中國(guó)高溫合金市場(chǎng)規(guī)模、高溫合金產(chǎn)量、消費(fèi)量、高溫合金在航空航天的需求及全球高溫合金市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)分析

中國(guó)高溫合金市場(chǎng)規(guī)模、高溫合金產(chǎn)量、消費(fèi)量、高溫合金在航空航天的需求及全球高溫合金市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)分析

一、概況

高溫合金是可以在600℃以上的高溫環(huán)境中長(zhǎng)期工作的材料，其主要特性有三點(diǎn)：1）、在高溫下可以保持一定的強(qiáng)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(jià)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(qiáng)、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(lèi)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(rùn)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(chē)、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(guò)70%）。除航空發(fā)動(dòng)機(jī)、艦船燃?xì)廨啓C(jī)外，高溫合金還廣泛應(yīng)用于航天發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)獍l(fā)電輪機(jī)、汽車(chē)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(dòng)機(jī)，在現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，高溫合金材料的用量占發(fā)動(dòng)機(jī)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(pán)，此外，還用于機(jī)匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的推重比能提高10％左右。目前，國(guó)外現(xiàn)役最先進(jìn)第四代推重比10一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪進(jìn)口平均溫度已經(jīng)達(dá)到了1600℃左右，預(yù)計(jì)未來(lái)新一代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪進(jìn)口溫度有望達(dá)到1800℃左右。

燃?xì)廨啓C(jī)是高溫合金的另一個(gè)主要用途，輕型燃?xì)廨啓C(jī)分主要用于電力調(diào)峰、船舶動(dòng)力。重型燃?xì)廨啓C(jī)為工業(yè)型燃機(jī)主要用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)。燃?xì)廨啓C(jī)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(lái)制造。目前我國(guó)每年花費(fèi)在進(jìn)口渦輪葉片備件上就達(dá)上億美元。國(guó)內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展前景為高溫合金的使用提供了巨大的空間。

目前國(guó)內(nèi)從事高溫合金研究生產(chǎn)企業(yè)主要有兩類(lèi)，一類(lèi)是特鋼企業(yè)，目前僅有撫順特鋼、寶鋼特鋼、長(zhǎng)城特鋼三家擁有高溫合金產(chǎn)能及產(chǎn)量，這也是是我國(guó)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(diǎn)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(shì)，提供大規(guī)模基礎(chǔ)產(chǎn)品。另一類(lèi)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）?？蒲袡C(jī)構(gòu)其研究實(shí)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(guó)內(nèi)從事高溫合金的三家企業(yè)，中科院沈陽(yáng)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(shí)力較強(qiáng)，但在變形高溫合金及粉末合金方面鋼研高納有其獨(dú)到之處，在國(guó)外高溫合金中70~85%比重是變形合金。公司在國(guó)內(nèi)高溫合金材料供應(yīng)領(lǐng)域具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。

2012-2018年，隨著航空航天設(shè)備的更新需求以及國(guó)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(chǎng)的需求。

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

隨著我國(guó)發(fā)展自主研制的更高性能航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)，高溫合金材料在供應(yīng)上存在無(wú)法滿(mǎn)足應(yīng)用需求的情況，還需要我國(guó)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(shí)力。

航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)占高溫合金需求80%以上，隨著航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)國(guó)產(chǎn)化加速，我國(guó)對(duì)高檔高溫合金的需求將會(huì)出現(xiàn)持續(xù)快速增長(zhǎng)。

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

2018年11月，第十二屆珠海國(guó)際航展上，殲10B矢量驗(yàn)證機(jī)表演了“眼鏡蛇機(jī)動(dòng)”、“J-Turn機(jī)動(dòng)”、“落葉飄”等機(jī)動(dòng)動(dòng)作，其中發(fā)動(dòng)機(jī)是渦扇10B發(fā)動(dòng)機(jī)的矢量推力版，這進(jìn)一步說(shuō)明我國(guó)太行發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性和穩(wěn)定性已經(jīng)基本成熟。第三大戰(zhàn)斗機(jī)J10，由于是單發(fā)動(dòng)力，以前基本上是安裝俄羅斯航空發(fā)動(dòng)機(jī)。隨著太行發(fā)動(dòng)機(jī)的成熟，第三代戰(zhàn)機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)逐步實(shí)現(xiàn)完全國(guó)產(chǎn)化，實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代。

三、燃?xì)廨啓C(jī)

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

燃?xì)廨啓C(jī)獨(dú)有的三大特性使其非常適用于軍艦動(dòng)力系統(tǒng)。第一是功率密度極大。同等功率的燃機(jī)體積是柴油機(jī)的三分之一到五分之一，是蒸汽輪機(jī)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(diǎn)。第二是啟動(dòng)速度快。而柴油機(jī)由于轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)源于活塞的往復(fù)，加速較慢，蒸汽輪機(jī)更是“反應(yīng)遲鈍”，整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最高功率輸出可能需要長(zhǎng)達(dá)一小時(shí)的時(shí)間。而啟動(dòng)速度，對(duì)于軍艦的戰(zhàn)時(shí)出動(dòng)和反潛作戰(zhàn)時(shí)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(jī)本身處于高速穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)中，產(chǎn)生的噪聲更多是高頻嘯聲。而柴油機(jī)的活塞往復(fù)產(chǎn)生了大量低頻機(jī)械振動(dòng)噪聲，恰好迎合了海洋容易傳播低頻噪聲的特點(diǎn)，導(dǎo)致軍艦容易被敵方聲納探測(cè)。因此老牌海軍強(qiáng)國(guó)如美國(guó)海軍、英國(guó)海軍、日本海上自衛(wèi)隊(duì)的主力水面作戰(zhàn)艦只早已完成動(dòng)力燃?xì)廨啓C(jī)化。

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

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

目前，國(guó)際市場(chǎng)上每年消費(fèi)高溫合金材料近30余萬(wàn)噸，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。2018年，全球高溫合金市場(chǎng)規(guī)模為121.63億美元，較上期同比增長(zhǎng)26.98%;美國(guó)、歐洲的高溫合金市場(chǎng)已經(jīng)較為成熟，未來(lái)的市場(chǎng)增量主要來(lái)源于中國(guó)，目前中國(guó)高溫合金市場(chǎng)規(guī)模年增速保持在20-3