋從母合金生產(chǎn)到高溫合金零部件制造整個(gè)完整產(chǎn)業(yè)鏈，煉石有色還包括分系統(tǒng)與總裝環(huán)節(jié)。撫順特鋼主要從事母合金生產(chǎn)，應(yīng)流股份主要從事高溫合金零部件鑄造。

圖1 國(guó)內(nèi)高溫合金市場(chǎng)格局

（根據(jù)公開資料整理，注：加粗字體代表已上市公司，母合金生產(chǎn)商

寶鋼特鋼未上市，其母公司寶鋼股份已上市）

鎳基單晶高溫合金是主流發(fā)展趨勢(shì)

近年來，為提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高推重比，一直著重于研發(fā)新型材料來提高渦輪前溫度，渦輪前溫度每提高100卡，推力將增加15%，因此材料的性能直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。鎳基單晶高溫合金因耐溫能力更強(qiáng)，因此廣受關(guān)注。將單晶高溫合金按代數(shù)進(jìn)行劃分，國(guó)外一些國(guó)家已經(jīng)發(fā)展至第五代，而國(guó)內(nèi)目前正著手于第三代單晶高溫合金的研制（殲20將成為我國(guó)第一個(gè)使用第三代單晶高溫合金發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)型），相比世界水平較為落后，未來將是我國(guó)攻克的重點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)

隨著航空航天領(lǐng)域的發(fā)展，高溫合金的需求穩(wěn)健增長(zhǎng)，其中鎳基單晶高溫合金將會(huì)是主流的發(fā)展的趨勢(shì)，盡管目前軍用領(lǐng)域的占比較大，但高溫合金領(lǐng)域難題的不斷攻克，未來民用領(lǐng)域的應(yīng)用熱潮將會(huì)值得期待。