2022年中國高溫合金行業(yè)研究報告 -多元需求釋放高景氣度發(fā)展趨勢確定

2年中國高溫合金行業(yè)研究報告真空感應(yīng)熔煉(VIM)、真空自耗電弧熔煉(VAR)、電渣重熔精煉 www.hanghangcha 名詞解釋(1/2)www.hanghangcha的 名詞解釋(2/2)。 述——先進金屬材料與高溫合金資資料來源：網(wǎng)絡(luò)公開資料整理，行行查研究中心 述——化學(xué)元素構(gòu)成及性能優(yōu)勢SSeGaSSeGaPnTiNbPtCoY基礎(chǔ)元素分類項鐵基鈷基鎳基固溶強化形成γ'相強化相—提高抗氧化性能提高抗硫化性提高耐腐蝕性提高蠕變性能B—B改善加工性能——導(dǎo)致晶界偏析—B 司首先研制出一種低碳含鈦的鎳基合金Nimonic75。40年代初Nimonic80問世，成功用作鍋輪發(fā)動機葉片。1941年后美國開始發(fā)展航司首先研制出一種低碳含鈦的鎳基合金Nimonic75。40年代初Nimonic80問世，成功用作鍋輪發(fā)動機葉片。1941年后美國開始發(fā)展航42年將HastelloyB鎳基金屬先后用于通用電氣兩款噴氣發(fā)動機。1944年開發(fā)出鈷基合金用于渦輪發(fā)動機葉片材料。后在此基礎(chǔ)上研制出lonconel.MarM等系列。機械合金化等新工藝成功應(yīng)用。其中定向凝固技術(shù)制造出的單晶高溫合金葉片使得航空發(fā)動機性能大幅提升。我國高溫合金的創(chuàng)業(yè)和起始階段。在蘇聯(lián)專家的指導(dǎo)下煉出的第一爐高溫合金GH3030，拉開了我國研制和生產(chǎn)的序幕。1960年后，我國開始獨立自主地研制和生產(chǎn)主要殲擊機發(fā)動機所需的各種高溫合金材料，建立和完善了我國高溫合金的生產(chǎn)和研究基地。根據(jù)國內(nèi)航空發(fā)動機研制與生產(chǎn)的需求，開發(fā)了有我國特色的工藝，形成了與我國裝備相適應(yīng)的生產(chǎn)路線。我國高溫合金的提高階段。隨著新型航空發(fā)動機的試制和生產(chǎn)，對發(fā)動機用高溫合金材料的純潔度、均勻性和綜合性能比過去提出了更高的要求。在研發(fā)過程中，全面按照國外的技術(shù)標準進行研制和生產(chǎn)，按照國外的規(guī)范加強質(zhì)量控制和質(zhì)量檢測工作。經(jīng)過這一階段的工作，不但研制成功一系列新的合金，包括高性能變形合金、鑄造合金、定向凝固及單晶合金，更重要的是使我國高溫合金的生產(chǎn)工藝技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量控制等方面上了一個新臺階。司首先研制出一種低碳合鈦的鎳基合金Nimonic75。40年代初Nimonic80問世，成功用作渦輪發(fā)動機葉片。1941年后美國開1942年將HastelloyB鎳基金屬先后用于通用電氣年開發(fā)出鈷基合金用于渦輪發(fā)動機葉片材料。后在此基礎(chǔ)上研制出Incond.MarM等系列。我國高溫合金的新發(fā)展階段。本階段的特點是應(yīng)用和開發(fā)出一批新工藝，研制和生產(chǎn)了一系能、高檔次的新合金。隨著新型先進航空發(fā)動機的設(shè)計、研制要求研制和發(fā)展高性能的新高溫合金材料。 