高溫合金，又稱超合金，高溫合金是一種能夠在600℃以上及一定應力條（tiáo）件下長期工作的金屬材料，具有優異的高溫強（qiáng）度，良好的抗氧化和抗熱腐（fǔ）蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂（liè）韌性等綜合性能。高溫合（hé）金的材料特征使其成為航空發動機中不可替代的關鍵（jiàn）材料（liào）。在世（shì）界先進（jìn）發（fā）動機研製中，高溫（wēn）合金材料用量已占到發動（dòng）機總量的40%~60%。所以，高溫合金材料也（yě）被譽為“先進發動機基石（shí）”。

 

航空發動機用高溫（wēn）合金（jīn）占高溫合金需求的一（yī）半以上。隨著（zhe）國內一批（pī）新型號航空發動機進入（rù）量產，高溫合金需求有望快速增長（zhǎng）。以殲（jiān）10B、殲15、殲16為（wéi）代表的多（duō）款三代半戰鬥機陸續（xù）進入列裝，WS-10發動機需求（qiú）持續增長。未來幾年，隨著國產大型運輸機運（yùn）20的投產，大涵道比發（fā）動（dòng）機將進（jìn）入量產階段；小涵道比中推（tuī）、小推航空發動機也將逐步進入量產。國產航空發動機需求的增長將驅動航空用高溫合金需求進入快速增長期。

 

高溫合金在民用工業（yè）中的應（yīng）用也越來越廣泛（fàn）。高溫合金在（zài）燃氣輪機、車用渦輪增壓器、核電、石油石化等行業有著重要的應用。工業化（huà）的推進和國（guó）內高端裝備製造業（yè）的發展將持續拉動民用工業對（duì）高溫合金的需求，目前民用高溫合金占總需求的20%，未（wèi）來這一比例有（yǒu）望持（chí）續提升。

 

根據測算認為，到2020年，我國高溫合金需求約為4萬噸，對應市場空（kōng）間90.5億元：航空發動機、汽車廢氣渦輪增（zēng）壓器、核電工業用高溫合金需求的增長將驅動行業需求的爆（bào）發。而目前，我國高（gāo）溫（wēn）合金產（chǎn）能約1.26萬噸，實際產量8000-9000噸左右。高溫合金未來7年的（de）需求複合（hé）增長率有望超過20%。

 

 

一、高溫合金概覽

 

（一（yī））高溫合金簡介及分類

 

高溫合金是在600℃以上的高溫及一定及一（yī）定應力作（zuò）用下長期工作（zuò）的一類金屬。高溫合金區（qū）別於傳統金屬、合金的特點在於：在高溫工作環境下合金具（jù）有較高的（de）強（qiáng）度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性，並在各種溫度下保持良好的組織穩（wěn）定性和使（shǐ）用可靠性等綜合性能，在西方也稱（chēng）之為超合金（Superalloys）。

 

高（gāo）溫合金材料是航空發動機首選材料，在現代航空工業的發展中處於不可替代的位置，它的規（guī）模發展與否直接決定了航空裝備的發展水平。此外，高溫合金也廣泛應用於航天發動機的熱端部件。伴隨工業化發展，民用高端裝備（bèi）工業對高溫合金（jīn）材料（liào）的需求呈不斷上升趨勢（shì），高溫合金的耐（nài）高溫耐磨耐腐蝕的特點使其在柴油機和內燃（rán）機渦輪增壓、燃（rán）氣輪機、能源動力、石油（yóu）化工、玻璃建（jiàn）材等民用工業中的有廣泛的應用，民用工業的高溫合金使（shǐ）用量已經提高到20%左右。

 

 

高溫合金（jīn）可以根據材（cái）料成型（xíng）方式、基體元素種類、合金強化類型等來劃分：

 

1）根據材料成型方式，高溫合金可以分為變形高溫合金、鑄造高溫合金（包含普通精密鑄造合金、定向凝固合金、單晶合（hé）金等）、粉末冶金高溫合金（包含普通粉末冶金高溫合金和氧（yǎng）化（huà）物彌散強化高溫合金ODS）；

 

2）根據基體（tǐ）元素種類，高溫合金可以分為鐵基、鎳基、鈷基等；

 

3）根據（jù）合金強化類（lèi）型，高溫合金可以（yǐ）分為固溶強化型高（gāo）溫合金和時效沉澱強化（huà）合金。

 

 

（二（èr））高溫合金材料技（jì）術難點與創新（xīn）

 

