高温合金——现代工业装备领域的关键材料

　　高温合金是指一般以铁、镍、钴为基，能在大约 600℃以上的高温下抗 氧化或腐蚀，并能在一定应力作用下长期工作的一类合金。高温合金具 备优良的耐高温、耐腐蚀、抗疲劳，最初主要应用于航空航天领域，随 着技术发展和产量提升，逐渐被应用到电力、机械、工业、汽车等领域。我国高温合金研发起步较国外发达国家晚，在国防建设需要以及国家的 大力支持下，经过几代人的努力，已完成了从仿制、改进到创新的转变， 近年来国家也出台了一系列政策继续大力支持高温合金行业发展。

　　供给不足，行业生态健康

　　我国高温合金产业发展较快，但技术与世界先进水平仍存在差距，并且 国内生产能力不足，高端品种尚未实现自主可控，供需缺口较大。高温 合金新进入壁垒高，体现在技术壁垒、销售渠道、资金实力等方面。行 业产能增长以现有厂商扩产为主，但因生产工艺复杂，下游认证周期长 等，增速较为缓慢。整体来看，业内竞争格局良好，主要厂商形成竞合 关系。行业特性促使高温合金成为单价高、毛利高品种，具体因产品结 构、产品附加值高低、下游属于军品或民品客户，成材率情况而不同。

　　需求放量，市场增长可期

　　我国高温合金需求增长迅速。发动机领域，军用飞机数量增加，发动机 维护以及发动机国产替代工作的推进，需求量增长明确。燃气轮机国产 替代进程不断加速，在海军舰艇建设以及燃气轮机装配比例提升，天然 气管网大规模建设以及燃气发电项目增长下相关领域高温合金需求前景 巨大。汽车方面，国内汽车产量的提升以及国内涡轮增压车型占比持续 提升，消费量将持续上涨。此外，在航天、核电、石化冶金等领域，高 温合金需求也在不断增长，预计 2020-2025 年间，需求复合增速达 7.5%。

　　高温合金在军民工业领域运用广泛，是制造发动机以及燃气轮机热端部件的关 键材料。国防建设的需求以及国家的大力支持持续推动着高温合金产业的发展， 市场前景广阔。

　　高温合金简介

　　高温合金是指一般以铁、镍、钴为基，能在大约 600℃以上的高温下抗氧化或 腐蚀，并能在一定应力作用下长期工作的一类合金。铁基高温合金使用温度一 般只能达到 700℃左右，多应用于交通运输、石油化工、矿山冶金等领域；钴 基高温合金受限于钴元素的开采和使用，尚无法实现大范围的推广应用；镍基 高温合金在整个高温合金领域占有特殊重要的地位，可以在高于 1000℃的恶劣 环境中保持较好的力学性能，因而广泛地用来制造高性能的航空发动机和各种 工业燃气轮机的最热端部件。在研发应用中，一般按制备工艺划分成铸造高温合金、变形高温合金和其他几 类新型高温合金。其中变形高温合金应用最为广泛，大致占比达 70%，铸造高 温合金和新型高温合金分别为 20%、10%。

　　应用从航空航天向其他工业领域扩展

　　高温合金材料具备优良的耐高温、耐腐蚀、抗疲劳，最初因制造工艺复杂，量 产困难，主要应用于航空航天领域。随着技术的发展和产量的提升，逐渐被应 用到电力、机械、工业、汽车等领域。据 Roskill 统计，全球每年消费高温合金 材料约 30 万吨，其中约 55%用于航空航天领域，其次是电力领域，占 20%。

　　在航空航天领域，高温合金是制造航空航天发动机热端部件的关键材料。在液 体火箭发动机中，高温合金应用比例接近总重量的一半，逐渐呈现出复杂化、 薄壁化、复合化、多位一体、无余量的趋势。在先进的航空发动机中，关键的 热端承力部件均为高温合金，高温合金用量占发动机总重量的 40%－60%以上， 发动机的性能水平在很大程度上取决于高温合金材料的性能水平。

　　在民用工业领域，高温合金应用面不断扩大，特别是耐高温耐腐蚀合金在石油 化工、玻璃和玻纤以及机械制造等行业的应用有明显的进展。以工业燃气轮机 为例，其需求快速增长，除用于发电外，还用于舰船动力、天然气输送的加压 站等。此外，纳米材料系列、生物医学材料系列、电子工程用靶材系列等高温合金产品也在不断发展，以满足相关高温的腐蚀环境要求。

　　政策支持下我国高温合金快速发展

　　我国高温合金研发起步较国外发达国家晚，在国防建设需要以及国家的大力支 持下，经过几代人的努力，我国高温合金已完成了从仿制、改进到创新的转变， 合金的耐温性能从低到高，新型材料得以开发，生产工艺不断改进且产品质量 不断提高，并建立和完善了我国的高温合金体系。最新出版的《中国高温合金 手册》已包含 201 个合金牌号，可供航空、航天及其他工业部门选用。

　　师昌绪院士将我国高温合金的发展分为三个阶段。第一阶段从 1956 年至 20 世 纪 70 年代初，是我国高温合金的创业和起始阶段，由苏联专家指导下炼出的第 一炉高温合金 GH3030 拉开序幕。1960 年后，国际形势要求我国必须独立自主 的研制和生产主要歼击机发动机所需的各种高温合金材料，该阶段主要成果是 仿制前苏联高温合金为主体的合金体系。

　　第二阶段从 20 世纪 70 年代中到 90 年代中期，这是我国高温合金的提高阶段。材料研制全面引入欧美技术，参照国外的技术标准，在生产过程中建立严格的 质量管理体系，学习规范质量检测标准。这一阶段，研制成功了多种新型的高 温合金，生产工艺技术和产品质量控制达到了一个新的高度。

　　第三阶段是从 20 世纪 90 年代中至今这段时间, 这是我国高温合金发展的新阶 段。该阶段，我国应用和开发出一批新工艺, 研制和生产了一系列高性能、高 档次的新合金。现在国内已形成了一批具有一定规模的母合金生产厂、锻件热 加工厂、精密铸件厂和研究机构。

　　高温合金的升级对于航空航天及其他工业部分的发展都有着重要的意义。特别 是在航空航天领域，可以说一代材料一代新型发动机，材料是产业升级的基础。高温合金新材料及先进制备技术的研究，助力航空航天发动机向更高承温、更 高性能、更低重量、更高可靠性、更低成本、更易维护等方向发展。为了促进 高温合金行业的发展，近年来国家也出台了一系列支持政策。