單晶熱等靜壓(HIP)單晶熱等靜壓(HIP)固固溶處理(加熱)鑄造高溫合金工藝流程合金冶煉母合金壓 M應(yīng)爐熔煉)，VIM(真空感應(yīng)爐熔煉)，VAR(真空電弧熔煉)、ESR(電渣熔煉)，EBM(電子束熔煉)，EBCHR(電子束冷室爐床熔煉)、PAF(等離子電弧爐熔煉)、PIF(等離子感應(yīng)爐熔煉)等VAR(真空電M應(yīng)爐熔煉)，VIM(真空感應(yīng)爐熔煉)，VAR(真空電弧熔煉)、ESR(電渣熔煉)，EBM(電子束熔煉)，EBCHR(電子束冷室爐床熔煉)、PAF(等離子電弧爐熔煉)、PIF(等離子感應(yīng)爐熔煉)等VAR(真空電弧熔煉)、VADER(真空電弧雙電極重感應(yīng)加電渣重熔)，NER(非PAR熔)，EBM(電子束重熔)、VEB或子束)、NEB(非自耗電極加電子束)單聯(lián)雙聯(lián)等軸/定向凝固/單晶金屬間化合物高溫合金真空三聯(lián)冶煉原料冶煉固溶處理/時效處理/HIP鑄造高溫合金熱處理粉末冶金高溫合金變形高溫合金ODS高溫合金電渣重爐全屬作為第三次真空電弧重爐的自耗電極，主要是為保證合金具有很低的氣體含量三三聯(lián)重重溶鑄造鍛壓母合金/鑄錠鍛壓母合金/鑄錠熱固成行熱熱固成行熱等靜壓/熱擠壓合金粉末制備合金粉末制備機機械合金化 中國高溫合金行業(yè)制造工藝——熔煉設(shè)備及工作原理(1/3) 煉的方法叫做高溫合金的真空感應(yīng)熔煉法 (VAR)真空電弧熔煉減少了活性元素(如Al、Ti)的損耗；2.3.4. (ESR)電渣重熔是20世紀50年代在電渣焊基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在20世紀60年代獲得了飛速發(fā)展。電渣重熔工藝已被國內(nèi)外冶金廠廣泛采用。到國生產(chǎn)高溫合金的一種主要工藝路線，有近一半的高溫合金牌號采用了這種工藝。. 中國高溫合金行業(yè)制造工藝——熔煉設(shè)備及工作原理(2/3)真空感應(yīng)熔煉(VIM)基本工藝裝料分為冷裝料和熱裝固體爐料直，化學(xué)成分清原材料須干積密度大，二次塊料要為宜。度液和微量有益元素做準備，H至最低含量，和微量有益元素，成分和鋼液溫度，達到出鋼要求。順點:低溫加入，量元素均勻。出鋼澆注分上注法和下法:漏斗澆澆注和中間注溫度:熔點以上下注法:表面質(zhì)量好，可以放多個錠模。爐體破空是破空后立即清除干國內(nèi)表層的浮渣，減少O含量減少破空次數(shù)。 中國高溫合金行業(yè)制造工藝——熔煉設(shè)備及工作原理(3/3)真空自耗爐(VAR)結(jié)構(gòu)真空自耗爐(VAR)結(jié)構(gòu)真空自耗爐(VAR)基本工藝電渣重熔(ESR)基本工藝 生產(chǎn)制造原材料供應(yīng)終端產(chǎn)品零部件生產(chǎn)高溫合金生產(chǎn)變形高溫合金渦輪盤渦輪葉片飛機發(fā)動機添加金屬鑄造高溫合金壓氣機盤火焰筒冶煉加工火箭發(fā)動機粉末高溫合金機匣導(dǎo)向葉片原礦開采燃氣輪機生產(chǎn)制造原材料供應(yīng)終端產(chǎn)品零部件生產(chǎn)高溫合金生產(chǎn)變形高溫合金渦輪盤渦輪葉片飛機發(fā)動機添加金屬鑄造高溫合金壓氣機盤火焰筒冶煉加工火箭發(fā)動機粉末高溫合金機匣導(dǎo)向葉片原礦開采燃氣輪機品航航空航天電力電力、航天油化工等高溫合金材料最初主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，大大的拓展了高溫合金材料的應(yīng)用市場。燃燒室燃燒室壁材料需承受800-900°C的高溫，局部甚至高達1,100°C以上；還應(yīng)能承受周期性點火啟動導(dǎo)致的急劇熱疲勞應(yīng)力和燃氣的沖擊力。變形高溫合金、結(jié)構(gòu)鋼及不銹鋼導(dǎo)向器導(dǎo)向器材料工作溫度最高可達1,100°C以上；承受較大的熱沖擊，但承受的應(yīng)力比較低，一般低于Pa精密鑄造鎳基高溫合金航空發(fā)動機渦輪葉片所承受溫度低于相應(yīng)導(dǎo)向葉片50-100°C；在高速轉(zhuǎn)動時，由于受到氣動力和離心力的作用，葉身部分所受應(yīng)力高達140MPa，葉根部分達280-560MPa。