時間回溯到1964年，當時中國的新型戰斗機已經設計出來了，然而發動機用的耐高溫高壓渦輪葉片卻遲遲沒有著落。此前，只有美國能研制這種空心葉片，國內的人幾乎都沒見過。一天晚上，航空材料研究所的副總工程師榮科找到師昌緒家里，從此開始了一段艱難的高溫合金開拓之路……

    在20世紀50年代初，高溫合金是航空、航天與原子能工業發展中必不可少的材料。然而，當時中國既缺鎳又無鉻，加上資本主義國家的封鎖，使得中國不得不提出發展鐵基高溫合金的戰略。

    為了克服一般鐵基高溫合金耐熱性能差的弊端，師昌緒等人在設計成分時一反鐵基高溫合金中鈦高鋁低的常規做法，經過多年努力，終于研制出中國第一個鐵基高溫合金808，代替了當時鎳基高溫合金GH33作為航空發動機的渦輪盤。

    一、高溫合金簡介

    高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫及一定應力作用下長期工作的一類金屬材料。

    高溫合金位于整個剛材料金字塔的頂端， 只占整個剛材料市場的 0. 2%，是皇冠上的明珠。

    高溫合金性能特點

    高溫合金分類

    二、高溫合金發展歷程

    第一階段：起始階段（1956年至20世界70年代初）

    1956年在蘇聯專家指導下熔煉出第一爐高溫合金GH3030，拉開了我國研制和生產的序幕。本階段主要是通過仿制前蘇聯高溫合金為主體的合金及其工藝、以滿足WP6、WP7、 WP8需求。

    第二階段：提高階段（20世紀70年代至90年代中）

    引進一系列歐美體系合金，特別在WS-8、WS-9、WZ-6、WZ-8等發動機所需高溫合金材料研制中全面引進歐美技術。我國高溫合金生產水平接近西方工業國家的水平。

    第三階段：創新階段（20世紀90年代中至今）

    應用和開發出一批新工藝，研制和生產了一系列高性能、高檔次的新型高溫合金材料。同時， 我國主要品種GH4169性能顯著提升。

    三、高溫合金應用

    高溫合金材料是航空發動機首選材料，在現代航空工業的發展中處于不可替代的位置。此外，高溫合金在柴油機和內燃機渦輪增壓、 燃氣輪機、能源動力、石油化工、玻璃建材等民用工業中有著廣范的應用。

    四、高溫合金產業鏈

    高溫合金典型工藝

    五、高溫合金市場概況

    隨著高溫合金的發展，新型高溫合金材料的出現， 高溫合金的市場需求處于逐步擴大和增長的趨勢， 從全球范圍而言， 高溫合金年消費量達到28萬噸， 市場空間超過100億美元。

    研究表明， 航空航天領域用高溫合金占高溫合金總需求的55%左右，其次是能源電力領域（20%），再次是機械汽車領域（10%）。而這一需求量隨著未來全球高端工業發展將會繼續提升。

    從整體上看， 2010年我國高溫合金材料年產量在1 萬噸左右，需求可達2萬噸。到2013年，市場供給情況并沒有較大改變，但需求量增長至3萬噸左右。以我國航空航天、發電領域使用的高端和新型高溫合金領域為例， 2010年的市場需求量在3400余噸， 在其后的5-10年內，每年呈15%以上的速度增長。若以此進行測算， 保守估計2016年該領域市場需求將接近8000噸。

    六、高溫合金市場容量

    航空發動機領域市場需求

    在現代先進的航空發動機中，高溫合金材料用量占發動機總量的40%-60%。在航空發動機上，高溫合金主要用于燃燒室、導向葉片、渦輪葉片和渦輪盤四大熱段零部件；此外，還用于機匣、環件、加力燃燒室和尾噴口等部件。