高溫環境下材料的各種退化速度都被加速，在使用過程中易發生組織（zhī）不穩（wěn）定（dìng）、在（zài）溫（wēn）度和應（yīng）力作用下產生變形和裂紋長大、材料（liào）表（biǎo）麵的氧化腐蝕等。高溫（wēn）合金所具有的耐高（gāo）溫、耐腐蝕等性能主要取決於它（tā）的化學組成和組織結構。

 

高溫合金材料成分十分複雜，含有鉻、鋁等活潑（pō）元素，在氧（yǎng）化或熱腐蝕環境中表現為化學部穩定，同時機加工製成的零（líng）件表（biǎo）麵留下加工硬（yìng）化和殘餘應力（lì）等缺陷，為材料的化學性能和力學性能帶來十分不利的影響（xiǎng）。由於合金化程度高，高溫合金材料極易產生成分偏析，這種偏析對鑄造高溫合（hé）金和變形高（gāo）溫合金的組織與性能都有重大影（yǐng）響（xiǎng）。高溫合金的這（zhè）些（xiē）特點決定了它區別於普通（tōng）金屬材（cái）料的加工工藝。

 

高（gāo）溫合金的發展是合金（jīn）理（lǐ）論與生產工藝技（jì）術不斷改善和革新的過程，通過合金強（qiáng）化+工藝強化來（lái）不斷結合提高合金的材料（liào）性能。合金強化包括合金固溶強化、第二相強化劑晶界強化等；工藝強化包括改善冶（yě）煉、凝固結晶、熱加工（gōng）、熱處理及表麵（miàn）處理等環節改（gǎi）善合金組織結構等。

 

 

高（gāo）溫合金的（de）生產工藝（yì）主要包含熔煉、鑄造、熱處理三個過程。生產工藝對高溫合（hé）金（jīn）材（cái）料力學性能的影響（xiǎng）重大，一項新工藝的引入，往往使高溫合金的性能獲得（dé）一個飛躍，發展處一批新型高（gāo）溫合金，進而（ér）推動一代航空發動（dòng）機和（hé）航空（kōng）飛機的（de）發展。老型號的合金也可以改善工藝達到材料性（xìng）能（néng）的提高（gāo）

 

例如，單晶渦輪葉片的應用顯著（zhe）地推進了航空發動機的進步。F-22用的航空發動機F119的渦輪轉子葉片（piàn）選用了第三代單晶高溫合金PWA1484，該材料本身的最高工作（zuò）溫度為1070℃左右（yòu），由於采用（yòng）了計算流體動力學程（chéng）序設計製造了超級（jí）冷卻葉片，使渦輪轉子葉片的工作溫度提高至1621～1677℃（F100發動機為1400℃），可見工藝創（chuàng）新在材料發展中（zhōng）的重要地位（wèi）。:

 

 高溫合金材料製備技術與工藝仍處（chù）於不斷（duàn）的進步和創新中。比如，冶煉工藝采（cǎi）用了真空感應（yīng）+電渣重熔（róng）+真空自豪熔煉三（sān）聯工藝，真空自（zì）耗熔煉采用（yòng）了先進熔煉控（kòng）製方法等；通過定向凝固柱晶合金和單晶合金工藝技術提高材料的高溫強度；采用粉末冶金（jīn）方（fāng）法減少合金（jīn）元素的偏析（xī）和提高材（cái）料強度等。此外，氧化物彌散（sàn）強（qiáng）化高溫合金、金屬間化合物高溫材料也（yě）在不（bú）斷發展和創新中。

 

二、高溫合金的應用

 

有研究（jiū）表明（míng），航空發動機用高（gāo）溫合金占高溫合金總需求一半以（yǐ）上，此外還廣泛應用於電力、汽車、機械（xiè）等行業中。

 

 

 

 

（一）航空發動機（jī）

 

航空發動機被稱（chēng）為“工業之花”，是航空工業中技術含量最高、難度最大的部件之一。作為飛機動力（lì）裝（zhuāng）置的航空發動（dòng）機，特別重要（yào）的是（shì）金屬結構材料要具（jù）備輕質、高強、高韌、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等性能，這幾乎是（shì）結構材（cái）料中最高的性能要求。

 