精密鑄造鎳基高溫合金屈服強度很高、細晶粒的變形高溫合金和粉末高溫合金渦輪盤所占質(zhì)量最大，是航空發(fā)動機上的重要轉(zhuǎn)動部件；屈服強度很高、細晶粒的變形高溫合金和粉末高溫合金渦輪盤右；盤件徑向的熱應(yīng)力大，特別是盤件在正常高速轉(zhuǎn)動時，因質(zhì)量重達幾十至幾百千克，且?guī)е~片旋轉(zhuǎn)，要承受極大的離心力作用。燃氣輪機渦輪盤工作環(huán)境需要承受高硫燃氣和海水鹽分的腐蝕；工作壽命要求達到50,000-100,000小時；渦輪盤在工作時轉(zhuǎn)數(shù)接近10,000轉(zhuǎn)/分鐘要求材料耐用溫度達到600°C以上。鎳基高溫合金火箭發(fā)動機燃燒室渦輪泵工作溫度在3,000-4,000°C以上；20MPa高壓；2,500-5,000m/s高流速燃氣沖刷。鎳基高溫合金超低溫液氧和燃料的沖刷；轉(zhuǎn)速高、壓力大、密封性要求高。汽車渦輪增壓器工作溫度在600°C以上；抗熱沖擊性能強；耐腐蝕性能好。鎳基高溫合金核電燃料機組、控制棒驅(qū)動機構(gòu)、壓力容器、蒸發(fā)器、燃料棒定位格架、高溫氣體爐熱交換器承受600-800°C的高溫；需要較高的蠕變強度。高溫合金 中國高溫合金行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域——在航空領(lǐng)域的主要應(yīng)用(1/3)術(shù)渦輪盤渦輪盤在四大熱端部件中所占質(zhì)量最大。渦輪盤是航空發(fā)動機上的重要轉(zhuǎn)動部件，一般輪緣為550-750℃，輪心300℃左右，因此盤件徑向的熱應(yīng)力大，特別是盤件在正常高速轉(zhuǎn)動時，由于盤件質(zhì)量重達幾十至幾百千克，且?guī)е~片旋轉(zhuǎn)，要承受極大的離心力作用，在啟動與停車過程中又構(gòu)成周期性的大應(yīng)力低周疲勞。用作渦輪盤的高溫合金為屈服強度很高、細晶粒的變形高溫合金和粉末高溫合金。在我國，渦輪盤中變形高溫合金GH4169合金用量大、應(yīng)用范圍最廣。用作渦輪盤的高溫合金為屈服強度很高、晶粒細的變形高溫合金和粉末高溫合金；我國渦輪盤中變形高溫合金GH4169用量最大、應(yīng)用范圍最廣。燃燒室燃燒室是發(fā)動機各部件中溫度最高的區(qū)域，燃燒室內(nèi)燃氣溫度可高達1,500-2,000℃，作為燃燒室壁的高溫合金材料需承受800-900℃的高溫，局部甚至高達1,100℃以上。除需承受高溫外，燃燒室材料還應(yīng)能承受周期性點火啟動導(dǎo)致的急劇熱疲勞應(yīng)力和燃氣的沖擊力。用于制造燃燒室的主要材料有高溫合金、不銹鋼和結(jié)構(gòu)鋼，其中用量最大、最為關(guān)鍵的是變形高溫合金。用于制造燃燒室的主要材料有高溫合金、不銹鋼和結(jié)構(gòu)最為關(guān)鍵的是變形高溫合金。先進航空發(fā)動機中關(guān)鍵的熱端承力部件(圖中紅色部分)全部為高溫合金風(fēng)扇壓氣機燃燒室高壓渦輪低壓渦輪 中國高溫合金行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域——在航空領(lǐng)域的主要應(yīng)用(2/3)第一代發(fā)動機第二代發(fā)動機第三代發(fā)動機第四代發(fā)動機初代鑄造高溫合金199020101950199020101940198019601940198019602000第一代第二代第三代第四代ReneReneDTRene溫度850°C渦輪噴氣發(fā)動BK-1影-F1變形高溫合金 