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高溫合金的定義

高溫合金，也可稱為耐熱合金或者超合金，是指以鐵、鎳、鈷為基準(zhǔn)材料的，能在600-1200℃高溫的條件下，展現(xiàn)出較好的抗氧化、抗腐蝕、抗蠕變的性能，且具備良好的疲勞性能，在一定應(yīng)力負(fù)荷條件下長期工作的一種合金材料。高溫合金屬單一的奧氏體組織，奧氏體只能在大于727℃的高溫下才能穩(wěn)定存在，使得高溫合金在各種高溫條件下具備良好的穩(wěn)定性。正因?yàn)槿绱?，高溫合金屬尖端工業(yè)材料，廣泛應(yīng)用于航空航天和新能源領(lǐng)域。

發(fā)展歷程

國際發(fā)展

最初，在20世紀(jì)30年代，發(fā)達(dá)國家英、美、德等國家開始投入對(duì)高溫合金的研究，二次世界大戰(zhàn)期間，時(shí)代及戰(zhàn)爭(zhēng)的需求使得高溫合金的研究使用進(jìn)入了高速發(fā)展階段并取得了眾多成就；40年代，英國率先研制出了第一種鎳基合金，是通過往80Ni-20Cr合金中加入少量的鈦和鋁，形成了此具有高溫強(qiáng)度的合金材料；此時(shí)，美國使用了Vitallium鈷基合金來制造葉片，以適應(yīng)渦輪增壓器的快速發(fā)展，且研制出了Inconel鎳基合金，用于制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室；50年代前后，蘇聯(lián)研制生產(chǎn)了“ЭИ”牌號(hào)的鎳基高溫合金，后續(xù)又生產(chǎn)了“ЭΠ”牌號(hào)的變形高溫合金及“ЖС”牌號(hào)的鑄造高溫合金；在此基礎(chǔ)上，研究者們通過之前的經(jīng)驗(yàn)，分別加入鎢、鉬、鈷等元素，再通過調(diào)節(jié)加入的鋁和鈦的含量，研發(fā)出一系列的高溫合金，但由于鈷資源比較匱乏，其鈷基合金的發(fā)展則受到一定的限制。

40年代，鐵基高溫合金從奧氏體不銹鋼發(fā)展起來，在18-8型不銹鋼中加入了鉬、鈦、鈮等元素后，則增加了鋼在500-700℃下的強(qiáng)度，從而制成了16-25-6系列奧氏體耐熱鋼；50年代，發(fā)展出一系列Fe-Ni-Cr、Fe-Ni-Co-Cr系高溫合金，如A-286和Incoloy901等牌號(hào)；二次世界大戰(zhàn)期間，應(yīng)勢(shì)發(fā)展出了Fe-Cr-Mn、Fe-Ni-Cr-Mn系高溫合金，鐵基高溫合金的的體系逐步完善。

國內(nèi)發(fā)展

我國高溫合金的發(fā)展從1956年第一爐高溫合金GH3030的成功出爐開始，起步較晚，初期以仿制為主，到現(xiàn)在已歷經(jīng)了60多年的風(fēng)雨，也已建立了完善的產(chǎn)品體系，可將其發(fā)展分為三個(gè)階段：

第一階段：1956年至20世紀(jì)70年代初，屬于我國高溫合金的創(chuàng)業(yè)和起始階段。我們的第一爐高溫合金GH3030是在蘇聯(lián)專家的指導(dǎo)下完成的，也借此正式進(jìn)入了高溫合金的賽道，起始主要以仿制前蘇聯(lián)的工藝為主體，1960年后，開始自主研發(fā)和生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)所需的高溫合金，建立和完善了生產(chǎn)研發(fā)基地，根據(jù)我國的需求，開發(fā)了具有我國特色的生產(chǎn)工藝與路線。

第二階段：20世紀(jì)70年代中期至90年代中期，為高溫合金的提高階段。開始針對(duì)一些歐美型號(hào)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)來進(jìn)行試制和生產(chǎn)，引進(jìn)國外的技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備，按照他們的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研制和生產(chǎn)，按照他們的規(guī)范進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控和檢測(cè)。通過對(duì)歐美高溫合金的引進(jìn)和仿制，研發(fā)出了一系列新的高溫合金，也提高了我國高溫合金的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量。

第三階段：20世紀(jì)90年代中期至今，為我國高溫合金的新發(fā)展階段。新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)高溫合金提出了更高的要求，隨之研制生產(chǎn)出了一系列高性能、高檔次的高溫合金，實(shí)現(xiàn)了工藝的重大突破，在定向凝固、單晶、粉末等高端領(lǐng)域自主研制出了多種新型具有先進(jìn)水平的牌號(hào)，如DZ4125、DZ604M、DD402、DD407及FGH4095等。