航（háng）空發動機的技術進步與高溫合金的發展密切相關，高溫合金是推（tuī）動航空發動機（jī）發展的最為關鍵的結構材料。軍用航空發動機（jī）通常可以用其推重比（推力/重量（liàng））綜合地評定發動機的水平。提高推重比最直接和最（zuì）有效的技術措施是提高（gāo）渦輪前的燃氣溫度。因此高溫合金材料的性能和選擇是決定航空（kōng）發動機性能的關鍵因素。隨（suí）著航空裝（zhuāng）備的不斷升級，對（duì）航空發動（dòng）機推（tuī）重的要求比不斷提高，發動機對高性能高溫合金材料的依賴越來越大。

 

 

在現代先進的航（háng）空發動機中，高溫合金材料用量占（zhàn）發動機總量的40%-60%。在航空發動機上，高（gāo）溫合金（jīn）主要用於燃燒室、導向葉片、渦（wō）輪葉片和渦輪盤四大熱段零部件；此外，還用於機匣、環件、加力燃燒室和尾噴口等部件。

 

軍用航空發動機通常以其推重比的大小來綜合判定發動機的水平。提高（gāo）推重比最直接、最有效的技（jì）術措施是提高渦輪前的燃氣溫度。

 

燃燒室

燃燒室的功用是把燃油的化學能釋放變為熱能，是動力機械能源（yuán）的發（fā）源地（dì）。燃燒室內產生的燃氣溫度在1500~2000℃之間。其餘的壓縮空氣在燃燒室（shì）周圍流動，穿過室壁的槽（cáo）孔使室壁保持冷卻（què）。燃燒筒合金材料承受溫（wēn）度可達800~900℃以上，局部可達1100℃。

 

用於製造燃（rán）燒室的主要材料有高溫（wēn）合金、不鏽鋼和結構（gòu）鋼；其（qí）中用量最大、最為關（guān）鍵的是變形高溫合金。由於傳統的高溫合金板材受限於合金的熔（róng）點的限製，現在基本已經達（dá）到其極限使用溫度，難以進一步發展。要使燃燒室用高溫合金材料（liào）進一步發展，必須研究全新的材（cái）料（liào）基體和材料製備工藝。目前國際在研的（de）新材料有碳/碳複合材料、高溫陶瓷材料、氧化物彌散強化（huà）合金、金屬間化合（hé）物（wù）、高溫高強鈦合金等。

 

 

 

導向葉片

 

導向葉片是調整從燃燒室出來的燃（rán）氣流動方向的部件，是航空發（fā）動機上受（shòu）熱衝（chōng）擊最大的（de）零件之一。一般來講，導向葉（yè）片的溫度比同樣條件下的渦輪葉片溫度（dù）高約100℃，但葉片承受的應力比較低。

 

在熔模精鑄技術（shù）突破（pò）後，鑄（zhù）造高溫合金成為了導向葉片的（de）主（zhǔ）要製造材料。近年來，由於定向凝固工藝的發展（zhǎn），用定向合金製造導（dǎo）向葉片的工藝也在試製中；此外，FWS10發動（dòng）機渦輪導向器後篦齒環製造采用了（le）氧化物彌散強化高溫合金。

 

渦輪盤

 

渦輪盤在四大熱端部件中所占質量最大。渦輪（lún）盤工作時，輪緣溫度達550-750℃，而輪心溫度隻有300℃左右，整個部件的溫差大；轉動時承受重大的（de）離心力；啟動和停（tíng）車過程中承受大應力低疲勞周期。

 

用於渦輪盤製造的主要材料是變型高溫合金，其中G4169合金是用量最大、應用範圍（wéi）最廣的（de）一個主要品種。近年來，隨著航空（kōng）發動機性能不斷提高，對渦輪盤要求也（yě）越（yuè）來越（yuè）高，粉末（mò）渦輪盤（pán）組織均勻、晶粒細小、強度高、塑性好（hǎo）等優點使其成為航空發動機上理想的渦輪盤合金，但我國工藝生產的粉末渦輪盤（pán）夾雜（zá）物較（jiào）多，正在進一步研製中。

 

 

渦輪葉片

 

渦輪（lún）葉片是航空發動機上最關鍵的構件，渦輪（lún）葉片的工作（zuò）環境最惡劣，渦輪葉（yè）片在承受高溫同時要承受很大的離心應力、振動應力、熱應力等。用於渦輪（lún）葉片製造的主材材料是鑄造（zào）高溫合金。近三十多年來鑄造工藝的發展，普通（tōng）精（jīng）鑄、定向和單晶鑄造葉片合金得到了廣泛應用。單晶合金在國際上得到了快速發展，已經發展了（le）五代單晶合（hé）金，成（chéng）為高性能現金航空發動機高溫渦輪工作葉片的主要材料；我國在20世紀80年代開始單晶合金研製，根據專著《中國高溫合金50年》（師昌緒），第二代單晶（jīng）合金已（yǐ）經在先進（jìn）發（fā）動（dòng）機中進行使（shǐ）用（yòng）。