中國高溫合金行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域——在航空領(lǐng)域的主要應(yīng)用(3/3)0000s0000美國俄羅斯中國印度韓國日本巴基斯坦埃及土耳其法國2021年各國擁有軍用飛機數(shù)量(架)C919大型客機2017年完成首臺樣機裝配，進入地面臺架測試階段CR929中俄遠程寬體客機正處于關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和技術(shù)驗證AES1005-6噸民用直升機2018年完成首臺驗證機試制和試驗AEP500支線客機、中型貨運飛機2020年完成首臺驗證機試制和試驗 H目前我國火箭的國產(chǎn)化率已達99%以上，基本實現(xiàn)完全國產(chǎn)化，但相較于歐美及俄羅斯等航天強國的先進水平還有較大差距。推力和比沖是衡量火箭發(fā)動機性能最重要的兩項數(shù)據(jù)。其中，火箭發(fā)動機推力是指發(fā)動機由向飛行方向的相反方向直接噴射高速氣流而產(chǎn)生的反作用力；火箭發(fā)動機比沖的定義為單位推進劑的量所產(chǎn)生的沖量，可用于衡量火箭發(fā)動機效率；在相同的發(fā)射重量下，火箭發(fā)動機的比沖越高，火箭的運載能力就越強；國和日本的差距仍很明顯。我國于2016年11月3日首飛的新一代運載火箭長征5號助推器采用8臺液氧-煤油火箭發(fā)動機YF-100，其真空推力僅為美國宇宙神V型火箭引進的俄羅斯RD-180型火箭發(fā)動機推力的1/3，是俄羅斯質(zhì)子號RD-253火箭發(fā)動機推力的70%；長征5號芯一級采用2臺液氫-液氧火箭發(fā)動機YF-77，其真空推力僅為歐洲阿麗亞娜V火箭Vulcain2發(fā)動機推力的50%，也落后于日本LE-7A火箭發(fā)動機。室需承受高溫(3,000-4,000℃)、高壓(20MPa)和高流速(2,500-渦輪泵燃燒室 。兩兩級高壓動力葉片六級低壓動力葉片16級壓氣機進氣道燃燒室透平葉片輪盤燃燒室 大缺876543210中國高溫合金需求量(萬噸)202020212022E資料來源：中國特鋼企業(yè)協(xié)會，行行查研究中心.0.50.0中國高溫合金產(chǎn)量(萬噸)2E資料來源：中國特鋼企業(yè)協(xié)會，行行查研究中心 中國高溫合金行業(yè)市場規(guī)?！?民用飛機均保持增長態(tài)勢穩(wěn)步增長的態(tài)勢，但是我國信息化程度較高、綜合性能較強的新裝備的數(shù)量和結(jié)構(gòu)占比與美俄等軍事強國相比仍有較大差距。根據(jù)Flight201720182019202020212022E中國軍用飛機數(shù)量(架)YOY500,000020182019中國軍用飛機數(shù)量(架)20212022E資料來源：中國民用航空局，行行查研究中心 004000-20%0201720182019202020212022中國運載火箭發(fā)射次數(shù)及增速YOY00%201620172018201920202021E中國燃氣輪機產(chǎn)量(萬千瓦)YOY7,0006,0005,0004,0003,0002,0001,0000201720182019202020212022E中國核電機組在運總裝機容量(萬千瓦)YOY 美國精密鑄件公司克貢公司美國卡彭特技術(shù)公司阿勒格尼技術(shù)公司注冊于美國，成立于1996年，合并了歷史悠久的Teledyne和美國哈氏合金國際公司心 (1/2) 高溫合金相關(guān)政策法規(guī)(1/2)2021年12月2021年03月2020年09月的指導(dǎo)意見》、高性《增材制造標準領(lǐng)航行動計劃(2020-2022年)》2019年01月《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整零指導(dǎo)目錄(2019年本)》溫合金輪盤、葉片等)及控制系統(tǒng)。