    根據測算， 未來20年我國軍用航空發動機高溫合金需求為17.75萬噸，民用大中型飛機發動機高溫合金需求為7.36萬噸。此外，低空開放將有望打開我國通用航空發展的瓶頸，未來20年通用航空保有量超過20000架，以平均1臺發動機測算，通用航空發動機高溫合金需求為5萬噸。綜上，我們預測未來20年航空發動機高溫合金需求為30.11萬噸，平均每年市場空間1. 51萬噸。

    航空領域國家相關政策

    ①習總書記在“十三五”規劃建議說明中提出， 要在航空發動機等領域部署一批體現國家戰略意圖的重大科技項目。

    ②2015年政府工作報告中首次寫入航空發動機項目， 提出要實施航空發動機、燃氣輪機等重大項目，加大國防科研和高新技術武器裝備建設力度。

    ③國務院出臺的“中國制造2025”計劃，提出十大重點工程，其中排名第三即為航空航天裝備。計劃要求突破高推重比、先進渦漿（軸）發動機及大涵道比渦扇發動機技術， 建立發動機自主發展工業體系。

    航空發動機項目的快速推進和下游需求增長， 為高溫合金材料帶來巨大需求。為提升高溫合金材料技術，我國出臺了系列扶持政策，2010年國家最高科學技術獎授予了我國高溫合金之父師昌緒院士。

    另外，工信部發布的2015-2016年增材制造發展計劃，明確提出要求突破高溫合金等材料技術。

    燃機輪機領域市場需求

    燃氣輪機是高溫合金的另一個主要用途。燃氣輪機裝置是一種以空氣及燃氣為介質的旋轉式熱力發動機，它的結構與飛機噴氣式發動機一致，也類似蒸汽輪機。燃氣輪機屬于內燃機，所以也叫內燃氣輪機，構造有四大部分：空氣壓縮機，燃燒室，葉輪系統及回熱裝置。燃氣輪機的需求增長迅速，除用于發電外，還用于艦船動力、天然氣疏松的加氣站等。

    按照未來15年將建設5個航母編隊（2常+3核）、3個兩棲攻擊/登陸編隊和3個近海防御艦隊規模的假設，再考慮到燃機的更新與維護， 我們估算未來15年30MW級燃機需求600 臺， 4MW級燃機需求1476臺，通過測算，未來15年燃氣輪機高溫合金需求達6. 23萬噸， 平均每年4152噸。

    汽車領域市場需求

    高溫合金在汽車中主要應用于渦輪增壓器的制造， 其次還有排氣閥、燒嘴、熱發生器等零件。

    面對與日俱增的環保和能源壓力， 內燃機節能減排是大勢所造。渦輪增壓是內燃機節能減排的有效手段，其中汽油機節油效果5-10%，柴油機節油效果1 0-20%左右。 2012年我國內燃機渦輪增壓器綜合配置率為6.7%；其中車用柴油機配置率為62%，未來的增長點主要來自于輕卡裝配率提升； 而車用汽油機配置率僅5%左右， 未來提升空間巨大。

    我國目前每萬輛汽車對高溫合金的需求為2. 04 噸，隨著渦輪增壓器配置率的提升，每萬輛汽車的高溫合金使用量將持續提高，到2020年汽車產量復合增速5%， 2020年一2030年汽車產量復合增速3%，依據測算， 2020年汽車用高溫合金需求為8715噸， 2030年為1.9萬噸。

    七、我國高溫合金發展現狀

    ①生產能力不足

    目前我國高溫合金生產企業數量有限， 生產能力與需求之間存在較大缺口，在燃氣輪機、核電等領域的高溫合金主要還依賴進口。

    ②高端產品難以滿足應用需求

    我國高溫合金生產水平與美國、俄羅斯等國有著較大差距， 在高端產品供應上無法滿足應用需求。

    八、國內相關專利分析

    九、國內外相關生產企業

    世界上具有完整高溫合金體系的國家只有美、英、俄、中四國。而在全球范圍內能夠生產航空航天用高溫合金的企業不超過50家，主要集中在美、英、法、德、俄、日等國，整個行業具有較為明顯的寡頭特征。

    國外相關企業

    我國高溫合金細分領域及主要參與者

    國內相關企業