 

（二（èr））航天（tiān）發動機

 

航天發動機中的特殊工（gōng）作環境要求（qiú）使其（qí）使（shǐ）用材料必須受高溫（wēn）、高壓、高的溫度梯度變化、高（gāo）動（dòng）態載荷和特（tè）殊戒指的考驗，因此對材料的綜合性能和加工性能提（tí）出了很高的要求。高溫（wēn）合金材料已經占據（jù）了航天（tiān）發動機（jī）相當大的比重，在發動機中的應用比比例接近總重量的一半，高（gāo）溫合金（jīn）材料（liào）技術的發展（zhǎn）直（zhí）接影響航天發動機研製水平。

 

航天發動機用高溫合金原則上（shàng）都可以采（cǎi）用航空發動機用高溫合金（jīn），但（dàn）航天（tiān）發動機材料（liào）除了承受高溫衝擊（jī）外（wài），還有低溫（-100℃以下）環境要求。由於高（gāo）溫合金精（jīng）密鑄造工藝限製，過去形狀極其複雜的結構件在航天發動機上一直（zhí）沒有真正加以應用。隨著工藝的（de）進步，航天發動機上的許（xǔ）多關鍵熱部件都采用了無餘量整體精（jīng）密鑄造高溫合金（jīn）精鑄件，簡化了發動機結構，降低發動機重量，減少（shǎo）了焊接部分，縮短研製和生（shēng）產周期，降低研（yán）製和（hé）生產成本，提（tí）高發動機（jī）可靠性。隨著航天發動機技術的進步，航天（tiān）發動機（jī）用高溫合金逐漸呈現出複雜化、薄（báo）壁化、複（fù）合化、多位一體、無餘量的趨勢。典型的有渦輪轉子、導向器、泵殼（ké）體等。

 

 

 

我國的“長征”係列火箭（jiàn）以及“神舟”係（xì）列飛船，發動機的核心部分都采用（yòng）了高溫合金材（cái）料。目前，航（háng）天領域使用的液氧煤油和液氧液氫航天運載發動機、小型渦噴（pēn）渦扇發動機已經定型，並開始批量生產，國內對航天用高溫合金母合金和精鑄（zhù）件的需求也在不斷增（zēng）長，進入一個新（xīn）的增長期。

 

 

 

（三）民用工業高溫合金的應用

 

隨著工業化的（de）推進，工業向高端、大型化發（fā）展，高（gāo）溫合金在民用工業中的需求也日益增長。高溫合金合金也是艦船（chuán）、火車、汽車（chē）渦輪增壓器葉片及各類工業燃機葉片的優選材（cái）料；鐵路運（yùn）輸的高速化、造船業的高品質要求（特別是出口造船）、艦艇動力的高效要求、工業燃機應用（yòng）的高速發（fā）展等急需高（gāo）性能的高溫合金母合金。目前，國（guó）內民用工業高溫合金占高溫合（hé）金總（zǒng）需求的20%，而美國50%的高溫合（hé）金應用於民用工業領域。燃氣輪機（jī）

 

燃氣輪機是高溫合金的另一個主（zhǔ）要用（yòng）途。燃氣輪機裝置是一種以空氣及燃氣（qì）為介質的（de）旋轉式（shì）熱力發動機，它的結構與飛機噴氣式（shì）發動機一致，也類似蒸汽輪機。燃氣輪機的（de）基本原理與蒸汽輪機很相似，不（bú）同處在於工質不是蒸汽而是燃料燃燒後的煙氣。燃氣輪（lún）機屬（shǔ）於內燃機，所以（yǐ）也叫內（nèi）燃氣輪機。構造有四大部分：空氣壓縮機，燃燒室，葉輪係統及回熱裝置。

 

燃氣輪機（jī）的需求增（zēng）長迅速，除用於發電外（wài），還用於艦船動力、天然（rán）氣疏鬆的加氣站（zhàn）等。與航空用高溫合金葉片相比，燃氣輪機用高溫合金的使用壽命長（zhǎng）（10萬小時），耐熱腐蝕、尺寸大，質量要求很高。

