中國高溫合金市場規(guī)模、高溫合金產(chǎn)量、消費量、高溫合金在航空航天的需求及全球高溫合金市場發(fā)展趨勢分析

中國高溫合金市場規(guī)模、高溫合金產(chǎn)量、消費量、高溫合金在航空航天的需求及全球高溫合金市場發(fā)展趨勢分析

一、概況

高溫合金是可以在600℃以上的高溫環(huán)境中長期工作的材料，其主要特性有三點：1）、在高溫下可以保持一定的強度和韌性；2）性能穩(wěn)定，耐腐蝕，抗氧化；3）金屬熱膨脹系數(shù)小。

按照主要成分，高溫合金可以分為鐵基、鎳基和鈷基。鐵基高溫合金的最高工作溫度較低（最高800℃），而鈷價格太高（最高使用溫度1100℃），所以目前鎳基高溫合金的應(yīng)用最廣（最高使用溫度1150℃）。

按照加工和生產(chǎn)工藝，高溫合金又可以分為變形高溫合金、鑄造高溫合金、新型高溫合金。變形高溫合金可進(jìn)行熱冷變形加工，具有良好的力學(xué)性能和綜合的強、韌性指標(biāo)，具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能。鑄造高溫合金是可以或只能用鑄造方法成型零件的一類高溫合金，新型高溫合金包括粉末高溫合金、ODS合金、金屬間化合物、高溫金屬自潤滑材料等品種。

二、現(xiàn)狀

高溫合金廣泛應(yīng)用于航空航天產(chǎn)業(yè)、電力、汽車、冶金、玻璃制造、原子能等工業(yè)領(lǐng)域，航空航天和電力是高溫合金的主要下游（超過70%）。除航空發(fā)動機、艦船燃?xì)廨啓C外，高溫合金還廣泛應(yīng)用于航天發(fā)動機、燃?xì)獍l(fā)電輪機、汽車渦輪增壓、核電、石油化工、冶金、紡織、玻璃制造等眾多民用領(lǐng)域。

高溫合金從誕生起就用于航空發(fā)動機，在現(xiàn)代航空發(fā)動機中，高溫合金材料的用量占發(fā)動機總重量的40%～60%，主要用于四大熱端部件：燃燒室、導(dǎo)向器、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。發(fā)動機的進(jìn)步主要決定于其推重比指標(biāo)，而要使航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機在尺寸小、重量輕的情況下獲得高性能，主要的措施是采用更高的燃?xì)鉁囟?。渦輪進(jìn)口溫度每提高100℃，航空發(fā)動機的推重比能提高10％左右。目前，國外現(xiàn)役最先進(jìn)第四代推重比10一級發(fā)動機的渦輪進(jìn)口平均溫度已經(jīng)達(dá)到了1600℃左右，預(yù)計未來新一代戰(zhàn)斗機發(fā)動機的渦輪進(jìn)口溫度有望達(dá)到1800℃左右。

燃?xì)廨啓C是高溫合金的另一個主要用途，輕型燃?xì)廨啓C分主要用于電力調(diào)峰、船舶動力。重型燃?xì)廨啓C為工業(yè)型燃機主要用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)。燃?xì)廨啓C噴射到葉輪上的氣體溫度高達(dá)1300℃，因此葉輪需要用高溫合金來制造。目前我國每年花費在進(jìn)口渦輪葉片備件上就達(dá)上億美元。國內(nèi)燃?xì)廨啓C發(fā)展前景為高溫合金的使用提供了巨大的空間。