高溫合金的分類

高溫合金可按不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，可按制造成型工藝、強(qiáng)化方式、合金的主要元素等來分類，目前，因鎳基高溫合金的耐熱性相對(duì)較強(qiáng)，因此應(yīng)用較為廣泛，在市場(chǎng)上份額占比較多，已達(dá)80%。

高溫合金的應(yīng)用

高溫合金憑借其優(yōu)異的抗熱腐蝕、抗氧化及應(yīng)變性能，最初被應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的首選材料，隨著技術(shù)的發(fā)展和高溫合金的產(chǎn)量提升，應(yīng)用也越來越廣泛，在民用工業(yè)中也有了一片天地，如能源動(dòng)力、石油化工、工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)、玻璃建材等。

當(dāng)前，高溫合金的下游應(yīng)用領(lǐng)域中，最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是航空航天行業(yè)及能源電力行業(yè)，占比分別為 55%及 20%。

高溫合金行業(yè)概況

高溫合金下游產(chǎn)業(yè)鏈集中度高，整個(gè)高溫合金行業(yè)具有明顯的寡頭特征，國際內(nèi)能生產(chǎn)航空航天領(lǐng)域所用高溫合金的企業(yè)不超過50家，主要集中在歐美國家，美國一直處于國際領(lǐng)先地位，生產(chǎn)高溫合金的主要知名廠家有通用、惠普、因科國際、漢因斯-斯泰特公司等；歐洲國家的公司主要以生產(chǎn)研發(fā)為主，英國是世界上最早投入研發(fā)的國家之一，其技術(shù)在世界處領(lǐng)先地位，較著名的就是國際鎳公司研發(fā)生產(chǎn)的Nimocast合金，還有英國的羅爾斯·羅伊斯研發(fā)的定向凝固和單晶合金，如SRR99、SRR2000、SRR2060等；日本則是在鎳基單晶高溫合金、鎳基超塑性高溫合金和氧化物晶粒強(qiáng)化高溫合金等領(lǐng)域取得了較大的成就，如IHIcorporation， JFE、新日鐵和神戶制鋼公司等。

我國高溫合金的研發(fā)起步較晚，但我們也通過多年的沉淀形成了具有自我特色的合金體系，取得了相當(dāng)可觀的成就，也成立了眾多的高溫合金材料及高溫合金精密鑄件生產(chǎn)的企業(yè)和科研單位，企業(yè)間以競(jìng)合為主，因技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模較國際先進(jìn)水準(zhǔn)存在一定差距，且各個(gè)企業(yè)之間的業(yè)務(wù)不交叉，直接競(jìng)爭(zhēng)較少，均是以實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新、提高產(chǎn)量和性能、滿足市場(chǎng)的需求為共同目標(biāo)求發(fā)展。

國內(nèi)生產(chǎn)高溫合金的基地可分為三類：1.以撫順特鋼、寶鋼特鋼、長城特鋼等特鋼企業(yè)為主的大型鋼鐵廠，它們主要是變形高溫合金的生產(chǎn)基地，生產(chǎn)設(shè)備齊全，研發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)豐富，已具有多條合金生產(chǎn)線；2.以鋼研總院、北京航材院、中科院金屬所為代表的科研單位，它們主要負(fù)責(zé)高溫合金生產(chǎn)工藝的研究，掌握著行業(yè)內(nèi)先進(jìn)工藝和技術(shù)；3.以圖南股份、西部超導(dǎo)、應(yīng)流股份、萬澤股份等為代表的新進(jìn)入企業(yè)，它們把握住了“兩機(jī)專項(xiàng)”政策的機(jī)遇，在其前后進(jìn)入了高溫合金行業(yè)，起步較晚，技術(shù)積累比較薄弱，市場(chǎng)占有率較低，但均在積極響應(yīng)“兩機(jī)專項(xiàng)”政策來進(jìn)行產(chǎn)能擴(kuò)張。

中國高溫合金的發(fā)展趨勢(shì)

高溫合金行業(yè)呈現(xiàn)比較的寡頭特征，工藝路線比較復(fù)雜，以致成材率低、認(rèn)證周期長，技術(shù)壁壘過高，加之我們起步較晚，所以在技術(shù)、渠道、客戶資源方面超越國際龍頭還存在一定的難度。

隨著軍、民航空發(fā)動(dòng)機(jī)、火電動(dòng)力行業(yè)及石油勘探的發(fā)展，高溫合金的需求在穩(wěn)步增長，據(jù)估計(jì)，十四五期間我國高溫合金的全年平均總需求量將達(dá)8.35萬噸，根據(jù)之前的數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)處于需求量大于產(chǎn)能的狀態(tài)，因此，專業(yè)人士分析認(rèn)為，我國的高溫合金長期仍將保持供不應(yīng)求的局面，隨著下游總需求量的不斷增長，進(jìn)口替代需求的不斷增強(qiáng)，以及認(rèn)證周期的逐步縮短，頭部高溫合金企業(yè)可能將會(huì)迎來持續(xù)的發(fā)展機(jī)遇。