 

汽（qì）車廢氣渦輪增（zēng）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（chǎng）家所（suǒ）采用的渦輪葉輪多為鎳（niè）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。此外內（nèi）燃機的閥（fá）座、鑲塊、進氣閥、密封彈（dàn）簧（huáng）、火花塞（sāi）、螺栓等（děng）都可以采用鐵基或鎳基高溫合金。

 

渦輪增（zēng）壓（yā）係統對燃油（yóu）效率和（hé）性能提升均有明顯效果。渦輪增壓是利用發動（dòng）機排出（chū）的（de）廢氣的能量來推動渦輪室內的渦輪，渦輪（lún）又帶動同（tóng）軸的（de）葉輪，葉輪壓送（sòng）由（yóu）空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入氣缸。當發（fā）動機轉速增快，廢（fèi）氣排出速度與渦輪轉速也同步增快，葉輪就（jiù）壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣（qì）的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應增加燃料量就可以增（zēng）加發（fā）動機的輸出功率（lǜ）。一般而言，加裝廢氣渦輪增壓器後的發動機功（gōng）率及扭矩要增（zēng）大20%—60%。2008年中國汽車（chē）工業僅渦（wō）輪轉子對高溫母合金的需求就在1,900噸以上。

 

核電與其它領域的高溫合金應（yīng）用

 

核電工業使（shǐ）用的高溫合金包括：燃料（liào）元件包（bāo）殼材（cái）料、結構材料和燃（rán）料棒定（dìng）位格架，高（gāo）溫氣體爐熱交換器（qì）等，均是其他材料難以代替的（de）。例如，燃料元件包殼管的管壁在工作時需承受600-800℃的高溫，需要（yào）較高的蠕變強度，因此（cǐ）大量采（cǎi）用高溫合金材料。

 

高溫合金材料在玻璃製造、冶金、醫療器械等領域也有著廣泛的用途。在玻璃工業中（zhōng）應用的高溫合金零件多（duō）達十幾種，如（rú）：生產（chǎn）玻璃棉的離心頭和火焰噴吹坩堝，平板玻璃生產用（yòng）的轉向輥拉管機大軸、端頭和通氣管、玻璃爐窯的料道、閘（zhá）板、馬弗（fú）套、料碗和（hé）電極棒等。冶金工（gōng）業的軋鋼廠加熱爐的墊（diàn）塊、線材連軋導板和高溫爐熱電偶保護套管等。醫療器械領域的（de）人工關節等。 

 

三、高（gāo）溫合金的市場空間測（cè）算

 

根據測算（suàn），我們認為到（dào）2020年，國內高溫（wēn）合金需求約為39275噸，對應市場空間90.5億元。

 

 

 

（一）航空發動機需求（qiú）

 

假設1：在航空發動機中高溫合金占總重量的40%-60%，在先進發動（dòng）機（jī）中（zhōng）這一比例超過50%甚至更多。我們判斷，隨著航空工業的繼續發展和高溫合金材料科技的進步，這一比例還將繼續提升。我們假設高溫合金占軍用航空發動機（jī）重量的60%，占民用航空發動機和其他軍機重量的40%。

 

假設2：通過與已有國內外相似型號飛機發動機（jī）規格對（duì）比，假設軍用戰鬥機發動機重量約1.7噸（dūn），軍用（yòng）運（yùn）輸機（jī）、民用大飛（fēi）機發動機重量（liàng）約4噸，其他飛機航空發動機重量約1噸。

 

 

 

假設3：高（gāo）溫合金（jīn）的材料性能、加工難度要高於普通合金和鋼材，其材料成型率遠低（dī）於一般特鋼。我們估計，1）在鑄（zhù）造和軋製（zhì）過程（chéng）中材（cái）料成型率70-80%左右；2）母合金進行（háng）加工時，廢品率80%左右，全流程材料利用率15%-20%，假設高溫合金全流程材料利用（yòng）率為20%。

 

 

 

綜上，預（yù）計每（měi）台戰鬥機航空發動機平均（jun1）使用高溫合金5.1噸，軍用運輸機航空發動機用高溫合金12噸，其他軍用航空發動機高溫合金2噸；民用大飛機航空發動機用高溫合金8噸。

 

 

 