目前國內(nèi)從事高溫合金研究生產(chǎn)企業(yè)主要有兩類，一類是特鋼企業(yè)，目前僅有撫順特鋼、寶鋼特鋼、長城特鋼三家擁有高溫合金產(chǎn)能及產(chǎn)量，這也是是我國軍工用鋼老牌三大巨頭。三家均以變形高溫合金為主要產(chǎn)品，特點是依托生產(chǎn)設(shè)備齊全、擁有大規(guī)模熔煉能力的優(yōu)勢，提供大規(guī)?；A(chǔ)產(chǎn)品。另一類是研究院轉(zhuǎn)型企業(yè)，要包括鋼研總院（鋼研高納）、北京航空材料研究院、中科院金屬研究所（中科三耐）。科研機構(gòu)其研究實力，以制造難度更大的鑄造高溫合金、新型高溫合金為主，主要供應(yīng)航空航天、海軍等軍工領(lǐng)域需求。

國內(nèi)從事高溫合金的三家企業(yè)，中科院沈陽金屬所主要偏向于基礎(chǔ)理論研究，產(chǎn)業(yè)化能力有限。中航工業(yè)北京航空材料研究院在鑄造單晶方面，實力較強，但在變形高溫合金及粉末合金方面鋼研高納有其獨到之處，在國外高溫合金中70~85%比重是變形合金。公司在國內(nèi)高溫合金材料供應(yīng)領(lǐng)域具有較強優(yōu)勢。

2012-2018年，隨著航空航天設(shè)備的更新需求以及國產(chǎn)化需求、火電行業(yè)技術(shù)更新以及石油深入勘探技術(shù)的推廣，均進(jìn)一步刺激了高溫合金市場的需求。

2012-2018年，全球高溫合金市場呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢。2018年，全球高溫合金市場規(guī)模為121.63億美元，較上期同比增長4.8%。

隨著我國發(fā)展自主研制的更高性能航空航天發(fā)動機，高溫合金材料在供應(yīng)上存在無法滿足應(yīng)用需求的情況，還需要我國高溫合金企業(yè)著力提高研發(fā)能力和裝備水平，提高供應(yīng)更高性能高溫合金材料的實力。

航空航天發(fā)動機和燃?xì)廨啓C占高溫合金需求80%以上，隨著航空航天發(fā)動機和燃?xì)廨啓C國產(chǎn)化加速，我國對高檔高溫合金的需求將會出現(xiàn)持續(xù)快速增長。

航空航天發(fā)動機：太行發(fā)動機可靠性和穩(wěn)定性基本成熟，第三代戰(zhàn)斗機發(fā)動機有望實現(xiàn)完全國產(chǎn)化我國從上世紀(jì)60年代開始發(fā)展國產(chǎn)航空發(fā)動機，歷經(jīng)坎坷，已經(jīng)從最早的渦噴-5、渦噴-14“昆侖”發(fā)動機，到仿制的渦扇9（秦嶺）發(fā)動機，發(fā)展到目前的渦扇10（太行）發(fā)動機，取得了巨大的進(jìn)步。渦扇發(fā)動機是在渦噴發(fā)動機基礎(chǔ)上發(fā)展而成，現(xiàn)在多數(shù)飛機采用渦扇作為動力來源。

2018年11月，第十二屆珠海國際航展上，殲10B矢量驗證機表演了“眼鏡蛇機動”、“J-Turn機動”、“落葉飄”等機動動作，其中發(fā)動機是渦扇10B發(fā)動機的矢量推力版，這進(jìn)一步說明我國太行發(fā)動機可靠性和穩(wěn)定性已經(jīng)基本成熟。第三大戰(zhàn)斗機J10，由于是單發(fā)動力，以前基本上是安裝俄羅斯航空發(fā)動機。隨著太行發(fā)動機的成熟，第三代戰(zhàn)機航空發(fā)動機逐步實現(xiàn)完全國產(chǎn)化，實現(xiàn)進(jìn)口替代。