2018年10月《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)分類(2018)》高溫合金、鎳基耐蝕合金、耐磨耐蝕銅合金、海洋工程與高技術(shù)船舶用銅材(耐高流速白銅管等)、鐵路貫通線用銅帶(高性能黃銅材料)屬于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。2017年12月造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃(2017-2020年)》。2017年09月 /2)高溫合金相關(guān)政策法規(guī)(2/2)政策名稱頒布單位主要內(nèi)容2017年01月 (2016年)》2016年11月“兩機專項”2016年10月《有色金屬工業(yè)中長期科技發(fā)展規(guī)(2016－2020年)》0年)》工信部全面啟動實施航空發(fā)動機及燃氣輪機重大專項，開展材料、制造工藝、試驗測試等共性基礎(chǔ)技術(shù)和交叉學(xué)科研究，攻克總體設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)；重點新材料研發(fā)及應(yīng)用中，重點研制高溫合金、高端裝備用特種合金，突破制備、評價、應(yīng)用等核心關(guān)鍵技術(shù)。2015年05月《中國制造2025》2012年01月關(guān)于“兩機專項”相關(guān)政策國務(wù)院批準設(shè)立“航空發(fā)動機與燃氣輪機”國家科技重大專項(“兩機專項”)，成立專家委員會對實施方案開展論證。 中國高溫合金行業(yè)重點企業(yè)——撫順特鋼(1/2)股票上公司始建于1937年改制為國有獨資企業(yè)與大連鋼鐵集團組建為遼寧特鋼集團江蘇沙鋼集團成為東北特鋼集團的控股股東撫順特鋼4項產(chǎn)品撫順特鋼4項產(chǎn)品榮獲中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會“金杯優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品”冠名與北滿特鋼集團重組為東北特鋼集團12月于上交所上市7.97%15.32%36.75%銹鋼15.32%36.75%具鋼19.89%其他20.07% 中國高溫合金行業(yè)重點企業(yè)——撫順特鋼(2/2) (耐蝕)合金 中國高溫合金行業(yè)重點企業(yè)——西部超導(dǎo)(1/2)達2003年1月中國政府決定參加(ITER)計超導(dǎo)有限整體變更為股份公在全國中小企業(yè)股份轉(zhuǎn)讓系定增1500萬股，募集2.25億元，建設(shè)2000噸高性能高溫合金建成投產(chǎn)在成功登陸科體實力與影響旗下子公司西安聚能高溫合金材料科技有硬科技企業(yè)之4.35%其他(補充) 中國高溫合金行業(yè)重點企業(yè)——西部超導(dǎo)(2/2)鎳基高溫合金發(fā)動機渦輪盤、壓氣機盤組織穩(wěn)定、塑性良好、550~800°C范圍內(nèi)具有高的持久強度和拉伸強度渦輪盤、環(huán)件、葉片、軸、緊固件和彈性元件、板材結(jié)構(gòu)件、機匣長時間使用溫度-253~650°C，短時間使用溫度可達800°C，具有良好的抗疲勞、抗輻射、抗氧化和耐腐蝕性能渦輪盤、導(dǎo)向葉片、燃燒室板材承力件、渦輪轉(zhuǎn)子、導(dǎo)向器、緊固件、高溫彈簧650~950°C范圍內(nèi)，較高的拉伸、持久和蠕變強度、抗屈服和抗疲勞性能以及良好的抗氧化性能、機加工性良好渦輪盤、工作葉片、高溫緊固件、火焰筒、軸、渦輪機匣抗氧化性、抗腐蝕性、加工塑性好、組織穩(wěn)定、760~870°C局域高屈服強度和抗疲勞性GHLi發(fā)動機渦輪盤和渦輪葉片750°C以下耐硫腐蝕、抗氧化、長期組織穩(wěn)定、抗疲勞、抗蠕變——粉末高溫合金 (粉末冶金)渦輪盤、承力環(huán)組織均勻、晶粒細小、拉伸性良好、強度持久、可在750°C以下長期使用 中國高溫合金行業(yè)重點企業(yè)——鋼研高納(1/2)建設(shè)永豐北京鋼研高納科技有限公司成立鋼研高納落地德陽，打造世界級重大建設(shè)永豐北京鋼研高納科技有限公司成立鋼研高納落地德陽，打造世界級重大裝備制造基地鋼鐵研究總院高溫材料研究院成立在深交所完成股份制改革，更名為北京鋼研高納科技股份有限公司收購青島新力通65%股份，拓展石化領(lǐng)域業(yè)務(wù)設(shè)立子公司河北鋼研德凱科技有限公司、天津鋼研海德科技有限公司出資設(shè)立控股子公司天津鋼研廣亨特種裝備股份有限公司52.90%新型合金制品 中國高溫合金行業(yè)重點企業(yè)——鋼研高納(2/2) 業(yè)高溫合金等先進金屬材料領(lǐng)域的產(chǎn)品的技術(shù)含量較高，鑄造加工的工藝較復(fù)雜，特種冶煉、精密鑄造、鍛造、焊接等工序需要技術(shù)積淀和不斷的技術(shù)創(chuàng)新。國內(nèi)外的大型高溫合金鑄造生產(chǎn)企業(yè)均同時是合金材料研發(fā)的主體，材料科學(xué)研究和先進鑄造技術(shù)相輔相成，鑄造工藝和產(chǎn)品開發(fā)在行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。材料開發(fā)和生產(chǎn)工藝技術(shù)研發(fā)是本行業(yè)企業(yè)發(fā)展的根本，新產(chǎn)品從開始研發(fā)至最終實現(xiàn)銷售需要經(jīng)過論證、研制、定型等系列過程。因此，高溫合金等先進金屬材料領(lǐng)域存在著較高的技術(shù)壁壘。高溫合金等先進金屬材料較多應(yīng)用于航空發(fā)動機、燃氣輪機、核電裝備等高溫、高壓或易腐蝕等極端惡劣條件下，對產(chǎn)品的性能和質(zhì)量要求較高。用戶對供應(yīng)商選擇有嚴格的評定程序，供應(yīng)商的變更存在較高的技術(shù)風(fēng)穩(wěn)定的前提下，用戶在選定合格供應(yīng)商后通常不會輕易更換。同時，航空發(fā)動機產(chǎn)品的研制均需經(jīng)過立項、方案論證、工程研制、定型等階段，從研制到實現(xiàn)銷售的研發(fā)周期長、研發(fā)投入高、研發(fā)風(fēng)險大，根據(jù)現(xiàn)行武器裝備采購體制，通過定型批準的產(chǎn)品國家對武器裝備科研生產(chǎn)活動實行許可管理，未取得許可不得從事相應(yīng)生產(chǎn)活動。從事軍品相關(guān)生產(chǎn)活動必須通過嚴格審查并取得軍工資質(zhì)。另外，在民用航空發(fā)動機、核電裝備等領(lǐng)域，也各自存在相應(yīng)的資質(zhì)認證管行業(yè)準入資質(zhì)和認證，方能進入這些市場。這些準入資質(zhì)要求嚴格，且考察周期較長，需要企業(yè)具備較強的研發(fā)、管理和質(zhì)量控制能力。高溫合金等先進金屬材料的生產(chǎn)工序小批量的生產(chǎn)特點，要獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品，需要對整個生產(chǎn)過程進行精細化的管理，這對企業(yè)的人員配置、生產(chǎn)組織、工序管理能力都提出了較高的要求。隨著高溫合金等先進金屬材料技術(shù)的不斷進步，對于企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備提出了更高的要求。企業(yè)需要投入較高成升工藝水平以達到客戶需求。同時，先進金屬材料產(chǎn)品的研發(fā)也需要