根據測算，未來20年我（wǒ）國軍用航空發動機高溫合金需求為（wéi）17.75萬噸（dūn），民用大中型飛機發動機高溫合金需求（qiú）為（wéi）7.36萬噸。此外，低空開放將有望打開我國通（tōng）用航空發展的瓶頸，未來20年通用航空保有量超過（guò）20000架，以平均1台發動（dòng）機（jī）測算，通用航空發動機高溫合金（jīn）需求為5萬噸。

 

綜上，我們預（yù）測未來20年航空發（fā）動機高溫合金需求為30.11萬噸，平（píng）均每年市場空間1.51萬噸。

 

（二）燃氣輪機需求

 

軍事（shì）應用占世（shì）界船用燃氣輪（lún）機市場絕大多數份額。在軍用領域，有75%以上的海軍主力艦艇采用燃機（jī）動力；在民用市場，燃機主要應用於（yú）高（gāo）速（sù）客船中（zhōng）。

 

 

圖20:1981-1990年各國（guó）海軍主動力裝置裝艦情況

我國海軍目前船用燃機裝艦率較低。已服役主力艦艇中僅有10艘驅逐艦裝備有船用燃機。分別是2艘052型驅逐艦（jiàn）（裝備LM2500），2艘052B型驅逐艦、6艘052C型驅逐艦（裝備UGT-25000及（jí）QC280）。其動力配置方式均為柴燃交（jiāo）替動力（CODOG），每艦配備有2台燃機和2台柴油機。

 

 

 

 

隨著中國多型船用燃機相繼研製（zhì）成功，中（zhōng）短期（qī）內燃機普及有（yǒu）望提速。我們認為，燃機普及（jí）將以30MW級船（chuán）用燃（rán）機為核心，輔以4MW級小功率船（chuán）用燃機。其中，30MW級燃機主要用於（yú）大型的驅逐艦、護衛艦等（děng）；4MW級燃機主要用（yòng）於氣墊登（dēng）陸艇和（hé）導彈快艇。

 

參考LM2500燃氣輪機重量，我們假設國產燃氣輪機重20噸，高溫合金（jīn）占重量30%，成材率（lǜ）20%，單台國產燃氣輪機用高溫合金30噸。

 

 

 

未來（lái）15年，我們認為海軍將形成（chéng）3大近海防禦艦隊+若（ruò）幹支航母（mǔ）編隊+若幹隻兩棲攻擊/登陸編隊為（wéi）主體的作（zuò）戰體（tǐ）係。考慮到燃機應用情況，常規/核動力航母、兩棲攻擊/船塢登陸艦將其作為主要動力源的可能性較小，應用燃機（jī）的新型艦艇很可能主要配（pèi）備在航母編隊和兩棲攻擊/登陸編隊中，且以驅逐艦和護衛艦（jiàn）為主，近海防禦艦隊（duì）則僅配備新型隱（yǐn）身（shēn）導彈艇。

 

 

 

按照（zhào）未來15年將（jiāng）建設5個航母編隊（2常+3核）、3個兩棲攻擊/登陸編隊和3個近海防禦艦隊規模的假設，再考慮到燃機的更新與維護，我們估算未來15年30MW級燃機需求600台（tái），4MW級燃機需求1476台。通過測算，未來15年燃氣輪機高溫合金需求達6.23萬噸（dūn），平均每年4152噸。

 

（三（sān））汽車廢氣增壓渦輪（lún）

 

高溫合金在汽車中（zhōng）主要應用於渦輪增壓器的製造，其次包括（kuò）排（pái）氣閥、燒嘴、熱發（fā）生器等零件也（yě）會（huì）用到高溫合金。

 

渦輪增壓係統對燃油效率和性能（néng）提升均有明顯效果。渦輪增壓是利用發動機排出的廢氣的能量來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾（lǜ）清（qīng）器管道送（sòng）來（lái）的空（kōng）氣，使之增壓（yā）進入（rù）氣缸。當發動機轉速增快，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更（gèng）多的燃（rán）料，相應增加（jiā）燃料量就可以增加發動機的輸出功率（lǜ）。一般而言，加裝廢氣渦輪增壓器後（hòu）的發動機功（gōng）率及扭矩要增大20%—60%。 

 

廢氣增（zēng）壓器渦輪生產在國外已有（yǒu）60多年的曆史。目前，國外的（de）重型柴（chái）油機增壓器配（pèi）置率100%，中小型柴油機也（yě）在（zài）不斷地增大其（qí）配置比例（lì），如（rú）英、美、法等國家已達80%左右。

 