三、燃?xì)廨啓C

艦船動力裝置主要有：蒸汽動力裝置、柴油機動力裝置、核動力裝置、燃?xì)鈩恿ρb置和聯(lián)合動力裝置。前兩種裝置發(fā)展得比較早，廣泛應(yīng)用于各類艦船，后面三種，系近十多年來迅速發(fā)展起來的新型動力裝置。艦船燃?xì)廨啓C動力裝置是指以燃?xì)廨啓C為主機的全燃化動力裝置。它自五十年代末期起，尤其是六十年代中期以來，已得到了極其廣泛的應(yīng)用。功率總數(shù)日益增長，裝艦使用范圍日益擴大，已由快艇發(fā)展到了護衛(wèi)艦、導(dǎo)彈驅(qū)逐艦、巡洋艦和直升機航空母艦等。

燃?xì)廨啓C獨有的三大特性使其非常適用于軍艦動力系統(tǒng)。第一是功率密度極大。同等功率的燃機體積是柴油機的三分之一到五分之一，是蒸汽輪機的五分之一到十分之一左右。非常適合軍艦分艙小、航速要求高的特點。第二是啟動速度快。而柴油機由于轉(zhuǎn)子運動源于活塞的往復(fù)，加速較慢，蒸汽輪機更是“反應(yīng)遲鈍”，整個系統(tǒng)達(dá)到最高功率輸出可能需要長達(dá)一小時的時間。而啟動速度，對于軍艦的戰(zhàn)時出動和反潛作戰(zhàn)時加減速性能有著直接的影響。第三是噪聲低頻分量低。由于燃?xì)廨啓C本身處于高速穩(wěn)定轉(zhuǎn)動當(dāng)中，產(chǎn)生的噪聲更多是高頻嘯聲。而柴油機的活塞往復(fù)產(chǎn)生了大量低頻機械振動噪聲，恰好迎合了海洋容易傳播低頻噪聲的特點，導(dǎo)致軍艦容易被敵方聲納探測。因此老牌海軍強國如美國海軍、英國海軍、日本海上自衛(wèi)隊的主力水面作戰(zhàn)艦只早已完成動力燃?xì)廨啓C化。

燃?xì)廨啓C技術(shù)與航空發(fā)動機同源，絕大多數(shù)燃機是由某型航空燃機作為母型機改型而來，世界著名的艦用燃機LM2500燃?xì)廨啓C衍生自美國GE公司的GE9。中國雖然發(fā)展船用燃?xì)廨啓C較早，但是由于技術(shù)基礎(chǔ)不足，因此研制過程一直比較困難，到本世紀(jì)初還沒有實用的國產(chǎn)燃?xì)廨啓C。中國052型驅(qū)逐艦采用的是引進(jìn)的美國LM-2500型燃?xì)廨啓C，由于美國此后對中國實行武器禁運，中國引進(jìn)燃?xì)廨啓C的渠道中斷。由于燃?xì)廨啓C的技術(shù)瓶頸，直接導(dǎo)致了國產(chǎn)驅(qū)逐艦建造的停滯，在2005至2010年間幾乎沒有新的驅(qū)逐艦下水。

我國在本世紀(jì)初從烏克蘭引進(jìn)了UGT25000型燃?xì)廨啓C，用于建造052B/C驅(qū)逐艦。該發(fā)動機是前蘇聯(lián)研制的第四代艦用燃?xì)廨啓C，1990年完成研制。據(jù)相關(guān)資料，UGT-25000燃?xì)廨啓C采用9級高壓風(fēng)扇、9級低奪風(fēng)扇，1級高壓渦輪和1級低壓渦輪，功率25000KW，燃料初溫1250度，機組重量14噸，壽命60000小時，首翻壽命20000小時，系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，維護性較好。我國成功實現(xiàn)了UGT-25000國產(chǎn)化以后，進(jìn)行了嚴(yán)格的測試，為國產(chǎn)驅(qū)逐艦的批量生產(chǎn)掃清最關(guān)鍵的障礙。

目前，國際市場上每年消費高溫合金材料近30余萬噸，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。2018年，全球高溫合金市場規(guī)模為121.63億美元，較上期同比增長26.98%;美國、歐洲的高溫合金市場已經(jīng)較為成熟，未來的市場增量主要來源于中國，目前中國高溫合金市場規(guī)模年增速保持在20-3