高溫合金憑借優異的抗氧化和抗熱腐蝕性能在航空發動機、汽車發動機、燃氣輪機、核電、石油化工等多個領域廣泛應用。

    尖端工業材料高溫合金

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    特性

    所謂高溫合金，即能在600℃以上高溫及一定應力作用下長期工作的一類合金。高溫合金材料相比于傳統金屬，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：根據基體元素種類、根據合金強化類型和根據材料成型方式。

    高溫合金分類

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    制備工藝

    高溫合金產品以非標準化為主，因此生產工藝較為復雜，但基本可以可分為三個步驟：熔煉、鑄造和熱加工，粉末冶金工業則將鑄造工藝替代為熱壓。

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    應用

    高溫合金憑借優異的抗氧化和抗熱腐蝕性能在航空發動機、汽車發動機、燃氣輪機、核電、石油化工等多個領域廣泛應用。

    高溫合金下游應用領域

    在眾多應用領域中，航空航天仍然占據最重要地位，占需求總量的55%，其次是電力行業，占比達20%。

    高溫合金應用領域市場占比

    高溫合金市場需求預測

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    航空發動機

    高溫合金從誕生起就應用于航空發動機，在現代航空發動機中，高溫合金材料主要用于四大熱端部件：燃燒室、導向室、渦輪葉片和渦輪盤，此外還用于機匣、環件、加力燃燒室和尾噴口等部件。

    高溫合金在航空發動機上的應用

    高溫合金材料的用量占發動機總重量的40-60%，在先進發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測

    民用航空發動機

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

    2016-2035年全球民航飛機需求

    由于不同機型的發動機所需的高溫合金占比不同，根據測算，未來二十年全球民航各類型新機航空發動機，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

    而我國民航發動機市場也十分廣闊，根據波音公司預測，到2032 年，中國新增的飛機數量超過5580架，預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測

    軍用航空發動機

    根據美國國防部預測的數據，預計未來20年中國戰斗機新增量將達到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，現有軍機的維護和修理折算成發動機所需數量為2000臺，對應的高溫合金需求量達到1萬噸左右。因此軍用領域對高溫合金的需求將達到6.7萬噸。

    未來20年我國軍用機領域對高溫合金需求預測

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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，其結構及原理與航空發動機類似。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。

    燃氣輪機結構示意圖

    燃氣輪機的應用分為發電用燃氣輪機領域和艦船用燃氣輪機領域，主要以后者為主，在軍用領域，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，據羅羅公司2013年預測，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，相應的服務需求達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，國產艦船用燃氣輪機的技術問題已經得到解決。我國海軍有望形成3大近海艦隊和若干航母編隊的作戰體系，預計將新增驅逐艦及護衛艦97 艘左右，中小型艦艇200艘左右，預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用領域。目前，我國渦輪增壓器生產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子。

    汽車渦輪增壓器

    據 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測

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    核電領域

    核電用高溫合金包括：燃料元件包殼材料、結構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。對應高溫合金需求6000噸，價值24億元。

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    其他領域

    高溫合金材料在玻璃制造、冶金、醫療器械等領域也有著廣泛的用途。

    國內外高溫合金廠商概況

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    國外領先廠商

    目前，每年全球對高溫合金材料的消費將近28萬噸，市場規模達到100億美元。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、俄、英、法、德、日等國。

    全球主要高溫合金生產企業

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    國內主要高溫合金廠商

    我國高溫合金的研發起步于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，到目前已經成立了眾多的生產和科研單位，并已具備變形高溫合金、鑄造高溫合金的生產基地與高端高溫合金材料的生產研發基地。

    國內主要高溫合金生產企業

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責任編輯：王元

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