國內渦輪增壓器配置率將持（chí）續（xù）提升（shēng），尤其是汽油機渦輪增壓器（qì）配置率提升空間巨大。麵對與日（rì）俱增的環保和能源（yuán）壓力，內燃機節能減排是大勢（shì）所趨。渦（wō）輪（lún）增壓是內燃機節能減排的有效手段，其中汽油（yóu）機節（jiē）油效果5-10%，柴油機節油效果10-20%左右。2012年我國內燃機渦輪（lún）增壓器綜合配置率（lǜ）為6.7%；其中車用柴油機配置率為62%，未來的增長點主要來自於（yú）輕卡裝配率提（tí）升；而車用汽油機配置率僅5%左右，未來提（tí）升空間巨大。

 

 

 

 

 

依據鋼研高納招股說明書推算出我國目前每萬輛汽車對高溫合金的需求為2.04噸（dūn），隨著渦輪增壓器配置率的（de）提升，每萬量汽車的高溫合金使用量將持（chí）續提高。

 

假設2013年每萬輛汽車高溫合金2噸（dūn），今後20年每年複合增長5%；到2020年汽車產量複（fù）合增速5%，2020年-2030年汽（qì）車產量複合增速3%。依據測算，2020年汽車（chē）用高溫合金（jīn）需求為8715噸，2030年為（wéi）1.9萬噸。

 

 

 

 （四）核工業

 

核電中應用高溫合金的主要部（bù）分包括燃料元（yuán）件包殼管、燃料（liào）元件定位架、高溫（wēn）氣體爐熱交換器（qì）等。每（měi）座60萬千瓦的（de）核電站需用蒸發器“U”形傳熱管100噸。此外，還有大量（liàng）的反應堆內構件用不鏽鋼精密管和（hé）控製棒、核燃料包套管（guǎn）等。這樣僅一座60萬千瓦的（de）核電站堆芯約需要各類核級用管600多噸。

 

國產核（hé）電裝備的應用，也將帶動核電裝備零部件供應市（shì）場。依據媒體報道的中廣核集團董事長（zhǎng）賀禹的講話，我國（guó）目前在運和在建核電規模總計4875萬千瓦，在建核電機組（zǔ）數量位居世界（jiè）第一。

 

根據我國修改後（hòu）的核電發展（zhǎn）目標，2015年核電機組裝機規模達到40GW建成，2020年核電裝（zhuāng）機目標（biāo）為（wéi）58GW運營+30GW在建，那（nà）麽（me）未來7年國內（nèi）必須新開工（gōng）40GW，對應35-40座100萬千瓦機組。

 

我們假設1座（zuò）100萬千瓦機（jī）組需要各類（lèi）高溫（wēn）合金1000噸，則未來7年核（hé）電（diàn）工（gōng）業對高溫合（hé）金總（zǒng）需求約35000噸-40000噸，平均每年5000噸-5700噸。

 

（五）航天、核（hé）工業及其他行業

 

考慮到航天發動機每年發（fā）射次數（shù）較少且（qiě）需求（qiú）穩定，我們估計每（měi）年（nián）航天發動機（jī）對高（gāo）溫合金需求量在400-600噸左右（yòu）。

 

此外，假設航空發動機、航天、燃氣輪機、汽車、核工業（yè）占高溫合金總需求的85%，則其他行業每年對（duì）高溫合金需（xū）求約為5900噸（dūn）。

 

四、國內（nèi）外高溫合金市場情況

 

（一）國外高溫合金行業發（fā）展

 

目前，全（quán）球每年消費高溫合金材料近28萬噸，市場規（guī）模達100億美元。全球範圍內（nèi）能夠生產航空航天用（yòng）高溫合金的企（qǐ）業不超過50家（jiā），主要集中在美國、俄羅斯、英國、法國、德國、日本和中國。發達國家一般將涉及航空航天應用領域的高溫合金產品作為（wéi）戰略（luè）軍事物資，很少出口。

 

美國在高溫合金研發（fā）以及應用方麵一直處於世界領先地位，年產量約為5萬噸，其中近50%用於民用工業。美國有很多獨立的高溫合金公司，能夠（gòu）生產航空發動機所用（yòng）高（gāo）溫合金的公司有通用電（diàn）氣公司，普特拉（lā）—惠特尼公司，還（hái）有（yǒu）其他（tā）的生產特鋼和高溫合金（jīn）的公司如漢因斯-斯（sī）泰特（tè）公司，佳（jiā）能（néng）—穆斯（sī）克貢（gòng）公司，因科國際公司等（děng）。這些（xiē）公司都先後發展了公（gōng）司自己的（de）高溫合金牌（pái）號。

 

歐盟國家中英、德、法是世界上主要的高溫合（hé）金（jīn）生產和研（yán）發代表。英（yīng）國是世界上最早研究和開發高溫合金的國家之一。英國的鑄（zhù）造（zào）合金技術（shù）世界領先，代表性的是國際鎳公（gōng）司的Nimocast合金，後來（lái）該國的飛機發動機製（zhì）造商羅爾（ěr）斯羅（luó）伊斯（sī）控股（gǔ）公司又研製了定向凝固和單晶合金SRR99、SRR2000和SRR2060等，其研（yán）製（zhì）的高溫合金主要用在航空發動機製造方麵。

 

日本在鎳基單晶高溫合金、鎳基超塑性高溫（wēn）合金和氧化物晶粒彌散強化高溫合金（jīn）方麵取得較大的成功。近年來，致力於開發新型的耐高溫合金，並成功開發出在1200℃高溫下依然能保持足夠強度的新合金。日本主要的高溫合金生產企業是IHIcorporation，JFE、新日（rì）鐵和神戶製鋼公司。

 

 

 

（二）國內高溫合金行業格局

 

經過50多年發展，我國（guó）已經形成了比較（jiào）先進，具有一定規模的生產基地。我（wǒ）們把國內從事高溫合金的廠家分為四（sì）類：

 

1、特鋼生產廠：東北（běi）特殊鋼鐵接團撫順（shùn）特殊鋼公司（簡稱撫順特鋼），寶鋼股份公司特殊（shū）鋼事業部（簡稱寶鋼特鋼）和攀鋼集團長城（chéng）特殊鋼公司（簡稱攀長鋼）；

 

2、研究（jiū）單位：鋼鐵研究總院，北京航空材（cái）料研（yán）究院，中國科學院金屬研究所，東北大學，北（běi）京科技大學等。

 

3、發動機公司精密鑄件廠：中航工業旗下各航空發動機（jī）公司的精（jīng）密鑄造廠：黎明、西航、黎陽、南方、貴航等。

 

4、鍛件熱加工（gōng）廠：西南鋁業公司，第二重型機械集團萬航模鍛廠，中航重機（jī）股份有限公（gōng）司宏遠（yuǎn）航空鍛（duàn）鑄（zhù）公司和安大航空鍛造公司。

 

目前，國內規模較大的高（gāo）溫合金生產企業有撫順特鋼和鋼（gāng）研高（gāo）納。此外，寶鋼特鋼、攀長鋼、中科院金屬所、北京航材院也具備一定（dìng）的產能。

 

在航空航天產（chǎn）業中，用量最大的變型高溫合金，主要由撫順特鋼、寶鋼特鋼、攀長鋼等公司完成。特鋼企（qǐ）業生產的變型高溫合金，適用於大批量、通用（yòng）性、結構較為簡單的產品。鋼研高納在上市後也擴大了變形高溫合金產能，募投項目（mù）達產（chǎn）後也具（jù）備了相當的變型高溫合金產能。

 

目前具備鑄造高溫合金精鑄件的（de）廠家分為兩類，一類是鋼研高納（nà）、中科院金屬所和北京航（háng）材（cái）院三家公司；另一類（lèi）是黎明、西航、南方、成發等專（zhuān）業發動機廠自行（háng）生產精鑄件。三家單位主要承接航天航空發動機廠對外委托的精鑄件業務。目前三家（jiā）單位在鑄造高（gāo）溫合金的材料製（zhì）備、生產技術上均有各自特點，其中鋼研高納產能大於其餘兩家（jiā）。

 

根據鋼研高納（nà）、撫順特鋼年報及相關公司網站信息，我們估（gū）算目前（qián）我國（guó）高溫合金總產（chǎn）能約為1.26萬噸，實際產量約8000-9000噸左右。

 

 

 

五、高（gāo）溫合金（jīn）涉及的A股相關（guān）上（shàng）市（shì）公司

 

主要涉及的A股（gǔ）上市公司包括：鋼研高納、撫順特（tè）鋼、寶鋼股份、煉石（shí）有色、航空動力以及新三板上市公司中科三耐。

 

結語：相信在不久的將來，中航邁特也可以為（wéi）我國的航（háng）空航天產業貢獻一（yī）份自己的力量！